Leistung

In der Maschinentechnik ist Leistung die Rate, mit der Arbeit verrichtet oder Energie übertragen wird. Eine Maschine, die 100 Kilogramm einen Meter in 10 Sekunden hochhebt, liefert mehr Leistung als eine, die 100 Sekunden für dieselbe Aufgabe braucht, obwohl beide identische Arbeit verrichten. Leistung wird in Watt gemessen (ein Joule pro Sekunde) oder nach älteren angelsächsischen Gepflogenheiten in Pferdestärken (746 Watt). Die Unterscheidung ist wichtig: Ein kleiner, schnell laufender Motor kann die gleiche Leistung abgeben wie ein großer, langsam laufender Motor.

Lineare Leistung, verwendet in Pressen und Hydraulikzylindern, entspricht Kraft mal Geschwindigkeit: Ein Hydraulikzylinder, der mit 5000 Newton drückt und dabei 0,5 Meter pro Sekunde ausfährt, liefert 2500 Watt. Rotationsleistung, verwendet in Motoren und Turbinen, entspricht Drehmoment mal Drehzahl: Eine Welle, die mit 1500 Umdrehungen pro Minute rotiert und dabei 10 Newtonmeter Drehmoment überträgt, erzeugt etwa 1571 Watt. Die Einheiten unterscheiden sich, aber das Prinzip ist identisch: mehr Kraft oder höhere Geschwindigkeit bedeutet mehr Leistung an der Last.

Verluste und praktische Grenzen

Nennleistung ist das, was eine Maschine ohne Schaden dauerhaft aufbringen soll. Spitzenleistung, die Motoren für Sekunden oder Minuten erbringen können, übersteigt diese Nennleistung. Dauerbetrieb mit Nennleistung erzeugt Wärme durch Reibung, Lagerverschleiß und Materialverformung. Wird die Nennleistung überschritten, überhitzen Bauteile, Lager blockieren, Dichtungen versagen. Umgekehrt verschwendet der Betrieb eines Motors unterhalb seiner Nennleistung oft Kapitalinvestition und läuft häufig weniger effizient als bei Nenntafelbedingungen.

Eingangsleistung und Ausgangsleistung unterscheiden sich um den Wirkungsgrad, der von der Bauart und dem Betriebspunkt abhängt. Ein Hydrauliksystem, das 50 Kilowatt Pumpenleistung erhält, liefert möglicherweise nur 40 Kilowatt am Aktor, weil Leckagen, Druckabfälle und Wärmeerzeugung auftreten. Industrielle Getriebe laufen typischerweise mit 90 bis 98 Prozent Wirkungsgrad, je nach Bauart; Riementriebe mit 92 bis 97 Prozent. Diese Verluste addieren sich bei Maschinen mit vielen Stufen, weshalb Direktantriebe bevorzugt werden, wenn die Drehmomentanforderungen es erlauben.

Der Leistungsfaktor in Elektrosystemen kompliziert das Bild zusätzlich. Ein Drehstrommotor, der 100 Ampere bei 480 Volt mit einem Leistungsfaktor von 0,85 aufnimmt, verbraucht etwa 70,5 Kilowatt Wirkleistung; der Rest ist Blindleistung, die keine nutzbringende Arbeit verrichtet. Die Auslegung von Anlagen und die Abrechnung benachteiligen oft schlechte Leistungsfaktoren, was die Motorwahl und Antriebsqualität wirtschaftlich bedeutsam macht, über die reine Namensleistung in Kilowatt hinaus.