Scotch-Yoke-Kurbeltrieb

Scotch-Yoke Kurbeltrieb

Der Scotch-Yoke-Kurbeltrieb, auch Kurbelschleife bzw. Kurbelschlaufe genannt, ist ein technischer Mechanismus zur Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung oder umgekehrt. Bei diesem Kurbeltrieb bewegt sich ein Gleitschlitten oder eine andere Komponente (z.B. zwei Zylinderkolben) aufgrund der Rotation des Pleuels (Englisch: Yoke) hin und her, da das rotierende Pleuel mittels eines in einem Schlitz gleitend gelagerten Bolzens mit der sich linear bewegende Komponente verbunden 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), aus der sich eine konstante Rotationsgeschwindigkeit ergibt.

Vorteile gegenüber herkömmlichen Kurbelwellen und Pleuelanordnungen sind:

Weniger bewegliche Teile
Leichtgängigkeit
Bei Motoranwendungen entfallen aufgrund der Verwendung von Kolbenbolzen weitere Verbindungsstellen, aber siehe nächsten Punkt.
Gefahr von Kolbenfresser und Abnutzungen am Zylinder sind erhöht, da der seitliche Anpressdruck ganz oben am Kolben erfolgt. Abhilfe sind eine flexible Verbindung zur Pleuelstange wie beim Standard HKM 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, sodass der Seitendruck geringer ist aber die Reibverluste zum Standard HKM gleich sind.
Höherer Zeitanteil am oberen Totpunkt verbessert die Effizienz des Motors
Höherer Zeitanteil am unteren Totpunkt verbessert den Ausstoß der Abgase des Zweitaktmotors

Nachteile der Kurbelschlaufe sind:

Schnelle Abnutzung der Bolzenlagerung, ein Gleitstein vermindert den Verschleiß.
Die Schmierung der Kurbelschlaufe erfordert mehr Aufwand.
Der Seitenkräfte sind ähnlich dem HKM, während sie beim Freikolbenlinearmotor 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 HKM.

Anwendungen

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