DE102022111279A1 - Fahrradumwerfer - Google Patents

Abstract

Ein Fahrradumwerfer umfasst ein an einem Fahrradrahmen anbringbares Basiselement und eine mit dem Basiselement beweglich gekoppelte Käfigbaugruppe. Ein Motor und/oder ein elektrisches Generatorsystem können mit der Käfigbaugruppe gekoppelt sein und sich mit dieser bewegen. Der Motor dient dazu, die Käfigbaugruppe zu bewegen. Das elektrische Generatorsystem umfasst einen Generator und ein Generatorantriebssystem.

Description

• Gebiet der Offenbarung
• Die vorliegende Anwendung betrifft im Allgemeinen einen Fahrradumwerfer und insbesondere beispielsweise einen hinteren Fahrradumwerfer mit Energiegewinnungssystem.
• Hintergrund
• Fahrradumwerfer sind in der Regel in den Antriebsstrang eines Fahrrads integriert. Ein typischer Antriebsstrang umfasst ferner eine Kurbelbaugruppe, die mit einem oder mehreren Antriebskettenrädern gekoppelt ist. Die Kurbelbaugruppe dient dazu, eine Kette anzutreiben, die um eines der Antriebskettenräder geführt oder gewickelt ist. Die Kette kann auch zu einem der Räder des Fahrrads, z. B. einem Hinterrad, geführt sein, wobei die Kette mit einem oder mehreren angetriebenen Kettenrädern in Eingriff sein kann. Umwerfer sind als Teil des Antriebsstrangs vorgesehen. Beispielsweise kann ein Umwerfer (z. B. vorne) in der Nähe eines oder mehrerer Antriebskettenräder angeordnet sein, während ein anderer Umwerfer (z. B. hinten) in der Nähe der angetriebenen Kettenräder, z. B. in der Nähe des Hinterrads, angeordnet sein kann. Der/die Umwerfer kann/können betätigt werden, um die Kette des Antriebsstrangs selektiv zwischen den Antriebskettenrädern zu schalten und/oder um die Kette selektiv zwischen einem oder mehreren angetriebenen Kettenrädern zu schalten. Das Schalten der Fahrradkette von einem Antriebskettenrad auf ein anderes oder von einem angetriebenen Kettenrad auf ein anderes erfolgt, um das Übersetzungsverhältnis des Antriebsstrangs zu ändern. Der hintere Umwerfer kann auch eine Spannung auf die Kette ausüben, um den Kettendurchhang auf der Nicht-Antriebsseite des Antriebsstrangs zu beseitigen und die gewünschte Kettenspannung aufrechtzuerhalten.
• In einigen Ausführungsformen kann der hintere Umwerfer ein kabelloser, elektrisch betätigter Umwerfer sein, bei dem eine Batterie einen Motor mit Strom versorgt. Die Batterie muss möglicherweise regelmäßig aufgeladen oder ausgetauscht werden, was unangenehm sein kann, wenn die Batterie während der Fahrradnutzung oder an einem Ort leer wird, der ungünstig weit von einer Ladestation entfernt liegt oder keinen Zugang zu Ersatzbatterien bietet.
• Zusammenfassung
• Gemäß einem Aspekt kann eine Ausführungsform eines Fahrradumwerfers ein an einem Fahrradrahmen anbringbares Basiselement und eine mit dem Basiselement beweglich gekoppelte Käfigbaugruppe umfassen. Der Käfig kann in eine erste und entgegengesetzte zweite Richtung relativ zu dem Basiselement beweglich sein. Ein Motor kann mit der Käfigbaugruppe gekoppelt und in der ersten und entgegengesetzten zweiten Richtung beweglich sein. Der Motor kann dazu dienen, die Käfigbaugruppe in die erste und entgegengesetzte zweite Richtung zu bewegen. In einer Ausführungsform kann die Käfigbaugruppe eine Kettenschaltrolle umfassen, die mit der Käfigbaugruppe um eine erste Drehachse drehbar gekoppelt ist.
• Gemäß einem weiteren Aspekt kann eine Ausführungsform eines Fahrradumwerfers ein an einem Fahrradrahmen anbringbares Basiselement und eine mit dem Basiselement beweglich gekoppelte Käfigbaugruppe umfassen. Ein elektrisches Generatorsystem kann mit der Käfigbaugruppe gekoppelt und mit ihr bewegbar sein. Das elektrische Generatorsystem kann einen Generator und ein Generatorantriebssystem umfassen. Das Generatorantriebssystem kann eine Kettenschaltrolle umfassen, die mit der Käfigbaugruppe um eine erste Drehachse drehbar gekoppelt ist, sowie ein Generatorgetriebe, das funktionsfähig zwischen der Kettenschaltrolle und dem Generator gekoppelt ist.
• Gemäß einem weiteren Aspekt kann eine Ausführungsform eines Fahrradumwerfers ein an einem Fahrradrahmen anbringbares Basiselement und eine mit dem Basiselement beweglich gekoppelte Käfigbaugruppe umfassen. Ein elektrisches Generatorsystem kann mit der Käfigbaugruppe gekoppelt und mit ihr bewegbar sein. Das elektrische Generatorsystem kann einen Generator und ein Generatorantriebssystem umfassen. Das Generatorantriebssystem kann eine Kettenschaltrolle, die um eine erste Drehachse in eine erste und eine entgegengesetzte zweite Drehrichtung drehbar ist, und eine Kupplung umfassen. Die Kupplung kann die Kettenschaltrolle und den Generator antriebsmäßig verbinden, wenn die Kettenschaltrolle in der ersten Drehrichtung gedreht wird, sodass der Generator aktiviert ist. Die Kupplung trennt die Kettenschaltrolle und den Generator, wenn die Kettenschaltrolle in die zweite Drehrichtung gedreht wird, sodass der Generator deaktiviert ist.
• Gemäß einem weiteren Aspekt kann ein Fahrradumwerfer ein an einem Fahrradrahmen anbringbares Basiselement und eine mit dem Basiselement beweglich gekoppelte Käfigbaugruppe umfassen. Ein elektrisches Generatorsystem kann mit der Käfigbaugruppe gekoppelt und mit ihr bewegbar sein. Das elektrische Generatorsystem kann einen Generator und ein Generatorantriebssystem umfassen. Das Generatorantriebssystem kann eine Kettenschaltrolle, die um eine erste Drehachse drehbar ist, wenigstens eine erste und eine zweite Schaltrolle, die um eine zweite bzw. dritte Drehachse drehbar sind, und einen Riemen umfassen, der mit der ersten und der zweiten Schaltrolle in Eingriff steht. In einer Ausführungsform können die erste und die zweite Schaltrolle ein Schaltrollenverhältnis von mehr als 1 aufweisen.
• Die verschiedenen Aspekte und Ausführungsformen des Umwerfers und die Verfahren zu dessen Verwendung und Anbringung können erhebliche Vorteile gegenüber anderen Umwerfern und Verfahren bieten. Insbesondere können der Motor und/oder das elektrische Generatorsystem beispielsweise an dem Käfig angebracht und mit diesem bewegbar sein. Im Falle einer Beschädigung kann der Käfig, einschließlich des Motors und des elektrischen Generatorsystems, schnell und einfach ausgetauscht werden, ohne dass ein Austausch der anderen Komponenten des Umwerfers erforderlich ist. Darüber hinaus stellt der Käfig, der eine Kettenschaltrolle umfassen kann, die mit einer Kette in Eingriff kommen kann, einen Antrieb bzw. Input für das Generatorsystem und den Motor dar, wobei die Komponenten in ihrer Position relativ zueinander fixiert und mit dem Käfig bewegbar sind, wenn der Käfig (1) während einer Gangwechselsequenz seitlich bewegt und/oder (2) gedreht wird, um eine Spannung in der Kette aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise benötigt die Baugruppe keine elektrischen oder mechanischen Verbindungen zwischen an dem Käfig angeordneten Bauteilen und an anderen Teilen des Umwerfers angeordneten Bauteilen, die relativ zueinander bewegbar sein können. Darüber hinaus stellt das elektrische Generatorsystem sicher, dass immer Strom zur Verfügung steht, um den Motor anzutreiben, z. B. während des Schaltvorgangs und/oder für andere Aktivitäten und Zubehörteile, die Strom benötigen.
• Die vorstehenden Absätze sind eine allgemeine Einführung und schränken den Umfang der nachstehenden Ansprüche nicht ein. Die verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen samt weiterer Vorteile sind am besten durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu verstehen.
• Figurenliste
• Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich beim Lesen der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den folgenden Figuren:
• 1 ist eine seitliche Teilansicht eines Fahrrads, an dem ein hinterer Umwerfer mit einer Käfigbaugruppe in einer vollständig im Uhrzeigersinn gedrehten Position angebracht ist.
• 2 ist eine seitliche Teilansicht eines Fahrrads, an dem ein hinterer Umwerfer mit einer Käfigbaugruppe in einer vollständig entgegen dem Uhrzeigersinn gedrehten Position angebracht ist.
• 3 ist eine Draufsicht auf einen hinteren Umwerfer in einer sehr weit außen liegenden Position.
• 4 zeigt die Außenseite einer Ausführungsform eines hinteren Umwerfers mit einer Käfigbaugruppe in einer vollständig im Uhrzeigersinn gedrehten Position.
• 5 ist eine Draufsicht auf einen hinteren Umwerfer in einer sehr weit innen liegenden Position.
• 6 zeigt die Außenseite einer Ausführungsform eines hinteren Umwerfers mit einer Käfigbaugruppe in einer vollständig entgegen dem Uhrzeigersinn gedrehten Position.
• 7 ist eine perspektivische Seitenansicht einer Käfigbaugruppe.
• 8 zeigt die Außenseite der Käfigbaugruppe von 7.
• 9 zeigt die Innenseite der Käfigbaugruppe von 7.
• 10 ist eine Querschnittsansicht der Käfigbaugruppe entlang der Linie 10-10 in 8.
• 11 ist eine perspektivische Ansicht einer Kettenschaltrolle.
• 12 ist eine perspektivische Ansicht einer Kettenschaltrollenwelle.
• 13 ist eine Querschnittsansicht der Käfigbaugruppe entlang der Linie 13-13 in 8.
• 14 ist eine perspektivische Ansicht eines Riemenspannungseinstellsystems.
• 15 ist eine Querschnittsansicht der Käfigbaugruppe entlang der Linie 15-15 in 8.
• 16 ist eine perspektivische Ansicht einer Leiterplatte.
• 17 ist eine perspektivische Ansicht eines Motor- und Schaltantriebssystems.
• 18 ist eine Explosionsansicht des Motor- und Schaltantriebssystems von 17.
• 19 ist eine perspektivische Teilansicht einer Käfigbaugruppe, deren Abdeckung entfernt wurde.
• 20 ist eine Querschnittsansicht des Umwerfers entlang der Linie 20-20 in 4.
• 21 ist eine Querschnittsansicht des Umwerfers entlang der Linie 21-21 in 6.
• 22 ist eine perspektivische Ansicht einer Käfigwelle.
• 23 ist eine perspektivische Ansicht einer Leitmutter.
• 24 ist eine perspektivische Ansicht einer Leitspindel und eines Stirnrads.
• 25 ist eine perspektivische Ansicht eines Kurbelarms.
• 26 ist eine perspektivische Ansicht eines Antriebselements.
• 27 ist eine perspektivische Ansicht eines Stifts.
• 28 ist eine perspektivische Ansicht eines Umwerfers, bei dem ein Abschnitt eines beweglichen Elements weggeschnitten ist.
• 29 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 29-29 in 5.
• 30 ist eine seitliche Teilansicht einer anderen Ausführungsform der Käfigbaugruppe.
• 31 ist eine gegenüberliegende seitliche Teilansicht der Käfigbaugruppe von 30.
• 32 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Zahnrads mit einer Kupplung.
• 33 ist eine perspektivische Ansicht eines Antriebselements von 32 mit einem Abschnitt der Kupplung.
• 34 ist ein Schaubild zur Veranschaulichung des Generators und Motorsteuerungssystems.
• 35A und B sind Diagramme, die die Phasenerkennungssequenzen des Tretgenerators in Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung zeigen.
• 36 ist ein Diagramm, das die gemessene Spannung in Abhängigkeit der Zeit für eine Tretsequenz zeigt.
• 37 ist eine Seitenansicht eines Fahrrads mit einem hinteren Umwerfer.
• Ausführliche Beschreibung der Offenbarung
• Der hier verwendete Begriff „Mehrzahl“ bedeutet zwei oder mehr. Der hier verwendete Begriff „längs“ bedeutet von oder in Bezug auf eine Länge oder Längsrichtung. Der hier verwendete Begriff „seitlich“ bedeutet sich auf einer Seite befinden, auf eine Seite gerichtet sein oder in einer seitlichen Richtung verlaufen. Der Begriff „gekoppelt“ bedeutet direkt oder indirekt verbunden oder in Eingriff mit, zum Beispiel mit einem dazwischenliegenden Element, wobei der Eingriff nicht fest oder dauerhaft sein muss, aber fest oder dauerhaft sein kann. Die hier verwendeten Begriffe „erster“, „zweiter“ usw. sind nicht einer bestimmten, derart bezeichneten Komponente zugeordnet, sondern beziehen sich lediglich auf diese Komponenten in der angegebenen numerischen Reihenfolge, was bedeutet, dass eine als „erste“ bezeichnete Komponente später eine „zweite“ derartige Komponente sein kann, je nach der genannten Reihenfolge. Ferner gilt, dass die Bezeichnung „erster“ und „zweite“ nicht unbedingt bedeutet, dass die beiden derart bezeichneten Komponenten oder Werte unterschiedlich sind, d. h. eine erste Richtung kann beispielsweise die gleiche sein wie eine zweite Richtung, wobei jede einfach auf verschiedene Komponenten anwendbar ist. Die Begriffe „oberer“, „unterer“, „hinterer“, „vorderer“, „vorne“, „hinten“, „vertikal“, „horizontal“, „rechts“, „links“, „innerer“, „äußerer“ und Variationen oder Ableitungen davon beziehen sich auf die Ausrichtung eines in 37 dargestellten beispielhaften Fahrrads 150 aus der Perspektive eines darauf sitzenden Benutzers, wobei beispielsweise eine „innere“ Komponente oder ein „inneres“ Merkmal näher an einer vertikalen Mittelebene des Fahrrads ist, die sich in einer Richtung 201 erstreckt. Der Begriff „quer“ bedeutet nicht parallel. Die Begriffe „außen“ und „nach außen“ beziehen sich auf eine Richtung oder ein Merkmal, die bzw. das von einer zentralen Stelle weg zeigt, z. B. beziehen sich die Ausdrücke „radial nach außen“, „radiale Richtung“ und/oder Ableitungen davon auf ein Merkmal, das von einer zentralen Stelle wegführt, z. B. eine Drehachse 152 der Kassette 3, wie in 2 gezeigt. Umgekehrt beziehen sich die Begriffe „innen“ und „nach innen“ auf eine Richtung, die zu der zentralen oder inneren Position hin zeigt. Der Begriff „Unterbaugruppe“ bezieht sich auf eine Baugruppe aus einer Mehrzahl von Komponenten, wobei die Unterbaugruppen weiter zu anderen Unterbaugruppen und/oder einer Endbaugruppe zusammengebaut werden können, wie z. B. das Fahrrad 150.
• Fahrrad:
• 37 zeigt ein Beispiel für ein von einem Menschen angetriebenes Fahrzeug. In diesem Beispiel ist das Fahrzeug ein Fahrrad 150, z. B. ein Rennrad. Das Fahrrad 150 umfasst einen Rahmen 2, einen Lenker 154 in der Nähe eines vorderen Endes des Rahmens und einen Sitz oder Sattel 156, der einen Fahrer über einer Oberseite des Rahmens hält. Das Fahrrad 150 umfasst ein erstes oder Vorderrad 158, das von einer Vordergabel-Unterbaugruppe 160 getragen wird, die das vordere Ende des Rahmens stützt. Das Fahrrad 150 umfasst ferner ein zweites oder Hinterrad 162, das ein hinteres Ende des Rahmens 2 stützt, das ein Paar Kettenstreben 164 umfasst, die mit einem Paar Sitzstreben 165 verbunden sind (siehe auch 1). Das hintere Ende des Rahmens 2 kann von einer hinteren Federungskomponente, wie z. B. einem hinteren Stoßdämpfer 167, gestützt werden. Das Fahrrad 150 umfasst ferner einen Antriebsstrang 168 mit einer Kurbelbaugruppe 166, die über eine Fahrradkette 4 mit einer hinteren Kassette 3, die auch als angetriebene Kettenradbaugruppe bezeichnet wird, nahe an der Nabe gekoppelt ist, die eine Drehachse des Hinterrads 162 bildet. Die Kurbelbaugruppe 166 umfasst wenigstens einen, normalerweise zwei Kurbelarme 170 und Pedale 176 sowie eine vordere Kettenringbaugruppe 172 oder Antriebskettenradbaugruppe. Eine Kurbelspindel oder -welle kann die beiden Kurbelarme verbinden. Die Kurbelwelle definiert eine zentrale Drehachse 174 der Kettenringbaugruppe 172. Die Kurbelbaugruppe kann auch andere Komponenten umfassen.
• An dem Hinterrad 162 ist eine hintere Gangwechselvorrichtung, z. B. ein hinterer Umwerfer 180, angeordnet, der die Fahrradkette 4 auf verschiedene Kettenräder der Kassette 3 bewegt. In einer Ausführungsform kann eine vordere Gangwechselvorrichtung oder ein vorderer Umwerfer vorgesehen sein, der die Kette 4 auf verschiedene Kettenräder der Kettenringbaugruppe bewegt. In dem dargestellten Beispiel wird der Sattel 156 auf einer Sattelstütze 178 gestützt, die einen Endabschnitt aufweist, der in einem oberen Ende eines Sitzrohrs des Rahmens 2 aufgenommen ist.
• 37 zeigt eine normale Fahr- oder Vorwärtsfahrtrichtung 201 des Fahrrads 150. Bei dem in 37 dargestellten Fahrrad 150 handelt es sich zwar um ein Mountainbike, doch die Gangwechselvorrichtung oder der hintere Umwerfer 180, einschließlich der hier offenbarten konkreten Ausführungsformen und Beispiele sowie alternativer Ausführungsformen und Beispiele, kann auch bei jeder anderen Art von Fahrrad zum Einsatz kommen. Insbesondere kann beispielsweise der offenbarte hintere Umwerfer 180 bei Rennrädern und jeder anderen Art von Fahrrad mit einem Umwerfer verwendet werden. Es versteht sich von selbst, dass die verschiedenen hier offenbarten Energiegewinnungssysteme und Ausführungsformen auch in Umwerfern, die eine Käfigbaugruppe mit einem drehbaren Rad aufweisen, an jeder beliebigen Stelle (z. B. vorne) eingebaut werden können.
• Hinterer Umwerfer:
• Wie in 1-6 und 28 dargestellt, umfasst der hintere Umwerfer 180 ein Basiselement 5, das auch als B-Gelenk bezeichnet wird und mit einem Befestigungselement 10, z. B. einem B-Bolzen, an dem Fahrradrahmen 2 angebracht werden kann. Der Rahmen 2 kann ein Schaltauge 184 umfassen, das mit dem Rahmen 2 an einer Verbindung zwischen der Sitzstrebe 165 und der Kettenstrebe 164 verbunden ist. Das Basiselement 5 kann mit dem Schaltauge 184 oder direkt mit dem Rahmen 2 verbunden sein. Das Basiselement 5 ist mittels Befestigungselement 10 mit dem Rahmen 2 abnehmbar verbunden und kann frei um eine Achse (A) des Befestigungselements 10 schwenken. Ein Einstellelement 11, das als Schraube ausgebildet sein kann, steht mit dem Basiselement in Gewindeeingriff und kann betätigt werden, um die Drehposition des Basiselements 5 relativ zu dem Rahmen 2 einzustellen.
• Ein Gestänge 186 umfasst ein Innenglied 7 und ein Außenglied 6 mit ersten Enden 188, 190, die mit dem Basiselement 5 drehbar verbunden sind, beispielsweise durch eine erste Achse oder einen Stift 15 bzw. eine zweite Achse oder einen Stift 16. Ein bewegliches Element 8, das auch als P-Gelenk bezeichnet wird, ist mit gegenüberliegenden zweiten Enden 194, 196 des Innenglieds 7 und des Außenglieds 6 durch eine dritte Achse oder einen Stift 17 bzw. eine vierte Achse oder einen Stift 18 drehbar verbunden, sodass sich die Glieder 6, 7 zwischen dem Basiselement 5 und dem beweglichen Element 8 erstrecken. Wie in 29 dargestellt, kann der Stift 18 von einem Paar Buchsen 103 in dem beweglichen Element 8 gestützt werden. Das Basiselement 5, das bewegliche Element 8, das Innenglied 7 und das Außenglied 6 bilden ein Gelenkviereck, insbesondere ein Gelenkparallelogramm 186. Auf diese Weise kann das bewegliche Element 8 mit dem Basiselement 5 beweglich verbunden sein. In einer Ausführungsform ist das bewegliche Element 8 relativ zu dem Basiselement 5 und zu dem Rahmen 2 in entgegengesetzter Richtung nach innen und nach außen beweglich. Selbstverständlich kann das bewegliche Element 8 mit dem Basiselement 5 durch andere Komponenten und/oder andere Gestänge als dem offenbarten Gestänge, die ein oder mehrere Glieder umfassen können oder nicht, beweglich verbunden sein.
• Ein Vorspannelement 14, das als Torsionsfeder ausgebildet sein kann, spannt das Gestänge 186 derart vor, dass es sich im Uhrzeigersinn oder nach außen dreht, wie in 3 dargestellt, beispielsweise um den ersten und zweiten Stift 15, 16. In einer Ausführungsform kann das Vorspannelement 14 koaxial zum zweiten Stift 16 angeordnet sein und ein erstes Ende aufweisen, das mit dem Basiselement in Eingriff steht, sowie ein zweites Ende, das mit dem Gestänge 186 in Eingriff steht, zum Beispiel am Außenglied 6. Der Umwerfer kann eine Drehbegrenzung aufweisen, beispielsweise eine obere Begrenzungsschraube 12 und eine untere Begrenzungsschraube 13, die mit dem Basiselement 5 in Gewindeeingriff stehen und die Bewegungen des Innenglieds 7 bzw. des Außenglieds 6 begrenzen.
• In einer alternativen Ausführungsform kann die Vorspannkraft des Vorspannelements 14 umgekehrt werden, sodass das Vorspannelement 14 das Gestänge 186 derart vorspannt, dass es sich entgegen dem Uhrzeigersinn oder nach innen dreht (siehe 3). Im Betrieb kann die Kette 4 eine Zugkraft auf eine Schaltrolle 22 ausüben, was dazu führen kann, dass sich das Gestänge 186 entgegen dem Uhrzeigersinn drehen will, wie in 3 dargestellt. In dieser Ausführungsform arbeiten das Vorspannelement 14 und die Schaltrolle 22 zusammen, um das Gestänge 186 in dieselbe Richtung vorzuspannen. Auf diese Weise wird das Gelenkparallelogramm durch die vom Vorspannelement 14 ausgeübte Vorspannkraft und die von der Kette auf die Schaltrolle 22 ausgeübte Zugkraft in dieselbe Drehrichtung vorgespannt.
• Gemäß 7-9 kann der Umwerfer 180 eine Käfigbaugruppe 9 umfassen, die mit dem Basiselement 5 beweglich gekoppelt ist. Die Käfigbaugruppe 9 ist in eine erste und eine entgegengesetzte zweite Translationsrichtung (z. B. innen und außen) relativ zu dem Basiselement 5 bewegbar. Die Käfigbaugruppe 9 kann auch in eine erste und entgegengesetzte zweite Drehrichtung (z. B. Drehung im Uhrzeigersinn und Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn) um eine sich seitlich erstreckende Achse B relativ zu dem beweglichen Element 8 und zu dem Basiselement 5 oder relativ zu dem Basiselement 5 durch Kombination aus Translation und Drehung bewegbar sein. Insbesondere ist die Käfigbaugruppe 9 mit dem beweglichen Element durch ein Befestigungselement drehbar verbunden, das sich in einer seitlichen Richtung erstreckt und die Drehachse B definiert. Die Käfigbaugruppe kann sich im Uhrzeigersinn um die Achse B des Befestigungselements drehen, um Durchhang der Kette 4 aufzunehmen, die mit der Kassette 3, einer oberen Kettenschaltrolle 21 und einer unteren Kettenschaltrolle 22 in Eingriff ist. Die obere und die untere Kettenschaltrolle 21, 22 sind mit der Käfigbaugruppe 9 drehbar verbunden.
• Gemäß 5-9, 10 und 13 kann die Käfigbaugruppe 9 einen oder beide Außenkäfige 24 umfassen, die an einem Innenkäfig 25 befestigt sind, z. B. mit Befestigungselementen 29, 30, die als Schrauben, Schnappverschlüsse und/oder andere geeignete Sicherungsvorrichtungen ausgeführt sind. Die untere Kettenschaltrolle 22 dreht sich auf einem Kugellager, dessen innerer Laufring zwischen dem Innenkäfig 25 und dem Außenkäfig 24 eingeklemmt ist, wobei die als Schraube 30 ausgebildeten Befestigungselemente in den Innenkäfig 25 geschraubt sind. Diese Verbindung dient ferner zur Befestigung des Innenkäfigs 25 an dem Außenkäfig 24. Eine Abdeckung 23 ist an dem Außenkäfig 24 mittels einer Mehrzahl von Befestigungselementen 28 befestigt, die als neun Schrauben dargestellt sind und entlang des Umfangs der Abdeckung 23 beabstandet sind, wobei die Abdeckung und der Außenkäfig ein Gehäuse 200 bilden. „Gehäuse“ bezeichnet eine Komponente, die andere Komponenten tragen oder halten und geschlossen oder offen sein kann. Der Außenkäfig und/oder die Abdeckung können jeweils einzeln ein Gehäuse oder gemeinsam das Gehäuse 200 bilden, das in einer Ausführungsform umschlossen und abgedichtet ist, um das Eindringen von Flüssigkeit in das Gehäuseinnere zu verhindern. Unter Bezugnahme auf 10 und 13 kann ein elastomeres Dichtungselement 32 in einer im Außenkäfig 24 ausgebildeten Nut 202 angeordnet sein. Selbstverständlich kann die Nut alternativ auch in der Abdeckung ausgebildet sein. Die Nut 202 kann eine geschlossene Schleife bilden, die der Kontur des Umfangs der Abdeckung 23 folgt, wobei das Dichtungselement 32 eine flüssigkeitsdichte Dichtung zwischen dem Außenkäfig 24 und der Abdeckung 23 oder dem Gehäuse 200 bildet. In einer Ausführungsform steht das Befestigungselement 29 in Gewindeeingriff mit dem Außenkäfig 24 und befestigt den Innenkäfig 25 an dem Außenkäfig 24.
• Wie in 10-13 gezeigt, umfasst eine Ausführungsform der oberen Schaltrollenbaugruppe eine abgedichtete Kugellagerbaugruppe 33, die in einer Aussparung 204 aufgenommen wird, die im Außenkäfig 24 ausgebildet ist und mit der Schulter eines ringförmigen Flansches 206 in Eingriff steht. Eine Kugellagerbaugruppe 34 wird in einer Aussparung 208 aufgenommen, die in der Abdeckung 23 ausgebildet ist, und stützt sich auf einer äußeren Seitenfläche 210 des Gehäuses ab. Eine Schaltrollenwelle 35 ist innerhalb der inneren Laufringe der Kugellagerbaugruppen 33 und 34 angeordnet und wird von diesen getragen. Die Schaltrollenwelle 35 weist ein Ende 212 auf, das von der Kugellagerbaugruppe 34 drehbar getragen wird, wobei eine ringförmige Schulter 214 mit dem inneren Laufring in Eingriff steht und die Lagerbaugruppe 34 zwischen der Schulter 214 und der Fläche 210 einschließt. Die Schaltrollenwelle 35 umfasst einen ringförmigen Flansch 216, der seitlich von der ringförmigen Schulter 214 beabstandet ist, wobei der ringförmige Flansch 216 eine zweite ringförmige Schulter 218 definiert, die mit dem inneren Laufring des Kugellagers 34 in Eingriff steht und die Lagerbaugruppe 33 zwischen der Schulter 218 und dem ringförmigen Flansch 206 festhält. Die ringförmigen Schultern 214, 216 weisen in entgegengesetzte Richtungen, sodass die ringförmigen Schultern die axiale Bewegung der Welle 35 in beiden seitlichen Richtungen (nach innen und außen) begrenzen. Die Kugellagerbaugruppe 33 wird zwischen dem Außenkäfig 24 oder einer von diesem gebildeten ringförmigen Schulter und der ringförmigen Schulter 216 der Welle 35 festgehalten. Ein Dichtungselement 346, das in einer Ausführungsform als O-Ring ausgeführt ist, befindet sich in einer umlaufenden Nut 220, die in der Welle 35 innenliegend und vom ringförmigen Flansch 216 beabstandet ausgebildet ist. Die Nut kann alternativ auch in der Kugellagerbaugruppe ausgebildet sein. Das Dichtungselement 346 bildet eine flüssigkeitsdichte Dichtung zwischen der Schaltrollenwelle 35 und dem inneren Laufring der Kugellagerbaugruppe 33, sodass das Eindringen von Flüssigkeit in den Innenraum des Gehäuses 200 verhindert wird, der zwischen der Abdeckung 23 und dem Außenkäfig 24 definiert ist. Die Schaltrollenwelle 35 kann eine axial verlaufende Bohrung 222 aufweisen. Die Bohrung 222 kann mit einem Gewinde versehen sein und mit einem als Schraube dargestellten Befestigungselement 31 in Gewindeeingriff stehen.
• Gemäß 11 und 12 kann die obere Kettenschaltrolle 21 eine Passfedernut 21b aufweisen, die in einer Ausführungsform eine kreuzförmige Aussparung 226 aufweist. Die Schaltrollenwelle 35 kann mit einer entsprechenden Passfeder 224 oder einem Einsetzabschnitt versehen sein, der mit entsprechenden kreuzförmigen Vorsprüngen 35b versehen ist. Ist die obere Kettenschaltrolle 21 wie in 10 dargestellt eingebaut, bildet die Passfeder 224 eine Schnittstelle mit der Passfedernut 21b und sorgt für einen drehfesten Eingriff oder eine drehfeste Kopplung mit dieser, beispielsweise durch den Eingriff der Aussparungen 226 durch die Vorsprünge 35b. Die Kettenschaltrolle 21 umfasst eine Nabe 228 mit einer Innenfläche 230, die an einer Endfläche 35a der Schaltrollenwelle 35 anliegt, die zwischen den Vorsprüngen 35b definiert ist. Über die Schnittstelle zwischen der Passfeder 224 und der Passfedernut 21b ist die obere Kettenschaltrolle 21 drehfest und axial an der Schaltrollenwelle 35 befestigt, sodass eine Torsion zwischen der oberen Kettenschaltrolle 21 und der Schaltrollenwelle 35 über die Passfeder 224 und die Passfedernut 21b, d. h. zwischen den Vorsprüngen 35b und den Aussparungen 226, übertragen werden kann. Wie in 10 dargestellt, ist die Schaltrollenwelle 35 zwischen der Abdeckung 23 und dem Außenkäfig 24 eingeklemmt, wobei die Kettenschaltrolle 21 an der Welle 35 befestigt ist. Die Kettenschaltrolle 21 ist also nicht zwischen dem Innen- und dem Außenkäfig 25, 24 eingeklemmt oder festgehalten. Vielmehr ist die Kettenschaltrolle 21 auskragend an einem Ende der Welle 35 gelagert, die von dem Gehäuse 200 außerhalb der Kettenschaltrolle 21 getragen wird. Der Innenkäfig 25 kann also nicht die Kettenschaltrolle 21 und insbesondere nicht die Schaltrollenwelle 35 überlagern, sondern kann dazu eingerichtet sein, zwischen dem Innenkäfig 25 und dem oberen Schaltrollensystem ein Spiel entstehen zu lassen, wie in 9 dargestellt. Zum Auswechseln der Kettenschaltrolle muss der Innenkäfig 25 daher nicht von dem Außenkäfig 24 entfernt werden. In anderen Ausführungsformen kann der Innenkäfig natürlich auch die Kettenschaltrolle überlagern.
• Elektrisches Generatorsystem:
• Gemäß 13-16, 19, 30 und 31 ist ein elektrisches Generatorsystem 240 mit der Käfigbaugruppe 9 gekoppelt und mit ihr bewegbar, d. h. das elektrische Generatorsystem 240 verschiebt und dreht sich mit der Käfigbaugruppe 9, wenn sich die Käfigbaugruppe relativ zu dem beweglichen Element 8, Basiselement 5 und Fahrradrahmen 2 bewegt. In anderen Worten: Das elektrische Generatorsystem ist an der Käfigbaugruppe befestigt und folgt der Bewegungsbahn der Käfigbaugruppe. In einer Ausführungsform ist das elektrische Generatorsystem 240 in dem Gehäuse 200 angeordnet, das durch die Abdeckung 23 und den Außenkäfig 24 definiert ist, und kann vollständig in einem abgedichteten inneren Hohlraum 242 eingeschlossen sein, der zwischen der Abdeckung 23 und dem Außenkäfig 24 definiert ist. Das elektrische Generatorsystem 240 umfasst einen Generator 50 und ein Generatorantriebssystem 244, wobei das Generatorantriebssystem 244 einen Antrieb umfasst. Der Antrieb kann in einer Ausführungsform als die Kettenschaltrolle 21 ausgebildet sein, die mit dem Gehäuse 200, insbesondere mit dem Außenkäfig 24 und der Abdeckung 23, drehbar gekoppelt ist. Die Kettenschaltrolle 21 ist um eine Drehachse 246 drehbar. Das Generatorantriebssystem kann ferner ein Generatorgetriebe 250 umfassen, das funktionsfähig zwischen dem Antrieb, z. B. der Kettenschaltrolle 21, und einem Abtrieb, z. B. dem Generator 50, gekoppelt ist. Das Generatorgetriebe 250 umfasst ein erstes Generatorstirnrad 37, das drehfest und axial an der Schaltrollenwelle 35 befestigt ist, sodass sich das Stirnrad 37 mit der Kettenschaltrolle 21 um die Drehachse 246 dreht. Insbesondere kann das Stirnrad 37 durch Reibschluss und/oder eine Verzahnungsschnittstelle an der Schaltrollenwelle befestigt sein. Das Stirnrad 37 ist in einem Raum oder inneren Hohlraum 242 angeordnet, der zwischen der Abdeckung und dem Außenkäfig definiert ist. Das erste Generatorstirnrad 37 weist eine Mehrzahl von Zähnen 260 auf, die in Umfangsrichtung entlang des Umfangs des Stirnrads angeordnet sind, wobei die Zähne 260 mit Zähnen 262 in Eingriff stehen, die in Umfangsrichtung entlang des Umfangs eines Ritzels 38 angeordnet sind. Das Ritzel 38 ist um eine Achse 44 drehbar, die durch und zwischen dem Außenkäfig 24 und der Abdeckung 23 gelagert ist. In einer Ausführungsform weist das Stirnrad 37 dreißig (30) Zähne 260 auf, während das Ritzel 38 zehn (10) Zähne 262 aufweist, was ein Übersetzungsverhältnis von 3:1 ergibt und bedeutet, dass eine Umdrehung des Stirnrads 37 zu drei (3) Umdrehungen des Ritzels 38 führt. In einer Ausführungsform weist die Kettenschaltrolle 21 eine Mehrzahl von Zähnen auf, zum Beispiel 12. In einer Ausführungsform umfasst die Achse 44 ein erstes Ende, das mit dem Außenkäfig 24 in Eingriff steht, z. B. drehfester Eingriff, z. B. mit Gewinde, sodass die Achse 44 drehfest ist, und ein gegenüberliegendes zweites Ende, das mit der Abdeckung 23 in Eingriff steht. Alternativ kann die Achse 44 relativ zu dem Außenkäfig 24 drehbar gelagert sein. Das Ritzel 38 umfasst eine Nabe 264, die sich an der Achse 44 um eine Drehachse 266 dreht. Ein zweites Generatorstirnrad 39 ist koaxial und drehfest mit dem ersten Generatorritzel 38, 338 und insbesondere mit der Nabe 264 verbunden und dreht sich mit dem Ritzel 38, 338 und wird von diesem angetrieben. Das Stirnrad 39, 339 weist in einer Ausführungsform sechsunddreißig (36) Zähne 268 auf, die in Umfangsrichtung entlang eines Umfangs angeordnet sind. Die Zähne 268 des Stirnrads stehen in Eingriff mit Zähnen 270, die in Umfangsrichtung entlang des Umfangs eines Ritzels 40 beabstandet sind, das durch eine Achse 45, die drehbar oder drehfest durch und zwischen dem Außenkäfig 24 und der Abdeckung 23 gelagert ist, gelagert und um diese Achse drehbar ist. In einer Ausführungsform umfasst die Achse 45 ein erstes Ende, das mit dem Außenkäfig 24 in Eingriff steht, z. B. in Gewindeeingriff, sodass die Achse drehfest ist, und ein gegenüberliegendes zweites Ende, das mit dem Gehäuse 24 in Eingriff steht. In einer weiteren Ausführungsform ist die Achse drehbar durch und zwischen dem Außenkäfig 24 und der Abdeckung 23 gelagert. Das Ritzel 40 umfasst eine Nabe 274, die sich an der Achse um eine Drehachse 272 dreht. Das Ritzel kann beispielsweise zwölf (12) Zähne 270 aufweisen, was ein Übersetzungsverhältnis zwischen dem Stirnrad 39 und dem Ritzel 40 von 3:1 ergibt und bedeutet, dass eine Umdrehung des Stirnrads 39 zu drei (3) Umdrehungen des Ritzels 40 führt.
• Das Generatorgetriebe 250 umfasst ferner wenigstens eine erste und eine zweite Schaltrolle 41, 42, die mit dem Gehäuse 200 um eine Drehachse 272 bzw. 280 drehbar gekoppelt sind, sowie einen Riemen 43, der mit der ersten und der zweiten Schaltrolle in Eingriff steht. In einer Ausführungsform weist eine erste Generatorschaltrolle 41 idealerweise eine Mehrzahl von Zähnen 276 auf, beispielsweise 75 Zähne 276, und ist koaxial und drehfest an der Nabe 274 des Ritzels 40 befestigt, wobei die Schaltrolle 41 und das Ritzel 40 um die Drehachse 272 drehbar sind. Die zweite Schaltrolle 42 weist eine Mehrzahl von Zähnen 278 auf, beispielsweise 20 Zähne, und ist koaxial und drehfest an einem Rotor 47 des Generators 50 befestigt, wobei die Schaltrolle 42 und der Rotor 47 um die Drehachse 280 drehbar sind. Ein Riemen 43 bildet eine Dauer- oder Endlosschleife. In einer Ausführungsform kann der Riemen 43 ein Zahnriemen sein mit einer Mehrzahl von Zähnen 282, die um eine Innenfläche der Schleife ausgebildet sind. In einer Ausführungsform kann der Riemen 43 insbesondere beispielsweise 91 Zähne 282 aufweisen. Der Riemen 43 und insbesondere die Zähne 282 stehen mit der ersten und der zweiten Schaltrolle 41, 42 und deren Zähnen 276, 278 in Eingriff. Die Schaltrollen 41, 42 weisen ein Schaltrollenverhältnis von über 1 auf, in einer Ausführungsform ein Verhältnis von 3,75:1. Selbstverständlich können in anderen Ausführungsformen der Riemen 43 und die Schaltrollen 41, 42 ohne Zähne ausgeführt sein, wobei der Riemen 43 durch Reibung mit den Schaltrollen 41, 42 in Eingriff steht. Der Rotor 47 ist drehbar in einer von einer Generatorbasis 46 definierten Bohrung 284 aufgenommen. Der Generator 50 umfasst einen Stator 48, der innerhalb eines äußeren Umfangs oder einer ringförmigen Wand 286 des Rotors 47 angeordnet ist. Der Stator kann drehfest an der Generatorbasis 46 befestigt sein, wobei der Rotor 47 relativ zu dem Stator 48 um die Drehachse 280 drehbar ist. In einer Ausführungsform weist die Kettenschaltrolle 21 bzw. der Antrieb eine erste Drehzahl auf und weist der Generator 50, z. B. der Rotor 47 bzw. der Abtrieb, eine zweite Drehzahl auf, wobei das Generatorgetriebe ein Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten Drehzahl von 20:1 bis 50:1 bereitstellt. In einer Ausführungsform beträgt das Gesamtübersetzungsverhältnis des Getriebes zwischen der oberen Schaltrolle 21 und dem Rotor 47 des Generators 50 idealerweise 33,75:1 (z. B. Gesamtübersetzungsverhältnis = (Übersetzungsverhältnis 1)*(Übersetzungsverhältnis 2)*(Schaltrollenverhältnis 3) = 3*3*3,75=33,75:1, d. h. die Drehzahl des Rotors 47 ist 33,75 mal größer als die Drehzahl der oberen Schaltrolle 21. Selbstverständlich kann dieses Verhältnis variiert werden, indem das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Stirnrad 37 und dem Ritzel 38, 338, dem Stirnrad 39, 339 und dem Ritzel 40 oder der ersten Schaltrolle 41 und der zweiten Schaltrolle 42 geändert wird.
• In einer in 30-33 dargestellten Ausführungsform umfasst das Generatorgetriebe 250 eine Kupplung 290, die die Kettenschaltrolle 21 und den Generator 50, insbesondere den Rotor 47, antriebsmäßig verbindet, wenn die Kettenschaltrolle 21 in der ersten Drehrichtung gedreht wird, sodass der Generator 50 aktiviert ist, d. h. der Rotor 47 wird relativ zu dem Stator 48 gedreht. Die Kupplung 290 trennt die Kettenschaltrolle 21 und den Generator 50, wenn die Kettenschaltrolle 21 in der zweiten Drehrichtung gedreht wird, sodass der Generator 50 deaktiviert ist, d. h. der Rotor 47 wird nicht relativ zu dem Stator 48 gedreht. In einer Ausführungsform ist die Kupplung 290 zwischen dem Stirnrad 339 und dem Ritzel 338 angeordnet. Selbstverständlich kann die Kupplung 290 auch zwischen beliebigen koaxial angebrachten Komponenten angeordnet sein, beispielsweise zwischen der Kettenschaltrolle 21 und dem Stirnrad 37 oder dem Ritzel 40 und der Schaltrolle 41. In anderen Ausführungsformen kann die Kupplung zwischen nicht koaxial angebrachten Komponenten angeordnet sein, z. B. als Gleitfläche bzw. Gleitschnittstelle zwischen den nebeneinander liegenden Schaltrollen. In einer Ausführungsform der Kupplung definiert das Ritzel 338 ein Antriebselement, das drehbar an der Achse 44 gelagert ist. Selbstverständlich kann das Antriebselement ein Stirnrad sein. Jedenfalls ist die Kupplung 290 zwischen dem Antriebselement, d. h. dem Ritzel 338, und einem angetriebenen Element, d. h. dem Stirnrad 339, angeordnet oder angebracht. Auf diese Weise sorgt die Kupplung 290 für einen einseitigen Dreheingriff zwischen dem Antriebselement und dem angetriebenen Element. In einer Ausführungsform umfasst die Kupplung 290 wenigstens einen Federfinger 292, idealerweise eine Mehrzahl von Federfingern (zwei dargestellt). Das angetriebene Element bzw. das Zahnrad oder die Schaltrolle kann in einer Ausführungsform eine Nabe 294 mit wenigstens einer Vertiefung 296 und idealerweise einer Anzahl von Vertiefungen 296 (z. B. zwei) aufweisen, die der Anzahl der Federfinger 292 entspricht, wobei die Anzahl unterschiedlich sein kann. Die Federfinger 292, die in einer Ausführungsform in das Stirnrad 339 eingepresst sind, können als Blattfedern (Cantilever) mit einem gekrümmten Arm 302 konfiguriert sein, der sich vom Steg des Stirnrads 339 aus erstreckt und an einem Eingriffsende 304 endet. Das Eingriffsende 304 befindet sich radial innerhalb einer inneren Lagerfläche 306 des angetriebenen Zahnrads oder Stirnrads 339, wenn sich der Arm 302 in einer nicht vorgespannten Position befindet, d. h. nicht vorgespannt ist. Der Arm 302 wird vorgespannt, indem das Ende 304 radial nach außen bewegt wird, bis es an einer äußeren Lagerfläche 310 der Nabe 294 oder Welle des Ritzels 338 anliegt. Die Vertiefungen 296 sind derart geformt, dass sie sich von der Lagerfläche 310 radial nach innen erstrecken. In einer Ausführungsform umfassen die Vertiefungen eine Rampenfläche 298, die sich von der Lagerfläche 310 nach innen verjüngt und diese schneidet, und eine Anschlagfläche 300, die sich von der Rampenfläche 298 in Richtung Lagerfläche 310 erstreckt und diese schneidet. Die Anschlagfläche 300 verläuft in einer Ausführungsform im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Tangente der Lagerfläche 310 und deren Schnittpunkt, obwohl auch andere Winkel geeignet sein können. Der Arm 302 bringt das Eingriffsende 304 aufgrund der Vorspannung in Eingriff mit der Vertiefung 296 und insbesondere mit den Flächen 298 und 300. Wird das Ritzel 338 relativ zu dem Stirnrad 339 in einer Richtung gedreht, greifen die Arme 302 und ihre Enden 304 schließlich in die Anschlagfläche 300 ein, wenn der Arm radial nach innen vorgespannt wird, und treiben anschließend das angetriebene Zahnrad oder das Stirnrad 339 mit dem Antriebszahnrad 338 an, wenn das Kettenrad 21 in einer Drehrichtung, d. h. in Tretrichtung, gedreht wird. Tritt der Benutzer rückwärts, drehen sich die Kette 4 und die Kettenschaltrolle 21 in eine entgegengesetzte Drehrichtung, wobei die Enden der Arme 302 nacheinander und intermittierend nach außen entlang der Rampe 298 gleiten, wenn die Arme 302 außer Eingriff und danach entlang der Lagerfläche 310 vorgespannt werden, sodass das Antriebszahnrad oder Ritzel 338 das angetriebene Zahnrad oder Stirnrad 339 nicht in Drehung versetzt. Auf diese Weise werden die Federfinger 292 oder der gekrümmte Arm 302 in Eingriff mit der Vertiefung 296 und der Anschlagfläche 300 vorgespannt, wenn die Kettenschaltrolle 21 in der ersten Drehrichtung gedreht wird, und die Federfinger 292 oder der gekrümmte Arm 302 durch die Rampenfläche 298 und die Lagerfläche 310 außer Eingriff mit der Vertiefung 296 vorgespannt, wenn die Kettenschaltrolle 21 in der zweiten Drehrichtung gedreht wird, sodass der Generator 50 deaktiviert oder nicht gedreht wird.
• Gemäß 14, 15 und 31 kann ein Riemenspanner 320 mit der Käfigbaugruppe gekoppelt sein, der zum Einstellen der Spannung des Riemens 43 dient. Der Riemenspanner 320 umfasst ein erstes Befestigungselement 51 oder eine erste Generatorschraube, die mit einem ersten am Außenkäfig 24 ausgebildeten Vorsprung 24a in Gewindeeingriff steht, und ein zweites Befestigungselement 52 oder eine zweite Generatorschraube, die mit einem zweiten am Außenkäfig 24 ausgebildeten Vorsprung 24b in Gewindeeingriff steht. Das erste Befestigungselement 51 führt durch eine Öffnung in der Generatorbasis 46, und das zweite Befestigungselement 52 führt durch eine Unterlegscheibe 53, die einen Rand der Generatorbasis 46 überlappt. Der Riemenspanner 320 umfasst ferner ein Riemenspannungseinstellelement 54, das zwischen dem Außenkäfig 24 und dem Generator 50, insbesondere der Basis 46, agiert. In einer Ausführungsform kann das Einstellelement 54 als Stellschraube ausgebildet sein, die in einen in dem Außenkäfig 24 ausgebildeten Vorsprung 24b geschraubt ist. Ein Ende 322 des Einstellelements 54 liegt an der Generatorbasis 46 an, zum Beispiel an einem Rand. Im Betrieb und zum Einstellen der Spannung des Riemens 43 sind die Befestigungselemente 51, 52 leicht gelockert. Das Einstellelement 54 kann dann betätigt werden, z. B. durch Gewindeeingriff mit dem oberen Vorsprung 24b, sodass das Einstellelement 54 gegen eine Vorspannkraft oder Spannung des Riemens 43 auf den Rand der Generatorbasis 46 drückt. Die Basis 46 kann sich leicht um das Befestigungselement 51 drehen, wodurch der Riemen 43 stärker gespannt wird. Ist die gewünschte Riemenspannung erreicht, können die Befestigungselemente 51, 52 angezogen und die Riemenspannung auf diese Weise auf dem gewünschten Niveau fixiert werden. Das Einstellelement 54 kann mit einem Lockerungsschutz, z. B. einem Nylonflicken, ausgestattet sein, der verhindert, dass sich das Einstellelement 54 im Laufe der Zeit lockert.
• Gemäß 15 und 19 erstreckt sich eine Mehrzahl von Generatordrähten 49, von denen drei dargestellt sind, vom Stator 48 des Generators. Die Generatordrähte 49 sind mit einer an dem Gehäuse 200 angebrachten Generatorleiterplatte (Generator-PCB) 55 elektrisch verbunden. In einer Ausführungsform ist die Generator-PCB 55 mit einer Schraube 56 an dem Außenkäfig 24 befestigt, obwohl die PCB 55 auch mit Klebstoff, einer Schnappverbindung oder anderen geeigneten Befestigungselementen befestigt werden kann. Die PCB 55 kann alternativ auch an der Abdeckung 23 befestigt sein.
• Gemäß 15, 16 und 19 ist eine Hauptleiterplatte (Haupt-PCB) 57 relativ zu dem Gehäuse 200, z. B. der Abdeckung 23, mit einer ersten Befestigungsschraube 80 und einer zweiten Motorhalterungsbefestigungsschraube 78 befestigt. Bezug nehmend auf 16 umfasst die Haupt-PCB 57 verschiedene elektronische Komponenten, insbesondere eine Energiespeichervorrichtung 57d, die in einer Ausführungsform als Superkondensatoren, Motortreiber 57f, Kodierer 57e, Schalter 57b, LED 57c, eine Mehrzahl von Federkontaktstiften 57a und Mikrocontroller 402 konfiguriert sind. Wie in 15 dargestellt, stehen die Federkontaktstifte 57a der Haupt-PCB 57 in elektrischem Kontakt mit der Generator-PCB 55. Die Energiespeichervorrichtung 57d, z. B. Superkondensatoren, ist ebenfalls mit der Käfigbaugruppe 9 gekoppelt und bewegbar, insbesondere ist sie an der Haupt-PCB 57 befestigt. Der Generator 50 erzeugt Energie, die an die Energiespeichervorrichtung 57d übertragen und dort gespeichert wird. In einer Ausführungsform umfasst die Energiespeichervorrichtung 57d wenigstens einen Kondensator, der als zwei Superkondensatoren dargestellt ist. In anderen Ausführungsformen kann die Energiespeichervorrichtung eine oder mehrere Batterien umfassen, beispielsweise Akkumulatoren.
• Gemäß 4, 8 und 15 ist eine Funktionstaste 19 mit dem Gehäuse 200 und insbesondere mit der Abdeckung 23 durch eine Tastenhalterung 59 verbunden. Eine Elastomerdichtung 58 ist zwischen der Tastenhalterung 59 und einer Fläche der Abdeckung 23 oder des Gehäuses 200 angeordnet. Drückt der Benutzer auf die Funktionstaste 19, betätigt die Taste 19 den Schalter 57b der Haupt-PCB 57. Neben anderen Funktionen kann die Funktionstaste 19 dazu verwendet werden, den Umwerfer 180 drahtlos mit anderen Systemkomponenten zu koppeln, wie z. B. mit Schalthebeln, die am Lenker angebracht sein können. Eine LED-Linse 20 kann eine durchsichtige Linse sein, die in einem Loch in der Abdeckung 23 oder in dem Käfig 24, d. h. in dem Gehäuse 200, befestigt ist. Die LED-Linse 20 ist derart angeordnet, dass die LED 57c der Haupt-PCB 57 durch die Linse 20 scheint und für den Benutzer sichtbar ist. Die LED 57c kann zum Anzeigen eines Zustand des Systems eingesetzt werden. Insbesondere kommt die LED 57c zum Einsatz, wenn der Umwerfer 180 drahtlos mit anderen Systemkomponenten, wie z. B. den Schalthebeln, gekoppelt wird. Die LED 57c kann auch zum Anzeigen anderer Systemzustände, wie z. B. des Batteriestands, verwendet werden.
• Motor- und Schaltantriebssystem:
• In 17 und 18 ist eine Motorhalterungsbaugruppe 79 mit einem Motor 60 dargestellt, der mit der Käfigbaugruppe 9 gekoppelt und in der ersten und entgegengesetzten zweiten Richtung bewegbar ist. Der Motor 60 kann die Käfigbaugruppe 9 in der ersten und entgegengesetzten zweiten Richtung relativ zu dem Basiselement 5 und zu dem Rahmen 2 bewegen, beispielsweise in seitlicher Richtung nach innen und nach außen. Ein Schaltantriebssystem 330 ist zwischen dem Motor 60 und dem Gestänge 186 gekoppelt, wobei das Schaltantriebssystem einen Antrieb vom Motor 60 und einen mit dem Gestänge 186 gekoppelten Abtrieb aufweist.
• Der Motor 60, z. B. ein Gleichstrommotor, umfasst ein erstes Antriebsritzel 65, das an einer Ausgangswelle 334 befestigt ist, die den Antrieb für das Schaltantriebssystem definiert. Der Motor 60 ist mit wenigstens einem Befestigungselement 62, z. B. einem Schraubenpaar, an der Motorhalterung 61 befestigt. Ein Ende einer ersten Antriebsachse 63 ist in einem Loch in der Motorhalterung 61 aufgenommen. Ein erstes Antriebsstirnrad 66 ist koaxial an einem zweiten Antriebsritzel 67 befestigt, das eine Mehrzahl von Zähnen aufweist (z. B. zwanzig (20)), und das erste Antriebsstirnrad 66 und das zweite Antriebsritzel 67 drehen sich gemeinsam um die erste Antriebsachse 63. Das erste Antriebsritzel 65 weist eine Mehrzahl von Zähnen auf, z. B. zwölf (12), die in Umfangsrichtung entlang des Umfang des Ritzels angeordnet sind und mit einer Mehrzahl von Zähnen (z. B. achtundvierzig (48)) in Eingriff stehen, die in Umfangsrichtung entlang des Umfangs eines ersten Antriebsstirnrads 66 angeordnet sind, wodurch ein Übersetzungsverhältnis von 4:1 entsteht. Ein Kodierzahnrad 71 mit einer Mehrzahl von Zähnen (z. B. achtunddreißig (38)) umfasst eine zylindrische Aussparung, in der ein Kodiermagnet 72 aufgenommen ist. Der Kodiermagnet 72 ist relativ zu dem Kodierzahnrad 71 fixiert. Das Kodierzahnrad 71 weist einen langen, zylindrischen Endaschnitt auf, der drehbar in einer Bohrung in der Motorhalterung 61 aufgenommen ist. Das Kodierzahnrad 71 steht mit dem ersten Antriebsstirnrad 66 in Eingriff und wird durch eine Halteklammer 73 axial gehalten. Wie in 19 dargestellt, ist die Motorhalterungsbaugruppe 79 mit einem oder mehreren Befestigungselementen, z. B. einer ersten Motorhalterungsbefestigungsschraube 77 und einer zweiten Motorhalterungsbefestigungsschraube 78, an der Abdeckung 23 oder an dem Außenkäfig 24, d. h. an dem Gehäuse 200, befestigt. Der Kodiermagnet 72 ist neben dem Kodierer 57e der Haupt-PCB 57 angeordnet. Elektrische Drähte verbinden den Motor 60 elektrisch mit der Haupt-PCB 57.
• Gemäß 19 umfasst das Schaltantriebssystem 330 eine Getriebeträgerplatte 74, die relativ zu dem Gehäuse 200 mit zwei Positionierstiften 76 angeordnet ist, die aus der Abdeckung 23 herausragen und von eine Schraube 75 gehalten werden. Die Getriebeträgerplatte 74 stützt ein Ende der zuvor beschriebenen ersten Antriebsachse 63. Eine zweite Antriebsachse 64 weist ein erstes Ende auf, das in einer Öffnung in der Abdeckung 23 aufgenommen ist, und ein zweites Ende, das von der Getriebeträgerplatte 74 getragen wird. Ein zweites Antriebsstirnrad 68 ist koaxial an einem dritten Antriebsritzel befestigt, wobei sich diese beiden Zahnräder gemeinsam als Einheit um die zweite Antriebsachse 64 drehen. Das zweite Antriebsstirnrad 68 weist eine Mehrzahl von Zähnen auf (z. B. 48), die mit einer Mehrzahl von Zähnen (z. B. 20) an dem zweiten Antriebsritzel 67 in Eingriff stehen, wodurch sich ein Übersetzungsverhältnis von 2,4:1 ergibt. Ein drittes Stirnrad 70 mit einer Mehrzahl von Zähnen (z. B. 42) steht in Eingriff mit dem dritten Antriebsritzel mit einer Mehrzahl von Zähnen (z. B. 18), wodurch sich ein Übersetzungsverhältnis von 2,33:1 ergibt. Das Schaltantriebssystem weist in einer Ausführungsform ein Gesamtübersetzungsverhältnis von 4*2,4*2,33=22,4:1 auf, obwohl auch andere Übersetzungsverhältnisse geeignet sein können.
• Gemäß 19, 20 und 24 weist das Schaltantriebssystem 330 einen Abtrieb mit einer zweiten Drehzahl auf, die geringer ist als die erste Drehzahl eines Antriebs oder des Motors 60 und der Welle 334, wie durch das Gesamtübersetzungsverhältnis bestimmt. In einer Ausführungsform ist der Abtrieb als Leitspindel 81 ausgebildet, die koaxial an dem dritten Stirnrad 70 befestigt ist. Die Leitspindel 81 ist in eine erste und eine entgegengesetzte zweite Drehrichtung drehbar und steht mit einem Kurbelarm 92 in Gewindeeingriff. Der Kurbelarm 92 ist in eine erste und entgegengesetzte zweite axiale Richtung als Reaktion auf die Drehung der Leitspindel 81 in die erste und entgegengesetzte zweite Drehrichtung bewegbar. Wie nachstehend erläutert, ist der Kurbelarm 92 mit dem Gestänge 186 gekoppelt. In einer Ausführungsform ist die Leitspindel 81 über ihre Länge teilweise mit einem Gewinde versehen. Ein Leitspindellager 83 ist in einer Aussparung in der Abdeckung 23 oder in dem Gehäuse 200 aufgenommen. Ein einstellbares Lager 84 ist in die Abdeckung 93 des beweglichen Elements geschraubt, die mit Befestigungselementen, die als drei Schrauben 94 dargestellt sind, an dem beweglichen Element 8 befestigt ist. Die Leitspindel 81 ist in der Nähe eines ersten Endes in einem Leitspindellager 83 und an einem zweiten Ende in einem einstellbaren Lager 84 radial gelagert. Axiale Schubkräfte der Leitspindel 81 werden in einer ersten Richtung von einem Schubelement 82, das in einer Aussparung in dem Außenkäfig 24 aufgenommen ist, und in einer zweiten Richtung von einer Fläche des einstellbaren Lagers 84 aufgenommen. Das einstellbare Lager 84 kann in die Abdeckung 93 des beweglichen Elements geschraubt sein, um jegliches axiale „Spiel“ der Leitspindel 81 im Wesentlichen auszuschließen. Idealerweise weist das einstellbare Lager 84 ein Nylon-Sicherungselement an dem mit Gewinde versehenden Abschnitt auf, damit es sich nicht bewegt, nachdem es in die gewünschte Position gebracht wurde.
• Gemäß 7 und 20-22 ist eine Käfigwelle 85 mit Befestigungselementen, z. B. sechs Schrauben 86, an der Abdeckung 23 und an dem Gehäuse 200 befestigt. Alternativ kann die Käfigwelle 85 auch mittels Overmolding-Verfahren oder auf andere Weise an der Abdeckung 23 befestigt sein. Gemäß 22 weist die Käfigwelle 85 zwei Verkeilungsmerkmale 85a auf, die von einem Innendurchmesser der Käfigwelle 85 radial nach innen ragen. Die Käfigwelle 85 ist in einer Bohrung in dem beweglichen Element 8 koaxial zu der Achse B drehbar aufgenommen und wird von einem Haltering 87 axial an dem beweglichen Element 8 gehalten. Eine Druckscheibe 88 ist zwischen dem Haltering 87 und einer Fläche des beweglichen Elements 8 angeordnet. Alternativ können Unterlegscheiben unterschiedlicher Dicke die Druckscheibe 88 ersetzen, die zum Einsatz kommen können, um jegliches Axialspiel zwischen der Käfigwelle 85 und dem beweglichen Element 8 im Wesentlichen zu eliminieren.
• Gemäß 20, 21 und 23 weist eine Leitmutter 91 einen Gewindeinnendurchmesser und ein kugelförmiges erstes Ende 91b auf. Die Keilnuten 91a sind als Nuten über die Länge des Außendurchmessers der Leitmutter 91 ausgebildet. Die Gewinde der Leitmutter 91 stehen in Gewindeeingriff mit den Gewinden der Leitspindel 81, und die Verkeilungsmerkmale 85a des Käfigschafts 85 sind gleitend in den Keilnuten 91a der Leitmutter 91 aufgenommen. Die Anordnung von Passfeder und Keilnut verhindert eine Drehung der Leitmutter 91 relativ zu der Käfigwelle 85. Die Drehung der Leitspindel 81 bewirkt daher eine Verschiebung der Leitmutter 91 entlang der Achse B.
• Gemäß 20-21, 25, 26 und 27 weist der Kurbelarm 92 eine zylindrische Aussparung 92a, eine erste Bohrung 92b und eine zweite Bohrung 92c auf. Der Kurbelarm 92 ist an der zweiten Bohrung 92c mit einem vierten Stift 18 drehbar verbunden. Das kugelförmige Ende 91b der Leitmutter 91 steht in Eingriff mit der zylindrischen Aussparung 92a des Kurbelarms 92. Der Kurbelarm 92 weist einen Schlitz 92d auf, der die zylindrische Aussparung 92a durchtrennt und Platz für den länglichen zylindrischen Abschnitt der Leitmutter 91 und die Leitspindel 81 bietet. Somit wird der Kontakt zwischen der Leitmutter 91 und dem Kurbelarm 92 zwischen dem kugelförmigen Abschnitt 91b der Leitmutter 91 und der zylindrischen Aussparung 92a des Kurbelarms 92 aufrechterhalten, was in einer Ausführungsform idealerweise den einzigen Kontakt zwischen diesen Komponenten darstellt.
• Gemäß 26-29 führt ein vierter Stift 18 durch eine Bohrung 99d eines Antriebselements 99. In einer Ausführungsform kann das Antriebselement 99 an dem vierten Stift 18 durch eine Stellschraube 100 befestigt sein, die mit einer Gewindebohrung 99e des Antriebselements 99 in Gewindeeingriff steht und in eine an dem vierten Stift 18 ausgebildete ebene Fläche 18a eingreift. Ein Antriebsstift 97 ist in der Bohrung 92b des Kurbelarms 92 aufgenommen und mit einer Stellschraube 104 an dem Kurbelarm 92 befestigt. Der Antriebsstift 97 ragt in eine Aussparung 99a des Antriebselements 99. Eine Saver-Feder-Hülse 96 ist eine zylindrische Hülse, die koaxial zu dem vierten Stift 18 angeordnet ist. Die Saver-Feder bzw. Sicherungsfeder 95 ist eine Torsionsfeder, die koaxial zu der Saver-Feder-Hülse 96 angeordnet ist. Ein erstes Ende der Saver-Feder 95 steht in Eingriff mit dem Kurbelarm 92, und ein zweites Ende der Saver-Feder 95 steht in Eingriff mit der Fläche 99c des Antriebselements 99. Die Saver-Feder 95 spannt eine Fläche 99b des Antriebselements 99 gegen den Antriebsstift 97 im Uhrzeigersinn um eine in 20 dargestellte Achse (C) vor.
• Gemäß 27-29 ist das Außenglied 6 an dem vierten Stift 18 mit einem Befestigungselement, z. B. einer Stellschraube 101, befestigt, das in eine an dem vierten Stift 18 ausgebildete Fläche 18b eingreift.
• Gemäß 29 ist ein Befestigungselement 102, z. B. eine Schraube, mit einem Ende des vierten Stifts 18 in Gewindeeingriff. Bevor das Antriebselement 99 mit dem in der Aussparung 99a des Antriebselements 99 angeordneten Antriebsstift 97 in Eingriff gebracht ist, befindet sich die Saver-Feder 95 in einem „freien“ oder entspannten Zustand. Ein Werkzeug, wie z. B. ein Schraubendrehereinsatz, kann mit dem Befestigungselement 102 in Eingriff gebracht, z. B. durch Einsetzen des Werkzeugs in eine Schraube, und anschließend betätigt werden, damit sich der vierte Stift 18, wie in der Figur dargestellt, entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achse (C) dreht. Da der vierte Stift 18 an dem Antriebselement 99 befestigt ist, dreht sich das Antriebselement (99) mit dem Stift 18. Die Fläche 99c des Antriebselements 99 spannt oder schiebt ein Ende der Saver-Feder 95 vor, um die Saver-Feder 95 aus einem „freien“ oder entspannten Zustand in einen vorgespannten Zustand zu versetzen oder aufzuziehen. Im Anschluss kann der Antriebsstift 97 in die Aussparung 99a des Antriebselements 99 geschoben werden. Das Werkzeug kann entfernt werden, wobei die Vorspannkraft der Saver-Feder 95 die Fläche 99b des Antriebselements 99 im Uhrzeigersinn um die Achse (C) gegen den Antriebsstift 97 vorspannt.
• Gemäß 20 ist eine Käfigfeder 90 als Torsionsfeder ausgebildet, deren erstes Ende in einer Aussparung des beweglichen Elements 8 angeordnet ist und mit diesem in Eingriff steht. Ein zweites Ende der Feder 90 steht mit der Abdeckung 23 in Eingriff und ist in einer Aussparung in der Abdeckung 23 angeordnet. Die Käfigfeder 90 ist derart angeordnet, dass sie die Käfigbaugruppe 9 im Uhrzeigersinn um die Achse (B) vorspannt, wie in 1 dargestellt, damit ein etwaiger Durchhang der Kette 4 beseitigt wird.
• Wiederum unter Bezugnahme auf 20 ist eine Kupplungsfeder 89 mit einer Mehrzahl von Windungen dargestellt, in einer Ausführungsform beispielsweise mit sieben Windungen. Der Innendurchmesser einer ersten Mehrzahl von Windungen, z. B. etwa der ersten fünf Windungen, ist um eine zylindrische Fläche des beweglichen Elements 8 gewickelt. Der Innendurchmesser einer zweiten Mehrzahl von Windungen oder einer einzelnen Hilfswindung ist um eine zylindrische Fläche des Käfigschafts 85 gewickelt, wobei die erste Mehrzahl von Windungen größer ist als die zweite Mehrzahl von Windungen (oder Hilfswindungen). Da eine größere Anzahl von Windungen um das bewegliche Element 8 gewickelt ist, kann jede relative Drehung zwischen der Käfigwelle 85 und dem beweglichen Element 8 zu einem Schlupf zwischen der Kupplungsfeder 89 und der Käfigwelle 85 führen, während das bewegliche Element 8 und die Kupplungsfeder 89 aneinander befestigt bleiben. Die Kupplungsfeder 89 ist derart gewickelt, dass sich bei Drehung der Käfigwelle 85 zusammen mit der Käfigbaugruppe 9 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achse (B) aufgrund des Widerstands, der daraus resultiert, dass die Käfigwelle 85 gegen die Kupplungsfeder 89 rutscht, die Windungen der Kupplungsfeder 89 gegen die zylindrische Fläche der Käfigwelle 85 zusammenziehen, wodurch die Reibung zunimmt und die Drehung der Käfigbaugruppe 9 schwächer wird. Dreht sich die Käfigwelle 85 zusammen mit der Käfigbaugruppe 9 im Uhrzeigersinn um die Achse (B), bewirkt der daraus resultierende Widerstand der Käfigwelle 85 gegen die Kupplungsfeder 89, dass sich die Windungen der Kupplungsfeder 89 gegen die zylindrische Fläche der Käfigwelle 85 lockern, wodurch sich die Reibung verringert und die Käfigbaugruppe 9 sich leichter drehen kann. Die Funktion der Kupplungsfeder 89 besteht darin, einer unerwünschten Drehung der Käfigbaugruppe 9 (entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achse (B)) entgegenzuwirken, wodurch die Kette 4 locker werden kann, z. B. wenn das Fahrrad auf unwegsamem Gelände fährt.
• Betrieb:
• Tritt der Fahrer in die Pedale, treibt die Kette 4 die Kassette 3 im Uhrzeigersinn an (siehe 1) und versetzt das Hinterrad in Bewegung (siehe 4). Da die Kette 4 auch mit der oberen Kettenschaltrolle 21 in Eingriff steht, wird die obere Kettenschaltrolle 21 entgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben (siehe 1). Gemäß 10-13 bewirkt die Drehung der oberen Kettenschaltrolle 21 eine Drehung der Schaltrollenwelle 35. Das erste Generatorstirnrad 37, das drehfest an der der Schaltrollenwelle 35 befestigt ist, dreht sich daher ebenfalls. Wie in 13 dargestellt, sorgt das Getriebe 250 dafür, dass Drehkraft über den Riemen 43 von dem ersten Generatorstirnrad 37, dem ersten Generatorritzel 38, dem zweiten Generatorstirnrad 39, dem zweiten Generatorritzel 40 und der ersten Generatorschaltrolle 41 zu der zweiten Generatorschaltrolle 42 und dem Rotor 47 des Generators 50 fließt. Durch die Drehung des Rotors 47 relativ zu dem Stator 48 wird Strom erzeugt. Gemäß 15 und 16 fließt der erzeugte Strom durch die Drähte 49 des Generators 50 zu der Generator-PCB 55 und anschließend durch die Federkontaktstifte 57a zu der Haupt-PCB 57, wo er in einer Speichervorrichtung 57d, beispielsweise den Superkondensatoren oder einer Batterie, gespeichert wird. Die Speichervorrichtung kann dann den Motor 60 mit Strom versorgen, damit verschiedene Schaltvorgänge ausgeführt werden. Selbstverständlich kann die Speichervorrichtung 57d auch andere elektrische Geräte und Zubehörteile mit Strom versorgen, einschließlich jener, die vom Umwerfer entfernt angeordnet sind, z. B. insbesondere Raddrehzahlsensor, Kassettendrehzahlsensor, Leistungsmesser, Beleuchtung, vorderer Umwerfer, verstellbare Sattelstütze und/oder Fahrradzubehör anderer Art, oder kann sie den Motor und derartige Zusatzvorrichtungen mit Strom versorgen. Bei Ausführungsformen, bei denen die elektrischen Geräte und Zubehörteile entfernt von der Speichervorrichtung angeordnet sind, kann der Strom durch verschiedene elektrische Verbinder, z. B. Drähte, übertragen werden. In anderen Ausführungsformen kann die Energiespeichervorrichtung auch entfernt vom Umwerfer angeordnet sein, z. B. wenn die Energiespeichervorrichtung an einem anderen Teil des Rahmens 2 oder einer Fahrradkomponente angebracht und mit dem Generator über elektrische Verbinder, z. B. Drähte, verbunden ist.
• Es wird darauf hingewiesen, dass das Zusammenwirken der Schaltrollen 41, 42 und des Riemens 43 geräuschärmer ist als ein entsprechendes Zusammenwirken von Stirnrad und Ritzel. Üblicherweise sind Zahnräder, die sich relativ langsam drehen, nicht so laut, dass der Fahrer dies als unangenehm empfinden kann, während Zahnräder, die sich mit einer hohen Drehzahl pro Minute (RPM) drehen, ein für den Fahrer möglicherweise unangenehmes hochfrequentes Geräusch erzeugen können. Daher können bei dem Getriebe in einer Ausführungsform Zahnradschnittstellen zum Einsatz kommen, wenn die Winkelgeschwindigkeiten relativ niedrig sind (d. h. nahe der Winkelgeschwindigkeit der oberen Schaltrolle 21), sowie eine Riemenschnittstelle, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Schaltrollen relativ hoch ist (d. h. nahe der Winkelgeschwindigkeit des Rotors 47).
• Zum Schalten der Gänge betätigt der Fahrer einen Schalter eines Schalthebels am Lenker. Vom Schalthebel kann ein drahtloses Signal ausgesendet werden. Das drahtlose Signal wird von der Antenne und dem Funkgerät auf der Haupt-PCB 57 empfangen. Das Signal wird von der Haupt-PCB 57 verarbeitet, und eine Steuerung sorgt dafür, dass Strom von der Energiespeichervorrichtung 57d, z. B. den Superkondensatoren, zu dem Motor 60 geleitet wird. Gemäß 17 und 19 wird mechanische Kraft vom Motor 60 oder einem Schaltantriebssystemantrieb zu dem ersten Antriebsritzel 65, ersten Antriebsstirnrad 66, zweiten Antriebsritzel 67, zweiten Antriebsstirnrad 68, dritten Antriebsritzel, dritten Antriebsstirnrad 70 und zu der Leitspindel 81 oder zu dem Abtrieb übertragen.
• Möchte der Fahrer auf ein größeres Kettenrad oder Zahnrad der Kassette 3 schalten, versorgt die Stromversorgung den Motor 60 mit Strom, der sich in der Richtung dreht, in der das dritte Antriebsstirnrad 70 und die Leitspindel 81 durch das Schaltantriebssystem, einschließlich der Antriebsritzel und Stirnräder 65-70, in einer ersten Drehrichtung angetrieben werden. Die Leitmutter 91 steht in Gewindeeingriff mit der Leitspindel, doch die Leitmutter 91 kann sich nicht relativ zu der Käfigwelle 85 drehen. Dementsprechend bewegt sich die Leitmutter 91 bezogen auf die Ausrichtung von 20 axial entlang der Achse (B) nach oben. Das kugelförmige Ende 91b der Leitmutter 91 treibt den Kurbelarm 92 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achse (C) des vierten Stifts 18 an. Wie in den 28 und 29 dargestellt, greift der Antriebsstift 97 in die Fläche 99b des Antriebselements 99 ein, wodurch das Antriebselement 99 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achse (C) des vierten Stifts 18 gedreht wird. Da das Antriebselement 99 an dem vierten Stift 18 befestigt ist, dreht sich der vierte Stift 18 ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn. Da der vierte Stift 18 auch an dem Außenglied 6 befestigt ist, dreht sich das Außenglied 6 ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achse (C) und treibt das Gestänge 186 in Innenrichtung des Fahrrads an, wodurch das bewegliche Element 8 und die Käfigbaugruppe 9 nach innen angetrieben werden. Da die Kette 4 mit der oberen Kettenschaltrolle 21 der Käfigbaugruppe 9 in Eingriff steht, wird auch die Kette 4 nach innen angetrieben, wodurch die Kette 4 auf das nächstgrößere Kettenrad oder Zahnrad der Kassette 3 schaltet.
• Möchte der Fahrer auf ein kleineres Kettenrad oder Zahnrad der Kassette 3 schalten, versorgt die Stromversorgung den Motor 60 mit Strom, der sich in der Richtung dreht, in der das dritte Antriebsstirnrad 70 und die Leitspindel 81 durch das Schaltantriebssystem, einschließlich der Antriebsritzel und Stirnräder 65-70, in einer zweiten Drehrichtung angetrieben werden, wodurch die Leitmutter 91 axial entlang der Achse (B) nach unten bewegt wird. Das kugelförmige Ende 91b der Leitmutter 91 treibt den Kurbelarm 92 in 21 im Uhrzeigersinn um die Achse (C) des vierten Stifts 18 an. Der Kurbelarm 92 treibt die Saver-Feder 95 im Uhrzeigersinn um die Achse (C) des vierten Stifts 18 an. Die Saver-Feder 95 treibt das Antriebselement 99 im Uhrzeigersinn um die Achse (C) des vierten Stifts 18 an. Da das Antriebselement 99 an dem vierten Stift 18 befestigt ist, dreht sich der vierte Stift 18 ebenfalls im Uhrzeigersinn. Da der vierte Stift 18 an dem Außenglied 6 befestigt ist, dreht sich das Außenglied 6 ebenfalls im Uhrzeigersinn um die Achse (C) und treibt das Gelenkparallelogramm 186 in der Außenrichtung des Fahrrads an, das das bewegliche Element 8 und die Käfigbaugruppe 9 nach außen antreibt. Da die Kette 4 mit der oberen Kettenschaltrolle 21 der Käfigbaugruppe 9 in Eingriff steht, wird auch die Kette 4 nach außen angetrieben, wodurch die Kette 4 auf das nächstkleinere Kettenrad oder Zahnrad der Kassette 3 schaltet.
• Gemäß 16, 17 und 19 wird der Kodierer 57e auf der Haupt-PCB 57 zusammen mit dem Kodiermagneten (72) verwendet, um eine Positionsrückmeldung des beweglichen Elements 8, der Käfigbaugruppe 9 und der Kettenschaltrolle 21 zu geben. Das Kodierzahnrad 71 steht in Eingriff mit dem ersten Antriebsstirnrad 66. Dreht sich das erste Antriebsstirnrad 66, versetzt das Stirnrad 66 das Kodierzahnrad 71 zusammen mit dem Kodiermagneten 72 in eine Drehung um die Achse des Kodierzahnrads 71. Der Kodiermagnet 72 dreht sich relativ zu dem Kodierer 57e. Der Kodierer 57e gibt ein Signal aus, das die Winkelposition des Kodiermagneten 72 relativ zu dem Kodierer 57e angibt. Während eines Schaltvorgangs macht der Kodiermagnet 72 mehrere vollständige Umdrehungen. Eine Steuerung auf der Haupt-PCB 57 zählt, wie oft sich der Kodiermagnet 72 vollständig dreht. Sind die Anzahl der Umdrehungen des Kodiermagneten 72 und seine aktuelle Winkelposition relativ zu dem Kodierer 57e bekannt, kann die Steuerung die aktuelle Position des beweglichen Elements 8 relativ zu dem Fahrradrahmen 2 und damit zu der Kassette 3 berechnen. In einer vorbestimmten Schalttabelle sind mehrere Werte angegeben, von denen jeder einer Schaltposition des Umwerfers 180 entspricht. Dreht sich der Kodiermagnet 72 während eines Schaltvorgangs, wird ein Wert, der der aktuellen Position des beweglichen Elements 8 entspricht, mit einem Zielwert in der Tabelle verglichen, wobei die Steuerung bestimmen kann, wann das bewegliche Element 8 seine Zielposition (d. h. den vom Fahrer gewählten Gang) erreicht hat.
• Damit das System eine bekannte Verknüpfung zwischen den vom Kodierer 57e ausgegebenen Werten der Winkelposition und der physischen Position des beweglichen Elements 8 herstellen kann, kann eine Referenzeinstellung erfolgen. Dabei positioniert der Umwerfer 180 den Kurbelarm 92 in einer Referenzposition und setzt die entsprechende, vom Kodierer 57e angezeigte Winkelposition als Referenzwert. Wie in 20 dargestellt, wird die Leitmutter 91 nach unten gedrückt und treibt den Kurbelarm 92 im Uhrzeigersinn um die Achse (C) an, bis der Kontakt zwischen dem Kurbelarm 92 und einer Abdeckung 93 des beweglichen Elements eine weitere Drehung des Kurbelarms 92 im Uhrzeigersinn verhindert. Das ist die Referenzposition, die die am weitesten außen liegende Position darstellt, in die sich der Umwerfer bewegen kann. Der entsprechende Positionswert, den der Kodierer 57e ausgibt, wird als Referenzwert festgelegt. In einer Ausführungsform wird diese Referenzeinstellung im Werk durchgeführt, wenn der Umwerfer 180 zusammengebaut wird, sie kann aber auch nach dem Anbringen des Umwerfers 180 an dem Fahrrad erfolgen. Die Referenzeinstellung kann auch dann durchgeführt werden, wenn das bewegliche Element 8 physisch an der Bewegung gehindert wird (d. h. wenn der Fahrer nicht in die Pedale tritt und die Kette 4 die Bewegung des beweglichen Elements 8 verhindert). Wird beispielsweise das bewegliche Element 8 physisch an der Bewegung gehindert, werden auch das Außenglied 6, der vierte Stift 18 und das Antriebselement 99 an der Bewegung gehindert. Der Kurbelarm 92 kann sich jedoch noch immer im Uhrzeigersinn in die in 20 gezeigte Position drehen, indem die Saver-Feder 95 aufgezogen wird. Auf diese Weise können der Kurbelarm 92 in seine Referenzposition gebracht und die Referenzeinstellung durchgeführt werden, selbst wenn die Bewegung des beweglichen Elements 8 blockiert ist.
• Die Saver-Feder 95 wirkt mit ihren zugehörigen Teilen auch als Sicherheitskupplung bei Stößen. Wirkt auf das bewegliche Element 8 oder das Außenglied 6 eine externe Kraft, die das bewegliche Element 8 nach innen drückt, wird das Antriebselement 99 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achse (C) angetrieben. Übersteigt die externe Kraft die Vorspannung der Saver-Feder 95, spannt das Antriebselement 99 die Saver-Feder 95 und verhindert auf diese Weise, dass eine zu hohe Kraft auf die Leitmutter 91 übertragen wird. Wirkt keine externe Kraft mehr, entspannt sich die Saver-Feder 95 und kehrt in die vorherige Position zurück.
• Steuersystem und Generatorantrieb/Gleichrichtung:
• Die schematische Darstellung von 34 zeigt eine Ausführungsform eines Steuersystems für den Generator 50, den Motor 60 und das Schaltantriebssystem 330. Wie bereits erwähnt, versetzt die Kettenschaltrolle 21 den Generator 50 in Drehung, wodurch eine Wechselspannung bei jedem Satz von Spulen im Generator 50 erzeugt wird. Die Spulen sind mit einer Gleichrichterschaltung 400 verbunden, die von den Dioden D1, D2, D3, D4, D5 und D6 gebildet wird, die die Spannung zu Gleichstrom umwandeln. Der Generator 50 kann als permanentmagnetischer, bürstenloser Generator mit einer Mehrzahl von (z. B. drei) Spulensätzen konfiguriert sein, die intern idealerweise in Stern verschaltet sind, obwohl auch eine Dreieckschaltung geeignet sein kann. Der Generator 50 kann auch mit einer beliebigen Anzahl von Spulen gebildet sein, solange die Spulen an die Gleichrichterschaltung 400 angeschlossen sind, die eine Gleichspannung erzeugt. Der Generator 50 kann auch als Bürstengenerator ausgeführt sein, der die Gleichspannung mechanisch erzeugt. Die Kondensatoren C3 und C4 sind in die Schaltung integriert, um eine bessere Impedanzanpassung an die Energiespeichervorrichtung 57d zu erreichen, z. B. die Speicherkondensatoren C1 und C2.
• Phasenabtastung:
• Dioden D7, D8 und Widerstände R9, R10 kommen zum Einsatz, um die Drehzahl und Richtung des Generators 50 zu erfassen, die zur Bestimmung der Geschwindigkeit und Drehrichtung der Kettenschaltrolle 21 und damit der Geschwindigkeit und Drehrichtung der Kette 4 verwendet werden können. Ein Speicher enthält Informationen über die Anzahl der Zähne jedes Kettenrads oder Zahnrads der Kassette 3. Wie oben erläutert, liefert der Kodierer 57e ein Signal, sodass die Steuerung, z. B. der Mikrocontroller 402, weiß, welcher Gang gerade eingelegt ist. Der Mikrocontroller 402 wird mit Informationen über die Anzahl der Zähne auf dem/den Kettenring/Kettenringen programmiert. Ist das Fahrrad mit mehr als einem Kettenring ausgestattet, teilt das vordere Kettenblattschaltsystem dem hinteren Umwerfer 180 mit, welcher Kettenring aktuell ausgewählt ist, wenn der vordere Kettenring gewechselt wird. Aufgrund all dieser Informationen weiß die Steuerung 402 an dem hinteren Umwerfer 180, wie schnell das Fahrrad fährt und wie schnell der Fahrer die Kurbeln dreht. Die Informationen über die Fahrradgeschwindigkeit und die Trittfrequenz können zur Durchführung eines automatischen Schaltalgorithmus verwendet werden, der das Übersetzungsverhältnis in einem für den Fahrer günstigen Verhältnis hält. Die Diodenanode jedes Dioden-Widerstand-Paares ist mit einem Signaleingang des Mikrocontrollers 402 sowie über einen Pull-up-Widerstand mit der digitalen Spannungsversorgung Vdd verbunden. Fallen die einzelnen Phasenspannungen der Diode D7 oder D8 unter Vdd, führt die Diode gegen Erde und meldet dem Mikrocontroller 402 ein Low-Signal. Liegt die Phasenspannung über Vdd, leitet die Diode nicht, und das Signal an den Mikrocontroller 402 wird über R9 oder R10 an Vdd geklemmt. Die Abfolge der Impulse von jeder Phase ist unterschiedlich, wenn sich der Generator 50 im oder entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, wie in 35A und B dargestellt, und jede Änderung der Frequenz hängt davon ab, wie schnell sich der Generator 50 dreht und wie schnell der Fahrer in die Pedale tritt. Diese Sequenzen können vom Mikrocontroller 402 anhand der zeitlichen Abfolge erkannt werden. Der Mikrocontroller 402 kann das Ladeverhalten ändern, wenn die Impulsfolge dem Vorwärts- oder Rückwärtstreten entspricht, z. B. kann es wünschenswert sein, das Laden beim Rückwärtstreten zu deaktivieren oder den Generator auszuschalten, z. B. mit der Kupplung, um den Durchhang der Kette 4 zu verringern, der dazu führen kann, dass sich die Kette von den Kettenrädern löst. Es kann wünschenswert sein, den Ladevorgang nur oberhalb einer bestimmten Trittfrequenz des Fahrers zuzulassen, und/oder es kann wünschenswert sein, dass der Ladevorgang immer aktiviert ist, wenn nicht in die Pedale getreten wird, um das Schlagen der Kette zu verringern usw. Eine Möglichkeit zum Bestimmen der Drehrichtung besteht in der Betrachtung der vom Mikrocontroller 402 für zwei benachbarte Generatorspulen gelesenen Impulse. Die Phasen der Signale L2 und L3 sind um 120 Grad (zeitlich) voneinander getrennt, gefolgt von 240 Grad, und die Abfolge wiederholt sich, wenn sich der Generator 50 mit konstanter Drehzahl dreht. Die Reihenfolge der Pulse gibt die Richtung an. Zum Beispiel könnten ein Signal L2 gefolgt von 120 Grad, dann ein Signal L3 gefolgt von 240 Grad und ein weiteres Signal L2 das Treten in Vorwärtsrichtung anzeigen ( 35A), während ein Signal L3 gefolgt von 120 Grad, dann ein Signal L2 gefolgt von 240 Grad und ein weiteres Signal L3 das Treten in Rückwärtsrichtung anzeigen würden (35B). Die tatsächliche Drehzahl des Generators ist in der Realität wahrscheinlich nicht vollkommen konstant, aber da sich der Generator 50 bei jeder Umdrehung der Kurbeln viele Male dreht, ist eine Analyse der relativen Abstände der Sequenz L2-L3 sinnvoll.
• Ladesteuerung:
• Wie in 34 dargestellt, verbindet und trennt ein P-Kanal-MOSFET Q2 die gleichgerichtete Spannung vom Generator 50 zu der Speichervorrichtung 57d (z. B. Kondensatoren C1 und C2) zum Laden. Mit den Widerständen R6, R7, R8 und den n-Kanal-MOSFET Q3 und Q4 kann der Mikrocontroller 402 den Ein-/Aus-Zustand von Q2 über einen digitalen Ausgang steuern und gleichzeitig Q2 in einen Standardzustand versetzen, wenn die Spannung an C1, C2 zu niedrig ist, um den Mikrocontroller 402 mit Strom zu versorgen. Der Mikrocontroller 402 erfasst den Ladezustand der Kondensatoren (C1, C2) als Spannung über einen durch R11 und R12 gebildeten Spannungsteiler. Der Mikrocontroller 402 schaltet Q2 aus, wenn der maximale Ladezustand der Kondensatoren erreicht ist, und schaltet Q2 ein, wenn der Ladezustand der Kondensatoren unter einen bestimmten Schwellenwert fällt. Der Mikrocontroller 402 kann Q2 mit Pulsweitenmodulation oder einem anderen variablen Modulationsschema des Tastverhältnisses schnell ein- und ausschalten, um die effektive Laderate zu regulieren und das Drehmoment an der Kettenschaltrolle zu verringern. Eine proportionale Steuerung der Q2-Schaltmodulation kann durch den Mikrocontroller implementiert werden, sodass ein niedriger Ladezustand der Speicherkondensatoren (C1, C2) dazu führen würde, dass Q2 mit einer Laderate von oder von nahezu 100 Prozent eingeschaltet wird, während ein Ladezustand nahe der maximalen Kondensatoränderung eine sehr niedrige Laderate aufweisen kann. Die Modulation des Ladesignals ermöglicht sanfte Übergänge zwischen Nicht-Laden und Laden und verhindert auf diese Weise, dass der Benutzer abrupte Drehmomentänderungen wahrnimmt. Als Redundanz zum Mikrocontroller 402, der Q2 bei voller Ladung ausschaltet, kann eine integrierte Schaltung (integrated circuit, IC) 408 zur Spannungsüberwachung Q2 auch deaktivieren, wenn der Ladezustand des Kondensators eine bestimmte Schwellenspannung überschreitet. Die Schwellenspannung, bei der der Spannungswächter Q2 abschaltet, ist idealerweise etwas höher als die Spannung, bei der der Mikrocontroller 402 den Ladevorgang beenden würde. Signalisiert entweder die IC oder der Mikrocontroller 402, dass das Laden deaktiviert werden soll, wird Q2 unabhängig vom Zustand eines anderen Steuersignals ausgeschaltet. Die redundante Ladesteuerung ist hilfreich, wenn der Mikrocontroller 402 die Ladesteuerfunktion nicht ausführen kann, z. B. während einer Firmware-Aktualisierung des Mikrocontrollers. Ein zusätzlicher redundanter Überspannungsschutz der Kondensatoren wird optional durch eine IC U4 bereitgestellt, die ein Shunt-Regler vom Typ LM317 sein kann. Diese IC erfasst die Kondensatorspannung und schaltet Q1 ein, der die Kondensatoren gegen Masse kurzschließt, wenn eine sichere Spannungsschwelle überschritten wird, wodurch die Kondensatoren entladen werden, bis die Kondensatorspannung unter die sichere Schwelle fällt. Die Kondensatoren (C1, C2) sind idealerweise elektrochemische Doppelschichtkondensatoren (electrochemical double layer capacitor, ELDC), die auch als Superkondensatoren bekannt sind. In der Grafik sind zwei Kondensatoren (C1, C2) in Reihe geschaltet, es kann jedoch eine beliebige Anzahl von Kondensatoren in Reihe verwendet werden. Die Anzahl der Kondensatoren in Reihe sollte auf die bevorzugte Betriebsspannung des Motors 60 und die Leerlaufspannung des Generators 50 abgestimmt sein. Die Kondensatoren 57d können auch mehrfach parallel und in Reihe geschaltet angeordnet sein, damit unterschiedliche Spannungs- und Kapazitätswerte erreicht werden. Die Kondensatoren (C1, C2) können anderer Art sein, wie Keramik, Elektrolyt, Tantal oder eine Kondensatortechnologie der Zukunft. Die Funktion der Kondensatoren (C1, C2) kann auch von einem Akkumulator wie einem Lithium-Ionen-Akku oder einer Lithium-Polymer-Akku oder einer anderen Akkutechnologie der Zukunft übernommen werden. Die Widerstände R1 und R2 dienen dazu, die Ladung zwischen den beiden Kondensatoren im Laufe der Zeit auszugleichen, sodass ein Kondensator nicht mehr Ladung aufweist als der andere.
• Wrapping bzw. Kodierer:
• In einer Ausführungsform des Umwerfers 180, der mit dem durch die Leitspindel 81 betätigten Gestänge 186 konfiguriert ist, kann der Kodierer 57e erforderlich sein, um mehrere Umdrehungen des Sensorelements (z. B. eines diametral magnetisierten Magneten) zu zählen. Diese Umdrehungszählung kann durch den Kodierer 57e oder durch den Mikrocontroller 402 erfolgen, der erkennt, wenn der Kodierer seinen Maximalwert an Umdrehungen (engl.: wraps) überschreitet. Die absolute Position des Gestänges 186 wird bestimmt, indem der Umwerfer an ein Ende des möglichen Weges bewegt wird und ein Blockierzustand des Motors 60 erkannt wird. Idealerweise wird diese Grenzbewegungserkennung nur einmal während der Herstellung durchgeführt, daher muss das Kodiersystem die Anzahl der vollen Umdrehungen (engl.: wraps) zwischen den Arbeitstakten der Vorrichtung speichern. In einer Ausführungsform weist der Umwerfer 180 eine nicht abnehmbare Stromversorgung 57d (Kondensatoren (C1, C2)) auf, was bedeutet, dass die Stromquelle nicht plötzlich abgeschaltet werden kann.
• Gemäß 36 kann die Kondensatorspannung aufgrund interner Leckagen, Ausgleichswiderständen und des geringen Strombedarfs des Mikrocontrollers 402 langsam abfallen und auf 0 sinken, wenn das Fahrrad nicht gefahren wird. Nähert sich die Spannung des Kondensators 57d einer Schwellenspannung (z. B. 3,5 V) oder einer Spannung, die geringfügig über der Mindestspannung liegt, die für die Versorgung des Kodierers 57e erforderlich ist (z. B. 3,3 V), kann der Mikrocontroller 402 die aktuelle Umdrehungszahl im Speicher speichern.
• Wird mit dem Fahrrad getreten und steigt die Spannung der Kondensatoren 57d wieder an, schaltet sich gemäß 36 der Mikrocontroller ein, wenn die Spannung eine erste Schwellenspannung (z. B. 1,8 V) erreicht, schaltet sich der Kodierer ein, wenn die Spannung eine zweite Schwellenspannung (3,3 V) erreicht, und liest der Mikrocontroller 402 die aktuelle Kodierposition und addiert die letzte bekannte Umdrehungszahl bei einer bestimmten Spannungsschwelle (z. B, 3,7 V), die höher ist als die Spannung, bei der der Umwerfer die letzte Umdrehungszahl gespeichert hat, aber niedriger ist als eine Schwellenspannung (z. B. 4,2 V), bei der der Mikrocontroller 402 das Schalten zulässt, um wieder die absolute Position des Umwerfers zu kennen. Oberhalb der Schwellenspannung für das Schalten (z. B. 4,2 V) kann das Schalten erfolgen.
• Gemäß 34 kann ein Spannungsregler 410 vorgesehen sein, um eine Spannungsquelle bereitzustellen, die niedriger als die Spannung des Kondensators 57d ist, um den Mikrocontroller 402, den Kodierer 57e, die Motorsteuerung und andere ICs in der Schaltung zu versorgen. Der Spannungsregler 410 kann in den Mikrocontroller 402 oder in eine andere IC integriert sein, die ihrerseits eine niedrigere Spannung an andere Komponenten in der Schaltung liefert. Der Spannungsregler 410 ist idealerweise ein Abwärtsregler, kann aber auch ein linearer Regler oder ein Aufwärtsregler sein. Auf den Spannungsregler 410 kann verzichtet werden, wenn die Kondensatorspannung den Höchstnennwert für den Mikrocontroller oder andere ICs nicht überschreitet.
• Ein Schalter SW1 ist mit einem digitalen Eingang des Mikrocontrollers 402 verbunden, um Benutzereingaben für das System zu ermöglichen, wie z. B. die drahtlose Kopplungsfunktion. Es können mehr oder weniger Schalter für verschiedene Benutzereingaben verwendet werden.
• Optionale LEDs D9, D10 und D11 können vorgesehen sein, um dem Benutzer Informationen über den Umwerfer 180 anzuzeigen, wie z. B. den Kopplungsstatus oder den Ladezustand der Kondensatorenf. Sie können auch weggelassen werden. Die LEDs können derart konfiguriert werden, dass sie in verschiedenen Farben leuchten.
• Der Motortreiber 57f ist über ein geeignetes Steuersignal oder einen Satz Steuersignale, wie z. B. ein analoges Steuersignal, ein digitales Steuersignal, wie z. B. 12C, SPI, UART usw., operativ mit dem Mikrocontroller 402 verbunden oder kann über pulsweitenmodulierte digitale Signale gesteuert werden.
• Der Mikrocontroller 402 kann einen allgemeinen Prozessor, einen digitalen Signalprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung, Kombinationen davon oder einen anderen bekannten oder später entwickelten Prozessor umfassen. Bei dem Prozessor kann es sich um ein einzelnes Gerät oder um Kombinationen von Geräten handeln, z. B. durch gemeinsame oder parallele Verarbeitung.
• Der Speicher kann ein flüchtiger oder ein nichtflüchtiger Speicher sein. Der Speicher kann einen oder mehrere Festwertspeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Flash-Speicher, einen elektronisch löschbaren Festwertspeicher (EEPROM) oder einen anderen Speichertyp umfassen. Der Speicher kann eine sichere digitale (SD) Speicherkarte sein. In einer bestimmten, nicht einschränkenden, beispielhaften Ausführungsform kann ein computerlesbares Medium einen Festkörperspeicher wie eine Speicherkarte oder ein anderes Paket umfassen, das einen oder mehrere nichtflüchtige Festwertspeicher aufweist. Ferner kann das computerlesbare Medium ein Direktzugriffsspeicher oder ein anderer flüchtiger, wiederbeschreibbarer Speicher sein. Darüber hinaus kann das computerlesbare Medium ein magnetooptisches oder optisches Medium sein, wie z. B. eine Platte oder Bänder oder eine andere Speichervorrichtung. Dementsprechend wird davon ausgegangen, dass die Offenbarung ein oder mehrere computerlesbare Medien und andere Äquivalente und Nachfolgemedien umfasst, auf denen Daten oder Befehle gespeichert werden können.
• Der Speicher ist ein nicht transitorisches, computerlesbares Medium und wird als ein einzelnes Medium beschrieben. Der Begriff „computerlesbares Medium“ umfasst jedoch ein einzelnes Medium oder mehrere Medien wie z. B. eine zentrale oder verteilte Speicherstruktur und/oder zugehörige Caches, die einen oder mehrere Sätze von Befehlen und anderen Daten speichern können. Der Begriff „computerlesbares Medium“ schließt auch jedes Medium ein, das einen Satz von Befehlen zur Ausführung durch einen Prozessor oder zur Veranlassung eines Computersystems, eine oder mehrere der hier offenbarten Verfahren oder Vorgänge auszuführen, speichern, kodieren oder tragen kann.
• In einer alternativen Ausführungsform können spezielle Hardware-Implementierungen wie anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, programmierbare Logik-Arrays und andere Hardware-Vorrichtungen konstruiert werden, um eine oder mehrere der hier beschriebenen Verfahren zu implementieren. Zu den Anwendungen, die die Geräte und Systeme der verschiedenen Ausführungsformen umfassen können, gehören im Großen und Ganzen eine Mehrzahl von elektronischen und Computersystemen. Eine oder mehrere hier beschriebene Ausführungsformen können Funktionen unter Verwendung von zwei oder mehreren spezifischen, miteinander verbundenen Hardware-Modulen oder -Vorrichtungen mit zugehörigen Steuer- und Datensignalen implementieren, die zwischen und durch die Module oder als Teile einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung kommuniziert werden können. Dementsprechend umfasst das vorliegende System Software-, Firmware- und Hardware-Implementierungen.
• Eine Kommunikationsschnittstelle ermöglicht die Daten- und/oder Signalkommunikation von und zwischen dem Umwerfer und einer anderen Fahrradkomponente oder einem externen Gerät, wie z. B. einem Mobiltelefon oder einem anderen Rechengerät. Die Kommunikationsschnittstelle überträgt die Daten über eine beliebige funktionsfähige Verbindung. Eine funktionsfähige Verbindung kann eine Verbindung sein, über die Signale, nonverbale Kommunikation und/oder logische Kommunikation gesendet und/oder empfangen werden können. Eine funktionsfähige Verbindung kann eine physikalische Schnittstelle, eine elektrische Schnittstelle und/oder eine Datenschnittstelle umfassen. Die Kommunikationsschnittstelle kann derart konfiguriert sein, dass sie drahtlos kommuniziert, und als solche eine oder mehrere Antennen umfassen. Die Kommunikationsschnittstelle ermöglicht die drahtlose Kommunikation in jedem heute bekannten oder zu einem späteren Zeitpunkt entwickelten Format. Obwohl die vorliegende Beschreibung Komponenten und Funktionen beschreibt, die in bestimmten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf bestimmte Standards und Protokolle implementiert werden können, ist die Erfindung nicht auf solche Standards und Protokolle beschränkt. So stellen beispielsweise die Standards für die Übertragung über das Internet und andere paketvermittelte Netzwerke (z. B. TCP/IP, UDP/IP, HTML, HTTP, HTTPS) Beispiele für den Stand der Technik dar. Diese Standards werden in regelmäßigen Abständen von schnelleren oder effizienteren Äquivalenten mit im Wesentlichen denselben Funktionen abgelöst. Bluetooth®- und/oder ANT+™-Standards können ebenfalls oder alternativ zum Einsatz kommen. Dementsprechend gelten Ersatzstandards und -protokolle, die die gleichen oder ähnliche Funktionen wie die hier offenbarten haben, als Äquivalente.
• Die Kommunikationsschnittstelle ist dazu eingerichtet, Daten wie Steuersignale und/oder Befehle an und/oder von Fahrradkomponenten wie dem vorderen Gangwechsler und/oder den Umwerfern 180 zu senden und/oder zu empfangen. Die Komponentenkommunikationsschnittstelle überträgt die Daten über eine beliebige funktionsfähige Verbindung. Eine funktionsfähige Verbindung kann eine Verbindung sein, über die Signale, nonverbale Kommunikation und/oder logische Kommunikation gesendet und/oder empfangen werden können. Eine funktionsfähige Verbindung kann eine physikalische Schnittstelle, eine elektrische Schnittstelle und/oder eine Datenschnittstelle umfassen. Die Kommunikationsschnittstelle ermöglicht die drahtlose Kommunikation in jedem heute bekannten oder zu einem späteren Zeitpunkt entwickelten Format. Obwohl die vorliegende Beschreibung Komponenten und Funktionen beschreibt, die in bestimmten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf bestimmte Standards und Protokolle implementiert werden können, ist die Erfindung nicht auf solche Standards und Protokolle beschränkt. So stellen beispielsweise die Standards für die Übertragung über das Internet und andere paketvermittelte Netzwerke (z. B. TCP/IP, UDP/IP, HTML, HTTP, HTTPS) Beispiele für den Stand der Technik dar. Diese Standards werden in regelmäßigen Abständen von schnelleren oder effizienteren Äquivalenten mit im Wesentlichen denselben Funktionen abgelöst. Bluetooth®- und/oder ANT+™-Standards können ebenfalls oder alternativ zum Einsatz kommen. Dementsprechend gelten Ersatzstandards und -protokolle, die die gleichen oder ähnliche Funktionen wie die hier offenbarten haben, als Äquivalente.
• Gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können die hier beschriebenen Verfahren mit Softwareprogrammen implementiert werden, die von einem Computersystem, wie dem Mikrocontroller und dem Schaltkreis, ausgeführt werden können. Ferner können in einer nicht einschränkenden beispielhaften Ausführungsform Implementierungen verteilte Verarbeitung, komponenten-/objektverteilte Verarbeitung und parallele Verarbeitung umfassen. Alternativ kann eine virtuelle Computersystemverarbeitung aufgebaut werden, um eine oder mehrere der hier beschriebenen Verfahren oder Funktionen zu implementieren.
• Ein Computerprogramm (auch als Programm, Software, Softwareanwendung, Skript oder Code bezeichnet) kann in jeder beliebigen Programmiersprache geschrieben werden, einschließlich kompilierter oder interpretierter Sprachen, und es kann in jeder beliebigen Form bereitgestellt werden, einschließlich als eigenständiges Programm oder als Modul, Komponente, Unterprogramm oder andere Einheit, die für die Verwendung in einer Computerumgebung geeignet ist. Ein Computerprogramm entspricht nicht unbedingt einer Datei in einem Dateisystem. Ein Programm kann in einem Teil einer Datei gespeichert werden, die auch andere Programme oder Daten enthält (z. B. ein oder mehrere Skripte, die in einem Auszeichnungssprachendokument gespeichert sind), in einer einzelnen Datei, die dem betreffenden Programm gewidmet ist, oder in mehreren koordinierten Dateien (z. B. Dateien, die ein oder mehrere Module, Unterprogramme oder Teile von Code speichern). Ein Computerprogramm kann zur Ausführung auf einem Computer oder auf mehreren Computern bereitgestellt werden, die sich an einem Standort befinden oder über mehrere Standorte verteilt und über ein Kommunikationsnetz miteinander verbunden sind.
• Die in dieser Beschreibung beschriebenen Prozesse und logischen Abläufe können von einem oder mehreren programmierbaren Prozessoren ausgeführt werden, die ein oder mehrere Computerprogramme ausführen, um Funktionen auszuführen, indem sie auf Eingabedaten reagieren und Ausgaben erzeugen. Die Prozesse und logischen Abläufe können auch von speziellen Logikschaltkreisen ausgeführt werden, z. B. einem FPGA (feldprogrammierbaren Gate-Array) oder einer ASIC (anwendungsspezifischen integrierten Schaltung), und das Gerät kann auch als solches implementiert werden.
• Im Sinne dieser Anmeldung bezieht sich der Begriff „Schaltkreis“ oder „Schaltung“ auf alle folgenden Elemente: (a) reine Hardware-Schaltkreisimplementierungen (z. B. Implementierungen in nur analogen und/oder digitalen Schaltkreisen) und (b) Kombinationen von Schaltungen und Software (und/oder Firmware) wie z. B. (falls zutreffend): (i) eine Kombination aus Prozessor(en) oder (ii) Teilen eines Prozessors/von Prozessoren/Software (einschließlich digitaler Signalprozessor(en)), Software und Speicher(n), die zusammenarbeiten, um ein Gerät wie z. B. ein Mobiltelefon oder einen Server zur Ausführung verschiedener Funktionen zu veranlassen) und (c) Schaltungen wie z. B. Mikroprozessor(en) oder ein Teil eines Mikroprozessors/von Mikroprozessoren, die für den Betrieb Software oder Firmware benötigen, selbst wenn die Software oder Firmware nicht physisch vorhanden ist.
• Diese Definition von „Schaltkreis“ gilt für alle Verwendungen dieses Begriffs in dieser Anmeldung, einschließlich aller Ansprüche. Als weiteres Beispiel würde der Begriff „Schaltkreis“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, auch eine Implementierung lediglich eines Prozessors (oder mehrerer Prozessoren) oder eines Teils eines Prozessors und seiner (oder ihrer) begleitenden Software und/oder Firmware umfassen. Der Begriff „Schaltkreis“ würde - beispielsweise und falls für das jeweilige Anspruchselement zutreffend - auch eine integrierte Basisbandschaltung oder eine integrierte Anwendungsprozessorschaltung für ein mobiles Computergerät oder eine ähnliche integrierte Schaltung in einem Server, einem zellularen Mobilfunkgerät oder einem anderen Netzwerkgerät umfassen.
• Zu den für die Ausführung eines Computerprogramms geeigneten Prozessoren gehören beispielsweise sowohl allgemeine als auch spezielle Mikroprozessoren sowie ein oder mehrere Prozessoren aller Arten von Digitalcomputern. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor Befehle und Daten aus einem Festwertspeicher oder einem Direktzugriffsspeicher oder aus beiden. Die wesentlichen Elemente eines Computers sind ein Prozessor zur Ausführung von Befehlen und ein oder mehrere Speichergeräte zur Speicherung von Befehlen und Daten. Im Allgemeinen umfasst ein Computer auch ein oder mehrere Massenspeichergeräte zum Speichern von Daten, z. B. magnetische, magnetooptische oder optische Platten, oder ist operativ gekoppelt, um Daten von diesen zu empfangen oder an diese zu übertragen oder beides. Ein Computer muss jedoch nicht über solche Geräte verfügen. Darüber hinaus kann ein Computer in ein anderes Gerät eingebettet sein, z. B. in ein Mobiltelefon, einen persönlichen digitalen Assistenten (PDA), einen mobilen Audio-Player, einen GPS-Empfänger (Global Positioning System) oder einen Receiver 310, um nur einige zu nennen. Zu den computerlesbaren Medien, die zur Speicherung von Computerprogrammbefehlen und - daten geeignet sind, gehören alle Formen von nichtflüchtigen Speichern, Medien und Speichergeräte, z. B. Halbleiterspeicher wie EPROM, EEPROM und Flash-Speicher, Magnetplatten, z. B. interne Festplatten oder Wechselplatten, magnetooptische Platten sowie CD-ROMs und DVD-ROMs. Der Prozessor und der Speicher können durch spezielle Logikschaltkreise ergänzt werden oder in diese integriert sein.
• Die Abbildungen der hier beschriebenen Ausführungsformen sollen ein allgemeines Verständnis für die Struktur der verschiedenen Ausführungsformen vermitteln. Die Abbildungen sind keine vollständige Beschreibung aller Elemente und Merkmale von Geräten und Systemen, die die hier beschriebenen Strukturen oder Verfahren verwenden. Viele andere Ausführungsformen sind für den Fachmann bei der Durchsicht der Offenbarung offensichtlich. Andere Ausführungsformen können verwendet und von der Offenbarung abgeleitet werden, sodass strukturelle und logische Ersetzung und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus sind die Abbildungen lediglich repräsentativ und möglicherweise nicht maßstabsgetreu gezeichnet. Bestimmte Proportionen innerhalb der Abbildungen können übertrieben sein, während andere Proportionen verkleinert sein können. Dementsprechend sind die Offenbarung und die Figuren eher als illustrativ denn als einschränkend zu betrachten.
• Diese Beschreibung enthält zwar viele Einzelheiten, diese sollten jedoch nicht als Beschränkungen des Umfangs der Erfindung oder des beanspruchten Gegenstands verstanden werden, sondern als Beschreibungen von Merkmalen, die für bestimmte Ausführungsformen der Erfindung spezifisch sind. Bestimmte Merkmale, die in dieser Beschreibung im Zusammenhang mit einzelnen Ausführungsformen beschrieben werden, können auch in Kombination in einer einzigen Ausführungsform realisiert werden. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die in Zusammenhang mit einer einzigen Ausführungsform beschrieben werden, auch in mehreren Ausführungsformen separat oder in jeder geeigneten Unterkombination implementiert werden. Darüber hinaus können, obwohl Merkmale oben als in bestimmten Kombinationen wirkend beschrieben und sogar ursprünglich als solche beansprucht werden, ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in einigen Fällen aus der Kombination herausgenommen werden, und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination gerichtet sein.
• Auch wenn in den Zeichnungen Vorgänge und/oder Handlungen in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt und beschrieben werden, ist dies nicht so zu verstehen, dass diese Vorgänge in der dargestellten Reihenfolge oder in aufeinanderfolgender Reihenfolge ausgeführt werden müssen oder dass alle dargestellten Vorgänge ausgeführt werden müssen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Unter bestimmten Umständen können Multitasking und Parallelverarbeitung vorteilhaft sein. Darüber hinaus ist die Trennung verschiedener Systemkomponenten in den oben beschriebenen Ausführungsformen nicht so zu verstehen, dass eine solche Trennung in allen Ausführungsformen erforderlich ist, und es ist davon auszugehen, dass alle beschriebenen Programmkomponenten und Systeme im Allgemeinen in ein einziges Softwareprodukt integriert oder in mehrere Softwareprodukte verpackt werden können.
• Auf eine oder mehrere Ausführungsformen der Offenbarung kann hier einzeln und/oder gemeinsam mit dem Begriff „Erfindung“ Bezug genommen werden, ohne dass damit beabsichtigt wird, den Anwendungsbereich dieser Anmeldung auf eine bestimmte Erfindung oder ein erfinderisches Konzept zu beschränken. Auch wenn hier bestimmte Ausführungsformen dargestellt und beschrieben sind, kann jede beliebige Anordnung, die den gleichen oder einen ähnlichen Zweck erfüllt, die gezeigten Ausführungsformen ersetzen. Diese Offenbarung soll alle späteren Anpassungen oder Variationen der verschiedenen Ausführungsformen abdecken. Kombinationen der obigen Ausführungsformen und andere, hier nicht speziell beschriebene Ausführungsformen sind für den Fachmann bei Durchsicht der Beschreibung offensichtlich.
• Die Zusammenfassung der Offenbarung wird in Übereinstimmung mit 37 C.F.R. § 1.72(b) zur Verfügung gestellt und wird mit der Maßgabe eingereicht, dass sie nicht zur Auslegung oder Einschränkung des Umfangs oder der Bedeutung der Ansprüche verwendet wird. Darüber hinaus können in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung verschiedene Merkmale zusammengefasst oder in einer einzigen Ausführungsform beschrieben werden, um die Offenbarung zu vereinfachen. Diese Offenbarung ist nicht so zu verstehen, dass die beanspruchten Ausführungsformen mehr Merkmale erfordern als in den einzelnen Ansprüchen ausdrücklich aufgeführt. Wie aus den folgenden Ansprüchen hervorgeht, kann der Erfindungsgegenstand vielmehr auf weniger als alle Merkmale einer der offenbarten Ausführungsformen gerichtet sein. Daher werden die folgenden Ansprüche in die ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich steht und den beanspruchten Gegenstand separat definiert.
• Die vorstehende ausführliche Beschreibung soll eher als erläuternd und nicht als einschränkend angesehen werden, und die folgenden Ansprüche einschließlich aller Äquivalente sollen den Umfang der Erfindung definieren. Die Ansprüche sind nicht so zu verstehen, dass sie sich auf die beschriebene Reihenfolge oder Elemente beziehen, es sei denn, es wird darauf hingewiesen. Daher werden alle Ausführungsformen, die in den Anwendungsbereich der folgenden Ansprüche und deren Äquivalente fallen und in deren Schutzbereich sind, als Erfindung beansprucht.
• Obwohl die Ausführungsformen zur Veranschaulichung beschrieben werden, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Ergänzungen und Substitutionen möglich sind, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Die vorstehende Beschreibung soll daher eher als erläuternd und nicht als einschränkend angesehen werden, und alle Äquivalente und/oder Kombinationen von Ausführungsformen und Beispielen gelten als in dieser Beschreibung enthalten.
• Obwohl bestimmte Teile, Komponenten, Merkmale und Betriebs- und Verwendungsverfahren hier gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung beschrieben werden, ist der Anwendungsbereich dieses Patents nicht darauf beschränkt. Im Gegenteil: Dieses Patent deckt alle Ausführungsformen der Lehren der Offenbarung ab, die angemessen in den Bereich der zulässigen Äquivalente fallen.

Claims (35)

1. Fahrradumwerfer, umfassend: ein Basiselement, das an einem Fahrradrahmen anbringbar ist; eine Käfigbaugruppe, die mit dem Basiselement beweglich gekoppelt ist, wobei die Käfigbaugruppe in eine erste und entgegengesetzte zweite Richtung relativ zu dem Basiselement beweglich ist; und einen Motor, der mit der Käfigbaugruppe gekoppelt und mit dieser in der ersten und entgegengesetzten zweiten Richtung bewegbar ist, und wobei der Motor dazu dient, die Käfigbaugruppe in der ersten und entgegengesetzten zweiten Richtung zu bewegen.
2. Fahrradumwerfer nach Anspruch 1, der ferner ein bewegliches Element umfasst, das mit einem Gestänge mit dem Basiselement beweglich gekoppelt ist, und wobei die Käfigbaugruppe mit dem beweglichen Element drehbar gekoppelt ist.
3. Fahrradumwerfer nach Anspruch 2, wobei das Gestänge ein erstes und ein zweites Glied umfasst, die sich zwischen dem Basiselement und dem beweglichen Element erstrecken, wobei das Basiselement, das erste und das zweite Glied und das bewegliche Element ein Gelenkviereck bilden.
4. Fahrradumwerfer nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Käfigbaugruppe mit dem beweglichen Element um eine seitlich verlaufende Achse drehbar gekoppelt ist.
5. Fahrradumwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner ein elektrisches Generatorsystem umfasst, das mit der Käfigbaugruppe gekoppelt ist und sich mit dieser bewegt, wobei das elektrische Generatorsystem den Motor mit Strom versorgt.
6. Fahrradumwerfer nach Anspruch 5, wobei das elektrische Generatorsystem einen Generator und eine Energiespeichervorrichtung umfasst, wobei der Generator Energie erzeugt, die in der Energiespeichervorrichtung gespeichert wird, und wobei der Motor mit der Energiespeichervorrichtung elektrisch gekoppelt ist und von dieser angetrieben wird.
7. Fahrradumwerfer nach Anspruch 6, wobei die Energiespeichervorrichtung wenigstens einen Kondensator umfasst.
8. Fahrradumwerfer nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Käfigbaugruppe ein Gehäuse umfasst und wobei das elektrische Generatorsystem ein mit dem Generator gekoppeltes Generatorantriebssystem umfasst, das eine Kettenschaltrolle umfasst, die mit dem Gehäuse um eine erste Drehachse drehbar gekoppelt ist.
9. Fahrradumwerfer nach Anspruch 8, wobei das Generatorantriebssystem ein Generatorgetriebe umfasst, das funktionsfähig zwischen der Kettenschaltrolle und dem Generator gekoppelt ist.
10. Fahrradumwerfer nach Anspruch 9, wobei die Kettenschaltrolle eine erste Drehzahl und der Generator eine zweite Drehzahl aufweisen, wobei das Generatorgetriebe ein Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten Drehzahl von 20:1 bis einschließlich 50:1 bereitstellt.
11. Fahrradumwerfer nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Generatorgetriebe wenigstens eine erste und eine zweite Schaltrolle umfasst, die mit dem Gehäuse um eine zweite bzw. dritte Drehachse drehbar gekoppelt sind, sowie einen Riemen, der mit der ersten und der zweiten Schaltrolle in Eingriff steht, wobei die erste und die zweite Schaltrolle ein Schaltrollenverhältnis von mehr als 1 aufweisen.
12. Fahrradumwerfer nach Anspruch 11, der ferner einen Riemenspanner umfasst, der mit dem Gehäuse gekoppelt ist und dazu dient, die Spannung des Riemens einzustellen.
13. Fahrradumwerfer nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Generatorgetriebe ferner umfasst: ein erstes Stirnrad, das an der Kettenschaltrolle befestigt und mit dieser um die erste Drehachse drehbar ist, ein erstes Ritzel, das mit dem ersten Stirnrad in Eingriff steht und um eine von der ersten Drehachse beabstandete vierte Drehachse drehbar ist, ein zweites Stirnrad, das an dem ersten Ritzel befestigt und mit diesem um die vierte Drehachse drehbar ist, und ein zweites Ritzel, das mit dem zweiten Stirnrad in Eingriff steht und um die von der vierten Drehachse beabstandete zweite Drehachse drehbar ist, wobei die erste Schaltrolle an dem zweiten Ritzel befestigt und mit diesem um die vierte Drehachse drehbar ist und wobei der Generator einen Rotor aufweist, der an der zweiten Schaltrolle befestigt und mit dieser um die dritte Drehachse drehbar ist.
14. Fahrradumwerfer nach Anspruch 9 und einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Generatorgetriebe ein eine zweite Drehachse definierendes Antriebselement und ein Zahnrad umfasst, das eine Kupplung umfasst, die koaxial an dem Antriebselement angebracht ist, wobei die Kupplung für einen einseitigen Dreheingriff zwischen dem Antriebselement und dem Zahnrad sorgt, wobei das Zahnrad mit dem Antriebselement in einer ersten Drehrichtung des Antriebselements drehbar ist und wobei das Antriebselement relativ zu dem Zahnrad in einer zweiten Drehrichtung des Antriebselements entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung drehbar ist.
15. Fahrradumwerfer nach Anspruch 2 und einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner ein Schaltantriebssystem umfasst, das zwischen dem Motor und dem Gestänge gekoppelt ist, wobei das Schaltantriebssystem einen Antrieb vom Motor und einen mit dem Gestänge gekoppelten Abtrieb umfasst.
16. Fahrradumwerfer nach Anspruch 15, wobei der Abtrieb eine Leitspindel umfasst, die in eine erste und eine entgegengesetzte zweite Drehrichtung drehbar ist, wobei die Leitspindel mit einem Kurbelarm in Gewindeeingriff steht, wobei der Kurbelarm als Reaktion auf die Drehung der Leitspindel in die erste und entgegengesetzte zweite Drehrichtung in die erste und entgegengesetzte zweite axiale Richtung bewegbar ist und wobei der Kurbelarm mit dem Gestänge gekoppelt ist.
17. Fahrradumwerfer nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Antrieb eine erste Drehzahl und der Abtrieb eine zweite Drehzahl aufweisen, wobei die erste Drehzahl höher ist als die zweite Drehzahl.
18. Fahrradumwerfer, umfassend: ein Basiselement, das an einem Fahrradrahmen anbringbar ist; eine Käfigbaugruppe, die mit dem Basiselement beweglich gekoppelt ist; und ein elektrisches Generatorsystem, das mit der Käfigbaugruppe gekoppelt ist und sich mit dieser bewegt, wobei das elektrische Generatorsystem einen Generator und ein Generatorantriebssystem umfasst, wobei das Generatorantriebssystem eine mit der Käfigbaugruppe um eine erste Drehachse drehbar gekoppelte Kettenschaltrolle und ein Generatorgetriebe umfasst, das funktionsfähig zwischen der Kettenschaltrolle und dem Generator gekoppelt ist.
19. Fahrradumwerfer nach Anspruch 18, der ferner eine mit der Käfigbaugruppe gekoppelte und mit ihr bewegbare Energiespeichervorrichtung umfasst, wobei der Generator Energie erzeugt, die in der Energiespeichervorrichtung gespeichert wird.
20. Fahrradumwerfer nach Anspruch 19, wobei die Energiespeichervorrichtung wenigstens einen Kondensator umfasst.
21. Fahrradumwerfer nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei die Kettenschaltrolle eine erste Drehzahl und der Generator eine zweite Drehzahl aufweisen, wobei das Generatorgetriebe ein Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten Drehzahl von 20:1 bis einschließlich 50:1 bereitstellt.
22. Fahrradumwerfer nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei die Käfigbaugruppe ein Gehäuse umfasst und wobei das Generatorgetriebe wenigstens eine erste und eine zweite Schaltrolle umfasst, die mit dem Gehäuse um eine zweite bzw. dritte Drehachse drehbar gekoppelt sind, sowie einen Riemen, der mit der ersten und der zweiten Schaltrolle in Eingriff steht, wobei die erste und die zweite Schaltrolle ein Schaltrollenverhältnis von mehr als 1 aufweisen.
23. Fahrradumwerfer nach Anspruch 22, der ferner einen Riemenspanner umfasst, der mit der Käfigbaugruppe gekoppelt ist und dazu dient, die Spannung des Riemens einzustellen.
24. Fahrradumwerfer nach Anspruch 22 oder 23, wobei das Generatorgetriebe ferner umfasst: ein erstes Stirnrad, das an der Kettenschaltrolle befestigt und mit dieser um die erste Drehachse drehbar ist, ein erstes Ritzel, das mit dem ersten Stirnrad in Eingriff steht und um eine von der ersten Drehachse beabstandete vierte Drehachse drehbar ist, ein zweites Stirnrad, das an dem ersten Ritzel befestigt und mit diesem um die vierte Drehachse drehbar ist, und ein zweites Ritzel, das mit dem zweiten Stirnrad in Eingriff steht und um die von der vierten Drehachse beabstandete zweite Drehachse drehbar ist, wobei die erste Schaltrolle an dem zweiten Ritzel befestigt und mit diesem um die vierte Drehachse drehbar ist und wobei der Generator einen Rotor aufweist, der an der zweiten Schaltrolle befestigt und mit dieser um die dritte Drehachse drehbar ist.
25. Fahrradumwerfer nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei das Generatorgetriebe ein eine zweite Drehachse definierendes Antriebselement und ein Zahnrad umfasst, das eine Kupplung umfasst, die koaxial an dem Antriebselement angebracht ist, wobei die Kupplung für einen einseitigen Dreheingriff zwischen dem Antriebselement und dem Zahnrad sorgt, wobei das Zahnrad mit dem Antriebselement in einer ersten Drehrichtung des Antriebselements drehbar ist und wobei das Antriebselement relativ zu dem Zahnrad in einer zweiten Drehrichtung des Antriebselements entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung drehbar ist.
26. Fahrradumwerfer, umfassend: ein Basiselement, das an einem Fahrradrahmen anbringbar ist; eine Käfigbaugruppe, die mit dem Basiselement beweglich gekoppelt ist; und ein elektrisches Generatorsystem, das mit der Käfigbaugruppe gekoppelt ist und sich mit dieser bewegt, wobei das elektrische Generatorsystem einen Generator und ein Generatorantriebssystem umfasst, wobei das Generatorantriebssystem eine Kettenschaltrolle umfasst, die um eine erste Drehachse in einer ersten und entgegengesetzten zweiten Drehrichtungen drehbar ist, sowie eine Kupplung, wobei die Kupplung die Kettenschaltrolle und den Generator antriebsmäßig verbindet, wenn die Kettenschaltrolle in der ersten Drehrichtung gedreht wird, sodass der Generator aktiviert ist, und wobei die Kupplung die Kettenschaltrolle und den Generator trennt, wenn die Kettenschaltrolle in der zweiten Drehrichtung gedreht wird, sodass der Generator deaktiviert ist.
27. Fahrradumwerfer nach Anspruch 26, wobei das Generatorantriebssystem ein Antriebselement umfasst, das drehbar an der Käfigbaugruppe um eine von der ersten Drehachse beabstandete zweite Drehachse angebracht ist, sowie ein um die zweite Drehachse drehbares Zahnrad, wobei die Kupplung zwischen dem Zahnrad und dem Antriebselement angebracht ist.
28. Fahrradumwerfer nach Anspruch 27, wobei die Kupplung wenigstens einen Federfinger umfasst und wobei das Zahnrad wenigstens eine Vertiefung umfasst, wobei die Feder in Eingriff mit der Vertiefung vorgespannt ist, wenn die Kettenschaltrolle in der ersten Drehrichtung gedreht wird, und wobei der Federfinger außer Eingriff mit der Vertiefung vorgespannt ist, wenn die Kettenschaltrolle in der zweiten Drehrichtung gedreht wird.
29. Fahrradumwerfer, umfassend: ein Basiselement, das an einem Fahrradrahmen anbringbar ist; eine Käfigbaugruppe, die mit dem Basiselement beweglich gekoppelt ist; und ein elektrisches Generatorsystem, das mit der Käfigbaugruppe gekoppelt ist und sich mit dieser bewegt, wobei das elektrische Generatorsystem einen Generator und ein Generatorantriebssystem umfasst, wobei das Generatorantriebssystem eine um eine erste Drehachse drehbare Kettenschaltrolle, wenigstens eine um eine zweite bzw. dritte Schaltrolle drehbare erste und zweite Schaltrolle und einen mit der ersten und der zweiten Schaltrolle in Eingriff stehenden Riemen umfasst, wobei die erste und die zweite Schaltrolle ein Schaltrollenverhältnis von mehr als 1 aufweisen.
30. Fahrradumwerfer nach Anspruch 29, der ferner einen Riemenspanner umfasst, der mit der Käfigbaugruppe gekoppelt ist und dazu dient, die Spannung des Riemens einzustellen.
31. Fahrradumwerfer nach Anspruch 29 oder 30, wobei das Generatorantriebssystem ferner umfasst: ein erstes Stirnrad, das an der Kettenschaltrolle befestigt und mit dieser um die erste Drehachse drehbar ist, ein erstes Ritzel, das mit dem ersten Stirnrad in Eingriff steht und um eine von der ersten Drehachse beabstandete vierte Drehachse drehbar ist, ein zweites Stirnrad, das an dem ersten Ritzel befestigt und mit diesem um die vierte Drehachse drehbar ist, und ein zweites Ritzel, das mit dem zweiten Stirnrad in Eingriff steht und um die von der vierten Drehachse beabstandete zweite Drehachse drehbar ist, wobei die erste Schaltrolle an dem zweiten Ritzel befestigt und mit diesem um die vierte Drehachse drehbar ist.
32. Fahrradumwerfer nach Anspruch 31, wobei der Generator einen Rotor aufweist, der an der zweiten Schaltrolle befestigt und mit dieser um die dritte Drehachse drehbar ist.
33. Fahrradumwerfer nach Anspruch 31 oder 32, der ferner eine mit der Käfigbaugruppe gekoppelte und mit ihr bewegbare Energiespeichervorrichtung umfasst, wobei der Generator Energie erzeugt, die in der Energiespeichervorrichtung gespeichert wird.
34. Fahrradumwerfer nach Anspruch 33, wobei die Energiespeichervorrichtung wenigstens einen Kondensator umfasst.
35. Fahrradumwerfer nach Anspruch 33 oder 34, der ferner einen Motor umfasst, der mit der Käfigbaugruppe gekoppelt und mit ihr bewegbar ist, wobei der Motor mit der Energiespeichervorrichtung elektrisch gekoppelt ist und von dieser angetrieben wird.

Images