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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Viele Fahrräder haben kettengetriebene Antriebssysteme, die eine Vielzahl von vorderen Ritzeln und eine Vielzahl von hinteren Ritzeln aufweisen. Der Fahrer kann die Übersetzung des Getriebesystems durch Schalten von Gängen erhöhen oder verringern, wodurch die Kette über ein Schaltwerk von einem Ritzel zum anderen bewegt wird. In einigen Situationen kann es erforderlich sein, das Schaltwerk zu verstellen, z.B. wenn das Hinterrad des Fahrrads installiert oder ausgetauscht wird oder wenn die Fahrradkette während der Fahrt mit einem falschen Kettenblatt in Eingriff kommt. Eine Herausforderung besteht darin, ein Fahrradschaltwerk zu entwickeln, das die Position des Schaltwerks bei Bedarf automatisch anpassen kann.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ein Fahrradkettenschaltungssystem, das entwickelt wurde, um die oben genannten Probleme zu lösen, wird hierin offenbart. Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Fahrradkettenschaltungssystem ausgestaltet, um eine Fahrradkette relativ zu einem Fahrradritzel mit einer Rotationsmittelachse zu verschieben. Das Fahrradkettenschaltungssystem weist ein Basiselement, ein bewegliches Element, einen Verbindungsmechanismus, einen elektrischen Aktuator, einen Stromsensor und eine Steuerung auf. Das Basiselement ist ausgestaltet, um an einem Fahrradrahmen befestigt zu werden. Das bewegliche Element ist in Bezug auf das Basiselement beweglich. Der Verbindungsmechanismus verbindet das Basiselement und das bewegliche Element. Der elektrische Aktuator ist ausgestaltet, das bewegliche Element in Bezug auf das Basiselement zu bewegen. Der Stromsensor ist ausgestaltet, einen Stromwert des elektrischen Aktuators zu erfassen. Die Steuerung ist ausgestaltet, den elektrischen Aktuator gemäß dem vom Stromsensor erfassten Stromwert zu steuern, indem sie anfangs ein gegenüberliegendes Paar von Kettengliederplatten der Fahrradkette in Bezug auf einen Ritzelzahn des Fahrradritzels in axialer Richtung in Bezug auf die Rotationsmittelachse in einem Eingriffszustand bewegt, in welchem sich der Ritzelzahn innerhalb eines zwischen dem gegenüberliegenden Paar von Kettengliederplatten definierten Kettengliederplattenraumes befindet, und indem sie einen endgültigen Stopp der Bewegung des gegenüberliegenden Paares der Kettengliederplatten an einer vorbestimmten Position im Eingriffszustand ausführt.
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Mit dem Fahrradkettenschaltungssystem gemäß dem ersten Aspekt ist es möglich, die Position der Fahrradkette automatisch entsprechend dem Stromwert des elektrischen Aktuators einzustellen, um eine Querkraft auf die Fahrradkette zu minimieren.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Fahrradkettenschaltungssystem gemäß dem ersten Aspekt ferner einen Speicher auf, der ausgestaltet ist, die vorbestimmte Position zu speichern.
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Mit dem Fahrradkettenschaltungssystem gemäß dem zweiten Aspekt ist es möglich, die vorgegebene Position der Fahrradkette für jedes Ritzel des Fahrrads zu speichern.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Fahrradkettenschaltungssystem gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt so ausgestaltet, dass die Axialrichtung eine erste Axialrichtung ist, wobei das anfängliche Bewegen des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten zumindest teilweise durch Bewegung des gegenüberliegenden Paares der Kettengliederplatten in die erste Axialrichtung erreicht wird, und die Steuerung ferner so ausgestaltet ist, dass sie den elektrischen Aktuator gemäß dem vom Stromsensor erfassten Stromwert steuert, indem sie einen zwischenzeitlichen Stopp der Bewegung des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten in der ersten Axialrichtung durchführt, wenn der Stromwert steigt um in einem ersten vorbestimmten Bereich zu liegen.
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Mit dem Fahrradkettenschaltungssystem gemäß dem dritten Aspekt ist es möglich, die Position der Fahrradkette automatisch entsprechend dem Stromwert des elektrischen Aktuators einzustellen, um eine Querkraft auf die Fahrradkette zu minimieren.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Steuerung des Fahrradkettenschaltungssystem gemäß dem dritten Aspekt ferner ausgestaltet, den elektrischen Aktuator gemäß dem vom Stromsensor erfassten Stromwert zu steuern, indem sie nach dem Ausführen des zwischenzeitlichen Stopps anschließend das gegenüberliegende Paar von Kettengliederplatten in eine zweite axiale Richtung in Bezug auf die Rotationsmittelachse bewegt, wobei die zweite axiale Richtung entgegengesetzt zur ersten axialen Richtung ist, und wobei das Durchführen des endgültigen Stopps der Bewegung des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten zumindest teilweise durch Stoppen der Bewegung des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten in der zweiten axialen Richtung erreicht wird, wenn der Stromwert steigt, um innerhalb eines zweiten vorbestimmten Bereichs zu liegen, nach dem anschließenden Bewegen das gegenüberliegende Paar von Kettengliedern.
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Mit dem Fahrradkettenschaltungssystem gemäß dem vierten Aspekt ist es möglich, die Position der Fahrradkette automatisch entsprechend dem Stromwert des elektrischen Aktuators einzustellen, um eine Querkraft auf die Fahrradkette zu minimieren.
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Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Fahrradkettenschaltungssystem gemäß dem vierten Aspekt so ausgestaltet, dass das gegenüberliegende Paar der Kettengliederplatten in der vorbestimmten Position frei von Kontakt mit dem Ritzelzahn ist.
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Mit dem Fahrradkettenschaltungssystem gemäß dem fünften Aspekt ist es möglich, den Verschleiß an der Fahrradkette und dem Fahrradritzel zu minimieren, indem eine Fehlausrichtung der Fahrradkette auf dem Fahrradritzel verhindert wird.
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Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Fahrradkettenschaltungssystem gemäß dem fünften Aspekt so ausgestaltet, dass der Ritzelzahn in einer axialen mittigen Position im Kettengliederplattenraum positioniert ist, wenn das gegenüberliegende Paar der Kettengliederplatten in der vorbestimmten Position positioniert ist.
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Mit dem Fahrradkettenschaltungssystem gemäß dem sechsten Aspekt ist es möglich, den Verschleiß von Fahrradkette und Fahrradritzel zu minimieren, indem eine Fehlausrichtung der Fahrradkette auf dem Fahrradritzel verhindert wird.
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Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Fahrradkettenschaltungssystem gemäß einem der vierten bis sechsten Aspekte so ausgestaltet, dass der erste vorbestimmte Bereich gleich dem zweiten vorbestimmten Bereich ist.
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Mit dem Fahrradkettenschaltungssystem gemäß dem siebten Aspekt ist es möglich, die Position der Fahrradkette automatisch entsprechend dem Stromwert des elektrischen Aktuators einzustellen, um eine Querkraft auf die Fahrradkette zu minimieren.
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Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Steuerung des Fahrradkettenschaltungssystems gemäß einem der ersten bis siebten Aspekte ausgestaltet, um den elektrischen Aktuator in einem Einstellmodus zu steuern.
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Mit dem Fahrradschaltwerk gemäß dem achten Aspekt ist es möglich, das Schaltwerk nach dem Austausch des Hinterrades oder beim Schalten der Fahrradkette zwischen den Ritzeln automatisch zu positionieren.
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Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Steuerung des Fahrradkettenschaltungssystems gemäß einem der ersten bis achten Aspekte ausgestaltet, um den elektrischen Aktuator für jedes Ritzel einer Ritzelbaugruppe, einschließlich des Fahrradritzels und mindestens eines zusätzlichen Fahrradritzels, zu steuern.
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Mit dem Fahrradkettenschaltungssystem gemäß dem neunten Aspekt ist es möglich, die Fahrradkette automatisch auf jedem Ritzel des Fahrrads zu positionieren.
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Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Verwendung mit einem Fahrradkettenschaltungssystem zum Schalten einer Fahrradkette in Bezug auf ein Fahrradritzel mit einer Rotationsmittelachse das Erfassen eines Stromwertes eines elektrischen Aktuators des Fahrradkettenschaltungssystems und das Steuern des elektrischen Aktuators in Abhängigkeit von dem erfassten Stromwert auf. Der Stromwert wird über einen Stromsensor erfasst, und der elektrische Aktuator ist ausgestaltet, um ein bewegliches Element relativ zu einem Basiselement des Fahrradkettenschaltungssystems zu bewegen, wobei das Basiselement an einem Fahrradrahmen befestigt ist. Der elektrische Aktuator wird gesteuert, um anfänglich ein gegenüberliegendes Paar von Kettengliederplatten der Fahrradkette in Bezug auf einen Ritzelzahn des Fahrradritzels in einer axialen Richtung in Bezug auf die Rotationsmittelachse in einem Eingriffszustand, in dem sich der Ritzelzahn innerhalb eines zwischen dem gegenüberliegenden Paar der Kettengliederplatten definierten Kettengliederplattenraumes befindet, zu bewegen, und um ein endgültiges Stoppen der Bewegung des gegenüberliegenden Paares der Kettengliederplatten an einer vorbestimmten Position im Eingriffszustand durchzuführen.
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Mit dem Verfahren für das Fahrradkettenschaltungssystem gemäß dem zehnten Aspekt ist es möglich, die Position der Fahrradkette automatisch entsprechend dem Stromwert des elektrischen Aktuators einzustellen, um eine Querkraft auf die Fahrradkette zu minimieren.
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Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren für das Fahrradkettenschaltungssystem gemäß dem zehnten Aspekt so ausgestaltet, dass die axiale Richtung eine erste axiale Richtung ist, wobei das anfängliche Bewegen des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten zumindest teilweise durch Bewegung des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten in der ersten axialen Richtung erreicht wird, und das Steuern des elektrischen Aktuators gemäß dem erfassten Stromwert ferner das Durchführen eines zwischenzeitlichen Stopps der Bewegung des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten in der ersten axialen Richtung aufweist, wenn der Stromwert steigt, um innerhalb eines ersten vorbestimmten Bereich zu liegen.
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Mit dem Verfahren für das Fahrradkettenschaltungssystem gemäß dem elften Aspekt ist es möglich, die Position der Fahrradkette automatisch entsprechend dem Stromwert des elektrischen Aktuators einzustellen, um eine Querkraft auf die Fahrradkette zu minimieren.
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Gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren für das Fahrradkettenschaltungssystem gemäß dem elften Aspekt so ausgestaltet, dass das Steuern des elektrischen Aktuators gemäß dem vom Stromsensor erfassten Stromwert ferner nach dem Durchführen des zwischenzeitlichen Stopps das anschließende Bewegen des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten in einer zweiten axialen Richtung in Bezug auf die Rotationsmittelachse aufweist, wobei die zweite axiale Richtung entgegengesetzt zur ersten axialen Richtung ist, und wobei das Durchführen des endgültigen Stopps der Bewegung des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten zumindest teilweise durch Stoppen der Bewegung des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten in der zweiten axialen Richtung erreicht wird, wenn der Stromwert steigt, um innerhalb eines zweiten vorbestimmten Bereichs zu liegen, nachdem anschließend das gegenüberliegende Paar von Kettengliederplatten bewegt worden ist.
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Mit dem Verfahren für das Fahrradkettenschaltungssystem gemäß dem zwölften Aspekt ist es möglich, die Position der Fahrradkette automatisch entsprechend dem Stromwert des elektrischen Aktuators einzustellen, um eine Querkraft auf die Fahrradkette zu minimieren.
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Diese Zusammenfassung soll eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form vorstellen, die im Folgenden in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben werden. Diese Zusammenfassung zielt weder darauf ab, Hauptmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch soll sie dazu verwendet werden, den Umfang des beanspruchten Gegenstands einzuschränken. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die alle oder einen der in irgendeinem Teil dieser Offenbarung genannten Nachteile beseitigen. Der hierin verwendete Begriff „kleines und/oder leichtes Fahrzeug“ bezieht sich auf elektrische und nichtelektrische Fahrzeuge unabhängig von der Anzahl ihrer Räder, umfasst jedoch nicht vierrädrige Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor als Antriebsquelle für die Räder oder vierrädrige Elektrofahrzeuge, die eine Lizenz für den Betrieb auf öffentlichen Straßen benötigen.
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Figurenliste
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Eine umfassendere Beurteilung der Erfindung und vieler der damit verbundenen Vorteile wird leicht möglich sein, da diese durch die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden wird, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.
- 1 ist eine rechte Seitenansicht eines exemplarischen Fahrrads mit einem Fahrradkettenschaltungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 2 ist eine schematische Darstellung des Fahrrads.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Fahrradkette gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 4 ist eine Seitenansicht eines Fahrradritzels, das gemäß der vorliegenden Offenbarung mit einer Fahrradkette in Eingriff steht.
- 5 ist eine Rückansicht eines Fahrradritzels, das gemäß der vorliegenden Offenbarung mit einer Fahrradkette in Eingriff steht.
- 6 ist eine Seitenansicht eines Fahrradkettenschaltungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- Die 7A und 7B sind schematische Darstellungen eines Fahrradkettenschaltungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 8A ist ein schematisches Diagramm eines Einstellmodus eines Fahrradkettenschaltungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 8B ist ein exemplarischer Graph der Stromwellenform gegenüber dem Stromwert während eines Einstellmodus eines Fahrradkettenschaltungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Ausgewählte Ausführungsformen werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert, wobei gleichfalls Bezugszahlen gleichartige oder identische Elemente in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen. Aus dieser Offenbarung wird für den Fachmann ersichtlich sein, dass die folgenden Beschreibungen der Ausführungsformen nur zur Veranschaulichung und nicht zur Einschränkung der Erfindung im Sinne der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente zur Verfügung gestellt werden.
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Unter Bezugnahme zunächst auf 1 wird ein exemplarisches Fahrrad 1 mit einem Fahrradkettenschaltungssystem 10 gemäß mindestens einer offenbarten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Fahrrad 1 ist beispielsweise ein Mountainbike, wie ein Cyclocross-Fahrrad oder ein Mountainbike. Alternativ kann das Fahrrad 1 auch ein Rennrad sein. Wie in der schematischen Darstellung von 2 dargestellt, kann das Fahrrad 1 eine axiale Mittelebene P1 aufweisen, welche die linke und rechte Hälfte des Fahrrads 1 definiert. Die folgenden Richtungsbegriffe „vorne“, „hinten“, „vorwärts“, „rückwärts“, „links“, „rechts“, „querverlaufend‟, „aufwärts“ und „abwärts“ sowie alle anderen ähnlichen Richtungsbegriffe beziehen sich auf die Richtungen, die sich aus der Annahme ergeben, dass beispielsweise ein Fahrer aufrecht auf einem Sattel des Fahrrads 1 sitzt, während er einem Lenker zugewandt ist.
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Fortfahrend mit 1 weist das Fahrrad 1 einen Rahmen 2, der an einem Hinterrad 3 befestigt ist, auf. Eine Vorderradgabel 4 befestigt ein Vorderrad 5 am Rahmen 2. Die Pedale 6 auf beiden Seiten des Fahrrads 1 sind an den entsprechenden Kurbelarmen 7 befestigt. Die Kurbelarme 7 sind auf beiden Seiten des Rahmens 2 um 180 Grad versetzt montiert und durch eine Kurbelachse 8 (gekennzeichnet durch die gestrichelte Linie) verbunden. Das Fahrrad 1 der vorliegenden Ausführungsform wird durch ein Kettenantriebsgetriebesystem angetrieben, das eine Fahrradkette 9, ein Fahrradkettenschaltungssystem 10 und ein Fahrradritzel 12 aufweist. Es wird darauf hingewiesen, dass das hierin beschriebene Fahrradkettenschaltungssystem 10 als eines oder beide von einem Schaltwerkssystem 10A und/oder einem Umwerfersystem 10B ausgestaltet sein kann. Ebenso kann sich ein hierin beschriebenes Fahrradritzel 12 auf eine Kassette mit hinteren Ritzeln 12A und/oder auf eines aus einer Vielzahl von vorderen Ritzeln 12B beziehen.
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Die Fahrradkette 9 kämmt, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben, in eine der hinteren Ritzel 12A der Kassette und in eine der Vielzahl der vorderen Ritzel 12B im Eingriffszustand. Eine auf die Pedale 6 ausgeübte Antriebskraft dreht die Kurbelachse 8 und das vordere Ritzel 12B. Während sich das vordere Ritzel 12B dreht, wird die Fahrradkette 9 um eine der hinteren Ritzel 12A der Kassette gelenkt, welche die Kraft auf das Hinterrad 3 überträgt, um das Fahrrad 1 anzutreiben. Das Fahrradkettenschaltungssystem 10 ist zum Schalten der Fahrradkette 9 gegenüber dem Fahrradritzel 12 ausgestaltet. Dementsprechend schaltet das Schaltwerkssystem 10A die Fahrradkette 9 zwischen den Ritzeln 12A und das Umwerfsystem 10B die Fahrradkette 9 zwischen den Ritzeln 12B. Das Schalten der Fahrradkette 9 ändert die Übersetzung des Kettenantriebsgetriebes, um die zurückgelegte Strecke für jede Umdrehung der Pedale 6 zu vergrößern oder zu verkleinern. Andere Teile des Fahrrads 1 sind bekannt und werden hier nicht beschrieben.
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3 zeigt drei Glieder der Fahrradkette 9. Die Fahrradkette 9 besteht aus überlappenden Kettengliedern, die aus gegenüberliegenden Paaren von Kettengliederplatten 9A bestehen. Jedes gegenüberliegende Paar von Kettengliederplatten 9A weist eine innere Kettengliederplatte 9A1 und eine äußere Kettenliederplatte 9A2 auf. Im montierten Zustand des Fahrrads 1 ist die innere Kettengliederplatte 9A1 die Kettengliederplatte des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten 9A, das dem Rahmen 2 des Fahrrads 1 am nächsten liegt. In Bezug auf die 1 und 2 ist die innere Kettengliederplatte 9A1 aus Sicht des Fahrers die äußerste linke Kettengliederplatte des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten 9A. Dementsprechend ist die äußere Kettengliederplatte 9A2 die Kettengliederplatte des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten 9A die ganz rechte Kettengliederplatte des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten 9A aus der Sicht des Fahrers und damit weiter vom Rahmen 2 des Fahrrads 1 entfernt als die innere Kettengliederplatte 9A1. Mit kurzem Bezug auf 5 wird ein Hohlraum zwischen dem gegenüberliegenden Paar von Kettengliederplatten 9A als ein Kettengliederplattenraum 9S definiert.
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Die 4 und 5 sind Seiten- und Rückansichten des Fahrradritzels 12 im Eingriffszustand mit der Fahrradkette 9. Das Fahrradritzel 12 weist eine Drehachse A auf, um die es zum Drehen ausgebildet ist, wie die Punkt-Strichlinie in 4 zeigt. Wie in 4 dargestellt, weist das Fahrradritzel 12 eine Vielzahl von Ritzelzähnen 12T auf, die um einen äußeren Umfang des Fahrradritzels 12 angeordnet sind. Wenn sich das Fahrradritzel 12 im Eingriffszustand mit der Fahrradkette 9 befindet, befindet sich der Ritzelzahn 12T in einem Kettengliederplattenraum 9S, der zwischen dem gegenüberliegenden Paar von Kettengliederplatten 9A definiert ist. In der Seitenansicht von 4 wird die Position des Ritzelzahnes 12T im Kettengliederplattenraum 9S durch die gestrichelte Linie dargestellt. In der Rückansicht von 5 sind die inneren und äußeren Kettengliederplatten 9A1, 9A2 im Querschnitt dargestellt, um die Position des Ritzelzahnes 12T im Kettengliederplattenraum 9S zu verdeutlichen.
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Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, wird die Fahrradkette 9 zwischen den hinteren und vorderen Ritzeln 12A, 12B geschaltet, um die Übersetzung des Kettenantriebsgetriebes des Fahrrades 1 zu verändern. Während eines Schaltvorgangs wird die Fahrradkette 9 in axialer Richtung zu einem benachbarten Ritzel bewegt. Wenn das benachbarte Ritzel ein Außenritzel in Bezug auf den Rahmen 2 des Fahrrads 1 ist, wird die Fahrradkette 9 in eine erste axiale Richtung A1 bewegt, wie in 5 angegeben. Die erste axiale Richtung A1 ist eine nach rechts gerichtete Richtung weg vom Rahmen 2 des Fahrrads 1 aus der Perspektive des Fahrers unter Bezugnahme auf 2. Wenn das benachbarte Ritzel ein Innenritzel in Bezug auf den Rahmen 2 des Fahrrads 1 ist, wird die Fahrradkette 9 entsprechend in eine zweite axiale Richtung A2 bewegt, wie in 5 angegeben. Die zweite axiale Richtung A2 ist eine nach links gerichtete Richtung vom Rahmen 2 des Fahrrads aus der Perspektive des Fahrers unter Bezugnahme auf 2. Es ist zu beachten, dass die erste und zweite axiale Richtung A1, A2 koaxial zur Rotationsmittelachse A des Fahrradritzels 12 ist, während die zweite axiale Richtung A2 entgegen der ersten axialen Richtung A1 ist.
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6 ist eine rechte Seitenansicht eines Fahrradkettenschaltungssystems 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Während das Schaltwerkssystem 10A als exemplarisches Fahrradkettenschaltungssystem 10 dargestellt ist, ist zu beachten, dass die nachfolgend beschriebenen Elemente auch in das Schaltwerk 10B aufgenommen werden können. Das Fahrradkettenschaltungssystem 10 weist ein Basiselement 14, ein bewegliches Element 16, einen Verbindungsmechanismus 18, einen elektrischen Aktuator 20, einen Stromsensor CS und eine Steuerung 22 auf. Das Basiselement 14 ist ausgestaltet, um am Fahrradrahmen 2 befestigt zu werden. Das bewegliche Element 16 ist in Bezug auf das Basiselement 14 beweglich, und der Verbindungsmechanismus 18 verbindet das Basiselement 14 und das bewegliche Element 16. Das bewegliche Element 16 ist ferner an einer Kettenführung 24 befestigt, welche die Kette 9 auf dem Ritzel 12 positioniert. Der elektrische Aktuator 20 ist ausgestaltet, um das bewegliche Element 16 relativ zum Basiselement 14 zu bewegen, und das bewegliche Element 16 bewegt sich zur Kettenführung 24, welche die Fahrradkette 9 auf dem Ritzel 12 positioniert. Der Stromsensor CS ist ausgestaltet, um einen Stromwert CV des elektrischen Aktuators 20 zu erfassen. Ein Positionssensor PS ist ausgestaltet, um einen Winkel der Kettenführung 24 in Bezug auf das bewegliche Element 16 zu bestimmen, welcher identifiziert, welches Ritzel der Kassette der hinteren Ritzel 12A gerade mit der Fahrradkette 9 in Eingriff steht. Es wird darauf hingewiesen, dass der elektrische Aktuator 20, die Steuerung 22, der Stromsensor CS und der Positionssensor PS in 6 schematisch dargestellt sind. In der in 6 dargestellten Ausführungsform sind die Steuerung 22 und der Stromsensor CS am beweglichen Element 16 des Fahrradkettenschaltungssystems 10 an oder in der Nähe derselben Stelle wie der Aktuator angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform, wie in 7B dargestellt, kann der Stromsensor an oder in der Nähe einer Batterie 28 positioniert sein. In einigen Ausführungsformen kann das Fahrradkettenschaltungssystem 10 eine Motoreinheit aufweisen, welche den Aktuator 20, die Steuerung 22 und den Stromsensor CS aufweist. Alternativ kann die Steuerung 22 beispielsweise am oder im Rahmen 2 des Fahrrads 1 an einer anderen Stelle montiert sein, und die Steuerung des elektrischen Aktuators 20 kann drahtlos erfolgen.
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Die 7A und 7B zeigen schematische Diagramme der Position des Stromsensors CS im Fahrradkettenschaltungssystem 10. Die Steuerung 22 ist jeweils in Verbindung mit den Schaltwerksystemen 10A, 10B sowie mit einem oder mehreren Schaltern 26, die ausgestaltet sind, um einen Schaltbefehl des Fahrers zum Einleiten des Schaltvorgangs zu empfangen. Dementsprechend können der eine oder die mehreren Schalter 26 als Schalthebel ausgestaltet sein, die am Lenker des Fahrrads 1 montiert sind. Eine Batterie 28 versorgt die Steuerung 22 mit Strom. Die Steuerung 22 ist ferner in Verbindung mit dem hinteren und vorderen Fahrradschaltwerk 10A, 10B. Ein Speicher 30 ist in der Steuerung 22 enthalten, wobei der Speicher 30 ausgestaltet ist, um eine vorbestimmte Position P des gegenüberliegenden Paares der Kettengliederplatten 9A in Bezug auf das Fahrradritzel 12 zu speichern. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die vorbestimmte Position P ein Winkel einer Abtriebswelle oder des Aktuators 20. Der Winkel der Abtriebswelle weist einen erfassten Wert eines Winkelsensors des Aktuators 20 auf. In einer alternativen Ausführungsform ist die vorbestimmte Position P ein Winkel der Kettenführung 24 in Bezug auf das bewegliche Element 16. Wie in 7A dargestellt, kann der Stromsensor CS am elektrischen Aktuator 20 in einem oder beiden der Fahrradschaltungen 10A und 10B positioniert sein. Alternativ kann, wie in 7B dargestellt, der Stromsensor CS zwischen der Batterie 28 und der Steuerung 22 positioniert sein. Wie vorstehend beschrieben, ist der im Schaltwerk 10A enthaltene Positionssensor PS ausgestaltet, um zu identifizieren, welches Ritzel der Kassette der hinteren Ritzel 12A derzeit mit der Fahrradkette 9 in Eingriff steht, indem der Winkel der Kettenführung 24 in Bezug auf das bewegliche Element bestimmt wird.
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Wie im Folgenden ausführlich erläutert, ist die Steuerung 22 ausgestaltet, um den elektrischen Aktuator 20 in einem Einstellmodus des Fahrradkettenschaltungssystems 10 zu steuern. Insbesondere steuert die Steuerung 22 den elektrischen Aktuator 20 entsprechend dem Stromwert CV des elektrischen Aktuators 20, der vom Stromsensor CS erfasst wird. Eine optimale Position der Kettenführung 24 in Bezug auf das Fahrradritzel 12 kann aus dem Stromwert CV des Aktuators 20 geschätzt werden. Wenn eine Seitenkraft, wie beispielsweise eine Kraft, die auf die Fahrradkette 9 wirkt, wenn die Fahrradkette 9 beispielsweise den Ritzelzahn 12T kontaktiert, zunimmt, steigt auch ein Drehmoment, das zum Antreiben des elektrischen Aktuators 20 erforderlich ist, was als Erhöhung des Stromwertes CV des elektrischen Aktuators 20 erkannt wird. Die Höhe der Querkraft auf die Fahrradkette 9 kann anzeigen, wann sich die Fahrradkette 9 und damit die Kettenführung 24, welche die Fahrradkette 9 positioniert, nicht in einer optimalen Position befindet und eine Einstellung erfordert. Wenn also der Stromwert CV des Aktuators 20 als Reaktion auf die Erhöhung der Querkraft an der Fahrradkette 9 zunimmt, kann das Fahrradkettenschaltungssystem 10 den Einstellmodus auslösen, um die Kettenführung 24 zu bewegen und die Fahrradkette 9 an eine gewünschte Position auf dem Ritzel 12 zu bringen.
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Es ist zu beachten, dass die Steuerung 22 ausgestaltet ist, den elektrischen Aktuator 20 für jedes Ritzel einer Ritzelbaugruppe zu steuern, einschließlich des Fahrradritzels 12 und mindestens eines zusätzlichen Fahrradritzels. Wie vorstehend beschrieben, kann aus dem Stromwert CV des Aktuators 20 die optimale Position der Kettenführung 24 für das Ritzel 12 ermittelt werden. Diese Technologie kann auf jedes Ritzel der Ritzelbaugruppe angewendet werden. Dementsprechend kann das hierin beschriebene Fahrradkettenschaltungssystem 10 den Einstellmodus mit allen Ritzeln durchführen, die in der Kassette der hinteren Ritzel 12A und/oder in der Vielzahl der vorderen Ritzel 12B enthalten sind, wodurch alle Schaltstufen der Ritzelbaugruppe eingestellt werden.
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8A zeigt ein schematisches Diagramm des Einstellmodus des Fahrradkettenschaltungssystems 10, und 8B zeigt die aktuelle Wellenform und den Stromwert CV des Aktuators während des Einstellmodus. Es wird darauf hingewiesen, dass der Einstellmodus entweder der automatische Einstellmodus oder den Schalteinstellmodus sein kann. Die schematische Darstellung zeigt eine Rückansicht der Position des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten 9A in Bezug auf das Ritzel 12 bei verschiedenen Schritten während des Einstellmodus. Wie bei 5 sind die inneren und äußeren Kettengliederplatten 9A1, 9A2, die das gegenüberliegende Paar von Kettengliederplatten 9A bilden, im Querschnitt dargestellt, um die Position des Ritzelzahns 12T im Kettengliederplattenraum 9S zu veranschaulichen. Der Einfachheit halber werden die inneren und äußeren Kettengliederplatten 9A1, 9A2 in Schritt 1 einzeln beschriftet und anderweitig als das Paar der gegenüberliegenden Kettengliederplatten 9A in 8A gekennzeichnet. Wie im Folgenden beschrieben, zeigen die Pfeile die direkte Bewegung des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten 9A während des Einstellmodus an.
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Der Einstellmodus kann durch einen Anstieg des Stromwertes CV des elektrischen Aktuators 20 ausgelöst werden, wenn die Kettenführung 24 die Fahrradkette 9 berührt, oder als Reaktion auf den Schaltbefehl. Insbesondere weist die Kettenführung 24 mindestens eine Umlenkrolle und vorzugsweise zwei Umlenkrollen auf. Wenn eine Umlenkrolle der Kettenführung 24 das gegenüberliegende Paar von Kettengliederplatten 9A der Fahrradkette berührt, erhöht sich der Stromwert CV des elektrischen Aktuators 20, und der Einstellmodus wird ausgelöst. Unter Bezugnahme auf die 4-6 ist die Steuerung 22 des Fahrradschaltungssystems 10 ausgeschaltet, um die Einstellung der Position der Fahrradkette 9 auf dem Fahrradritzel 12 zu beginnen, indem das gegenüberliegende Paar von Kettengliederplatten 9A zunächst in axialer Richtung in Bezug auf die Rotationsachse A bewegt wird. Dieser Schritt wird als Schritt 1 in 8A angezeigt. Wie vorstehend in Bezug auf 5 beschrieben, ist die axiale Richtung die erste axiale Richtung A1, die aus der Perspektive des Fahrers nach rechts vom Rahmen 2 des Fahrrads weg gerichtet ist, mit Bezug auf 2. Somit wird die anfängliche Bewegung des gegenüberliegenden Paars von Kettengliederplatten 9A zumindest teilweise durch die Bewegung des gegenüberliegenden Paares der Kettengliederplatten 9A in die erste axiale Richtung A1 erreicht.
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Die Steuerung 22 ist ferner ausgestaltet, um den elektrischen Aktuator 20 gemäß dem vom Stromsensor CS erfassten Stromwert CV zu steuern, indem sie einen zwischenzeitlichen Stopp der Bewegung des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten 9A in der ersten axialen Richtung A1 durchführt, wenn der Stromwert CV innerhalb eines ersten vorbestimmten Bereichs PR1 ansteigt (dargestellt in 8B durch die Punkt-Punkt-Strichlinien). Der Anstieg des Stromwertes CV, der die Steuerung 22 veranlasst, das zwischenzeitliche Stoppen der Bewegung des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten 9A einzuleiten, tritt auf, wenn eine Außenfläche der äußeren Kettengliederplatte 9A2 des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten 9A mit einem äußeren Fahrradritzel 32 in Kontakt kommt, welches sich rechts vom Fahrradritzel 12 in Bezug auf den Rahmen 2 des Fahrrads 1 befindet. Diese Position des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten 9A in Bezug auf das Fahrradritzel 12 und das äußere Fahrradritzel 32 nach Durchführung des zwischenzeitlichen Stopps der Bewegung in der ersten axialen Richtung A1 ist als Schritt 2 in 8A dargestellt. Der Anstieg des Stromwertes CV beim Eintritt des Stromwertes CV in den ersten vorbestimmte Bereich PR1 ist in 8B als erste Spitze der Stromwellenform des elektrischen Aktuators 20 dargestellt.
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Nach dem Durchführen des zwischenzeitlichen Stopps ist die Steuerung 22 ferner ausgestaltet, den elektrischen Aktuator 20 gemäß dem vom Stromsensor CS erfassten Stromwert CV zu steuern, indem sie anschließend das gegenüberliegende Paar von Kettengliederplatten 9A in der zweiten axialen Richtung A2 in Bezug auf die Rotationsmittelachse A bewegt. Wie vorstehend mit Bezug auf 5 beschrieben, ist die zweite axiale Richtung A2 entgegengesetzt zur ersten axialen Richtung A1. Dementsprechend ist die zweite axiale Richtung A2 eine nach links gerichtete Richtung vom Rahmen 2 des Fahrrads aus der Perspektive des Fahrers unter Bezugnahme auf 2.
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Wie vorstehend unter Bezugnahme auf die 4-6 beschrieben, wird der Einstellmodus durch Ausführen des endgültigen Stopps der Bewegung des gegenüberliegenden Paares der Kettengliederplatten 9A an der vorbestimmten Position P im Eingriffszustand abgeschlossen, wie in Schritt 4 von 8A dargestellt. In einigen Szenarien befinden sich das gegenüberliegende Paar von Kettengliederplatten 9A in der vorbestimmten Position P nach dem darauffolgenden Bewegen des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten 9A in der zweiten axialen Richtung A2. Diese Ausführungsform wird durch den gestrichelten Linienpfeil in 8A dargestellt, in dem Schritt 3 übersprungen wird und das endgültige Stoppen der Bewegung bei Schritt 4 durchgeführt wird.
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In einigen Szenarien kann es notwendig sein, das gegenüberliegende Paar von Kettengliederplatten 9A ein zweites Mal in die erste axiale Richtung A1 zu bewegen, nach dem anschließenden Bewegen des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten 9A in die zweite axiale Richtung A2 und vor dem endgültigen Stoppen der Bewegung. Diese Bewegung kann erforderlich sein, wenn eine Außenfläche der inneren Kettengliederplatte 9A1 ein inneres Fahrradritzel 34 berührt, wie in Schritt 3 von 8A dargestellt, oder wenn eine der inneren oder äußeren Kettengliederplatten 9A1, 9A2 in Kontakt mit dem Ritzelzahn 12T ist. In dieser Ausführungsform wird das Durchführen des endgültigen Stopps der Bewegung des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten 9A zumindest teilweise durch Stoppen der Bewegung des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten 9A in der zweiten axialen Richtung A2 erreicht, wenn der Stromwert CV zunimmt, um innerhalb eines zweiten vorbestimmten Bereichs PR2 zu liegen, nachdem das gegenüberliegende Paar von Kettengliederplatten 9A anschließend bewegt worden ist, und dann anschließend das gegenüberliegende Paar von Kettengliederplatten 9A in der ersten axialen Richtung A1 in die vorbestimmte Position P bewegt worden ist.
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Der Anstieg des Stromwertes CV beim Eintritt des Stromwertes CV in den zweiten vorgegebenen Bereich PR2 ist in 8B als zweite Spitze der Stromwellenform des elektrischen Aktuators 20 dargestellt. In dem in 8B dargestellten exemplarischen Einstellmodus ist der erste vorbestimmte Bereich PR1 identisch mit dem zweiten vorbestimmten Bereich PR2. Es ist jedoch zu beachten, dass der erste vorbestimmte Bereich PR1 von dem zweiten vorbestimmten Bereich PR2 abweichen kann.
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Die Position des gegenüberliegenden Paares von Kettengliederplatten 9A in der vorbestimmten Position P in Bezug auf das Fahrradritzel 12 und das äußere Fahrradritzel 32 nach dem Durchführen des endgültigen Stopps der Bewegung ist bei Schritt 4 in 8A dargestellt. Es ist zu beachten, dass in der vorgegebenen Position P das gegenüberliegende Paar der Kettengliederplatten 9A frei von Kontakt mit dem Ritzelzahn 12T ist. Ferner wird der Ritzelzahn 12T in einer axialen Mittelstellung im Kettengliederplattenraum 9S positioniert, wenn das gegenüberliegende Paar der Kettengliederplatten 9A in der vorbestimmten Position P positioniert ist.
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In einigen Ausführungsformen kann der Einstellmodus ein erster Einstellmodus sein, und die Steuerung 22 kann ausgestaltet sein, um zwischen dem ersten Einstellmodus und einem zweiten Einstellmodus zu wechseln, der sich vom ersten Einstellmodus unterscheidet. Der erste Einstellmodus ist ein automatischer Einstellmodus, der eingeleitet werden kann, wenn das Hinterrad 3 nach Reparatur, Wartung oder dergleichen ausgetauscht wird und die Kettenführung 24 die Fahrradkette 9 kontaktiert, wodurch der Stromwert CV des elektrischen Aktuators 20 erhöht wird. Im automatischen Einstellmodus steuert die Steuerung 22 den elektrischen Aktuator 20 basierend auf dem Stromwert CV, unabhängig vom Empfang des Schaltbefehls. Die Steuerung 22 kann ferner ausgestaltet sein, um den elektrischen Aktuator 22 als Reaktion auf den Stromwert CV zu steuern, nachdem sie den elektrischen Aktuator 22 gesteuert hat, um einen vorbestimmten Betrag im automatischen Einstellmodus zu bewegen. Der automatische Einstellmodus kann das Einstellen der Position der Kettenführung 24 für jedes Ritzel in der Kassette der hinteren Ritzel 12A aufweisen, beginnend mit dem kleinsten Ritzel und der schrittweisen Bewegung nach innen zum größten Ritzel. Die Steuerung 22 kann ausgestaltet sein, um den Stromwert CV, den Winkel der Kettenführung 24 und die vorbestimmte Position P für jedes Ritzel in der Kassette der hinteren Ritzel 12A im Speicher 30 zu speichern.
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Der zweite Einstellmodus ist ein Schaltungseinstellmodus. Im Schaltungseinstellmodus erhält die Steuerung 20 vom Schalter 26 einen Schaltbefehl, um den Schaltvorgang durchzuführen. Als Reaktion auf das Empfangen des Schaltbefehls ist die Steuerung 22 ausgestaltet, um den elektrischen Aktuator 22 um einen vorbestimmten Betrag zu bewegen, um die Fahrradkette 9 auf dem dem dem Schaltbefehl entsprechenden Fahrradritzel 12 zu positionieren. Wie vorstehend beschrieben, ist der Positionssensor PS ausgestaltet, um zu identifizieren, welches Ritzel gerade mit der Fahrradkette 9 in Eingriff steht, indem er den Winkel der Kettenführung 24 in Bezug auf das bewegliche Element 26 bestimmt. Wenn bestimmt wird, dass sich die Kette 9 im Eingriffszustand mit dem gewünschten Ritzel befindet, ist die Steuerung 22 ausgestaltet, um den elektrischen Aktuator 22 zu steuern, um die Position der Kettenführung 24 und der Fahrradkette 9 gemäß dem vom Stromsensor CS erfassten Stromwert CV einzustellen, nachdem sie den elektrischen Aktuator 22 als Reaktion auf den Schaltbefehl um den vorgegebenen Betrag bewegt hat.
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Während zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung nur ausgewählte Ausführungsformen gewählt wurden, wird sich für den Fachmann aus dieser Offenbarung ergeben, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. So können beispielsweise Größe, Form, Lage oder Ausrichtung der verschiedenen Komponenten nach Bedarf und/oder Wunsch geändert werden. Komponenten, die direkt miteinander verbunden sind oder sich berühren, können Zwischenstrukturen aufweisen. Die Funktionen eines Elements können von zwei Elementen übernommen werden und umgekehrt. Die Strukturen und Funktionen einer Ausführungsform können in eine andere Ausführungsform übernommen werden. Es ist nicht notwendig, dass alle Vorteile in einer bestimmten Ausführungsform gleichzeitig vorhanden sind. Jedes Merkmal, das einzigartig ist aus dem Stand der Technik, allein oder in Kombination mit anderen Merkmalen, sollte auch als separate Beschreibung weiterer Erfindungen durch den Anmelder angesehen werden, einschließlich der strukturellen und/oder funktionalen Konzepte, die durch dieses Merkmal(e) verkörpert werden. Die vorstehenden Beschreibungen der Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung dienen daher nur der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung der Erfindung im Sinne der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente.
