Windmesser

Viele kennen die rot-weiß gestreiften Windsäcke als einfache Windmesser. Sie zeigen über größere Entfernungen gut erkennbar an, wie stark und aus welcher Richtung der Wind weht. Jeder der drei roten und zwei weißen Ringe entspricht dabei etwa einer Windstärke nach Beaufort. Bei Windstärke fünf und mehr steht der Windsack waagerecht, bei Windstärke drei knickt er nach dem dritten Ring ab. Diese über große Strecken erkennbare Anzeige hilft Verkehrsteilnehmern auf von Seitenwind gefährdeten Straßenabschnitten und Brücken ihre Fahrweise rechtzeitig an die Windverhältnisse anzupassen. An Hubschrauberlandeplätzen und Flugplätzen informieren sie startende und landende Piloten über die aktuelle Windsituation.

Digitale Windmesser bieten zwar selten diese Erkennbarkeit über weite Entfernungen, dafür aber die Möglichkeit, die Daten digital auf einem Display anzuzeigen, sie elektronisch zu speichern und zu übertragen. Einige Windmesser sind mit Schnittstellen ausgestattet, die es erlauben, akustische Warnanlagen oder andere Geräte in Abhängigkeit von der Windstärke direkt anzusteuern. Elektronische Windmesser können entweder die Windrichtung, die Windgeschwindigkeit oder beides messen.

Die Windgeschwindigkeit wird entweder als Windstärke nach Beaufort oder in üblichen Geschwindigkeitseinheiten angegeben. Dazu gehören Meter pro Sekunde, Kilometer pro Stunde und in der See- und Luftfahrt Knoten. Ein Knoten entspricht einer Seemeile pro Stunde. Im angelsächsischen Sprachraum werden häufig auch die Einheiten Meilen pro Stunde und Fuß pro Minute verwendet. Praktisch ist, wenn der Windmesser die Daten direkt in der benötigten Einheit anzeigt.

Die Windrichtung wird nach der Himmelsrichtung bezeichnet, aus der der Wind kommt. Anstelle der Angabe der Himmelsrichtungen mit 16 Teilungen wie z.B. Ost-Nordost wird die Richtung häufig auch als Gradzahl eines 360 Grad Kreises angegeben. Bei der Gradangabe entspricht die Nordrichtung null Grad, die Ostrichtung neunzig Grad und die Westrichtung 270 Grad.

Bei den Geräten, die Messwerte anzeigen, kann man unterscheiden in selbständige Geräte mit eingebauten oder extern angeschlossenen Sensoren und solchen, die als alleiniges oder zusätzliches Display die Daten von anderen Messgeräten oder von einem Computer übermittelt bekommen. Eine Großanzeige, die die Messwerte direkt von internen oder externen Sensoren aufnimmt und verarbeitet, kann so ausgelegt sein, dass sie nur bestimmte Sensortypen erkennt und deren physikalische Messgrößen anzeigt. Andere Typen der Großanzeige können je nach Anwendung für unterschiedliche Sensortypen und Messbereiche konfiguriert werden und dadurch bei Bedarf an andere Messgrößen angepasst werden.

Windmesser werden nicht nur zur Unfallvermeidung und Verkehrsbeeinflussung im Straßen-, Luft- und Schiffsverkehr eingesetzt. Sie werden auch bei der Festlegung von Standorten für Windkraftanlagen und bei der Beurteilung von Immissionen durch Verkehr, Industrie und Landwirtschaft benötigt. Die Auswirkungen von Lärm, Abgasen und Gerüchen auf benachbarte Gebiete sind nämlich nicht nur von deren Entfernung, sondern auch von Windstärke und Windrichtung abhängig. An Gebäuden werden Windmesser außerdem häufig dafür eingesetzt, windempfindliche Anbauten wie Markisen und Außenjalousien bei starkem Wind einzufahren. Auch an einigen Lüftungsanlagen und Rauchabzügen werden Windmesser eingesetzt. Dort kann wenn der natürliche Luftzug nicht ausreicht, automatisch ein Ventilator zugeschaltet werden. Auch vor und während bestimmter Arbeiten in der Landwirtschaft, wie z.B. dem Ausbringen von Düngemitteln und Saat oder beim Mähen von leichtem Schnittgut sind Windmessungen sinnvoll. So kann besser abgeschätzt werden, ob besondere Vorkehrungen gegen das Verwehen getroffen werden müssen oder ob die Arbeiten besser auf einen anderen Zeitpunkt verschoben werden. In der der Bau- und Forstwirtschaft dürfen bei starkem Wind bestimmte Arbeiten nicht durchgeführt und besonders windgefährdete Bereiche nicht betreten werden. Dazu zählen zum Beispiel Dächer, Industrieschornsteine, Krane, Hubbühnen und Gerüste oder Bereiche mit umsturzgefährdeten Bäumen. Bei der Beurteilung der konkreten Gefahrensituation sollten nicht nur die Windwarnungen des Deutschen Wetterdienstes, sondern auch örtliche Messungen mit einem Windmesser möglichst nah an der Gefahrenstelle berücksichtigt werden. Die Angaben des Wetterdienstes beziehen sich meist auf eine Höhe von 10 m und können nicht die durch Bebauung und Bewuchs beeinflussten örtlichen Verhältnisse berücksichtigen. Windmesser spielen aber auch im Freizeitbereich, im Wassersport, beim Segelfliegen und Ballonfahren eine wichtige Rolle.

Windmesser arbeiten nach verschiedenen Messprinzipien. Jedes davon hat Vor- und Nachteile und eignet sich besonders für bestimmte Anwendungen oder Messbereiche. Zur Bestimmung der Windrichtung wird häufig ein drehbares Bauteil – eine Windfahne – verwendet. Diese stabile Windfahne wird wie eine textile Fahne oder der Wetterhahn auf Türmen durch den Wind ausgerichtet . Für die Messung der Geschwindigkeit gibt es verschiedene Methoden von denen drei hier kurz vorgestellt werden.

Windmesser mit rotierenden Bauteilen
Windmesser bei denen ein Bauteil in Rotation versetzt wird, können in horizontal (mit dem Wind) drehende und vertikal (rechtwinklig zum Wind) drehende unterschieden werden. Die Geschwindigkeit wird durch Zählung der Drehbewegungen bestimmt. Die Erfassung der Umdrehungen erfolgt meist berührungslos über einen Hallsensor oder über einen optischen Sensor, der eine am drehenden Teil angebrachte Reflexmarke abtastet. Rotierende Windmesser benötigen eine Mindestgeschwindigkeit, um in Drehbewegung versetzt zu werden. Die Windmesser mit horizontal drehenden Flügeln oder Schalenkreuz sind dabei unabhängig von der Windrichtung. Windmesser mit vertikalem Flügelrad müssen dagegen in die Windströmung gerichtet werden. Fest installierte Geräte mit stehendem Flügelrad können durch Kombination mit einer Windfahne automatisch positioniert werden. Bei Handgeräten mit stehendem Flügelrad muss der Anwender auf die korrekte Ausrichtung achten. Bei geeigneter Bauform des Rotors sind rotierende Windmesser relativ unempfindlich. Sie können auch bei Luft mit hohem Anteil an Fremdpartikeln eingesetzt werden.

Windmesser mit Hitzedraht
Zur Erfassung geringer Geschwindigkeiten eignen sich thermische Windmesser gut. Bei diesen Geräten wird ein Draht oder Halbleiter erhitzt, dessen elektrischer Widerstand temperaturabhängig ist. Je stärker der Wind weht, desto schneller wird die Hitze abgeführt. Es gibt zwei grundsätzliche Methoden. Entweder wird der Heizstrom konstant gehalten und die Spannungsänderung durch den veränderten Widerstandswert gemessen. Oder die Temperatur wird konstant gehalten und der dafür benötigte Heizstrom gemessen. Die zweite Variante ist technisch aufwendiger, deckt aber einen größeren Messbereich ab und misst automatisch auch die Temperatur der einströmenden Luft. Thermische Windmesser mit mehreren Hitzesensoren können auch die Windrichtung zwei -oder sogar dreidimensional erfassen. Sie eignen sich damit auch zur Prüfung von Strömungswinkeln an Bauteilen und zur Messung von Turbulenzen.

Windmessung mit speziellen Staudruckmanometern
Auch aus dem Druckunterschied zwischen der ruhenden und der strömenden Luft kann die Windgeschwindigkeit ermittelt werden. Zur Messung werden spezielle Pitot-Rohre bzw. Prandtl-Rohre verwendet, deren Messspitze vom Wind direkt angeströmt wird. Die Staurohrsonden sind besonders gut zur Messung hoher Geschwindigkeiten geeignet. Diese Windmesser werden deshalb zur Messung von Starkwind und Böen sowie an Flugzeugen und Rennwagen und in der Verfahrenstechnik genutzt.

Mobile oder stationärer Einsatz und Speicherung oder Übertragung digitaler Daten
Meist ist durch den Anwendungsbereich schon vorgegeben, ob der Windmesser fest montiert oder ob er zu Messungen an verschiedenen Orten verwendet wird. Bei fest an Bauwerken montierten Windmessern werden die digitalen Messdaten meist entweder über Kabel oder drahtlos an eine Auswerteeinheit übertragen. Einige stationäre Windmesser steuern bei eingestellten Grenzwerten über Impuls- oder Analogausgänge auch direkt Lüftungs- oder Verschattungsanlagen oder Alarmierungseinrichtungen an. Mobile Windmesser sind häufig einfach bedienbare Handgeräte, die den Messwert direkt auf dem Display anzeigen. Viele davon sind mit einem internen Speicher ausgestattet, damit Messwerte gesichert und später übertragen werden können. Es sind aber auch kleine mobile Datenlogger ohne Display verfügbar. Diese speichern die Windgeschwindigkeit in festgelegten Intervallen und werden später am Computer ausgelesen. Die Einstellung dieser Windmesser für Dauermessungen und die Auswertung der Daten erfolgen meist bequem über die zugehörige Software.

Zusätzliche Messgrößen
Viele Windmesser zeigen die Lufttemperatur als zusätzlichen Wert an, andere Geräte auch den Luftdruck oder die Luftfeuchtigkeit. Für orientierende Messungen an Arbeitsstätten gibt es Kombigeräte die zum Beispiel auch Schallpegel, Luftfeuchtigkeit und Beleuchtungsstärke messen. Für bestimmte Umweltmessungen sind auch Windmesser verfügbar, die relativ genau auch die Höhe über (bzw. unter) dem Meeresspiegel anzeigen können.