Einleitung
Infrarotthermometer eignen sich besonders gut zur Temperaturkontrolle an laufenden Förderbändern, Riemen, Rollen, Walzen und anderen bewegten Maschinenteilen, da keine direkte Berührung mit dem Messobjekt erforderlich ist.
In der Praxis kommt es jedoch häufig vor, dass die Anzeige trotz unveränderter Position des Thermometers kontinuierlich steigt und fällt. Die Abweichung kann dabei mehrere Grad Celsius betragen.
Dies bedeutet nicht zwangsläufig, dass das Infrarotthermometer ungenau arbeitet. Das Gerät erfasst die Infrarotstrahlung aus einem definierten Messbereich zu einem bestimmten Zeitpunkt. Bei einem bewegten Ziel ändern sich fortlaufend die erfasste Oberflächenstelle, deren tatsächliche Temperatur, der Emissionsgrad und der Oberflächenzustand.
Das Wichtigste im Überblick
● Laufende Bänder und rotierende Rollen weisen häufig keine vollkommen gleichmäßige Oberflächentemperatur auf. Schwankende Anzeigen sind daher nicht ungewöhnlich.
● Unterschiede bei Farbe, Verschleiß, Öl, Staub, Verbindungsstellen und Oberflächenstruktur können den Emissionsgrad verändern.
● Erfasst der Messfleck teilweise den Rand des Messobjekts oder die Umgebung, kann die Anzeige stärker schwanken.
● Je schneller sich die Oberfläche bewegt und je größer die Unterschiede zwischen einzelnen Bereichen sind, desto stärker kann die Momentananzeige variieren.
● Ein konstanter Messabstand, Messwinkel und Messpunkt verbessern die Wiederholbarkeit.
● Für die Zustandsüberwachung ist der Temperaturverlauf unter vergleichbaren Bedingungen meist aussagekräftiger als ein einzelner Momentanwert.
Warum schwankt die Temperaturanzeige bei laufenden Bändern oder Rollen?
Ein Infrarotthermometer misst nicht die Durchschnittstemperatur eines gesamten Förderbands oder einer kompletten Rolle. Es erfasst die Infrarotstrahlung aus einem bestimmten Bereich innerhalb seines Sichtfeldes.
Bei einem ruhenden und homogenen Messobjekt bleibt die Anzeige bei konstanten Messbedingungen in der Regel relativ stabil.
Bei bewegten oder rotierenden Objekten durchlaufen dagegen ständig unterschiedliche Oberflächenbereiche den Messfleck.
Unterscheiden sich diese Bereiche hinsichtlich ihrer tatsächlichen Temperatur oder ihrer Strahlungseigenschaften, verändert sich auch der angezeigte Temperaturwert.
Bei einem Förderband können beispielsweise Reibung, unterschiedliche Materialstärken, Verbindungsstellen, Verschmutzungen oder ungleichmäßige Erwärmung lokale Unterschiede verursachen. Bei einer Rolle können Lager, Reibung, Materialaufbau oder Kühlung zu örtlichen Temperaturunterschieden führen.
Ungleichmäßige Oberflächentemperaturen sind eine häufige Ursache
Bewegte Maschinenteile sind in der Praxis selten vollständig isotherm.
● Verschiedene Bereiche eines Förderbands können unterschiedlich stark belastet oder gerieben werden.
● Kontaktbereiche zwischen Band und Rolle können wärmer sein als andere Bereiche.
● Lager oder Wellen können örtlich zusätzliche Wärme erzeugen.
● Kühlluft kann einzelne Oberflächenbereiche stärker abkühlen.
● Transportiertes Material kann das Förderband lokal erwärmen oder abkühlen.
Wenn diese Bereiche nacheinander den Messfleck passieren, zeigt das Infrarotthermometer entsprechend unterschiedliche Werte an.
Tritt die Änderung regelmäßig auf, beispielsweise einmal pro Rollenumdrehung, kann dies auf einen reproduzierbaren lokalen Temperaturunterschied hinweisen.
Unterschiedliche Emissionsgrade können ebenfalls Messwertschwankungen verursachen
Ein Infrarotthermometer bestimmt die Oberflächentemperatur anhand der vom Messobjekt abgegebenen Infrarotstrahlung. Unterschiedliche Oberflächen können dabei unterschiedliche Emissionsgrade aufweisen.
Bei laufenden Bändern oder Rollen können unter anderem folgende Unterschiede auftreten:
● Neue und verschlissene Bereiche;
● Glatte und raue Oberflächen;
● Öl- oder Schmierstoffrückstände;
● Staub und andere Ablagerungen;
● Unterschiedliche Farben;
● Freiliegende Metallbereiche;
● Abgenutzte oder beschädigte Beschichtungen.
Selbst wenn diese Bereiche tatsächlich dieselbe Temperatur besitzen, können unterschiedliche Emissionsgrade zu verschiedenen Anzeigewerten führen.
Dies ist besonders bei blanken Metallrollen relevant. Solche Oberflächen besitzen häufig einen niedrigen Emissionsgrad und reflektieren einen größeren Anteil der Infrarotstrahlung aus der Umgebung.
Bandverbindungen und Oberflächenmarkierungen können periodische Schwankungen verursachen
Industrielle Förderbänder sind nicht immer vollkommen homogen. Sie können Verbindungsstellen, Spleiße, reparierte Bereiche, Kennzeichnungen oder Farbunterschiede aufweisen.
Sobald einer dieser Bereiche den Messfleck durchläuft, kann sich der angezeigte Temperaturwert verändern.
Besteht der größte Teil eines Förderbands beispielsweise aus schwarzem Gummi, während die Verbindungsstelle aus einem anderen Material gefertigt ist, kann die Temperaturanzeige während des normalen Umlaufs relativ stabil sein und sich beim Passieren der Verbindungsstelle deutlich verändern.
Wiederholt sich dieses Muster mit jedem Bandumlauf, sollte geprüft werden, ob die Änderung mit einem Spleiß, einer Reparaturstelle oder einem anderen definierten Oberflächenbereich zusammenhängt.
Ein zu großer Messfleck kann die Messung zusätzlich destabilisieren
Infrarotthermometer besitzen ein bestimmtes Verhältnis von Messabstand zu Messfleck, das als D:S-Verhältnis angegeben wird.
Mit zunehmendem Messabstand vergrößert sich der Bereich, aus dem das Gerät Infrarotstrahlung empfängt.
Wenn der Messfleck nicht vollständig innerhalb des Förderbands oder der Rolle liegt, sondern zusätzlich folgende Bereiche erfasst:
● Maschinenrahmen;
● Hintergrundflächen;
● Rollenränder;
● Benachbarte Maschinenteile;
● Bereiche neben dem Förderband;
setzt sich das Messergebnis aus der Strahlung mehrerer Oberflächen mit unterschiedlichen Temperaturen zusammen.
Für eine zuverlässige Messung sollte das Messobjekt deutlich größer sein als der Messfleck.
Beeinflusst die Bewegungsgeschwindigkeit die Infrarotmessung?
Die Bewegungsgeschwindigkeit verhindert eine Infrarotmessung normalerweise nicht direkt. Infrarotthermometer arbeiten berührungslos und viele Geräte besitzen kurze Ansprechzeiten.
Die Geschwindigkeit bestimmt jedoch, wie schnell unterschiedliche Oberflächenbereiche das Sichtfeld durchlaufen.
Bei schnell bewegten Bändern können daher innerhalb kurzer Zeit Bereiche mit unterschiedlichen Temperaturen oder Emissionsgraden erfasst werden. Die Anzeige kann entsprechend rasch wechseln.
Bei dynamischen Anwendungen sollte deshalb neben der Messgenauigkeit auch die Ansprechzeit des Infrarotthermometers berücksichtigt werden.
Auch Änderungen des Messwinkels können die Stabilität beeinflussen
Bei manuellen Kontrollmessungen kann bereits eine geringe Bewegung der Hand sowohl die Messposition als auch den Messwinkel verändern.
Bei stark schräger Messung vergrößert sich die effektiv erfasste Oberfläche. Gleichzeitig steigt die Wahrscheinlichkeit, dass angrenzende Bereiche in das Sichtfeld gelangen.
Bei blanken Metallrollen kann eine Änderung des Messwinkels zusätzlich verändern, wie stark Wärmestrahlung aus der Umgebung reflektiert wird.
Für vergleichbare Messungen sollten Messposition, Abstand und Winkel möglichst konstant gehalten werden.
Heiße Umgebungsobjekte können Messungen an Metallrollen beeinflussen
Blankes Metall mit niedrigem Emissionsgrad kann Infrarotstrahlung aus der Umgebung stark reflektieren.
Mögliche Störquellen sind beispielsweise:
● Heizgeräte;
● Heiße Rohrleitungen;
● Öfen;
● Heiße Produkte oder Prozessmaterialien;
● Personen oder andere deutlich wärmere beziehungsweise kältere Objekte.
Während sich die Rolle dreht, kann sich die Richtung der reflektierten Wärmestrahlung verändern.
Die daraus resultierende Schwankung muss daher nicht vollständig einer tatsächlichen Änderung der Rollentemperatur entsprechen.
Wie lässt sich die Messwertstabilität verbessern?
Mehrere Maßnahmen können die Wiederholbarkeit der Messung verbessern.
● Messposition konstant halten. Das Thermometer möglichst auf denselben Punkt richten.
● Geeigneten Messabstand wählen. Das D:S-Verhältnis berücksichtigen und sicherstellen, dass der Messfleck deutlich kleiner als das Ziel ist.
● Objektränder vermeiden. Möglichst in der Mitte des Bands oder der Rolle messen.
● Sichtbare Spleiße oder Verbindungsstellen vermeiden. Für allgemeine Temperaturvergleiche einen möglichst homogenen Oberflächenbereich wählen.
● Messwinkel konstant halten. Möglichst annähernd senkrecht zur Oberfläche messen.
● Emissionsgrad korrekt einstellen. Bei Geräten mit einstellbarem Emissionsgrad einen zur Oberfläche passenden Wert verwenden.
● Reflexionen an Metallflächen berücksichtigen. Auf nahegelegene heiße Objekte achten.
● Temperatur über einen Zeitraum beobachten. Nicht nur einen einzelnen Wert, sondern auch Minimum, Maximum und typischen Betriebsbereich berücksichtigen.
Ist der Momentanwert oder der Temperaturtrend wichtiger?
Bei der industriellen Zustandsüberwachung ist der Temperaturtrend häufig aussagekräftiger als ein einzelner Momentanwert.
Schwankt die Temperatur einer Rolle im normalen Betrieb beispielsweise regelmäßig zwischen 42 und 45 °C, kann dies eine normale Oberflächenvariation darstellen.
Lag der übliche Bereich zuvor bei 42 bis 45 °C und steigt unter vergleichbaren Betriebsbedingungen allmählich auf 55 bis 60 °C, sollte die Ursache näher untersucht werden.
Mögliche Gründe sind unter anderem Schmierungsprobleme, erhöhte Reibung, Überlastung oder andere mechanische Veränderungen.
Für Trendvergleiche sollten Messort und Betriebsbedingungen möglichst gleich bleiben.
Bedeutet eine schwankende Anzeige, dass das Infrarotthermometer defekt ist?
Nicht unbedingt.
Zur Kontrolle kann zunächst ein ruhendes Objekt mit gleichmäßiger Oberfläche und relativ stabiler Temperatur gemessen werden.
Bleibt die Anzeige dort stabil und schwankt nur bei einem laufenden Förderband oder einer rotierenden Rolle, liegt die Ursache wahrscheinlich am Messobjekt oder an den Messbedingungen.
Schwankt die Anzeige dagegen auch bei einem stabilen, ruhenden Ziel stark, sollten folgende Punkte geprüft werden:
● Verschmutzung der Optik durch Staub, Öl, Feuchtigkeit oder Kondensation;
● Batteriezustand;
● Einstellung des Emissionsgrads;
● Zulässiger Umgebungstemperaturbereich des Geräts;
● Mögliche Schäden durch Sturz, Stoß oder andere mechanische Belastungen.
FAQ
Kann ein Infrarotthermometer ein schnell laufendes Förderband messen?
Ja. Die berührungslose Infrarotmessung eignet sich grundsätzlich gut für bewegte Objekte. Ansprechzeit, Messabstand und Messfleckgröße müssen jedoch zur jeweiligen Anwendung passen.
Warum erscheint einmal pro Rollenumdrehung eine Temperaturspitze?
Möglicherweise befindet sich auf der Rolle ein lokaler warmer Bereich. Alternativ kann sich ein bestimmter Oberflächenabschnitt hinsichtlich Emissionsgrad, Verschmutzung oder Reflexion unterscheiden.
Welcher Wert sollte dokumentiert werden, wenn die Anzeige ständig schwankt?
Das hängt vom Messziel ab. Für die Zustandsüberwachung sind häufig der typische Betriebsbereich, ein repräsentativer Wert oder der Maximalwert sinnvoller als ein einzelner Momentanwert.
Wird die Anzeige automatisch stabiler, wenn der Messabstand verkürzt wird?
Nicht immer. Ein kürzerer Abstand führt jedoch häufig zu einem kleineren Messfleck und reduziert das Risiko, dass störende Hintergrundflächen erfasst werden.
Warum lässt sich ein schwarzes Gummiband meist stabiler messen als eine blanke Metallrolle?
Gummi und viele nichtmetallische Oberflächen besitzen einen relativ hohen und stabilen Emissionsgrad. Blanke Metalle weisen dagegen häufig einen niedrigen Emissionsgrad auf und reflektieren stärker die Wärmestrahlung ihrer Umgebung.
Kann ein Infrarotthermometer zur Erkennung eines überhitzten Rollenlagers eingesetzt werden?
Ja, insbesondere für schnelle Kontrollen und Trendmessungen. Für eine detaillierte Diagnose können zusätzlich Kontaktmessungen, Schwingungsanalysen oder andere Verfahren der Zustandsüberwachung eingesetzt werden.
Fazit
Schwankende Temperaturanzeigen bei laufenden Förderbändern und rotierenden Rollen bedeuten in den meisten Fällen nicht, dass das Infrarotthermometer defekt ist.
Ungleichmäßige Oberflächentemperaturen, unterschiedliche Emissionsgrade, Bandverbindungen, Verschmutzungen, Verschleiß, zu große Messflecken, wechselnde Messwinkel und reflektierte Infrarotstrahlung können die Anzeige beeinflussen.
Für reproduzierbare Ergebnisse sollten Messabstand, Winkel und Messposition möglichst konstant bleiben und der Messfleck vollständig innerhalb des Zielbereichs liegen. Für Wartung und Zustandsüberwachung sind der Temperaturbereich und die langfristige Entwicklung unter vergleichbaren Bedingungen in der Regel wichtiger als ein vollkommen konstanter Momentanwert.
