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BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der US Anmeldung mit der Nummer US 13/752 622, auf deren Inhalt in Gänze Bezug genommen wird.
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HINTERGRUND
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Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich generell auf einen Heckumwerfer für ein Fahrrad. Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Heckumwerfer, welcher mit einem Reibelement zwischen dem beweglichen Element und der Kettenführung bereitgestellt ist.
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Hintergrundinformationen
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Ein typischer Fahrradheckumwerfer wird dazu verwendet, um selektiv eine Kette von einem von einer Vielzahl von Ritzeln auf ein anderes zu bewegen, zum Wechsel der Gänge des Fahrrades. Ein typischer Fahrradheckumwerfer weist ein Basiselement auf, welches dazu geeignet ist an den Fahrradrahmen montiert zu werden, ein bewegliches Element welches beweglich an das Basiselement gekoppelt ist und eine Kettenführung, welche an das bewegliche Element gekoppelt ist. Die Kettenführung greift so in die Kette ein bzw. führt diese, dass sie selektiv die Kette unter der Vielzahl von Ritzeln wechseln kann, wenn sich das bewegliche Element in Bezug auf das Basiselement bewegt.
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Die Kettenführung eines Heckumwerfers ist für gewöhnlich drehbar an das bewegliche Element montiert und ist in einer Uhrzeigerrichtung so federvorgespannt, dass die Kettenführung den Durchhang der Kette aufnehmen bzw. ausgleichen kann, wenn die Kette in Eingriff mit den Ritzeln gebracht wird, welche einen kleineren Durchmesser aufweisen. Jedoch kann Fahren durch unebenes Gelände bzw. über Sprünge oder auch Schläge die Kettenführung dazu veranlassen, sich entgegen der Uhrzeigerrichtung zu drehen, was einen ungewünschten Durchhang der Kette zur Folge hat. Um dies zu verhindern wurden bei einigen Umwerfern Bewegungshemmungsstrukturen hinzugefügt. Ein Beispiel einer Bewegungshemmungsstruktur ist in der US Anmeldung mit der Nummer US 2009/005 41 83 A1 offenbart. Wie dort gezeigt umfasst ein Fahrradumwerfer ein Basiselement, welches dazu geeignet ist an ein Fahrrad montiert zu werden, ein bewegliches Element, welches beweglich an das Basiselement gekoppelt ist und eine Kettenführung, welche an das bewegliche Element gekoppelt ist. Die Kettenführung ist zur Drehung um eine Rotationsachse gekoppelt und ein Vorspannelement spannt die Kettenführung in einer ausgewählten Drehrichtung um die Rotationsachse vor. Eine drehwiderstandaufbringende Einheit bringt einen Widerstand für die Drehbewegung der Kettenführung in einer Richtung entgegengesetzt der ausgewählten Drehrichtung auf und eine Einstelleinheit stellt einen Betrag bzw. eine Größe des Widerstands ein, welcher durch ein Reibelement der drehwiderstandaufbringenden Einheit aufgebracht wird.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Generell bezieht sich die vorliegende Erfindung auf verschiedene Merkmale eines Fahrradheckumwerfers.
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In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Heckumwerfer vorgeschlagen, welcher im Wesentlichen ein Basiselement, ein bewegliches Element, eine Kettenführung, ein Reibelement, eine Rutschkupplung bzw. Einwegkupplung und einen elektrischen Aktuator umfasst. Das Basiselement ist dazu konfiguriert und vorgesehen an ein Fahrrad montiert zu werden. Das bewegliche Element ist beweglich an das Basiselement gekoppelt. Die Kettenführung ist an das bewegliche Element gekoppelt, um herum um eine Rotationsachse in Bezug auf das bewegliche Element zu drehen. Das Reibelement ist wirkangeordnet zwischen dem beweglichen Element und der Kettenführung um reibend bzw. mit Hilfe einer Reibkraft einen Drehwiderstand in einer ersten Drehrichtung der Kettenführung bereitzustellen. Die Rutschkupplung ist wirkangeordnet zwischen dem beweglichen Element und der Kettenführung, um in das Reibelement einzugreifen bzw. mit diesem zusammen zu wirken, wenn die Kettenführung in der ersten Drehrichtung dreht. Der elektrische Aktuator ist wirkgekoppelt an die Einwegkupplung, um die Einwegkupplung zwischen einem Kupplungsmodus bzw. gekuppelten Modus und einem Entkupplungsmodus bzw. entkuppelten Modus zu steuern.
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In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Heckumwerfer gemäß dem ersten Aspekt so konfiguriert, dass der elektrische Aktuator an dem beweglichen Element montiert ist.
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Bevorzugt ist der Heckumwerfer so konfiguriert, dass der elektrische Aktuator einen Motor mit einer Abtriebswelle sowie einen Modusschaltpart aufweist, welcher wirkgekoppelt an die Abtriebswelle des Motors ist, um die Rutschkupplung zwischen dem gekuppelten Modus und dem entkuppelten Modus zu schalten.
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Bevorzugt ist der Heckumwerfer so konfiguriert, dass der elektrische Aktuator weiterhin eine Untersetzungseinheit aufweist, welche die Abtriebswelle des Motors mit dem Modusschaltpart verbindet.
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Bevorzugt ist der Heckumwerfer so konfiguriert, dass der elektrische Aktuator einen Modusschaltpart und eine Spule aufweist, welche wirkgekoppelt ist an den Modusschaltpart, um die Rutschkupplung zwischen dem gekuppelten Modus und dem entkuppelten Modus zu schalten.
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Bevorzugt ist der Heckumwerfer so konfiguriert, dass der elektrische Aktuator einen mit der Spule verbundenen Halter aufweist, sich bewegend in einer Richtung parallel zu der Erstreckungsrichtung der Rotationsachse und so dass der Modusschaltpart einen Steuerring aufweist, wobei der Steuerring um die Rotationsachse dreht, wenn die Spule den Halter in der Richtung parallel zur Erstreckungsrichtung der Rotationsachse bewegt.
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Bevorzugt ist der Heckumwerfer so konfiguriert, dass der elektrische Aktuator weiterhin eine Nockenstruktur aufweist, welche zumindest an einem von dem Steuerring und dem Halter ausgebildet ist.
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Bevorzugt ist der Heckumwerfer so konfiguriert, dass die erste Drehrichtung eine Drehrichtung im Gegenuhrzeigersinn der Kettenführung herum um die Rotationsachse ist, wenn entlang der Rotationsachse des beweglichen Elements von einer vom Fahrradrahmen weg gerichteten Seite gesehen.
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Bevorzugt weist der Heckumwerfer ein Vorspannelement auf, welches das bewegliche Element hin zu einer niedrigen Schaltposition in Bezug auf das Basiselement vorspannt.
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Der Heckumwerfer gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst weiterhin einen Schaltmotor, welcher wirkgekoppelt an das bewegliche Element ist, um das bewegliche Element in einer Seitenrichtung in Bezug auf das Basiselement zu bewegen.
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Der Heckumwerfer gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst weiterhin einen mit dem elektrischen Aktuator verbundenen Kontroller, um den elektrischen Aktuator zwischen einer ein- bzw. gekuppelten Position, welche die Rutschkupplung in den ein- bzw. gekuppelten Modus steuert und einer entkuppelten Position, welche die Rutschkupplung in den entkuppelten Modus steuert, ansteuert.
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Bevorzugt ist der Heckumwerfer so konfiguriert, dass der Kontroller den elektrischen Aktuator von der gekuppelten Position in die entkuppelte Position steuert, wenn sich die Kettenführung in einer seitlichen Richtung in Bezug auf das Basiselement von einer ersten Schaltposition in eine zweite Schaltposition bewegt.
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Bevorzugt ist der Heckumwerfer so konfiguriert, dass der Kontroller den elektrischen Aktuator in die eingekuppelte Position steuert, wenn die Kettenführung nicht geschalten wird.
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Der Heckumwerfer ist so konfiguriert, dass der Kontroller wiederholt versucht den elektrischen Aktuator in die entkuppelte Position zu steuern, nach Ablauf eines festgelegten Zeitintervalls ohne dass ein Signal empfangen wird, welches an das eine folgende Schaltposition erreicht wurde, nach dem ein Gangwechselbefehl ausgegeben wurde.
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Bevorzugt ist der Heckumwerfer so konfiguriert, dass der Kontroller wiederholt versucht, den elektrischen Aktuator in den gekuppelten Zustand zu steuern, wenn ein Strom des elektrischen Aktuators detektiert wird, welcher über einem eingestellten Stromlevel liegt, das während eines Gangwechsels auftritt.
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Bevorzugt weist der Heckumwerfer weiterhin einen Aktuatorpositionssensor auf, welcher angeordnet ist, um eine Betätigungsposition des elektrischen Aktuators zu detektieren. Der Kontroller stellt eine Ausgangsspannung zu einem Schaltmotor ein bzw. verändert diese, welcher wirkgekoppelt ist an das bewegliche Element, um das bewegliche Element in einer lateralen Richtung bzw. Seitenrichtung in Bezug auf das Basiselement zu bewegen, wenn der Aktuatorpositionssensor angibt, dass die Betätigungsposition des elektrischen Aktuators die eingekuppelte Position ist, während eines Schaltvorgangs.
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Der Heckumwerfer gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst weiterhin einen Aktuatorpositionssensor, der dazu angeordnet ist eine Betätigungsposition des elektrischen Aktuators zu detektieren. Der Kontroller betätigt bzw. steuert den elektrischen Aktuator aus der eingekuppelten Position in die entkuppelte Position, wenn der Aktuatorpositionssensor angibt, dass die Betätigungsposition des elektrischen Aktuators die eingekuppelte Position ist, nach dem ein Gangwechselbefehl ausgegeben wurde.
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Bevorzugt ist der Heckumwerfer so konfiguriert, dass der Kontroller wiederholt versucht, den elektrischen Aktuator von der eingekuppelten Position in die endkuppelte Position zu steuern, wenn der Aktuatorpositionssensor angibt, dass die Betätigungsposition des elektrischen Aktuators die eingekuppelte Position ist.
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Bevorzugt ist der Heckumwerfer so konfiguriert, dass der Kontroller einen Hinweis ausgibt, dass der elektrische Aktuator gestört ist, wenn eine eingestellte Anzahl von Versuchen erreicht wird.
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Bevorzugt ist der Heckumwerfer so konfiguriert, dass der Kontroller den elektrischen Aktuator von der eingekuppelten Position in die entkuppelte Position steuert, wenn die Fahrradgeschwindigkeit unter einer eingestellten Geschwindigkeit liegt.
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Andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile des offenbarten Heckumwerfers werden dem Fachmann von der nachfolgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, welche in Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen ausgewählte Ausführungsformen des Heckumwerfers offenbart.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, welche einen Teil dieser Originaloffenbarungen bilden:
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1 ist eine Seitenansicht eines Fahrrades, welches eine Vielzahl von Heck-Ritzeln und einen Fahrradheckumwerfer umfasst, in Übereinstimmung mit einer dargestellten Ausführungsform;
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Lenkstangenbereiches des in 1 dargestellten Fahrrades, mit einem Kontroller und Schaltern, welche an eine gerade Lenkstange bzw. Mountainbike Lenkstange montiert sind;
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3 ist eine vergrößerte partielle Seitenansicht eines Abschnittes des in 1 dargestellten Heckumwerfers;
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4 ist eine perspektivische Ansicht von einer dem Rahmen gegenüberliegenden Richtung des in 3 dargestellten Heckumwerfers, wobei der Heckumwerfer in der niedrigen Betätigungsposition ist, wenn eine Kette nicht in Eingriff steht;
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5 ist eine Draufsicht des äußeren Viergelenk und der inneren Komponenten der Motoreinheit des in 3 und 4 dargestellten Heckumwerfers;
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6 ist eine partielle Seitenansicht eines hinteren Abschnittes des in 3 und 4 dargestellten Heckumwerfers, wobei ein Abdeckelement des beweglichen Elements entfernt ist;
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7 ist eine partielle Schnittansicht des beweglichen Elements des in 3 und 4 dargestellten Heckumwerfers;
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8 ist eine perspektivische Ansicht eines Rollenkäfigs der Einweg- bzw. Rollenkupplung des in 3 und 4 dargestellten Heckumwerfers;
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9 ist eine Querschnittsansicht des Rollenkäfigs des in 3 und 4 dargestellten Heckumwerfes;
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10 ist eine perspektivische Ansicht des Reibelements aus einer dem Rahmen gegenüberliegenden Seite, wobei die Rutschkupplung und der elektrische Aktuator des in 3 und 4 dargestellten Heckumwerfers zu sehen sind;
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11 ist eine Seitenansicht des Reibelements aus einer dem Rahmen gegenüberliegenden Richtung, wobei die Rutschkupplung und der elektrische Aktuator dargestellt in 10 mit der Rutschkupplung in einem eingekuppelten Modus dargestellt sind;
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12 ist eine Seitenansicht des Reibelements aus einer dem Rahmen gegenüberliegenden Seite, wobei die Rutschkupplung und der in 9 und 10 dargestellte elektrische Aktuator mit der Rutschkupplung in einem entkuppelten Modus dargestellt sind;
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13 ist eine partiell vergrößerte perspektivische Ansicht eines Abschnittes des Rollenkäfigs der Rutschkupplung und ein Abschnitt des Modusschaltparts in welcher die Rutschkupplung in den eingekuppelten Modus befindlich ist.
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14 ist eine partiell vergrößere Querschnittansicht eines Abschnitts des Rollenkäfigs der Rutschkupplung und eines Abschnittes des Modusschaltpartes in welchem die Rutschkupplung in einem eingekuppelten Modus befindlich ist;
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15 ist eine partiell vergrößerte perspektivische Ansicht eines Abschnittes des Rollenkäfigs der Rutschkupplung und eines Abschnitts des Modusschaltparts, in welchem die Rutschkupplung in den entkuppelten Modus befindlich ist;
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16 ist eine partiell vergrößerte Querschnittansicht eines Abschnittes des Käfigs der Rutschkupplung und eines Abschnittes des Modusschaltparts, in welchem die Rutschkupplung in dem entkuppelten Modus befindlich ist;
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17 ist eine perspektivische Ansicht des elektrischen Aktuators mit einem alternativen Modusschaltpart von einer gegenüberliegenden Seite des Rahmens gesehen, zum Schalten der Rutschkupplung zwischen dem entkuppelten Modus und dem gekuppelten Modus;
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18 ist eine vereinfachte Ansicht des elektrischen Aktuators mit dem alternativen Modusschaltpart, in welcher die Rutschkupplung in dem eingekuppelten Modus befindlich ist;
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19 ist eine vereinfachte Ansicht des elektrischen Aktuators mit dem alternativen Modusschaltpart, in welcher die Rutschkupplung in dem entkuppelten Modus befindlich ist;
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20 ist ein erstes Flussdiagram, zeigend exemplarische Steuerungsvorgänge, welche durch den Kontroller des Heckumwerfers ausgeführt werden;
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21 ist ein zweites Ablaufdiagram, zeigend exemplarische Steuerungsvorgänge, welche durch den Kontroller des Heckumwerfes ausgeführt werden;
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22 ist ein drittes Flussdiagramm, zeigend exemplarische Steuerungsvorgänge, welche durch den Kontroller des Heckumwerfers ausgeführt werden; und
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23 ist ein viertes Flussdiagramm, zeigend exemplarische Steuerungsvorgänge, welche durch den Kontroller des Heckumwerfers ausgeführt werden,
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausgewählte Ausführungsformen werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt. Es ist dem Fachmann von dieser Offenbarung ersichtlich, dass die im Folgenden gegebenen Beschreibungen der Ausführungsformen zu Illustrationszwecken allein gegeben werden und nicht zum Zwecke der Begrenzung bzw. Limitierung der Erfindung, wie diese durch die beigefügten Ansprüche und derer Äquivalente definiert ist.
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Unter anfänglicher Bezugnahme auf 1 ist ein Fahrrad 10 dargestellt, welches einen Heckumwerfer 12 in Übereinstimmung mit einer dargestellten Ausführungsform aufweist. In der dargestellten Ausführungsform ist der Heckumwerfer 12 ein elektrisch gesteuerter Umwerfer, welcher ein Teil eines Fahrradantriebsstrangs 12 ist. Der Antriebsstrang 12 weist im Wesentlichen einen vorderen Kurbelsatz 16, einen elektrisch gesteuerten vorderen Umwerfer 18, einen Satz von hinteren Ritzeln 20 und eine Kette 22 auf.
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Wie zu sehen in 2 ist eine Fahrradsteuereinheit 24 an eine Lenkstange 26 des Fahrrades 10 montiert. Die Fahrradsteuereinheit 24 ist elektrisch mit dem Heckumwerfer 12 und dem vorderen Umwerfer 18 verbunden, zur Ausgabe von Befehlen oder Steuersignalen, um den Heckumwerfer 12 und den vorderen Umwerter 18 zu steuern bzw. betätigen. Ein elektrischer Schalter 28 ist an die Lenkstange 26 zur Betätigung des Heckumwerfers 12 auf entweder direkte Weise oder vermittels der Fahrradsteuerungseinrichtung 24 montiert. Ein elektrischer Schalter 30 ist die Lenkstange 26 befestigt, um den vorderen Umwerter 18 entweder direkt oder vermittels der Fahrradsteuerungseinheit 24 zu betätigen. Während die elektrischen Schalter 28 und 30 elektrisch mit der Fahrradsteuerungseinheit 24 verbunden sind, zum Ausgeben von Befehlen oder Steuersignalen an die Fahrradsteuerungseinheit 24, können die elektrischen Schalter 28 und 30 so konfiguriert sein, dass sie jeweils drahtlos mit der Fahrradsteuerungseinheit 24 und/oder dem Heckumwerfer 12 oder dem vorderen Umwerter 18 kommunizieren.
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Die Fahrradsteuerungseinheit 24 interpretiert und führt Anweisungen (Daten, Signale und Befehle) der verschiedenen Programme und Hardware aus, um die Betätigung des Heckumwerfers 12 und des vorderen Umwerfers 18 sowie anderer Komponenten wie benötigt und/oder gewünscht zu dirigieren bzw. steuern. Die Fahrradsteuerungseinheit 24 weist einen Mikrocomputer auf, welcher einen Prozessor und einen Speicher aufweist, zur Bearbeitung der verschiedenen Signale von verschiedenen Sensoren und Komponenten des Fahrrads 10. Während die Fahrradsteuerungseinheit 24 als eine einfache, separate Einheit dargestellt ist, kann die Fahrradsteuerungseinheit 24 Teil einer anderen Komponente sein oder Teil von mehreren Komponenten sein (z. B. mehrerer Kontroller, welche an unterschiedlichen Teilen angebracht sind).
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In der dargestellten Ausführungsform weist das Fahrrad 10 weiterhin einen Geschwindigkeitssensor 32 auf, welcher an einen Abschnitt (z. B. einer Vordergabel) des Fahrrades 10 montiert ist. Der Geschwindigkeitssensor 32 detektiert einen an die Speichen des Vorderrades des Fahrrads 10 montierten Magneten 34. Der Geschwindigkeitssensor 32 kann zum Beispiel ein Hall-Effekt-Sensor oder ein Reed-(magnetischer)Schalter sein, welcher den Magneten 34 detektiert, wenn das Vorderrad des Fahrrads 10 und der Magnet 34 in der Nähe des Geschwindigkeitssensors 32 durchlaufen. Das Signal des Geschwindigkeitssensors 32 wird an die Fahrradsteuerungseinheit 24 entweder drahtlos oder vermittels eines Drahts (nicht gezeigt) ausgegeben.
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In der dargestellten Ausführungsform ist die Fahrradsteuerungseinheit 24 bevorzugt mit beiden, einem manuellen Schaltmodus und einem automatischen Schaltmodus bereitgestellt. Während der Heckumwerfer 12 und der vordere Umwerfer 18 dargestellt sind als mit der Fahrradsteuerungseinheit 24 verwendet, ist es dem Fachmann von dieser Offenbarung ersichtlich, dass die Fahrradsteuerungseinheit 24 entfernt werden kann, sodass der Heckumwerfer 12 und der vordere Umwerfer 18 direkt durch jeweils die elektrischen Schalter 28 und 30 gesteuert werden.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 3 bis 6 wird der Heckumwerfer 12 im Folgenden detaillierter diskutiert. Der Heckumwerfer 12 ist an einen hinteren Abschnitts eines Fahrradrahmens 36 durch eine Befestigungsschraube 28 auf eine konventionelle Art und Weise gesichert. Der Heckumwerfer 12 wird durch den elektrischen Schalter 28 betätigt, welcher eine Schaltbetätigungseinrichtung ist. Der elektrische Schalter 28 betätigt den Heckumwerfer 12 zwischen einer Vielzahl von Schaltzustands(Gang-)Positionen, sodass die Kette 22 durch den Heckumwerfer 12 in einer seitlichen bzw. lateralen Richtung zwischen den hinteren Ritzeln 20 bewegt wird. Der Heckumwerfer 12 ist in einer niedrigen Schaltzustands(Gang-)Position in 3 dargestellt. Wie hier verwendet bezeichnet der Begriff in ”niedrige Schaltzustands(Gang-)Position”, dass der Heckumwerfer 12 so betätigt wird, dass die Kette 22 auf dasjenige der hinteren Ritzel 20 mit der größten bzw. größeren Anzahl von Zähnen geführt wird. Wie hier weiterhin verwendet bezieht sich der Begriff in ”oberer Schaltzustands(Gang-)Position” darauf, dass der Heckumwerfer 12 in einer Betätigungsposition befindlich ist, die dem entspricht, dass die Kette 16 auf dasjenige der hinteren Ritzel 20 gesteuert wird, mit der kleinsten/geringsten bzw. kleineren Anzahl von Zähnen.
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Wie zu sehen in 3 und 4 umfasst der Heckumwerfer 12 im Wesentlichen ein Basiselement 40, ein bewegliches Element 42 und eine Kettenführung 44. Das Basiselement 40 ist dazu konfiguriert und vorgesehen an das Fahrrad 10 von mittels der Befestigungsschraube 38 befestigt zu werden. Das bewegliche Element 42 ist beweglich an das Basiselement 40 gekoppelt. Die Kettenführung 44 ist relativ konventionell und weist ein Paar von Rollen P1 und P2 auf. Die Kettenführung 44 ist an das bewegliche Element 42 gekoppelt, um sich um eine Rotationsachse A in Bezug auf das bewegliche Element 42 zu drehen. Folglich dreht die Kettenführung 44 um die Rotationsachse A in Bezug auf das bewegliche Element 42, wenn das bewegliche Element 42 zwischen den verschiedenen Schaltpositionen bewegt wird. In der dargestellten Ausführungsform weist der Heckumwerfer 12 weiterhin ein erstes oder äußeres Koppelglied 46 und ein zweites oder inneres Koppelglied 48 zur beweglichen Verbindung des beweglichen Elementes 42 an das Basiselement 40 auf. Die äußeren und inneren Koppelglieder 46 und 48 haben erste Enden, welche schwenkbar an das Basiselement 40 gekoppelt sind und zweite Enden, welche schwenkbar mit dem beweglichen Element 42 verbunden sind, um eine Viergelenkanordnung auszubilden.
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Wie am besten zu sehen in 4 weist der Heckumwerfer 12 weiterhin ein erstes Vorspannelement 50 auf, welches das bewegliche Element 52 hin zu einer niedrigen Schaltposition in Bezug auf das Basiselement 40 vorspannt. In der dargestellten Ausführungsform ist das erste Vorspannelement 50 eine Zugschraubenfeder, welche ein erstes Element 50a aufweist, welches mit dem äußeren Koppelglied 46 verbunden ist und ein zweites Ende 50b aufweist, welches mit dem inneren Koppelglied 48 verbunden ist.
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Wie zu sehen in 5 weist der Heckumwerfer 12 weiterhin einen Schaltmotor 52 auf, welcher wirkgekoppelt ist mit beweglichen Element 42 über das äußere Koppelglied 46, um das bewegliche Element 42 in einer lateralen Richtung bzw. seitlichen in Bezug auf das Basiselement 40 zu bewegen. Der Schaltmotor 52 ist ein umkehrbarer Elektromotor. Der Heckumwerfer 12 weist weiterhin einen Kontroller 54 auf, welcher die Betätigung bzw. dem Betrieb des Schaltmotors 52 steuert. Der Schaltmotor 52 ist Teil einer Motoreinheit, welche an dem Basiselement 40 montiert ist. In der dargestellten Ausführungsform weist die Motoreinheit weiterhin eine Untersetzungseinheit 56 und einen Schaltzustandspositionssensor 58 auf.
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Der Schaltmotor 52 ist an das äußere Koppelglied 46 durch die Untersetzungseinheit 56 verbunden. Insbesondere ist das äußere Koppelglied 46 mit einem Ende einer Abtriebswelle 60 der Untersetzungseinheit 56 verbunden. Eine Drehung der Abtriebswelle 60 in einer ersten oder vorwärtigen Drehrichtung bewegt das bewegliche Element 42 und die Kettenführung 44 hin zu einer oberen Schaltzustandsposition in Bezug auf das Basiselement 40. Drehung der Abtriebswelle 60 in einer zweiten oder rückwärtigen Drehrichtung, bewegt das bewegliche Element 42 der Kettenführung 44 hin zu einer unteren Schaltzustandsposition in Bezug auf das Basiselement 40. Alternativ kann das innere Kopplungsglied 46 an ein Ende einer Abtriebswelle 60 der Untersetzungseinheit 56 gekoppelt werden.
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Wie zu sehen in 5 ist der Schaltzustandssensor 58 der dargestellten Ausführungsform durch ein Positionsblendenrad und einen Doppelkanalfotointerrupter gebildet. Der Doppelkanalfotointerrupter des Schaltzustandspositionssensors 58 ist elektrisch verbunden mit dem Kontroller 54. Der Schaltzustandspositionssensor 58 generiert ein Schaltpositionssignal basierend auf einem Drehweg des Positionsblendenrades. Insbesondere wird das Positionsblendenrad durch Drehung der Untersetzungseinheit 56 gedreht, welche wiederrum durch den Schaltmotor 52 gedreht wird. Folglich ist die Drehung des Positionsblendenrades indikativ für den Betrag bzw. die Länge der Bewegung der Kettenführung 44 von der bzw. durch die Betätigung des Schaltmotors 52. Der Doppelkanalfotointerrupter hat eine Lichtquelle (z. B. eine LED) und einen Lichtdetektor (z. B. einen Fototransistor). Die Lichtquelle (z. B. eine LED) ist auf einer Seite des Blendenrades angeordnet. Der Lichtdetektor (z. B. ein Fototransistor) ist an der anderen Seite des Blendenrades angeordnet. Das Licht von der Lichtquelle dringt durch umfänglich voneinander beabstandete Öffnungen im Blendenrad, wenn das Blendenrad gedreht wird. Das durch die Öffnung im Blendenrad tretende Licht wird dann als gepulstes Licht bzw. Lichtpulse durch den Lichtdetektor detektiert, zur Feststellung des Drehweges bzw. des Umfangs der Drehbewegung der Abtriebswelle 60 durch die Untersetzungseinheit 56. Folglich generiert der Schaltzustandspositionssensor 58 ein Schaltpositionssignal und er gibt dieses an den Kontroller 54 aus. Der Schaltzustandspositionssensor 58 ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Es können andere Typen von Schaltzustandspositionssensoren verwendet werden, wie zum Beispiel Potentiometer, resistive Positionssensoren, optische Positionssensoren, Kontaktschalter, Hall-Effekt Sensoren, MR-Sensoren, etc.
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Wie zu sehen in 6 und 7 ist die Kettenführung 44 fest an eine Rotationsachse 62 befestigt, welche wiederrum drehbar mit dem beweglichen Element 42 verbunden ist. Mit anderen Worten ist die Kettenführung 44 an das bewegliche Element 42 vermittels der Rotationsachse 62 zur Drehung herum um die Rotationsachse A montiert. Für Montagezwecke ist die Rotationsachse 62 bevorzugt aus mehreren Sektionen konstruiert, welche entfernbar miteinander verbunden sind. Ebenso sind obwohl nicht gezeigt Büchsen und/oder Lager zwischen dem beweglichen Element 42 und der Rotationsachse 62 bereitgestellt.
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In der dargestellten Ausführungsform weist der Heckumwerfer 12 eine Drehwiderstandsaufbringungseinheit 68 auf, welche ein Reibelement 70 aufweist, das einen Widerstand gegen eine Drehbewegung der Kettenführung in einer zweiten Drehrichtung, entgegengesetzt der ersten Drehrichtung, aufbringt. Im vorliegenden Falle ist das Reibelement 70 ein Band-Reibelement. Bevorzugt ist der Drehwiderstand (Reibung der Drehwiderstandsaufbringungseinheit 68) einstellbar. Folglich ist in der dargestellten Ausführungsform eine Einstellschraube 72 bereit gestellt zum Zusammenpressen der freien Enden des Reibelements 70, um den gewünschten Reibwiderstand zu erlangen.
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In der dargestellten Ausführungsform ist das Reibelement 70 angeordnet zwischen dem beweglichen Element 42 und der Kettenführung 44, um reibend einen Drehwiderstand in einer ersten Drehrichtung D1 der Kettenführung 44 bereitzustellen, wenn die Kettenführung 44 um die Rotationsachse A dreht. Die erste Drehrichtung D1 ist eine Drehrichtung der Kettenführung 44 gegen den Uhrzeigersinn herum um die Rotationsachse A, wenn gesehen entlang der Rotationsachse A von einer nicht dem Rahmen zugewandten Seite des beweglichen Elements 42. Genauer weist der Heckumwerfer 12 eine Rutschkupplung bzw. Einwegkupplung 74 auf, welche wirkangeordnet zwischen dem beweglichen Element 44 und der Kettenführung 44 ist, um in Eingriff mit dem Reibelement 70 zu gelangen, wenn die Kettenführung 44 in der ersten Drehrichtung D1 dreht. In der dargestellten Ausführungsform weist der Heckumwerfer 12 einen elektrischen Aktuator 76 auf, welcher wirkgekoppelt ist mit der Rutschkupplung 74, um die Rutschkupplung 74 zwischen einem gekuppelten bzw. eingekuppelten Modus und einem entkuppelten Modus zusteuern.
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Wie zu sehen in 7 spannt ein zweites Vorspannelement 78 die Kettenführung 44 herum um die Rotationsachse A in einer zweiten Drehrichtung D2 um die Rotationsachse A vor, welche entgegengesetzt zu der ersten Rotationsachse D1 ist. Folglich ist die zweite Drehrichtung D2 eine Drehrichtung der Kettenführung 44 im Uhrzeigersinn, herum um die Rotationsachse A, wenn gesehen entlang der Rotationsachse A von der nicht dem Rahmen zugewandten Seite des beweglichen Elements 44. In der dargestellten Ausführungsform ist das zweite Vorspannelement 78 eine Torsionsfeder, welche ein erstes Ende in angeordnet in einer Öffnung des beweglichen Elements 42 hat und ein zweites Ende angeordnet in einer Öffnung der Kettenführung 44 aufweist.
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In der dargestellten Ausführungsform ist, wie zu sehen in 6, die Rutschkupplung 74 angeordnet zwischen dem Reibelement 70 und der Rotationsachse 62. Das Reibelement 70 bringt Widerstand entgegen der Drehbewegung der Kettenführung 44 in der ersten Drehrichtung D1 in Bezug auf das bewegliche Element 42 auf. Insbesondere bringt das Reibelement 70 Reibwiderstand auf eine Drehbewegung der Kettenführung 44 durch Aufbringung eines Reibwiderstandes auf die Drehung der Rutschkupplung 74 auf. Eine Schutzhülle ist an das bewegliche Element 42 montiert, um die Rutschkupplung und das Reibelement 70 von der Umgebung abzuschließen und zu schützen.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf 6, 8 und 9 bildete die Rotationsachse 62 einen Innenring bzw. eine Innenbahn der Rutschkupplung 74 in dieser Ausführungsform. Die Rutschkupplung 74 weißt weiterhin einen Außenring bzw. eine Außenbahn 80, eine Vielzahl von Rollen 82 und einen Rollenkäfig auf. Das Reibelement 74 bringt Reibung auf eine äußere Umfangsfläche des äußeren Rings 80 der Rutschkupplung 74 auf, wenn die Kettenführung 44 und die Rotationsachse 62 in der ersten Drehrichtung D1 in Bezug auf das bewegliche Element 42 drehen. Folglich ist in dieser Ausführungsform die Rutschkupplung 74 eine Rollenrutschkupplung, welche eingegriffen bzw. aktiv ist bzw. überträgt, wenn die Kettenführung 44 und die Rotationsachse 62 in der ersten Drehrichtung D1 in Bezug auf das bewegliche Element 42 drehen und welche außer Eingriff ist bzw. nicht überträgt, wenn die Kettenführung 44 und die Rotationsachse 62 in der zweiten Drehrichtung D2 in Bezug auf das bewegliche Element drehen. Folglich können die Kettenführung 44 und die Rotationsachse 62 frei in Bezug auf das bewegliche Element 42 drehen, ohne die Aufbringung des Drehwiderstands des Reibelements 74, wenn die Kettenführung 44 und die Rotationsachse 62 in der zweiten Drehrichtung D2 in Bezug auf das bewegliche Element 42 drehen.
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Der Rollenkäfig 84 weißt wie zu sehen in 8 im Wesentlichen einen ersten Käfigring 84a, einen zweiten Käfigring 84b, eine Vielzahl von Käfigstreben 84c und eine Federanordnung 84d auf. Nachdem die Rutschkupplung 74 detailliert in der US-Anmeldung mit der Nummer US 2012/008 33 71 offenbart ist, wird die Rutschkupplung 74 hier nicht in Detail ausgeführt werden.
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Unter Bezugnahme auf 6, 7 und 10 bis 16 ist der elektrische Aktuator 76 fest an das bewegliche Element 42 montiert und die Rutschkupplung 74 ist weiterhin mit einem Modusschaltpart 88 bereit gestellt. Im Wesentlichen ist der Kontroller 54 mit dem elektrischen Aktuator 76 verbunden, um den elektrischen Aktuator 76 zu steuern, welcher den Modusschaltpart 88 zwischen einer eingekuppelten Position, welche die Rutschkupplung 74 in den eingekuppelten Modus steuert und einer ausgekuppelten Position, welche die Rutschkupplung 74 in den ausgekuppelten Modus steuert. Der Modusschaltpart 88 schaltet die Rutschkupplung 74 zwischen einem eingekuppelten Modus und einem ausgekuppelten Modus. In dem eingekuppelten Modus ist die Rutschkupplung 78 so betätigbar, dass das Reibelement 70 Widerstand auf die Rotationsachse 62 aufbringt, wenn die Kettenführung 44 in der ersten Drehrichtung D1 in Bezug auf das bewegliche Element 42 dreht, jedoch nicht in der zweiten Drehrichtung D2. Im ausgekuppelten Modus ist die Rutschkupplung 74 in operativ bzw. nicht wirkend, sodass das Reibelement 70 keinerlei Widerstand auf die Rotationsachse 62 aufbringt, wenn die Kettenführung 44 in entweder der ersten Drehrichtung D1 oder der zweiten Drehrichtung D2 in Bezug auf das bewegliche Element dreht.
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In der Ausführungsform der 6, 7 und 10 bis 16 weist der elektrische Aktuator 76 einen Motor 90 auf, mit einer Abtriebswelle 92, welche wirkgekoppelt ist mit dem Modusschaltpart 88, zum Schalten der Rutschkupplung 74 zwischen dem eingekuppelten Modus und dem entkuppelten bzw. ausgekuppelten Modus. Der elektrische Aktuator 76 weist weiterhin eine Untersetzungseinheit 94 auf, welche die Abtriebswelle 92 des Motors 90 mit dem Modusschaltpart 88 verbindet. In der dargestellten Ausführungsform ist der elektrische Aktuator elektrisch mit dem Kontroller 54 verbunden. Der Kontroller 54 gibt Signale aus, wie unten stehend behandelt, um die Betätigung des elektrischen Aktuators 76 zu steuern, um selektiv die Rutschkupplung 74 zwischen dem eingekuppelten Modus und ausgekuppelten Modus zu schalten.
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Wie zu sehen in 10 bis 12 weißt der Modusschaltpart 88 ein Zahnrad 88a auf, welches in Eingriff mit einem der Zahnräder der Untersetzungseinheit 94 steht, sodass die Drehung der Abtriebswelle 92 des Motors 90 auf das Zahnrad 88a des Modusschaltparts 88 übertragen wird. Das Zahnrad 88 ist drehbar an der Rotationsachse 62 montiert. Der Modusschaltpart 88 weist weiterhin eine Vielzahl von Verbindungspins 88b (nur einer gezeigt in 13 bis 16) auf und eine Vielzahl von Vorspannelementen 88c auf (nur eines gezeigt in 13 bis 16). Die Verbindungspins 88b und die Vorspannelemente 88c sind in Taschen angeordnet, in der dem Rahmen zu gewandten Seite des Außenrings 80. Die Vorspannelemente 88c spannen die Verbindungspins 88b in Berührung bzw. Kontakt mit der dem Rahmen abgewandten Seite des Zahnrades 88 vor. Das Zahnrad 88a und der zweite Käfigring 84b sind aneinander so befestigt, dass der Käfigring 84b ebenso dreht, wenn das Zahnrad 88a gedreht wird. Das Zahnrad 88a wechselt die relative Winkelposition zwischen dem zweiten Käfigring 84b und dem äußeren Ring 80. Das Zahnrad 88a weist eine Vielzahl von Löchern 88d auf, zur selektiven Aufnahme der Verbindungspins 88b. Wie zu sehen in 13 und 14, platziert der Modusschaltpart 88 die Rutschkupplung 74 in den eingekuppelten Modus, wenn die Verbindungspins 88b nicht in Eingriff mit den Löchern 88d des Zahnrades 88a stehen. Insbesondere kann, wenn die Verbindungspins 88e nicht in Eingriff mit den Löchern 88d des Zahnrades 88a stehen, sich der zweite Käfigring 84b des Rollenkäfigs 84 der Rutschkupplung 74 drehen, um effektiv den äußeren Ring der Rutschkupplung 74 an die Rotationsachse 62 zu koppeln, wenn sich die Rotationsachse 62 in der ersten Drehrichtung D1 in Bezug auf das bewegliche Element 42 dreht. Folglich bringt das Reibelement 70 einen Drehwiderstand auf die Rotationsachse 62 auf, wenn sich die Rotationsachse 62 in der ersten Drehrichtung D1 in Bezug auf das bewegliche Element 42 dreht, wenn die Verbindungspins 88b nicht in Eingriff mit den Löchern 88d des Zahnrades 88a stehen.
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Andererseits platziert bzw. bringt der Modusschaltpart 88 die Rutschkupplung 74 in den ausgekuppelten Modus, wie zu sehen in 15 und 16, wenn die Verbindungspins 88b in Eingriff mit den Löchern 88d des Zahnrades 88a stehen. Insbesondere kann, wenn die Verbindungspins 88b in Eingriff mit den Löchern 88d des Zahnrades 88a stehen, sich der zweite Käfigring 84b des Rollenkäfigs 84 der Rutschkupplung 74 nicht drehen, um effektiv den äußeren Ring 80 der Rutschkupplung 74 mit der Rotationsachse 62 zu koppeln. Folglich können sich die Rollen 82 nicht in eine Position bewegen, um effektiv bzw. wirkend den äußeren Ring 80 der Rutschkupplung 74 mit der Rotationsachse 62 zu koppeln, wenn sich die Rotationsachse 62 in der ersten Drehrichtung D1 in Bezug auf das bewegliche Element 42 dreht. Folglich bringt das Reibelement 70 keinerlei Rotationswiderstand auf die Rotationsachse 62 auf, wenn die Rotationsachse 62 sich in der ersten Drehrichtung D1 in Bezug auf das bewegliche Element 42 dreht, wenn die Verbindungspins 88b in Eingriff mit den Löchern 88d des Zahnrades 88a stehen.
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Bevorzugt weist der Heckumwerfer 12 weiterhin einen Aktuatorpositionssensor 96 auf, welcher dazu angeordnet ist, eine Betätigungsposition des elektrischen Aktuators 76 zu detektieren. Der Aktuatorpositionssensor 96 ist elektrisch mit dem Kontroller 54 verbunden und gibt an, ob die Rutschkupplung 74 in entweder dem entkuppelten Modus oder den gekuppelten Modus befindlich ist. Folglich empfängt der Kontroller 54 Signale von dem Aktuatorpositionssensor 96, so dass der Kontroller 54 feststellen kann, ob die Rutschkupplung 74 in entweder dem eingekuppelten Modus oder dem ausgekuppelten Modus befindlich ist. Bevorzugt betätigt wie unten stehend beschrieben, der Kontroller 54 den elektrischen Aktuator 76 von der eingekuppelten Position in die ausgekuppelte Position, wenn der Aktuatorpositionssensor 96 angibt, dass die Betätigungsposition des elektrischen Aktuators 76 in der eingekuppelten Position befindlich ist, nachdem ein Gangwechselbefehl ausgegeben wurde.
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Im vorliegenden Fall ist der Aktuatorpositionssensor 96 als die Drehbewegung des Zahnrades 88a detektierend dargestellt. Jedoch ist der Aktuatorpositionssensor 96 nicht auf diese Anordnung in der dargestellten Ausführungsform beschränkt. Ebenso gut kann der Aktuatorpositionssensor 96 die Drehbewegung von einem der Zahnräder der Untersetzungseinheit 94, oder eines anderen beweglichen Teiles des elektrischen Aktuators 76 detektieren, welche angeben/angibt bzw. indiziert, dass die Rutschkupplung 74 in entweder dem eingekuppelten Modus oder im entkuppelten Modus vorliegt.
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Zum Beispiel weist, wie dargestellt, der Aktuatorpositionssensor 96 einen magnetischen Signalempfänger auf, welcher einen oder mehrere Detektionselemente aufweist, welche einen Magneten 98 an dem Zahnrad 88 detektieren. Jedoch ist der Aktuatorpositionssensor 96 nicht auf eine magnetische Art der Erkennung wie in der dargestellten Ausführungsform beschränkt. Ebenso gut können andere Typen von Positionssensoren verwendet werden, wie zum Beispiel Potentiometer, resisitive Positionssensoren, optische Positionssensoren, Kontaktschalter, etc. Folglich kann der Aktuatorpositonssensor 96 ein Kontaktsensor oder ein berührungsloser Sensor sein, ganz wie benötigt und/oder gewünscht.
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In der in 17 bis 19 dargestellten Ausführungsform wird ein alternativer elektrischer Aktuator 76' dargestellt, welcher den elektrischen Aktuator 76 ersetzt. Im Wesentlichen arbeitet der elektrische Aktuator 76' in einer ähnlichen Art- und Weise wie der oben stehend beschriebene elektrische Aktuator 76, um die Rutschkupplung 74 zwischen dem eingekuppelten Modus und dem ausgekuppelten Modus zu schalten. 17 und 18 zeigen den elektrischen Aktuator 76' in einer eingekuppelten Position so, dass die Rutschkupplung 74 (siehe 6, 8 und 9) in dem eingekuppelten Modus befindlich ist. 19 zeigt den elektrischen Aktuator 76 in einer ausgekuppelten Position so, dass die Rutschkupplung 74 (siehe 6, 8 und 9) in dem ausgekuppelten Modus befindlich ist. Im vorliegenden Fall weist der elektrische Aktuator 76' einen Modusschaltpart 88' und eine Spule 90' auf. Die Spule 90' ist wirkgekoppelt an dem Modusschaltpart 88', um die Rutschkupplung 74 zwischen dem eingekuppelten Modus und dem ausgekuppelten Modus zu schalten. Insbesondere weist der elektrische Aktuator 76 weiterhin einen Halter 100 auf, welcher mit der Spule 90' verbunden ist, um sich zusammen in einer Richtung parallel zur Rotationsachse A zu bewegen. Im vorliegenden Fall hat der Halter eine äußere Muffe 102, eine innere Muffe 104 und eine Vielzahl von Verbindungspins 106. Die Verbindungspins 106 koppeln die äußere Muffe 102 und die innere Muffe 104 zusammen. Der Modusschaltpart 88' weist einen Steuerring 108 auf, welcher um die Rotationsachse A gedreht wird, wenn die Spule 90' den Schalter 100 in die Richtung parallel zur Rotationsachse A bewegt. Im vorliegenden Fall ist zum Beispiel der Steuerring 108 drehbar angeordnet zwischen der äußeren Muffe 102 und der inneren Muffe 104. Der Steuerring 108 ist an dem zweiten Käfigring 84b befestigt. Der elektrische Aktuator 76' weist weiterhin eine Nockenstruktur auf, welche an zumindest einem von dem Steuerring 108 und dem Halter 102 ausgeformt ist. Im vorliegenden Fall hat z. B. der Steuerring 108 eine Vielzahl von Nockenschlitzen 110. Die Nockenschlitze 110 bilden eine Nockenstruktur, welche mit den Verbindungspins 106 zusammenwirkt, um den Steuerring 108 zu drehen, wenn sich der Halter 100 in der Richtung parallel zu der Rotationsachse A bewegt. Im Wesentlichen dreht sich, wenn der Steuerring 108 des Modusschaltpart 88' aus der eingekuppelten Position, wie zu sehen in 17 und 18, in die ausgekuppelte Position, wie zu sehen in 9 dreht, der zweite Käfigring 84b in der zweiten Drehrichtung D2. Folglich sperrt die Drehung des zweiten Käfigrings 84b die Rutschkupplung 74 in dem ausgekuppelten Modus so, dass die Rotationsachse 62 frei ohne Widerstand von dem Reibelement 70 drehen kann.
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Unter Bezugnahme auf 20 wird im Folgenden ein erster Steuerungsablauf bzw. ein erstes Steuerverfahren erklärt werden, ausgeführt durch den Kontroller 54, zum Steuern des Modus der Rutschkupplung 74 für ein Herunterschalten (d. h. die Kette 22 bewegt sich auf ein größeres von den Ritzeln 20) des Heckumwerfers 12. Dieser Steuerablauf wird ausgeführt, wenn der Kontroller 54 ein Schaltsignal von entweder der Fahrradsteuereinheit 24, oder dem elektrischen Schalter 28 empfängt. Wie oben stehend erwähnt, kann das Schaltsignal durch die Fahrradsteuerungseinheit 24 basierend auf einen oder mehrere Betriebszustände des Fahrrades 10 generiert werden, wenn ein automatischer Schaltmodus ausgewählt ist. Alternativ kann das Schaltsignal durch den Fahrer generiert werden, welcher den elektrischen Schalter 28 betätigt.
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Im Ablauf der 20 kann der Aktuatorpositionssensor 96 weggelassen werden. Demzufolge kann der Heckumwerfer 12 kompakter und weniger kostenintensiv als ein Umwerfer gebaut werden, welcher einen Positionssensor zur Detektion der eingekuppelten Position und der ausgekuppelten Position des elektrischen Aktuators 76 aufweist.
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In Schritt S1 steuert der Kontroller 54 den elektrischen Aktuator 76 so, dass die Rutschkupplung 74 von dem eingekuppelten Modus (d. h. die Rutschkupplung 74 ist wirkend bzw. eingelegt) in dem ausgekuppelten Modus (d. h. die Rutschkupplung ist nicht wirkend bzw. nicht eingelegt) geschalten wird. Dann wechselt der Ablauf auf Schritt S2.
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In Schritt S2 aktiviert der Kontroller 54 den Schaltmotor S2, um die Abtriebswelle 60 der Untersetzungseinheit 56 so zu drehen, dass sich die äußeren und inneren Kopplungsglieder 46 und 48 das bewegliche Element 42 und die Kettenführung 44 lateral bzw. seitlich in Bezug auf das Basiselement 40 bewegen. Folglich wird der Heckumwerfer 12 von der gegenwärtigen Schalt(Gang-)Position auf eine Zielschalt Schalt(Gang-)Position bewegt.
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Folglich steuert der Kontroller 54 als ein Resultat der Abläufe bzw. Betätigung der Schritten S1 und S2, den elektrischen Aktuator 76 von der eingekuppelten Position in die ausgekuppelte Position, wenn sich die Kettenführung 44 in einer seitlichen Richtung in Bezug auf das Basiselement 40 von einer ersten (gegenwärtigen) Schaltposition in eine zweite (Ziel) Schaltposition bewegt. Dann wechselt der Ablauf auf Schritt S3.
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In Schritt S3 stellt der Kontroller 54 fest, ob das Stromlevel des Schaltmotors 52 oberhalb eines festgelegten Stromlevels liegt. Wenn das Stromlevels des Schaltmotors 52 über einem eingestellten Stromlevel liegt, stellt der Kontroller 54 fest, dass das Reibelement 70 immer noch einen Drehwiderstand auf die Rotationsachse 62 aufbringt. Folglich wird festgestellt, dass die Rutschkupplung 74 noch wirkt bzw. eingelegt ist und der Ablauf wechselt auf Schritt S4.
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In Schritt S4 stoppt der Kontroller 54 den Schaltmotor 25 und dann wechselt der Ablauf auf Schritt S5, in welchem der Kontroller 54 wieder den elektrischen Aktuator 70 ansteuert, um die Rutschkupplung 74 aus dem eingekuppelten Modus in den ausgekuppelten Modus zu schalten. Folglich steuert der Kontroller 54 den elektrischen Aktuator 76 in die eingekuppelte Position, wenn die Kettenführung 44 nicht geschalten wird, als ein Resultat der Abläufe in den Schritten S4 und S5. Nachfolgend wechselt der Ablauf auf Schritt S6.
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In Schritt S6 erhöht der Kontroller 54 einen gegenwärtigen Zählerwert ”N” um den Wert eins. Mit anderen Worten weist der Kontroller 54 einen Zähler auf, der die Anzahl der Versuche zählt, bei denen der Kontroller 54 versucht hat in die Zielschalt(Gang-)Position zu schalten, bevor der Ablauf endet.
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Nach Schritt S6 wechselt der Ablauf auf Schritt S7, in welchem der Kontroller 54 den gegenwärtigen Zählerwert ”N” mit einem voreingestellten Zählerwert ”N1” vergleicht. Wenn der gegenwärtige Zählerwert ”N” gleich oder über dem eingestellten Zählerwert ”N1” ist, dann wird der Ablauf beendet. Wenn jedoch der gegenwärtige Zählerwert ”N” unter dem eingestellten Zählerwert ”N1” ist, dann springt der Ablauf zurück auf S2. Auf diese Art und Weise versucht der Kontroller 54 wiederholt den elektrischen Aktuator in den eingekuppelten Zustand zu steuern, wenn der Strom des elektrischen Aktuators 76 über dem eingestellten Stromlevel während eines Gangwechsels ist. Mit anderen Worten wird der Zähler des Kontrollers 54 dazu verwendet, festzustellen, wie viele Male der Ablauf wiederholt wurde, um das Schalten auf die Zielschalt(Gang-)Position durchzuführen, bevor der Ablauf beendet ist.
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Der Kontroller 54 hat bevorzugt einen eingestellten Zählerwert ”N1”, welcher einem Maximum an Versuchen entspricht, zum wiederholten Versuch in die Zielschalt(Gang-)Position zu schalten, bevor der Ablauf beendet wird. Ebenso kann dieser eingestellte Zählerwert ”N1” durch den Fahrer oder einer anderen Person auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, unter Verwendung der Fahrradsteuereinheit 24, einen Personal Computer, welcher direkt an den Heckumwerfer 12 angesteckt wird, einer Einstelleinrichtung, welche an dem Heckumwerfer 12 bereit gestellt ist, oder auf jegliche andere gewünschte Art und Weise.
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In Schritt S3 wechselt der Prozess auf Schritt S8, wenn der Kontroller 54 feststellt, dass das Stromlevel des Schaltmotors 52 gleich oder unterhalb des eingestellten Stromlevels ist, wenn der Kontroller 54 festgestellt hat, dass die Rutschkupplung 74 in dem ausgekuppelten Modus befindlich ist.
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In Schritt S8 stellt der Kontroller 54 fest, ob die Zielschalt(Gang-)Position innerhalb eines festgelegten Zeitraumes erreicht wurde, unter Verwendung des Schaltzustandspositionssensors 58. Wenn nicht, führt der Kontroller 54 die Schritte S4 bis S7 wie oben stehend beschrieben aus. Als Folge der Abläufe in den Schritten S6, S7 und S8 versucht der Kontroller 54 wiederholt den elektrischen Aktuator 76 in die ausgekugelte Position zu steuern, wenn eine eingestellte Zeitspanne abgelaufen wurde, ohne dass ein Signal empfangen wurde, dass eine (nach-)folgende Schaltposition erreicht wurde, nach der Ausgabe eines Gangwechselbefehls.
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Jedoch wechselt der Ablauf auf Schritt S9 wenn Schritt S8 der Kontroller 54 feststellt, dass die Zielschalt(Gang-)Position erreicht wurde, innerhalb des eingestellten Zeitraumes.
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In Schritt S9 stoppt der Kontroller 54 den Schaltmotor 52 und wechselt dann auf Schritt S10 über, in welchem der Kontroller 54 den elektrischen Aktuator 76 so steuert, dass die Rutschkupplung 54 von dem ausgekuppelten Modus in den eingekuppelten Modus geschalten wird. Dann endet der Ablauf.
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Unter nunmehriger Bezugnahmen auf die 21 wird ein zweiter oder alternativer Steuerablauf im Folgenden diskutiert werden, der durch den Kontroller 54 zur Steuerung des Modus de Rutschkupplung 74 bei einem Herunterschalten (d. h. die Kette 22 bewegt sich auf ein größeres der Ritzel 22) des Heckumwerfers 12 ausgeführt wird. Dieser Steuerablauf wird ausgeführt, wenn der Kontroller 54 ein Schaltsignal von entweder der Fahrradsteuereinheit 24, oder dem elektrischen Schalter 28 empfängt, wie oben stehend ausgeführt.
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Im Schritt S20 steuert der Kontroller 54 den elektrischen Aktuator 76, dass dieser die Rutschkupplung 74 aus dem eingekuppelten Modus in den ausgekuppelten Modus schaltet, dann wechselt der Ablauf auf Schritt S21.
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In Schritt S21 stellt der Kontroller 54 fest, ob das Signal des Aktuatorpositionssensor 96 angibt, dass die Rutschkupplung 74 in dem ausgekuppelten Modus befindlich ist. Wenn nicht, wechselt der Ablauf auf Schritt S22 über, in dem der Kontroller 54 den Spannungsausgang des Schaltmotors 52 auf ein höheres Level so verändert, dass der Schaltmotor 52 den Schaltvorgang mit der erhöhten Kraft abschließen kann, welche wegen des durch das Reibelement 70 aufgebrachten Drehwiderstands auf die Rotationsachse 62 notwendig ist. Mit anderen Worten stellt bzw. verändert der Kontroller 54 (d. h. erhöht) den Spannungsausgang an den Schaltmotor 52, welcher vermittels der Koppelglieder 46 und 48 wirkgekoppelt ist an das bewegliche Element 42, um das bewegliche Element 42 in einer lateralen bzw. seitlichen Richtung in Bezug auf das Basiselement 40 zu bewegen, wenn der Aktuatorpositionssensor 96 angibt, dass die Betätigungsposition des elektrischen Aktuators 76 in der eingekuppelten Position ist, während eines Schaltvorgangs. Auf diese Art und Weise kann das Schalten zuverlässig durchgeführt werden, wenn die Rutschkupplung 74 in dem eingekuppelten Modus so vorliegt, dass das Reibelement 70 einen Reibwiderstand auf die Rotationsachse 62 aufbringt. Dann wechselt der Ablauf auf Schritt 23.
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Der Ablauf wechselt ebenso auf Schritt S23 wenn der Kontroller 54 feststellt, dass das Signal des Aktuatorpositionssensors 96 angibt, dass die Rutschkupplung 74 in dem ausgekuppelten Modus befindlich ist. In Schritt S23 aktiviert der Kontroller 54 den Schaltmotor 52, um die Abtriebswelle 60 der Untersetzungseinheit 56 so zu drehen, dass die äußeren und inneren Koppelglieder 46 und 48 das bewegliche Element 42 und die Kettenführung 44 lateral bzw. seitlich in Bezug auf das Basiselement 40 bewegen. Folglich wird der Heckumwerfer 12 aus der gegenwärtigen Schalt(Gang-)Position auf eine Zielschalt(Gang-)Position bewegt. Dann wechselt der Ablauf auf den Schritt S24.
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In Schritt S24 steuert der Kontroller 54 den elektrischen Aktuator 76 so, dass die Rutschkupplung 74 aus dem ausgekuppelten Modus in den eingekuppelten Modus geschalten wird. Dann endet der Ablauf.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 22 wird ein dritter oder alternativer Steuerablauf erklärt, welcher durch den Kontroller 54 ausgeführt wird, zum Steuern des Modus der Rutschkupplung 74 für ein Herunterschalten (d. h. die Kette 22 wird auf ein größeres der Ritzel 20 bewegt) des Heckumwerfers 12. Dieser Steuerablauf wird ausgeführt, wenn der Kontroller 54 ein Schaltsignal von entweder der Fahrradsteuereinheit 24, oder dem elektrischen Schalter 28 empfängt, wie oben stehend erklärt.
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Im Schritt S30 steuert der Kontroller 54 den elektrischen Aktuator 76, um die Rutschkupplung 74 von dem eingekuppelten Modus in den ausgekuppelten Modus zu schalten. Dann wechselt der Ablauf auf Schritt S31.
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Im Schritt S31 stellt der Kontroller 54 fest, ob das Signal des Aktuatorpositionssensors 96 angibt, dass die Rutschkupplung 74 in dem entkuppelten Modus vorliegt. Wenn dies gegeben ist, wechselt der Ablauf auf Schritt S32.
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Im Schritt S32 aktiviert der Kontroller 54 den Schaltmotor 52, zum Drehen der Abtriebswelle 60 der Untersetzungseinheit 56 so, dass sich die äußeren und inneren Koppelglieder 46 und 48, das bewegliche Element 42 und die Kettenführung 44 lateral bzw. seitlich in Bezug auf das Basiselement 40 bewegen. Folglich wird der Heckumwerfer 12 aus der gegenwärtigen Schalt(Gang-)Position auf eine Zielschalt(Gang-)Position bewegt. Dann wechselt der Ablauf auf Schritt S33.
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Im Schritt S33 steuert der Kontroller 54 den elektrischen Aktuator 76, um die Rutschkupplung 54 aus dem ausgekuppelten Modus in den eingekuppelten Modus zu schalten, dann endet der Ablauf.
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Jedoch wechselt der Ablauf, wenn in Schritt S31 das Signal des Aktuatorpositonssensors 96 angibt, dass die Rutschkupplung 74 immer noch in dem eingekuppelten Modus vorliegt, auf Schritt S34, in welchem der Kontroller 54 einen gegenwärtigen Zählerwert ”N” um eins erhöht. Dann wechselt der Ablauf auf Schritt S35, in welchem der Kontroller 54 den gegenwärtigen Zählerwert ”N” mit einem eingestellten Zählerwert ”N1” vergleicht. Wenn der gegenwärtige Zählerwert N „gleich” oder über dem eingestellten Zählerwert ”N1” ist, dann wechselt der Ablauf auf Schritt S36 über, in welchem der Kontroller 54 einen Hinweis ausgibt, dass der elektrische Aktuator 76 eine Fehlfunktion hat. Dann endet der Ablauf.
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Folglich ergibt im Ablauf der 22 der Kontroller 54 einen Hinweis aus, dass der elektrische Aktuator eine Fehlfunktion hat, wenn ein voreingestellter Wert an Wiederholungen erreicht wird. Der Hinweis, dass der elektrische Aktuator 76 eine Fehlfunktion hat, kann in dem Display der Fahrradsteuerungseinrichtung 24 (siehe 2) dargestellt werden. Bevorzugt wird jedes Mal, wenn der elektrische Aktuator 76 eine Fehlfunktion hat, die Daten der Fehlfunktion in dem Speicher des Kontrollers 54 und/oder der Fahrradsteuerungseinheit 24 gespeichert. Die Daten der Fehlfunktion des elektrischen Aktuators 76 können dann nachfolgend durch einen externen Computer (PC) vermittels eines Kabels oder kabellos ausgelesen werden.
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Andererseits wechselt der Ablauf zurück auf Schritt S30, wenn in Schritt S35 der Zähler ”N” unterhalb des eingestellten Zählerwerts ”N1” liegt. Folglich wiederholt der Kontroller 54 die Versuche, um den elektrischen Aktuator 76 von der eingekuppelten Position in die ausgekuppelte Position zu schalten, wenn der Aktuatorpositionssensor 96 angibt, dass die Betätigungsposition des elektrischen Aktuators 76 in der eingekuppelten Position befindlich ist. Als eine Folge der Betätigungen der Schritte S30, S31, S34 und S35 steuert der Kontroller 54 den elektrischen Aktuator 76 von der eingekuppelten Position in die ausgekuppelte Position, wenn der Aktuatorpositionssensor 96 angibt, dass die Betätigungsposition des elektrischen Aktuators 76 in der eingekuppelten Position ist, nach dem ein Gangwechselbefehl ausgegeben wurde.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf 23 wird ein vierter oder alternativer Steuerablauf im Folgenden erklärt, welcher durch den Kontroller 54 ausgeführt wird, zum Steuern des Modus der Rutschkupplung 74 basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. Fahrradgeschwindigkeit. Dieser Steuerablauf wird kontinuierlich ausgeführt, wenn der Heckumwerfer 12 mit Energie versorgt wird.
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In Schritt S40 stellte der Kontroller 54 fest, ob die Fahrradgeschwindigkeit des Fahrrades unter einer voreingestellten Geschwindigkeit ist, unter Verwendung des Geschwindigkeitssensors 32. Wenn nicht, führt der Ablauf wiederholt den Schritt S40 aus.
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Wenn der Kontroller 54 feststellt, dass die Fahrradgeschwindigkeit des Fahrrades über dem voreingestellten Geschwindigkeitswert ist, wechselt der Ablauf auf Schritt S23, in welchem der Kontroller 54 den elektrischen Aktuator 76 so steuert, dass die Rutschkupplung 74 von dem eingekuppelten Modus in den ausgekuppelten Modus geschalten wird. Dann endet der Ablauf.
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In dem Ablauf der 23, wenn die Fahrradgeschwindigkeit unter einer festgelegten Geschwindigkeitswert liegt, wird der Reibwiderstand an der Rotationsachse 62 nicht auf einer hohen Rotationslast P benötigt, nach dem es nicht wahrscheinlich ist, dass die Kettenführung 44 sich dreht und folglich einen ungewünschten Durchhang der Kette 22 bewirkt. Deshalb steuert der Kontroller 54 den elektrischen Aktuator 76 von der eingekuppelten Position in die ausgekuppelte Position, wenn der festgestellte Geschwindigkeitswert unter einem eingestellten Geschwindigkeitswert liegt. Durch Schalten der Rutschkupplung 74 in den ausgekuppelten Modus bei geringen Geschwindigkeiten wird weniger Energie während des Schaltens bei geringer Geschwindigkeit verbraucht.
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Bezüglich des Verstehens des Umfangs der vorliegenden Erfindung sind der Begriff ”umfassen” und seine Ableitungen, wie diese hierin verwendet werden, als offene Begriffe zu verstehen, die das Vorhandensein der genannten Merkmale, Elemente, Komponenten, Gruppen, Ganzzahlen und/oder Schritte spezifizieren, das Vorhandensein anderer nicht genannter Merkmale, Elemente, Komponenten, Gruppen, Ganzzahlen und/oder Schritte aber nicht ausschließen. Das vorstehend Genannte gilt auch für Wörter mit ähnlichen Bedeutungen, wie beispielsweise die Begriffe ”aufweisen”, ”mit”, ”haben” und deren Ableitungen/Derviate. Ferner können die Begriffe ”Teil”, ”Sektion”, ”Abschnitt”, ”Glied” oder ”Element”, wenn in der Einzahl verwendet, die Pluralbedeutung eines einzelnen Teils oder einer Vielzahl von Teilen haben.
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Wie obenstehend zur Beschreibung der Ausführungsform(en) verwendet, beziehen sich die nachfolgenden Richtungsbegriffe ”vorne”, ”hinten”, ”oben”, ”unten”, ”senkrecht”, ”horizontal”, ”unterhalb” und ”quer” sowie jegliche andere Richtungs- bzw. Lageangaben auf diejenigen eines mit dem Heckumwerfer 12 ausgerüsteten aufrecht stehenden Fahrrads. Demzufolge sollen diese zur Beschreibung des Heckumwerfers 12 verwendeten Begriffe in Bezug auf ein Fahrrad mit dem Heckumwerfer 12 ausgerüstetes Fahrrad in einer gewöhnlichen Fahrposition auf einer ebenen Fläche bezogen werden.
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Es soll ebenso verstanden werden, dass wohl die Begriffe in „erster” und „zweiter” in der vorliegenden Beschreibung zur Erklärung verschiedener Komponenten benutzt wurden, sollen diese Komponenten nicht durch diese Begriffe begrenzt werden. Diese Begriffe werden alleine dazu verwendet, eine Komponente von einer anderen zu unterscheiden. Demzufolge kann zum Beispiel eine oben stehend erklärte erste Komponente als zweite Komponente benannt werden, ohne vom Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Der Begriff „gekoppelt” oder „koppelnd” wie hier verwendet, umfasst Konfigurationen in welchen ein Element direkt an ein anderes Element durch Befestigung des Elements direkt an das andere Element gesichert ist; Konfigurationen in welchen das Element indirekt an das andere Element durch Befestigung des Elements an zwischenliegende Elemente bzw. ein zwischenliegendes Element befestigt sind, welche wiederum an das andere Element befestigt ist; um Konfigurationen in welchen ein Element integral mit einem anderen Element ausgeformt ist, d. h. ein Element im Wesentlichen Teil des anderen Elements ist. Diese Definition kann ebenso auf Worte mit ähnlicher Bedeutung, z. B. „verbunden”, „befestigt”, „montiert”, „geklebt”, „fixiert” und derer weiter verwendet werden.
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Schließlich haben Ausmaßbegriffe wie „im Wesentlichen”, „etwa” und „ungefähr” wie hier verwendet die Bedeutung einer Abweichung von dem durch sie bezeichneten Begriffe, sodass das Endresultat nicht signifikant geändert wird.
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Während lediglich ausgewählte Ausführungsbeispiele ausgewählt worden sind, um die vorliegende Erfindung darzustellen, wird es Fachleuten anhand dieser Offenbarung ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen hierin gemacht werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie diese in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. Zum Beispiel können die Größe, Form, Örtlichkeit oder Ausrichtung der verschiedenen Komponenten geändert werden, wie gewünscht und/oder benötigt, solange sie sich damit nicht im Wesentlichen von ihrer vorgesehenen Funktion entfernen. Komponenten, welche als direkt miteinander verbunden dargestellt sind, können zwischengelagerte Strukturen zwischen sich aufweisen, wenn dies nicht spezifisch anders ausgeführt ist. Die Funktion von einem Element kann durch zwei erlangt werden und andersherum, wenn dies nicht spezifisch anders ausgeführt ist. Die Strukturen und Funktionen einer Ausführungsform kann auf eine andere Ausführungsform übertragen werden. Es ist nicht notwendig, dass alle Vorteile bzw. Merkmale immer gleichzeitig in einer Ausführungsform vorhanden sind. Jegliches Merkmal, welches unterschiedlich vom Stand der Technik ist, alleine oder in Kombination mit anderen Merkmalen, soll ebenso als eine separate Beschreibung von weiteren Erfindungen durch die Anmelderin angesehen werden, einschließlich der strukturellen und/oder funktionellen Konzepte, die durch solch(e) Merkmal(e) verkörpert werden. Daher sind die vorhergehenden Beschreibungen der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung nur zur Illustration gegeben und nicht zum Zwecke der Einschränkung der Erfindung, wie diese durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.
