DiePferdestärke ist eine veraltete Maßeinheit desTechnischen Einheitensystems für die GrößeLeistung. 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 vonJames Watt eingeführte MaßeinheitHorsepower zurück. Die Definition des anglo-amerikanischen BegriffsHorsepower (im Englischen genauer auchMechanical Horsepower oderImperial Horsepower) und des deutschen BegriffsPferdestärke (im EnglischenMetric Horsepower) ähneln sich, mit dem Unterschied, dass beim Horsepower 550 lb pro Sekunde um 1 ft angehoben werden, was rund 746 W entspricht.
Obwohl die Pferdestärke durch dieRichtlinie 80/181/EWG in Deutschland seit 1978 keine offizielle gesetzliche Einheit im Messwesen mehr ist, wird sie vor allem beiVerbrennungskraftmaschinen, speziell beiKraftfahrzeugen, 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 gesamtenEU im geschäftlichen und amtlichen Verkehr nicht mehr zulässig.[4] Die SI-Einheit (hier Watt oder seinedezimalen Vielfachen) muss hier hervorgehoben werden. Im deutschen Recht wurde diese Vorgabe in§ 3 derEinheitenverordnung umgesetzt.
Historisch gesehen wurde alsPferdestärke die durchschnittliche nutzbare Dauerleistung einesArbeitspferdes 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 einesGrubenpferdes als Bezugsgröße wählte, da er seine Dampfkraftmaschinen anBergwerksbetreiber vermieten wollte.[5] Aus der Annahme, dass ein starkes Pferd doppelt so stark sei wie ein Grubenpony, schlussfolgerte er, dass ein starkes Pferd 550angloamerikanische Pfund über eine Höhe von einemFuß in einer Sekunde ziehe, bzw. 33.000Foot-pound pro Minute.[6] 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.[7] Andere Quellen gehen davon aus, dass Watt seine Einheit anhand eines typischenPferdegöpels 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 istKilopond, 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 sichPferdestärke vomHorsepower unterscheidet.[8]
1 PS ist inDIN 66036 definiert als die Leistung, die erbracht werden muss, um einen Körper derMassem = 75 kg entgegen dem Schwerefeld der Erde (beiNormfallbeschleunigungg = 9,80665 m/s²) mit der Geschwindigkeitv = 1 m/s zu bewegen.[9]
(75 kp ist die Gewichtskraft in der veralteten EinheitKilopond.)
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.[11][12]
Die Maximalleistung einesHauspferdes kann je nachRasse, 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.[13]
Die Leistungsangaben, speziell bei Fahrzeugmotoren, sind international nicht immer vergleichbar, da unterschiedliche Messverfahren vorgenommen wurden. So wurde in Deutschland die Leistung angegeben, die derMotor im eingebauten Zustand an dasGetriebe abgab („DIN-PS“, gemessen nach DIN 70020). InItalien wurde die „Cuna-PS“ (ohne Luftfilter und Schalldämpfer) verwendet, die damit um 5 bis 10 % höher lag als die DIN-Leistung. In denVereinigten Staaten und zum Teil auch in derSowjetunion,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 vonLüfter,Wasserpumpe,Lichtmaschine,Luftfilter undSchalldämpfer ermittelt. Eine nach SAE-Normen ermittelte Leistung ist zwischen 10 und 25 % größer als die nach DIN 70020 ermittelte Leistung.[14]
Die Leistung von Kraftfahrzeugmotoren wurde gemäßDIN 70020 amSchwungrad 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 derStVZO 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 DINISO 1585 „Straßenfahrzeuge – Verfahren zur Ermittlung der Nettoleistung von Motoren (ISO 1585:1992)“ ersetzt.
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.
Die italienischeCuna-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.
Bis 1972 wurdenSAE gross horsepower („brutto SAE-HP“) nach den Standards J245 und J1995 derSociety of Automotive Engineers angegeben, die auf demMotorenprüfstand ohne den Betrieb vonLüfter,Wasserpumpe,Lichtmaschine,Luftfilter undSchalldämpfer gemessen wurden. Aufgrund dieser praxisfernen Methode, die mit bis zu 25 % über den europäischen Leistungswerten lag,[15] konnte durch die reinen Zahlenwerte die Motorleistung überhöht dargestellt werden.[16][17]
Seit 1972 gelten in den USA dieSAE net horsepower („netto SAE-HP“) nach den Richtlinien SAE J1349 und SAE J2723, die eine Ähnlichkeit mit der DIN 70020 aufweisen. Die Zahlenwerte derSAE gross sanken dabei deutlich, beispielsweise beim Chrysler 426 Hemi von 1971 von425 hp gross auf350 hp net. In der SAE J2723 ist die Methode beschrieben, wie die Leistung des Verbrennungsmotors ermittelt werden soll und wie die Nebenaggregate beziehungsweise welche Nebenaggregate betrieben werden müssen. Die SAE J1349 gibt die Berechnungsgleichungen vor, wie die am Prüfstand ermittelte Motorleistung auf eine nach SAE standardisierte Bezugsbedingung umgerechnet werden muss. 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.In Europa wird zur Korrektur der Motorleistung von PKW die EU-Richtlinie 80/1269 vom 16. Dezember 1980 angewendet, die entsprechende Richtlinie für Motorräder ist die 95/1/EG vom 2. Februar 1995.
Mit dem Reichsstempelgesetz vom 7. Juni 1906 wurde in § 53 festgelegt, dass Kraftfahrzeuge „zum Befahren öffentlicher Wege und Plätze nur in Gebrauch genommen werden [dürfen], wenn zuvor bei der zuständigen Behörde gegen Zahlung des Abgabebetrags eine Erlaubniskarte der im Tarife bezeichneten Art gelöst worden ist“.[18] Der zu entrichtende jährliche Abgabebetrag von 25Mark bis 150 Mark[18] richtete sich in Deutschland nach der Motorstärke, für die derHubraum in ein feststehendes Verhältnis zur Leistung gebracht wurde.ImStraßenverkehrsgesetz vom 3. Mai 1909 wurde in § 7 dieGefährdungshaftung für den Betrieb von Kraftfahrzeugen aufgenommen. Für die Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs bestand nun auch eine Versicherungspflicht, die durch ein Kennzeichen und das Mitführen der Erlaubniskarte nachgewiesen wurde.
Dem technischen Fortschritt folgend, klafften bei moderneren Konstruktionen die errechnete und die technisch wirksame Leistung bald weit auseinander. In der Fahrzeugwerbung wurden dann Doppel-Angaben üblich. So wurde der Mercedes 28/60 PS (von 1912 bis 1920) mit 7240 cm³ Hubraum mit 28 Hubraum- und 60 Leistungs-PS angeboten.[19][20]
Beispiele der Hubraum-PS für Motorräder und Pkw in Deutschland von 1906 bis 1922 (Auszüge):[21][22]
Hubraum in cm³
PS (Motorrad)
PS (Pkw)
175
11⁄2
250
21⁄4
500
31⁄2
750
6
1000
8
4
1500
6
2000
8
2600
10
4000
16
Der britischeRoyal Automobile Club nahm für dieRAC Horsepower (ab 1906 bis Januar 1947) ebenso wie die amerikanischeAssociation of Licensed Automobile Manufacturers (A.L.A.M.) (ab etwa 1907) und deren Nachfolgeorganisation, dieNational Automobile Chamber of Commerce (NACC) (ab 1913), allein das Quadrat des Zylinderdurchmessers und die Zylinderanzahl als Grundlage zur abstrakten Berechnung der Leistung:
( = Durchmesser des Zylinders; = Zylinderzahl)[23]
Der englische Motorenbau wurde insbesondere durch die Hervorhebung des Zylinderdurchmessers zum Quadrat als wichtiger Faktor der abstrakten Leistungsermittlung maßgeblich beeinflusst. Motoren mit möglichst großem Hub und kleiner Bohrung waren geringer besteuert und damit bevorzugt,[24] letztlich bis Januar 1947.
DasKraftfahrzeugsteuergesetz vom 8. April 1922 legte für die Benutzung von Kraftfahrzeugen eine Steuerformel fest, die vom 1. Juli 1922 bis zum 31. März 1928 Gültigkeit hatte.
VrZweitaktmotoren: 0,45 × Zylinderzahl × Zylinderbohrung² (in cm²) × Kolbenhub (in m) ZwViertaktmotoren: 0,30 × Zylinderzahl × Zylinderbohrung² (in cm²) × Kolbenhub (in m).[25]
In § 3 wurde die Höhe der Steuer festgestellt, beispielsweise für Motorräder bis 1,5 Pferdestärken 10 Reichsmark, über 4 PS waren 35 Reichsmark zu entrichten. Für Personenkraftwagen waren, je nach Steuer-PS, zwischen 20 und 80 Reichsmark zu entrichten.Die Steuer für Lastkraftwagen und Kraftomnibusse wurde nach deren Eigengewicht (über 500 bis über 4000 kg) berechnet; beispielsweise für Lkw über 4000 kg 100 ℛℳ, für Omnibusse über 4000 kg 200 ℛℳ.[26] Der Steuertarif wurde am 4. Januar 1924 neu festgelegt. Für hubraumstarke Pkw wurde die Steuer nun deutlich angehoben, so beispielsweise für 20 Steuer-PS 1000 ℛℳ und für 40 Steuer-PS 2600 ℛℳ.[27]
Für ausländische Kraftfahrzeuge wurden die Steuer-PS nach dem Aufbau und der Anzahl der Sitzplätze berechnet:[28]
Mit Wirkung vom 1. April 1928 wurde im Deutschen Reich für Krafträder und Kraftwagen nur derHubraum Grundlage der Besteuerung.[29] Je 100 cm³ Hubraum wurden für Pkw 12 ℛℳ und für Motorräder 8 ℛℳ berechnet. Motorräder bis 200 cm³ Hubraum waren nun von der Steuer befreit.[30]
In französischer Sprache bedeutetcheval-vapeur (ch,pl.chevaux-vapeur) Pferdestärke.
Die Einheitch wird allerdings häufig mit der inFrankreich undBelgien verwendeten Kennzahlcheval fiscal (CV odercv,pl.chevaux fiscaux) verwechselt. Diese dient der Festlegung der Kraftfahrzeugsteuer oder Anmeldegebühren. Die Formel und Verwendung für die cv wurde im Laufe der Zeit mehrfach geändert; sie ist in Frankreich und Belgien unterschiedlich.
Der Begriffcheval-vapeur bezeichnet im Französischen außerdem auch Maßeinheiten für Elektrizität und für Heizleistung.
Das englische beziehungsweise mechanische Horsepower hat das Einheitenzeichenhp (horsepower) oder auchbhp (brake horsepower). Es basiert auf den englischen EinheitenPfund-Kraft (lbf) und Fuß (ft) und wird in denVereinigten Staaten auch in Industrieanlagen verwendet. Es wird pro Minute definiert:
Die Abkürzungen PSw oder WPS werden gelegentlich, jedoch nichtDIN-Norm-gerecht, genutzt, um bei einem Größenwert darauf hinzuweisen, dass als Leistung eine Wellenleistung (die Wellenpferdestärke),[32] besonders bei (Dampf-)Turbinen, gemeint ist.
Typenschild eines Dampfmotors, Leistung in PSe angegeben
PSe oder EPS wird gelegentlich, jedoch nicht DIN-Norm-gerecht, benutzt, um bei einem Größenwert darauf hinzuweisen, dass als Leistung die am Ende der Welle gemessene effektive Leistung eines Motors gemeint ist.
↑Bundesgesetz betreffend die Abänderung des Bundesgesetzes über Mass und Gewicht (Vom 1. April 1949)AS 1949 1531.
↑Ausführungsverordnung zum Gesetz über Einheiten im Meßwesen vom 26. Juni 1970, §51 Absatz 2 Ziffer 5, veröffentlicht im Bundesgesetzblatt, Teil l (1970) Nr. 62, S. 981–991.
↑The Relation of the Horsepower to the Kilowatt. U.S. Government Printing Office, Nr. 34 und 35, 1915, S. 9.
↑U.S. Government Printing Office (Hrsg.):The Relation of the Horsepower to the Kilowatt, Nr. 34 und 35, 1915, S. 11
↑Die gesetzlichen Einheiten in Deutschland. (PDF; 1600 kB) Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Nationales Metrologieinstitut, Juni 2015, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 24. September 2015; abgerufen am 1. Januar 2020 (mit Seitennummern 12/13 gekennzeichnete S. 7 des PDFs).
↑Curt Hanfland:Der Neuzeitliche Maschinenbau. Verlag der Literaturwerke „Minerva“, Band 1, Leipzig 1928, S. 87.
↑Fachkunde Kraftfahrtechnik. Holland und Josenhans Verlag, Stuttgart 1982,ISBN 3-7782-3520-6, S. 17.
↑Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. 19. Auflage. Robert Bosch GmbH, 1984,ISBN 3-18-418005-0, S. 331.
↑Der Motor des 1969 fürDragracing 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.“
↑Carl Theodor Wiscott:Die Besteuerung der Kraftfahrzeuge und Kraftstoffe. Zur Schaffung eines zeitgemäßen Straßennetzes. VDI, Berlin 1928, (Dissertation TH Braunschweig)
↑Kurt Mair:Das Kraftrad. Heel Verlag,ISBN 978-3-86852-307-2, S. 97 (Reprint der 2. Auflage 1937).
↑Curt Hanfland:Der Neuzeitliche Maschinenbau. Band 2. Verlag der Literaturwerke „Minerva“, Leipzig 1928, S. 313.
↑Victor W. Page:Early Motorcycles. Dover Publications, New York 1914. (Reprint: 2004,ISBN 0-486-43671-3, S. 99) (englisch)
