Infrarotaufnahmen an Backöfen

Es ist oft kaum vorstellbar, wie groß das Anwendungsspektrum von hochwertigen Infrarotmessungen ist. Da die Temperaturen bei vielen Produktionsvorgängen eine wichtige Rolle spielen, sind berührungslose Temperaturmessungen oft die einzige Möglichkeit diese zu erfassen.
Die unteren beiden Fotos zeigen einen Backofen für Brot und Brötchen, bei dem unter realen Backbedingungen Infrarotmessungen notwendig waren.

 

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Bei diesem Beispiel bestand die Aufgabe, die gesamten innere Oberfläche des Backofens flächendeckend unter Backbedingungen bei ca. 250°C  zu untersuchen. Beim normalen Backvorgang  wird der Backraum durch eine Glastür verschlossen. Durch Glas hindurch können jedoch keine Messungen vorgenommen werden. Die Tür während des Messvorganges zu öffnen war auch nicht möglich, da im Inneren des Backofens Temperaturen um 250°C herrschen und die Messungen bei realen Backbedingungen durchzuführen werden sollten. Somit wurde speziell für die Thermografiemessungen eine Tür gefertigt, welche die Form eines Pyramidenstumpfes aufwies. Durch diese Form konnte man durch die Öffnung im oberen Bereich der Tür auf den Boden des Backofens messen (s. linkes oberes Bild), von unten auf den Deckenbereich und von der Seite auf die jeweils gegenüberliegende Seitenwand  (s. rechtes Foto). Die vordere runde Öffnung an der Oberseite des Pyramidenstumpfes diente dazu, die Rückwand des Ofens zu erfassen. Auch wenn man die normale Glastür des Ofens durch eine gerade Metalltür mit einer Bohrung in der Mitte ersetzt hätte, so wäre es nur möglich gewesen, die Rückseite des Backofens zu messen, und dies auch nur zum Teil, da selbst mit einem Weitwinkelobjektiv der Messabstand zu klein gewesen wäre, um die gesamte Rückwand zu erfassen. Um möglichst praxisnahe Ergebnisse zu erhalten, wurden alle Öffnungen verschlossen, welche für die Messung gerade nicht benötigt wurden.
Kurz vor dem Ende des Backvorganges wird das Brot beschwallt, d.h. es wird Wasser in den heißen Backraum auf die Backware gespritzt. Durch diese Beschwallung erhält das Brot die glänzende Oberfläche. Dies wiederum führt dazu, dass durch dieses kaltes Wasser, welches in den bis 300°C heißen Backofen gespritzt wird, die inneren Oberflächen aus CrNi- Blech des Backofens enormen Spannungen durch den plötzlichen Temperatursturz ausgesetzt sind. Dies war der eigentliche Grund, warum die Infrarotmessungen durchgeführt werden sollten.
Durch die hohen Temperaturen im Inneren des Backofens und das Hineinspritzen des Wassers entsteht Wasserdampf. Um die teure Infrarotoptik der Kamera vor Hitze und Dampf zu schützen, konnten die Messungen nur durch eine Schutzscheibe erfolgen. Da wie schon erwähnt Glas ein infraroter Filter ist, kommen hierfür nur Schutzgläser aus gezüchteten Kristallen (z.B. Germanium, Zinkselenit, Zinksulfid usw.) in Frage, welche in dem Wellenlängenbereich von 7-13µm eine sehr hohe Transparenz aufweisen, die große Hitze aushalten und dann noch Feuchtigkeitsresistent sind. In diesem Fall wurde Zinksulfid eingesetzt, welche in dem Messbereich der Kamera eine Transparenz von über 70% aufweist. Durch die sehr hohen Kosten der großen Schutzscheibe, wurde für die Untersuchungen nur eine Schutzscheibe angeschafft und diese dort in die Tür eingebaut, von wo auch die Messungen gerade durchgeführt wurden. Die nicht benötigten Öffnungen sind immer durch eine einfache Blechabdeckung mit Dichtring verschlossen worden.
Die innere Oberfläche besteht bei den Backöfen aus unbehandeltem CrNi- Blech. Da diese glatten Bleche einen sehr geringen Emissionswert besitzen, lassen sich berührungslose Infrarot- Messungen sehr schwer und nur mit großen Messfehlern durchführen. Aus diesem Grund  wurde die gesamte innere Oberfläche speziell für die Messungen  zusätzlich mit einen hitzebeständigen Lack versehen. Somit waren alle notwendigen Voraussetzungen gegeben, um neben einer hochwertige Infrarot- Kamera auch hochwertige Messungen durchführen zu können.
Die Messungen wurden mit Weitwinkelobjektiv und den unterschiedlichsten Beschwallungsprogrammen durchgeführt, wobei jede Messung nicht länger als 1 Minute dauerte. Eine Speicherung der Infrarot- Bilder kann in Echtzeit erfolgen. Bei dieser Messung war es jedoch ausreichend, jede Sekunde ein Infrarotbild zu speichern, aus denen dann radiometrische Temperatur- Filme erzeugt wurden.

 
Auswerteprogramm der Infrarotbilder, welches auch zur Erstellung von Temperatur- Filmen der einzelnen Backofen- Oberflächen bei verschiedenen Backprogrammen diente.


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