Sicherer Zugang für die thermische Inspektion mit IR-Fenstern

Thermische Inspektionssysteme in gefährlichen Umgebungen können eine Herausforderung sein, aber spezielle Ausrüstung wie Infrarotfenster (IR) mindert das Risiko erheblich. Sehen wir uns an, wie IR-Fenster bei der Wärmebildtechnik funktionieren und wie sie ausgewählt und genutzt werden.

Beginnen wir jedoch mit einer Begriffsklärung. Das IR-Spektrum liegt zwischen dem Mikrowellenbereich und dem sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums. IR-Strahlung ist eine Form von visuell nicht wahrnehmbarer thermischer Energie, die gemeinhin als Wärme bezeichnet wird. Die IR-Thermografie, oder auch Wärmebildgebung, ist eine berührungslose Methode zur Erkennung und Messung von Temperaturunterschieden durch Analyse der IR-Strahlungsstärke und grafische Darstellung der Ergebnisse.

Die grafische Darstellung, die oft als Thermogramm bezeichnet wird, nutzt Farben zur Anzeige der Temperatur, wobei jede Farbe einem bestimmten Temperaturbereich entspricht. Das Thermogramm eines in Betrieb befindlichen Elektromotors (Abbildung 1) zeigt beispielsweise die Temperatur in jedem Bereich des Motors. Die Skala an der Seite des Thermogramms ordnet die Farbe Temperaturen zu.

Abbildung 1: Dargestellt ist ein Thermogramm eines in Betrieb befindlichen Elektromotors; die Farben zeigen die Temperatur der einzelnen Teile des Motors an. (Bildquelle: Fluke Electronics)

Eine IR-Wärmebildkamera erzeugt Thermogramme. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Kamera reagiert die Wärmebildkamera auf langwellige IR-Strahlung, um die Wärmesignatur eines untersuchten Geräts darzustellen. Das sich daraus ergebende IR-Bild unterscheidet sich oft erheblich von einem Bild im sichtbaren Spektralbereich. Viele IR-Kameras sind zusätzlich mit einer Kamera für sichtbares Licht ausgestattet, die neben dem IR-Bild ein Bild im sichtbaren Spektrum mit identischen Pixeln aufnimmt. Die Kombination dieser beiden Darstellungsarten liefert zusätzliche strukturelle Details sowie einen physischen Kontext für die Temperaturdaten, wodurch diese leichter zu interpretieren sind.

Anwendungen der Wärmebildtechnik

Es gibt viele Anwendungen für die Wärmebildtechnik. Sie eignet sich beispielsweise zur Erkennung einer übermäßigen Wärmeentwicklung in elektrischen Verteilerkästen, was auf Verbindungen mit einem hohen Widerstand oder überlastete Leiter hinweist. In mechanischen Systemen lassen sich mit Hilfe der Wärmebildtechnik Defekte an Motorwicklungen und Lagern erkennen. Zu den architektonischen Anwendungen gehört die Ortung von Wärmebrücken in Bauwerken. Außerdem kommt sie in Sicherheitsanwendungen zum Einsatz, um sowohl tierische als auch menschliche Eindringlinge zu erkennen.

Die Wärmebildtechnik hat gegenüber anderen Überwachungstechnologien den Vorteil, dass sie keinen physischen Kontakt mit den untersuchten Geräten erfordert. Dies ist besonders wichtig bei speziellen Anwendungen, bei denen das zu untersuchende Gerät hohe Betriebstemperaturen und Betriebsspannungen aufweist oder die Messung während des Betriebs erfolgen muss.

IR- und multispektrale Fenster

In einigen Anwendungen der Wärmebildtechnik kann die Messung eine Gefahr für die Person darstellen, die sie ausführt. Ein elektrischer Defekt in einem Stromverteilerkasten kann zum Beispiel einen Lichtbogen mit extrem hohen Temperaturen und Lichtstärken verursachen. Außerdem kommt es zu einer Lichtbogenexplosion, einer Überschall-Stoßwelle, die ohrenbetäubenden Lärm und extrem heiße Splitter erzeugt und zu schweren Verletzungen führen kann. Lichtbögen bilden sich bereits ab Spannungen von 120 Volt, wobei die Wahrscheinlichkeit jedoch mit zunehmender Spannung steigt.

Persönliche Schutzausrüstung (PSA) kann zwar zum Schutz vor Lichtbögen eingesetzt werden, eine sicherere und kostengünstigere Alternative ist jedoch die Nutzung von Inspektionsfenstern zur Isolierung und zum Schutz der Beschäftigten.

Ein IR- oder multispektrales Fenster ermöglicht eine effizientere Wärmebildgebung, da das Innere von Schaltkästen und -schränken einsehbar ist, ohne sie öffnen zu müssen, was Gefahren durch Lichtbögen und Explosionen vermeidet und die Sicherheit der Beschäftigten erhöht (Abbildung 2).

Abbildung 2: Die Abbildung zeigt ein Beispiel für ein IR-Fenster, das in einem Schaltkasten montiert ist und den Einsatz einer Wärmebildkamera ermöglicht. (Bildquelle: Fluke Electronics)

Fluke Electronics bietet IR-Fenster an, die mit den IR-Kameras und Wärmebildsystemen des Herstellers kompatibel sind.

Die Fenster ClirVu CLKT und ClirVu CV bieten technischem Personal einen wichtigen Schutz und ermöglichen den Zugang zu Inspektionsbereichen, ohne dass Kästen oder Schränke geöffnet werden müssen. Die IR-Fenster sind fest verbaute Vorrichtungen aus lichtbogenresistenten Kristalloptiken, die in Druckgussrahmen aus hochfester Legierung mit Hochdruckdichtungen montiert sind und so einen hervorragenden Schutz gegen Lichtbogenexplosionen bieten. Die optischen Fenster bestehen aus Kalziumfluorid (_CaF2), das mit der ClirVu-Breitbandbeschichtung von Fluke überzogen ist, um die IR-Übertragung zu verbessern und die feuchtigkeitsbedingte Alterung zu verhindern. Abdeckungen schützen die Optik vor Staub und versehentlicher Beschädigung. Sie unterstützen einen Dauereinsatztemperaturbereich von -40 °C bis +232 °C.

Beide Serien bieten Fenster mit Durchmessern von 50, 75 und 100 Millimetern (mm) und eine Auswahl von drei verschiedenen Deckelverriegelungen (Abbildung 3).

Abbildung 3: Diese Beispiele der Fenster CLKT und CV repräsentieren die verfügbare Auswahl an Deckelverriegelungen. (Bildquelle: Fluke Electronics)

Das Fluke CV301 (Abbildung 3, Mitte) ist ein 75-mm-IR-Fenster, das einen Verriegelungsmechanismus mit Sicherheitsschlüssel nutzt. Die 100-mm-Version ist das CV400 von Fluke (Abbildung 3, rechts). Dieses Fenster verfügt über einen von Hand drehbaren Verriegelungsmechanismus, der keinen Sicherheitsschlüssel benötigt. Das FLK-050-CLKT von Fluke (Abbildung 3, links) ist ein 50-mm-Fenster mit Drehverriegelung. Die Serie CLKT umfasst ein multispektrales Fenster, das die optische QUADRABAND-Technologie von Fluke nutzt. Die optische Linse unterstützt nicht nur kurz-, mittel- und langwelliges IR-, sondern auch ultraviolettes und sichtbares Licht. Das erlaubt die Display-Fusion in kompatiblen IR-Kameras und kombiniert IR-Bilder und Bilder im sichtbaren Lichtspektrum für eine intuitivere Darstellung.

Die Serie CV wird 30 Prüfzyklen unterzogen und ist für Lichtbögen mit bis zu 63 Kiloampere (kA) ausgelegt. Die Serie CLKT widersteht 30 Lichtbogenzyklen mit von 50 kA.

Diese Fenster erfüllen zahlreiche Sicherheits-, Lichtbogenprüf- und Umweltverträglichkeitsnormen.

Die Auswahl eines IR-Fensters

Die Auswahl eines IR-Fensters beginnt mit der Feststellung, welche Inspektionen erforderlich sind und ob diese mit der geplanten Kombination aus IR-Fenster und IR-Kamera durchgeführt werden können. Das Sichtfeld der Kamera und ihre Ausrichtung auf das Fenster spielen eine Rolle, aber die Größe des Fensters und der Abstand zwischen Ziel und Fenster sind für das Sichtfeld durch das Fenster ausschlaggebend (Abbildung 4).

Abbildung 4: Das Sichtfeld durch ein Fenster hängt von der Größe des Fensters sowie dem Abstand zwischen Ziel und Fenster ab. (Bildquelle: Fluke Electronics)

Die Tabelle in Abbildung 4 zeigt das Sichtfeld dreier unterschiedlich großer Fenster (50, 75 und 100 mm) sowie den Abstand zwischen Fenster und Ziel. Hervorgehoben sind die Sichtfelder für drei Fenstergrößen mit einem Abstand von 30,48 Zentimetern (cm) zum Ziel. Das Sichtfeld wächst mit der Fenstergröße und dem Abstand zum Ziel.

Fazit

IR- und multispektrale Fenster sind der Schlüssel zur sicheren diagnostischen Thermografie. Sie isolieren das Testpersonal von potenziell schädlichen Lichtbögen, hohen Temperaturen sowie sich bewegenden Maschinen und ermöglichen gleichzeitig den Zugang für Wärmebildgeräte.