DE2047985A1

DE2047985A1 - Durch Schneidenteil gesteuerte Kupplung

Info

Publication number: DE2047985A1
Application number: DE19702047985
Authority: DE
Inventors: Lewis Kings South Burlington Vt Wetzel (V St A )
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-10-01
Filing date: 1970-09-30
Publication date: 1971-04-15
Also published as: FR2064888A5; JPS4838654B1; DE2047985C3; DE2047985B2; US3578118A; GB1319133A

Description

Die Erfindung betrifft Kupplungsvorrichtungen und insbesondere solche Vorrichtungen, bei denen ein angetriebenes Teil in einer positiven vorgeschriebenen Richtung entkoppelt und dann in einer positiven vorgeschriebenen Richtung wieder bezüglich eines Antriebsteils eingekoppelt werden muß.

Eine solche Kupplung kann beispielsweise bei einer Waffe vom Gatling-Typ mit hoher Feuergeschwindigkeit verwendet werden. Ein Bündel von Geschützrohren rotiert um die Längsachse der Waffe und wird mit Munition durch ein Zahnradsystem geladen, das sich um eine parallele Achse dreht. Es ist dabei notwendig, das Zahnradsystem von dem Rohrbündel in positiv vorgeschriebenen Orientierungen zu entkuppeln und einzukuppeln. Am Ende eines Feuerstoßes ist es erwünscht, oofort die Ein-

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gäbe von Munition von dem Zahnradsystem zu dem Rohrbündel zu stoppen. Am Beginn eines Feuerstoßes ist es erwünscht, sofort , und synchron Patronen von dem Zahnradsystem zu dem Rohrbündel weiterzugeben. Eine Kupplung, welche diese Punktion ausführt, wird in dem US-Patent 3 ¹JlO 38I beschrieben. Bei der Anwendung nach diesem Patent wird eine Kupplung verwendet, die ein längliches stationäres schneidenförmiges Steuerteil verwendet. Dieses wird dazu benutzt, ein verschiebbares Kupplungsteil so zu verschieben, daß es abwechselnd entweder im Eingriff mit ψ einem Antriebsteil oder einem stationären Teil ist. Das Eingangssignal wird dem verschiebbaren Kupplungsteil zugeführt und muß eine relativ beträchtliche Größe aufweisen, um die Verschiebung des verschiebbaren Kupplungsteils zu bewirken.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, tine gegenüber der Anordnung nach dem US-Patent verbesserte Form einer Kupplungsvorrichtung zu liefern, die nur ein Eingangssignal relativ geringer Größe erfordert und außerdem eine positive Steuerung sowohl während des Einkupplungszyklus als auch während der Auskupplung aufweist.

^ Ein Aspekt der Erfindung ist eine Kupplungsvorrichtung, bei

der die für die Verschiebung des verschiebbaren Kupplungsteils erforderliche Leistung aus dem ständig rotierenden Teil gewonnen wird, das von einer äußeren Kraftquelle angetrieben wird. Die Kupplungsvorrichtung enthält weiterhin eine angetriebene Welle, welche beim Einkuppeln der Kupplung mit dem ständig rotierenden Teil in einer zeitlich festgelegten Stellung verbunden werden soll. Die Welle soll angehalten und in einer bestimmten stationären Stellung verriegelt werden, wenn die Kupplung entkuppelt wird. Das ständig rotierende Teil rotiert dabei weiter. Die verbindende Vorrichtung ist ein verschieobarer Nabenteil (hub), welcher mit der angetriebenen Welle durch Keile verbunden let (keyed) und mit ihr rotiert, jedoch längs der We'Ae verschoben werden kann. Dieser Nabenteil hat einen Satz radialer Ansätze - einen Ansatz für Jede der zu-

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lässigen zeitlich festgelegten Stellungen - welche alternativ entweder mit ähnlichen Ansätzen auf dem ständig rotierenden Teil im eingekuppelten Zustand der Kupplung in Eingriff stehen oder mit stationären Ansätzen an dem stationären Gehäuse im ausgekuppelten Zustand der Kupplung. Der Nabenteil wird in Längsrichtung längs der angetriebenen Welle durch das Zusammenwirken zwischen in einem Satz rotierender Schneidenteile und einem nicht rotierenden, aber auf einen Auslösebefehl hin in Längsrichtung verschiebbaren Steuerschneidenteil verschoben. Die rotierenden Schneidenteile erstrecken sich in radialer Richtung aus von einem zusätzlichen Nabenteil, welcher über ein Lager mit dem verschiebbaren Nabenteil verbunden ist, so daß er sich gegenüber diesem verschiebbaren Nabenteil frei drehen kann, jedoch zwangsläufig sich in Längsrichtung mit diesem bewegt. Dieser zusätzliche Nabenteil ist so durch Keile mit dem ständig rotierenden Teil verbunden, daß er sich mit diesem Teil dreht und in Längsrichtung gegenüber diesem Teil verschoben werden kann.

Diese und andere Aufgaben, Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden verständlicher aus der nachstehenden Beschreibung einer bestimmten Ausführungsform im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Kupplungsvorrichtung als Ausführungsform der Erfindung.

Pig. 2 ist ein Längsschnitt durch die Kupplung der Fig. 1 im eingekuppelten Zustand.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch die Kupplung der Fig. 1 im ausgekuppelten Zustand.

Fig. k ist eine Draufsicht der Kupplung der Fig. 2.

Fig. 5 ist eine Draufsicht der Kupplung der Fig. 3.

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Fig. 6 ist eine schematische Darstellung und zeigt den Eingriff des Schneidenteils.

Die Kupplungsvorrichtung enthält ein Gehäuse 10, ein ständig rotierendes Teil 12, das hier als in der Richtung A sich drehendes Antriebszahnrad gezeigt ist und eine angetriebene Welle 1*1, die in geeigneter Weise bei l*la und l*lb gelagert ist. In einer Waffe vom Gatling-Typ kann das Antriebszahnrad 12 seine Leistung von dem rotierenden Rohrbündel erhalten. Die angetriebene Welle 1*1 kann die Zahnradanordnung zur Munitionszufuhr antreiben. Die angetriebene Welle 1*1 enthält einen Teil mit einem kreisförmigen Querschnitt und einen Teil 18 mit zwei diametral gegenüberliegenden ebenen Flächen 20. In dem Teil 18 der Welle I¹I sind zwei in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Sätze 22, 2*1 oder Paare von diametral gegenüberliegenden RastVertiefungen ausgebildet.

Das Antriebszahnrad 12 enthält einen Nabenteil 26, einen Radscheibenteil 28, einen Zahnringteil 33 und einen Zwischennabenteil 32, der sich in Längsrichtung von dem Radscheibenteil 28 aus erstreckt. Eine Vielzahl von Sätzen von Kerben 3*1 sind vorhanden, wobei Jeweils eine Kerbe für jede gewünschte Verriegelungsstellung dient. Jeder Satz enthält einen tiefen, in Drehrichtung vorn liegenden Kerbenteil 36 mit einer vorderen Fläche 38, einer hinteren Fläche *IO und einen flachen hinteren Kerbenteil 42 mit einer vorn liegenden schrägen Fläche *1*J und einer hinteren Fläche *»6. Der Nabenteil 26 ist durch ein aus zwei Teilen bestehendes Lager **8 an der Welle 1*1 drehbar gelagert .

Eine Kupplungsnabenanordnung 50 ist auf dem Teil 18 der angetriebenen Welle 1*1 angebracht und enthält eine Gleitnabe 52 und einen flanschartigen Teil (vane) 5*t. Der Gleitnabenteil 52 hat einen Nabenkörper 56 mit einer mittleren Bohrung 58. Der Querschnitt dieser Bohrung 58 paßt auf den Wellenteil 18 und der Nabenteil 52 ist dadurch mit dem Wellente:*¹ *" ^τ*^γ-

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keilt. Vier Verr^gelungsarme oder Ansätze 60 erstrecken sich in radialer Richtung von dem Nabenkörper 56 aus und haben jeweils eine hintere Fläche 62. Der Planschteil 54 enthält einen Nabenteil 64, von dem sich vier Arme oder Ansätze 66 in radialer Richtung erstrecken, an deren vorderer Fläche jeweils eine Schneidenkante 68 ausgebildet ist. Der Nabenteil 64 ist auf dem Gleitnabenteil 56 durch ein zweiteiliges Lager 69 gelagert und ist mit diesem durch eine mit vier Maschinenschrauben 72 an der Nabe befestigte Scheibe 70 verbunden. Zwei diametral entgegengesetzte radiale Bohrungen sind in dem Nabenteil 56 vorhanden. Sie sind jeweils mit Gewinde versehen, um zwei federnde Kugelrastanordnungen 74 aufzunehmen. Die Kugelrastanordnungen 74 sind so eingerichtet, daß sie alternativ im Eingriff mit dem Vertiefungssatz 22 oder 24 stehen. Daher wird die Nabenanordnung 50 entweder in der voll eingekuppelten oder der voll ausgekuppelten Stellung bezüglich der lage zur Welle 14 gehalten. Die Nabe 52 kann sich in Längsrichtung frei gegenüber der Welle 14 verschieben mit der Beschränkung durch das Einrasten in den Vertiefungen 22 oder 24. Sie ist jedoch an einer Drehung gegenüber der Welle verhindert.

An dem Gehäuse 10 ist außen eine runde Magnetspule 80 befestigt. Der Armaturteil 82 der Spule 80 erstreckt sich durch das Gehäuse 10 hindurch und ein Ende eines Armes 84 ist an ihm befestigt. Das körperferne Ende des Arms 84 hat eine Nut 86. Eine Gleitstange 88 ist so in eine Nut eingefügt, daß sie sich in Richtung des Gehäuseinneren hin und her bewegen kann. Ein Ende der Gleitstange 88 hat einen Stift 90, der im Eingriff mit der Nut 86 steht. Das körperferne Ende der Gleitstange 88 hat einen schneidenförmigen Teil 92, der sich von diesem Ende aus erstreckt und so geformt ist, daß er mit den schneidenförmigen Enden 68 der Flanscharme 66 zusammenwirken kann. Eine Feder 94 ist zwischen den Arm 84 und das Gehäuse 10 eingefügt, um den Schneidenteil 92 in Richtung des Zahnkranzes 30 vorzuspannen. Das Gehäuse enthält auch einen vorstehenden Block 96 mit einer Ausnehmung (shoulder cut-out) 98, die so eingerichtet

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ist, daß sie an den Vorderflächen 62 der Ansatzstücke 60 anliegt und sie aufhält,wenn der Nabenteil 52 von dem Zahnring weggeschoben wird, wie es in den Fig. 3 und 5 gezeigt ist, und von den Ansatzstücken 60 freikommt, wenn der Nabenteil 52 auf den Zahnring 30, entsprechend Fig. 2 und 4, zu verschoben wird.

Ein vollständiger Zyklus des Einkuppeins und Auskuppeins kann wie folgt beschrieben werden:

1. Es wird angenommen, daß zunächst ein ausgekuppelter Zustand vorliegt. Das Antriebszahnrad 12 dreht sich ständig und der Flansch 54, dessen Arme 66 Jeweils in den Nuten 36 des Antriebszahnrades 12 festgehalten werden, dreht sich ebenfalls ständig. Der Kupplungsnabenteil 52 ist von dem Antriebszahnrad 12 entfernt und ein Ansatz 60 ist durch den Ansatzteil 98 gegen Drehung verriegelt.

2. Die Spule 80 wird angeschaltet, um das Steuerschneidenteil von dem Zahnrad 12 weg zu bewegen. Während der Längsbewegung der Schneide 92 sind drei Wechselwirkungen möglich:

a) Wenn die Vorderkante des Schneidenteils 68 des nächstliegenden Arms 62 des kontinuierlich sich drehenden Flansches 54 an der Vorderkante des Steuerschneidenteils 92 vorbeigegangen ist, bevor der Steuerschneidenteil die Ebene der Vorderkante des Flansches 54 entsprechend Fig. 6a erreicht hat, dann wird die Schneidenkante 68 des rotierenden Flansches den Steuerschneidenteil 92 gegen die Kraft der Spule 8O, wie in Fig. 6B gezeigt, solange zurückschieben, bis die Schneidenkante 68 pn der Steuerschneide 92 vorbeigegangen ist. Dann wird die Spule 80 in der Lage sein, den Steuerschneidenteil 92 weiter, »*ie in Fig. 6C gezeigt, von dem Zahnrad wegzuschieu^w bis in die Stellung, die einen Eingriff bewirkt. Das Teil 92 liegt dabei an der Schulter 102, wie in

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Fig. 6D gezeigt, und zwar vor der Ankunft des nächsten Arms 66 des Planschteils.

b) Wenn die nächstliegende Schneide 68 des rotierenden Flanschteils vollständig an dem Steuerschneidenteil 92 vorbeigegangen ist, wird die Magnetspule 80 in der Lage sein, den Steuerschneidenteil vor der Ankunft des nachsten Arms des Flanschteils von dem Zahnrad 30 hinweg in die Stellung zur Bewirkung des Eingriffs zu verschieben.

c) Wenn der nächstliegende Schneidenteil 68 des rotierenden Flanschteils und das Steuerschneidenteil 92 mit ihren Schneidenkanten aufeinandertreffen, müssen sie entweder auf die eine Seite oder auf die andere Seite ausweichen und es findet eine Wechselwirkung nach a) oder b) statt.

Wenn der Steuerschneidenteil 92 seinen Weg von dem Antriebszahnrad 30 weg beendet hat und in der Stellung zur Bewirkung des Eingriffs ist, dient eine Seite des Keils als Keilfläche (camming surface) für die nächstliegende Schneide 68 des rotierenden Flansches, um den Flansch in Längsrichtung auf das Antriebszahnrad zu zu verschieben. Da der Nabenteil 52 und der Flanschteil 54 geger^elative Längsverschiebung verkeilt sind, muß der Nabenteil 52 sich ebenfalls in Längsrichtung auf das Antriebszahnrad zu verschieben, so daß sein verriegelter Ansatz 60 sich von der Anlegekante 98 weg verschiebt. Wenn der verriegelte Ansatz infolge der Kurvenscheibenwechselwirkung zwischen dem Steuerteil und dem Schneidenteil des Flanschteils vollständig von der Anschlagfläche 98 weg verschoben ist, sind die Ansatzteile jeweils in vollständiger Übereinstimmung mit den Auflageflächen k6, welche in Eingriff kommen und die Ansatzteile und den zugehörigen Nabenteil und die damit verkeilte Welle I¹J drehen. Die Federrasterungen 7^ rasten in die Ausnehmungen ' *»■*-■, um eine Schwingung der Nabe in Längsrichtung zu verhindern.

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4. Um die Kupplung auszukuppeln, wird das Steuersignal von der Magnetspule weggenommen und die Rückholfeder 94 beginnt den Steuerschneidenteil 92 auf das Antriebszahnrad 12 zu zu bewegen. Mit der Längsbewegung des Schneidenteils 92 sind die. drei weiter oben unter 2 a), b) und c) beschriebenen Wechselwirkungen möglich.

5. Wenn der Steuerschneidenteil 92 seine Bewegung zu dem Antriebszahnrad 12 beendet hat und sich in der Stellung zur Bewirkung des Auskuppeins befindet, liegt er an der Anschlagfläche 102 an und die andere Seite des Keils 92

fc dient als Kurvenseheibenflache für den nächstliegenden Schneidenteil 68 des rotierenden Flanschteils, um den Flanschteil in Längsrichtung von dem Zahnrad 12 weg zu bewegen. Da die Nabe 52 und der Flanschteil 54 gegen relative Längsverschiebung gegeneinander verriegelt sind, muß sich der Nabenteil 52 ebenfalls in Längsrichtung von dem Antriebszahnrad 12 weg bewegen. Daher verschiebt sich jeder seiner im Eingriff befindlichen Ansatzteile 60 von der jeweiligen Anlagefläche 46 weg. Wenn die Ansatzteile 60 vollständig von den Anlageflächen 46 weggeschoben sind und dadurch die Nabe 52 von dem Antriebszahnrad 12 entkuppelt ist, liegt ein Ansatzteil 60 an der Anlagefläche 98 an und stoppt die Drehung des Nabenteils 52. Die federnden Raste-

W rungen 74 kommen in Eingriff mit den Vertiefungen 22 und verhindern dadurch eine Schwingung des Nabenteils in Längsrichtung. Das Antriebszahnrad 12 und der Flanschteil 54 drehen sich weiter, die angetriebene Welle 14 steht.

Für den Fall, daß hohe Drehträgheitsmomente in Bewegung gesetzt und angehalten werden sollen, kann es erwünscht sein, durch Federn vorgespannte Puffer (nicht gezeigt) in den Ansatzteilen, auf den verschiebbaren Nabenteilen oder der Anlagefläche 98 anzuordnen, um die Auswirkungen der vorhandenen hohen Beschleunigungskräfte abzudämpfen.

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Um ein unbeabsichtigtes Einkuppeln durch die Handhabung des Gerätes oder Vibration zu verhindern, wird in wirksamer Weise eine Blockierungsfläche 106 auf dem sich drehenden angetriebenen Zahnrad 12 vorgesehen. Diese verhindert eine Längsverschiebung der Nabe aus der eingekuppelten Stellung bei allen Drehstellungen des Zahnrades mit Ausnahme der Fläche des normalen Einkuppeins. Während dieser Zeiten wird die Stellung des Nabenteils in Längsrichtung durch die Wechselwirkung zwischen dem Steuerschneidenteil 92 und den Schneidenteilen 68 beherrscht. Eine ähnliche Verriegelungsfläche 108 wird in wirksamer Weise an dem Gehäuse 10 vorgesehen, um ein Auskuppeln der Kupplung durch andere Ursachen außer der Steuerung durch die Wechselwirkung zwischen den Schneidenteilen zu verhindern. Wenn es erwünscht ist, ein Spiel beim Auskuppeln zu verhindern, kann ein mit Federn gespannter Teil (dog) (nicht gezeigt) an dem Gehäuse unmittelbar benachbart zu der Anschlagfläche 98 vorgesehen werden, welches dadurch mit der Annäherung dieses Teils an die Oberfläche 98 weggeschoben wird und hinter dem Teil einschnappt, um ihn gegen die Oberfläche zu verriegeln.

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Claims

2 U 4 ? J υ 5 - ίο -

Ansprüche

[ 1.j Kupplungsvorrichtung mit einer drehbar gelagerten Längswelle, einem auf der Längswelle zur Drehung mit derselben und zur Hin- und Herbewegung in Längsrichtung befestigten Kupplungsteil, einem von außen angetriebenen Antriebsteil, uer drehbar um die Welle gelagert ist sowie eine stationäre Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß er umfaßt:

auf dem Antriebsteil (12) angebrachte erste Ansatzvorrichtungen (3¹I)₃ auf dem stationären Teil (10) angebrachte zveLte Ansätζvorrichtung (96, 98), auf dem Kupplungsteil (50) angebrachte dritte Ansatzvorrichtungen (60), die so ausgebildet sind, daß sie bei einer ersten Stellung des Kupplungsteils (50) in Längsrichtung auf der Welle (14) mit den ersten Ansatzvorrichtungen (3*0 In Eingriff kommen und eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Antriebsteil (12) und der Welle (1*1) herstellbar ist, und bei einer zweiten Längsstellung des Kupplungsteil (50) auf der Welle mit den zweiten Ansatzvorrichtungen (96, 98) in Eingriff sind, wodurch die stationäre Vorrichtung (10) die Welle (14) anhält und eine Betätigungsvorrichtung, die enthält: eine Flanschvorrichtung (5*0, die an das Kupplungsteil (50) zur Längsverschiebung mit demselben längs der Welle (1*0 gekoppelt ist und sich frei gegenüber dem Kupplungsteil drehen kann und zur Drehung mit dem Antriebsteil (12) gekoppelt ist und sich frei in Längsrichtung relativ zu diesem Teil bewegen kann, wobei der Planschteil einen sich von diesem aus erstreckenden Ansatz (66) besitzt, mit einer Schneidenkante (68) an seinem körperfernen Ende, einen auf der stationären Vorrichtung (10) gehalterten Schneidenteil (92), der sich zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung bewegen kann, wobei das Schneidenteil (92) In der ersten Stellung sich in dem Laufweg des Schneidenteils (68) am Ansatz (66) dee Flanschteils befindet, wenn die dritte Ansät ζ vorrichtung (60) iia Eingriff mit der ersten

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Ansatzvorrichtung (3*0 steht und so beschaffen ist, daß sie mit dieser Schneidenkante (68) an dem Ansatz(66) des Flanschteils in Eingriff kommen und diesen in Längsrichtung auf die zweite Ansatzvorrichtung (96, 98) hin verschieben kann, uodurch die dritte Ansatzvorrichtung (60) sich von der ersten Ansatzvorrichtung (3*0 löst und mit der zweiten Ansatzvorrichtung (96, 98) in Eingriff kommt und das Schneidenteil (92) in seiner zweiten Stellung sich im Laufweg des Schneidenteils (68) an dem Ansatz (66) des Flanschteils befindet, wenn die dritte Ansatzvorrichtung (60) im Eingriff mit der zweiten Ansatzvorrichtung (96, 98) steht und dann in Eingriff mit diesem Schneidenteil (68) des Flanschteils kommen kann und ihn in Längsrichtung auf die erste Ansatzvorrichtung (3¹O zu verschieben kann, wodurch die dritte Ansatzvorrichtung (60) außer Eingriff mit der zweiten Vorrichtung (96, 98) kommt und in Eingriff mit der ersten Ansätζvorrichtung (3*0 kommt.
2. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Antriebsteil (12) mit einer Vielzahl von in gleichem Winkelabstand voneinander angeordneten ersten Ansatzvorrichtungen (3¹O versehen ist, der Kupplungsteil (50) mit einer gleichen Vielzahl von in gleichem Winkelabstand angeordneten Ansatzvorrichtungen (60) ausgestattet ist, und

der Flanschteil (5¹J) mit einer gleichen Vielzahl von in gleichem Winkelabstand angeordneten Ansatzstücken (66) mit jeweiligen schneidenförmigen körperfernen Teilen (68) ausgestattet ist.
3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , uaß der Antriebsteil ein Zahnrad (12) umfaßt und die ersten Ansatzteile (34) sich in Längsrichtung von diesem Teil aus erstrecken.

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4. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Antriebsteil ein Zahnrad (12) umfaßt, welches einen ringförmigen Nabenteil (32) aufnimmt, der sich in Längsrichtung zu diesem Antriebsteil erstreckt und in einem Abstand von der Welle (1*0 befindet und die ersten Ansatζvorrichtungen (3*0 jeweils eine Längsnut in dem Nabenteil erhalten werden.
5. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Längsnuten (3¹O in dem Nabenteil (32) einen ersten Teil (36) enthält, der zur Aufnahme eines entsprechenden Ansatzteils (66) des Planschteils (5*1) ausgeformt ist und einen zweiten Teil (42) zur Aufnahme eines entsprechenden dritten Ansatzteils (60) des Kupplungsteils.
6. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß jede der Längsnuten (3¹J eine in die Nut hineinführende schräge Fläche (44) besitzt.
7. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie weiterhin eine Steuervorrichtung (80) enthält, die nachgebend mit dem Schneidenteil (92) zur Bewegung des Teils zwischen der ersten und zweiten Stellung verbunden ist.
8. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie weiterhin eine Vorrichtung (74, 22, 24) zur Verhinderung der Längsbewegung des Schneidenteils über die erste und zweite Stellung hinaus enthält.
9. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Vorrichtung (106) zur Verhinderung der Längsbewegung des Planschteils während gewisser Drehstellungen aufweist, die während der übrigen Drehstellungen wirkungslos ist.

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