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Effekt [1]

[220] Effekt, Wirkung, Leistung oder Arbeitsleistung, heißt bei Maschinen (sowohl Kraft- als auch Arbeitsmaschinen) die von denselben in der Zeiteinheit, meist einer Sekunde, verrichtete mechanische Arbeit.

Bei jeder Maschine hat man die theoretische oder disponible Leistung (auch Totalleistung genannt) und die effektive oder Nutzleistung zu unterscheiden; die letztere ist stets kleiner als die erstere, und man bezeichnet den Unterschied beider Leitungen als die Leerlaufsarbeit oder Nebenleistung der Maschine, also jenen Bruchteil der disponibeln Leistung, der zur Ueberwindung der Eigenwiderstände der Maschine (z.B. Kolbenreibung, Zapfenreibungen, Luftwiderstand gegen die Bewegungen des Schwungrades u.s.w. bei Dampfmaschinen) erforderlich ist. Da jede noch so vortrefflich ausgeführte und aufs sorgfältigste geschmierte Maschine eine gewisse Arbeit zur Ueberwindung dieser Reibungs- und sonstigen Widerstände erfordert, so wird die effektive Leistung niemals der disponibeln Leistung gleich werden können. – Unter Effekt im engeren Sinne oder Nutzeffekt (Wirkungsgrad) wird das Verhältnis der effektiven oder Nutzleistung zur theoretischen oder disponibeln Leistung (indizierten Leistung bei Dampfmaschinen) verbanden.

Bezeichnet N_i die indizierte oder disponible Leistung und N_n die Nutzleistung (häufig auch mit N_e, »effektive Leistung« bezeichnet) und N_l die Nebenleistung oder Leerlaufsarbeit, so ist der Nutzeffekt der Maschine (auch mechanischer oder maschineller Wirkungsgrad genannt):

η = N_n/N_i = N_i – N_l/N_i = 1 – N_l/N_i und N_l = N_i – N_n.

Bei Arbeitsmaschinen ist der Effekt das Maß für die Ausnutzung der von einer Kraftmaschine auf die Arbeitsmaschine übertragenen Arbeit. – Bezeichnet hier N diese letztere Leistung und N_n die hiervon in der Arbeitsmaschine nutzbar gemachte Arbeit, also N_l = N – N_n die Leerlaufsarbeit der Maschine, so ist der Wirkungsgrad wieder: η = N_n/N = 1 – N_l/N.

Weyrauch [1] bezeichnet bei Wärmemotoren mit η den disponibeln Wirkungsgrad oder das Verhältnis des Wärmewertes der disponibeln Arbeit L_d zur Wärmezufuhr, also η_d = A L_d/Q. Als disponibeln Effekt N_d bezeichnet er die disponible Arbeit in der Sekunde in Pferdestärken, so daß die Beziehung besteht N_d = L_d/75 1/t, worin t die Zeit der disponibeln Arbeit in Sekunden ist. Der indizierte Wirkungsgrad ist dann η_i = N_i/N_d = A L_i/A L_d, also AL_i = η_i η_d Q. Da A L_i auch = η_t Q ist, worin η_t den thermischen Wirkungsgrad bedeutet, so folgt hieraus η_t = η_i η_d. Da von der indizierten Arbeit ein Teil zur Ueberwindung von Widerständen in der Maschine verbraucht wird, so bleibt als Nutzarbeit L nur der Rest übrig. Das Verhältnis L/L_i = N/N_i = η_m nennt Weyrauch auch den mechanischen Wirkungsgrad und bezeichnet endlich ξ = L/L_d = L/L_i L/L_d = η_i η_m als den theoretischen Wirkungsgrad.

Ueber den mechanischen Wirkungsgrad und die Berechnung der indizierten Leistung bei Gasmaschinen ist in neuester Zeit, veranlaßt durch einen Aufsatz von A. Riedler [3] in der Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, ein sehr heftiger Kampf entbrannt [4], [5], der noch nicht beigelegt ist und auch nur auf dem Wege der Uebereinkunft beigelegt werden kann, da es sich um die Festsetzung der Tragweite einer technischen Definition handelt, die unmöglich – so wenig wie die übrigen Begriffe der Technik, z.B. Arbeit, Leistung, Energie, Kraft, Masse, Volt, Ampère, Pferdestärke u.s.w. – vieldeutig bleiben kann.

Wie aus den Gleichungen für η hervorgeht, ist der Wirkungsgrad oder Nutzeffekt stets kleiner als 1. Ausnahmen hiervon kommen vereinzelt bei rasch laufenden Pumpen und Ventilatoren vor, indem bei ersteren infolge der lebendigen Kraft der bewegten Wassersäule eine größere Wassermenge durch die Pumpe hindurchgeht, als dem Inhalt derselben oder ihrer sekundlichen, aus den Dimensionen und der Arbeitsgeschwindigkeit berechneten Leistung entspricht. Bei Ventilatoren wird der manometrische Effekt zuweilen gleich 1, ja selbst größer als 1 (s. Schleudergebläse).

Die Ermittlung des Effekts der Maschinen bildet eine der Hauptaufgaben der Maschinenmeßkunde, und hierzu dienen die verschiedensten Meßinstrumente und Methoden, so die Dynamometer zur Kraft- und Arbeitsmessung, die Geschwindigkeitsmesser zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Maschinen, die Indikatoren zur Berechnung der indizierten Leistung der Dampfmaschinen, Gasmaschinen, Pumpen, Gebläsemaschinen, Luftkompressoren u.s.w. Als Maß der Nutzleistung sowohl als auch der disponibeln und Nebenleistung gilt für kleinere Leistungen das Sekundenmeterkilogramm (sec mkg), für größere Leistungen die Sekundenpferdestärke (PS.; 1 PS. = 75 mkg/sec oder 75 · 60 · 60 = 270000 mkg in der Stunde). – Vgl. auch Wärmemotoren.

Literatur: [1] Grundriß der Wärmetheorie, 1. Hälfte, 1905, S. 87, 88, 92, 185, 186 u.s.w. – [2] Weisbach-Herrmann, Ingen.-Mechanik, 5. Aufl., Braunschweig 1883–87, 2. Bd., 2. Abt., S. 2; Grashof, Theoret. Maschinenlehre, Leipzig 1883, 2. Bd., S. 516. – [3] Riedler, Die Berechnung des mechan. Wirkungsgrades und der indizierten Leistung der Gasmaschinen, Zeitschr. des Ver. deutsch. Ingen. 1905, Nr. 8. – [4] Entgegnung hierzu von Stodola, Schöttler, Meyer, Ehrhardt, Wagener in Zeitschr. des Ver. deutsch. Ingen. 1905, Nr. 13. – [5] Diesel, R., Der mechan. Wirkungsgrad und die indizierte Leistung der Gasmaschine, Zeitschr. des Ver. deutsch. Ingen. 1905.

v. Ihering.