Wärmebildkamera

Die Auswahl einer geeigneten Wärmebildkamera ist auschlaggebend von der Anwendung abhängig. Für präzise Temperaturmessungen werden üblicherweise Wärmebildkameras benutzt, welche eine hohe Auflösung haben. Ist die Temperatur eher nebensächlich und soll nur ein Wärmeverlauf dargestellt werden, so können auch Wärmebildkameras mit geringerer Auflösung benutzt werden.

Welche Auflösung wird für welche Anwendung benötigt?

Zur schnellen Begutachtung von elektronischen Komponenten in Schaltschränken, sind Wärmebildkameras mit geringeren Auflösungen durchaus ausreichend. Hier kann beispielsweise die Wärmebildkamera PCE-TC 28 zum Einsatz kommen. Mit einer Auflösung von 38 x 38 Pixel sind ausreichend gute Bilder sichtbar. Auf der enthaltenen SD-Speicherkarte können Aufnahmen gespeichert und für spätere Dokumentationen bereitgestellt werden. Auch die Analyse von bewegten Teilen, wie zum Beispiel Wellen oder Lager, kann hiermit durchgeführt werden.

In der Bauwerksdiagnostik werden zumeist höhere Auflösungen der Wärmebildkameras benötigt. Um eventuelle Wärmebrücken oder mangelnde Dämmungen zuverlässig detektieren zu können, sollte die Auflösung der Kamera mindestens 160 x 120 Pixel betragen. Des Weiteren sollte das Augenmerk auch auf robuste Gehäuse gelegt werden, da die Umgebungsbedingungen durchaus rau sein können. Mit der o.g. Auflösung können auch zuverlässig Temperaturen von elektronischen Bauteilen auf Platinen gemessen werden.

Für wissenschaftliche Anwendungen, Marine/ Defense oder in Prozessen, bei denen hohe Genauigkeiten gefordert werden, empfiehlt sich die Verwendung einer Wärmebildkamera mit hoher Auflösung. Diese starten bei 640 x 480 Pixel. In dieser Klasse der Wärmebildkameras werden meist auch leistungsstärkere Prozessoren verbaut, welche höhere Bildraten liefern und eine Dokumentation der Messdaten vor Ort, beispielsweise durch Text- oder Sprachkommentare, ermöglichen.

Wird ein Echtbild benötigt?

Viele Wärmebildkameras bieten auch die Möglichkeit, neben dem Wärmebild selbst, eine Echtbild Aufnahme des Messobjektes mit Hilfe einer integrierten Digitalkamera zu speichern. Diese beiden Bilder können auch überlagert werden. Da unter bestimmten Bedingungen die eindeutige Zuordnung eines Messobjektes anhand des Wärmebildes schwierig ist, kann diese Problematik mit der Aufnahme eines Echtbildes vermieden werden. Des Weiteren können bei der späteren Dokumentation, gefundene Problemstellungen im Echtbild deutlich gemacht werden.

Mobile oder stationäre Anwendung einer Wärmebildkamera?

Wie oben erwähnt, eignen sich mobile Wärmebildkameras zur Begutachtung von Schaltschränken, Maschinen, Lagern, Wellen, Bauwerken uvm. Dem Anwender wird durch eine mobil einsetzbare Wärmebildkamera die Möglichkeit gegeben, verschiedenste Messobjekte ohne großen Aufwand zu vermessen.

In automatisierten Prozessen hingegen, bei denen gleichbleibende Produktqualität gewährleistet werden soll, sind stationäre Wärmebildkameras von Vorteil. Mit der auf den Prozess zugeschnittenen Auswertungssoftware, können abweichende Temperaturen, beispielsweise in der Metallindustrie, vollautomatisch detektiert und später ausgesondert werden. Ausgerüstet mit schnellen Ethernet-Schnittstellen, sind stationäre Wärmebildkameras, wie zum Beispiel die PCE-PI-Serie, problemlos in vorhandenen Leitsystemen integrierbar und bieten Wärmebilder in Echtzeit.

Gerne stehen Ihnen unsere Berater aber auch technisch bei der Wahl der Kamera zur Seite. Sie helfen Ihnen bei speziellen Fragen zu den Wärmebildkameras und ob bestimmte Funktionen gegeben sind.

Die Geschichte der Wärmebildkamera 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 Wärmebildkamera 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 Wärmebildkamera kann dabei helfen, Dämmungsprobleme und andere Gebäudeanomalien deutlich sichtbar zu machen. Korrekturmaßnahmen werden schneller ausgeführt, um die kostbare Energie einzusparen. Eine Wärmebildkamera ist besonders für den Praktiker vor Ort interessant, der mit dieser Kamera Inspektionen von Anlagen und Maschinen sowie Sicherheitsaufgaben durchführen kann. Da sich die Thermografie als Disziplin stetig weiterentwickelt passt sich die Wärmebildkamera dieser Entwicklung immer an.

Die Kameras werden baulich kleiner, einfacher zu handhaben und natürlich deutlich günstiger. Durch die sehr kleine Bauweise bieten sie absolute Mobilität. Sehr einfache Bedienung zeichnen diese Wärmebildkamera aus, mit der auch Personen, die nicht vom Fach sind, sehr gut zurechtkommen. Mit immer neuen Wärmebildkameras wird unser Portfolio stetig größer.

Somit sparen Sie in jedem Fall sehr viel Energie. Zudem ermöglicht sich eine bessere Planung Ihrer zustandsorientierten Wartung und Instandhaltung. Die mittels der Wärmebildkamera gemachten Bilder erlauben Ihnen die Abschätzung der Laufzeit der Bauteile und somit die Nutzung der kompletten Lebenszeit dieser Maschinen oder Maschinenteile. Ersatzteilkosten werden verringert.

Wenn der Winter kommt, werden Grippeviren an viel besuchten Orten wie Flughäfen, Durchgangsstationen, Supermärkten etc. rasend schnell übertragen. Eines der Hauptsymptome der Grippe ist hohes Fieber. An manchen Flughäfen in den Vereinigten Staaten werden Wärmebildkameras eingesetzt, um festzustellen, ob Passagiere Symptome des H1N1 Virus oder anderer Krankheiten aufweisen. Diese Wärmebildkameras können kontaktlos Fieber messen.

Wärmebildkameras sind wie normale Kameras, mit dem Unterschied, dass sie vom Messobjekt reflektiertes Licht erfassen können. Wärmebildkameras sind wärmeempfindliche Geräte, die Bilder auf Basis von Temperaturen anzeigen. Daher ist eine Wärmebildkamera besonders hilfreich in dunklen Umgebungen. Eine Wärmebildkamera stellt Objekte aufgrund ihrer Temperaturen dar, wobei heißere Bereiche in helleren Farben angezeigt werden. Die Geräte sind mit äußerst sensiblen Systemen ausgestattet, die Temperaturen auf den Bruchteil eines Grads genau messen.

Als Erstes wurden Wärmebildkameras nach dem Ausbruch der SARS-Epidemie 2002 und 2003 an Flughäfen in Singapur und China eingesetzt. Seitdem wurde der Gebrauch von derartigen Geräten aufrecht erhalten. Wenn auch eine erhöhte Körpertemperatur mit einer Wärmebildkamera festgestellt werden kann, kann man damit jedoch keine Infektion mit der Schweinegrippe beim Menschen erkennen. Auch sollte man bedenken, dass Reisende auch dann eine erhöhte Körpertemperatur aufweisen können, wenn sie einer Art von Anstrengung wie schnellem Laufen, schwerem Gepäck oder Alkoholgenuss in Verbindung mit heißem Wetter ausgesetzt sind.

Eine Wärmebildkamera der PCE-TC Serie hat eine Software, mit der Wärmequellen ausfindig gemacht werden können. Mit Hilfe eines Temperaturkalibrators, der auf 38 °C programmiert wird, können Sie prüfen, ob Ihre Kamera Temperaturen auch genau misst. Die Software dieser Wärmebildkamera gibt eine Alarmanzeige an den PC weiter, wenn die Kamera eine höhere Temperatur misst. So wird eine hohe Genauigkeit gewährleistet. Bei diesen Messgeräten werden herkömmliche und Wärmebilder kombiniert, um z. B. eine Art Thermogramm einer Person darzustellen. Wie auch bei normalen Digitalkameras wird das Bild im Display auf der Rückseite der Wärmebildkamera angezeigt. Ein Cursor zeigt automatisch auf den heißesten Punkt im Bild – im Normalfall ist dieser das Gesicht der Person. Daher empfiehlt es sich, Personen einzeln zu messen. Ursprünglich fanden Thermografie - Geräte im Militär Anwendung.

Mit den technologischen Fortschritten erschlossen sich auch immer mehr Anwendungsbereiche für Wärmebildkameras, von militärischen Anwendungen über vorbeugende Instandhaltung, Fertigungssteuerung, Branderkennung und -analyse, sowie die Untersuchung von Fußböden, Isolierungen, Wänden etc. bis hin zu medizinischen Anwendungsbereichen. Die meisten Schäden im industriellen Bereich, ob elektrisch oder mechanisch, können mit Hilfe von Wärmebildkameras über Temperaturveränderungen vorhergesagt werden. Hierfür können Messinstrumente zum Festeinbau verwendet werden, z. B. wenn eine kontinuierliche Überwachung gewünscht ist, oder aber Handgeräte für Stichproben.

Der Gebrauch von Wärmebildkameras in der Wartung von Anlagen, Maschinen usw. ermöglicht dem Nutzer, mögliche Schäden im Voraus zu erkennen und deren Folgen zu vermeiden. Beim Kauf einer Wärmebildkamera sollten Sie die Anzahl der Pixel beachten, sowie die spektrale Empfindlichkeit, die Sensorlaufzeit, das Sichtfeld, den Dynamikbereich, die Eingangsleistung, die Masse und das Volumen des Messobjekts.

Eine Wärmebildkamera kann auch zur der Lokalisierung schimmelbefallener und schimmelgefährdeter Stellen eingesetzt werden. Schimmelpilze sind weit verbreitet und ihre Sporen deshalb fast überall in der Luft vorhanden. Die Sporen benötigen zum Auskeimen und Wachsen ausreichend Feuchtigkeit, passende Temperaturen, Nährstoffe und Zeit. Von diesen Grundvoraussetzungen für die Entstehung von Schimmelschäden ist die Feuchtigkeit die Bedingung, die bei üblicher Gebäudenutzung am einfachsten beeinflusst werden kann.

Dies lässt sich am Beispiel Kaffeesatz verdeutlichen. Lässt man nach dem Aufbrühen des Kaffees das Kaffeepulver mehrere Tage im Tresterbehälter oder in der Filtertüte, bildet sich bei üblichen Umgebungsbedingungen Schimmel. Um dies zu verhindern, ohne die Raumtemperatur zu ändern oder Reinraumbedingungen zu schaffen, muss man den Kaffeesatz kurze Zeit nach der Durchfeuchtung trocknen lassen. Auch bei durchfeuchteten Bauteilen sollte möglichst kurzfristig für Abtrocknung gesorgt werden.

Natürlich ist es besser, bereits den Feuchteeintrag in die Baukonstruktion zu verhindern. Die Durchfeuchtung von Bauteilen kann verschiedene Ursachen haben. Wegen defekter oder verstopfter Dachabläufe oder durch mangelhafte Anschlüsse zum Beispiel von Balkonen oder Eingangsüberdachungen kann Wasser von außen eindringen. Von innen können Wände und Decken durch Spritzwasser, defekte Wasser- oder Heizungsleitungen oder durch Tauwasser durchfeuchtet werden. Tauwasser entsteht, wenn warme Luft an kalten Oberflächen abkühlt und deshalb weniger Wasserdampf binden kann.

Mit einer Wärmebildkamera können sowohl Bereiche mit erhöhter Feuchte, als auch Bereiche mit niedrigerer Temperatur, die durch Tauwasser gefährdet sind, sichtbar gemacht werden. Prinzipiell bildet die Wärmebildkamera Oberflächen mit erhöhter Wärmeabstrahlung schnell und zerstörungsfrei ab. Feuchte Materialien leiten Wärme besser ab als trockene. Deshalb zeichnen sich auf dem Infrarotbild einer Wärmebildkamera mit ausreichender Auflösung nicht nur geometrische und materialbedingte Wärmebrücken durch den Temperaturunterschied farblich ab, sondern auch feuchte Stellen in homogenen Wandaufbauten. Erkennt man auf dem Infrarotbild Flächen, die sich farblich deutlich von der Umgebung absetzen, ist zu untersuchen, ob an diesen Stellen andere Bauteile oder Materialien im Wandquerschnitt verbaut sind.

Oft lässt sich bereits aus der Form und Position dieser Flächen schlussfolgern, ob dort Putzschienen, Wasser-, Heiz- oder Elektroleitungen eingebaut oder ob eine frühere Öffnung mit anderem Material verschlossen wurde. Ist dies nicht der Fall, kann näher untersucht werden, ob der Wand- bzw. Deckenaufbau an dieser Stelle bereits durchfeuchtet ist oder durch Tauwasserbildung gefährdet ist, weil er einen schlechteren Wärmedämmwert hat.

Besonders geeignet für die Beurteilung der Schimmelgefahr an Bauteilen ist eine Wärmebildkamera mit zusätzlichem Sensor für die Raumtemperatur und die Luftfeuchte. Solch eine Wärmebildkamera kann aus Luftfeuchte und Raumtemperatur den Taupunkt ermitteln. Der Taupunkt bezeichnet die Temperatur, ab der sich durch Abkühlen der Raumluft Tauwasser auf der Bauteiloberfläche bildet.

Eine Wärmebildkamera mit Thermo-Hygrometer-Funktion ist zum Beispiel die PCE-TC 25. Sie zeigt standardmäßig nicht nur das Wärmebild, sondern auch sofort die aktuelle Luftfeuchtigkeit (RH) und Raumtemperatur (AT) sowie den Taupunkt (DEW) und die Feuchtkugeltemperatur (WBT) auf dem Display an. Diese Werte der Wärmebildkamera, die sonst mit einem separaten Thermohygrometer erfasst werden, lassen Rückschlüsse darauf zu, ob durch Erhöhung der Temperatur oder Senkung der Luftfeuchte Tauwasser und damit die Gefahr von Schimmelbildung verhindert werden kann. Der errechnete Taupunkt kann sofort mit dem niedrigsten Temperaturwert des Infrarotbildes verglichen werden. Bei der Interpretation des Wärmebildes und dem Temperaturvergleich ist darauf zu achten, dass die Temperaturen im Wärmebild aus verschiedenen Gründen von den tatsächlichen abweichen können. Die Überlagerung von Infrarotbild und Sichtbild hilft beim Interpretieren der Temperaturdarstellung.

Eine Wärmebildkamera mit ausreichender Auflösung und Wärmeempfindlichkeit kann auch zum Aufdecken verdeckter Mängel und Schäden an Baukonstruktionen und Installationen eingesetzt werden. Bei ausreichendem Temperaturgefälle sind im Allgemeinen keinerlei Vorbereitungen für die Überprüfung notwendig. Für spezielle Messungen kann es erforderlich sein, die zu untersuchenden Bereiche zu erwärmen bzw. zu kühlen.

Der Bundesverband für angewandte Thermografie e. V. (VATH) stellt auf seiner Internetseite kostenlos Thermografie-Richtlinien zum Download bereit. In deutscher Sprache sind dort Richtlinien für die Anwendung der Wärmebildkamera für die Gebiete Bau, Elektro - Niederspannung und PV und Elektro – Hochspannung verfügbar, in englischer Sprache die Richtlinien für Niederspannung und Hochspannung (VATH-Guideline: Electrical Infrared Inspections – Low Voltage and VATH-Guideline: Electrical Infrared Inspections – High Voltage).

Die Infrarotbilder zeigen Mängel an der Baukonstruktion schon vor dem Auftreten sichtbarer Schäden. Die Wärmebildkamera kann aber nicht nur zur Suche nach verdeckten Mängeln, sondern auch zur Untersuchung von Bestandsgebäuden, zur Dokumentation von verdeckt eingebauten Heizungs- oder Wasserleitungen oder zur Kontrolle der Bauausführung eingesetzt werden. Mit der Wärmebildkamera lässt sich zum Beispiel feststellen, ob der vorgegebene Abstand der Tragschienen bei abgehängten Decken oder leichten Trennwänden eingehalten wurde und ob die Dach- oder Deckendämmung lückenlos an die Begrenzungsflächen anschließt.

Wärmebrücken und die Durchfeuchtung von Teilflächen einer Wand oder Decke können mit einer thermisch empfindlichen Wärmebildkamera bei passenden Einsatzbedingungen auch im Sommer gut auf dem Infrarotbild erkannt werden. Nicht nur die unerwünschte Wärmeabgabe, sondern auch die Aufheizung von Bauteilen im Sommer kann mit der Wärmebildkamera sichtbar gemacht werden.

Mit der Wärmebildkamera sind verdeckte Schwachstellen in der Gebäudehülle und Schäden an wärme- bzw. kälteführenden Leitungen gut detektierbar. Bereiche mit ungewöhnlich hoher Wärme- bzw. Kälteabgabe zeichnen sich auf dem Infrarotbild der Wärmebildkamera deutlich ab, so dass für Reparaturen gezielt nur diese Bereiche freigelegt werden müssen. Selbst leichte Undichtigkeiten in Fernwärmenetzen können auf den Aufnahmen einer dafür geeigneten Wärmebildkamera erkannt werden. Einige Stadtwerke prüfen ihre Fernwärmenetze deshalb regelmäßig mit der Wärmebildkamera, damit sie eingreifen können, bevor größere Schäden auftreten. Sind die kritischen Stellen durch die Infrarotdarstellung eingegrenzt, kann für diese Bereiche nach praktikablen Lösungen gesucht werden.

Viele Unregelmäßigkeiten und Fehler bei Maschinen und Anlagen können durch Temperaturkontrollen frühzeitig erkannt werden. Eine Wärmebildkamera bietet die Möglichkeit, schnell große Bereiche einer Maschine zu überprüfen. Bei Bedarf können auffällige Stellen dann mit weiteren Wärmebildern aus kürzerer Distanz oder durch andere Verfahren näher untersucht werden.

Anders als bei Messungen mit Temperaturfühlern oder Infrarotthermometern wird die Temperatur für den überprüften Bereich nicht als ein einzelner Wert angezeigt. Das Infrarot-Wärmebild einer Wärmebildkamera ist unterteilt in Pixel, die bei voneinander abweichender Temperatur deutlich durch die andersfarbige Darstellung zu unterscheiden sind.

Mit einer einzigen Messung, für die nur wenige Sekunden benötigt werden, können die kritischen Temperaturen eines ganzen Bereichs bestimmt und dokumentiert werden. Bei ausreichender Auflösung und Temperaturempfindlichkeit der Wärmebildkamera sind auf dem Wärmebild nicht nur die genauen Positionen der Elemente zu erkennen bei denen die Temperatur abweicht, sondern auch deren räumliche Ausdehnung.

Maschinenteile die durch Bewegungen beansprucht werden
Bewegte Teile und deren Auflager können bei fehlender Kühlung oder Schmierung überhitzen und durch Hitze oder Reibung erhöhtem Verschleiß unterliegen. Jeder kann diesen Effekt des Temperaturanstiegs durch Reibung hautnah erleben indem er zum Beispiel einen gerade benutzten Bohrer oder eine frisch geschliffene Fläche berührt.

Aber auch geringe Verdrehungen oder Verschiebungen eines bewegten Bauteils oder seines Auflagers können schnell zu Fehlbelastungen und Fehlfunktionen oder sogar zu Ausfällen führen. Vorbeugend und bei Verdacht auf Unregelmäßigkeiten können an kritischen Stellen die Temperaturen einfach und schnell mit einer Wärmebildkamera gemessen und ausgewertet werden. Viele Gerätemodelle bieten einen Speicher für die Aufnahmen. Die gespeicherten Wärmebilder lassen sich dann auf Computer übertragen und stehen dann zur Dokumentation und für spätere Vergleiche zur Verfügung.

Anlagenteile die durch Hitze oder Kälte beansprucht werden
Bei einigen Maschinen und Anlagen werden Bauteile durch sehr hohe oder sehr niedrige Temperaturen beansprucht. Sie sollen diese Temperaturen entweder möglichst lange beibehalten oder möglichst schnell ableiten. Für beiden Zielstellungen sind problematische Stellen auf den Aufnahmen einer Wärmebildkamera gut zu erkennen.

Ungleichmäßige Wärmeverteilung in Bereichen, die die gleiche Temperatur aufweisen sollten, deuten meist entweder auf Materialfehler oder auf unerwünschte Ablagerungen hin. Da Kontrollen mit der Wärmebildkamera schnell und unkompliziert durchgeführt werden können, sollten diese nicht erst nach dem Entdecken von Auffälligkeiten, sondern regelmäßig auch vorbeugend durchgeführt werden. Dies ermöglicht die frühe Erkennung von Mängeln und rechtzeitige und geplante Instandhaltungsmaßnahmen außerhalb der Fertigungsprozesse.

Bei vielen Aufgabenstellungen mit denen Wasser- und Heizungsinstallateure tagtäglich konfrontiert werden, kann die Verwendung einer Wärmebildkamera helfen, Zeit und Kosten zu sparen. Sowohl bei Reparaturen oder Änderungen an bestehenden Heizungs- und Wasserinstallationen als auch bei der Planung von neuen Anlagen liefern die Infrarotbilder einer geeigneten Wärmebildkamera sehr schnell gut auswertbare Informationen zu den Temperaturen des vom Bild erfassten Bereiches. Die erstellten aussagefähigen Aufnahmen können außerdem an den Gebäudenutzer übergeben werden, damit sie diesem für spätere Maßnahmen sofort vor Ort zur Verfügung stehen.

Einsatz der Wärmebildkamera zum Auffinden von Heizungs- und Wasserleitungen
Nicht nur die Heizschlangen von Fußboden- und Wandheizungen sind praktisch unsichtbar, auch die anderen Installationsrohre sind in den meisten Gebäuden verdeckt eingebaut. Da sie nicht mit bloßem Auge zu sehen sind, besteht die Gefahr, dass sie bei Renovierungsarbeiten beschädigt werden. Egal, ob Regale oder Fußleisten, zusätzliche Elektro- oder EDV-Kabel oder andere Elemente angebracht werden sollen – es ist besser, vorab zu wissen, ob der Untergrund zur Befestigung geeignet ist.

Die Infrarot-Bilder der Wärmebildkamera zeigen bei ausreichender Temperaturdifferenz den genauen Verlauf der Rohrleitungen. Diese Bilder lassen sich deshalb gut zur Festlegung der Position für die aktuell benötigten Befestigungspunkte nutzen. Auch wenn zusätzliche Heizkörper oder Sanitärobjekte angeschlossen werden sollen, ist es von Vorteil, den genauen Leitungsverlauf zu kennen. Wenn klar ist, wo hinter Putz oder Verkleidungen die Leitungen verlaufen, kann die betroffene Leitung gezielt nur dort wo es nötig ist für die Erweiterung freigelegt werden und es sind weniger Vor- und Nacharbeiten erforderlich.

Nutzung der Wärmebildkamera zum Orten von Leckagen und Undichtigkeiten
Eine Wärmebildkamera mit guter Auflösung und hoher thermischer Empfindlichkeit kann auch zum Auffinden von undichten Stellen an Leitungen und Behältern eingesetzt werden. Dort, wo die Flüssigkeiten oder Gase aus Behältern oder Leitungen austreten, stellt sich fast immer ein von der Umgebung abweichendes Temperaturniveau ein. Dies ist auf dem Wärmebild durch die verschiedenfarbige Darstellung der Flächen gut zu erkennen. Zusätzliche Hilfe bei der Bestimmung der genauen Position der Leckage bieten die Markierungen für den wärmsten und den kältesten Punkt des Bildes.

Da die Wärmebildkamera den aufgenommenen Bereich einheitlich mit dem gleichen Emissionsfaktor bewertet, besteht die Gefahr, dass es durch unterschiedliche Emissionsgrade der Oberflächen zu Fehlbewertungen kommt. Wenn nicht sicher ist, ob dargestellte Farbunterschiede auf Temperaturunterschieden beruhen oder ob sie durch unterschiedliche Emissionsgrade der Oberflächen verursacht werden, bringt die Kontrolle am Objekt Klarheit. Zur schnellen Orientierung genügt oft auch schon die Bildüberlagerung mit dem visuellen Bild des untersuchten Bereiches.

Untersuchung der Wärmeverteilung in Speichern und Heizkörpern mit der Wärmebildkamera
Mit einer Wärmebildkamera lässt sich auch Temperaturverteilung in Heizkörpern, Kollektoren für Solarthermie und Speichern bildlich darstellen. Mit Hilfe dieser Wärmebilder sind Rückschlüsse auf Mängel und gezielte Abhilfe möglich. Auch die Ausführung der Dämmung von Speichern und von Leitungen in unbeheizten Bereichen kann einfach und schnell kontrolliert werden, damit keine Energie verschwendet wird und die Wärme dort ankommt, wo sie benötigt wird.

Einsatz der Wärmebildkamera bei der Installation neuer Anlagen
Auch bei der Planung und Installation neuer Heizungs- und Sanitäranlagen können mit einer Wärmebildkamera vor Ort sehr schnell und ohne Eingriffe in die Substanz wichtige Informationen gewonnen werden. Auf den Wärmebildern ist beispielsweise gut erkennbar, wo in Wänden und Decken Stützen, Träger, Tragschienen oder Latten angeordnet sind. Damit können die Leitungsverläufe und notwendigen Befestigungspunkte und Durchbrüche vorab sicher geplant werden.

Wo die flächige farbliche Darstellung der Temperaturunterschiede auf dem Infrarotbild zur Lokalisierung von Schwachstellen genügt, muss die Genauigkeit der Temperaturangaben nicht unbedingt regelmäßig geprüft und dokumentiert werden. Bei Anwendungen, in denen mit der Wärmebildkamera kritische Temperaturen erkannt oder die Einhaltung bestimmter Temperaturen überwacht werden sollen, ist jedoch eine regelmäßige Kalibrierung zu empfehlen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Genauigkeit der Temperaturwerte den Anforderungen entspricht.

Ist die vorhandene Messabweichung der Wärmebildkamera bekannt, kann dies bei der Auswertung der Messwerte berücksichtigt werden. Liegt die Abweichung außerhalb der zulässigen Toleranz, ist es bei vielen Wärmebildkameras möglich, das Gerät neu zu justieren – also auf den korrekten Wert einzustellen. Nutzt man die Wärmebildkamera für Anwendungen, in denen nur ein Teilbereich der vom Gerät erfassbaren Temperaturen auftritt, sollte auf diese Temperaturen kalibriert werden. Vor der Beauftragung eines externen Kalibrierlabors ist im Bedarfsfall abzuklären, ob die gewünschten Prüftemperaturen wählbar sind.

Bei der Kalibrierung wird durch Messung überprüft, ob die Wärmebildkamera innerhalb der vom Hersteller angegebenen Genauigkeit arbeitet. Dazu werden die Messwerte der Wärmebildkamera nach einem dokumentierten Verfahren mit den Werten eines besseren Normals verglichen. Die Messergebnisse und die Abweichungen werden im Kalibrierzertifikat erfasst. Falls während der Nutzung Zweifel daran bestehen, dass eine Wärmebildkamera noch korrekt misst, können die gemessenen Temperaturwerte ohne großen Aufwand erst einmal mit denen eines Kontaktthermometers verglichen werden. Dabei ist unbedingt darauf zu achten, dass der für das jeweilige Material korrekte Emissionswert eingestellt oder ein Messpunktaufkleber verwendet wird.

Kalibrierlabore nutzen für kontaktlos messende Thermometer, zu denen auch die Wärmebildkamera gehört, besondere Kalibratoren. Schwarzkörper bzw. Schwarzstrahler, die einen Emissionsfaktor zwischen 0,95 und 0,98 haben, werden auf eine bestimmte Temperatur aufgeheizt. Dieser Temperaturwert wird dann mit dem Messwert der Wärmebildkamera verglichen. In der Richtlinie VDI/VDE 3511 Blatt 4.6 „Technische Temperaturmessung - Strahlungsthermometrie - Aufbau und Einsatz von Kalibrierstrahlern“ sind die Kenngrößen verschiedener Kalibrierstrahler gegenübergestellt. Die vorangestellten physikalischen Grundlagen erleichtern dem Anwender die Auswahl aus den aufgelisteten Flächenstahlern und Hohlraumstrahlern mit fixer oder variabler Strahlungstemperatur.

Nicht immer ist die aktuelle Einstellung der Wärmebildkamera verantwortlich für Messwertabweichungen. Um auszuschließen, dass Fehler bei der Anwendung zu ungenauen Messergebnissen führen, sollte man sich zunächst mit den Grundlagen der Strahlungsthermometrie vertraut machen. In der Richtlinie VDI/VDE 3511 Blatt 4 „Technische Temperaturmessung – Strahlungsthermometrie“ werden mögliche Fehlerquellen erläutert, speziell der Einfluss des Emissionsgrades und der Umgebungstemperatur.

Elektronische Bauteile sind temperaturempfindlich. Bei falscher Temperatur ist die Funktion eingeschränkt und bei Überhitzung können Bauteile sogar irreversibel zerstört werden. Deshalb wird beim Design von Bauteilen und Leiterplatten auf die Temperaturentwicklung und ausreichende Wärmeableitung geachtet. An den Prototypen kann mit einer Wärmebildkamera der Temperaturverlauf bei Beanspruchung sichtbar gemacht werden. Sind kritische Stellen zu erkennen, wird das Design geändert. Zum Beispiel ändert man die Bauteilanordnung oder ordnet zusätzliche Wärmeableitungselemente an.

Die Wärmebildkamera liefert zweidimensionale Infrarotbilder der Temperaturverteilung in Echtzeit und ermöglicht die Speicherung von Fotos oder Videos. So kann dokumentiert werden, an welcher Stelle und bei welcher Beanspruchung der Leiterplatte die Solltemperaturen überschritten werden. Nach Anpassung des Designs sind die Auswirkungen der Änderungen beim erneuten Belastungstest sofort auf der Wärmebildkamera zu erkennen. Die Zuordnung der im Infrarotbild sichtbaren Temperaturabweichung zum verursachenden Bauteil kann bei vielen Wärmebildkameras durch die Überlagerung des Infrarotbildes mit dem Bild einer zusätzlich im Gerät verbauten „normalen“ Kamera erleichtert werden.

Die Auswertung der Infrarotbilder wird durch spezielle Software erleichtert. Die gespeicherten Bilder können in verschiedenen Fenstern angezeigt und direkt miteinander verglichen werden. Außerdem können Echtzeit-Temperaturinformationen separat digital und grafisch, z. B. als Temperatur-Zeitdiagramm, dargestellt werden. Für die automatische Prozessüberwachung und die Qualitätskontrolle in der Leiterplattenfertigung besteht die Möglichkeit, Alarmschwellen für Temperaturwerte zu setzen. Bei Erreichen dieser Grenzwerte werden dann über zusätzliche Schnittstellen der Wärmebildkamera entweder optische oder akustische Alarmgeber oder andere Geräte angesteuert.

Die Nutzung einer Wärmebildkamera ermöglicht das schnelle Auffinden von kritischen Stellen und Fehlern auf Leiterplatten. Dazu gehören unter anderem- Bereiche mit erhöhter Wärmeentwicklung – Hotspots, nicht korrekt angeschlossene Kühlkörper, erhöhte Übergangswiderstände, Kurzschlüsse, kalte Lötstellen, verdeckte Risse und andere Materialfehler. Nutzt man für die Thermografie keine zusätzliche Wärme, sondern nur die die durch die übliche Nutzung der Bauelemente entsteht, wird von passiver Thermografie gesprochen. Möchte man Fehler erkennen bzw. ausschließen, die über dieses Verfahren nicht sichtbar gemacht werden können, bringt man zusätzliche Wärme mit Heizstrahlern oder Laser von außen auf und bezeichnet das Verfahren als aktive Thermografie.

In der Entwicklung und bei der Serienfertigung von Leiterplatten wird meist mit einer stationären Wärmebildkamera gearbeitet. Es gibt jedoch auch schon sehr leistungsfähige kompakte Geräte, die sowohl mit als auch ohne Stativ verwendet werden können. Eine tragbare Wärmebildkamera ermöglicht nicht nur den schnellen Wechsel des Einsatzortes, sondern auch die Fehlersuche an eingebauten, aber visuell zugänglichen Elementen.