Thermografie: Ihre Fragen, unsere Antworten.

Ein Pyrometer (auch Strahlungsthermometer, Punktpyrometer, Temperaturmesspistole oder Infrarot-Thermometer) erkennt ebenso wie die Wärmebildkamera eine vom Objekt abgegebene Infrarotstrahlung und wandelt diese in Temperaturmesswerte um. Allerdings misst ein Punkt-Pyrometer lediglich die Temperatur eines einzigen Punkts und erzeugt kein Bild, sondern zeigt nur einen Messwert an. Als eine Art ortsfester Wärmesensor werden Punkt-Pyrometer häufig zur Temperaturmessung auf Hochtemperaturoberflächen verwendet, beispielsweise in Brennöfen.

Thermografie bzw. Wärmebildtechnik wird hauptsächlich in den folgenden Bereichen eingesetzt:

Gebäude und elektrische Anlagen

In Gebäuden spielen Thermografie-Geräte eine zentrale Rolle beim Aufspüren von Wärmelecks und Wasserschäden sowie bei der Überprüfung elektrischer Anlagen. Die Qualität von Gebäudehüllen wird gemessen, indem man Wärmebilder bei niedrigen Außentemperaturen und normaler Beheizung erstellt. Anhand der Thermogramme lassen sich minderwertig konstruierte oder defekte Stellen identifizieren, an denen Wärme verlorengeht (Dach, Fenster, Türen, Fassade etc.). Wasserschäden lassen sich mittels Thermografie zentimetergenau bestimmen, indem der Temperaturunterschied zwischen dem austretenden Wasser und der Umgebung ermittelt wird. Bei der Wartung elektrischer Anlagen dient die Thermografie dazu, Wärmeentwicklungen – beispielsweise durch eine unzureichende Leitfähigkeit – aufzuspüren und dadurch Energieverluste, aber auch Ursachen für Brände, zu vermeiden. Regelmäßige thermografische Inspektionen können auch zu einer optimalen Leistungsfähigkeit von PV-Anlagen beitragen, indem verschmutzte oder beschädigte Solarzellen oder eine fehlerhafte Verkabelung erkannt werden.

Industrieanlagen

Wärmebildkameras tragen in der Industrie dazu bei, Störungen frühzeitig zu identifizieren und dadurch die Sicherheit, Effizienz und Zuverlässigkeit von Prozessen zu verbessern. So werden sie verwendet, um elektrische Einrichtungen wie Schaltschränke und Leitungen zu überprüfen. Durch die Erfassung von Temperaturunterschieden werden überhitzte Komponenten oder lose Verbindungen detektiert, bevor es zu Schäden kommt. Bei der Überwachung von Maschinen und Anlagen helfen Wärmebildkameras bei der Beurteilung des Zustands von Lagern, Motoren und anderen mechanischen Teilen. Überhitzung kann auf mangelnde Schmierung oder andere Probleme hinweisen, die zu einem Ausfall führen können.

Automobil-Bereich

Im Kfz-Bereich reichen die Anwendungen für Wärmebildkameras von Fahrerassistenz-Funktionen über die Wartung bis hin zur Fehlerdiagnose. Als Teil von Nachtsichtsystemen ermöglichen sie es beispielsweise, Unfälle zu vermeiden, indem Personen und Tiere bei Dunkelheit oder schlechten Sichtverhältnissen frühzeitig erkannt werden. In der Fahrzeugwartung identifizieren Wärmebildkameras überhitzte Komponenten, elektrische Probleme und Lecks in Klimaanlagen, was zu einer effizienteren Fehlerdiagnose und Reparatur führt. In Hybrid- und Elektrofahrzeugen überwachen Wärmebildkameras die Temperaturverteilung in den Batterien. Die gleichmäßige Kühlung ist entscheidend, um ihre Sicherheit zu gewährleisten und die Lebensdauer zu verlängern.

Polizei und Feuerwehr

Für Feuerwehr, Polizei und Grenzschutz sind Wärmebildkameras unentbehrliche Hilfsmittel. Sie unterstützen bei der Suche nach Personen und deren Rettung und Bergung in unwegsamem Gelände oder bei schwierigen Sichtverhältnissen. Bei Bränden können die Hilfskräfte der Feuerwehr eingeschlossene Personen orten und in Sicherheit bringen. Glutnester lassen sich mit Hilfe von Wärmebildkameras auch bei Nullsicht identifizieren und Feuer somit zuverlässig löschen. Auch zum vorbeugenden Brandschutz und zur Brandfrüherkennung können Wärmebildkameras genutzt werden, indem man mit ihnen Freiflächen und Lager überwacht und kritische Temperaturzustände frühzeitig identifiziert und lokalisiert.

Human- und Veterinärmedizin

Sowohl in der Human- als auch in der Veterinärmedizin leistet die Thermografie wertvolle Dienste bei Vorsorge und Diagnostik. Ein Einsatzgebiet in der Humanmedizin ist die Brustkrebs-Früherkennung, bei der Thermografie-Geräte die Mammografie ergänzen. Sie erfassen berührungslos thermische Abweichungen, die auf einen Tumor hindeuten können. Hilfreich ist die Thermografie auch bei der Diagnose von Entzündungen und Durchblutungsstörungen sowie von Gelenkerkrankungen und Nervenschädigungen, beispielsweise nach einem Unfall. In der Veterinärmedizin werden Thermografie-Geräte häufig eingesetzt, um größere Tiere wie Pferde schonend zu untersuchen. Sie helfen bei der Einordnung von Beschwerden des Verdauungs- und Bewegungsapparats, ohne die Tiere zu großem Stress auszusetzen.

Landwirtschaft

In der Landwirtschaft findet die Thermografie Anwendung, um den Zustand von Pflanzen, Tieren und landwirtschaftlichen Anlagen zu überwachen. Durch die Analyse von Thermogrammen lassen sich kranke oder von Schädlingen befallene Pflanzen frühzeitig identifizieren und Anzeichen auf eine unzureichende Bewässerung erkennen. Auch kann man mit Hilfe von Thermografie den Reifegrad von Früchten oder Pflanzen bestimmen. In der Haltung von Nutztieren werden Wärmebilder zur Gesundheitsüberwachung eingesetzt. Durch die Messung der Körpertemperatur können Anzeichen von Krankheiten wie Fieber oder Entzündungen erkannt werden, bevor die Tiere Symptome zeigen. Bei Stallungen und Lagern werden Thermografie-Geräte verwendet, um Wärmelecks oder unzureichende Isolierung zu identifizieren. Dies ermöglicht eine rechtzeitige Reparatur und trägt zur Verbesserung der Energieeffizienz bei.

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Der Unterschied zwischen aktiver und passiver Thermografie besteht darin, dass dem Messobjekt bei der aktiven Thermografie-Messung Wärmeimpulse zugeführt werden. Diese müssen nicht sonderlich stark sein. Es reichen meist ein paar zehntel Grad Celsius. Die Wärme wandert in das Innere des Objektes. Kommt es zu einem Fehler bei der Wärmeleitfähigkeit, bleibt die Oberfläche länger warm. Die passive Thermografie hingegen braucht keine externe Wärmequelle. Hier wird die Temperaturverteilung einer Oberfläche anhand der Eigenwärme des Objektes erfasst.

Die aktive Thermografie wird eingesetzt um Haftungsschwächen, Risse, Delaminationen, Blasen, Lufteinschlüsse oder Korrosionsbildung an Objekten ausfindig zu machen. Auch die Festigkeit von Schweiß-, Klebe- oder Lötverbindungen lässt sich mittels aktiver Thermografie prüfen.

Die passive Thermografie zur Temperaturmessung und -überwachung ist enorm vielseitig und kommt deshalb in zahlreichen Branchen und Umgebungen zur Anwendung. Dazu zählen die Industrie, das Gebäudemanagement, die Bereiche Automotive, Elektro und Medizin sowie Forschung und Entwicklung, aber auch Sicherheit, Personensuche und Brandbekämpfung. Auch zum Auffinden von Wärmebrücken in der Bautechnik wird die passive Thermografie eingesetzt.

Die Messung findet direkt an der Oberfläche statt, die Tiefenwirkung liegt praktisch bei null.

Es ist wichtig darauf zu achten, dass die Außenwände des Gebäudes weder vor noch während der Messung Sonnenstrahlung ausgesetzt sind. Ebenso können bei einer Außenthermografie bereits leichte Winde die Messwerte verfälschen.

Thermografie-Messungen werden bestenfalls bei Dunkelheit durchgeführt, um verfälschte Werte durch Sonneneinstrahlung zu verhindern.

Die thermografische Prüfung von elektrischen Anlagen nach DIN 54191 ist ein verpflichtendes Messverfahren, das regelmäßig zur Kontrolle der Sicherheit und Funktionalität durchgeführt werden muss. Hier geht es insbesondere um Bereiche in Industriegebäuden wie Werkhallen und Lager. Hat die Anlage die Norm-Prüfung bestanden, wird ein amtliches Zertifikat und ein Prüfsiegel mit Datum der nächsten Prüfung ausgestellt. Die Prüfungsintervalle hängen von der Art, Komplexität und Größe des Objektes ab.

Schulungen nach DIN 54162 sind relevant für Personengruppen aus den Bereichen Energieberatung, Sachverständigenwesen für Bauschäden, Architektur, Baubiologie und Bauingenieurwesen, aber auch für Geschäftsführende und verantwortliche Mitarbeitende von Handwerksbetrieben sowie für Regulierungsbeauftragte der Versicherungswirtschaft. Die Schulungen umfassen Inhalte wie Vorschriften, Richtlinien und Normen sowie die Darstellung verschiedener Thermografie-Systeme, Wärme- und Temperaturmessung, Grundlagen der Strahlungsphysik, IR-Kameratechnik und Messparameter, Kamerabedienung, Thermogrammanalyse, passive und aktive Thermografie, Praxis bei Erkennung von Wärmebrücken, Luftundichtigkeiten und Durchfeuchtungen sowie Praxisleitfäden zur erfolgreichen (gerichtlich belastbaren) Berichterstellung. Die Prüfung wird von der unabhängigen Personen-Zertifizierungsstelle des TÜV abgenommen, den Abschluss bildet das Zertifikat „Fachkraft für Thermografie (TÜV) nach DIN 54162 und EN 473“.

Beim Kauf einer Wärmebildkamera ist ein wesentliches Auswahlkriterium die Art der Anlage, die Sie überprüfen möchten. Geht es beispielsweise im Rahmen einer Instandhaltung darum, mechanische oder elektrische Probleme möglichst schnell zu erkennen, so eignen sich ergonomische und benutzerfreundliche Kameras besonders gut. Sie bieten ausreichend Flexibilität für die unterschiedlichsten Einsatzmöglichkeiten. Wärmebildkameras mit Spezialobjektiven wie Weitwinkel- oder Teleobjektiven sind sinnvoll, wenn Messungen aus größerer Entfernung vorgenommen werden sollen, beispielsweise in Bereichen mit schwer zugänglichen Motorsteuereinheiten oder an Hochspannungssystemen. Wenn es darum geht, sehr hohe Temperaturen wie beispielsweise an Drehrohröfen zu messen, sollten Thermografie-Geräte entsprechend kalibriert werden können.

Zu den wichtigsten Auswahlkriterien für eine Wärmebildkamera zählen:

• Thermische Auflösung: Je höher die thermische Auflösung, desto kleinere Temperaturunterschiede können erkannt werden.
• Messbereich und Genauigkeit: Der Messbereich sollte den Anforderungen der geplanten Anwendung entsprechen, und die Genauigkeit des Geräts ist entscheidend für präzise Messungen.
• Bildqualität und Auflösung: Eine höhere Bildqualität und Auflösung ermöglichen detailliertere Aufnahmen, was für die Identifizierung von Problemen wichtig ist.
• Bildüberlagerung und Fusion: Die Möglichkeit, Wärmebilder mit optischen Bildern zu überlagern, erleichtert die Lokalisierung von Problembereichen.
• Messgeschwindigkeit: Schnelle Messungen sind in einigen Anwendungen wichtig, z. B. bei der Überwachung sich rasch ändernder Prozesse.
• Tragbarkeit und Ergonomie: Leichte, handliche Geräte mit einfachen Bedienelementen erhöhen die Benutzerfreundlichkeit, Mobilität und Flexibilität.
• Datenspeicherung und -übertragung: Die Möglichkeit, Daten zu speichern und einfach zu übertragen, ist wichtig für die Dokumentation und Analyse.
• Akkulaufzeit: Lange Akkulaufzeiten sind besonders wichtig bei mobilen Anwendungen oder Feldarbeiten.
• Robustheit und Zuverlässigkeit: Ein robustes Design und Zuverlässigkeit sind entscheidend für den Einsatz in unterschiedlichen Umgebungen und Bedingungen.
• Kalibrierungsmöglichkeiten: Regelmäßige Kalibrierungsoptionen sind wichtig, um die Genauigkeit der Wärmebildkamera zu gewährleisten.

Zu den wichtigsten Lieferanten für eine Wärmebildkamera zählen:

• BEHA
• Chauvin Arnoux
• Fluke
• Teledyne Flir

Diese und weitere Hersteller finden Sie in unserem Online-Shop.

Temperatur ist eine physikalische Größe, die die Wärmeintensität eines Systems oder eines Objekts beschreibt. Sie ist ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie der Teilchen eines Stoffes und wird üblicherweise in Grad Celsius oder Kelvin angegeben.

Wärmeenergie ist eine Form der Energie, die von einem Objekt aufgrund seiner Temperatur abgegeben oder aufgenommen wird. Sie entsteht durch die Bewegung und die Anordnung von Atomen und Molekülen innerhalb eines Systems und kann durch Wärmeleitung, Konvektion oder Strahlung übertragen werden. In physikalischen Prozessen wird Wärmeenergie oft genutzt, um Arbeit zu leisten oder andere Veränderungen in einem System zu bewirken.

Es gibt vier Hauptarten des Temperaturtransfers: Wärmeübergang, Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung. Unter Wärmeübergang versteht man den Wärmefluss aus einem Feststoff in ein flüssiges oder gasförmiges Medium bzw. umgekehrt. Wärmeleitung findet in Festkörpern statt, während Konvektion den Transfer von Wärme durch Strömung eines Mediums wie Luft oder Wasser bezeichnet. Strahlung ist der Transfer von Wärmeenergie durch elektromagnetische Wellen, die ohne ein Medium wie Luft auskommen z. B. im Vakuum des Weltalls.

Das elektromagnetische Spektrum umfasst einen breiten Bereich von elektromagnetischen Wellen, darunter Wärmestrahlung und sichtbares Licht. Wärmestrahlung liegt im Infrarotbereich des Spektrums, ihre Wellen sind länger als die des sichtbaren Lichts. Wärmestrahlung wird von Wärmebildkameras erfasst und verwendet, um die Temperaturverteilung in oder auf Objekten zu visualisieren.

Infrarot (IR) ist ein Teil des elektromagnetischen Spektrums, der sich zwischen dem sichtbaren Licht und der Mikrowellenstrahlung befindet. Diese Strahlung hat längere Wellen als sichtbares Licht und ist für das menschliche Auge unsichtbar. Infrarotstrahlen entstehen durch die Wärmeabstrahlung von Objekten oder durch bestimmte elektrische Prozesse. IR wird nicht nur in der Thermografie genutzt, sondern auch in verschiedenen Anwendungen des alltäglichen Lebens, wie in Fernbedienungen, Nachtsichtgeräten oder Infrarot-Heizungen.

In der Thermografie wird Infrarotstrahlung genutzt, um die Temperaturverteilung von Objekten sichtbar zu machen. Wärmebildkameras erfassen diese Infrarotstrahlung und wandeln sie in ein Bild um, das die unterschiedlichen Temperaturen der Oberflächen darstellt. Dadurch können Hotspots, Kaltstellen und andere Temperaturanomalien schnell identifiziert werden, was in verschiedenen Bereichen wie der Gebäudethermografie, der Elektrothermografie, der medizinischen Diagnostik und der Sicherheitsüberwachung von Vorteil ist.

Wärmebildkameras arbeiten im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums. Die am weitesten verbreiteten Kameras kommen im langwelligen Infrarot (LWIR) Bereich zum Einsatz. Dieser umfasst typischerweise Wellenlängen zwischen 8 und 14 Mikrometern. Wärmebildkameras erfassen die von Objekten emittierte Wärmestrahlung und wandeln sie in ein Falschfarben-Bild um, wodurch Temperaturunterschiede sichtbar gemacht werden.

Gekühlte Kameras werden in der Thermografie eingesetzt, wenn eine höhere Empfindlichkeit und Genauigkeit erforderlich sind, zum Beispiel bei der Untersuchung von Objekten mit sehr hoher Temperatur oder bei sich schnell bewegenden Objekten. Gekühlte Kameras bieten eine bessere Bildqualität und eine höhere thermische Empfindlichkeit im Vergleich zu ungekühlten Kameras, was sie besonders geeignet macht für Anwendungen in der wissenschaftlichen Forschung, der industriellen Qualitätskontrolle und der militärischen Überwachung.

Die Abstrahleigenschaften von Materialien beeinflussen Thermografie maßgeblich. Faktoren wie die Oberflächentextur und die Beschaffenheit eines Materials bestimmen, wie gut Infrarotstrahlung absorbiert und abgestrahlt wird. Der Emissionsgrad beruht auf diesen Eigenschaften. Materialien mit hohem Emissionsgrad können Infrarotstrahlung effizienter abstrahlen als Materialien mit niedrigerem Emissionsgrad. Eine genaue Kenntnis der Abstrahleigenschaften ist entscheidend, um präzise thermografische Messungen durchzuführen und korrekte Temperaturwerte zu erhalten.

Die Entfernung zum gemessenen Objekt spielt eine wichtige Rolle bei der Thermografie. Je weiter das Objekt von der Kamera entfernt ist, desto größer wird der Bildausschnitt, und desto weniger Details können erfasst werden. Darüber hinaus kann die Genauigkeit der Temperaturmessung abnehmen, da die Auflösung der Kamera im Verhältnis zur Entfernung abnimmt. Es ist wichtig, die optimale Entfernung entsprechend den Anforderungen der Messung zu wählen, um genaue und aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen.

Monokristallines Germanium eignet sich durch seine hohe Durchlässigkeit für Infrarotstrahlung optimal für den Einsatz in Wärmebildkameras und wird daher häufig als Material für Infrarotoptiken verwendet.

Zur richtigen Pflege einer Wärmebildkamera gehört die regelmäßige Entfernung von Staub. Dafür können spezielle Reinigungstücher, die für optische Oberflächen geeignet sind, verwendet werden. Die Reinigung der empfindlichen Linsen sollte nur von einem Fachmann durchgeführt werden, um Beschädigungen zu vermeiden. Wenden Sie sich dazu gern an unser Service-Team.

Für Wärmebildkameras gibt es folgende Objektive: 

• Makroobjektive für den Nahbereich 
• Teleobjektive (12 Grad) 
• Super-Teleobjektive (6 Grad) 
• Super-Weitwinkelobjektive (80 Grad)

Dual Field of View (DFOV) ist eine Funktion, die in einigen hochwertigen Wärmebildkameras zu finden ist. Sie ermöglicht dem Benutzer, zwischen zwei verschiedenen Brennweiten oder Sichtfeldern zu wählen, ohne die Optik tauschen zu müssen. Dadurch kann der Benutzer je nach Anforderung zwischen einem breiteren Überblick und einem detaillierteren Blick auf das Zielobjekt wechseln, ohne die Kamera physisch umpositionieren zu müssen. Diese Funktion ist besonders nützlich in Anwendungen, in denen eine flexible Anpassung des Sichtfeldes erforderlich ist, wie beispielsweise bei der Überwachung großer Gelände und gleichzeitiger Inspektion von Objekten aus der Nähe.

Ein Messfleck ist der kleinste Bereich auf einem Objekt, den eine Wärmebildkamera erfassen und dessen Temperatur sie bestimmen kann. Für die Bestimmung eines Messflecks wird eine einfache Methode verwendet, die auf einem 3x3-Pixel-Mittelwert basiert. Dabei ermittelt die Kamera die Temperatur basierend auf einem kleinen Bereich von 3x3 Pixeln um den Zielpunkt herum.

Für eine präzisere Bestimmung des Messflecks werden Referenzstrahler und Referenzblenden benötigt und 40 bis 45 Messungen durchgeführt. Dabei wird der Temperaturunterschied ermittelt zwischen einem Referenzstrahler, der eine bekannte Temperatur abgibt, und der Öffnung der Blende, durch die die Strahleroberfläche zu sehen ist. Durch den Vergleich dieser Messwerte wird die genaue Temperatur des Messflecks bestimmt.

Wärmebildkameras können sehr vielseitig eingesetzt werden, jedoch gehen von verschiedenen Quellen Gefahren für das Gerät aus. Direkte Sonneneinstrahlung auf den Sensor mit einer Temperatur von ca. 5.700 K kann beispielsweise den Sensor zerstören. Ebenso kann eine Bestrahlung des Sensors mit einem CO2-Laser mit einer Wellenlänge von 10,6µm oder die hohe Temperatur des Lichtbogens sowie spritzende Metallpartikel beim Lichtbogenschweißen zu dessen Beschädigung führen.

Bei der Thermografie muss man einen Temperaturbereich wählen, damit die Kamera die relevanten Temperaturunterschiede innerhalb des beobachteten Bereichs korrekt ermittelt. So wird sichergestellt, dass die Kamera nicht überlastet wird und alle relevanten Details im Bild sichtbar sind. Ein zu weiter Temperaturbereich kann möglicherweise feine Temperaturunterschiede nicht erfassen, während ein zu enger Temperaturbereich dazu führen kann, dass wichtige Informationen außerhalb dieses Bereichs verloren gehen. Die Auswahl des richtigen Temperaturbereichs ist daher entscheidend, um genaue und aussagekräftige Thermografiebilder zu erhalten.

Level und Span sind Einstellungen, die in der Thermografie verwendet werden, um den Kontrast und die Darstellung von Temperaturunterschieden in einem Bild anzupassen. Level steuert den mittleren Grauwert des Bildes und ermöglicht es, den Hintergrund anzupassen, während Span den Temperaturbereich definiert, der im Bild dargestellt wird. Durch die Anpassung von Level und Span können Benutzer die Sichtbarkeit von thermischen Merkmalen verbessern und Hintergrundrauschen reduzieren. Auf diese Weise helfen Level und Span, die Qualität und Aussagekraft von Thermografiebildern zu verbessern.