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Querverweis zu verwandten Anmeldungen
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung mit der Nummer 13/849,866, eingereicht am 25. März 2013. Die gesamte Offenbarung der US-Patentanmeldung mit der Nummer 13/849,866 ist hierbei durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
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HINTERGRUND
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Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich im Wesentlichen auf einen elektrischen Frontumwerfer für ein Fahrrad. Spezifischer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen elektrischen Frontumwerfer, welcher mit Fahrrädern verwendet werden kann, die unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen, insbesondere die zwei Kettenblätter und drei Kettenblätter beinhalten.
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Hintergrundinformation
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Im Wesentlichen ist ein Frontumwerfer an den Fahrradrahmen angrenzend zu den Kettenblättern oder vorderen Kettenrädern montiert, um eine Kette seitlich zwischen den Kettenblättern zu schalten. Ein Frontumwerfer beinhaltet eine Basis oder ein fixiertes Glied, dass nicht bewegbar an dem Fahrradrahmen gesichert ist. Ein Frontumwerfer beinhaltet weiter ein bewegliches Element oder eine Kettenführung, die relativ zum Basisglied beweglich gestützt ist, so dass das bewegliche Glied sich zwischen zumindest zwei seitlichen Schaltpositionen bewegt, um die Kette zwischen den Kettenblättern zu schalten.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene einstellbare Frontumwerfer bekannt. Beispielsweise beschreibt die
DE 603 14 986 T2 ein Fahrrad mit einer elektronisch unterstützten Gangschaltung. Die Gangschaltung umfasst einen hinteres Stellglied und einen vorderes Stellglied mit einem entsprechenden Motor, um über einen Umwerfer eine Kette in einer axialen Richtung/Achse in Bezug auf eine entsprechende Gangschaltungsgruppe zu verschieben. Die Gangschaltungsgruppe umfasst mindestens zwei Ritzel, die jeweils mit der Nabe des Hinterrads oder mit der Achse der Tretkurbeln des Fahrrads verbunden sind. Die Gangschaltung umfasst ferner eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals, das eine Verschiebung der Kette von einem ersten Ritzel zu einem zweiten Ritzel der jeweiligen Gangschaltungsgruppe anfordert. Die Gangschaltung umfasst zudem eine elektronische Steuereinheit, die mit dem hinteren Stellglied und dem vorderen Stellglied verbunden ist. Zudem umfasst die elektronische Steuereinheit hintere und vordere Speichereinrichtungen. Die Speichereinrichtungen der elektronischen Steuereinheit umfassen ferner auch eine Überhub-Speichereinrichtung für das Speichern zumindest einen differenziellen Betrag, der als „Betrag eines Überhubs“ bezeichnet wird. Der Betrag des Überhubs stellt den Versatz zwischen der theoretischen Position des Ritzels und der Position, die das Führungselement der Kette während einer Aufwärts- und/oder Abwärts-Gangschaltung annehmen muss, um die Gangschaltung selbst zu unterstützen dar.
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US 2013 / 0 030 662 A1 beschreibt eine elektronisch unterstützte Gangschaltung, die eine hintere Schaltgruppe und eine vordere Schaltgruppe umfasst. Die hintere Schaltgruppe umfasst eine Vielzahl von Zahnrädern oder Kettenrädern mit unterschiedlichen Durchmessern, die koaxial zum Hinterrad angeordnet sind, und die vordere Schaltgruppe umfasst eine Vielzahl von Zahnrädern mit unterschiedlichen Durchmessern, die koaxial zur Achse der Tretkurbeln angeordnet sind. Die elektronisch unterstützte Gangschaltung umfasst ferner ein elektronisches Steuergerät mit einer elektronischen Leistungsplatine, einer Schnittstelleneinheit und einer Sensoreinheit. Das Schaltwerk und der Umwerfer werden von dem elektronischen Steuergerät auf Grundlage von Aufwärts- oder Abwärtsschaltanforderungssignalen gesteuert.
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US 2007 / 0 184 925 A1 beschreibt einen motorisierten Umwerfer und ein motorisiertes Schaltwerk für ein Fahrrad. Der motorisierte Umwerfer und das motorisierte Schaltwerk werden durch eine vordere elektrische Schaltvorrichtung bzw. eine hintere elektrische Schaltvorrichtung betätigt, um eine Kette zwischen verschiedenen Gängen zu schalten. Die motorisierte vordere Umwerfer umfasst im Wesentlichen eine vordere Umwerfereinheit, eine vordere Umwerfermotoreinheit, ein Motorgestänge und eine Batterie. Grundsätzlich hat die vordere Umwerfereinheit einen vorbestimmten maximalen Kettenkäfig-Bewegungsbereich zwischen einer oberen Kettenkäfig-Endposition und einer unteren Kettenkäfig-Endposition.
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Zusammenfassung
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Im Wesentlichen richtet sich die vorliegende Offenbarung auf einen elektrischen Frontumwerfer für den Gebrauch mit sowohl Fahrrädern die zwei Kettenräder aufweisen als auch mit Fahrrädern die drei Kettenräder aufweisen. Die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Gangschaltvorrichtung bereitzustellen, die an Fahrrädern mit einer unterschiedlichen Anzahl von Kettenblättern und unterschiedlichen Abständen zwischen diesen Kettenblättern betrieben werden kann. Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Umwerfer gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1 und 3 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile des offenbarten elektrischen Frontumwerfers werden dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, welche, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, bevorzugte Ausführungsformen des elektrischen Frontumwerfers offenbaren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bezugnehmend nun zu den beigefügten Zeichnungen, welche einen Teil dieser ursprünglichen Offenbarung bilden:
- 1 ist eine perspektivische Teilseitenansicht eines Fahrradrahmens der mit einem elektrischen Frontumwerfer nach einer Ausführungsform ausgestattet ist;
- 2 ist ein vereinfachtes schematisches Blockdiagram zeigend eine exemplarische Konfiguration des elektrischen Frontumwerfers veranschaulicht in 1 in welcher der elektrische Frontumwerfer an einen Computer (PC) verbunden ist;
- 3 ist ein Paar von vereinfachten schematischen Diagrammen zeigend (a) die Kettenführung des elektrischen Frontumwerfers bewegt zwischen drei Halteposition in einem ersten Modus für eine vordere Drei-Geschwindigkeitskonfiguration aufweisend erste und zweite Endpositionen jeweils der ersten und dritten Halteposition entsprechend und (b) die Kettenführung des elektrischen Frontumwerfers bewegt zwischen zwei Haltepositionen in einem zweiten Modus für eine vordere Zwei-Geschwindigkeitskonfiguration aufweisend dritte und vierte Endpositionen jeweils den vierten und fünften Haltepositionen entsprechend;
- 4 ist ein Paar von vereinfachten schematischen Diagrammen zeigend (a) die Kettenführung des elektrischen Frontumwerfers bewegt zwischen drei Haltepositionen in einem ersten Modus für eine vordere Drei-Geschwindigkeitskonfiguration aufweisend erste und zweite Endpositionen jeweils einer ersten Halteposition und einer äußeren Trimmposition und (b) die Kettenführung des elektrischen Frontumwerfers bewegt zwischen zwei Haltepositionen in einem zweiten Modus für eine vordere Zwei-Geschwindigkeitskonfiguration aufweisend dritte und vierte Endpositionen jeweils einer vierten Halteposition und einer äußeren Trimmposition entsprechend;
- 5 ist eine vordere Aufrissansicht des elektrischen Frontumwerfers veranschaulicht in 1 mit der Abdeckung des Gehäuses der elektrischen Antriebseinheit entfernt um eine erste (Drei-Geschwindigkeit) Konfiguration, benutzend eine erste Anschlussstruktur, zu veranschaulichen;
- 6 ist eine vordere Aufrissansicht des elektrischen Frontumwerfers veranschaulicht in 1 mit der Abdeckung des Gehäuses der elektrischen Antriebseinheit entfernt, um eine zweite (Zwei-Geschwindigkeit) Konfiguration, benutzend eine zweite Anschlussstruktur, zu veranschaulichen;
- 7 ist eine vordere Aufrissansicht des elektrischen Frontumwerfers veranschaulicht in 5 (Drei-Geschwindigkeitskonfiguration) mit dem beweglichen Glied in der Tiefposition (d.h. in der vollständig eingefahrenen Position);
- 8 ist ein Graph darstellend das Übersetzungsverhältnis hinsichtlich der seitlichen Bewegung des beweglichen Gliedes des elektrischen Frontumwerfers veranschaulicht in 5 (Drei-Geschwindigkeitskonfiguration), wobei das bewegliche Glied in einer Tiefposition ist;
- 9 ist eine vordere Aufrissansicht des elektrischen Frontumwerfers veranschaulicht in 5 (Drei-Geschwindigkeitskonfiguration) mit dem beweglichen Glied in der Mittelposition;
- 10 ist ein Graph darstellend das Übersetzungsverhältnis hinsichtlich der seitlichen Bewegung des beweglichen Gliedes des elektrischen Frontumwerfers veranschaulicht in 5 (Drei-Geschwindigkeitskonfiguration), wobei das bewegliche Glied in der Mittelposition ist;
- 11 ist eine vordere Aufrissansicht des elektrischen Frontumwerfers veranschaulicht in 5 (Drei-Geschwindigkeitskonfiguration) mit dem beweglichen Glied in der Hochposition (d.h. in der vollständig ausgefahrenen Position);
- 12 ist ein Graph darstellend das Übersetzungsverhältnis hinsichtlich der seitlichen Bewegung des beweglichen Gliedes des elektrischen Frontumwerfers veranschaulicht in 5 (Drei-Geschwindigkeitskonfiguration), wobei das bewegliche Glied in der Hochposition ist;
- 13 ist eine vordere Aufrissansicht des elektrischen Frontumwerfers veranschaulicht in 5 (Zwei-Geschwindigkeitskonfiguration), wobei das bewegliche Glied in der Hochposition ist;
- 14 ist ein Graph darstellend das Übersetzungsverhältnis hinsichtlich der seitlichen Bewegung des beweglichen Gliedes des elektrischen Frontumwerfers veranschaulicht in 6 (Zwei-Geschwindigkeitskonfiguration), wobei das bewegliche Glied in der Tiefposition ist;
- 15 ist eine vordere Aufrissansicht des elektrischen Frontumwerfers veranschaulicht in 6 (Zwei-Geschwindigkeitskonfiguration) mit dem beweglichen Glied in der Hochposition (d.h. in der vollständig ausgefahrenen Position);
- 16 ist ein Graph darstellend das Übersetzungsverhältnis hinsichtlich der seitlichen Bewegung des beweglichen Gliedes des elektrischen Frontumwerfers veranschaulicht in 6 (Zwei-Geschwindigkeitskonfiguration), wobei das bewegliche Glied in der Hochposition ist; und
- 17 ist eine vordere Aufrissansicht des elektrischen Frontumwerfers veranschaulicht in 1 und 5 jedoch mit einer Sperrplatte an die erste Anschlussstruktur fixiert, um den elektrischen Frontumwerfer von der Drei-Geschwindigkeitskonfiguration zu der Zwei-Geschwindigkeitskonfiguration umzuwandeln.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
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Ausgewählte Ausführungsformen werden nun mit Bezugnahme zu den Zeichnungen beschrieben. Es wird aus dieser Offenbarung für den Fachmann ersichtlich, dass die folgenden Beschreibungen der Ausführungsformen nur zu Illustrationszwecken bereitgestellt sind und nicht für den Zweck die Erfindung wie durch die angefügten Ansprüche und ihre Äquivalente einzuschränken.
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Zunächst Bezug nehmend zu den 1 und 2, darin ist ein Abschnitt eines Fahrradrahmens 10 veranschaulicht mit einem elektrischen Frontumwerfer 12 gemäß einer veranschaulichten Ausführungsform. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der elektrische Frontumwerfer 12 (im Folgenden der Umwerfer 12) an ein Sitzrohr 14 des Fahrradrahmens 10 montiert. Jedoch kann der Umwerfer 12 in einer anderen Weise an dem Fahrradrahmen 10 montiert werden. Der Umwerfer 12 beinhaltet im Wesentlichen ein Basisglied 16, ein bewegliches Glied 18, eine elektrische Antriebseinheit 20 und eine Steuerung 22. Wie nachfolgend erläutert wird, ist die Steuerung 22 ausgestaltet, um selektiv die Antriebseinheit 20 in einem ersten Modus oder einem zweiten Modus zu betätigen. In den veranschaulichten Ausführungsformen entspricht der erste Modus der Betätigung eines Umwerfers 12, welcher eine Drei-Geschwindigkeitskonfiguration (d.h. ein Fahrrad aufweisend nur drei Kettenblätter oder vordere Kettenräder) verwendet und der zweite Modus der Betätigung entspricht dem Umwerfer 12, welcher eine Zwei-Geschwindigkeitskonfiguration verwendet (d.h. ein Fahrrad aufweisend nur zwei Kettenblätter oder vordere Kettenräder.
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Wie in 2 zu sehen ist, beinhaltet die Steuerung 22 einen Mikrocomputer 21 aufweisend einen Prozessor 23a und einen Speicher 23b. Die Steuerung 22 beinhaltet auch ein Schaltsteuerprogramm, welches die Bewegung des beweglichen Gliedes 18 wie nachfolgend erläutert steuert. Das Schaltsteuerprogramm kann in dem Speicher 23b abgespeichert werden, welches eine ROM (Read Only Memory) Vorrichtung und eine RAM (Random Access Memory) Vorrichtung beinhaltet. Die Steuerung 22 beinhaltet eine Eingabeschnittstelle 23c, wie etwa ein USB-Port mit einer Benutzerbetätigungsvorrichtung in Verbindung stehend, wie etwa ein Schalter (nicht dargestellt) und/oder ein Fahrradcomputer (nicht dargestellt) für das Empfangen von Schaltsignalen und/oder für das Setzen von Signalen. Wie in 2 zu sehen ist, kann ein Computer (PC) mit der Eingabeschnittstelle (23c) verbunden sein, um die Programmierung der Steuerung 22 up-zu-daten und/oder zu ändern, wie etwa das Einstellen von Abständen zwischen Haltepositionen und Endpositionen, wie im Nachfolgenden erläutert wird. Die Programmierung der Steuerung 22 kann auch mit einem Fahrradcomputer (nicht dargestellt) geändert werden. In jedem Fall steht die Eingabeschnittstelle 23c mit einer Benutzerbetätigungsvorrichtung (z.B. ein Schalter, ein Fahrradcomputer, ein PC, etc.) in Verbindung, um zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus der Betätigung zu wechseln.
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Bezugnehmend zu den 2 bis 4, die Steuerung 22 wird selektiv durch einen Benutzer eingestellt, um die Antriebseinheit 20 entweder in dem ersten Modus oder in dem zweiten Modus zu betätigen. Wie in den Diagrammen (a) in den 3 und 4 zu sehen ist, betätigt die Steuerung 22 die Antriebseinheit 20 in dem ersten Modus für einen Antriebsstrang aufweisend nur drei Kettenblätter C1, C2 und C3, während in den Diagrammen (b) von 3 und 4 die Steuerung 22 die Antriebseinheit 20 in dem zweiten Modus für einen Antriebsstrang aufweisend nur zwei Kettenblätter C1' und C2' betätigt. Folglich kann die Steuerung 22 selektiv programmiert werden, um jede von diesen vier Bedienungsmodi auszuführen, um Haltepositionen und Endpositionen für die bestimmten Fahrräder, auf welche der Umwerfer 12 installiert ist, einzustellen. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die seitlichen Abstände zwischen den Kettenblättern C1, C2 und C3 nicht gleich. Wie hierin verwendet wird bezieht sich der Begriff „Halteposition“ auf eine voreingestellte Kettenkäfigposition in welcher der Kettenkäfig des beweglichen Gliedes 18 sich in einer Position über einem der Kettenblätter C1, C2 oder C3 befindet, um die Kette 16 darauf zu schalten. Wie hierin verwendet wird bezieht sich der Begriff „Endposition“ auf eine voreingestellte äußerste oder innerste Kettenkäfigposition, in welcher der Kettenkäfig des beweglichen Gliedes 18 in eine seitliche Richtung bewegt werden kann.
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Wie in dem Diagramm (a) von 3 zu sehen ist, ist die Steuerung 22 ausgestaltet, um die Antriebseinheit 20 zu betätigen, um das bewegliche Glied 18 in einer ersten Halteposition S1, einer zweiten Halteposition S2 und einer dritten Halteposition S3 im ersten Modus zu positionieren. In dem ersten Modus ist die Steuerung 22 weiter ausgestaltet, um die Antriebseinheit 20 zu betätigen, um selektiv das bewegliche Glied 18 zwischen einer ersten Endposition P1 und einer zweiten Endposition P2, wie in dem Diagramm (a) von 3 zu sehen ist, zu bewegen. Außerdem ist in dem ersten Modus des Diagramms (a) von 3 die Steuerung 22 weiter ausgestaltet, um die Antriebseinheit 20 zu betätigen, um selektiv das bewegliche Glied 18 zu einer inneren Trimmhalteposition T1 zu bewegen. In dem Diagramm (a) von 3 entsprechen jeweils die erste und zweite Endposition P1 und P2 den ersten und dritten Haltepositionen S1 und S3. In anderen Worten sind die erste Endposition P1 und die erste Halteposition S1 die gleichen Positionen und die zweite Endposition P2 und die erste Halteposition S3 sind die gleichen Positionen. Die erste und zweite Endposition P1 und P2 sind seitlich durch einen Gesamtabstand D beabstandet. Die erste Halteposition S1 ist seitlich von der zweiten Halteposition S2 durch einen ersten Abstand D1 beabstandet. Die zweite Halteposition S2 ist seitlich von der dritten Halteposition S3 durch einen zweiten Abstand D2 beabstandet.
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Wie in Diagramm (b) von 3 zu sehen ist, ist die Steuerung 22 ausgestaltet, um die Antriebseinheit 20 zu betätigen, um selektiv das bewegliche Glied 18 an einer vierten Halteposition S4 und einer fünften Halteposition S5, im zweiten Modus, zu positionieren. Die vierte Halteposition S4 ist seitlich von der fünften Halteposition S5 durch einen dritten Abstand D3 beabstandet. In dem zweiten Modus des Diagramms (b) von 3, ist die Steuerung 22 weiter ausgestaltet, um die Antriebseinheit 20 zu betätigen, um selektiv das bewegliche Glied 18 zwischen einer dritten Endposition P3 und einer vierten Endposition P4 zu bewegen. In dem Diagramm (b) von 3 entsprechen jeweils die dritten und vierten Endpositionen P3 und P4 den vierten und fünften Haltepositionen S4 und S5. In anderen Worten ist die dritte Endposition P3 und die vierte Halteposition S4 die gleichen Positionen und die vierte Endposition P4 und die fünfte Halteposition S5 sind die gleichen Positionen.
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In der veranschaulichten Ausführungsform von 3 weicht die dritte Endposition P3 von der ersten Endposition P1 und der zweiten Endposition P2 ab und die vierte Endposition P4 weicht von der ersten Endposition P1 und der zweiten Endposition P2 ab. Selbstverständlich kann die Steuerung 22 ausgestaltet sein, um die Antriebseinheit 20 so zu betätigen, dass zumindest die dritte Endposition P3 oder die vierte Endposition P4 von der ersten Endposition P1 und der zweiten Endposition P2 abweichen. Auch in der veranschaulichten Ausführungsform von 3 weicht der erste Abstand D1 zwischen der ersten und zweiten Halteposition S1 und S2 von dem zweiten Abstand D2 zwischen der zweiten und dritten Halteposition S2 und S3 ab. Der dritte Abstand D3 zwischen der vierten und fünften Halteposition S4 und S5 weicht von dem ersten und zweiten Abstand D1 und D2 ab.
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Außerdem, bezugnehmend zu den 1 und 3, ist die erste Endposition P1 näher zum Basisglied 16 als die zweite und dritte Endposition P2 und P3. Die dritte Endposition P3 ist näher zu dem Basisglied 16 als die zweite und vierte Endposition P2 und P4. Die vierte Endposition P4 ist näher zu dem Basisglied 16 als die zweite Endposition P2. Die dritte Endposition P3 weicht von der ersten Endposition P1 und der zweiten Endposition P2 ab und die vierte Endposition P4 weicht von der ersten Endposition P1 und der zweiten Endposition P2 ab.
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Übergehend zu 4, ähnlich zu den Einstellungen wie in 3, ist die Steuerung 22 ausgestaltet, um die Antriebseinheit 20 zu betätigen, um selektiv das bewegliche Glied 18 an einer ersten, zweiten und dritten Halteposition S1, S2 und S3, im ersten Modus, zu positionieren und selektiv das bewegliche Glied 18 an einer vierten und fünften Halteposition S4 und S5, im zweiten Modus, zu positionieren. Auch die erste Endposition P1 und die dritte Endposition P3 sind die gleichen wie für die Einstellungen der Steuerung 22 in 3. Jedoch auf der anderen Seite ist eine äußere Trimmhalteposition T1' im ersten Modus bereitgestellt und eine zweite äußere Trimmhalteposition T2' ist im zweiten Modus bereitgestellt. Folglich in dem ersten Modus des Diagramms (a) von 4, sind die erste Endposition P1 und die erste Halteposition S1 die gleichen Positionen aber eine zweite Endposition P2' ist bereitgestellt, die von der dritten Halteposition S3 abweicht. Auch in dem zweiten Modus des Diagramms (b) von 4, sind die dritte Endposition P3 und die vierte Halteposition S4 die gleichen Positionen aber eine vierte Endposition P4' ist bereitgestellt, die von der fünften Halteposition S5 abweicht. Eine innere Trimmposition und eine äußere Trimmposition können jeweils hinsichtlich der ersten Halteposition S1 und der vierten Halteposition S4 eingestellt werden. In diesem Fall ist die erste Endposition P1 und die dritte Endposition P3 die innere Trimmposition.
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Bezugnehmend nun zu 5, darin ist eine veranschaulichte Ausführungsform der elektrischen Antriebseinheit 20 gezeigt für das Ausführen der Bewegungen gezeigt in den 3 und 4. Die elektrische Antriebseinheit 20 ist mit dem beweglichen Glied 18 wirkgekoppelt, um das bewegliche Glied 18 hinsichtlich des Basisgliedes 16 zu bewegen. Insbesondere beinhaltet die elektrische Antriebseinheit 20 eine Anschlussstruktur 24 und einen reversiblen Elektromotor 25 (1). Die Anschlussstruktur 24 verbindet das Basisglied 16 und das bewegliche Glied 18 miteinander. Die Anschlussstruktur 24 ist angetrieben durch den Elektromotor 25, um das bewegliche Glied 18 relativ zu den Basisglied 16 zu bewegen. Die vorliegende Erfindung kann mit anderen Anschlussstrukturen wie benötigt und/oder gewünscht verwendet werden. In den veranschaulichten Ausführungsformen ist das bewegliche Glied 18 eine Kettenführung. Folglich wird nachstehend das bewegliche Glied 18 als die „Kettenführung 18“ bezeichnet.
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In 1 ist die Anschlussstruktur 14 teilweise durch eine Abdeckung C verborgen. Die Abdeckung C ist an das Gehäuse der elektrischen Antriebseinheit 20 durch eine Vielzahl von Einrastverbindungen oder durch andere geeignete Festmacher, wie etwa Schrauben, gesichert. Die Abdeckung C wurde in den 5, 7, 9, 11 und 13 für die bessere Veranschaulichung der Anschlussstruktur 24 entfernt. Die Steuerung 22 betätigt den Motor 25, um die Kettenführung 18 seitlich zu jeder der Haltepositionen und/oder der Endpositionen, abhängig nach dem ausgewählten Bedienmodus, zu bewegen. Alternativ kann die Anschlussstruktur 24 wie in 6 modifiziert sein, um eine modifizierte Anschlussstruktur 24', wie nachstehend erläutert, auszubilden. Auch kann die Anschlussstruktur 24 mit einer optionalen Verriegelung oder Sperre 38a, wie in 17 zu sehen und nachstehend erläutert, bereitgestellt sein.
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Die elektrische Antriebseinheit 20 ist an die Anschlussstruktur 24 wirkverbunden, so dass die elektrische Antriebseinheit 20 die Anschlussstruktur 24 so antreibt, um die Kettenführung 18 relativ zu dem Basisglied 16 zu bewegen. Insbesondere, wie in 5 zu sehen, weist die elektrische Antriebseinheit 20 eine Ausgangswelle 28 auf, die ein Eingabeglied ausbildet, welches an die Anschlussstruktur 24 verbunden ist, so dass die elektrische Antriebseinheit 20 die Anschlussstruktur 24 antreibt, um die Kettenführung 18 relativ zu dem Basisglied 16 zu bewegen. Ein elektrisches Kabel W (1) des Motors 25 ist mit einer Batterie (nicht dargestellt) und/oder mit einem Generator (nicht dargestellt) verbunden. Bevorzugt ist eine Untersetzungsgetriebeeinheit (nicht dargestellt) zwischen dem Motor 25 und der Ausgangswelle 28 bereitgestellt. Da Untersetzungsgetriebeeinheiten im Allgemeinen in elektrischen Umwerfern verwendet werden, wird die Untersetzungsgetriebeeinheit der elektrischen Antriebseinheit 20 hierin nicht erläutert und/oder veranschaulicht.
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Wie in den 5 du 6 zu sehen ist, beinhaltet das Basisglied 16 einen Fahrradmontageabschnitt 30. Der Fahrradmontageabschnitt 30 weist eine gewindete Bohrung 30a auf, die einen Montagebolzen (nicht dargestellt) für das Anbringen des Umwerfers 12 an das Sitzrohr 14 mittels eines angelöteten Bügels in einer herkömmlichen Weise aufweist. Selbstverständlich können andere Arten von Montageanordnungen, z.B. ein Bandtyp, wie benötigt und/oder gewünscht verändert werden. Das Basisglied 16 bildet ein Fixierglied aus, da das Basisglied 16 relativ zu dem Sitzrohr 14 fixiert ist.
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Wie in den 7, 9 und 11 zu sehen ist, ist die Kettenführung 18 hinsichtlich dem Basisgliedes 16 zwischen der ersten Endposition P1, wie in 7 zu sehen, und der zweiten Endposition P2, wie in 11 zu sehen, bewegbar. Die zweite Endposition P2 der Kettenführung 18 ist weiter entfernt als die Endposition P2 der Kettenführung 18 von dem Basisglied 16 in seitlicher Richtung hinsichtlich der senkrechten Mitte- Längsebene des Fahrrads 10. In der veranschaulichten Ausführungsform entspricht die erste Endposition P1 der Kettenführung 18 einer Tiefposition (d.h. der vollständig eingefahrenen Position) des Umwerfers 12. Auf der anderen Seite, in der veranschaulichten Ausführungsform, entspricht die zweite Endposition P2 der Kettenführung 18 einer Hochposition (d.h. der vollständig ausgefahrenen Position) des Umwerfers 12. Der Umwerfer 12 ist entworfen, um mit einem Fahrrad, welches drei Kettenblätter aufweist, benutzt zu werden. Folglich ist die Kettenführung 18 hinsichtlich des Basisgliedes 16 in eine Zwischen- oder Mittelposition zwischen der ersten und zweiten Endposition P1 und P2, wie in 7 zu sehen ist, bewegbar.
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Die Kettenführung 18 beinhaltet eine Innenplatte 18a und eine Außenplatte 18b. Die Innenplatte 18a und die Außenplatte 18b sind seitlich beabstandet und an obere und untere Endabschnitte miteinander verbunden, um einen Kettenkäfig 23 zu definieren. Der Kettenkäfig 23 der Kettenführung 18 definiert darin einen Kettenaufnahmeschlitz. Die innere Platte 18a drückt während einer Hochschaltbetätigung eine Kette hoch auf ein größeres Kettenblatt. Die äußere Platte 18b zieht eine Kette während einer Herunterschaltbetätigung nach Innen auf ein kleineres Kettenblatt.
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Wie oben erwähnt, verbindet die Anschlussstruktur 24 die Kettenführung 18 an das Basisglied 16 zwischen der ersten und zweiten Endposition P1 und P2 beweglich. Jeder Umwerfer weist ein „Übersetzungsverhältnis“ oder „Schaltverhältnis“ auf, welches sich auf ein Verhältnis zwischen einer Bewegungsanzahl eines Übersetzungselements (z.B. ein Kabel oder eine Welle eines Motors) und einem seitlichen Verfahrweg des beweglichen Elementes bezieht. Da die Anschlussstruktur 24 für ein variables Übersetzungsverhältnis, das besonders für den ersten Modus (z.B. Drei-Geschwindigkeitskonfiguration) geeignet ist, bereitgestellt ist, ist es bevorzugt, dass das Übersetzungsverhältnis für den zweiten Modus (z.B. Zwei-Geschwindigkeitskonfiguration) geändert wird.
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In einer Ausführungsform beinhaltet die Antriebseinheit 20 zumindest ein Verbindglied, welches das bewegliche Glied 18 an das Basisglied 16 beweglich koppelt, wobei das zumindest eine Verbindglied veränderbar ausgelegt ist, um ein Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Modus um dem zweiten Modus zu wechseln. Hier beinhaltet die Anschlussstruktur 24 im Wesentlichen einen Antriebsverbinder 32, einen Anschlussverbinder 34 und einen Abtriebsverbinder 36. Zumindest der Antriebsverbinder 32 oder der Abtriebsverbinder 36 oder der Anschlussverbinder 34 ist von einer ersten Einstellung zu einer zweiten Einstellung veränderbar. Ein Schalten des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus kann leicht erreicht werden, durch das Ersetzen der Zwei-Teile-Konstruktion des Anschlussverbinders 34, wie in 5 zu sehen, mit einem Ein-Teil Anschlussverbinder 34', wie in 6 zu sehen. Selbstverständlich wird es aus dieser Offenbarung ersichtlich, dass die Antriebseinheit 20 auf andere Wege modifiziert werden kann, um das Übersetzungsverhältnis des Umwerfers 12 für den Gebrauch in dem zweiten Modus (z.B. Zwei-Geschwindigkeitskonfiguration) zu verändern. Beispielsweise kann die Sperre 39 dazu verwendet werden, um den ersten und zweiten Arm 38 und 40 zusammen zu sperren, wie in 17 zu sehen ist. In jedem Fall wird der Umwerfer 12 entweder mit beiden, dem Anschlussverbinder 34 und der Anschlussverbinder 34', als ein Bausatz verkauft, so dass der Nutzer zwischen der ersten und zweiten Konfiguration wechseln kann, oder der Anschlussverbinder 34' kann separat verkauft werden, so dass der Umwerfer 12 in eine Zwei-Geschwindigkeitskonfiguration umgewandelt werden kann.
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Der Antriebsverbinder 32 wird durch den Elektromotor 25 gedreht. Der Anschlussverbinder 34 ist zwischen dem Antriebsverbinder 32 und dem Abtriebsverbinder 36 verbunden. Der Abtriebsverbinder 36 ist an das bewegliche Glied 18 angebracht. Die Antriebseinheit 20 weist ein erstes Übersetzungsverhältnis auf, das variiert, sobald sich das bewegliche Glied 18 zwischen der ersten Endposition P1 und der zweiten Endposition P2, im ersten Modus, wie in den 8, 10 und 12 zu sehen ist, bewegt. Mit dem Anschlussverbinder 34' oder der Sperre 39 in der Antriebseinheit 20 installiert, weist die Antriebseinheit 20 ein zweites Übersetzungsverhältnis auf, das unterschiedlich von dem ersten Übersetzungsverhältnis variiert, sobald sich das bewegliche Glied 18 zwischen der dritten Endposition P3 und der vierten Endposition P4 im zweiten Modus bewegt, wie in den 14 und 16 zu sehen ist.
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Der Antriebsverbinder 32 ist fest an die Ausgangswelle 28 (d.h. das Eingangsglied) montiert, so dass der Antriebsverbinder 32 zusammen mit der Ausgangswelle 28 dreht. Folglich ist der Antriebsverbinder 32 drehbar an das Basisglied 16 durch die Ausgangswelle 28 angeordnet. Der Abtriebsverbinder 36 ist an die Kettenführung 18 wirkgekoppelt.
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Bevorzugt beinhaltet der Anschlussverbinder 34 einen ersten Arm 38 und einen zweiten Arm 40. Der erste Arm 38 beinhaltet einen ersten Schlitz 38a. Der zweite Arm 40 beinhaltet einen ersten Schaltstift 40a, der selektiv mit dem ersten Schlitz 38a in Eingriff steht, sobald sich die Kettenführung 18 zwischen der ersten und zweiten Endposition P1 und P2 bewegt. Der erste Arm 38 beinhaltet einen zweiten Schaltstift 38b, der selektiv mit einem zweiten Schlitz 32a des Antriebsverbinders 32 in Eingriff steht, sobald sich die Kettenführung 18 zwischen der ersten und zweiten Endposition P1 und P2 bewegt. Wie nachstehend erläutert, stellt diese Anordnung der Schaltstifte 38b und 40a und der Schlitze 32a und 38a ein Übersetzungsverhältnis bereit, das sinkt und dann steigt sobald sich die Kettenführung 18 von der ersten Endposition P1 in Richtung der zweiten Endposition P2 bewegt.
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Der Anschlussverbinder 34 ist schwenkbar mit dem Antriebsverbinder 32 durch eine Schwenkwelle 41 verbunden und ist weiter mit dem Abtriebsverbinder 36 durch eine Schwenkwelle 42 schwenkbar verbunden. Spezifischer ist der erste Arm 38 schwenkbar mit dem Antriebsverbinder 32 durch die Schwenkwelle 41 verbunden und der zweite Arm 40 ist schwenkbar mit dem Abtriebsverbinder 36 durch die Schwenkwelle 42 verbunden. Der Abtriebsverbinder 36 ist schwenkbar mit dem Basisglied 16 durch eine dritte Schwenkwelle 43 verbunden. Der erste Arm 38 und der zweite Arm 40 sind schwenkbar miteinander durch eine vierte Schwenkwelle 44 verbunden. Der zweite Schaltstift 38b ist entlang der Schwenkachse, definiert durch die vierte Schwenkwelle 44, angeordnet. Insbesondere ist der Schwenkstift 38b eine Verlängerung der vierten Schwenkwelle 44.
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In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet die Anschlussstruktur 24 weiter ein erstes Stützelement 50 und ein zweites Stützelement 52. Das erste Stützelement 50 weist ein erstes Ende, welches schwenkbar an dem Basisglied 16 angebracht ist und ein zweites Ende, welches schwenkbar an der Kettenführung 18 montiert ist, auf. Das zweite Stützelement 52 weist ein drittes Ende auf, welches schwenkbar an das Basisglied 16 angebracht ist und ein viertes Ende welches schwenkbar an die Kettenführung 18 montiert ist. Wie in 5 zu sehen ist, ist gemäß dieser Verbindung des ersten und zweiten Stützelementes 50 und 52 das Basisglied 16 und die Kettenführung 18 als ein Viergelenk 56 bzw. Vier-Punkt-Gelenk, bzw. Kurbelschwinge definiert. Der Abtriebsverbinder 36 ist fest mit dem ersten Stützelement 50 gekoppelt. Jedoch kann der Abtriebsverbinder 36 an das zweite Stützelement 52 gekoppelt sein. Folglich ist der Abtriebsverbinder 36 an dem ersten Stützelement 50 oder dem zweiten Stützelement 52 gekoppelt. Da das erste Stützelement 50 näher an der Kettenführung 18 ist als das zweite Stützelement 52, ist das erste Stützelement 50 bevorzugter fest mit dem Abtriebsverbinder 36 gekoppelt. Das erste Stützelement 50 ist schwenkbar mit dem Basisglied 16 durch die dritte Schwenkachse 43 verbunden. Das zweite Stützelement 52 ist schwenkbar mit dem Basisglied 16 durch eine Schwenkachse 54 verbunden.
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Im Wesentlichen, wie in den 7 und 9 zu sehen ist, weist der Anschlussverbinder 34 eine erste effektive Länge L1 auf, sobald sich die Kettenführung 18 von der ersten Endposition P1 oder der ersten Halteposition S1 in Richtung der zweiten Halteposition S2 bewegt. Wie in der 11 zu sehen ist, weist der Anschlussverbinder 34 eine zweite effektive Länge L2 auf, sobald sich die Kettenführung 18 von der zweiten Halteposition S2 in Richtung der zweiten Endposition P2 oder der dritten Halteposition S3 bewegt. In den 8, 10 und 12 ist es der Fall, dass die erste Endposition P1 die gleiche ist, sobald die erste Halteposition S1 und die zweite Endposition P2 gleich sind, sobald die dritte Halteposition S3 offenliegt. Die erste effektive Länge L1 des Anschlussverbinders 34 ist größer als die zweite effektive Länge L2 des Anschlussverbinders 34.
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Spezifischer steht der erste Schaltstift 40a mit dem ersten Schlitz 38a in Eingriff, um einen ersten Ausgangsarm auszubilden, sobald sich die Kettenführung 18 von der ersten Endposition P1 in Richtung der Zwischenposition bewegt. Der erste Ausgangsarm erstreckt von der Mitte der ersten Schwenkwelle 41 zu der Mitte der zweiten Schwenkwelle 42, und weist die erste effektive Länge L1 auf. Der erste Schaltstift 40a ist näher an die zweite Schwenkwelle 42 angeordnet als die vierte Schwenkwelle 44. Der zweite Schaltstift 38b steht in Eingriff mit dem zweiten Schlitz 32a um einen zweiten Ausgangsarms auszuformen, sobald sich die Kettenführung 18 von der zweiten Halteposition S2 in Richtung der zweiten Endposition P2 bewegt. Der zweite Ausgangsarm erstreckt sich von der Mitte der vierten Schwenkwelle 44 zu der Mitte der zweiten Schwenkwelle 42 und weist die zweite effektive Länge L2 auf.
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Wie in den Graphen von 8, 10 und 12 zu sehen ist, bewegt bei dieser Anordnung der Anschlussstruktur 24 die Anschlussstruktur 24 die Kettenführung 18 mit einem Übersetzungsverhältnis, das fällt und dann steigt sobald die Kettenführung 18 sich von der ersten Endposition P1 (d.h. die vollständig eingefahrene Position) in Richtung der zweiten Endposition P2 (d.h. der vollständig ausgefahrenen Position) bewegt. Wie in der 8 veranschaulicht, verändert sich das Übersetzungsverhältnis in der Reihenfolge eines ersten Verhältnisses, eines zweiten Verhältnisses kleiner als das erste Verhältnis, eines dritten Verhältnisses größer als das zweite Verhältnis, sobald sich die Kettenführung 18 von der ersten Endposition P1 (8) in Richtung der zweiten Endposition P2 (12) bewegt. Auf diesem Weg fällt das Übersetzungsverhältnis von dem ersten Verhältnis zu dem zweiten Verhältnis, wie in den 8, 10 und 12 zu sehen ist und steigt von dem zweiten Verhältnis zu dem dritten Verhältnis, wie in 10 zu sehen ist. Das Übersetzungsverhältnis wird von dem zweiten Verhältnis zu dem dritten Verhältnis an der zweiten Halteposition S2 (z.B. der „Mitte“ Position) zwischen der ersten Endposition P1 (z.B. der „Tief“ Position) und der zweiten Endposition P2 (z.B. der „Hoch“ Position) geschaltet, wenn der erste Schaltstift 40a von dem ersten Schlitz 38a auskuppelt und der zweite Schaltstift 38b mit dem zweiten Schlitz 32b in Eingriff gelangt. Zuletzt, wie in den 10 und 12 zu sehen ist, fällt das Übersetzungsverhältnis von dem dritten zu einem vierten Verhältnis, das kleiner ist als das dritte Verhältnis, sobald sich die Kettenführung 18 von der ersten Endposition P1 in Richtung der zweiten Endposition P2 bewegt. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das erste und dritte Verhältnis mehr als das Doppelte des zweiten Verhältnisses und das erste und dritte Verhältnis sind mehr als das Doppelte des vierten Verhältnisses.
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Bei der Durchführung einer Kettenschaltbetätigung wird der Motor 25 durch eine Benutzerbetätigungsvorrichtung (nicht dargestellt) betätigt, um die Ausgangswelle 28 der elektrischen Antriebseinheit 20 zu drehen. Abhängig von der Drehrichtung der Ausgangswelle 28 wird die Anschlussstruktur 24 entweder die Kettenführung 18 hin zu oder weg von dem Basisglied 16 und dem Sitzrohr 14 des Fahrradrahmens 10 bewegen. Wenn die Kettenführung 18 in der ersten Endposition P1 (z.B. der vollständig eingefahrenen Position) ist, bewegt sich die Ausgangswelle 28 im Uhrzeigersinn, wie in 7, 9 und 11 zu sehen ist, um die Kettenführung 18 in Richtung der zweiten Endposition P2 zu bewegen. Folglich wird der Antriebsverbinder 32 auch mit der Ausgangswelle 28 im Uhrzeigersinn, wie in den 7, 9 und 11 zu sehen ist, drehen. In der ersten Endposition P1 steht der erste Schaltstift 40a mit dem ersten Schlitz 38a in Eingriff und der zweite Schaltstift 38b ist von dem zweiten Schlitz 32a entkoppelt. Folglich sind die ersten und zweiten Arme 38 und 40 als eine starre Einheit miteinander verbunden, um den ersten Ausgangsarm mit der ersten effektiven Länge L1 auszubilden. Mit dem ersten Schaltstift 40a, in Eingriff stehend mit dem ersten Schlitz 38a, werden der Abtriebsverbinder 36 und die ersten und zweiten Stützelemente 50 und 52 durch die Anschlussstruktur 24 bewegt, mit dem ersten Ausgangsarm zwischen der ersten Schwenkwelle 41 und der zweiten Schwenkwelle 42 wirkend.
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Jedoch, sobald die Ausgangswelle 28 fortsetzt den Abtriebsverbinder 36 im Uhrzeigersinn zu drehen, wird schließlich der zweite Schlitz 32a des Antriebsverbinders 32 in den zweiten Schaltstift 38b der vierten Schwenkwelle 44 einhaken. Sobald der zweite Schlitz 32a in den zweiten Schaltstift 38b einhakt, beginnt der ersten Schaltstift 40a sich aus dem ersten Schlitz 38a zu entkoppeln. Dies resultiert in dem ersten und zweiten Arm 38 und 40, welche zusammen als eine starre Einheit verbunden sind, um den zweiten Ausgangsarm mit der zweiten effektiven Länge L2 auszubilden. In anderen Worten schaltet die Anschlussstruktur 24 von dem ersten Ausgangsarm zu dem zweiten Ausgangsarm. Mit dem zweiten Schlitz 32a, in Eingriff stehend mit dem zweiten Schaltstift 38b, werden der Abtriebsverbinder 36 und das erste und zweite Stützelement 50 und 52 durch die Anschlussstruktur 24, mit dem zweiten Ausgangsarm zwischen der vierten Schwenkwelle 44 und der zweiten Schwenkwelle 42 wirkend, bewegt.
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Wie in 13 und 15 zu sehen ist, ist der Umwerfer 12 mit dem Anschlussverbinder 34' veranschaulicht, so dass der Umwerfer 12 die Zwei-Geschwindigkeitskonfiguration mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis, wie in den 14 und 16 zu sehen ist, aufweist. 13 zeigt die Kettenführung 18 in der Tiefposition (d.h. der vollständig eingefahrenen Position) während 15 die Kettenführung 18 in der Hochposition (d.h. der vollständig ausgefahrenen Position) zeigt. Hier ist das zweite Übersetzungsverhältnis von dem ersten Übersetzungsverhältnis für die Drei-Geschwindigkeitskonfiguration unterschiedlich.
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Wie in 17 zu sehen ist, ist die Sperre 39 an dem Anschlussverbinder 34 installiert, um den ersten Arm 38 und zweiten Arm 40 zusammen zu sperren. Folglich weist die Antriebseinheit 20 das zweite Übersetzungsverhältnis, wie in den 14 und 16 zu sehen ist, auf, sobald die Kettenführung 18 sich zwischen der dritten Endposition P3 und der vierten Endposition P4, im zweiten Modus, bewegt.
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Im Verständnis des Umfangs der vorliegenden Erfindung sind die Begriffe „umfassend“, und seine Ableitungen wie hierin benutzt, dazu bestimmt, offene Begriffe zu sein, die das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Elemente, Komponenten, Gruppen, Zahlen und/oder Schritte spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein von anderen ungesagten Merkmalen, Elementen, Komponenten, Gruppen, Zahlen und/oder Schritten ausschließen. Es soll auch zu verstehen sein, dass obwohl die Begriffe „erste“ und „zweite“, wie hierin verwendet werden, um unterschiedliche Komponenten zu beschreiben, diese Komponenten durch diese Begriffe nicht beschränkt sein sollen. Diese Begriffe werden nur verwendet, um eine Komponente von einer anderen Komponente zu unterscheiden. Folglich kann zum Beispiel eine wie oben erläuterte erste Komponente als eine zweite Komponente bezeichnet werden und anders herum, ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Das Vorangegangene gilt auch für die Begriffe, die eine ähnliche Bedeutung aufweisen, wie etwa die Begriffe „beinhalten“, „aufweisen“ und ihre Ableitungen. Auch die Begriffe „Part", „Abschnitt“, „Sektion“, „Element“ oder „Glied“, wenn in der Einzelbenutzung, können auch eine zweideutige Bedeutung von einem einzelnen Element oder einer Vielzahl von Elementen besitzen. Schließlich können Begriffe von dem Grad wie in etwa „Im Wesentlichen“, „ungefähr“ und „annähernd“, wie hierin benutzt, als eine angemessene Abweichungshöhe des modifizierten Begriffs bedeuten, so dass das Endergebnis sich nicht signifikant ändert. Während nur bevorzugte Ausführungsformen ausgewählt worden sind, um die vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen, wird es ein Fachmann aus dieser Offenbarung ersichtlich, das verschiedene Änderungen und Modifikationen hierin gemacht werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung, wie diese von den angehängten Ansprüchen definiert wird, abzuweichen. Beispielweise können Größe, Gestalt, Ort oder Orientierung der verschiedenen Komponenten wie benötigt und/oder gewünscht verändert werden, solang sie nicht im Wesentlichen Ihre bestimmte Funktion verlieren. Komponenten welche als direkt verbunden oder miteinander berührend dargestellt sind, können Zwischenstrukturen aufweisen, welche zwischen ihnen angeordnet sind, solange nicht anderes behauptet ist. Die Funktionen von einem Element können auch von zwei durchgeführt werden und anders herum, solange nicht anderes behauptet ist. Die Strukturenfunktionen können von einer Ausführungsform auf eine andere Ausführungsform angepasst werden. Es ist für alle Vorteile nicht notwendig in einer bestimmten Ausführungsform zur gleichen Zeit vorhanden zu sein. Jedes Merkmal, welches einzigartig von dem Stand der Technik, allein oder in Kombination mit anderen Merkmalen, ist, soll als eine separate Beschreibung von weiteren Erfindungen durch die Anmelderin, beinhaltend die strukturellen und/oder funktionalen Konzepte, welche durch diese Merkmale ausgeführt werden, betrachtet werden. Folglich sind die vorangegangenen Beschreibungen der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung nur zur Veranschaulichung bereitgestellt und nicht zum Zwecke, die Erfindung, wie diese durch die angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert wird, einzuschränken.