Thermographie - Elektrothermographie

Einführung und Geschichte

Die Messung der Temperatur ist die wichtigste und häufigste Messung aller physikalischen Eigenschaften der Welt. Alle Objekte emittieren kontinuierlich Infrarotenergie in die Umgebung. Diese Energie ist mit unseren Augen nicht sichtbar. Infrarot ist eine Form von Energie und ein Teil des elektromagnetischen Spektrums. Infrarot ist in vielfacher Hinsicht ähnlich dem visuellen Spektrum. Mit Hilfe der Infrarotkamera oder auch Thermokamera wird Wärmeenergie sichtbar gemacht. Energie des Infrarot-Wellenlängenbereiches wird konvertiert, umgewandelt, in einen für uns Menschen sichtbaren Wellenlängenbereich.

• Bereits um 1800 n.Chr. entdeckte der Engländer W. Herschel die unsichtbare Infrarotstrahlung.
• 1840 gelang J. Herschel (angeblich nicht verwandt)die Produktion des ersten Infrarotbildes.
• 1946 wurde der erste Linescanner für das Militär entwickelt, jedoch ein Thermogramm zu entwickeln dauerte über eine halbe Stunde.
• 1965 kam die erste "Echtzeit-Kamera" auf den Markt, sie lieferte 20 Bilder in der Sekunde (AGA651)
• 1982, die erste Messende IR-Kamera wird eingeführt.
• Nachteil dieser "alten Technik": Die Kameras mussten aufwändig mit flüssigen Stickstoff gekühlt werden.
In den 90er Jahren wurden die ersten ungekühlten Kameras angeboten.
• 2006: Die erste ungekühlte FPA Kamera für unter 10000US$ wurde angeboten.

Die Vorteile

• Berührungslose Temperaturmessung
• Temperaturmessung an bewegten, rotierenden und entfernten Objekten
• Berührungsempfindliche Materialen werden nicht zerstört
• Hohe Messgeschwindigkeit
• Höchste Sicherheit, da z.B. ein Sicherheitsabstand bei elektrischen Systemen immer gewährleistet ist

Einsatzbereiche

• Elektrische Inspektionen
• Hot-Spot Erkennung an PV Photovoltaikmodulen
• Revisionen an mechanischen Bauteilen und Antrieben
• Gebäudethermographie (Hochbau, Energieverluste, Feuchtigkeitsbestimmung, Leckageortung
• Renovierung und Restauration
• Flachdachthermographie
• Medizinische Anwendungen (Mammographie, Neuro-Muskuläre-Thermograpgie, Tiermedizin)
• Forschung und Entwicklung
• Grenzkontrollen, Fahrzeugkontrollen
• Personenüberwachung z.B. an Flughäfen (Fieber...)
• Gebäude- und Objektüberwachung
• Industrie: Petrochemie, Glasindustrie, Zementindustrie
• Elektronik (Thermalmanagement)

Die Elektro-Thermographie

Die erste und wichtigste Anwendung für Infrarot-Thermographie ist die Elektro-Thermographie. Praktisch überall in unserer Umwelt wird elektrische Energie verteilt und genutzt. Eine der Eigenschaften des elektrischen Stroms ist die Wärmeerzeugung. Diese ist entweder gewollt (Nutzwärme) oder sie ist ungewollt (Verlustwärme). Die in einer elektrischen Anlage aufgrund des Leiterwiderstandes entstehende Verlustwärme ist bei bestimmungsgemäßen Betrieb unproblematisch. Dagegen muss im Fehlerfall, z.B. an einer lockeren Klemme, einer Isolierfehlerstelle in einem Kabel oder in einem elektrischen Gerät, beispielsweise durch Überlastung, mit einer brandgefährlichen Verlustwärme gerechnet werden. Defekte Kondensatoren, Kompensationsanlagen, Motore die nicht in ihren geeigneten Wirkungsgradbereich laufen, durch harmonische Oberwellen gebremst oder die durch Verunreinigungen der Kühlung beeinträchtigt sind, werden berührungslos, ohne Abschalten der Spannung selektiert. Überlastete Kabel- und Leitungsanlagen, "brandgefährliche" Betriebstemperaturen an elektrischen Bauteilen und Betriebsmitteln werden in Sekundenbruchteilen erkannt. Im Rahmen von vorbeugenden Wartungsinspektionen können lockere Klemmenverbindungen, überlastete Transformatoren und Konverter erkannt und noch bevor ein Ausfall oder gar ein Schaden entsteht, instand gesetzt werden. Mit Hilfe der Thermographie d.h. der Wärmebildkamera werden Schwachstellen in elektrische Anlagen bereits vor den Auftreten eines Ausfalles oder einer Störung erkannt. Es können teure Ausfallzeiten vermieden und die Inspektionszeiten der Anlagen verkürzt werden.

Elektrothermographie

• Ermittelt fehlerhafte, durch Wärme zu erkennenden Schwachstellen in elektrischen Anlagen
• Reduziert Brand- und Unfallgefahren
• Prüfen ohne den laufenden Betrieb zu unterbrechen oder zu stören
• Wird vom VdS und Gebäudeversicherern gefordert
• Ist die beste Ergänzung zur Wiederkehrenden elektrischen Prüfungen
• Erhöht die Sicherheit, die Verfügbarkeit in elektrische Anlagen - denn... was kostet sie eine Stunde Stromausfall ???
• Senkt ihre Inspektionskosten
• Senkt durch Lokalisierung von erhöhten Temperaturen u.U. ihre Energiekosten

Elektrothermographie - vom wem?

Mit Hilfe einer Wärmebildkamera bunte Bilder zu betrachten ist einfach. Diese jedoch richtig zu interpretieren und dabei mit der Kamera gewisse Grundregeln einzuhalten und Fehler auszuschließen, schon nicht mehr. Daher sind "gute" Elektrothermographen zertifiziert. Sein elektrotechnisches Know How sowie seine speziellen Fachkenntnisse werden durch Schulungen, Prüfungen, Zertifizierung und wiederkehrende Rezertifizierungen gewährleistet. Seine Kamerasysteme müssen bestimmte Mindestanforderungen an Ausstattung und Güte erfüllen sowie durch periodische Kalibrierungen die Funktionsfähigkeit und die engen Messtoleranzen unter Beweis stellen. Ich bin von der Deutschen Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung e.V. auf den Gebiet "Thermographie Stufe 1, nach DIN EN 473 zertifiziert. Diese Prüfung erfüllt auch die Anforderungen nach SNT-TC-1A (ASNT).

Elektrothermographie - womit?

Die Infrarot-Thermographie ist eine bildgebende Methode bei der tausende, einzelne Detektoren ein zweidimensionales Bild mit ebenso vielen Messpunkten entsteht. Sehr preisgünstige Kameras haben in der Regel nur eine geringe optische Auflösung und dementsprechend auch sog. Messfleckgrößen, die das Messen von kleinen oder weiter entfernten Punkten nur schwer ermöglichen. Um jedoch "bessere" Bilder zu erhalten werden die Messergebnisse kameraintern interpoliert. Nur hochwertige Kamerasysteme, die regelmäßig kalibriert , die durch einen erfahrenen Thermograph (vorangeg. Absatz) bedient werden, sind in der Lage auch kleinste, unscheinbare Auffälligkeiten zu ermitteln und damit den Brandschutz und die Verfügbarkeit ihrer elektrischen Anlage zu gewährleisten.

Elektrothermographie - wie oft?

Elektrische Anlagen die neu errichtet, geändert oder erweitert wurden sollten gleich bei Inbetriebnahme unter Last einer Erstinspektion unterzogen werden um z.B. Montagefehler umgehend lokalisieren zu können. Gemäß der VdS-Richtlinie 2858 wird empfohlen eine thermographische Inspektion einmal jährlich durchzuführen. Natürlich richtet sich der Prüfzyklus auch nach der Beanspruchung der elektrischen Anlage sowie den Ergebnissen vorhergehender Revisionen.