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DER KONSTRUKTEUR 5-6/2021

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DER KONSTRUKTEUR 5-6/2021

ANTRIEBSTECHNIK BEWEGUNG

ANTRIEBSTECHNIK BEWEGUNG IN DER WÄRMEBILDKAMERA 01 Wärmebildkameras kommen an verschiedensten Stellen zum Einsatz. Sie können einen Beitrag dazu leisten, Infektionsketten zu unterbrechen. Thermografische Verfahren eignen sich aber auch, um Wärmelecks in Gebäuden aufzuspüren oder zur industriellen Qualitätskontrolle. Aber was hat das mit DC-Kleinstmotoren und kleinen Schrittmotoren zu tun? Sie sind in all diesen Fällen unverzichtbar, z. B. um Fokus und Zoom der optischen Thermografiesysteme präzise zu justieren. PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Fiebermessen ist ein Werkzeug in der Coronabekämpfung. Ein großer Vorteil der Temperaturmessung per Wärmebildkamera besteht dabei in ihrer Massentauglichkeit. Die Prozedur ist berührungslos, dauert nur wenige Sekunden und lässt sich automatisieren. So kann man sie auf dem Flughafen, bei Grenzkontrollen oder in anderen Schleusensituationen anwenden. BERÜHRUNGSLOSE TEMPERATURMESSUNG: VOM BOLOMETER BIS ZUM QUANTENTOPF Die meisten Wärmebildkameras erfassen die Infrarotstrahlung, die vom Körper ausgeht, ähnlich wie normale Digitalkameras mit einem Bildsensor, der bis zu einer Million Pixel hat. Jedes Pixel dieses Bildsensors ist ein winziges sogenanntes Bolometer, ein wenige Quadratmikrometer kleiner thermischer Empfänger. Er Autoren: Dipl.-Ing. (BA) Andreas Seegen, FAULHABER und Ellen-Christine Reiff, M.A., Redaktionsbüro Stutensee wird durch die Wärmestrahlung innerhalb von 10 ms um etwa ein Fünftel des Temperaturunterschieds zwischen Objekt- und Eigentemperatur erwärmt. Aus der Summe dieser Werte wird der Temperaturverlauf auf der erfassten Oberfläche berechnet. In der optischen Darstellung entsteht daraus das Wärmebild mit den bekannten Farbschattierungen: je heller, desto wärmer. Außer dem Bolometer gibt es weitere Verfahren, um die Temperatur berührungslos und optisch zu messen. So erfassen bestimmte Sensortypen die Wellenlänge der Strahlung und leiten daraus die Temperatur ab. Wellenlängendetektion und Bolometer werden aber nicht nur für die Fiebermessung beim Menschen genutzt. Eine weitere typische Anwendung ist die Suche nach Temperaturlecks in der Isolierung von Gebäuden. Weniger bekannt, aber ebenfalls weit verbreitet ist der Einsatz der Thermographie für die Qualitätskontrolle. Ob Metall, Kunststoff oder Glas, bei thermischen Verarbeitungsschritten hängt die Qualität des Produkts oft entscheidend von einer präzise eingestellten Temperatur ab. Deshalb werden Prozesse wie Heißwalzen, Laminieren oder Glashärten häufig mit Wärmebildkameras überwacht. Die Thermographie spielt außerdem in der Sicherheitstechnik eine wichtige Rolle. Ein Wärmescan kann zum Beispiel überhitzte 38 DER KONSTRUKTEUR 2021/05-06 www.derkonstrukteur.de

ANTRIEBSTECHNIK 01 Schrittmotor in Zweiphasen-Permanentmagnet-Technologie: ein typischer Einsatzbereich ist die Bewegung von Filtern und Shuttern in optischen Thermografiegeräten elektrische Komponenten in einem Schaltschrank sichtbar machen oder heiß laufende Lager in Maschinen, lange bevor sie einen kritischen Zustand erreichen. In der Atmosphären- und der Weltraumforschung kommt ein weiteres Verfahren zur Temperaturbestimmung zum Einsatz: der Quantentopf-Infrarot-Photodetektor. Er besteht aus sich abwechselnden, sehr dünnen Halbleiterschichten und nutzt einen Quanteneffekt. Die Schichten schränken die quantenmechanischen Zustände ein, die ein Teilchen dort einnehmen kann. Eintreffende Infrarotwellen beeinflussen den Zustand. Daraus lassen sich aussagekräftige Bilder gewinnen. Wärmebildkameras, die diese Methode nutzen, zeichnen sich durch besonders hochauflösende Farben im Bereich bis zu 10 mK aus. FÜR JEDE AUFGABE DIE PASSENDE ANTRIEBSLÖSUNG Welche Methode auch angewandt wird, für die Messung und Bildgebung müssen immer elektromagnetische Wellen gesammelt, gebündelt und zu den jeweiligen Empfängern gelenkt werden. Im Prinzip funktioniert das so ähnlich wie beim sichtbaren Licht in der normalen Fotografie und es finden die gleichen optischen Elemente Verwendung: Zum Fokussieren und Zoomen werden Linsen verschoben, Blenden eingestellt, Filter in Position gebracht und Verschlüsse betätigt. Beim bolometrischen Verfahren müssen zudem die Wärme-Pixel in kurzen Abständen neu kalibriert werden, damit Punkte mit gleicher Temperatur im Bild gleich hell erscheinen. Dazu wird bei den meisten Geräten ein schwarzer Shutter automatisch vor den Sensor geschoben, um alle Pixel auf denselben Wert zu justieren. Je schneller dieser Shutter sich bewegt, desto kürzer ist die Totzeit, also die Zeitspanne in der nicht gemessen werden kann. Für all diese Anwendungen sind Antriebe gefragt, die möglichst effizient arbeiten, kompakt bauen und sich präzise ansteuern lassen. Zudem sollten sie gut in die Anwendung integrierbar sein. Kein Wunder also, dass DC-Kleinstantriebe ES SIND ANTRIEBE GEFRAGT, DIE MÖGLICHST EFFIZIENT ARBEITEN, KOMPAKT BAUEN UND SICH PRÄZISE ANSTEUERN LASSEN und kleine Schrittmotoren aus dem Programm des Antriebsspezialisten Faulhaber in thermografischen Geräten weit verbreitet sind. Für Fokus und Zoom werden in optischen Geräten beispielsweise häufig DC-Kleinstmotoren der Serie 1524...SR eingesetzt. Die edelmetallkommutierten DC-Motoren mit lediglich 15 mm Durchmesser und 24 mm Länge arbeiten rastmomentfrei, liefern ein Drehmoment von 2,8 mNm bei einem sehr geringen Stromverbrauch und sind obendrein dank der hohen Leistungsdichte mit einem Gewicht von nur 18 g auch noch ausgesprochen leicht. Selbst wenn Antriebe in extrem klein dimensionierten Mikro-Objektiven Platz finden sollen, gibt es passende Motoren. Hier lassen sich DC-Kleinstmotoren mit Durchmessern von lediglich 8 oder 10 mm integrieren, die ebenfalls durch ihre Leistungsdichte überzeugen. Für die Bewegung von Filtern und Shuttern bieten sich oft Schrittmotoren an, z. B. der Typ DM0620 in Verbindung mit einer integrierten Spindel. Der Zweiphasen-Scheibenmagnet-Schrittmotor ist bei einem Durchmesser von 6 mm lediglich 9,5 mm lang und liefert pro Umdrehung 20 Schritte. Darüber hinaus finden sich im umfangreichen Produktprogramm viele weitere Motoren, die sich für den Einsatz in optischen Geräten eignen und das einschließlich passender Getriebe, Encoder und weiterem Zubehör. Für praktisch jede Anwendung lässt sich deshalb eine geeignete Lösung finden. Die Antriebskomponenten haben sich bereits seit vielen Jahren in konventionellen optischen Systemen bewährt. Das gilt auch für die automatische, motorisierte Ausrichtung der Kameras auf Schwenk-Neige-Gestellen. Hier finden unter anderem die kompakten und vibrationsarmen Schrittmotoren von Faulhaber einen typischen Einsatzbereich. Bilder: Aufmacher: Bestgreenpictures – www.istockphoto.com; 01: FAULHABER www.faulhaber.com

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