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Die Thermografiekamera PCE-TC 30N für vorbeugende Wartungsarbeiten, ist das ideale Werkzeug für die Wartung und Instandhaltung. Diese Thermografiekamera ist besonders für Arbeiten für rauen Umgebungsbedingungen ein "Muss" in der Ausrüstung von Elektrikern, Schlossern oder vom allgemeinen Wartungspersonal zur Fehlersuche und Fehlervorbeugung an elektrischen Anlagen, elektromechanischen Geräten, Maschinen im Produktionsprozess, Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystemen.
Die Thermografiekamera PCE-TC 30N für vorbeugende Wartungsarbeiten, ist das ideale Werkzeug für die Wartung und Instandhaltung. Diese Thermografiekamera ist besonders für Arbeiten für rauen Umgebungsbedingungen ein "Muss" in der Ausrüstung von Elektrikern, Schlossern oder vom allgemeinen Wartungspersonal zur Fehlersuche und Fehlervorbeugung an elektrischen Anlagen, elektromechanischen Geräten, Maschinen im Produktionsprozess, Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystemen.
Der Begriff Thermografie wird – gerade in Zeiten steigender Energiekosten - häufig im Zusammenhang mit der Untersuchung des Wärmedämmverhaltens von Gebäuden verwendet. Eine Thermografiekamera zum Sichtbarmachen unterschiedlicher Temperaturen ist aber auch bei vielen anderen Aufgabenstellungen hilfreich. So können zum Beispiel durch die Auswertung der Temperaturzonen auf den Bildern einer Thermografiekamera Brandnester lokalisiert, vermisste Personen auch bei Dunkelheit und in verrauchten Räumen gefunden, Überhitzungen von elektronischen Bauteilen erkannt, Fertigungsprozesse überwacht, verdeckte Heizungs-, Lüftungs- und Wasserleitungen geortet und eventuelle Leckagen erkannt werden. Auch die Module von Photovoltaik und solarthermischen Anlagen können aus der Ferne geprüft werden und in der Human- und Tiermedizin erleichtert die Thermografiekamera das Auffinden lokaler Prellungen und Entzündungsherde. Natürlich ist es nicht sinnvoll, eine einzige Thermografiekamera passend für diese sehr unterschiedlichen Aufgabenstellungen auszustatten. Deshalb gibt es eine Vielzahl an Geräten mit unterschiedlichen Spezifikationen.
Für einige Anwendungen genügt eine relativ grobe Darstellung von starken Temperaturunterschieden, andere benötigen sehr detaillierte Darstellungen auch feiner Temperaturabstufungen. Worauf geachtet werden sollte, um abzuschätzen, ob sich eine Thermografiekamera für den geplanten Einsatzzweck eignet, hier als kurze Übersicht:
Dieses Kriterium lässt sich für die meisten Einsatzfälle leicht beantworten. Soll die Thermografiekamera an einem festen Platz aufgestellt oder montiert werden oder wird die Kamera an verschiedenen Orten genutzt?
Eine stationäre Thermografiekamera wird in der Regel dauerhaft am gleichen Standort und mit relativ festen Beobachtungsabstand betrieben. Stationäre Geräte werden zum Beispiel oft in der Entwicklung und zur Qualitätsüberwachung elektronischer Bauteile eingesetzt. Sie können aber auch zur Fertigungsüberwachung bei temperaturabhängigen Prozessen oder zur Personenzählung verwendet und in Sicherheitssysteme eingebunden werden. In automatisierten Prozessen, bei denen gleichbleibende Produktqualität gewährleistet werden soll, erfasst die stationäre Thermografiekamera permanent die Temperaturwerte des Prozessverlaufs. Mit der auf den Prozess zugeschnittenen Auswertungssoftware, können Produktchargen mit abweichenden Temperaturen, vollautomatisch detektiert und später ausgesondert werden. Ausgerüstet mit einer schnellen Ethernet-Schnittstelle, ist eine stationäre Thermografiekamera, zum Beispiel eine aus der PCE-PI-Serie, problemlos in ein vorhandenes Leitsystem integrierbar. Die Thermografiekamera bietet Wärmebilder in Echtzeit, so dass bei Abweichungen auch umgehend in den Prozess eingegriffen werden kann.
Die mobile Thermografiekamera wird an verschiedenen Orten eingesetzt und muss deshalb netzunabhängig und leicht zu transportieren sein. Viele leichte handliche Geräte sind mit Pistolengriff konstruiert. So eine Thermografiekamera verfügt wie moderne Digitalkameras über einen Monitor, der meist so angeordnet ist, dass das Wärmebild und die anvisierte Stelle in gleicher Blickrichtung liegen. Die Kamera kann leicht auf den zu untersuchenden Bereich ausgerichtet und in für die Aufnahme günstige Abstände zu den kritischen Stellen gebracht werden. Für zeitaufwändige thermografische Untersuchungen sollte unbedingt auf die mögliche Betriebsdauer und die Möglichkeit des Austauschens oder Nachladens der in der Thermografiekamera eingesetzten Akkus geachtet werden.
Der Sensor der Thermografiekamera kann nur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches mit der angegebenen Genauigkeit messen. Dieser Temperaturbereiche kann sehr eng sein - beispielsweise bei einem Gerät für die Prozessüberwachung oder für medizinische Zwecke – oder auch einen Bereich von 400 Grad umfassen, z. B. von - 20 Grad Celsius bis + 380 Grad Celsius. Einige Geräte können speziell auf einen Teilbereich kalibriert werden, um dort höhere Genauigkeiten zu erzielen. Benötigen Sie eine Thermografiekamera für sehr hohe oder sehr niedrige Temperaturen, achten Sie darauf, dass diese durch den Messbereich abgedeckt werden. Bei Temperaturen unterhalb von – 50 Grad Celsius ist die Intensität der emittierten Strahlung allerdings so gering, dass eine Messung mit den derzeit verfügbaren Sensoren für die Thermografiekamera schwierig umsetzbar ist.
Die thermische Empfindlichkeit beschreibt, wie detailliert die Thermografiekamera Temperaturunterschiede erfassen kann. Der Wert wird meist in Millikelvin, gelegentlich aber auch in Kelvin angegeben. Übliche Werte sind beispielsweise 70, 80, 100, 150 oder 300 Millikelvin. In den Gerätespezifikationen der Thermografiekamera findet sich diese Angabe gelegentlich auch unter der Bezeichnung NETD-Wert, abgeleitet vom englischen Begriff für diesen Wert - Noise Equivalent Temperature Difference. Es gibt Empfehlungen, dahingehend, dass die thermische Empfindlichkeit einer Thermografiekamera bei einem Prozent des darzustellenden Temperaturbereiches liegen sollte. Das bedeutet, dass für Temperaturdifferenzen von 30 Kelvin auf dem Wärmebild eine thermische Auflösung von 0,3 Kelvin, also 300 Millikelvin für eine gute Darstellung des Bildes genügt.
Die Thermografiekamera wandelt die Infrarotstrahlung des erfassten Bereiches in ein radiometrisches Bild um, aus dem über die Farbskala die Temperatur jedes einzelnen Pixels abgelesen werden kann. Je mehr Bildpunkte der Infrarotsensor separat erfassen kann, desto detaillierter ist die Abbildung der Temperaturunterschiede auf dem Monitor der Thermografiekamera. Im Vergleich zur Auflösung der visuellen Kamera für das Echtbild wirken die Angaben für die Auflösung des Infrarotbildes gering, dafür enthält aber jedes Pixel die Information zur ausgesandten Infrarotstrahlung und damit zur Oberflächentemperatur an der anvisierten Messstelle. Gute Infrarotsensoren erreichen Auflösungen von 640 x 480 Pixel.
Zur Kontrolle der Verdrahtung in Schaltschränken ist keine hochauflösende Thermografiekamera erforderlich. Hierfür sind digitale Multimeter mit integriertem Infrarotsensor praktisch, die im Thermografiemodus das Wärmebild auf dem Display anzeigen. Schon mit einer Auflösung von 38 x 38 Pixel werden für diesen Zweck ausreichend aussagekräftige Bilder erzeugt. Auch für die Kontrolle bewegter Maschinen- und Fahrzeugteilen auf übermäßige Erwärmung genügen im Allgemeinen geringe Auflösungen der Thermografiekamera. Auf dem Wärmebild erkennt man die Temperaturunterschiede durch die farbliche Darstellung und außerdem die örtliche Position der kritischen Bauteile.
Eine Thermografiekamera für Bauwerksuntersuchungen sollte über eine möglichst hohe Auflösung verfügen, damit angezeigte Temperaturunterschiede sicher interpretiert werden können. Geräte mit guter Auflösung zeigen die Temperaturunterschiede an Wärmebrücken klar abgegrenzt. Aus der Form des kälteren bzw. wärmeren Bereiches können Rückschlüsse gezogen werden, ob es sich um Installationsleitungen, Konstruktionselemente (Traglattung, Putzschienen), Materialwechsel oder Querschnittsschwächungen handelt. Nischen im Mauerwerk, die in Treppenräumen älterer Gebäuden häufig für Briefkastenanlagen oder Sicherungskästen angelegt wurden, können auf der Wohnraumseite zu Tauwasserbildung und Schimmelbefall führen. Für Fälle, in denen ein Handwerker lediglich die Lage von Heizungs- oder Wasserleitungen orten möchte, genügt auch eine Thermografiekamera mit geringer Auflösung.
Das Sichtfeld (FOV), der Messfleck (IFOV) und der Messabstand sind besonders wichtig für thermografische Aufnahmen bei denen es auf Details ankommt oder bei denen der Zugang zur Messfläche durch äußere Bedingungen eingeschränkt ist. Bei einigen Kameraserien kann aus verschiedenen Objektiven gewählt werden. Meist wird dann für alle wählbaren Objektive dieser Thermografiekamera in einer Tabelle dargestellt, wie groß für bestimmte Entfernungen das Sichtfeld und die einem Pixel zugeordnete Objektgröße mit diesem Objektiv ist. Auch der minimale Abstand zum Messobjekt wird für jedes Objektiv angegeben.
Das Sichtfeld einer Thermografiekamera gibt an, auf welche horizontalen Blickwinkel - Horizontal Field of View (HFOV) - und vertikalen Blickwinkel – Vertical Field of View (VFOV) - das Objektiv der Thermografiekamera ausgelegt sind. Die Angaben zum Sichtfeld können in den Gerätespezifikationen auch unter der englischen Bezeichnung Field of view (FOV) erscheinen. Die von der Thermografiekamera erfasste Fläche wird größer, je weiter die Kamera von den strahlenden Objekten entfernt ist. Zum Beispiel erfasst ein Sichtfeld von 30 Grad eine Messfläche von:
Um die Vorteile der berührungslosen Temperaturerfassung für die Überwachung hochtemperierter Prozesse nutzen zu können, werden Sensoren mit speziell abgestimmtem Spektralbereich eingesetzt. Beispiele sind:
Übliche Gläser und transparente Kunststoffe sind zwar für sichtbares Licht und nahe Infrarotstrahlung, aber nicht für langwelliges Infrarot durchlässig, so dass eine Thermografiekamera mit langwelligem Spektrum Objekte nicht durch Fenster oder Sichtscheiben hindurch messen kann. Stattdessen wird die Temperatur der Glasoberfläche gemessen. Auf farbigen Thermografiebildern mit Personen sind Brillen deshalb oft besonders auffällig. Für Messungen durch Scheiben hindurch gibt es speziell gefertigte durchlässige Gläser.
Die Bildfrequenz gibt an, wie viele Bilder pro Sekunde die Thermografiekamera aufnimmt. Für viele Anwendungsfälle genügt eine Bildaufnahmefrequenz von 1 Hertz, also ein Wärmebild pro Sekunde. Eine hohe Bildfrequenz ist da wichtig, wo die Wärmeentwicklung an aktiven Bauteilen oder in laufenden Prozessen überwacht werden soll. Auch, wenn Thermografieaufnahmen mit bewegter Kamera gemacht werden sollen, oder sich das zu untersuchende Objekt bewegt, ist eine hohe Bildfrequenz vorteilhaft.
Eine besondere Funktion zur schnellen räumlichen Ortung und qualitativen Bewertung der Temperaturextreme ist die Anzeige der Höchst- und Tiefsttemperatur auf dem Wärmebild mit Position und Zahlenwert in Grad Celsius. Da die Markierung dieser beiden Punkte die Bildbewertung auch stören kann, ist im Menü der Thermografiekamera oft wählbar, ob diese Funktion aktiv oder inaktiv sein soll. Bei der Interpretation der Zahlenwerte ist darauf zu achten, dass die Temperaturmessung über die Infrarotstrahlung durch bestimmte Materialeigenschaften verfälscht werden kann.
Bei einer mobilen Thermografiekamera ist sehr oft neben dem Infrarotsensor eine digitale Kamera verbaut, so dass zusätzlich zum Wärmebild auch ein Echtbild von der untersuchten Stelle aufgenommen wird. Beide, das Infrarot und das Echtbild, können meist in verschiedener Intensität überlagert werden, so dass kritische Stellen räumlich besser zugeordnet und dokumentiert werden können. Auch einige stationäre Geräte sind mit einer Digitalkamera für Echtbilder ausgestattet.
Eine mobile Thermografiekamera, deren Aufnahmen auch zur Dokumentation der Untersuchungen verwendet werden sollen, sollte über einen ausreichend großen Speicher verfügen. In der Regel hat man bei der thermografischen Aufnahme von Gebäuden oder technischen Anlagen nicht die Möglichkeit, die Daten sofort zu übertragen. Deshalb sollte der in der Thermografiekamera verfügbare Speicherplatz groß genug für die gewünschten Bilder sein, oder die Kamera sollte die Möglichkeit bieten Wechseldatenträger zu nutzen. Bei einer stationären Thermografiekamera können die Bilddaten meist sofort auf einen PC oder an ein Netzwerk übertragen werden.
Um die mit der Thermografiekamera aufgenommen Bilder, also sowohl die Infrarot-, als auch die Echtbilder bzw. deren Überlagerungen übertragen zu können, verfügen viele mobile Kameras über eine USB- oder Micro USB-Schnittstelle.
Sowohl mobile als auch stationäre Kameras können so ausgestattet sein, dass sie auch unter rauen Umgebungsbedingungen einsetzbar sind. Um den Sensor, die Auswerteelektronik und den Monitor vor Schäden zu schützen, kann das Gehäuse einer Thermografiekamera einerseits mit speziellen Schutzelementen zum Abschwächen mechanischer Beanspruchung ausgestattet sein. Bei einer Thermografiekamera speziell für Rettungseinsätze der Feuerwehr wird die Funktion dieser Schutzelemente in genormten Fall- und anderen Beanspruchungstests geprüft. Zum anderen können die Gehäuse besonders dicht gegen Fremdkörper und Feuchtigkeit ausgeführt werden. Für diese Eigenschaften hat sich international die Klassifizierung nach den IP-Schutzgraden durchgesetzt.
Zusätzliche fest im Gerät verbaute Sensoren erleichtern die Anwendung für spezielle Einsatzbereiche.
Eine Thermografiekamera mit Thermohygrometer ist vor allem bei der Einschätzung der Tauwassergefahr und bei der Analyse der Ursachen von Tauwasserbildung hilfreich. Die zusätzliche Messung von Temperatur und Luftfeuchte ermöglicht die Berechnung der Taupunkttemperatur. Die Thermografiekamera zeigt neben dem Wärmebild die aktuelle Raumtemperatur, die Luftfeuchte und den errechneten Taupunkt. Liegt die ermittelte Taupunkttemperatur über dem niedrigsten Temperaturwert im Wärmebild, können gezielt alle Stellen mit niedrigerer Temperatur überprüft werden. Es ist zu berücksichtigen, dass es einige Ursachen gibt, die die Temperaturdarstellung im Infrarotbild verfälschen können. Deshalb sollten auffällige Werte zunächst mit dem Echtbild der Thermografiekamera und dann gegebenenfalls direkt in der Örtlichkeit überprüft werden.
Ein Multimeter mit Thermografiekamera ist sehr praktisch zur Überprüfung von Schaltschränken und elektrischen Anlagen. Die Geräte sind selten größer als andere digitale Multimeter und können auf dem Display, das sonst die Messwerte anzeigt, ein Wärmebild darstellen. So können fehlerhafte Bauteile oder Anschlüsse sehr schnell erkannt und ausgetauscht bzw. korrigiert werden. Diese Multimeter mit Thermografiekamera sind meist klein, leicht und trotzdem robust. Diese Kombigeräte können oft auch Daten per Bluetooth übertragen.
Wichtige Normen zu Begriffen in der Thermografie, zu Thermografieverfahren und zu den verschiedenen thermografischen Messgeräten sind 2016 und in den Folgejahren grundlegend überarbeitet oder neu erstellt worden. Hier eine Übersicht zur Orientierung:
Die VDE Richtlinie zur Kalibrierung von Thermografiekameras - VDI/VDE 5585 Blatt 2- ist aktuell (Stand September 2020) noch in Bearbeitung. In dieser Richtlinie sollen einheitliche Verfahren zum Kalibrieren einer Thermografiekamera über folgende Inhalte geregelt werden: Rückführung auf ITS-90, Kalibrierverfahren und Kalibriergeometrien, Referenzstrahler und Messunsicherheiten.
Für Einsatzfälle, in denen die Thermografiekamera Temperaturen sicher erfassen oder die Abweichung von Temperaturgrenzwerten sicher detektieren soll, empfiehlt sich eine regelmäßige Kalibrierung für den relevanten Temperaturbereich. Die Kalibrierung ist eine Vergleichsmessung, bei der festgestellt wird, ob die Messwerte der Thermografiekamera innerhalb der vom Gerätehersteller angegebenen Genauigkeit liegen. Dazu werden Messpunkte festgelegt und sowohl mit der zu kalibrierenden Thermografiekamera als auch mit einem festgelegten besseren Vergleichsnormal gemessen. Für die Thermografiekamera und andere kontaktlos messende Thermometer werden in der Regel spezielle Kalibratoren genutzt. Diese Schwarzstrahler mit Emissionsfaktoren zwischen 0,95 und 0,98 werden auf festgelegte Temperaturwerte erwärmt. Diese Oberflächentemperaturen des Schwarzstrahlers werden dann mit der Thermografiekamera gemessen und mit den Sollwerten verglichen. Die Daten dieser Messungen werden dann in das Kalibrierzertifikat übernommen.
Die Messwerte können bei passenden Bedingungen auch ohne Kalibrierlabor schnell und ohne großen Aufwand vor Ort überprüft werden. Dazu vergleicht man den Messwert der Thermografiekamera mit dem eines kalibrierten Kontaktthermometers gleicher oder höherer Genauigkeit. Damit durch Anwendungsfehler keine Messabweichungen entstehen, sollte man sich über die Besonderheiten der Infrarotthermometrie informieren. In der Richtlinie VDI/VDE 3511 Blatt 4, Technische Temperaturmessung – Strahlungsthermometrie, wird insbesondere auf den Einfluss von Emissionsgrad und Umgebungstemperatur als mögliche Fehlerursachen bei Infrarot-Temperaturmessungen eingegangen.
Die Geschichte der Thermografiekamera hat bereits eine weite Entwicklung hinter sich. Damals waren die noch sehr großen und unhandlichen Geräte hauptsächlich für Militäreinsätze bestimmt, um in nächtlichen Operationen Feinde sichtbar zu machen. Heutzutage sind die nun mehr kleinen und handlichen Geräte. Eine Thermografiekamera ist heute kaum noch aus der Industrie, medizinischen Bereichen oder Instituten weg zu denken. In vielen Branchen leisten sie lebenswichtige Arbeit, um sie Sicherheit von Anlagen und Menschen zu gewährleisten.
Ein Messgerät nicht nur für Gebäudeuntersuchungen sondern speziell auch für die vorbeugende Instandhaltung und Wartung von Maschinen und Anlagen. In der heutigen Zeit ist es mittlerweile jedem Menschen bekannt, dass unsere Energievorräte begrenzt und damit sehr wertvoll sind. Eine Thermografiekamera kann dabei helfen, Dämmungsprobleme und andere Gebäudeanomalien deutlich sichtbar zu machen. Korrekturmaßnahmen werden schneller ausgeführt, um die kostbare Energie einzusparen. Eine Thermografiekamera ist besonders für den Praktiker vor Ort interessant, der mit dieser Kamera Inspektionen von Anlagen und Maschinen sowie Sicherheitsaufgaben durchführen kann.