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Wärmebildkameras

Wärmedieben mit Wärmebildkameras auf die Spur kommen

Mit Hilfe von Wärmebildkameras können Sie beispielsweise die Energieverluste eines Gebäudes sichtbar machen. Die von der Kamera erstellten Infrarotbilder sagen mehr als tausend Worte. Hier erfahren Sie alles Wichtige zu Wärmebildkameras.

 

 

Was ist Thermographie?

Wärmebildkameras sind bildgebende Geräte ähnlich einer herkömmlichen Digitalkamera. Anstatt sichtbarem Licht empfangen sie jedoch Wärmestrahlung, das heißt Infrarotstrahlung zwischen 3,5 und 15 µm (mittleres und langwelliges Infrarot). So lässt sich die Temperaturverteilung des aufgenommenen Bereichs bildlich darstellen. Der Fachbegriff für diese Methode lautet Thermografie.

Die Vorteile der Thermografie liegen auf der Hand:

  • Sie können die Temperaturverteilung einer gesamten Fläche überwachen, anstatt nur punktuell wie bei einem Thermometer.
  • In komplexen technischen Anlagen erkennen Sie Bereiche mit erhöhter Temperatur, bevor sich daraus mögliche Schäden entwickeln können.
  • Die Messung erfolgt berührungslos und ist selbst über größere Entfernungen möglich, zum Beispiel bei Hochspannungsleitungen.

Diesen Vorteilen stehen allerdings auch ein paar Nachteile gegenüber:

  • Die Messgenauigkeit ist meist schlechter als 2 Prozent und damit deutlich geringer als bei der direkten Messung mit einem Thermometer.
  • Sie können ausschließlich Oberflächentemperaturen messen. Durch herkömmliche Glasscheiben wie Fenster sind Messungen nicht möglich. In diesem Fall zeigt das Gerät die Oberflächentemperatur der Glasscheibe an.
  • Starker Wind, Sonneneinstrahlung oder eine feuchte Oberfläche wirken sich negativ auf die Messgenauigkeit aus.
  • Die Bildfolgefrequenz handelsüblicher Wärmebildkameras ist vergleichsweise begrenzt. Die Erfassung schnell ablaufender Bewegungen ist deshalb schwierig.

Wärmebildkameras zeichnen sich durch ihre kurze Ansprechzeit aus. Für die Erstellung von Temperatur-„Landkarten“ bieten sie den optimalen Kompromiss zwischen Effizienz und Präzision.

Kaufkriterien für Wärmebildkameras – Worauf muss man achten?

Die Qualität einer Wärmebildkamera hängt von zahlreichen Parametern ab. Dies schlägt sich auch im recht großen Preisspektrum nieder: Zwischen 200 € und 35.000 € ist so ziemlich alles vertreten.

  • Der Temperaturmessbereich kann zwischen –40°C und +2000°C variieren. Natürlich sind Wärmebildkameras, die in extremen Temperaturbereichen operieren, wesentlich teurer als solche, die sich mit alltäglichen Temperaturen begnügen. Überlegen Sie sich also gut, in welchem Bereich Sie tatsächlich messen müssen.
  • Die thermische Empfindlichkeit (auch Temperaturauflösung genannt) gibt an, wie gut die Kamera zwei nahe beieinander liegende Temperaturwerte „trennen“ kann. 
  • Die geometrische Auflösung einer Wärmebildkamera ist ein Maß dafür, wie detailliert die Kamera den aufgenommenen räumlichen Bereich rastert. Sie entspricht der Megapixel-Angabe auf Ihrer herkömmlichen Digitalkamera. Die Auflösung von Wärmebildkameras ist jedoch deutlich niedriger als bei Kameras für den sichtbaren Spektralbereich. Sie wird entweder in Pixeln oder in der Winkelbereichsgröße Milliradiant (mrad) angegeben. Typische Auflösungen für Wärmebildkameras reichen von 30×30 bis zu 640×480 Pixeln.
  • Die Größe der Farbpalette bestimmt, wie facettenreich die Farben Ihres Infrarotbildes dargestellt werden. Abhängig vom Anwendungsbereich hilft eine Umstellung der Farbpalette, um bestimmte Details besser darstellen zu können.
  • Die Bildfrequenz ist vor allem wichtig, wenn Sie Serienaufnahmen von bewegten Objekten oder eine Scan-Messung von größeren Oberflächen erstellen möchten. Hierbei muss die Oberfläche mit der Kamera langsam “gescannt” werden. Je höher die Bildfrequenz, desto schneller ist dieser Vorgang abgeschlossen. Aus diesem Grund müssen Sie abwägen, wie viele Bilder pro Sekunde Ihre Kamera aufnehmen soll. Standardgeräte weisen eine Bildfrequenz von ca. 9 Hz auf. Mit Zunahme der Frequenz können Bilder bis in Echtzeit (ab 30 Hz) dargestellt werden.
  • Die Displayauflösung sagt Ihnen, wie detailliert Ihre Infrarotaufnahmen auf dem Display der Kamera wiedergegeben werden können.
  • Geräte mit wechselbaren Objektiven decken ein breites Einsatzgebiet ab. Sie können die Objektive je nach Messabstand (Tele/Weitwinkel) auswechseln.

In vielen Wärmebildkameras ist gleichzeitig eine „normale“ Digitalkamera integriert. Mit Hilfe von Funktionalitäten wie „Thermal Fusion“ oder „Bild-im-Bild“ können Sie die visuellen Bilder mit Infrarotbildern kombinieren, was die Analyse in vielen Fällen stark vereinfacht.

Bild-im-Bild

Infrarotbild

Thermal Fusion

Interessante Anwendungsbereiche

Im Rahmen der Gebäudediagnostik wird Thermografie zu folgenden Zwecken eingesetzt:

  • Visualisierung von Energieverlusten
  • Erkennung von fehlender oder schadhafter Wärmedämmung
  • Feststellung von Feuchtigkeit in der Dämmung oder den Wänden, was zu Schimmelbildung führen kann
  • Feststellung von Baumängeln wie abblätternder Unterputz oder Bildung von Kondenswasser
  • Lokalisierung von Wärmebrücken und Lecks
  • Funktionskontrolle von Fußbodenheizungen, Heizkörpern oder Photovoltaik-Anlagen

Thermografie kommt auch zum Einsatz, um Fehler in der Elektrik aufzuspüren. Häufig sind elektrische Schwachstellen für das bloße Auge nicht erkennbar. Mit Hilfe einer Wärmebildkamera können Sie lokale Überhitzungen an einem Bauteil sofort sichtbar machen. Ganze Schaltschränke und Kabelbäume lassen sich mit wenigen Handgriffen auf mögliche Schädigungen untersuchen. Die gängigsten elektrischen Untersuchungsobjekte sind Sicherungen, Schalttafeln und Beleuchtungsanlagen.

Folgende Anwendungsgebiete der Wärmebildkamera sind außerdem noch nennenswert:

  • Erkennung von Schäden an Versorgungs- und Fernwärmeleitungen
  • Landwirte können ihre bewirtschafteten Felder vor dem Abernten mit Maschinen auf versteckte Tiere kontrollieren
  • In Sicherheitsbereichen für die Suche nach unbefugten Personen
  • Erkennen von Energiefressern im Haushalt
  • Die Wärmebildkamera findet immer mehr Anklang bei Fotokünstlern
  • In modernen Fahrerassistenzsystemen kommen Wärmebildkameras zum Einsatz, um Menschen und Tiere auch bei Nebel erkennbar zu machen.
  • Mit Hilfe von extrem schnellen und hochauflösenden Wärmebildkameras lässt sich eine zerstörungsfreie Werkstoffprüfung von Materialien und Bauteilen vornehmen. Dazu wird das Prüfteil gezielt erwärmt, so dass verborgene Defekte durch ihr unterschiedliches thermisches Verhalten messbar werden.

Aber auch bei Wärmebildkameras und ihren Anwendungen gilt: Ein Bild sagt mehr als tausend Worte. Darum sind in der folgenden Tabelle ein paar anschauliche Anwendungen der Thermografie für Sie zusammengestellt.

Anwendung

Infrarotaufnahme und „normale“ Aufnahme

Kommentar

Wärmedämmung einer Außenfassade 

 

 

Die „wärmeren“ (das heißt helleren) Farben zeigen Ihnen, in welchen Bereichen der Fassade eine effiziente Wärmedämmung fehlt.

Dämmung am Dach

 

 

Erkennen Sie, dass warme Luft durch die Ritzen im Sockel des Dachs hinauszieht? Man sollte darüber nachdenken, das Glasdach luftdicht abzudichten.

Sicherungen checken

 

 

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

Fußbodenheizung

 

 

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

Fazit: So kaufen Sie das richtige Produkt

Zuerst müssen Sie sich überlegen, welche geometrische Auflösung und welchen Temperaturbereich die Wärmebildkamera im Rahmen der von Ihnen geplanten Anwendung abdecken muss. Eine höhere geometrische Auflösung sorgt dafür, dass selbst kleine Details aus größerer Entfernung gut sichtbar sind. Wenn Sie mit einer höheren Auflösung arbeiten, müssen Sie meist nicht so viele Bilder aufnehmen.

Auch die thermische Empfindlichkeit der Kamera muss zu Ihrer Anwendung passen. Je höher die Temperaturauflösung, desto geringere Temperaturunterschiede kann die Kamera erfassen. Vor allem in der Baudiagnostik ist eine hohe Empfindlichkeit wichtig, da hier die Temperaturunterschiede in der Regel gering sind.

Wenn Sie bewegte Objekte aufnehmen möchten, ist außerdem die Bildfrequenz ein entscheidender Faktor.

Die Größe des Displays ist ein weiteres wichtiges Kaufkriterium. Wenn Sie beispielsweise direkt vor Ort auf der Basis Ihrer Aufnahmen folgenschwere Entscheidung treffen müssen, sollten Sie ein möglichst großes und hochaufgelöstes Display wählen. Wenn Sie Ihre Bilder hingegen bequem am PC auswerten können, genügt ein kleineres Display.

Achten Sie beim Kauf auch auf die Schnittstellen der Kamera. Die meisten Kameras verfügen über einen USB-Anschluss, mit dessen Hilfe Sie die aufgenommenen Bilder auf Ihren Computer kopieren können. Vielleicht möchten Sie die Kamera aber auch in Ihr Bluetooth®- beziehungsweise WLAN-Netzwerk einbinden, oder per HDMI® direkt an einen Monitor koppeln?

Die am häufigsten gestellten Fragen zum Thema Wärmebildkamera

Was ist ein Bolometer beziehungsweise eine Bolometermatrix?

Ein Bolometer ist ein Strahlungssensor, mit dem Sie Infrarotwellen detektieren können. Die spezielle Anordnung der Sensoren in der Kamera wird als Bolometermatrix bezeichnet, in der jedes Pixel einen Temperaturwert darstellt. Ihre Größe ist somit ein Maß für die Qualität des aufgenommenen Infrarotbildes, denn größere Matrizen erfassen mehr Temperaturwerte und erstellen somit ein genaueres Wärmebild.

Wie hängen die Displayauflösung und die geometrische Auflösung zusammen?

Zwischen diesen Größen besteht kein zwingender Zusammenhang. Zwar kann es durchaus vorteilhaft sein, wenn das Display die aufgenommenen Infrarotbilder in der bestmöglichen Auflösung anzeigen kann. Aber bei einer Wärmebildkamera ohne Display wäre beispielsweise die Displayauflösung 0×0 Pixel völlig unabhängig von der geometrischen Auflösung der Kamera.

Gibt es Kalibrierungsstandards für Wärmebildkameras?

Es gibt zwei Kalibrierungsstandards, nämlich den internationalen ISO-Standard und den nationalen DAkkS-Standard. Die Abkürzung DAkkS steht übrigens für die „Deutsche Akkreditierungsstelle“ in Berlin, hier ist der Deutsche Kalibrierdienst ansässig.

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