Scotch yoke

Scotch-Yoke Kurbeltrieb

Der Scotch-Yoke-Kurbeltrieb, auch Kreuzschubkurbel genannt, ist ein technischer Mechanismus zur Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung oder umgekehrt. Weitere Bezeichnungen für diese speziellen Koppelgetriebe sind Kreuz- oder Kurbelschleife bzw. -schlaufe.

Bei diesem Kurbeltrieb bewegt sich ein Gleitschlitten oder eine andere Komponente (z. B. zwei miteinander fest verbundene Zylinderkolben) aufgrund der Kreisbewegung eines Kurbelzapfens hin und her, da der Kurbelzapfen in einer Führung des Gleitschlittens senkrecht zu dessen Bewegungsrichtung gleiten kann. Meist ist zur Vermeidung von Linienberührung zwischen Kurbelzapfen und Führung ein Gleitstein eingesetzt, der in der Führung hin und her gleitet und in dem der Kurbelzapfen drehbar gelagert ist.

Das sprichwörtlich schottisch-sparsame Design ist vermutlich auch der Grund für die Namensgebung Scotch-Yoke.

Sinuswelle

Die Bewegungskurve des Kolbens ist (bis auf das Umkehrspiel) eine exakte Sinuswelle (Sinusfunktion), wenn sich die Kurbelwelle mit dem Kurbelzapfen mit konstanter Rotationsgeschwindigkeit dreht.

Vorteile gegenüber herkömmlichen Kurbelwellen und Pleuelanordnungen

• Weniger bewegliche Teile (keine Pleuel, die in den Kolben durch Kolbenbolzen gelagert werden müssen).
• Leichtgängigkeit
• Sinusschwingung, im Gegensatz zum konventionellen Kurbeltrieb. Dadurch entfallen die freien Massenkräfte zweiter und höherer Ordnung.
• Höherer Zeitanteil am oberen Totpunkt verbessert die Effizienz des Motors
• Kleinerer Zeitanteil am unteren Totpunkt ist ungünstig für den Ausstoß der Abgase des Zweitaktmotors

Nachteile der Kurbelschlaufe

• Schnelle Abnutzung der Bolzenlagerung, ein Gleitstein vermindert den Verschleiß.
• Gefahr von Kolbenfressern und Abnutzungen am Zylinder sind erhöht, da der seitliche Anpressdruck ganz oben am Kolben erfolgt. Abhilfe sind eine flexible Verbindung zur Pleuelstange wie beim Hubkolbenmotor mit Kolbenhemd, oder eine relative lange gewölbte Kolbenkrone, da Querkräfte am Kolben ähnlich dem Hubkolbenmotor mit dem Abstand des Kurbelzapfens von der Kolbenmitte zunimmt. Allerdings werden die Kolbenseitenkräfte gleichmäßig auf beide Kolben übertragen, so dass der Seitendruck geringer ist, aber die Reibverluste zum Standard-Hubkolbenmotor gleich sind.
• Die Schmierung der Kurbelschlaufe erfordert mehr Aufwand.
• Der Seitenkräfte sind ähnlich dem Hubkolbenmotor, während sie beim Freikolbenmotor entfallen.
• Um Biegekräfte in der Schlaufe zu reduzieren müssen große, außenliegende Rippen angebracht werden. Diese erhöhen die Masse der Kurbelschlaufe beträchtlich im Vergleich zum Pleuel beim herkömmlichen Hubkolbenmotor.

Anwendungen

Der Scotch-Yoke Kurbeltrieb findet seine häufigste Anwendung in Steuerventil-Aktoren für Hochdrucköl und Gaspipelines. Eine weitere Anwendung ist der Kurbelschlaufenmotor, auch Scotch-Yoke- oder Bourke-Motor genannt.

Siehe auch

• Koppelgetriebe

Weblinks

• Brock Institute for Advanced Studies: Scotch-Yoke Kurbeltrieb
• Erste kommerzielle Anwendung eines Scotch-Yoke Kurbeltriebes in einem Verbrennungsmotor
• Informationen zu Scotch-Yoke Aktoren
• Tutorium Kreuzschleife