Windgeschwindigkeit messen: Methoden, Geräte & Best Practices

Ob in der Meteorologie, der Windenergiebranche oder bei sicherheitskritischen Anwendungen im Bauwesen: Die präzise Messung der Windgeschwindigkeit spielt in zahlreichen Bereichen eine zentrale Rolle. Moderne Messverfahren liefern heute nicht nur zuverlässige Momentanwerte, sondern auch detaillierte Profile über Zeit und Höhe hinweg.

In diesem Beitrag geben wir Ihnen einen fundierten Überblick über gängige Messgeräte und Verfahren zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit –mit besonderem Fokus auf bodennahe Messungen.

Messung der Windstärke: Bedeutung für Praxis & Forschung

Windgeschwindigkeit ist weit mehr als nur eine meteorologische Kenngröße. Sie beeinflusst die Sicherheit, Effizienz und Funktionalität zahlreicher Systeme. Die Art und Weise, wie Winddaten erfasst und ausgewertet werden, entscheidet in vielen Fällen über die Einhaltung von Normen, den wirtschaftlichen Betrieb technischer Anlagen oder sogar über Menschenleben.

Einsatzfelder von Windenergie bis Baustellen­sicherheit

Windenergiebranche: Die Leistungskennlinie von Windenergieanlagen hängt entscheidend von der lokalen Windcharakteristik ab. Ohne präzise Winddaten ist weder ein realistisches Ertragsgutachten noch eine normkonforme Leistungsprüfung (nach IEC 61400-12-1) möglich.

Bauwesen & Kranbetrieb: Mobile Funk-Anemometer liefern sicherheitsrelevante Echtzeitdaten für den Einsatz von Kränen und hochgelegenen Arbeitsplätzen. Bereits mittlere Windgeschwindigkeiten können kritische Risiken darstellen.

Umweltmonitoring & Landwirtschaft: In der Agrarwirtschaft dienen Windmessungen zur Planung von Spritzanwendungen oder Frostschutzberegnungen. In Umweltstudien sind sie Bestandteil von Emissions-oder Ausbreitungsmodellen.

Veranstaltungen & Sport: Bei Segelregatten, Drachenflieger-Events, Skisprungwettbewerben oder Drohnenflügen ist Wind ein entscheidender Steuerungsfaktor. Auch Flugplätze und Helikopterlandeplätze setzen auf kontinuierliche Windmessung.

Forschung & Lehre: In Strömungslaboren, an Universitäten oder in Windkanälen kommen hochsensible Anemometer wie Heißdraht-oder Laser-Doppler-Systeme zum Einsatz, um kleinste Luftbewegungen sichtbar zumachen.

Physikalische Grundlagen & Einheiten

Um Windgeschwindigkeit richtig zu erfassen und zu interpretieren, ist ein grundlegendes Verständnis der physikalischen Parameter und deren Einheiten unerlässlich. Neben der direkten Geschwindigkeit spielen auch Windrichtung, Böigkeit und zeitliche Mittelwerte eine wichtige Rolle für die Aussagekraft der Messung.

m/s, km/h, Knoten & Beaufort im Vergleich

Die Windgeschwindigkeit wird je nach Anwendungsbereich in unterschiedlichen Einheiten angegeben:

• Meter pro Sekunde (m/s) ist die international gebräuchliche SI-Einheit, insbesondere in der Meteorologie und in technischen Normen.
• Kilometer pro Stunde (km/h) wird vor allem in der allgemeinen Wetterberichterstattung verwendet.
• Knoten (kn) sind im maritimen und luftfahrttechnischen Bereich üblich (1 kn = 1 nautische Meile pro Stunde ≈ 1,85 km/h).
• Beaufort-Skala ist eine qualitative Einteilung der Windstärke in 13 Stufen von 0 (Windstille) bis 12 (Orkan), basierend auf sichtbaren Auswirkungen des Windes.

Zur schnellen Umrechnung: 1 m/s ≈ 3,6km/h ≈ 1,94 kn

Durch die Vielzahl möglicher Einheiten ist es wichtig, die jeweilige Messwertangabe eindeutig zu kennzeichnen, insbesondere bei der Weiterverarbeitung von Winddaten in automatisierten Systemen.

Relevante Normen: WMO-Empfehlungen & IEC 61400-12-1

Die WMO (World Meteorological Organization) empfiehlt für meteorologische Referenzmessungen:

• Messhöhe:  10 Meter über dem Boden
• Gelände:     eben, offen, frei von Hindernissen
• Mittelwert:  über einen Zeitraum von 10 Minuten
• Sensorpositionierung:     Mindestabstand zum nächstgelegenen Hindernis = zehnfache Hindernishöhe

Für Windenergieanlagen ist die IEC-Norm 61400-12-1 (2022) maßgeblich. Sie definiert:

• Anforderungen an Sensorqualität (z. B. Klasse-1-Schalen- oder Ultraschall-Anemometer)
• Anforderungen an Kalibrierung, Messunsicherheitsbewertung und Standortvalidierung
• Einsatzfelder für Leistungskennlinienmessung / "Power-Curve-Test" & Standortbewertung

Wer normgerecht messen möchte – ob für Genehmigungsverfahren, Wissenschaft oder Industrie – sollte die jeweilige Anwendung mit der passenden Norm in Einklang bringen. Die ErTeMes GmbH bietet hierzu auch Schulungen und messtechnische Beratung an.

Messprinzipien & Geräte im Überblick

Zur Messung der Windgeschwindigkeit stehen zahlreiche Sensortypen zur Verfügung: Von robusten mechanischen Anemometern bis hin zu hochpräzisen, digitalen Systemen für den stationären oder mobilen Einsatz. Die Wahl des richtigen Geräts hängt vom Anwendungsbereich, dem Messumfeld und den Anforderungen an Genauigkeit, Wartung und Datenerfassung ab.

Flügelrad-Anemometer (engl. vane anemometer)

DieseGeräte funktionieren wie eine Windmühle. Der kleine Propeller wird durch den Luftstrom in Bewegung versetzt. Häufig sind sie als Handgeräte mit digitaler Anzeige im Einsatz – besonders geeignet für die Messung der Windgeschwindigkeit am Boden.

Typische Eigenschaften sind:

• Messbereiche ab ca. 0,2 m/s,
• Oft mit integrierter Temperaturmessung oder Logging-Funktion,
• Kompakt, leicht, einfach zu bedienen.

Sie eignen sich ideal für Vor-Ort-Messungen bei Installationen, in der Landwirtschaft oder beim Umweltmonitoring – überalldort, wo Mobilität gefragt ist. Als Nachteile ist die große Abhängigkeit von der Windrichtung zu sehen. Dieser kann bei stationären Anwendungen in Verbindung mit einer Windfahne ausgeglichen werden.

Ultraschall-Anemometer (engl. sonic anemometer)

Statt beweglicher Teile arbeiten diese Geräte mit der Laufzeitmessung von Schallimpulsen zwischen mehreren Sensorarmen. Der Wind beeinflusst die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale und daraus wird die Windgeschwindigkeit in mehreren Richtungen berechnet.

Vorteile:

• Keine beweglichen Teile → wartungsarm und robust
• hohe Messfrequenz (ideal bei Böen oder Turbulenzen)
• Auch für hohe Windgeschwindigkeiten geeignet
• Optionale Beheizung ermöglicht Einsatz bei Frost

Diese Geräte sind die erste Wahl für präzise Dauerüberwachung und kommen so etwa in Forschung, Windparks oder bei hochauflösenden Standortanalysen zum Einsatz. Die handelsüblichen Geräte gehen jedoch von einer ebenen Strömung aus.

Heißdraht- & pneumatische -Systeme (Spezialanwendungen)

• Heißdraht-Anemometer (engl. hotwire anemometer) nutzen den Kühlungseffekt des Luftstroms auf einen beheizten Draht. Sie erreichen sehr hohe zeitliche und örtliche Auflösungen und werden z. B. in Windkanälen oder Labors zur Detektion kleinster Luftbewegungsänderungen eingesetzt. Je nach Gestaltung können die Sonden auch zwei- und dreidimensionale Strömungen korrekt messen (Dreidraht-Sonden).
• Prandtl-Rohre (engl. Pitot static tube) messen die Druckdifferenz zwischen statischem und Gesamtdruck. Sie liefern exakte Ergebnisse auch bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten (z. B. in Flugzeugtests oder Strömungskanälen). Die Sonden sind jedoch sehr winkelempfindlich.
• Mehrloch-Sonden (engl. multihole probes) kompensieren die starke Winkelabhängigkeit der Prandtl-Sonde. Durch geeignete Positionierung weiterer Druckbohrungen auf dem Sondenkopf kann nicht nur die Strömungsgeschwindigkeit, sondern auch der Anströmwinkel bestimmt werden. Gängige Bauformen sind 3-Loch-Sonden (für ebene Strömungen) und 5-Loch-Sonden (für 3-dimensionale Strömungen) mit kugelförmigen Sensorkopf. Für sehr hohe Geschwindigkeiten oder extreme Richtungsänderungen (bis 180°) sind spezielle Designs zu wählen.  

Diese Systeme sind für Spezialanwendungen gedacht und im Feldbetrieb eher selten. Eine gute Option könnte die Mehrlochsonde bei der besseren Ausrichtung von Windkraftanlagen darstellen, umso den Wirkungsgrad signifikant zu erhöhen.

LiDAR & SoDAR als Fernmessverfahren

Für vertikale Windprofile oder Messungen in größeren Höhen kommen berührungslose Verfahren zum Einsatz:

• LiDAR  (Light Detection and Ranging) verwendet Laserstrahlen, um über die Rückstreuung an Aerosolen die Windgeschwindigkeit in bis zu mehreren hundert Metern Höhe zu bestimmen. Besonders geeignet ist das Verfahren für Standortanalysen in der Windenergie.
• SoDAR (Sonic Detection and Ranging) basiert auf akustischen Signalen und liefert Windprofile in Höhen zwischen ca. 15 und 500 m. Das Verfahren ist gut geeignet für komplexe Geländeformen.

Beide Systeme erfordern eine komplexe Datenverarbeitung, sind jedoch sehr leistungsfähig für professionelle Anforderungen. Sie liefern außerdem eine umfassende Datenbasis um Strömungen sehr anschaulich zu visualisieren.

Auswahlkriterien für das passende Messgerät

Nicht jedes Messgerät eignet sich gleichermaßen für jede Anwendung.

Messbereich & Auflösung

Verschiedene Anemometer decken unterschiedliche Messbereiche ab.

• Handgeräte sind für bodennahe Messungen. Der Messbereich beginnt oft bei 0,2 m/s und reicht bis etwa 30 m/s.
• Ultraschall- und professionelle Schalen-Anemometer erreichen Bereiche bis 60 m/s oder mehr.
• Pneumatische Sonden können für sehr hohe Geschwindigkeiten (bis Mach 1) eingesetzt werden.
• Die Auflösung (z. B. 0,01 m/s) und die Messgenauigkeit sind entscheidend, wenn exakte Datenerhebungen erforderlich sind.

Für Standortvergleiche oder kurzfristige Kontrollen reicht oft ein einfacher Sensor. Für normgerechte Messungen ist ein hochwertiges Gerät mit dokumentierter Kalibrierung Pflicht.

Reaktionszeit, Wartung & Lebensdauer

• Ultraschall-Anemometer bieten extrem kurze Reaktionszeiten und eignen sich hervorragend zur Erfassung von Böen oder Turbulenzen.
• Mechanische Anemometer haben eine gewisse Trägheit. Bei schnell wechselnden Windverhältnissen können sie Werte nur verzögert wiedergeben und es kann daher zu deutlichen Messabweichungen kommen.
• Geräte mit beweglichen Teilen sind wartungsintensiver (Lagerfett, Verschleißkontrolle), während Ultraschallgeräte nahezu wartungsfrei sind.

Gerade bei Dauereinsätzen in abgelegenen Regionen zahlt sich ein wartungsarmes System langfristig aus.

Umweltbeständigkeit & Vereisungsschutz

Insbesondere bei Außeneinsätzen im Winter oder in Industrieumgebungen muss das Gerät gegen äußere Einflüsse gewappnet sein:

• Beheizbare Ultraschallsensoren verhindern Eisbildung.
• IP-Schutzarten (z. B. IP65/IP67) geben Aufschluss über Staub- und Wasserschutz.
• Stoßfeste Bauformen sind bei mobilen Einsätzen oder auf Baustellen empfehlenswert.

Für extreme Bedingungen (z. B. Offshore oder Gebirge) ist zudem ein korrosionsbeständiges Gehäusematerial entscheidend.

Daten­schnittstellen & Systemintegration

Je nach Einsatzzweck müssen die Messdaten lokal gespeichert oder direkt weiterverarbeitet werden:

• Gängige Schnittstellen sind USB, RS-232/RS-485, Ethernet, Modbus oder SD-Kartenlogging.
• Für komplexe Messsysteme werden die Sensoren in leistungsfähige DAQ-Systeme  eingebunden (z. B. HGL Mosquito, Dragonfly).
• Eine hohe Synchronisationsgenauigkeit (z. B. per GPS-Zeitgeber) ist nötig, wenn mehrere Sensoren gemeinsam ausgewertet werden (z. B. Windrichtung + Windgeschwindigkeit + Temperatur).

Hier entscheidet sich, ob das Messgerät als einfache Stand-alone-Lösung oder als Bestandteil eines umfassenden Monitoring-Netzwerks genutzt wird.

Messung der Windgeschwindigkeit am Boden – Schritt-für-Schritt

Wer Windgeschwindigkeit am Boden messen möchte, hat es mit besonderen Herausforderungen zu tun: Hindernisse, Turbulenzen, thermische Einflüsse oder Mikroklimaeffekte können das Messergebnis erheblich verzerren. Um trotzdem verlässliche Daten zu erhalten, kommt es auf eine durchdachte Vorgehensweise vom Standort über die Sensorwahl bis zur Datenerfassung an.

Standortwahl, Messhöhe & Aufbau

• Messhöhe: Für bodennahe Anwendungen wird häufig auf 1,5 – 2 Meter gemessen (z. B. im Arbeitsschutz, auf Feldern oder bei mobilen Kontrollmessungen). Zur Vergleichbarkeit sollten Höhenangaben immer mitgeliefert werden.
• Aufstellort: Metrologische Windmessungen erfordern möglichst freie Strömungsverhältnisse – keine Mauern, Bäume, Zäune oder Fahrzeuge in unmittelbarer Nähe. Als austregel gilt: Abstand zum Hindernis = 10 × dessen Höhe.
• Ausrichtung: Bei Flügelrad-Sonden ist eine korrekte Ausrichtung (Windrichtung) erforderlich.
• Fixierung: Der Sensor sollte fest montiert und vibrationsfrei gelagert sein.

Bei temporären Einsätzen, wie bei Baustellen oder Veranstaltungen, bieten kompakte Handgeräte mit Teleskopstativen oder Magnethalterungen eine flexible Lösung.

Kalibrierung & Messunsicherheit reduzieren

• Jedes Messgerät weist eine gewisse Messunsicherheit auf. Diese ist abhängig von Sensoreigenschaften, Standortbedingungen und Datenerfassung.
• Für qualitätsgesicherte Messungen ist eine regelmäßige Kalibrierung entscheidend. Viele Hersteller empfehlen Kalibrierintervalle von 12 bis 24 Monaten.
• Bei der ErTeMes erhalten Kunden ISO 17025-konforme  Kalibrierprotokolle – inklusive Beratung zur Messunsicherheitsanalyse.

Zudem unterstützt die ErTeMes seine Kunden dabei, ein "Messunsicherheits-Budget" zu erstellen, das alle relevanten Einflüsse berücksichtigt und dokumentiert.

Daten­aufzeichnung & Analyse mit ErTeMes & HGL-Dynamics

Die bloße Messung der Windgeschwindigkeit reicht in vielen Anwendungen nicht aus. Erst durch eine präzise Datenerfassung, zeitlich korrekte Synchronisation, Erfassung weiterer Messgrößen und eine zielgerichtete Auswertung wird aus dem Messwert ein belastbarer Informationsbaustein.

Mosquito, Dragonfly & weitere ErTeMes-Messsysteme

Je nach Komplexität und Einsatzszenario können unterschiedliche Messgeräte und Datenlogger zum Einsatz kommen:

• HGL Mosquito: ein tragbares, akkubetriebenes 4-Kanal-System für mobile Anwendungen – kompakt, robust und ideal für schnelle Windmessungen vor Ort.
• HGL Dragonfly,  Eagle,  Hummingbird: modulare Systeme mit beliebig erweiterbarem Kanalumfang für die gleichzeitige Erfassung von Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Temperatur,     Luftdruck, Vibrations- und Akustikdaten.
• Alle Geräte unterstützen verschiedene Sensoreingänge (Analogspannung, TEDS, ICP etc.) und sind für präzise Synchronisation ausgelegt.

Besonders praktisch: Die Geräte lassen sich mit Schalen-, Ultraschall- oder Flügelrad-Anemometern koppeln und liefern so eine lückenlose Datenerfassung auch bei wechselnden Bedingungen.

Echtzeit­visualisierung

Zur Darstellung und Überwachung der Winddaten bietet ErTeMes leistungsstarke, anwendungsbezogene und kundenorientierte Software (HawkEye, LabView basierte Lösungen) an:

• Echtzeit-Visualisierung von Windgeschwindigkeit, -richtung, Böigkeit und Zusatzgrößen
• Alarmfunktionen bei Grenzwertüberschreitung (z. B. für Kranbetrieb oder Testumgebungen)
• Flexible Signalverarbeitung, Filterung und Ereignismarkierung
• Exportfunktionen in CSV, Excel oder MATLAB zur Weiterverarbeitung

Gerade bei Langzeittests oder sicherheitsrelevanten Anwendungen bietet die Kombination aus Hardware und Software eine professionelle Gesamtlösung.

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FAQs – Häufige Fragen zur Messung der Windgeschwindigkeit

Welches Gerät eignet sich zur Messung der Windgeschwindigkeit am Boden?

Für bodennahe Messungen sind kompakte Flügelrad- oder Ultraschall-Anemometer besonders geeignet. Handgeräte mit Display oder Datenlogger ermöglichen präzise Vor-Ort-Messungen in 1–2 m Höhe. Wichtig sind robuste Bauweise und eine ausreichende Auflösung ab ca. 0,2 m/s.

In welcher Einheit wird die Windgeschwindigkeit gemessen?

Die Standard­einheit ist Meter pro Sekunde (m/s). Je nach Anwendung kommen auch Kilometer pro Stunde (km/h), Knoten (kn) oder die qualitative Beaufort-Skala zum Einsatz.

In welcher Höhe sollte die Windgeschwindigkeit gemessen werden?

Für normgerechte Messungen: 10 m über Boden (WMO).
Für spezifische Anwendungen wie Baustellen, Landwirtschaft oder Arbeitsschutz sind bodennahe Höhen von 1,5–2 m üblich.

Welche Faktoren beeinflussen die Messergebnisse?

Windmessungen können durch Hindernisse, Turbulenzen, Vereisung oder fehlerhafte Ausrichtung verfälscht werden. Wichtig sind ein freier Standort, regelmäßige Wartung und – wenn nötig – beheizte Sensoren.

Wann ist eine Kalibrierung des Anemometers notwendig?

Für präzise und normgerechte Ergebnisse sollte ein Anemometer alle 1–2 Jahre kalibriert werden. Es empfiehlt sich eine rückführbare Kalibrierung nach ISO 17025.

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