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Die Erfindung betrifft eine schaltbare Zahnkupplung nach den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Schaltbare Zahnkupplungen, die in einem ersten Zustand zwei Wellen aneinander koppeln, und die in einem zweiten Zustand die beiden Wellen voneinander trennen, sind aus der Praxis hinlänglich bekannt. So verfügen solche Zahnkupplungen über ein in Axialrichtung der Wellen verlagerbares, eine Verzahnung aufweisendes Kupplungselement, welches in dem ersten Zustand der Zahnkupplungen mit korrespondierenden Verzahnungen der beiden Wellen zur Kopplung derselben in Eingriff steht, und welches in dem zweiten Zustand der Zahnkupplung zur Trennung der Wellen ausschließlich mit der Verzahnung einer der beiden Wellen in Eingriff steht. Die Verlagerung des Kupplungselements sowie das Halten der Zahnkupplung im ersten Zustand sowie zweiten Zustand derselben erfordert bei aus der Praxis bekannten Zahnkupplungen einen hohen konstruktiven bzw. vorrichtungstechnischen Aufwand. Es wird auf die
US 5413201 A verwiesen.
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Hievon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Zahnkupplung zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Zahnkupplung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Die Zahnkupplung weist eine in Axialrichtung der Wellen verlagerbare Schiebehülse auf, welche der Verschiebung der Kupplungshülse in Axialrichtung der Wellen dient, wobei die Schiebehülse und über die Schiebehülse die Kupplungshülse bei Anliegen einer definierten Betätigungskraft entgegen einer Rückstellkraft in axialer Richtung verlagerbar ist.
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Die Zahnkupplung weist ferner eine Schalthülse mit einer Kulissenführung auf, welche mit der Schiebehülse über Kopplungseinrichtungen derart gekoppelt ist, dass die Schalthülse in Folge einer axialen Verlagerung der Schiebehülse abhängig dem Zusammenspiel der Kulissenführung mit den in die Kulissenführung eingreifenden Kopplungseinrichtungen verdrehbar ist, wobei dann, wenn die definierte Betätigungskraft nicht anliegt, die Rückstellkraft die Kopplungseinrichtungen abhängig von der Drehstellung der Schalthülse gegen Anschläge der Kulissenführung drückt, welche die Axialposition der Schiebehülse und damit der Kupplungshülse in dem ersten Zustand der Zahnkupplung und in dem zweiten Zustand der Zahnkupplung definieren.
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Die Erfindung schlägt ein neuartiges Konzept für eine Zahnkupplung vor, bei welcher die Kupplungshülse der Zahnkupplung mit geringem Aufwand axial verschoben werden kann, um die Zahnkupplung zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand zu überführen. Weiterhin kann die Zahnkupplung mit geringem Aufwand im ersten Zustand sowie zweiten Zustand gehalten werden.
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Erfindungsgemäß ist die Schalthülse auf einer Hülsenführung frei drehbar gelagert, wobei die Schiebehülse die Schalthülse zumindest abschnittsweise radial außen umgibt, und wobei die Kupplungshülse in Axialrichtung neben der Schiebehülse angeordnet ist. Die Kupplungshülse liegt allein auf Grund der Rückstellkraft an der Schiebehülse an, wobei die Kupplungshülse insbesondere bei einer Schiefstellung gegenüber der Schiebehülse frei gegenüber der Schiebehülse beweglich ist. Diese Ausführung der Zahnkupplung ist besonders einfach und zuverlässig.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich eine Axialrichtung der zu koppelenden oder zu trennenden Wellen und damit eine Schieberichtung der Schiebehülse und der Kupplungshülse in vertikaler Richtung, wobei dann die Rückstellkraft die Gewichtskraft der Schiebehülse und der Kupplungshülse ist.
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Bei Anliegen einer definierten Betätigungskraft, die größer als die Gewichtskraft der Schiebehülse und der Kupplungshülse ist, sind die Schiebehülse und die Kupplungshülse anhebbar, wobei bei diesem Anheben die Schalthülse und damit die Kulissenführung derselben über die Kopplungseinrichtungen, die mit der Schiebehülse fest verbunden sind, relativ zur Schiebehülse und Kupplungshülse drehbar ist. Dann, wenn die definierte Betätigungskraft nicht anliegt, drücken die Kopplungseinrichtungen in Folge der Gewichtskraft der Schiebehülse und der Kupplungshülse abhängig von der Drehstellung der Schalthülse gegen Anschläge der Kulissenführung, wobei diese Anschläge die Axialposition der Schiebehülse und damit der Kupplungshülse in dem ersten Zustand und in dem zweiten Zustand der Zahnkupplung definieren.
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Die erfindungsgemäße Zahnkupplung eignet sich insbesondere zur Kopplung von zwei sich in vertikaler Richtung erstreckenden Wellen, wobei dann die Kupplungshülse sowie die Schiebehülse in vertikaler Richtung verschoben werden. Als Rückstellkraft dient dann die Gewichtskraft der Schiebehülse und der Kupplungshülse. Das Halten der Zahnkupplung im ersten Zustand sowie zweiten Zustand erfolgt ausschließlich aufgrund des mechanischen Zusammenspiels zwischen den Kopplungseinrichtungen der Schiebehülse und der Kulissenführung der Schalthülse, wobei die Kopplungseinrichtungen, die mit der Schiebehülse fest verbunden sind, aufgrund der Gewichtskraft der Schiebehülse und der Kupplungshülse gegen Anschläge drücken, die abhängig von der Relativposition der Schalthülse zur Schiebehülse von der Kulissenführung der Schalthülse bereitgestellt werden.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer schaltbaren Zahnkupplung;
- 2 ein Detail der Zahnkupplung der 1;
- 3 ein weiteres Detail der Zahnkupplung der 1;
- 4 einen Ausschnitt aus dem Detail der 2 zur Verdeutlichung der Funktion der Zahnkupplung der 1;
- 5 verschiedene Zustände des Ausschnitts der 4 bei der Überführung der Zahnkupplung von einem Wellen trennenden Zustand in einen die Wellen koppelnden Zustand; und
- 6 verschiedene Zustände des Ausschnitts der 4 bei der Überführung der Zahnkupplung dem die Wellen koppelnden Zustand in dem die Wellen trennenden Zustand.
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Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine schaltbare Zahnkupplung, die in einem ersten Zustand zwei Wellen aneinander koppelt und die in einem zweiten Zustand die beiden Wellen voneinander trennt.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 bis 6 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Zahnkupplung 10 beschrieben, die dem Koppeln bzw. Trennen von zwei sich in vertikaler Richtung erstreckenden Wellen dient. In 1 bis 6 sind die sich in vertikaler Richtung erstreckenden Wellen nicht gezeigt.
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1 zeigt eine perspektivische Übersichtsdarstellung einer erfindungsgemäßen Zahnkupplung 10, wobei die Zahnkupplung 10 eine in Axialrichtung der Wellen verlagerbare Kupplungshülse 11 aufweist, die eine Innenverzahnung 12 trägt. Wie bereits ausgeführt, ist die Kupplungshülse 11 in Axialrichtung der zu koppelnden bzw. zu trennenden Wellen verschiebbar, also im Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 in vertikaler Richtung, da sich, wie bereits ausgeführt, im Ausführungsbeispiel der 6 die Wellen, die über die Zahnkupplung 10 gekoppelt bzw. getrennt werden können, in vertikaler Richtung erstrecken.
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In einem ersten Zustand der Zahnkupplung 10 steht die Innenverzahnung 12 der Kupplungshülse 11 mit korrespondierenden Außenverzahnungen der beiden nicht gezeigten Wellen in Eingriff, um so die beiden Wellen miteinander zu koppeln.
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In einem zweiten Zustand der Zahnkupplung 10 hingegen steht die Innenverzahnung 12 der Kupplungshülse 11 ausschließlich mit der korrespondierenden Außenverzahnung einer einzigen der beiden Wellen in Eingriff, wobei dann die beiden Wellen getrennt sind.
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Die Zahnkupplung 10 verfügt weiterhin über eine in Axialrichtung der Wellen verlagerbare Schiebehülse 13. Die Schiebehülse 13 ist von mindestens einer Betätigungseinrichtung 14 in Axialrichtung der Wellen verlagerbar, wobei die Verschiebung der Schiebehülse 13 eine axiale Verschiebung der Kupplungshülse 11 entlang der Axialrichtung der zu koppelnden bzw. zu trennenden Wellen bewirkt.
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Die Schiebehülse 13 und über die Schiebehülse 13 die Kupplungshülse 11 sind bei Anliegen einer definierten Betätigungskraft, die von der oder jeder Betätigungseinrichtung 14 bereitgestellt wird, entgegen einer Rückstellkraft gemeinsam in axialer Richtung verlagerbar, wobei im Ausführungsbeispiel der 1 bis 6, bei welcher zwei sich in vertikaler Richtung erstreckende Wellen zu trennen bzw. zu koppeln sind, die Rückstellkraft der Gewichtskraft von Kupplungshülse 11 und Schiebehülse 13 entspricht.
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Zusätzlich zu der Kupplungshülse 11 und der Schiebehülse 13 umfasst die schaltbare Trennkupplung 10 eine Schalthülse 15, die eine Kulissenführung 16 aufweist. Die Schalthülse 15 ist mit der Schiebehülse 13 über Kopplungseinrichtungen 17 gekoppelt, und zwar derart, dass die Schalthülse 15 bei einer axialen Verlagerung der Schiebehülse 13 abhängig von dem Zusammenspiel der Kulissenführung 16 mit den in die Kulissenführung 16 eingreifenden Kopplungseinrichtungen 17, die mit der Schiebehülse 13 fest verbunden sind, verdrehbar ist.
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Dann, wenn die definierte Betätigungskraft nicht anliegt, drückt die Rückstellkraft die Kopplungseinrichtungen 17 abhängig von der relativen Drehstellung der Schalthülse 15 relativ zur Schiebehülse 13 gegen Anschläge der Kulissenführung 16, wobei diese Anschläge der Kulissenführung 16 die Axialposition der Schiebehülse 13 sowie der Kupplungshülse 11 in dem ersten Zustand der Zahnkupplung 10 sowie in dem zweiten Zustand der Zahnkupplung 10 definieren.
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Die Schalthülse 15 ist auf einer Hülsenführung 18 frei drehbar gelagert, wobei, bedingt durch die Schwerkraft, die Schalthülse 15 auf einem unteren Vorsprung 19 der Hülsenführung 18 aufsteht.
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Die Schiebehülse 13 umgibt die Schalthülse 15 zumindest abschnittsweise radial außen, wobei die mit der Schiebehülse 13 fest verbundenen Kopplungseinrichtungen 17 abschnittsweise in die Kulissenführung 16 der Schalthülse 15 hineinragen.
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Die Kupplungshülse 11 ist in Axialrichtung neben, nämlich in 1 oberhalb, der Schiebehülse 13 angeordnet, wobei die Kupplungshülse 11 im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 ausschließlich aufgrund der Schwerkraft der Kupplungshülse 11 lose auf der Schiebehülse 13 aufsteht, nämlich auf einem umlaufenden, kragenartigen Vorsprung 20 der Schiebehülse 13.
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Die Kopplungseinrichtungen 17, die mit der Schiebehülse 13 fest verbunden sind, greifen in die Kulissenführung 16 der Schalthülse 15 in radialer Richtung zumindest abschnittsweise ein, wobei dann, wenn diese Kopplungseinrichtungen 17 an einer oberen Begrenzung der Kulissenführung 16 zur Anlage kommen, dieselben die Schalthülse 15 relativ zur Schiebehülse 13 und damit relativ zur Kupplungshülse 11 drehen.
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2 zeigt die Schalthülse 15 in Alleindarstellung, die über einen hülsenartigen Grundkörper 21 verfügt, in welchem die Kulissenführung 16 eingebracht ist. Bei der Kulissenführung 16 handelt es sich um eine nutartige Kurvenbahn, welche in hülsenartigen Grundkörper 2, insbesondere durch Fräsen eingebracht ist. Die Kulissenführung 16 ist dabei in die radial äußere Fläche des hülsenartigen Grundkörpers 21 eingebracht und erstreckt sich in 2 nicht in radialer Richtung vollständig durch den Grundkörper 21 hindurch, sodass der Grundkörper 21 an einer radial inneren Fläche geschlossen ist.
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3 zeigt eine Kopplungseinrichtung 17 in Alleindarstellung. Die Kopplungseinrichtung 17 der 3 verfügt über einen radial äußeren, bolzenartigen, sich in Radialrichtung der Hülsen 13 und 15 erstreckenden Vorsprung 23 mit einem radial äußeren Kragen 24, wobei der bolzenartige Vorsprung 23 eine Fügefläche bzw. Kontaktfläche zur Schiebehülse 13 ausbildet und der Vorsprung 22 der Befestigung der Kopplungseinrichtung 17 an der Schiebehülse 13 dient. Der Vorsprung 23 umgibt einen radial inneren, bolzenartigen Vorsprung 24, welcher teilweise in die Kulissenführung 16 der Schalthülse 17 eingreift. Der radial äußere, bolzenartige Vorsprung 23, welcher die Kontaktfläche zur Schiebehülse 13 ausbildet, sowie der radial innere, bolzenartige Vorsprung 24, welcher in die Kulissenführung 16 der Schalthülse 15 eingreift, sind durch eine Ausnehmung 25, die sich zwischen diesen beiden Vorsprüngen 23 und 24 erstreckt, voneinander getrennt, wobei diese Ausnehmung 25 vorzugsweise als Eindrehung ausgebildet ist. Hierdurch wird eine Flexibilität der Kopplungseinrichtung 17 gewährleistet.
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4 bis 6 verdeutlichen das Zusammenspiel der Kulissenführung 16 der Schalthülse 15 mit den Kopplungseinrichtungen 17, die mit der Schiebehülse 13 fest verbunden sind, wobei in 5 und 6, die unterschiedliche Zustände A bis H und A' im Zusammenspiel der Schalthülse 15 mit den Kopplungseinrichtungen 17 zeigen, den in die Kulissenführung 16 hineinragenden bolzenartigen Vorsprung 24 einer Kopplungseinrichtung 17 in unterschiedlichen Relativpositionen in der Kulissenführung 16 zeigen.
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Dann, wenn die schaltbare Zahnkupplung 10 die miteinander zu koppelnden Wellen voneinander trennt, wenn also die Kupplungshülse 11 mit ihrer Innenverzahnung 12 ausschließlich mit der korrespondierenden Außenverzahnung einer einzigen der Wellen in Eingriff steht und demnach die Zahnkupplung 10 ausgerückt ist, ist die Schiebehülse 13 und damit die Kupplungshülse 11 abgesenkt, nämlich derart, dass dann die Vorsprünge 24 der Kopplungseinrichtungen 17 die in 4 bis 6 mit A bzw. A' gekennzeichnete Relativposition in der Kulissenführung 16 der Schalthülse 15 einnehmen, wobei in diesem Zustand A bzw. A' die Bolzen 24 und damit die Kupplungseinrichtungen 17 gegen einen von der Kulissenführung 16 bereitgestellten, unteren Anschlag 26 drücken, nämlich infolge der Rückstellkraft, bei welcher es sich im gezeigten Ausführungsbeispiel um die Gewichtskraft der Schiebehülse 13 sowie der Kupplungshülse 11 handelt.
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Um die Zahnkupplung 10, von einem Zustand A, in welchem dieselbe die sich in vertikaler Richtung erstreckenden Wellen trennt, in einen Zustand zu überführen, in welchem dieselbe die sich in vertikaler Richtung erstreckenden Wellen koppelt und demnach eingerückt ist, wird die Schiebehülse 13 und damit die Kupplungshülse 11 mit Hilfe einer von der oder jeder Betätigungseinrichtung 14 bereitgestellten Betätigungskraft, die größer als die Rückstellkraft ist, angehoben, wobei hierbei die in die Kulissenführung 16 hineinragenden Vorsprünge 24 der Kopplungseinrichtungen 17 von dem Zustand A in den Zustand E überführt werden, in welchem dann die Vorsprünge 24 wiederum auf Grundlage der Rückstellkraft bzw. Stellkraft auf oberen Anschlägen 27 der Kulissenführung 16 anliegen.
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5 zeigt, dass beim Anheben der Schiebehülse 13 und damit beim Anheben der mit der Schiebehülse 13 fest verbundenen Kopplungseinrichtungen 17 ausgehend vom Zustand A die bolzenartigen Vorsprünge 24 der Kopplungseinrichtungen 17 dann, wenn dieselben im Zustand B an einer oberen Kontur der Kulissenführung 16 zur Anlage kommen, die Schalthülse 21 in Richtung des im Zustand B gezeigten Pfeils drehen, nämlich relativ zur Schiebehülse 13 und damit relativ zu den Kopplungseinrichtungen 17.
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Dann, wenn die Kopplungseinrichtungen 17 bzw. die bolzenartigen Vorsprünge 24 derselben im Zustand C ihren höchsten Punkt erreicht haben und nachfolgend die Betätigungskraft der Betätigungseinrichtungen 14 abgebaut wird, bewegen sich die bolzenartigen Vorsprünge 24 der Kopplungseinrichtungen 17 gemäß den Zuständen C und D der 5 innerhalb der Kulissenführung 16 nach unten, und zwar solange, bis sie im Zustand E an oberen Anschlägen 27 der Kulissenführung 16 infolge der Rückstellkraft aufliegen. Bei diesem Absenken wird die Schalthülse 15 über die Kopplungseinrichtungen 17 auch zwischen den Zuständen D und E gedreht. Im Zustand E nimmt dann die Zahnkupplung 10 den eingerückten Zustand ein, in welchem dieselben die beiden sich in vertikaler Richtung erstreckenden Wellen aneinander koppelt.
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Soll die Kopplung der Wellen aufgehoben werden, so muss durch entsprechendes Anheben der Schiebehülse 13 sowie der Kupplungshülse 11 die Schalthülse 15 wieder verdreht werden, um dann die bolzenartigen Vorsprünge 24 der Kopplungseinrichtungen 17 im Sinne der 6 vom Zustand E in den Zustand A' zu überführen, wobei die bolzenartigen Vorsprünge 24 die Schalthülse 15 zwischen den Zuständen F und G wiederum in Umfangsrichtung verdrehen, um dann, wenn im Zustand G die Bolzen 24 wiederum ihre höchste Position erreicht haben, dieselben durch Abbauen der Betätigungskraft innerhalb der Kulissenführung 16 abzusenken, und zwar solange, bis sie im Zustand A' wiederum an unteren Anschlägen 26 der Kulissenführung 16 anliegen. Dabei wird die Schalthülse 15 auch zwischen den Zuständen H und A' gedreht. Im Zustand A' nimmt die schaltbare Zahnkupplung wiederum einen ausgerückten Zustand ein, in welchem dieselbe die beiden sich in vertikale Richtung erstreckenden Wellen voneinander trennt.
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Die erfindungsgemäße Zahnkupplung 10 verfügt demnach über eine Schalthülse 15, die an ihrer äußeren Mantelfläche eine Kulissenführung 16 aufweist, die vorzugsweise als eine gefräste Nut ausgeführt ist.
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Die geometrische Konturierung der Kulissenführung 16 der Schalthülse 15 ermöglicht es, die Schiebehülse 13, welche die Schalthülse 15 radial außen zumindest abschnittsweise umgibt, und die ausschließlich in axialer Richtung verlagert werden kann, in definierten Endstellungen zu halten, nämlich in einer unteren Endstellung, in welcher die Zahnkupplung 10 die Wellen voneinander trennt, sowie in einer oberen Endstellung, in welcher die Zahnkupplung 10 die vertikal verlaufenden Wellen aneinander koppelt. In diesen Endstellungen wird die Schiebehülse 13 und damit die Kupplungshülse 11, die mit der Schiebehülse 13 zusammenwirkt, ausschließlich aufgrund der Rückstellkraft gehalten, wobei die Rückstellkraft bei einer solchen in vertikaler Richtung wirksamen, schaltbaren Zahnkupplung 10 von der Gewichtskraft der Schiebehülse 13 und der Gewichtskraft der Kupplungshülse 11 bereitgestellt wird.
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Die Schiebehülse 13 trägt die Kupplungshülse 11, die letztendlich für die Kopplung bzw. Trennung der sich in vertikaler Richtung erstreckenden Wellen zuständig ist. Die Kupplungshülse 11 steht aufgrund ihrer Gewichtskraft auf der Schiebehülse 13 lose auf, sodass die Kupplungshülse 11 sich bei einer Schiefstellung relativ zur Schiebehülse 13 gegenüber der Schiebehülse 13 frei bewegen kann.
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Wie bereits erwähnt, sind mit der Schiebehülse 13 Kopplungseinrichtungen 17 fest verbunden, die vorzugsweise über den Umfang der Schiebehülse 13 gleichverteilt mit gleichem Umfangsabstand angeordnet sind. Diese Kopplungselemente 17 weisen bolzenartige Vorsprünge 24 auf, die in die Kulissenführung 16 der Schalthülse 21 hineinragen.
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Dann, wenn die Schiebehülse 13 nicht angehoben ist, liegen die bolzenartigen Vorsprünge 24 der Kopplungseinrichtungen 17 infolge der Gewichtskraft der Schiebehülse 13 sowie der Kupplungshülse 11 an den Anschlägen 26 bzw. 27 der Kulissenführung 16 auf, und zwar abhängig von der relativen Drehposition der Schalthülse 15 zur Schiebehülse 13 entweder an den unteren Anschlägen 26 oder an den oberen Anschlägen 27.
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Dann, wenn die Schiebehülse 13 entgegen der Rückstellkraft axial angehoben wird, wird infolge dieser Axialbewegung die Schalthülse 15 relativ zur Schiebehülse 13 und Kupplungshülse 11 verdreht.
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Bei anschließendem Absenken der Schiebehülse 13 kommen die bolzenartigen Vorsprünge 24 der Kopplungselemente 17 dann wiederum an den Anschlägen 26 bzw. 27 der Kulissenführung 16 zur Anlage.
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Auf diese Art und Weise kann die Zahnkupplung 10 einfach zwischen dem ersten Zustand derselben und dem zweiten Zustand derselben überführt werden, wobei in diesen beiden Zuständen keinerlei äußere Kraft erforderlich ist, um die Zahnkupplung 10 in ihrem jeweiligen Schaltzustand zu halten. Dies erfolgt ausschließlich dadurch, dass die bolzenartigen Vorsprünge 24 der Kopplungselemente 17 im ersten, eingerückten Zustand der Zahnkupplung an oberen Anschlägen 27 und im zweiten, ausgerückten Zustand der Schaltkupplung an unteren Anschlägen 26 der Kulissenführung 16 zur Anlage kommen.
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Die schaltbare Zahnkupplung 10 trägt sich demnach in ihren Schaltzuständen selbst, lediglich zur Überführung der Zahnkupplung 10 zwischen ihren beiden Schaltzuständen ist eine äußere Betätigungskraft, die von der oder jeder Betätigungseinrichtung 14 aufgebracht wird, erforderlich.
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Alternativ können sich eine Axialrichtung der zu koppelenden oder zu trennenden Wellen und damit eine Schieberichtung der Schiebehülse 13 und der Kupplungshülse 11 in horizontaler Richtung erstrecken. Die Rückstellkraft ist dann vorzugsweise eine auf die Schiebehülse 13 und die Kupplungshülse 11 einwirkende Federkraft, die von mindestens einem Federelement bereitgestellt wird.
