Pferdestärke

Einheit
Norm	Alte Maße und Gewichte
Einheitenname	Pferdestärke
Einheitenzeichen	PS
Beschriebene Größe(n)	Leistung
Größensymbol(e)	P
In SI-Einheiten	1 PS = 735, 498 75 W 1 kW = 1,359 621 62 PS

Die Pferdestärke (engl. horsepower (hp)) 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 30 Jahren keine gesetzliche Einheit im Messwesen mehr ist, hat sie sich vor allem bei Verbrennungskraftmaschinen, speziell bei Fahrzeugen, im allgemeinen Sprachgebrauch gehalten. 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. Im deutschen Recht wurde diese Vorgabe in § 3 der Einheitenverordnung umgesetzt.^[2]

Umrechnung PS ↔ kW

Ein Kilowatt entspricht 1,3596216 PS, und eine Pferdestärke entspricht 0,73549875 kW. Es gilt also die grobe Näherung:

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 bis 15 % Abweichung 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 bei Verbrennungsmotoren auch Luftdruck und Temperatur.

Leistungseinheiten und Umrechnungsfaktoren

von / nach	Watt	Kilopondmeter pro Sekunde	Pferdestärke	Kilokalorien pro Stunde
1 W (kg·m²/s³) =	1	0,102	0,00136	0,860
1 kp·m/s =	9,80665	1	0,01¯3	8,4322
1 PS =	735,49875	75	1	632,415
1 kcal/h =	1,163	0,1186	0,00158	1

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.

Die Leistung eines Pferdes kann je nach Rasse, Trainingszustand oder augenblicklicher Anstrengung erheblich abweichen: ein Pferd etwa beim Galopp oder beim Springreiten kann kurzfristig deutlich mehr, nämlich über 20 PS leisten, während es im Tagesdurchschnitt etwa 1 PS leistet^[3].

1 PS ist in DIN 66036 (Deutsches Institut für Normung) definiert als die Leistung, die erbracht werden muss, um einen Körper der Masse m = 75 kg entgegen dem Schwerkraftfeld der Erde (bei Erdbeschleunigung 9,80665 m/s²) mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s zu bewegen^[4].

Leistung = Arbeit / Zeit =

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.

Zum Vergleich wird die Dauerleistung des erwachsenen, durchschnittlich großen Menschen mit 0,14 PS (0,1 kW) benannt, 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^[5][6][7].

Alte Definitionen

Die alten Definitionen beruhen auf der Anwendung der lokalen Gewichts- und Längeneinheiten.

Staat	lokale Fuß·Pfund·g/Sekunde	kpm/s	W
Sachsen	530	75,045	735,940
Württemberg	525	75,240	737,852
Preußen	480	75,325	738,686
Hannover	516	75,361	739,039
Österreich	430	76,119	746,472

Verwandte und veraltete Einheiten

deutsche Steuer-PS

Der heute noch in Deutschland gültige Tarif der Kraftfahrzeugsteuer, PKW nach Hubraum zu besteuern, ist aus dem Versuch entstanden, 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 Zweitakter und Viertakter 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 werden konnten, 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

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 mit einem Durchmesser von 24 Fuß (= 7,30 m, der Umfang somit 75,4 Fuß/23 m). 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 (55 Meter 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 (cheval-vapeur, zu deutsch Dampfpferd, plural chevaux-vapeur) stand Pate bei der Namensgebung verschiedener Autos: Citroën 2CV, 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 Kolbens 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

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- (z. B. Hauptrotorwelle Hubschrauber) und Seefahrt Anwendung.

PSi

PSi wird gelegentlich, jedoch nicht DIN-norm-gerecht, benutzt, um bei einem Größenwert darauf hinzuweisen, dass als Leistung eine indizierte (d. h. indirekt ermittelte) Leistung eines Verdichters oder einer Kolbenmaschine – vor allem Dampfmaschine oder Dampflokomotive – angegeben ist.

PSw

PSw oder WPS wird gelegentlich, jedoch nicht DIN-norm-gerecht, benutzt, um bei einem Größenwert darauf hinzuweisen, dass als Leistung eine Wellenleistung, speziell bei Turbinen, gemeint ist.

PSe

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.