CVIII. Ueber einen von Hrn. Combes erfundenen Windmesser, womit man die Luftströmungen in Bergwerksgängen, in Heizungsröhren und Kaminen, und überhaupt in Leitungen von großem Querschnitte messen kann. Aus dem Bulletin de la Société d'Encouragement. Jul. 1841, S. 288. Mit Abbildungen auf Tab. VII. Combes' Windmesser. Hr. Combes, Ingénieur en chef des mines, hat im Jahre 1837 eine Reihe von Versuchen in Bezug auf die Luftreinigung in den Steinkohlenbergwerken des Dpt. du Nord et de la Belgique angestellt. Um den Zwek, welchen er sich vorgenommen hatte, zu erreichen, war es nöthig, die Luftmengen zu messen, welche in den verschiedenen Minen durch die Wirkung der Saugmaschinen mit Kolben etc. in Circulation gesezt werden, mit einem Wort, man mußte die Luftströmungen, welche in gewissen Schachten oder Gängen stattfanden, bestimmen. Zu diesem Zwek hat er einen Windmesser ausführen lassen, womit er die Geschwindigkeit der circulirenden Luft in den Gängen oder in einer Leitung bemessen konnte, und zwar an verschiedenen Stellen eines und desselben Querschnitts, senkrecht auf die Achse dieses Ganges. Dieses Instrument ist von Vorn, von der Seite und von Oben in Fig. 72, 73 und 74 dargestellt; es besteht aus einer sehr dünnen Achse A, welche in zwei sehr seine Zapfen endigt, die sich in Lagern von Achat B drehen, und welche vier ebene Flügel C, C, C, C trägt, die alle gleich gegen eine zur Achse senkrechte Ebene geneigt sind. In der Mitte der Achse ist eine Schraube ohne Ende a angeschnitten, welche ein Zahnrad D von 100 Zähnen führt, so daß dieses für jeden Umgang der Achse A um einen Zahn fortrükt. Die Achse des Rades D trägt einen kleinen Daumen b, welcher auf das Sperrrad E mit 50 Zähnen wirkt; dieses Sperrrad wird durch eine sehr elastische Stahlfeder F, die an der horizontalen Platte G, auf welcher das Instrument steht, angebracht ist, festgehalten. Bei jeder vollen Umdrehung des Rades D schiebt der Daumen einen Zahn des Sperrrades vorwärts. Diese beiden Räder sind von 10 zu 10 Zähnen numerirt; das erste von 1 bis 10 und das zweite von 1 bis 5. An der Säule I, die das eine Lager der Flügelachse trägt, sind zwei Zeiger H, H' befestigt, welche die Zahl der Zähne, um die jedes Rad fortgerükt ist und folglich die Zahl der Umdrehungen der Achse A anzeigen. Mittelst einer Sperrung K und zweier Schnüre L, L, welche zu ihrer Bewegung dienen, kann man, von dem Instrument entfernt, die Kreisbewegung der Flügel hemmen oder ihnen ihre Bewegung, welche durch den Anstoß der sie treffenden Luftströme entsteht, gestatten; diese Schnüre sind an den Enden des Hebels c, c, der unter der Fußplatte befestigt ist, angebracht, und dienen, ihn um den Bolzen d zu drehen. Diesen Hebel bewegt die Sperrung K mittelst eines Verbindungsstükes e, welches durch die Oeffnung f, Fig. 74, der Fußplatte G geht. M ist ein kleines verticales, auf der Platte G aufgeschraubtes Stängelchen, welches zum Tragen des Windmessers und zum Festhalten desselben in seinem Kästchen dient. Man kann dieses Stängelchen bei den Versuchen abschrauben. Um das Instrument anzuwenden, stellt man zuerst die Nullpunkte beider Räder ihren Zeigern gegenüber, und bringt alsdann das Instrument auf einen Fuß in den Querschnitt des Ganges, wo die Luft, die man messen will, circulirt; die Achse mit den Flügeln wird in die Richtung der Strömung gestellt, welche die Flügelchen von Vorne gerade so trifft, wie der Wind die Flügel einer Windmühle. Die Sperrung hält die Flügel so, daß sie sich nicht drehen können; alsdann entfernt man sich von dem Instrument und hält dabei in der Hand die beiden Schnüre der Sperrung; nachdem man sich außerhalb des Luftstromes gestellt hat, zieht man in einem gegebenen Zeitpunkte an der einen Schnur der Sperrung und macht dadurch die Flügel frei, so daß sie sich drehen können. Man zählt nun die Zeit der Dauer der Beobachtung, welche gewöhnlich mindestens 2 bis 3 Minuten betragen soll; ist die Zeit, welche man sich zur Dauer der Beobachtung gewählt hat, verflossen, so zieht man an der andern Schnur der Sperrung und hebt dadurch die Bewegung der Flügel auf; man liest alsdann auf dem Instrumente die Zahl der Umdrehungen ab, welche die Flügel während der Zeit ihres Umlaufens gemacht haben. Jeder Zahn des durch die Schraube ohne Ende geführten Rades entspricht einem Umgang der Flügelachse, und die Hunderte von Umgängen werden durch das Rad E von 50 Zähnen angezeigt. Aus der Zahl der von der Flügelwelle gemachten Umgänge schließt man dann durch eine dem Instrumente angepaßte Formel auf die Geschwindigkeit der Luft, welche die Bewegung erzeugt hat. Das ganze Gewicht der Flügelachse und der Flügel ist 2,67 Gramme. Die vierekigen Flügel, deren Seiten 0m,0225 lang sind, wurden aus Rauschgold gefertigt und sind auf einem leichten Rahmen festgemacht. Die Entfernung des Randes der Flügel von der Achse, um welche sie sich drehen, beträgt 0m,013. Mit dem Windmesser wurden 15 Versuche gemacht und der Erfinder hat daraus eine sehr einfache Formel abgeleitet, worauf er durch den Druk in Bewegung befindlicher Flüssigkeiten auf eine ebene bewegliche Fläche geführt wurde. Der Windmesser hat dadurch einen Grad von Genauigkeit erlangt, der ihn in allen Fällen schäzbar macht, wo man die Geschwindigkeit der Luft, oder das Volumen eines Stromes, welcher in einer Leitung von großem Querschnitt circulirt, bestimmen will. Es sey a b, Fig. 75, der Querschnitt einer ebenen Fläche, welche sich parallel zu ihr selbst nach der Linie X Y bewegt, die mit der Ebene der beweglichen Fläche einen Winkel aC X macht, welchen der Verf. α nennt. Diese Fläche erhalte den Stoß eines Luftstromes, dessen Geschwindigkeit nach der Linie A B, senkrecht zur Linie X Y, gerichtet ist, und bewege sich gleichförmig unter dem Druke dieses Stromes in der Richtung C X. Angenommen nun, daß C m die Geschwindigkeit des Vorwärtsschreitens dieser Fläche, der Größe und Richtung nach vorstelle, und C n die Geschwindigkeit des Stromes, so trägt man auf die Verlängerung der Linie C X, von C nach Y, die Länge C m' = C m, und vollendet das rechtwinkliche Parallelogramm m 'Cn r, worauf die Diagonale C r ihrer Größe und Richtung nach die relative Geschwindigkeit der Flüssigkeit in Beziehung auf den, als unbeweglich betrachteten Flügel, darstellen wird. Nach der allgemein angenommenen Theorie ist der normale Druk der Flüssigkeit auf eine ebene schief gestoßene Fläche proportional der Größe der Fläche, dem Quadrate der Geschwindigkeit des Stromes, projicirt auf die Normale gegen die Fläche und der Dichtigkeit der Flüssigkeit. Bezeichnet man durch I diesen Druk, durch a die Größe der gestoßenen Fläche und durch U die relative Geschwindigkeit, durch π das Gewicht eines Kubikmeters der Flüssigkeit und durch g die Wirkung der Schwerkraft, so wird man haben I = k πa/g U² sin² MCa          (a), worin k einen numerischen Coefficienten bezeichnet, welcher sich mit der Größe der gestoßenen Fläche ändert. Oder, wenn man durch ν die durch C n repräsentirte Geschwindigkeit der Flüssigkeit bezeichnet, und durch u die Geschwindigkeit der Fläche ab, welche durch Cm = Cm' repräsentirt ist, so hat man Cr² = U² = ν² + u², der Winkel MCa = MCX – α. Ueberdieß gibt das rechtwinkliche Dreiek m'Cr Textabbildung Bd. 81, S. 425 woraus folgt, daß: Textabbildung Bd. 81, S. 425 Wenn man die Werthe von U und von sin MCa in die Gleichung (a) sezt, so wird I = k πa/g (ν cos α – u sin α)². Weil die durch den mit constanter Geschwindigkeit getriebenen Flüssigkeitsstrom gestoßene Fläche sich gleichförmig bewegt, so muß der normale Druk auf die Fläche, projicirt auf die Richtung der Bewegung, gleich dem Widerstand seyn, welchen diese Fläche, geschäzt nach derselben Richtung, findet. Nennen wir diesen Widerstand R und bemerken wir, daß die Projection des normalen Drukes I auf die Richtung CX der Bewegung, gleich I sin α ist, so hat man R = I sin α = k πa/g (ν cos α – u sin α)² sin α, woraus Textabbildung Bd. 81, S. 425 In dem zweiten Gliede dieser Gleichung muß man das Zeichen + nehmen, denn ν muß größer als u tang α seyn, damit der Druk des Flüssigkeitsstromes die Fläche von C gegen X fortzutreiben strebt, wie vorausgesezt wurde. Man kann die Bewegung der Flügel des Windmessers, wenn sie von der Luft getroffen werden, mit der Bewegung der Fläche, welche wir so eben betrachtet haben, vergleichen. Wenn man voraussezt, daß die Widerstände, welche die Flügel, um sich zu bewegen, erleiden, unabhängig von der Geschwindigkeit sind, so wird die Formel (b) auf die Bewegung der Flügel anwendbar seyn, indem man R als eine Constante, unabhängig von den Geschwindigkeiten ν und u betrachtet. Da der Winkel α ebenfalls constant und die Anzahl der Umdrehungen der Flügelachse in einer Secunde der Geschwindigkeit des Mittelpunktes der Flügel proportional ist, so folgt, daß die Geschwindigkeit ν des Luftstromes, welcher die Flügel trifft, und die Anzahl der Umdrehungen der Achse in der Zeiteinheit, durch eine Gleichung von der sehr einfachen Form: ν = a + b × n verbunden seyn müssen, worin a und b numerische Coefficienten sind, wovon der zweite nur von der Neigung der Flügel abhängt, der erste aber nicht nur von dieser Neigung, sondern auch von der Intensität der Reibung, welche die Größe von R bestimmt, ferner von der Dichtigkeit der Flüssigkeit, und endlich von der Größe der Flügel, welche den Coefficienten k abändern. Der Coefficient a hängt von der Dichtigkeit der Flüssigkeit ab, welche die Flügel des Windmessers stößt und die im umgekehrten Verhältniß der Quadratwurzel dieser Dichtigkeit variirt. Um mit großer Genauigkeit zu operiren, muß man diesen Coefficienten a nach der Dichtigkeit der Luft, deren Geschwindigkeit man messen will, corrigiren; ist diese Dichtigkeit beträchtlich, so wird der Coefficient a sehr klein und verschwindet vor dem zweiten Ausdruk der Formel, so daß die Geschwindigkeit des Luftstromes alsdann nahezu proportional der Geschwindigkeit der Flügel seyn muß. Wenn man einen Luftstrom messen will, welcher in einer etwas weiten Leitung circulirt, so genügt es, den Windmesser nacheinander in verschiedene Punkte der Fläche eines und desselben Querschnittes der Leitung zu sezen, wobei die Achse der Flügel genau in die Richtung des Stromes gestellt wird. Das Instrument muß übrigens auf einen geeigneten Fuß gestellt werden, dessen Volumen sehr klein ist, damit seine Gegenwart in der Strömung keine merkliche Veränderung erzeugen kann. Man bestimmt in jedem Punkte die Anzahl der durch die Wirkung der Strömung hervorgebrachten Umdrehungen der Flügelachse in der Secunde. Die Flügel des Windmessers werden zuerst durch den Vorfall stillgestellt, und man läßt sie erst in einem bestimmten Augenblik laufen, indem man an der zugehörigen Schnur zieht; man stellt sie nach zwei oder drei Minuten wieder still, indem man an der zweiten Schnur zieht, und liest hierauf die Anzahl der während der Dauer der Beobachtung verstrichenen Secunden ab. Wenn mehrere Versuche in verschiedenen Punkten desselben Querschnittes auf die Achse der Leitung gemacht wurden, so braucht man nur das arithmetische Mittel der Zahlen n zu nehmen, die den verschiedenen Versuchen entsprechen, und hernach durch die gegebene Formel die Geschwindigkeit ν zu berechnen, welche diesem arithmetischen Mittel entspricht. Diese Geschwindigkeit wird die mittlere des Stromes seyn, und gibt, mit der Fläche des Querschnittes multiplicirt, das Volumen der in der Leitung circulirenden Luft in Kubikmetern ausgedrükt. Will man das Volumen eines warmen Luftstromes messen, oder eines Stromes, dessen Druk merklich von dem gewöhnlichen atmosphärischen Druke abweicht, so muß man vorher die Temperatur und den Druk der Luft in dem Strome messen.