Wärmebildkameras zur Kontrolle von Gebäuden und Anlagen
Schwachstellen frühzeitig
erkennen
Bei Schäden an Gebäudeisolierungen werden Kältebrücken bzw. Wärmeverluste oft nicht rechtzeitig erkannt. Schwere Gebäudeschäden können die Folge sein. Auch kostspielige Maschinenschäden kündigen sich häufig durch eine ungewöhnliche Wärmeentwicklung an elektrischen oder mechanischen Komponenten an. Diese Anzeichen sind für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar. Wärmebildkameras helfen, thermische Abläufe sichtbar zu machen und Defekte, die häufig auch zu Bränden führen können, rechtzeitig zu erkennen.
Die Infrarot-Wärmebildkameras arbeiten nach dem Prinzip der sogenannten Thermografie. Jedes Objekt, dessen Temperatur über absolut Null liegt (0 Kelvin, also -273,15ºC), strahlt Wärme ab. Daher kann auch an sehr kalten Gegenständen, wie z.B. Eiswürfeln, eine Infrarotabstrahlung nachgewiesen werden. Je höher die Temperatur eines Objektes ist, desto intensiver ist auch seine abgegebene Infrarotstrahlung.
Unsichtbares sichtbar machen
Die thermische Energie wird auf Wellenlängen erzeugt, die zu groß sind, um vom menschlichen Auge noch wahrgenommen zu werden. Dabei handelt es sich um den Wellenbereich von 0,75 bis 1.000µm. Der Körper spürt diese elektromagnetische Strahlung als Wärmestrahlung. Wärmebildkameras erfassen genau dieses Spektrum der unsichtbaren Infrarotstrahlung und erlauben so ein berührungsloses und exaktes Messen von Temperaturen. Damit bei Messungen an weiter entfernt liegenden Objekten die Wärmestrahlung der zwischen Objekt und Kamera liegenden Atmosphäre die Messung nicht verfälscht, arbeiten die Kameras in der Regel in eingeschränkten Wellenlängenbereichen, in denen die Atmosphäre wenig Eigenstrahlung emittiert (und absorbiert). Ein solches ‚Fenster‘ liegt beispielsweise im Bereich von etwa 8 bis 14µm. Bei der Thermografie handelt es sich um ein bildgebendes Verfahren. Die gemessenen Objekte erscheinen entsprechend der gemessenen Wärmestrahlung farbig bzw. in Graustufen auf dem Display. Für jeden Bildpunkt des Bildes wird eine exakte Temperatur ermittelt und der kann zusammen mit den Bilddaten gespeichert werden. An einem zentralen Messpunkt, der meist mithilfe eines Kreuzes im Display markiert wird, wird diese Temperatur zusätzlich angezeigt. Das Wärmebild zeigt den Verlauf der Infrarotstrahlung des gemessenen Objektes. Moderne Wärmebildkameras bieten die Möglichkeit, die erfassten radiometrischen Infrarotaufnahmen zu speichern, um sie später am PC mittels Software weiterverarbeiten zu können.
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Ein Problem mit einer Infrarotkamera zu entdecken reicht manchmal nicht aus. Ohne exakte Temperaturmessungen sagt ein Infrarotbild allein nur wenig über die Beschaffenheit einer elektrischen Verbindung oder eines überlasteten mechanischen Teils aus. Viele elektrische Komponenten arbeiten korrekt bei Temperaturen, die deutlich über der Umgebungstemperatur liegen. Ein Infrarotbild ohne Temperaturmessung kann täuschen, da es möglicherweise visuell auf ein Problem hindeutet, das tatsächlich nicht existiert. Mit Infrarot-Wärmebildkameras können professionelle Anwender in der vorbeugenden Instandhaltung aber begründete Urteile zum Betriebszustand elektrischer und mechanischer Bauteile abgeben. Es kann ein Vergleich erstellt werden zwischen Messungen mit vor längerer Zeit gemessenen Betriebstemperaturen und den aktuellen Werten. Dadurch lässt sich bestimmen, ob ein deutlicher Temperaturanstieg die Zuverlässigkeit von Komponenten oder die Anlagensicherheit beeinträchtigt. Nur durch Infrarot-Thermografie kann der Anwender Wärmeentwicklungen unverzüglich sichtbar machen und bewerten. Infrarot-Wärmebildkameras weisen Sie auf thermische Probleme hin und messen diese mit einem präzisen berührungslosen Verfahren. Praktisch jede Komponente, die Energie aufnimmt oder überträgt, erwärmt sich, bevor sie ausfällt. Von entscheidender Bedeutung für die Sicherstellung der Zuverlässigkeit elektrischer und mechanischer Systeme sind deshalb kosteneffiziente Energieüberwachungssysteme. Die Infrarot-Thermografie stellt eine effektive und verlässliche Technologie für die vorbeugende Instandhaltung dar. Sie ist ein schnelles, gründliches und sicheres Verfahren zur Identifizierung von thermischen Problemen – bereits im Vorfeld von Störungen. Schon im Juni 2001 erschien im US-Fachmagazin ‚Maintenance Technology‘ ein Artikel, wonach jeder in ein Infrarotmesssystem investierte Dollar Kosteneinsparungen von 4US-Dollar verspricht. Das Erkennen und die Reparatur einer störanfälligen elektrischen Verbindung vor dem Ausfall einer Maschine führt zum Einsparen der Kosten, die durch Maschinenstillstandszeiten, Produktionsausfälle, Stromausfälle, Brände oder andere schwerwiegende Betriebsstörungen entstehen würden.
Mobil und leistungsstark
Für Standarduntersuchungen empfehlen sich Mikrobolometer-Systeme, die ungekühlt sind. Kameras der neuen Generation sind mit Sensoren in FPA-Qualität (uncooled Focal Plane Array) ausgerüstet und wegen ihres geringen Gewichts gut zu handhaben. Kompakte Hand-Wärmebildkameras bieten einen hohen Leistungsumfang. So auch das aktuelle Gerät TV301 des deutschen Mess- und Prüfgeräteherstellers Testboy, das über ein lichtstarkes 2,5“-Farbdisplay und einer Auflösung von 160×120 Bildpunkten (= 19.200 Bildpunkte) verfügt sowie mit seinem Sehfeld einen Bereich von 18×13° erfasst. Mit dem im Lieferumfang enthaltenen Weitwinkelobjektiv wird das Sehfeld auf 36×26° erweitert. Es lassen sich Temperaturen von -20 bis +500°C exakt bestimmen. Die Sensordatenerfassung sowie die Bildfrequenz erfolgen mit einer Rate von 50Hz. Das ermöglicht eine detaillierte Thermografieabbildung in Echtzeit. Durch diese gute Illustration ist die fotografische Darstellung des Thermobildes nicht mehr unbedingt erforderlich. Zudem verfügt die TV301 über eine Sprachaufzeichnungsmöglichkeit von 40sek. je Bild sowie über eine Isothermanalysefunktion, eine bewegliche Messfläche, acht Farbpaletten und über einen optischen und akustischen Temperaturalarm. Um auch bei unterschiedlichen Materialoberflächen stets eine korrekte Temperaturanzeige zu erhalten, kann der Emissionsgrad zwischen 0,1 und 1,0 (in Schritten von 0,01) variiert werden. Die Fokussierung des Messpunktes erfolgt wie bei hochwertigen Fotokameras mithilfe eines Drehringes am Objektiv. Zur besseren Orientierung am Messobjekt verfügt die TV301 über einen zuschaltbaren Klasse2-Laser-Pointer (Wellenlänge: 635nm). Aufgrund des integrierten Flash-Speichers können bis zu 2000 Aufnahmen als jpeg-Dateien gespeichert werden. Die gespeicherten Messergebnisse können per USB-Kabel auf den PC übertragen und dort mit der im Lieferumfang enthaltenen Reporter-Software analysiert werden. Die Software ermöglicht zusätzlich eine dauerhafte Archivierung von Wärmebildaufnahmen am PC. Die Reporter-Software wurde von Thermografie-Profis entwickelt und für die schnelle Erstellung von umfassenden und aussagekräftigen Inspektionsberichten novelliert. Die Software bietet eine effiziente Darstellung für die Erstellung von Thermografie-Berichten. Aussehen, Struktur und Informationsinhalt des Berichts können vom Anwender individuell als Vorlage mit den gewünschten Diagrammen, Textbausteinen und Firmenlogo gespeichert werden. Die auf den PC übertragenen radiometrischen Bilder – jedes der 19.200 Pixel hat einen gespeicherten Temperaturwert – können zudem im Nachhinein noch angepasst werden. So können z.B. Messpunkte und -flächen und Linienprofile gesetzt und die Temperaturskala oder die Farbpalette verändert werden. Die Auswertungen werden automatisch in die Ergebnistabellen übertragen. Die Ergebnisse erneuern sich automatisch, wenn Veränderungen an den Skalen vorgenommen werden. Die TV301 verfügt über zwei leistungsfähige Lithium-lonen-Akkus, die jeweils bis zu 3h Dauerbetrieb erlauben. Ein intelligentes Ladegerät zum Betrieb an Stromnetzen mit 110 bis 240V Wechselspannung ist ebenfalls im Lieferumfang enthalten. Neben dem technischen Innenleben hat sich Testboy auch um ein ergonomisch geformtes Gehäuse bemüht. Die TV301 liegt gut in der Hand, aufgrund des Bedienfeldes und der einfach gegliederten Menüstruktur ist auch eine Einhandbedienung möglich. Für Ordnung sorgt der stabile Transportkoffer, der auch das Zubehör (Ladegerät, 2 Li-Ionen-Akkus, Objektivabdeckung, Lichtschutzhaube für LC-Display, USB-Kabel, Software ‚Testboy-Reporter‘) sowie die umfangreiche Bedienungsanleitung und das Weitwinkelobjektiv aufnimmt.
Anwendungsmöglichkeiten
Neben der industriellen Nutzung lässt sich die Hand-Wärmebildkamera vor allem zur Gebäudekontrolle nutzen. In Zeiten steigender Energiepreise zahlt sich die regelmäßige Kontrolle von Wärmedämmungen schnell aus. Bei Sanierungsprojekten hilft die Wärmebildkamera, die korrekte Ausführung von Isolationsarbeiten unkompliziert zu überprüfen. Sie eignet sich darüber hinaus für die Verwendung in der Industrieproduktion. Anhand der dargestellten Temperaturverläufe lässt sich die Belastung mechanischer Bauteile auch im laufenden Betrieb von Anlagen erkennen. So können Komponenten rechtzeitig ersetzt werden, bevor unerwartete Schäden zum teuren Ausfall von Maschinen führen. Auch in der Qualitätssicherung erweist sich die Wärmebildkamera als zuverlässiges Prüfinstrument, z.B. bei der Kontrolle von Metallen auf Destruktion oder der Überwachung von Erhitzungs- und Abkühlungsvorgängen. Ein weiterer Einsatzbereich ist die technische Kontrolle elektrischer Anlagen. Hier kann das Erkennen ungewöhnlich hoher Temperaturen in Schaltschränken teure Ausfälle oder gar mögliche Brände verhindern.
Fazit
Wärmebildkameras, wie die TV301, eignen sich also für Prüf- und Kontrollzwecke im Gebäudemanagement und in der Industrie. Der Aufwand für die Mitarbeiterschulung zur Anwendung der Thermografietechnik lässt sich stark reduzieren. Die Kameras überzeugen im mobilen Einsatz durch ihre kompakten Abmessungen und die Möglichkeit, Infrarotaufnahmen zu Dokumentationszwecken zu speichern. Die Software ermöglicht eine einfache Archivierung der Daten sowie einen umfangreichen Thermografie-Bericht. Zusätzlich bietet das Produkt mitgeliefertes Zubehör und ist mit dem abnehmbaren Weitwinkelobjektiv als bezahlbares Paket erhältlich. Der Einsatz von thermografischen Kontrollverfahren hilft, Materialschäden rechtzeitig zu erkennen und teure Folgekosten durch Ausfallzeiten in der Produktion zu vermeiden.
