Pferdestärke

mini|Illustration der Einheit Pferdestärke Die Pferdestärke ist eine veraltete Maßeinheit des Technischen Einheitensystems für die Größe Leistung. Als Einheitenzeichen wird PS verwendet. Sie ist als die Leistung definiert, die auf der Erde zum Heben einer Masse von 75 kg innerhalb eines Zeitraumes von einer Sekunde um eine Höhe von einem Meter nötig ist und entspricht ca. 735 W.

Die Pferdestärke geht auf die von James Watt eingeführte Maßeinheit Horsepower zurück. Die Definition des anglo-amerikanischen Begriffs Horsepower (im Englischen genauer auch Mechanical Horsepower oder Imperial Horsepower) und des deutschen Begriffs Pferdestärke (im Englischen Metric Horsepower) ähneln sich, mit dem Unterschied, dass beim Horsepower 550 lb pro Sekunde um 1 ft angehoben werden, was rund 746 W entspricht.

Im Internationalen Einheitensystem (SI) ist heute statt der Pferdestärke die Einheit Watt (nach James Watt) genormt. Das Watt wurde am 1. Januar 1950 in der Schweiz,Bundesgesetz betreffend die Abänderung des Bundesgesetzes über Mass und Gewicht (Vom 1. April 1949) AS 1949 1531. 1970 in der Deutschen Demokratischen Republik und am 1. Januar 1978 in der Bundesrepublik DeutschlandAusführungsverordnung zum Gesetz über Einheiten im Meßwesen vom 26. Juni 1970, §51 Absatz 2 Ziffer 5, veröffentlicht im Bundesgesetzblatt, Teil I (1970) Nr. 62, S. 981–991. als Maßeinheit für Leistung vorgeschrieben. In Österreich wurde das Watt am 30. Dezember 1988 im Rahmen des 742. Bundesgesetz im Maß- und Eichgesetz als Einheit für die Energie im amtlichen und im rechtsgeschäftlichen Verkehr festgelegt.https://www.ris.bka.gv.at/Dokumente/BgblPdf/1988_742_0/1988_742_0.pdf Änderung des Maß- und Eichgesetzes (NR: GP XVII RV 662 AB 790 S. 87. BR: AB 3634 S. 510.)

In der Elektrotechnik wird das Watt bereits seit dem frühen 20. Jahrhundert verwendet.The Relation of the Horsepower to the Kilowatt. U.S. Government Printing Office, Nr. 34 und 35, 1915, S. 9.

Verwendung Obwohl die Pferdestärke durch die Richtlinie 80/181/EWG in Deutschland seit 1978 keine offizielle gesetzliche Einheit im Messwesen mehr ist, wird sie vor allem bei Verbrennungskraftmaschinen, speziell bei Kraftfahrzeugen, immer noch verwendet. Durch die Richtlinie 2009/3/EG ist die zusätzliche Verwendung von PS weiterhin zulässig. Die alleinige Aufführung von PS und allen anderen Nicht-SI-Einheiten ist in der gesamten EU im geschäftlichen und amtlichen Verkehr nicht mehr zulässig. Die SI-Einheit (hier Watt oder seine dezimalen Vielfachen) muss hier hervorgehoben werden. Im deutschen Recht wurde diese Vorgabe in der Einheitenverordnung umgesetzt.

Geschichtliche Entwicklung Historisch gesehen wurde als Pferdestärke die durchschnittliche nutzbare Dauerleistung eines Arbeitspferdes verstanden. Im Zuge der Einführung der Dampfmaschinen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine mit dem Pferdeantrieb vergleichbare Leistungseinheit einzuführen, damit die neuen Antriebe entsprechend ausgelegt werden konnten.

In der Literatur finden sich unterschiedliche Angaben darüber, was James Watt als Bezug für seine Einheit wählte. Weit verbreitet ist die Angabe, dass er die Leistung eines Grubenpferdes als Bezugsgröße wählte, da er seine Dampfkraftmaschinen an Bergwerksbetreiber vermieten wollte. Aus der Annahme, dass ein starkes Pferd doppelt so stark sei wie ein Grubenpony, schlussfolgerte er, dass ein starkes Pferd 550 angloamerikanische Pfund über eine Höhe von einem Fuß in einer Sekunde ziehe, bzw. 33.000 Foot-pound pro Minute. Eine andere Version der Geschichte besagt, dass er die Pferde, die über Tage über Seile und Umlenkrollen Kohlesäcke aus den Gruben zogen, als Grundlage heranzog. Ein Pferd würde im Schnitt in seiner zehnstündigen Schicht Kohlesäcke zu 330 angloamerikanische Pfund mit einer Geschwindigkeit von 100 Fuß pro Minute heben, was ebenfalls 33.000 Foot-pound pro Minute entspricht. Andere Quellen gehen davon aus, dass Watt seine Einheit anhand eines typischen Pferdegöpels ermittelte. Bei einem Durchmesser von 24 Fuß (entspricht 7,30 m) ziehe das Pferd mit einer Kraft von 180 Pfund (lbf) und schaffe 144 Umläufe, also 2,4 pro Minute. Das Pferd lief somit mit einer Geschwindigkeit von 181 Fuß pro Minute (55 Meter pro Minute). Watt multiplizierte diese Strecke mit den 180 Pfund Kraft und kam auf 32.580 ft × lbf/min. Das wurde auf 33.000 ft × lbf/min (≈745,7 W) aufgerundet.

33.000 ft × lbf/min entspricht 550 ft × lbf/s oder umgerechnet 76,04 kp·m/s (kp ist Kilopond, d. h. die Gewichtskraft von 1 kg). Mit der Einführung des metrischen Systems in Kontinentaleuropa wurde die Pferdestärke auf einen Wert von 75 kp·m/s geändert, weshalb sich Pferdestärke vom Horsepower unterscheidet.U.S. Government Printing Office (Hrsg.): The Relation of the Horsepower to the Kilowatt, Nr. 34 und 35, 1915, S. 11

Definition und Umrechnung in kW

1 PS ist in DIN 66036 definiert als die Leistung, die erbracht werden muss, um einen Körper der Masse m = 75 kg entgegen dem Schwerefeld der Erde (bei Normfallbeschleunigung g = 9,80665 m/s²) mit der Geschwindigkeit v = 1 m/s zu bewegen.

(75 kp ist die Gewichtskraft in der veralteten Einheit Kilopond.)

Auf 3 Stellen gerundet ergibt sich: 1 kW = 1,36 PS; 1 PS = 0,735 kW. und als Überschlagsrechnung: 1 kW = 4/3 PS; 1 PS = 3/4 kW.Curt Hanfland: Der Neuzeitliche Maschinenbau. Verlag der Literaturwerke „Minerva“, Band 1, Leipzig 1928, S. 87.

Zum Vergleich wird die Dauerleistung eines erwachsenen, durchschnittlich großen Menschen mit 0,14 PS (100 Watt) angegeben, wobei auch hier bei entsprechendem Training durchaus über eine Stunde 440 Watt und 6 Sekunden lang 910 Watt (entspricht etwa 1,2 PS) möglich sind.Sportmedizinische Grundlagen. (PDF; 156 kB)Human power output during repeated sprint cycle exercise: the influence of thermal stress. PMID 10090637

Die Maximalleistung eines Hauspferdes kann je nach Rasse, Trainingszustand oder Situation erheblich abweichen: Es kann kurzzeitig 24 PS leisten, während es einen Arbeitstag lang durchschnittlich tatsächlich etwa 1 PS an Nutzleistung erbringen kann.Wie viel PS hat ein Pferd?

Normen zur Leistungsermittlung Die Leistungsangaben, speziell bei Fahrzeugmotoren, sind international nicht immer vergleichbar, da unterschiedliche Messverfahren vorgenommen wurden. So wurde in Deutschland die Leistung angegeben, die der Motor im eingebauten Zustand an das Getriebe abgab („DIN-PS“, gemessen nach DIN 70020). In Italien wurde die „Cuna-PS“ (ohne Luftfilter und Schalldämpfer) verwendet, die damit um 5 bis 10 % höher lag als die DIN-Leistung. In den Vereinigten Staaten und zum Teil auch in der Sowjetunion, Japan und anderen Ländern wurde bis in die 1970er Jahre die Motorleistung nach den Normen SAE J1995 und J245 bestimmt. Dabei wurden die Motorleistung ohne den Betrieb von Lüfter, Wasserpumpe, Lichtmaschine, Luftfilter und Schalldämpfer ermittelt. Eine nach SAE-Normen ermittelte Leistung ist zwischen 10 und 25 % größer als die nach DIN 70020 ermittelte Leistung.Fachkunde Kraftfahrtechnik. Holland und Josenhans Verlag, Stuttgart 1982, ISBN 3-7782-3520-6, S. 17.

DIN 70020 Die Leistung von Kraftfahrzeugmotoren wurde gemäß DIN 70020 am Schwungrad gemessen und in PS (DIN-PS) oder später kW angegeben.

Nach DIN 70020 „Kraftfahrzeugbau; Allgemeine Begriffe; Festlegung und Erläuterung“ vom August 1954 wurde die Nutzleistung „an der Kupplung des in allen Teilen einschließlich der Ansaug- und Auspuffanlage reihenmäßigen Motors unter normalen Betriebsbedingungen“ gemessen und in PS angegeben. Als Dauerleistung wurde die größte Nutzleistung angegeben, die der Motor ohne Überschreitung der zulässigen Wärmebeanspruchung dauernd abgeben kann, als Kurzleistung diejenige, die der Motor mindestens 15 Minuten lang abgeben kann; danach muss er bei Dauerleistung einwandfrei weiterarbeiten können. Zu den normalen Betriebsbedingungen gehören reihenmäßige Einstellungen und handelsüblicher Kraftstoff; Lüfter, Wasserpumpe, Kühlluftgebläse, Kraftstoffpumpe, Einspritzpumpe und die unbelastete Lichtmaschine müssen bei der Prüfung vom Motor angetrieben werden. Die gemessene Leistung wird auf 760 Torr (= 1013 mbar) und 20 °C umgerechnet, die Luftfeuchtigkeit wird nicht berücksichtigt. Bei Nachprüfungen ist eine Abweichung von ± 5 % zulässig. Nutzleistungen sind stets in Verbindung mit der zugehörigen Drehzahl in 1/min anzugeben.

Im Februar 1957 wurde diese Norm aufgeteilt, die Festlegungen zu Leistungen, Geschwindigkeiten und Beschleunigung kamen in den Teil 3. Die Messbedingungen der Nutzleistung blieben unverändert, die Dauerleistung wurde in „größte Nutzleistung“ umbenannt und muss im „thermischen Beharrungszustand“ erreicht werden, die Kurzleistung ist weggefallen.

Im Dezember 1973 wurde der Abschnitt „Leistungen“ von DIN 70020-3 durch die Vornorm DIN 70020-4, Ausgabe Juni 1972 ersetzt, die als Bezugszustand 25 °C und 1000 mbar statt 20 °C und 1013 mbar = 760 Torr vorsieht. Diese neuen Bezugsbedingungen ergaben eine Verminderung der Nennleistung um 2 bis 4 %. Um diesen Wettbewerbsnachteil und Nachteile bei der Einhaltung einer in § 35 der StVZO geforderten Mindestmotorleistung zu vermeiden, kehrte das DIN im November 1976 mit Ausgabe der Norm DIN 70020-6 „Kraftfahrzeugbau; Leistungen“ zu den alten Bezugswerten zurück, empfohlen wurden darin die Einheiten kW oder PS für die Nutzleistung und min−1 für Drehzahlen. Diese Norm wurde im April 1997 zwecks internationaler Angleichung durch die DIN ISO 1585 „Straßenfahrzeuge – Verfahren zur Ermittlung der Nettoleistung von Motoren (ISO 1585:1992)“ ersetzt.

ECE-PS ECE R 24 ist eine weitere Norm, die der DIN 70020 sehr nahekommt. Die Messungen gelten jedoch nur für Dieselmotoren und variieren durch den Anschluss des Kühlerlüfters.

Cuna-PS Die italienische Cuna-PS wurde vor der Einführung von kW in Italien verwendet und basiert auf kg und m (somit metrisch). Bei einer Ermittlung von Motorleistung nach der Cuna-Norm wird die Leistung des Motors ohne Luftfilter und Schalldämpfer angegeben.

SAE-HP (USA) Brutto SAE Bis 1972 wurden SAE gross horsepower („brutto SAE-HP“) nach den Standards J245 und J1995 der Society of Automotive Engineers angegeben, die auf dem Motorenprüfstand ohne den Betrieb von Lüfter, Wasserpumpe, Lichtmaschine, Luftfilter und Schalldämpfer gemessen wurden. Aufgrund dieser praxisfernen Methode, die mit bis zu 25 % über den europäischen Leistungswerten lag,Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 19. Auflage. Robert Bosch GmbH, 1984, ISBN 3-18-418005-0, S. 331. konnte durch die reinen Zahlenwerte die Motorleistung überhöht dargestellt werden.Der Motor des 1969 für Dragracing in geringen Stückzahlen gebauten Camaro ZL-1 COPO wurde mit 430 bhp angegeben, ohne Schalldämpfung leistete er über 500 bhp. Im Auslieferungszustand betrug die Leistung realistische 376 bhp. (siehe Camaro Research Group: COPO 427: The Relentless Pursuit of Acceleration)Spezielle Hinweise zum Gebrauchtwagenkauf in den USA. TÜV Süd – „Leistungsangabe: Die PS-Leistung amerikanischer Fahrzeuge wird seit 1972 in netto SAE.PS angegeben. Sie entspricht seitdem halbwegs genau unseren DIN-PS, davor galten die so genannten brutto SAE PS, die erheblich über unseren DIN-Angaben liegen.“

Netto SAE