Eine kritische Erwärmung frühzeitig zu erkennen, ist nur der erste Schritt. Entscheidend sind die richtige Temperaturerfassung, geeignete Alarmbedingungen und eine zuverlässige Signalübergabe. Erfahren Sie, worauf es bei der thermischen Brandfrüherkennung ankommt – von der Messstelle bis zur definierten Reaktion.
Brandfrüherkennung mit Wärmebildkameras:
Vom Hotspot zum Alarm
Bei elektrischen Defekten, mechanischer Reibung oder der Erwärmung gelagerter Materialien kann sich ein kritischer Zustand zunächst durch eine erhöhte Temperatur zeigen. Solange diese Erwärmung an einer sichtbaren Oberfläche auftritt, kann sie mit einer radiometrischen Wärmebildkamera erfasst werden.
Für die Brandfrüherkennung ist dabei nicht nur die Temperatur selbst relevant. Die Kamera muss den kritischen Bereich aus der vorgesehenen Entfernung ausreichend erfassen. Es muss bekannt sein, welche Temperaturen zum normalen Betrieb gehören und ab wann eine Veränderung auffällig wird. Ebenso muss festgelegt werden, was nach einem Voralarm oder Alarm geschieht. Die technische Aufgabe reicht damit von der Messstelle bis zur Reaktion auf das Alarmsignal.
Welche Brandrisiken sind thermisch erkennbar?
Erhöhte Temperaturen gehören in vielen industriellen Anwendungen zum normalen Betrieb. Motoren und Lager erwärmen sich, elektrische Komponenten führen Verlustwärme ab und Materialien können während der Verarbeitung oder Lagerung unterschiedliche Temperaturen annehmen.
Für die thermische Brandfrüherkennung ist deshalb nicht allein die absolute Temperatur entscheidend, sondern ihre Bedeutung für den jeweiligen Prozess. Ein erhöhter elektrischer Übergangswiderstand kann zu einer lokalen Erwärmung führen. Ein mechanisch belastetes oder beschädigtes Lager kann zunehmend heiß werden. Auch in Schüttgütern können Bereiche entstehen, deren Temperatur sich vom umgebenden Material unterscheidet.
Solche Veränderungen lassen sich mit Wärmebildkameras überwachen, wenn sie frühzeitig an einer sichtbaren Oberfläche messbar werden. Nicht jede Brandursache erfüllt diese Voraussetzung. Vor der Auslegung muss deshalb geklärt werden, welche thermische Veränderung erkannt werden soll und wo sie auftritt.
Warum radiometrische Wärmebildkameras?
Eine Wärmebildkamera erfasst die von Oberflächen ausgehende Infrarotstrahlung und stellt deren räumliche Verteilung dar. Radiometrische Wärmebildkameras liefern darüber hinaus Temperaturinformationen für die einzelnen Bildbereiche. Diese bilden die Grundlage für eine automatische thermische Überwachung. Innerhalb des Wärmebilds lassen sich Messbereiche definieren, deren Temperaturen kontinuierlich ausgewertet und mit festgelegten Bedingungen für Voralarm oder Alarm verknüpft werden.
Der entscheidende Vorteil gegenüber einer punktuellen Temperaturmessung liegt in der flächigen Überwachung. Sie ist besonders dann sinnvoll, wenn der gefährdete Anlagenbereich bekannt ist, die genaue Position einer kritischen Erwärmung jedoch nicht vorhersehbar ist.
An einem Lagerplatz oder Förderbereich kann ein Hotspot beispielsweise an unterschiedlichen Stellen entstehen. Die Kamera überwacht deshalb nicht nur einen einzelnen Messpunkt, sondern den vorgesehenen Bereich. Für die Alarmierung zählt dabei nicht allein, ob ein Bereich im Wärmebild auffällig erscheint. Entscheidend sind die gemessenen Temperaturen und ihre Bewertung anhand der definierten Alarmbedingungen.
Hotspot-Größe und Messauflösung
Ein Hotspot kann im Wärmebild sichtbar sein, ohne dass seine Temperatur bereits ausreichend genau gemessen werden kann. Wie groß ein kritischer Bereich auf dem Kameradetektor abgebildet wird, hängt von seiner tatsächlichen Größe, dem Messabstand, der verwendeten Optik und der Sensorauflösung ab. Ein fünf Zentimeter großer Hotspot in zwei Metern Entfernung stellt eine andere Messaufgabe dar als derselbe Hotspot in zwanzig Metern Entfernung. Mit zunehmendem Abstand deckt jeder Bildpunkt einen größeren Teil der überwachten Fläche ab.
Für die Auslegung muss deshalb geprüft werden, ob der kleinste relevante Hotspot unter den vorgesehenen Bedingungen ausreichend groß auf dem Sensor abgebildet wird.
Eine wichtige Kenngröße ist das MFOV (Measurement Field of View). Es beschreibt die erforderliche Zielgröße für eine zuverlässige Temperaturmessung bei einer bestimmten Kamera-, Optik- und Abstandskonfiguration.
Das IFOV (Instantaneous Field of View) beschreibt dagegen den Winkelbereich eines einzelnen Bildpunkts. Ein Hotspot kann bereits sichtbar sein, wenn er nur wenige Pixel umfasst. Für eine belastbare Temperaturmessung muss er jedoch in der Regel mehrere Pixel abdecken. Die genaue Anforderung hängt vom jeweiligen Kamerasystem ab.
Entscheidend sind deshalb vier Größen: Hotspot-Größe → Messabstand → Optik und Sichtfeld → Messauflösung
Erst aus ihrem Zusammenspiel lässt sich beurteilen, welche Kamerakonfiguration für die Messstelle geeignet ist.
Sichtlinie und Umgebungsbedingungen
Eine Wärmebildkamera erfasst die Infrarotstrahlung der Oberflächen, die von ihrer Montageposition aus sichtbar sind. Liegt eine kritische Wärmequelle hinter einer Abdeckung oder innerhalb eines geschlossenen Bauteils, kann ihre Temperatur nicht direkt gemessen werden. Gleiches gilt, wenn die Sicht auf den überwachten Bereich dauerhaft oder zeitweise verdeckt ist.
Auch die Bedingungen zwischen Kamera und Messobjekt beeinflussen die Messung. Staub, Verschmutzungen oder Ablagerungen auf der Optik können die Temperaturerfassung beeinträchtigen. Bei Außenanwendungen kommen Regen, Sonneneinstrahlung und wechselnde Umgebungstemperaturen hinzu. Je nach Anwendung können auch Rauch oder andere Medien im Strahlengang die Messung beeinflussen.
Schutzgehäuse, Temperaturmanagement und Luftspülungen können dazu beitragen, Kamera und Optik unter anspruchsvollen Bedingungen betriebsbereit zu halten. Sie ersetzen jedoch nicht die Prüfung, ob der relevante Bereich dauerhaft und zuverlässig messbar bleibt. Die Montageposition ist deshalb Teil der Messaufgabe – nicht nur eine Frage der mechanischen Befestigung.
Voralarm und Alarm richtig definieren
Nicht jede erhöhte Temperatur ist ein Hinweis auf eine Brandgefahr. In industriellen Anlagen können sich Temperaturen durch Lastwechsel, Produktionsprozesse oder wechselnde Umgebungsbedingungen verändern. Für eine zuverlässige Alarmierung muss deshalb zunächst bekannt sein, welche Temperaturen im normalen Betrieb auftreten und welche Abweichungen kritisch werden können. Radiometrische Wärmebildkameras ermöglichen es, definierte Messbereiche (Regions of Interest, ROI) gezielt auszuwerten. Je nach Kamerasystem können beispielsweise Temperaturgrenzwerte für einzelne Bereiche festgelegt und bei Überschreitung entsprechende Signale ausgelöst werden.
Dabei kann zwischen einem Voralarm und einem Alarm unterschieden werden:
Voralarm: Eine auffällige Temperaturentwicklung erfordert eine Überprüfung oder erhöhte Aufmerksamkeit.
Alarm: Eine definierte kritische Bedingung ist erreicht und löst die vorgesehene Reaktion aus.
Welche Grenzwerte und Bedingungen geeignet sind, hängt von der Anwendung, den normalen Temperaturverläufen und den möglichen Folgen einer kritischen Erwärmung ab.
Entscheidend ist nicht allein die gemessene Temperatur, sondern ihre Bewertung im jeweiligen Anlagen- und Prozesskontext.
Vom Hotspot zur Alarmreaktion
Eine erkannte Temperaturüberschreitung verhindert noch keinen Brand. Erst wenn daraus eine definierte Meldung und gegebenenfalls eine geeignete Reaktion entsteht, kann die thermische Überwachung zur Brandfrüherkennung beitragen.
Die Alarmkette umfasst vier Schritte: Erfassen → Bewerten → Melden → Reagieren
Erfassen: Die Wärmebildkamera überwacht den festgelegten Bereich und liefert radiometrische Temperaturdaten.
Bewerten: Die Messwerte werden anhand definierter Grenzwerte und Alarmbedingungen ausgewertet.
Melden: Wird eine Alarmbedingung erfüllt, muss das entsprechende Signal an die vorgesehene Stelle übertragen werden – beispielsweise an eine SPS, ein Leitsystem oder eine geeignete Alarmierungseinrichtung.
Reagieren: Abhängig vom Anlagen- und Sicherheitskonzept können eine Bedienermeldung, eine technische Überprüfung oder eine festgelegte Anlagenreaktion folgen.
Welche Schnittstellen und Funktionen dafür benötigt werden, hängt von der eingesetzten Kameratechnik und der übergeordneten Systemarchitektur ab. Eine zuverlässige Brandfrüherkennung entsteht deshalb nicht allein durch die Kamera, sondern durch das abgestimmte Zusammenspiel von Temperaturmessung, Alarmbewertung und Reaktion.
Grenzen der thermischen Brandfrüherkennung
Nicht jede Brandentstehung kündigt sich durch eine frühzeitig messbare Oberflächenerwärmung an. Eine Wärmebildkamera kann nur thermische Veränderungen erfassen, die innerhalb ihres Sichtfelds liegen und unter den jeweiligen Messbedingungen erkennbar sind.
Verdeckte Wärmequellen, Abschattungen oder ungünstige Umgebungsbedingungen können dazu führen, dass kritische Entwicklungen nicht oder erst verzögert erkannt werden. Auch die Temperaturmessung selbst unterliegt physikalischen Einflüssen. Der Emissionsgrad der Oberfläche, reflektierte Wärmestrahlung und die Bedingungen im Strahlengang können das Messergebnis beeinflussen. Besonders bei stark reflektierenden Oberflächen ist eine sorgfältige Bewertung erforderlich.
Eine radiometrische Wärmebildkamera erkennt zudem keine Brandursache. Sie misst Temperaturverteilungen und ermöglicht deren Auswertung anhand festgelegter Bedingungen. Ob eine auffällige Erwärmung tatsächlich auf eine kritische Entwicklung hinweist, muss im jeweiligen Anwendungskontext beurteilt werden. Thermische Brandfrüherkennung ist deshalb eine anwendungsabhängige Überwachungslösung und ersetzt nicht automatisch eine vorgeschriebene Brandmeldeanlage. Ob sie in ein sicherheitsrelevantes Brandmelde- oder Schutzkonzept eingebunden werden kann, hängt von den geltenden Anforderungen und der vorgesehenen Systemarchitektur ab.
Die Alarmkette an der realen Messstelle prüfen
Ob eine thermische Brandfrüherkennung zuverlässig funktioniert, lässt sich nicht allein anhand der Kameradaten beurteilen. Entscheidend ist, ob die gesamte Alarmkette unter den tatsächlichen Einsatzbedingungen wie vorgesehen arbeitet. Dazu gehört zunächst die Prüfung der Messstelle: Wird der kleinste relevante Hotspot aus der vorgesehenen Entfernung ausreichend genau erfasst? Bleibt der überwachte Bereich auch bei wechselnden Betriebsbedingungen sichtbar und messbar?
Anschließend müssen die festgelegten Alarmbedingungen überprüft werden. Kritische Temperaturentwicklungen sollen erkannt werden, ohne dass normale Prozessschwankungen unnötige Meldungen auslösen. Ebenso wichtig ist die Signalübergabe. Erreicht eine ausgelöste Meldung die vorgesehene Steuerung oder Alarmierungseinrichtung? Wird dort die definierte Reaktion eingeleitet?
Die Funktionsprüfung muss deshalb die gesamte Kette umfassen – von der Temperaturerfassung an der Messstelle bis zur vorgesehenen Reaktion. Erst diese Überprüfung zeigt, ob Kameraposition, Messauflösung, Alarmbedingungen und Systemintegration für die konkrete Anwendung geeignet sind.
Welche Kameratechnik ist geeignet?
Welche Wärmebildkamera für die thermische Brandfrüherkennung geeignet ist, hängt von der konkreten Messaufgabe ab. Entscheidend sind insbesondere die Größe des kleinsten relevanten Hotspots, der Messabstand, das erforderliche Sichtfeld und die Bedingungen am Einsatzort. Auch die Möglichkeiten zur Temperaturauswertung, Alarmierung und Einbindung in die vorhandene Anlagensteuerung müssen berücksichtigt werden.
Mit der Optris Xi 400 CM, PI 450i CM und PI 640i CM stehen unterschiedliche Kameralösungen für industrielle Überwachungsaufgaben zur Verfügung. Welche Konfiguration geeignet ist, muss anhand der jeweiligen Anforderungen geprüft werden.
Weitere Informationen zu den Systemlösungen finden Sie unter Condition-Monitoring-Systeme für Anlagenüberwachung & Brandfrüherkennung.
Brandfrüherkennung für Ihre Anwendung prüfen
Ob eine thermische Brandfrüherkennung sinnvoll ist, entscheidet sich an der konkreten Messaufgabe: Wo können kritische Temperaturen entstehen, wie früh müssen sie erkannt werden und welche Reaktion soll folgen? POHL Electronic unterstützt Sie bei der technischen Ersteinschätzung und Auswahl einer geeigneten Kameralösung.
Beschreiben Sie uns Ihre Anwendung – wir prüfen mit Ihnen die technischen Anforderungen und nächsten Schritte.