Viele Systemausfälle in industriellen Anlagen, ob hinsichtlich Schmierung, Ventilversagen, Verhalten von Abscheidern oder in Bezug auf die Elektrik, kündigen sich durch einen vom Sollzustand abweichenden Temperaturverlauf an. Eine unnormal heiße oder kalte Stelle an einer Prozessanlage weist oft auf ein Problem hin. Tragbare Wärmebildkameras, die zweidimensionale Bilder der scheinbaren Oberflächentemperaturen von Objekten erfassen, sind nützliche Hilfsmittel, um regelmäßig Inspektionen und vorausschauende Instandhaltungsarbeiten durchzuführen. Was lässt sich prüfen? In industriellen Anlagen, die bereits Thermografie nutzen, werden mit diesem Verfahren hauptsächlich Prüfungen in der Elektrik durchgeführt. Denn elektrische Phänomene entziehen sich dem Blick, und Temperaturmessungen in der laufenden Anlage durch hohe Spannungen sind oft aus Sicherheitsgründen nicht möglich. Es können potenzielle Problemursachen wie lose oder korrodierte Verbindungen, Unsymmetrien in dreiphasigen Versorgungssystemen, defekte Transformatoren und Schaltanlagen sowie Fehler in Motorsteuerungen lokalisiert werden. Weitere Anlagen, die mithilfe der Thermografie sinnvoll überwacht werden können, sind z.B. Anlagen mit feuerfester Isolierung, Heizgeräte, Kessel, Öfen, Wärmetauscher, Dampfleitungen und Kondensatabscheider, Prozess- und Sicherheitsventile, Dampfturbinen, Prozessleitungen, Motoren und deren Getriebe sowie mechanische rotierende Anlagen. Die Thermografie eignet sich auch zum Kontrollieren von Füllständen bzw. zur Überprüfung von Tanks und anderen Behältern auf Verunreinigungen wie Schlamm und Wasser. Wo beginnt die Anlagenprüfung? Die Überprüfung sicherheitskritischer Anlagen sollte bei den Systemen beginnen, deren Ausfall gefährlich für Menschen werden kann oder Sachschäden zur Folge hat. Als Nächstes muss ermittelt werden, durch welche Zustände diese Anlagen besonders beansprucht werden. Diese Anlagen müssen entsprechend häufiger überprüft werden. Schlamm, Lösungsmittel oder Partikel stellen eine zusätzliche Belastung für die Motoren dar und beeinträchtigen die Funktion der Lager, Wicklungen und Isolierung. Beanspruchung, Verschmutzung und Verschleiß äußern sich oft in Form von Wärme, die mithilfe einer Wärmebildkamera erkannt werden kann. Besonders beanspruchte Motoren sollten öfter überprüft werden als andere. Bei den ersten Einsätzen von Wärmebildkameras nehmen die Anlagenbetreiber häufig (zu) viele Bilder auf und dokumentieren sie. Das hilft aber dabei, Erfahrungen zu sammeln und ein besseres Gefühl dafür zu bekommen, wo Anomalien auftreten und wie sie zu finden sind. Mit diesen Erkenntnissen können Anwender später den Aufwand reduzieren und sich auf die kritischen oder anfälligen Anlagenteile konzentrieren. Sicherheitskritische Bereiche Wärmebildkameras können eingesetzt werden, um heiße oder kalte Stellen oder andere Abweichungen aufzuspüren. Deshalb sollten Anwender vor allem auf Anlagen ähnlicher Art achten, die unter vergleichbaren Bedingungen arbeiten, aber andere Temperaturverläufe zeigen. Starke Abweichungen oder auffällige Wärmenester (Hot Spots) weisen oft auf Probleme hin. Wärmebildkameras können auch zur ergänzenden Überprüfung von Systemen eingesetzt werden, die mit Thermoelementen überwacht werden. Mit einem Wärme-Scan können diese Bereiche schnell kontrolliert werden, vor allem wenn eine Messstelle eine auffallende Temperaturänderung meldet, was einerseits an einer Anomalie in der Anlage aber ebenso an einem fehlerhaften Thermoelement liegen kann. Eine gute Lösung besteht darin, Inspektionsrouten zu erstellen, die alle kritischen Anlagenteile enthalten. Bei jeder Messung sollte ein Wärmebild des gemessenen Objekts und die zugehörigen Daten im Computer gespeichert werden. Im Anschluss können Anlagenbetreiber die Zustandsveränderungen im Laufe der Zeit verfolgen. Die Basisdaten können zu Vergleichszwecken herangezogen werden, um festzustellen, ob eine erkannte heiße oder kalte Stelle unüblich ist. Anhand dieser Daten kann kontrolliert werden, wie erfolgreich eine Reparatur war. Bedingungen, die ein Sicherheitsrisiko darstellen, sollten bei Reparaturen die höchste Priorität haben. Der drohende Ausfall einer entscheidenden Anlage bedeutet Alarmstufe Rot. Für die Quantifizierung von Warn- und Alarmstufen für diese Anlagen sollten die gleichen Personen hinzugezogen werden, die auch für die Bedienung, Wartung und Sicherheit zuständig sind und festlegen, welche Produktionsmittel von entscheidender Bedeutung sind. Ausfallkosten und Folgeaktionen Bei einem Anlagenausfall entstehen hohe Kosten. Bei Prozessen, die komplett angehalten werden müssen, werden die Kosten schnell im sechsstelligen Euro-Bereich liegen, z.B. in der Stahl-, Glas-, oder Kunststoffproduktion. Wichtig sind auch die Folgeaktionen nach dem Erkennen eines Problems. Letzteres muss analysiert werden, und es müssen Prozeduren definiert werden, damit ein Problem frühzeitig erkannt und ein Ausfall während des Betriebs vermieden werden kann. Wird mit der Wärmebildkamera ein Problem festgestellt, können die Erkenntnisse mithilfe der zugehörigen Software in einem Bericht dokumentiert werden, der ein Digitalfoto und ein Wärmebild der Anlage enthält. Hiermit können die aufgespürten Probleme am besten kommuniziert werden, sodass geeignete Abhilfemaßnahmen ergriffen werden können. Scheint ein katastrophaler Ausfall bevorzustehen, muss die Anlage entweder während des Betriebs repariert oder außer Betrieb genommen werden. Funktionsweise der Thermografie Thermografie basiert auf dem Verfahren der Abstrahlung langwelligen Infrarotlichtes jedes Körpers oberhalb von 0K. Die empfangene Strahlungsintensität wird in ein Falschfarbenbild übersetzt, das vom Anwender leicht interpretiert werden kann. Die Übersetzung der Wärmestrahlung kann in verschiedenen Farbpaletten erfolgen: Rot und Blau zeigen kleine Unterschiede sehr differenziert an. Beispielsweise bei glühendem Eisen ist eine instinktive Erfassung heißer Stellen möglich; diese zeigen sich nämlich als orange bis weißgelb auf graublauem Hintergrund. Das ist ideal für Neueinsteiger, weil somit kritische Stellen regelrecht ins Auge springen. Die Stärke einer Thermografiekamera macht auch die Bildanalyse aus. So muss die Temperatur dedizierter Bildpunkte ermittelbar sein. Einstellungen für Temperaturspanne und -bereich ermöglichen eine feine Auflösung von kleinen Temperaturunterschieden, z.B. bei der Untersuchung von großflächigen Bereichen mit geringen Temperaturunterschieden. Für die Bedienung braucht der Anwender die Kamera nur auf die gewünschte Stelle richten und scharf stellen. Der Temperaturbereich wird automatisch so eingestellt, dass ein aussagekräftiges, zweidimensionales Bild der Temperaturverteilung entsteht. Das erforderliche Know-how darf allerdings nicht unterschätzt werden, denn nur mit Wissen über reflektierte und emittierte Strahlung und die unterschiedliche Emissivität von Materialoberflächen kann man die Thermografie so einsetzen, dass man auch mit den richtigen Messwerten arbeitet. Sichtbild und Wärmebild Der Wunsch, eine Kamera zu haben, die ein Bild erstellen kann, das den Detailreichtum eines Sichtbilds und die Temperaturmessung eines Wärmebilds zeigt, hat zur Entwicklung von Wärmebildkameras geführt, die Wärmebild und Sichtbild in einem Bild vereinen. Die IR-Fusion-Technologie von Fluke ermöglicht die pixelweise Kombination von Wärme- und Sichtbildern auf einem Display in Echtzeit. Sie vereint die Temperaturmessung eines Wärmebilds und die Klarheit sowie räumliche Auflösung eines Sichtbilds. Problemstellen, die im Wärmebild dargestellt sind, können in einem Bild im sichtbaren Bereich besser lokalisiert und genau bestimmt werden. Instandhalter und Servicetechniker haben dadurch einen direkten Zusammenhang zwischen dem Sichtbild und einer im Wärmebild gefundenen Problemstelle. Bilder mit Licht im sichtbaren Bereich sind schärfer, klarer und haben eine höhere räumliche Auflösung als Wärmebilder, weil sie in den gleichen Farben, Formen und Intensitäten dargestellt werden können wie die vom menschlichen Auge gesehenen. Daher lassen sich Struktur und Beschaffenheit des Messobjekts in Sichtbildern einfacher interpretieren. Die unsichtbaren Intensitäten von Wärmebildern werden in verfälschten Farben gezeigt und erschweren damit zuweilen die Interpretation. IR-Fusion erleichtert die Erkennung von Details und potenziellen Problemen und verbessert die Effizienz bei der Fehlerfindung und die Klarheit der Berichterstellung. Bei den Wärmebildkameras mit IR-Fusion erhöhen fünf verschiedene Betrachtungsmodi die Klarheit und Genauigkeit. Auch das Hinzufügen eines nützlichen Referenzrahmens für Wärmebilder ist möglich. Bilder können direkt auf dem Kameradisplay oder per Software bearbeitet werden. Dadurch wird eine neue Detaildimension geschaffen, die Zeit und Geld spart und optimale Infrarot-Informationen über die jeweiligen Anwendungen und Umgebungen liefert. Zusatzfunktionen der Kameras Bei Wärmebildkameras schreitet die Entwicklung mit rasender Geschwindigkeit voran. Gleichzeitig hat sich das Preis-Leistungs-Verhältnis in den vergangenen Jahren stetig verbessert. Die Wärmebildkameras Fluke Ti25 und Ti10 sind für den Praxiseinsatz unter rauen industriellen Umgebungsbedingungen konzipiert. Sie sind staubdicht und spritzwasser-geschützt gemäß IP54 und überstehen nachweislich einen Fall aus 2m Höhe. Beide Modelle sind mit der oben beschriebenen IR-Fusion-Technologie ausgestattet und durch ein Drei-Tasten-Menü für die grafische Bedienung und Navigation per Daumendruck bedienbar. Auf dem Farb-LCD-Display im Widescreen-Format werden Wärmebilder mit einer Auflösung von 160x120Pixeln dargestellt. Das Modell Ti25 kann Sprachnotizen für jedes einzelne Bild aufzeichnen. Auf der 2GByte-SD-Speicherkarte der Wärmebildkameras können mindestens 3.000 Standard-Wärmebilder im bmp-Dateiformat bzw. 1.200 vollständig radiometrische Wärme- und verknüpfte Sichtbilder im is2-IR-Fusion-Dateiformat gespeichert werden. Bei der Ti25 können jeweils Sprachnotizen von 60s Länge hinzugefügt werden. Die mitgelieferte Software Fluke SmartView dient zur Anzeige, Kommentierung, Bearbeitung und Analyse von Wärmebildern und unterstützt die IR-Fusion-Technologie vollständig. Sie ermöglicht die Bearbeitung von Bildern in allen fünf Betrachtungsmodi sowie die Erstellung benutzerdefinierter und professionell gestalteter Berichte in nur wenigen Arbeitsschritten. Seminare und Schulungen Fluke bietet unterschiedliche Schulungen für die Thermografie an. Während der kostenlosen Webinare werden in einem einstündigen, interaktiven Programm per Internet Grundlagen und Praxisanwendungen vorgestellt. Bei den eintägigen oder zweitägigen Seminaren werden Grundlagen geschult und Praxisübungen durchgeführt. Da sich hier viele Anwender treffen, werden durch Diskussionen und Fachsimpeln auch zwischen den Teilnehmern wertvolle Tipps ausgetauscht. Schließlich gibt es noch ein zertifiziertes Level1-Training für Thermografie, das vor allem für Dienstleister sinnvoll ist, da es ein anerkanntes Programm nach internationalen Standards ist. Kasten 1: Betrachtungsmodi der Wärmebildkameras – Reines Wärmebild: Wärmebilder mit hoher Auflösung – Das vollständige Sichtbild steht bei einigen Modellen nur per Software zur Verfügung. Es nimmt das Sichtbild wie mit einer Digitalkamera auf. – Bild-im-Bild: Ein im Sichtbild eingeblendetes Wärmebild, das zu Referenzzwecken von einem Sichtbildrahmen umgeben ist. – Automatische Überblendung (bei einigen Modellen nur per Software): Kombination von Wärme- und Sichtbildern als Überblendung, deren Intensität vom Benutzer zur optimalen Darstellung eingestellt werden. – Alarm Wärme-/Sichtbild (bei einigen Modellen nur per Software): Zeigt nur die Bildbereiche als Wärmebild an, die über, unter oder zwischen einem benutzerdefinierten Temperaturbereich liegen. Der Rest des Bildes ist vollständig sichtbar.
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