Anemometer

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Es wurden von mir schon einige Versuche unternommen um einen geeigneten Windmesser zu bauen. Um das Ergebnis vorwegzunehmen: es ist ein erheblicher Aufwand notwendig um eine genaue Anzeige zu erhalten.

Schalenkreuzanemometer mit eisenlosem Gleichstrommotor

Zu dem ersten Versuch ein Schalenkreuzanemometer mit eisenlosem Gleichstrommotor zu bauen wurde ich durch ein besonders leicht laufenden Gleichstrommotor der Fa. MAXON mit 15 mm Durchmesser angeregt. Der Motor hatte keine Rastmomente und lief daher besonders gut an. Es wurden drei kegelförmige Schalen mit einem Durchmesser von 30 mm direkt auf der Motorwelle angebracht. Die an den Klemmen des Motors meßbare Spannung wurde mit Hilfe eines Anzeigeinstrumentes, wie es auch für HiFi-Geräten eingesetzt wird, angezeigt. Die Genauigkeit und Linearität dieser Konstruktion ist sehr gut. Die Länge der Arme für die Halbschalen ist aber sehr unhandlich weshalb diese Konstruktion nicht für den mobilen Einsatz geeignet ist. Vorteilhaft ist allerdings daß für die Anzeige keine Batterie eingesetzt werden muß.

Wegen der unhandlichen Größe des oben beschriebenen Anemometers wurde versucht eine Version mit kürzeren Armen und kleineren Schalen zu bauen.

Schalenkreuzanemometer mit magnetischen Impulsgeber.

Als Lager wurden kleine Kugellager mit einem Außendurchmesser von 4 mm eingesetzt. Die Windgeschwindigkeit sollte mit Hilfe eines elektronischen Fahrradtachos angezeigt werden. Als Impulsgeber wurde ein Magnet auf die Welle geklebt daß ein Reed-Kontakt betätigt wird. Es stellte sich jedoch heraus, daß der Magnet eine zu große Kraft auf den Reed-Kontakt ausübt, daß es bei kleinen Windgeschwindigkeiten zu Anlaufproblemen kommt. Als nächstes wurde versucht mit einer Lichtschranke die Impulse zu erzeugen. Aber auch dieser Versuch war nicht befriedigend, da die Lagerreibung dann immer noch zu einer nichtlinearen Kennlinie führte.

Flügelradanemometer mit optischem Impulsgeber

Bei der letzten und aufwendigsten Version wurde nun eine Spitzenlagerung und ein Flügelrad mit 4 Flügeln verwendet. Dies Bauart von Anemometer gibt es auch in mehreren Versionen zu kaufen. Das Lager stammt von der Unruhe aus einem mechanischen Wecker. An das Unruherädchen wurden vier schräggestellte Flügelblätter aus Messingblech angelötet. Der Durchmesser des Flügelrades beträgt ca. 60 mm. Zum Schutz des Flügelrades vor mechanischen Beschädigungen ist das Flügelrad von einem Kunststoffring umschlossen.

Als Tacho wurde der einfachste von SIGMA-Sport eingesetzt. Bei diesem Tacho kann man den Radumfang von 1 cm bis zu 999 cm eingestellt werden. Die Impulsfrequenz muß kleiner als 60 Impulse/Sekunde betragen, was gut ausreicht. der Tacho kann unter diesen Bedingungen Geschwindigkeiten bis zu 999 km/h einstellen. Die Umdrehungen des Flügelrades werden mit Hilfe einer Lichtschranke erfaßt. Dies war wegen Fremdlicht bei starker Sonneneinstrahlung nur dadurch zu lösen, daß der Fotoempfänger in Kupferfolie eingepackt wurde. Nur an der lichtempfindlichen Stelle ist ein ca 1 mm großes Loch angebracht. Als Stromversorgung für die Lichtschranke und die zwei verwendeten IC´s dienen zwei Mignon Batterienmit zusammen 3V. Zum Messen muß dann die Stromversorgung eingeschaltet werden. Die Signale wurden durch eine CMOS-Schaltung 4093 verstärkt. Damit die Impulsfrequenz nicht zu groß wird habe ich noch ein CMOS-IC 4013 mit zwei FLIP-Flop-Schaltungen eingesetzt, mit dem man eine Frequenzteilung von 2 oder 4 machen kann. Anschließend gelangt das Signal über einen Transistor in Open-Kollektor-Schaltung auf den Tachoeingang. Schaltung mit Optokoppler

Kalibrierung der Anemometer

Die Anemometer wurden an windstillen Tagen folgendermaßen kalibriert. Mit dem Fahrrad, an dem ein Tacho angebracht war wurde versucht eine konstante Geschwindigkeit zu fahren. Wenn man den Anemometer mit einer ausgestreckten Hand hält, kann man davon ausgehen, daß sich der Anemometer in einer ungestörten Luftströmung befindet. Die angezeigte Windgeschwindigkeit und die am Fahrradtacho angezeigte Geschwindigkeit wurde bei verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten notiert. Mit den gewonnenen Meßwerten konnte nun der Anzeigetacho am Anemometer auf den berechneten Radumfang eingestellt werden. Danach wurde die Einstellung mit der geleichen Methode überprüft. Die Überprüfung ergab bis zu einer Geschwindigkeit von 35 km/h (schneller konnte ich mit ausgestreckter Hand leider nicht fahren) eine maximale Abweichung von +/- 1 km/h . 
Noch ein paar Bilder von historischen Anemometern:
Historischer Anemometer bei dem wohl ein Umdrehungszähler für 100 Sekunden aktiviert wird (Heimatmuseum Borkum).
Goupils Drachen Anemometer 1886 ebenfalls mit Umdrehungszähler. (10 kB)
Historische Anemometer von 1838 (Die WWW-Seite in Italien  http://galileo.difi.unipi.it/strumenti/new/anemo.html  ist leider nicht mehr erreichbar ) 
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