InfraTec-Kameras überzeugen in zahlreichen Anwendungsgebieten

Thermische Optimierung im Mikrometer-Bereich

Steigende Leistungsvorgaben für elektronische Bauelemente führen dazu, dass auf immer kleineren Flächen enorme Anforderungen an das Wärmemanagement gestellt werden. Das FraunhoferInstitut für Siliziumtechnologie (ISIT) unterstützt Unternehmen als Entwicklungspartner, diesen wachsenden Anforderungen optimal gerecht zu werden.

Bei der Analyse von elektronischen Komponenten muss das ISIT kleinste Temperaturunterschiede detektieren. Die Thermografiekameras der High-End-Kameraserie ImageIR® unterscheiden schon Differenzen von 15 mK präzise und machen thermische Probleme bereits in deren Anfangsstadium sicher sichtbar. Entwicklungsfehler können somit frühzeitig vermieden werden. Die Kameras sind in verschiedenen Detektorformaten mit bis zu (1.024 × 1.280) IR-Pixel verfügbar. Sie lösen bei einem Detektorpitch von 15 µm zusammen mit den unterschiedlichen, lichtstarken Mikroskopobjektiven kleinste Strukturen – herab bis zu einer Größe von 2 µm – auf.

Bei seinen Temperaturmessungen profitiert das ISIT von der Präzisionskalibrierung der ImageIR® mit mehreren Nebenkennlinien. Die darauf beruhende exakte Driftkompensation der Thermografiekamera sorgt für höchste Messgenauigkeit selbst bei schwankenden Messbedingungen. Wie bei allen thermografischen Untersuchungen elektronischer Komponenten und Schaltkreise werden die Messwerte jedoch von den unterschiedlichen Emissionseigenschaften der einzelnen Bauteilmaterialien beeinflusst. Mit der direkt in die Steuer- und Analysesoftware IRBIS® 3 integrierten automatischen pixelweisen Emissionsgradkorrektur bietet InfraTec eine sehr effiziente Lösung für dieses Messproblem an. Sie ermöglicht es dem Anwender, deutlich präzisere Aussagen zu Temperaturverteilungen und -entwicklungen über die Zeit zu gewinnen.

Thermische Optimierung im Mikrometer-Bereich

Thermografie zur Optimierung von installierten Windkraftanlagen

Die zunehmende Verknappung von geeigneten Standorten für Windkraftanlagen (WKA) und der gesellschaftliche Druck auf die ungezügelte Subventionierung der Errichtung erneuerbarer Energiequellen haben in jüngster Vergangenheit Aktivitäten ausgelöst, die eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Rotorblätter von WKA zum Ziel haben.

Im praktischen Betrieb von WKA gibt es jedoch eine ganze Reihe von Einflussfaktoren, die den Wirkungsgrad negativ beeinflussen: Das beginnt bei der Ausrichtung der Blätter und führt über Verschmutzungen der Blattvorderkante, Blattoberflächenerosionen und Blattschäden bis hin zu Fehlern an aerodynamischen Hilfsmitteln, wie Grenzschichtzäunen, Vortex-Generatoren und Zig-zag-Band-Turbulatoren.

Seit vielen Jahren wird die Thermografie bei aerodynamischen Optimierungen zur Untersuchung des Grenzschichtverhaltens an Tragflügeln verwendet. Dabei macht man sich die Tatsache zunutze, dass der Wärmeübergangswiderstand der Grenzschicht bei turbulenter Strömung deutlich niedriger ist, als bei laminarer Strömung.

Ist nun z. B. die umströmende Luft kälter als der Tragflügel, wird sich ein thermisches Muster auf dem Tragflügel ausbilden, das den Zustand der Strömung anzeigt: Turbulent umströmte Bereiche sind kälter als laminar umströmte. Wenn man dieses thermische Muster mit einer Thermografiekamera aufnimmt, hat man eine elegante Möglichkeit, den Grenzschichtzustand in Echtzeit zu visualisieren.

Die Verwendung von thermisch hochempfindlichen High-Speed-Thermografiekameras und lichtstarken Teleobjektiven ermöglicht die Visualisierung des Grenzschichtzustandes an den Rotoren von laufenden WKA im MW-Bereich. Aus mehreren hundert Metern Entfernung gewonnene qualitative Informationen über die Strö- mungsverhältnisse an den Rotorblättern gestatten einen raschen Vergleich zwischen den verschiedenen Betriebszuständen und Konditionen.

Beim Einsatz der gekühlten High-Speed Kamera ImageIR® 8300 mit Focal-Plane-Array-Photonendetektor im Format (640×512) IR-Pixel und einer thermischen Auflösung von unter 20 mK können in Kombination mit dem Teleobjektiv 200 mm hochauflösende Wärmebilder von laufenden Rotorblättern erfasst werden. Dank extrem kurzer Integrationszeiten sind auch bei Blattgeschwindigkeiten von 75m/s nur geringe Bewegungsunschärfen zu verzeichnen.

Mit freundlicher Unterstützung von: BIMAQ, Deutsche WindGuard Engineering GmbH
C. Dollinger, N. Balaresque, M. Sorg: Thermographic Boundary Layer Visualisation of Wind Turbine Rotorblades in Operation.
EWEA 2014, Bacelona, Spain: Europe’s Premier Wind Energy Event. EWEA The European Wind Energy Association, Barcelona, 2014

Thermografie zur Optimierung von installierten Windkraftanlagen - Bildnachweis: © visdia / Fotolia.com