Definition der Pferdestärke [PS]

[Steini]

Die Pferdestärke (engl. horsepower) ist eine veraltete, besonders in der Technik bis Ende 1977 üblich gewesene Einheit der Leistung mit dem Einheitenzeichen PS. An ihrer Stelle soll die SI-Einheit Watt bzw. ein dezimaler Teil oder ein dezimales Vielfaches des Watt verwendet werden.

Obwohl die Pferdestärke in Deutschland seit fast 30 Jahren keine gesetzliche Einheit im Messwesen mehr ist, hat sie sich vor allem bei Verbrennungskraftmaschinen, speziell bei Fahrzeugen, im allgemeinen Sprachgebrauch erhalten. Gegenwärtig (2005) darf in der Automobilwerbung PS nur als Zusatzangabe zu kW aufgeführt werden. Im Zuge der endgültigen Einführung der EG-Richtlinie 80/181/EEC [1] zum 1. Januar 2010 ist die Aufführung von PS und allen anderen Nicht-SI-Einheiten in der gesamten EU nicht mehr zulässig.

Ein Kilowatt entspricht 1,359 621 617 PS, also

1 PS = 0,735 498 75 kW ≈ 3/4 kW
Die Leistungsangaben von Antriebsmaschinen, speziell bei Fahrzeugmotoren, sind nicht immer vergleichbar, da nach verschiedenen Normen die Bedingungen für die Angabe der Motorleistung unterschiedlich sind. So wird in Deutschland die Leistung angegeben, die der Motor im eingebauten Zustand an das Getriebe abgibt ("DIN-PS"). In den USA wird beispielsweise die Einheit "SAE-PS", in Italien die "Cuna-PS" verwendet. Nach diesen Normen wird die Leistung des Motors ohne den Antrieb bzw. Betrieb von Nebenaggregaten wie Lichtmaschine, Luftfilter, Auspuff usw. angegeben. Der Unterschied kann nicht genau definiert werden, in der Praxis kann von 5–15 % ausgegangen werden. Diese Unterschiede treten auch bei den Leistungsangaben in kW auf, da nicht die Einheit, sondern die Messbedingungen unterschiedlich sind. Zu diesen Messbedingungen zählen auch Luftdruck und Temperatur.

Herleitung PS Historisch gesehen wurde als Pferdestärke die durchschnittliche nutzbare Dauerleistung eines Arbeitspferdes verstanden, etwa beim Antrieb einer Mühle. 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 Extremfällen kann die Leistung eines Pferdes jedoch erheblich abweichen: ein Pferd etwa beim Galopp oder beim Springreiten kann kurzfristig deutlich mehr, nämlich über 20 PS leisten, während es im Durchschnitt nur etwa 2/3 PS leistet.

1 PS ist definiert als die Leistung, die erbracht werden muss, um eine Masse m = 75 kg entgegen des Schwerkraftfeldes auf der Erde (bei Erdbeschleunigung 9,80665 m/s²) mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s zu bewegen.



1 PS = 75 kpm/s = 735,49875 W
Umgerechnet entspricht dieses etwa der Leistung eines Zugpferdes, das mit Schrittgeschwindigkeit (5,4 km/h) einen 500 kg schweren Karren eine 10-prozentige Steigung hochzieht.

Steuer-PS Der heute noch in Deutschland gültige Tarif der Kraftfahrzeugsteuer, PKW nach Hubraum zu besteuern, ist historisch entstanden aus dem Versuch, die Höchstleistung der Antriebsmotoren als Besteuerungsmerkmal heranzuziehen: der Hubraum wurde hilfsweise als Maß für die Motorleistung benutzt. Weil man damals Motorleistungen nicht gut messen konnte, half man sich mit ihrer näherungsweisen Berechnung. Diese Berechnungsformel ist für 2-Takter und 4-Takter unterschiedlich; sie enthält im Wesentlichen den Hubraum, die damals erreichbaren Höchstdrehzahlen und einen geschätzten mittleren Verbrennungsdruck. Als mit Hilfe verbesserter Konstruktionen deutlich höhere Leistungen erreicht wurden, veränderte man diese Formel unter Berücksichtigung von besonderen Konstruktionsmerkmalen. So gibt es z. B. einen Zuschlag für "obengesteuerte Motoren". Dem technischen Fortschritt folgend, klafften bei modernen Konstruktionen die "Leistung nach Steuer-PS", also die nach der Steuerformel berechnete, und die technisch wirksame Leistung weit auseinander. In der Fahrzeug-Werbung waren damals Doppel-Angaben üblich, z. B. "4/12 PS" mit der Bedeutung: Für 4 Steuer-PS Steuern zahlen und mit 12 PS fahren. Vergleiche die Darstellung unter "Französische CV".

Literatur hierzu: Wiscott, Carl Theodor: Die Besteuerung der Kraftfahrzeuge und Kraftstoffe. Zur Schaffung eines zeitgemäßen Straßennetzes. Berlin: VDI, 1928 (Dissertation TH Braunschweig).


Die Berechnungsformel für Steuer-PS, gültig für das Deutsche Reich vom 3. Juni 1906 bis 1. April 1928 [Bearbeiten]2-Takter: 0,45 x Zylinderzahl x Zylinderbohrung² (in cm) x Kolbenhub (in m)
4-Takter: 0,30 x Zylinderzahl x Zylinderbohrung² (in cm) x Kolbenhub (in m)
also
2-Takter: 1 Steuer-PS = 175,5 cm³ oder 1 Liter Hubraum rund 5,70 Steuer-PS
4-Takter: 1 Steuer-PS = 261,8 cm³ oder 1 Liter Hubraum rund 3,82 Steuer-PS

Literatur hierzu: Werner Oswald: „Deutsche Autos 1920 - 1945“, Motorbuch Verlag, Stuttgart 1983, ISBN 3-87943-519-7


Englische bhp Die englische Pferdestärke hat das Einheitenzeichen bhp für brake horsepower und misst die Leistung ohne Nebenaggregate. Sie basiert auf den englischen Einheiten Pfund (lbf.) und Fuß (ft.). Sie wird pro Minute definiert:

1 bhp
= 33 000 lbf.·ft./min = 550 lbf.·ft./s
Die Umrechnung beträgt

1 bhp
= 1,014 DIN-PS = 745,7 W

Herkunft James Watt benötigte eine Darstellung der Fähigkeiten seiner Dampfmaschine. Die Maschinen ersetzten Pferde, die übliche Quelle der damaligen industriellen Energie. Das typische Arbeitspferd, angebunden an einer Mühle, die Mais oder Schnittholz mahlte, lief in einem Kreis von 24 Fuß im Durchmesser (Umkreis ungefähr 75,4 Fuß). Watt errechnete, dass das Pferd mit einer Kraft von 180 Pfund zog und beobachtete, dass ein Pferd gewöhnlich 144 Umläufe in einer Stunde schaffte, oder ungefähr 2,4 pro Minute. Das Pferd lief somit mit einer Geschwindigkeit von 181 Fuß pro Minute. Watt multiplizierte diese Strecke mit den 180 Pfund Kraft und kam auf 32.580 ft.·lbs./minute. Dies wurde auf 33.000 ft.·lb./minute aufgerundet.


Französische CV Die französische Entsprechung CV (Chevaux Vapeur, zu deutsch Dampfpferde) stand Pate bei der Namensgebung verschiedener Autos: Citroën 2CV, auch "Ente" genannt, Citroën 11CV oder Renault 4CV. Wobei hier CV nicht als Leistung verstanden wurde, sondern im übertragenen Sinn die Einheit zur Bemessung der Kraftfahrzeugsteuer war, die bis November 2000 existierte. Diese Steuer-PS wurden nach einer etwas komplizierten Formel berechnet, in der die Zylinderzahl und die Hubhöhe des Zylinders mit einflossen. Auch in der Schweiz wird diese Formel verwendet.
Im Arabischen wird die Pferdestärke PS in Anlehnung an CV Pferdedampf genannt.


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


Amerikanische SAE-PS Die amerikanische "SAE-PS" ist eine bhp bei der die SAE-Richtlinien SAE J1349 und SAE J2723 zugrunde gelegt werden. In der SAE J2723 ist die Methode beschrieben, wie die Leistung des Verbrennungsmotors ermittelt werden soll und wie die Nebenaggregate bzw. welche Nebenaggregate betrieben werden müssen. Die SAE J1349 gibt die Berechnungsgleichungen vor, wie die am Motorenprüfstand ermittelte Motorleistung auf eine (nach SAE) standardisierte Bezugsbedingung umgerechnet werden muss.

In Europa wird zur Korrektur der Motorleistung die EU-Richtlinie 80/1269 angewendet.

Die Bezugszustände der europäischen Richtlinie und der SAE-Richtlinie unterscheiden sich nicht. Der SAE-Korrekturfaktor beinhaltet allerdings einen Wirkungsgrad-Korrekturwert, so dass sich geringfügige Unterschiede der Leistungswerte ergeben.

Eine DIN-Korrektur nach Richtlinie 70020 wird nicht mehr durchgeführt.


SHP oder shp (manchmal auch S.H.P.) steht für shaft horse power (dt.: WPS (Wellen-PS) oder PSe (PS effektiv)). Damit wird die Leistung an der Ausgangswelle einer Kraftmaschine beschrieben. Diese Einheit findet vor allem in der Luft- und Seefahrt Anwendung.


PSi ist eine indizierte (indirekt ermittelte) Leistung einer Kolbenmaschine. Diese Einheit findet vor allem bei Dampfmaschinen und Dampflokomotiven Anwendung.