Steigern Sie Produktivität und Sicherheit in Fabriken mit Wärmebildlösungen

Erzeugung von Abwärme und Hotspots sind bei jedem Herstellungsprozess unvermeidlich.

Extreme Temperaturen können sich negativ auf den Lebenszyklus von Geräten auswirken und eine ernsthafte Bedrohung für die Gesundheit von Arbeitern darstellen. Die Überwachung von Überhitzung, Unterhitzung, Hotspots und unerwünschten temperaturbedingten Bedingungen kann die Wahrscheinlichkeit ungeplanter Stillstandszeiten aufgrund von Anlagenausfällen verringern, die Kosten für die Wartung senken und die Lebensdauer von Geräten verlängern. Wärmebildkameras können potenzielle Probleme vermeiden, indem sie die Temperatur kritischer Geräte in Echtzeit überwachen. Diese Kameras können heiße und kalte Stellen erkennen. In diesem Artikel werden die Vorteile von Wärmebildkameras zur Steigerung der Produktivität und zur Gewährleistung von Arbeitssicherheit sowie einige praktische Beispiele und Faktoren behandelt, die bei der Auswahl eines Wärmebildsystems für verschiedene Branchen zu berücksichtigen sind.

Was ist Wärmebildtechnik?

Eine Wärmebildkamera arbeitet nach dem Prinzip, dass von jedem Objekt oberhalb dem absoluten Nullpunkt eine gewisse Menge an Infrarotstrahlung (IR) abgestrahlt wird. Obwohl die Wahrnehmung von IR-Licht durch menschliche Augen eingeschränkt ist, erkennt und misst die Kamera die von Objekten ausgestrahlte IR-Energie. Diese Informationen werden anschließend in ein Wärmebild (auch Thermogramm genannt) umgewandelt. Das Thermogramm stellt die Oberflächentemperatur von Objekten dar.

Wärmebildkameras verwenden ein optisches System, um die IR-Energie zu erfassen und auf einen Detektorchip zu fokussieren, der als Sensorarray bezeichnet wird und Tausende von Pixeln enthält, die in einem Raster angeordnet sind. Jedes Pixel reagiert auf die IR-Energie, indem es ein elektronisches Signal erzeugt. Ein Prozessor der Kamera führt dann eine mathematische Operation auf Grundlage dieser Signale aus, die eine gleichwertig farbkodierte Karte der Temperatur des Objekts erstellt. Jede Farbe entspricht einer bestimmten Temperatur, und das endgültige Bild, das Wärmebild, wird im Speicher gespeichert und angezeigt, um die Temperaturverteilung des Objekts anzuzeigen.

Abbildung 1: Funktionsweise einer Wärmebildkamera (Quelle)

Hauptvorteile von Wärmebildtechnik:

Wärmebildkameras helfen, ungünstige Bedingungen zu erkennen, sodass im Voraus geeignete Maßnahmen ergriffen werden können. Im Folgenden finden Sie einige der wichtigsten Vorteile von Wärmebildkameras und deren Bildern, die dazu beitragen, die Wartungspraktiken in verschiedenen Branchen zu optimieren und zu verbessern:

Prozess- und Gerätesicherheit: Wärmebildkameras können Überhitzungsbedingungen in Maschinen oder elektrischen Schaltungen leicht erkennen und kostspielige Geräteausfälle vermeiden. Diese Kameras erkennen Hotspots und andere Temperaturanomalien und warnen das entsprechende Personal, geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um Unfälle oder Geräteschäden durch Brände, schlagartige Flammenausbreitung, katastrophale Ausfälle und damit verbundene Gefahren zu vermeiden.
Höhere Energieeffizienz und Kosteneinsparungen: Wärmebildkameras verbessern die Energieeffizienz, indem sie Stellen mit Wärmeübertragung oder Energieverlust erkennen. Herausforderungen wie unnötiger Energie- und Stromverbrauch werden reduziert oder gar beseitigt. Wärmebildkameras führen zudem zu erheblichen Kosteneinsparungen, da sie umfangreiche Reparaturen verhindern. Außerdem ist es nicht erforderlich, Maschinen anzuhalten oder eine thermische Inspektion durchzuführen, wodurch unnötige Standzeiten weiter reduziert werden.
Bessere Produktqualität und Prozesssteuerung: Wärmebildkameras helfen dabei, die Qualität zu verbessern, Produktspezifikationen zu überprüfen, temperaturempfindliche Produkte rückverfolgbar zu machen und Nachbearbeitungshäufigkeit zu minimieren. Mit diesem Hilfsmittel kann das Produktionsteam schnell Temperaturänderungen oder Bedingungen jenseits der Spezifikation analysieren und die erforderlichen Anpassungen während des Prozesses vornehmen.
Gewährleistet Sicherheit durch kontaktlose Inspektionen: Wärmebildkameras unterstützen die Inspektion von statischen und rotierenden Anlagenteilen, Oberflächen mit hohen Temperaturen und schwer zugänglichen Bereichen. Sie schützen Bediener auch vor gefährlichen Umgebungen oder Situationen.

Gängige Anwendungen:

Wärmebildkameras werden in verschiedenen Industrie- und Haushaltsanwendungen eingesetzt. Im Folgenden finden Sie einige gängige Anwendungen von Wärmebildkameras in verschiedenen Branchen:

Elektrische Anlagen: Wärmebildkameras werden häufig zur Inspektion von elektrischen Hochspannungs- und Niederspannungsanlagen verwendet. In Hochspannungsanlagen können Wärmebildkameras schnell und effizient Oxidation von Hochspannungsschaltern, überhitzte Anschlüsse, falsch gesicherte Anschlüsse und Isolatordefekte erkennen. Sie können auch für Außeninspektionen von Hochspannungs-Umspannwerken, Schaltanlagen, Transformatoren und Leistungsschaltern im Freien verwendet werden. In elektrischen Niederspannungsanlagen helfen Wärmebildkameras beim Überprüfen von Schaltschränken und Motoransteuerungen auf hochohmige oder korrodierte Verbindungen, interne Sicherungsschäden, interne Leistungsschalterfehler, schlechte Verbindungen und andere interne Schäden. Diese Kameras lokalisieren das Problem genau, bestimmen seinen Schweregrad und helfen, es innerhalb des festgelegten Zeitrahmens zu reparieren.
Mechanische Installation: Wärmebildkameras können bei der Untersuchung von Schwingungsmustern in Maschinen helfen. Wenn eine Anomalie in einem mechanischen System vorliegt, steigt die Wärmeabgabe. Sie können auch Probleme wie Schmierprobleme, Fehlausrichtungen, Überhitzung, fehlerverdächtige Walzen, heiße Lager und Überlastungen in mechanischen Kupplungen, Getrieben, Lagern, Pumpen, Kompressoren, Riemen, Gebläsen und Fördersystemen erkennen. Verschiedene Arten von Maschinenausfällen können leicht erkannt werden, wenn die Messwerte einer Wärmebildkamera mit der Temperatursignatur einer Maschine im Normalbetrieb verglichen werden.
Qualitätssicherung: Wärmebildkameras helfen dabei, präzise Informationen über den Produktionsprozess zu erhalten und eine bessere Qualitätssicherung zu gewährleisten. Sie werden beispielsweise im Automobilsektor verwendet, um Wasserlecks in Fahrerhäusern und anderen Bereichen zu erkennen, die durch Dichtungsmaterialien geschützt sind. Wärmebildkameras helfen auch festzustellen, ob Klebstoffraupen ordnungsgemäß aufgetragen wurden, erkennen Lücken und ermitteln Probleme bei der Qualitätskontrolle, wie z. B. Temperaturgrenzen.
Prozessüberwachung: Wärmebildkameras sind wichtig für die Inspektion von Prozessanlagen. In der Verfahrenstechnik liefern sie wertvolle Informationen über den Zustand von Rohren und Ventilisolierungen. Wärmebildkameras helfen dabei, beschädigtes feuerfestes Material und entsprechende Wärmeverluste in Brennräumen, Kesseln, Öfen, Verbrennungsanlagen, Reißern und Reaktoren zu erkennen. Auf diese Weise ermöglichen diese Kameras eine schnelle und genaue Diagnose für die Wartung aller Arten von Anlagen, ergreifen Korrekturmaßnahmen und gewährleisten die Sicherheit von Arbeitern bei gefährlichen Wartungsarbeiten.

Wichtige Faktoren bei der Auswahl von Wärmebildkameras

Die Auswahl der richtigen Wärmebildkamera hängt vollständig von den branchenspezifischen Anforderungen der jeweiligen Prozessanwendung ab. Folgende Faktoren sind zu berücksichtigen:

Temperaturauflösung: Je höher die Auflösung einer Wärmebildkamera ist, desto geringere Temperaturänderungen kann sie erkennen. Darüber hinaus liefern Wärmebildkameras mit höherer Auflösung klarere und detailliertere Bilder, sodass sie für Anwendungen geeignet sind, die ein hohes Maß an Genauigkeit erfordern. Die Auflösung oder Empfindlichkeit von IR-Kameras wird üblicherweise als äquivalente Deltarauschtemperatur ausgedrückt. Diese Leistungszahl gibt Auskunft darüber, wie sehr eine Wärmebildkamera die kleinste Temperaturänderung über ihrem Grundrauschen erkennen kann.

Expositionsdauer: Sie gibt an, wie schnell eine Wärmebildkamera einen einzelnen Daten-Frame erfassen kann. Diese Dauer ähnelt der Verschlusszeit einer normalen lichtempfindlichen Kamera. Sie wird auch als Integrationszeit oder Thermalzeitkonstante eines Detektors bezeichnet. Diese Begriffe geben einfach an, wie viel Zeit eine Wärmebildkamera benötigt, um ein einzelnes Wärmebild aufzunehmen.

Bildwechselfrequenz oder Bildrate: Dies beschreibt die Anzahl der Wärmebilder, die pro Sekunde von einer Wärmebildkamera erfasst werden. Eine hohe Bildrate ist hilfreich, um die thermische Signatur von sich schnell bewegenden Objekten zu erfassen. Die Kamera kann dann ein Bild aufnehmen und in Zeitlupe wiedergeben.

Sichtfeld: Definiert den Bereich, den eine Wärmebildkamera innerhalb einer bestimmten Zeit erfassen kann. Ein Objektiv mit einem weiten Sichtfeld (45° oder höher) ist für das Scannen größerer Bereiche vorteilhaft, während ein Teleobjektiv mit einem schmalen Sichtfeld (12° oder 6°) besser für die Fokussierung auf kleinere, spezifischere Bereiche geeignet ist. Einige Kameras sind mit mehreren Objektiven für verschiedene Anwendungen erhältlich.

Funktionalität: Beschreibt zusätzliche nützliche Funktionen der Kamera, wie Videoaufzeichnung und die Möglichkeit, Daten zu erfassen oder sich mit anderen Geräten zwecks Datenaustausch zu verbinden. Moderne Wärmebildkameras verfügen über eine Vielzahl von Funktionen, wie Bluetooth-Konnektivität, Betrieb als normale Kamera, WLAN-Konnektivität und andere ergonomische Funktionen.

Beispiele für industrielle Anwendungen

Gefährliche Umgebungen: Die Inspektion von Prozessanlagen in Branchen mit gefährlichen Umgebungen ist eine anspruchsvolle Aufgabe. Inspektoren und Experten für die Zustandsüberwachung, die Industrieanlagen wie Erdgasverbrennungsanlagen oder Gasverflüssigungsanlagen überwachen, erfordern, dass im Voraus eine Erlaubnis für feuergefährliche Arbeiten eingeholt und von mehreren direkten Vorgesetzten unterzeichnet wird. Diese Vorgehensweise ist lobenswert, aber die Erteilung einer Erlaubnis für feuergefährliche Arbeiten kann mehrere Stunden in Anspruch nehmen und in einigen Fällen nur für eine Schicht gültig sein. Auch in Fällen, in denen es zu einer unerwarteten Verzögerung am Standort oder aufgrund der Nichtverfügbarkeit von Arbeitskräften kommt, kann der Wartungs- oder Inspektionsprozess anhängig bleiben und möglicherweise die Zustände verschlimmern, da diese Erlaubnisse nur für einen begrenzten Zeitraum gültig sind und nach Ablauf ihrer Gültigkeit erneuert werden müssen.
Die oben genannten Herausforderungen können mit FLIR C5, einer Wärmebildkamera für gefährliche Umgebungen von Teledyne FLIR, abgemildert werden. Mit diesem Gerät entfallen zeitaufwändige Erlaubnisse für feuergefährliche Arbeiten und unnötige Papiere. FLIR C5 ist eine kompakte Kamera mit FLIR Lepton® Wärmebildsensor und FLIR-patentierter MSX®-Technologie (Multi-Spectral Dynamic Imaging, multispektrale digitale Bildgebung). Diese Technologie hilft bei der Umwandlung der Echtzeittemperatur des zu prüfenden Standorts in präzise Wärmebilder. Eine weitere bemerkenswerte Funktion der FLIR C5 ist die cloudbasierte Lösung FLIR Ignite. Sie hilft Profis beim direkten Hochladen, Speichern und Sichern von mit der Kamera aufgenommenen Bildern in der Cloud, beim Austausch von Daten mit Teammitgliedern und beim Erstellen von Diagnoseberichten. FLIR C5 ist eine Wärmebildlösung im Taschenformat, mit der Wartungstechniker versteckte Probleme schnell erkennen und diagnostizieren können.
Abbildung 2: Wärmebildkamera FLIR C5 mit Cloud-Integration
Vorausschauende Wartung: Continental Carbonic Products ist ein führender Hersteller von Trockeneis (festes Kohlenstoffdioxid) für eine Vielzahl von Branchen. Das Unternehmen hat kürzlich die Initiative ergriffen, ein starkes Programm zur vorbeugenden und vorausschauenden Wartung zu entwickeln. Im Rahmen dieser Strategie begann das Wartungsteam des Unternehmens mit der ersten Runde von Prüfungen der Ausgangslage. Das Team begann mit der Überwachung von Kompressoren und Motoren mit der Wärmebildkamera Fluke TiS75 in der ersten Runde von Prüfungen der Ausgangslage. Es beobachtete einige Hotspots, die in der Messung der Ausgangslage angezeigt wurden. Mit der Wärmebildkamera TiS75 konnte das Wartungsteam des Unternehmens Hotspots finden, vermutete Fehler schnell analysieren und alle beheben. Mit dieser IR-Kamera konnte das Unternehmen viel Zeit und Geld sparen, da sie potenzielle Geräteausfälle und übermäßige Ausfallzeiten vermied.
Mit einer Infrarotauflösung von 384 x 288, einem momentanen Gesichtsfeld von 1,91 mRad und präziser manueller Scharfstellung vereinfacht die TiS75+ die vorbeugende Wartung. Sie bietet ein hohes Maß an Effizienz und Genauigkeit bei Wärmeinspektionen. Die TiS75+ nimmt normale und radiometrische Videos auf, überwacht Hochtemperaturprozesse bis zu +550 °C und zeichnet normale und radiometrische Videos mit einer Länge von bis zu 5 Minuten auf. Außerdem bietet sie IR-Fusion® AutoBlend™ und Bild-in-Bild, um ein Bild des sichtbaren Lichts mit einem IR-Bild desselben Ziels in fünf verschiedenen Ebenen zu überblenden, um Probleme leichter zu lokalisieren. Ti75+ verfügt über vom Benutzer wählbare Heiß- und Kaltpunkte sowie Farbalarme im internen/externen Bereich. Außerdem wird die Palettierung eines IR-Bilds geändert, indem begrenzt wird, welche Pixel mithilfe von Farben einer Palette auf Grundlage der Farbtemperatur von Pixeln dargestellt werden.
Das interessanteste Merkmal der TiS75+ ist, dass sie es ermöglicht, mithilfe der App Fluke Connect Bilder in Echtzeit mit Teams zu teilen. Diese Funktion ermöglicht das Erstellen und Senden von Berichten per E-Mail vom Einsatzort aus und spart viel Zeit.

Fazit

Dieser Artikel hilft bei fundierten Entscheidungen bei der Auswahl einer Wärmebildkamera für die vorausschauende oder vorbeugende Wartung. Farnell bietet eine große Auswahl an Wärmebildkameras und entsprechendem Zubehör, die zur Steigerung der Betriebseffizienz von Fertigungsanlagen beitragen. Sie schützen auch wertvolle Maschinen und Arbeitskräfte vor Katastrophen und natürlich vor den damit verbundenen Kosten.