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Wissenswertes zu Wärmebildkameras

Wärmebildkameras sind bildgebende Messgeräte ähnlich einer herkömmlichen Digitalkamera zur berührungslosen Temperaturmessung. Eine Wärmebildkamera macht Wärmestrahlung sichtbar und zeigt so die Oberflächentemperatur von Objekten bildlich an. Der Fachbegriff für diese Methode lautet Thermografie.

Bei der Wärmestrahlung handelt es sich um Infrarotstrahlung, die mit bloßem Auge nicht sichtbar ist. Infrarote Strahlen werden von jedem Objekt ausgehen, das wärme ist als der absolute Nullpunkt mit -273,15 °C oder 0 Kelvin. Wie stark Wärmestrahlung abgegeben wird, hängt von der Temperatur des betreffenden Objekts und der Beschaffenheit seiner Oberfläche ab. Das Sonnenlicht beispielsweise gibt große Mengen infraroter Strahlung ab, die wir auf der Haut als Wärme fühlen können. Auch kalte Objekte wie gefrorenes Wasser strahlt Infrarotwellen aus.

Eine Wärmebildkamera zeigt die aufgenommenen Oberflächentemperaturen der Umgebung in einem zweidimensionalen Bild an.

Wärmebildgeräte zur Fehlersuche und für Inspektionen

Das resultierende Bild auf dem Display einer Wärmebildkamera erlaubt es Ihnen, die unterschiedlichen Oberflächentemperaturen abzulesen, warme und kalte Zonen sofort zu erkennen und einen präzisen Eindruck von der Temperaturverteilung zu gewinnen. Ergänzend zur visuellen Kontrolle des Infrarotbilds auf dem Display kann das Bild der Kamera über geeignete Auswertungsprogramme analysiert und zu Dokumentationszwecken gespeichert werden.

Moderne Wärmebildkameras zeichnen sich durch eine einfache Handhabung, kurze Ansprechzeiten und ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis aus. Sie liefern klare Bilder mit hoher Auflösung. Die Abkürzung FLIR steht übrigens für Forward Looking Infrared und kennzeichnet die nach vorne schauende IR-Bildgebung. FLIR wird oft zusammen mit oder synonym für Wärmebildkameras verwendet.

Zu den bekanntesten Anbietern von Wärmekameras zählen Beha Amprobe, Dostmann Electronic, FLIR Systems, Fluke, LA CO Industries, Laserliner, PCE Instruments, RS PRO, Seek Thermal, Testboy und Testo.

Wo werden Wärmebildkameras eingesetzt?

Die Wärmebildtechnik hat sich zu einem wichtigen Diagnoseverfahren im Bereich der Baubranche sowie der mechanischen und elektrischen Instandhaltung entwickelt. Für Wärmebildkameras gibt es vielfältige Anwendungsgebiete in der Baudiagnostik, Elektronik, Elektrik und Sicherheit.

Baudiagnostik

Abbildung: Hier tritt Wärme durch die Wände aus.

Bei der Bauten- und Gebäudediagnostik kann Thermografie zur Prüfung der Energieeffizienz und Klimafreundlichkeit eingesetzt werden. Die Wärmebilder visualisieren Energieverluste an Mauern, Wänden, Türen, Fenster und Balkonen. Sie unterstützen bei der Feststellung von Baumängeln wie abblätterndem Putz oder der Bildung von Kondenswasser.

Die thermische Messung mittels Infratotkamera hilft bei der Erkennung fehlender oder schadhafter Wärmedämmungen, der Lokalisierung von Wärmebrücken und Lecks. Die Feststellung von Feuchtigkeit in der Dämmung oder den Wänden kann Aufschluss über die Ursachen von Schimmelbildung liefern. Weitere Anwendungen im Baubereich sind die Funktionskontrolle von Fußbodenheizungen, Heizkörpern und Photovoltaik-Anlagen, die Planung von Gebäudeisolierungen sowieso Bautenzustands- und Wertgutachten.

Anlagenüberwachung

Die Thermografie ist bei der Beurteilung des Zustands von Maschinen und technischen Anlagen hilfreich. Anhand von Oberflächentemperaturen ist eine frühzeitige Erkennung von Abnutzung, Anomalien und Mängeln möglich. Das Wärmebild zeigt etwa durch Reibung entstehende Teileerwärmung sowie Risse und undichte Stellen, an denen Betriebsflüssigkeiten austreten. Ebenso werden überhitzte Motoren, verschlissene Lager oder überlastete Wellen erkannt. Das erlaubt eine Abschätzung des Wartungszustands und der Betriebssicherheit von Anlagen. Thermische Analysen industrieller Anlagen macht Instandhaltungsarbeiten an Systemen planbar, bevor es zu Ausfällen kommt. Weil FLIR-Wärmebildkameras berührungslos arbeiten, ist eine Anwendung auch im laufenden Betrieb möglich.

Elektrothermografie

Bei der Elektrothermografie werden Fehler in der Elektrik aufgespürt. Das Verfahren macht sie die Eigenschaft zunutze, dass sich elektrische Komponenten in Abhängigkeit von ihrer Belastung unterschiedlich erwärmen. Als Werkzeug zur Überprüfung elektrischer Anlagen zeigen FLIR-Kameras die mit ohmschen Verlusten einhergehenden Wärmeentwicklung an. Bereits eine leichte Erwärmung genügt.

Anhand von thermischen Auffäligkeiten lassen sich bei der Temperaturmessung in Verteilern, Schaltschränken, Sicherungskästen, Beleuchtungsanlagen und an Kabelbäumen defekte Komponenten, ungleichmäßige Lastverteilung und schlechte Verbindungen erkennen, durch die das Risiko einer Überhitzung besteht. Solche elektrischen Schwachstellen an Bauteilen sind ansonsten nur schwer auszumachen. Mit einer Wärmebildkamera führen Sie die Prüfung im Hinblick auf mögliche Schädigungen mit wenigen Handgriffen durch. Die IR-Messung ist selbst über größere Entfernungen möglich, zum Beispiel bei Hochspannungsleitungen oder elektrischen Anlagen in gesicherten Bereichen.

Thermogramme helfen beim Erkennen von schleichendem Stromverbrauch und von Energiefressern. Anders als vom Stromnetz getrennte Geräte erwärmen sich im Standby befindliche Verbraucher üblicherweise.

Abbildung: Eine der Sicherungen ist offenbar überhitzt. Mit bloßem Auge hätten Sie diesen Gefahrenherd niemals entdeckt.

Werkstoffprüfung

Mit Unterstützung von Wärmebildkameras lässt sich im Rahmen industrieller Anwendungen eine zerstörungsfreie Werkstoffprüfung von Materialien und Bauteilen vornehmen. Dazu wirds das Werkstück gezielt erwärmt oder verformt, sodass verborgene Defekt durch ihr unterschiedliches thermische Verhalten messbar werden.

Sanitär, Heizung- und Klima

Abbildung: Ein Leck im Wasserrohr Ihrer Fußbodenheizung macht sich auf dem Infrarotbild deutlich bemerkbar.

Die Aufnahmen von FLIR-Wärmebildkameras helfen bei der Wärme- und Klimaplanung und bei der Gestaltung von Lüftungsanlagen. Im Rahmen der Erkennung und Störungsbeseitigung von Undichtigkeiten an Rohren, Leitungen und Ventilen spielt die zeit- und kostensparende Wärmebildtechnik eine immer größere Rolle. Weitere SHK-Anwendungen sind die Prüfung von Leitungsisolierungen und die Diagnose möglicher Schäden an Versorgungs- und Fernwärmeleitungen.

Sicherheitsanwendungen

In Sicherheitsbereichen, bei der Zugangskontrolle und bei der Unfallverhütung spürt Thermografie unbefugte Personen auf. Im landwirtschaftlichen Bereich können bewirtschaftete Felder vor dem Abernten mit Maschinen auf versteckte Tiere kontrolliert werden.

Bei der Feuerwehr und bei Betriebsfeuerwehren sind Wärmebildkameras zur Branderkennung, bei der Durchführung von Löscheinsätzen und bei der Personensuche im Einsatz. In der Produktion und im Lager beugt die Erkennung vor ansonsten unentdeckten Wärmeherden möglichen Industriebränden vor.

Wie funktioniert eine Wärmebildkamera?

Wärmebildkamerasysteme bestehen im Wesentlichen aus vier Komponenten: Linse, Detektor, Elektronik und Bildschirm.

Und so funktioniert's: Die Wärmestrahlung gelangt durch die Linse des Systems auf den Infrarot-Detektor als Sensor. Dieser wandelt die Infrarotstrahlen abhängig von ihrer Intensität in elektrische Signale um. Die Elektronik errechnet aus den elektrischen Informationen Temperaturangaben und macht diese auf dem Display als Wärmebild sichtbar.

Die Infrarotwellenstrahlung ist langwelliger als normal sichtbares Licht. Die längeren Wellen breiten sich anders als Licht aus und können etwa Rauch durchdringen. Diese Eigenschaft macht sich beispielsweise die Feuerwehr zunutze, um mithilfe von Wärmebildkameras durch Rauch zu blicken.

FLIR Wärmebildkameras können die Temperaturverteilung einer gesamten Fläche überwachen. Im Unterschied zu einem punktuell arbeitenden Infrarot-Thermometer zeigt das Bild einer Wärmebildkamera wesentlich mehr Wärmeinformationen an. Durch Messung eines größeren Bereichs sinkt die Gefahr, einzelne kritische Punkte und Hotspots zu übersehen.

Praxistipp:

Ein wichtiger Punkt bei der Verwendung von Wärmebildkameras sind die Oberflächeneigenschaften. Sehr glatte Oberflächen wie Glas oder polierte Metalle reflektieren die Wärmestrahlung. Diesen Aspekt sollten Sie bei der Auswertung Ihrer Wärmebildaufnahmen berücksichtigen.

Diese Eigenschaften sind bei Wärmebildkameras wichtig

Die Anschaffung einer Wärmebildkamera ist eine Investition auf längere Sicht. Deshalb sollte das Gerät optimal zu Ihren individuellen Anforderungen passen. Die folgenden Ausstattungsmerkmale unterstützen Sie bei der Produktauswahl.

Thermische Empfindlichkeit

Die thermische Empfindlichkeit oder auch Temperaturauflösung wird in °C oder mK (Millikelvin) angegeben und besagt, wie gut die Kamera zwei nahe beieinander liegende Temperaturwerte trennen kann. Je besser die thermische Empfindlichkeit, desto geringer kann ein Temperaturunterschied sein, den die Kamera noch registriert.

 

Bolometermatrix

Die Bolometermatrix steht für die Anzahl der Messpunkte und damit für die thermische Kameraauflösung. Sie bildet zusammen mit der thermischen Empfindlichkeit die beiden maßgeblichen Ausstattungsmerkmale einer Wärmebildkamera. Die Bolometermatrix reicht üblicherweise von 60 x 60 Pixel bei günstigen Geräten für Einsteiger bis zu 648 x 648 Pixel bei den Top-Modellen für anspruchsvolle Aufgaben. Faustregel: Mit einer größeren Bolometermatrix messen Sie genauer.

Bildfrequenz

Wenn Sie bewegte Objekte aufnehmenoder Serienaufnahmen machen möchten, ist die Bildfrequenz ein wichtiger Faktor. Je höher die Bildfrequenz, desto schneller arbeitet die Kamera und desto mehr Bilder pro Sekunde kann sie aufnehmen.

Schnittstellen und Anschlüsse

Mit USB ausgestattete Kameras lassen sich leicht mit einem PC oder Notebook verbinden. Die Kamera erscheint dann entweder als externer Wechseldatenträger zum bequemen Kopieren von Bilddateien oder sie überträgt das Live-Bild zum Rechner. Dort lässt es sich über eine Thermografie-Software anzeigen und auswerten und Sie können Wärmebildvideos aufnehmen. Übliche Anschlussvarianten bei FLIR-Kameras sind USB-C, Micro-USB und Mini-USB.

Modelle mit WLAN oder Bluetooth sind drahtlos und übertragen Aufnahmen oder das Live-Bild ohne Verbindungskabel zu einem PC, Notebook, Smartphone oder Tablet.

Mit Apple Lightning ausgestattete IR-Kameras sind für den Anschluss an die Mobilgeräte des Herstellers Apple optimiert. Über den Lightning-Stecker werden sie mit dem iPhone oder iPad gekoppelt.

HDMI und DisplayPort ermöglichen eine Wiedergabe des Wärmebilds auf MonitorenFernsehern und Videoprojektoren.

Besitzt die Infrarotkamera einen SD-Steckplatz oder microSD-Anschluss, können Sie die Aufnahmen auf eine SD-Karte speichern.

Temperaturmessbereich und Genauigkeit

Der Temperaturmessbereich ist der Arbeitsbereich einer Wärmebildkamera und kann zwischen -40°C und +2.000°C variieren. Die Genauigkeit gibt die maximale Abweichung der gemessenen Temperatur vom tatsächlichen Temperaturwert und damit die Fehlertoleranz an.

         

Display-Auflösung

Von der Größe des Displays und der Auflösung hängt ab, wie komfortabel Sie die Aufnahmen begutachten können. Die Display-Auflösung besagt, wie hochauflösend der Bildschirm des Geräts ist und wie detailliert Ihre Infrarotaufnahmen wiedergegeben werden können. Die Auflösung des LCD-Displays ist technisch gesehen unabhängig von der Bolometermatrix und in der Regel höher.

Eine hohe Auflösung ist auch im Hinblick auf die in viele Wärmebildkameras integrierte herkömmliche Digitalkamera relevant. Mit Hilfe Bild-im-Bild oder Überlagerungsansicht (Thermal Fusion) werden die visuellen Bilder auf dem Display mit Infrarotbildern kombiniert, was die Zuordnung, Bildinterpretation und Analyse vereinfachen kann.

Farbpaletten

Die Größe der Farbpalette bestimmt, wie facettenreich die Farben Ihrer Infrarotaufnahmen dargestellt werden. Viele Wärmebildkameras bieten Ihnen über ein Farbmenü die Möglichkeit zum Wechsel des Farbmodus. Mit den Farbmodi legen Sie fest, wie die Kamera die unterschiedlichen Temperaturen darstellt. Die Farbeinstellungen sind herstellerspezifisch und damit modellabhängig. Zu den Farbpaletten, die bei den meisten Herstellern vorhanden sind, zählt der Graustufenmodus, in dem steigende Wärme durch Heligkeitsabstufungen von Weiß dargestellt wird.

Mit der Vollfarben-Farbpalette oder Rainbow-Farbeinstellung sehen Sie ein buntes Wärmebild, in dem verschiedene Temperaturen kontraststark und damit gut sichtbar in unterschiedlichen Farben wiedergegeben werden.

Die Hitzefinder-Farbpalette liefert eine monochrome Darstellung, in der wärmere Bereiche weiß und die heißesten Zonen zur besseren Kennzeichnung eingefärbt sind. Die Farbpalette zur Hitzemarkierung ist eine Variante der Hitzefinder-Farbpalette, in der spezifische Temperaturzonen von der IR-Kamera eingefärbt werden, die für den Nutzer von besonderer Relevanz sind.

Kalibrierung 

Für genaue Temperaturmessungen sind Kameras mit Wärmebildgebungsverfahren werkseitig kalibriert.

IR-Kameras mit gekühltem Infrarotdetektor

Wer besonders präzise Infrarotmessungen durchführen möchte und höchste Ansprüche hat, sollte über die Anschaffung einer Wärmebild-Kamera mit gekühltem Infrarotdetektor nachdenken. Diese Modelle liefern eine im Vergleich zu ihren ungekühten Kollegen herausragende Bildqualität. Allerdings sind sie in der Regel deutlich teurer und nicht ganz so handlich.

  

  

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