DE102010038185A1

DE102010038185A1 - Düseneinrichtung eines Turboladers variabler Geometrie

Info

Publication number: DE102010038185A1
Application number: DE102010038185A
Authority: DE
Inventors: Soohyung Yongin Woo; Jinwook Suwon Son; Youngnam Hwaseong Kim; Jinkook Suwon Kong
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: CN102052096B; US8573930B2; CN102052096A; DE102010038185B4; KR101144515B1; US20110097197A1; KR20110045444A

Abstract

Gemäß der Erfindung ist es möglich, eine verbesserte Lebensdauer zu erzielen durch Verbessern der Verbindungsstruktur von Betätigungsverbindungen (9) und einem Steuerring (3), um Reibung und Verschleiß zwischen den Betätigungsverbindungen (9) und dem Steuerring (3) zu verringern, ist es ferner möglich, das Herstellen zu vereinfachen durch vereinfachte Konfiguration und Struktur, und ist es ferner möglich, einen laufruhigen und stabilen Betrieb zu erzielen, indem die Lücken zwischen den Teilen relativ klein eingestellt werden können.

Description

Die Erfindung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung mit der Nr. 10-2009-0102034 , die am 27. Oktober 2009 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hier via Bezugnahme mit aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft einen Mechanismus zum Betreiben einer Düseneinrichtung eines Variable-Geometrie-Turboladers, und insbesondere einen Mechanismus, welcher den Drehwinkel von Leitschaufeln einstellt, um den Fluss eines Abgases, das durch Düsen strömt, zu steuern oder einzustellen.
Turbolader mit variabler Geometrie gemäß bezogener Technik haben ein Abgasrohr an einer Mittelachse einer Turbine in einem Turbinengehäuse, sodass das Abgas, das von einem Verbrennungsmotor austritt, von der Außenseite zur Innenseite der Turbine strömt und durch das Abgasrohr von den Turboladern ausgegeben wird, wobei der Fluss des Abgases, das von der Außenseite der Turbine in die Turbine strömt, von einer Düseneinrichtung gesteuert wird, die an der Außenseite der Turbine angeordnet ist.
Die Düseneinrichtung der bezogenen Technik weist auf: einen Düsenring, an welchem eine Mehrzahl von Leitschaufeln in einem Kreis herum jeweils drehbar montiert sind, eine Düsenplatte, die im Abstand von dem Düsenring angeordnet ist, wobei die Leischaufeln dazwischen angeordnet sind, um eine Düse auszubilden, durch welche ein Abgas hindurch passiert, einen Steuerring, der koaxial zu dem Düsenring angeordnet ist, und zwar derart, dass er bezüglich des Düsenrings rotieren kann und eine Betätigungskraft aufnehmen kann zum Einstellen des Drehwinkels der Leitschaufeln von der Außenseite, und eine Mehrzahl von Betätigungsverbindungen, die den Steuerring mit den Drehschäften der Leitschaufeln verbinden, sodass die Leitschaufeln rotiert werden, wenn der Steuerring relativ zu dem Düsenring gedreht wird.
Der Steuerring hat eine Mehrzahl von Verbindungsabschnitten, an denen die Enden der Betätigungsverbindungen angebracht sind, um die Relativbewegung des Steuerrings auf den Düsenring als eine Drehkraft für die Leitschaufeln zu übertragen. Der Verbindungsabschnitt ist eine einfache Nut oder ein einfaches Loch, sodass er erhebliche Reibung und Verschleiß bezüglich der Betätigungsverbindungen erzeugt, was die Lebensdauer reduziert.
Ferner ist die Verbindungsstruktur zwischen den Verbindungsabschnitten und der Betätigungsverbindung relativ kompliziert, sodass maschinelle Bearbeitbarkeit schwierig ist. Ferner sind die Lücken zwischen den Teilen relativ groß gesetzt im Hinblick auf Hochtemperatur-Thermische-Expansion, sodass Laufruhe und Stabilität verschlechtert sind und im Betrieb Vibrationen erzeugt werden können.
Die Informationen dieses vorausgehenden Hintergrundabschnitts dienen lediglich der Verbesserung des Verständnisses über den allgemeinen Hintergrund der Erfindung und sollten nicht als den dem Fachmann bekannten Stand der Technik verstanden werden.
Zahlreiche Aspekte der Erfindung sind darauf gerichtet, eine Düseneinrichtung eines bzw. für einen Variable-Geometrie-Turbolader bereit zu stellen, um verbesserte Lebensdauer zu erreichen, durch Verbessern der Verbindungsstruktur der Betätigungsverbindungen und eines Steuerrings, um Reibung und Verschleiß zwischen den Betätigungsverbindungen und dem Steuerring zu reduzieren, die ferner einfach herzustellen ist, indem sie eine einfache Konfiguration und Struktur aufweist, und die einen laufruhigen und stabilen Betrieb erzielt, indem sie es erlaubt, die Lücken zwischen den Teilen relativ klein vorzusehen.
Eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung stellt eine Düseneinrichtung eines Variable-Geometrie-Turboladers bereit, mit einem Düsenring, an welchem eine Mehrzahl von Leitschaufeln drehbar anmontiert sind, einem Steuerring, der koaxial zu dem Düsenring angeordnet ist, einer Mehrzahl von Rollen, die drehbar an dem Steuerring anmontiert sind, und einer Mehrzahl von Betätigungsverbindungen, die mit den Leitschaufeln, die drehbar an dem Düsenring anmontiert sind, verbunden sind und die zwischen die Rollen eingesetzt sind.
Gemäß der exemplarischen Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, eine verbesserte Lebensdauer zu erzielen, indem die Verbindungsstruktur der Betätigungsverbindungen und eines Steuerrings verbessert ist, um die Reibung und den Verschleiß zwischen den Betätigungsverbindungen und dem Steuerring zu verringern, das Herstellen zu erleichtern, indem eine einfachere Konfiguration und Struktur vorgesehen ist, und einen ruhigen und stabilen Betrieb zu erzielen, indem die Lücken zwischen den Teilen relativ klein eingestellt werden können.
Verfahren und Vorrichtungen der Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, wie sie in größerem Detail aus den begleitenden Zeichnungen ersichtlich werden, welche hierin miteinbezogen sind, und welche auch aus der nachfolgenden Detailbeschreibung der Erfindung hervorgehen, welche zusammen mit den Zeichnungen bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung erläutern.
1 ist eine Ansicht, welche die Struktur einer Düseneinrichtung eines Variable-Geometrie-Turboladers gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist eine Ansicht, welche den Betrieb der in 1 gezeigten exemplarischen Ausführungsform darstellt.
3 und 4 zeigen Ansichten, welche eine andere exemplarische Ausführungsform der in 1 gezeigten exemplarischen Ausführungsform darstellen.
Es ist zu verstehen, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und mitunter eine etwas vereinfachte Darstellung der zahlreichen Merkmale sind, die für die Grundprinzipien der Erfindung illustrativ sind. Spezifische Gestaltungsmerkmale der wie hierin offenbarten Erfindung, inklusive z. B. spezielle Dimensionen, Orientierungen, Örtlichkeiten und Gestalten werden zumindest teilweise auch insbesondere durch die vorgesehene Anwendung die die Verwendungsumgebung bestimmt.
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Teile der Erfindung über die gesamten Figuren der Zeichnung hinweg die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Es wird nunmehr im Detail Bezug genommen auf die zahlreichen Ausführungsformen der Erfindung, von welcher Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind und nachfolgend beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit exemplarischen Ausführungsformen beschrieben wird, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf diese exemplarischen Ausführungsformen eingeschränkt ist. Im Gegensatz dazu deckt die Erfindung nicht nur diese exemplarischen Ausführungsformen ab, sondern auch zahlreiche Alternativen, Modifikationen, Abwandlungen und sonstige Ausführungsformen sind, sofern von den Ansprüchen abgedeckt, von der Erfindung umfasst.
Mit Bezug auf 1 weist eine Düseneinrichtung eines Variable-Geometrie-Turboladers auf: einen Düsenring 3, an welchem eine Mehrzahl von Leitschaufeln 1 (relativ zu dem Düsenring 3) drehbar montiert ist, einen Steuerring 5, der koaxial zu dem Düsenring 3 angeordnet ist, eine Mehrzahl von Rollen 7, die drehbar an dem Düsenring 5 anmontiert sind, und eine Mehrzahl von Betätigungsverbindungen oder Betätigungsgliedern 9, die mit den Leitschaufeln 1, die drehbar an dem Düsenring 3 anmontiert sind, verbunden sind und die zwischen die Rollen 7 eingesetzt sind.
Der Drehschaft bzw. die Drehachse der Rolle 7 ist parallel zu der Drehachse des Steuerrings 7 angeordnet, und der Abschnitt der Betätigungsverbindung 9, der zwischen jeweils zwei Rollen 7 vorliegt, ist rund ausgebildet, um in einem Rollkontakt mit den Rollen 7 zu stehen, wenn die Rollen 7 umlaufen.
Das heißt, gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung, wird die Kraft, die von dem Steuerring 5 zum Drehen der Leitschaufeln 1 zugeführt wird, von den Rollen 7 und den Betätigungsverbindungen 9 übertragen. Daher, da die Rollen 7 rotieren, während sie zusammen mit dem Steuerring 5 umlaufen, wird ein Rollkontakt an den Abschnitten, die die Betätigungsverbindungen 9 kontaktieren, hergestellt, sodass kaum Reibung und Verschleiß erzeugt werden.
Der Abschnitt zwischen zwei Rollen 7 der jeweiligen Betätigungsverbindung 9 ist bei der exemplarischen Ausführungsform in einer Ellipsenform ausgebildet. Diese Konfiguration dient dem kontinuierlichen Aufrechterhalten des Rollkontakts zwischen den Betätigungsverbindungen 9 und den Rollen 7, wobei Änderungen im Winkel der Betätigungsverbindungen 9, die zwischen jeweils benachbarten zwei Rollen 7 angeordnet sind, absorbiert werden, wobei bei den Betätigungsverbindungen 9 solche Änderungen im Winkel durch den Umlauf und die Drehung der Rollen 7 auf Grund der Drehung des Steuerrings 5 verursacht werden.
Obwohl es bevorzugt ist, den Rollkontakt der Betätigungsverbindungen 9 und der Rollen 7 kontinuierlich aufrecht zu erhalten innerhalb des Drehbereichs des Steuerrings 5, kann der Abschnitt der Betätigungsverbindung 9, der zwischen zwei Rollen 7 angeordnet ist, in einer Kreisform ausgebildet sein kann, wie z. B. in 3 gezeigt, und zwar im Hinblick auf eine einfache maschinelle Bearbeitbarkeit, wobei ein kleiner Spalt zwischen den Rollen 7 und der Betätigungsverbindung 9 gemäß dem Grad der Drehung des Steuerrings 5 vorgesehen werden kann.
Der Steuerring 5 hat Rollenschaftvorsprünge 11, die einstückig davon vorstehen, um als die Drehschäfte bzw. als die Drehachsen der Rollen 7 zu dienen, und die Rollen 7 sind in einer hohlzylindrischen Gestalt ausgebildet, um auf die Rollenschaftvorsprünge 11 zu passen.
Der Düsenring 3 ist in ein Turbogehäuse 13 eingesetzt, und zwar eingesetzt parallel zu einer flachen Wand 15 des Turbogehäuses 13, der Steuerring 5 ist zwischen der flachen Wand 15 des Turbogehäuses 13 und dem Düsenring 3 positioniert, die Rollen 7 sind drehbar zwischen dem Steuerring 5 und der flachen Wand 15 angeordnet, die Leitschaufeln 1 sind an Enden der Düsendrehschäfte 17 fixiert, die durch den Düsenring 3 hindurch angeordnet sind, und die Betätigungsverbindungen bzw. Betätigungsglieder 9 sind an den anderen Enden der Düsendrehschäfte 17 fixiert und sind mit einem freien Ende zwischen den Rollen 7 eingesetzt.
Ein Steuerhebel 19 ist drehbar an der flachen Wand 15 des Turbogehäuses 13 montiert, um eine Kraft zum Drehen des Steuerrings 5 zu übertragen, wobei der Steuerhebel 19 eine Drehkraft von außen durch einen Steuerdrehschaft 21 erhält, der durch die flache Wand 15 hindurch an dem Steuerhebel 19 angreift.
Ein unabhängiger Betätigungshebel ist mit dem Steuerdrehschaft 21 und einer Vorrichtung verbunden, wie z. B. einem (Elektro-)Motor, einem pneumatischen Aktuator oder einem hydraulischen Aktuator, um es zu ermöglichen, den Betriebswinkel der Leitschaufeln 1 einzustellen durch Betätigen des Steuerdrehschafts 21 unter Verwendung einer Steuervorrichtung, wie z. B. einer Verbrennungsmotorsteuervorrichtung.
Es ist möglich, eine kompaktere Konfiguration zu erzielen, indem es dem Steuerhebel 19 ermöglicht wird, betätigt zu werden, während er in eine Verbindungsmontagenut 23 eingesetzt ist, welche ein Raum ist, der in der flachen Wand 15 des Turbogehäuses 13 ausgebildet ist.
4 zeigt eine andere exemplarische Ausführungsform, welche eine etwas unterschiedliche Anordnung im Vergleich zu der exemplarischen Ausführungsform von 1 hat, wobei ein Düsenring 3 in ein Turbogehäuse 13 eingesetzt ist, und zwar parallel zu einer flachen Wand 15 des Turbogehäuses 13, wobei ein Steuerring 5 zwischen der flachen Wand 15 des Turbogehäuses 13 und dem Düsenring 3 angeordnet ist, wobei Rollen 7 drehbar zwischen dem Steuerring 5 und dem Düsenring 3 angeordnet sind, wobei Leitschaufeln 1 an Enden von Düsendrehschäften 15 fixiert sind, die durch den Düsenring 3 hindurch verlaufen, und wobei Betätigungsverbindungen bzw. Betätigungsglieder 9 an den anderen Enden der Düsendrehschäfte 17 fixiert sind und jeweils ein freies Ende haben, das zwischen die Rollen 7 eingesetzt ist, sodass die Rollen 7 und der Steuerring 5 im Vergleich zu der in 1 gezeigten Struktur in radialer Richtung gerade entgegengesetzt angeordnet sind.
Der Steuerring 5 und der Steuerhebel 19 können drehbar in der flachen Wand 15 des Turbogehäuses 13 gelagert bzw. eingebettet sein, und zwar mit einer vorbestimmten Länge, um eine Drehkraft zu übertragen.
2 illustriert den Betrieb der Düseneinrichtung gemäß der exemplarischen Ausführungsform von 1, wobei ein Drehkraft durch den Steuerdrehschaft 21 von außen her auf den Steuerhebel 19 übertragen wird, der Steuerhebel 19 den Steuerring 5, der koaxial zum Düsenring 3 angeordnet ist, rotiert und diese Drehung des Steuerrings 5 die Rollen 7 zum Umlaufen bringt. Demgemäß, wenn die Rollen 7 rotieren und umlaufen, werden die Betätigungsverbindungen 9, die zwischen benachbarte Rollen 7 eingreifen bzw. eingesetzt sind, gedreht, während sie einen Rollkontakt aufrecht erhalten, und die Drehkraft der Betätigungsverbindungen 9 wird direkt auf die Leitschaufeln 1 durch die Düsendrehschäfte 17 übertragen, sodass sich der Drehwinkel der Leitschaufeln 1 ändert, und demgemäß ist es möglich, den Fluss eines Abgases, das durch die Düseneinrichtung bzw. die Leitschaufeln 1 hindurch passiert, zu steuern.
Da die Rollen 7 und die Betätigungsverbindungen 9, welche die Drehbewegung des Steuerrings 5 in eine Drehbewegung der Leitschaufeln 1 umwandeln, den Rollkontakt innerhalb des gesamten Drehbereichs des Steuerrings 5 aufrecht erhalten, werden Betriebsreibung und Betriebsverschleiß erheblich reduziert. Ferner, da die Strukturen der Rollen 7 und der Betätigungsverbindungen 9 einfach sind, ist die Herstellung einfach. Ferner, da es möglich ist, die Lücken zwischen den Teilen im Hinblick auch auf Hochtemperatur-Thermische-Expansion relativ klein zu setzen, ist es möglich, die Laufruhe und Stabilität beim Betrieb zu verbessern.
Zur Erleichterung der Erläuterung und akkuraten Definition in den angehängten Ansprüchen, werden Ausdrücke wie „innen” und „außen” dazu verwendet, um Merkmale der exemplarischen Ausführungsformen mit Bezug auf die Positionen derartiger Merkmale zu beschreiben, wie sie in den Figuren dargestellt sind.
Die vorausgehenden Beschreibungen der spezifischen exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung wurden nur zum Zwecke der Illustration und Beschreibung gemacht. Sie sind nicht als erschöpfend zu verstehen oder als die Erfindung auf diese Beispiele einschränkend anzusehen, und es sind ersichtlich viele Modifikationen und Variationen im Lichte der ober erläuterten Lehren möglich, ohne vom Umfang der angehängten Ansprüche abzuweichen. Die exemplarischen Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und deren praktische Anwendung zu beschreiben, um dadurch den Fachmann in die Lage zu versetzten, die zahlreichen exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung nachzuvollziehen und zu verwenden, sowie deren zahlreiche Alternativen und Modifikationen davon.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2009-0102034 [0001]

Claims

Düseneinrichtung eines Variable-Geometrie-Turboladers, mit einem Düsenring (3), an welchem eine Mehrzahl von Leitschaufeln (1) entlang einer Umfangsfläche davon drehbar angebracht ist, einem Steuerring (5), der koaxial zum Düsenring (3) angeordnet ist und der relativ zum Düsenring (3) drehbar angeordnet ist, einer Mehrzahl von Rollen (7), die an dem Steuerring (5) entlang einer Umfangsfläche davon drehbar anmontiert ist, und einer Mehrzahl von Betätigungsverbindungen (9), von denen ein Ende drehbar mit dem Steuerring (5) verbunden ist und von denen das andere Ende an den Leitschaufeln (1) fixiert ist durch den Düsenring (3) hindurch, wobei das eine Ende der Betätigungsverbindungen (9) zwischen benachbarten Rollen (7) entlang der Umfangsfläche des Steuerrings (5) angeordnet ist.
Düseneinrichtung des Variable-Geometrie-Turboladers gemäß Anspruch 1, wobei Drehschäfte der Rollen (7) parallel zur Drehachse des Steuerrings (5) angeordnet sind, und wobei das eine Ende der Betätigungsverbindungen (9) zwischen den benachbarten Rollen (7) rund ist, um in einem Rollkontakt mit den benachbarten Rollen (7) zu sein, wenn die benachbarten Rollen (7) durch die Drehung des Steuerrings (5) umlaufen.
Düseneinrichtung des Variable-Geometrie-Turboladers gemäß Anspruch 2, wobei das eine Ende der Betätigungsverbindungen (9) zwischen den benachbarten Rollen (7) in einer Ellipsengestalt ausgebildet ist.
Düseneinrichtung des Variable-Geometrie-Turboladers gemäß Anspruch 2, wobei das eine Ende der Betätigungsverbindung (9) zwischen den benachbarten Rollen (7) in einer Kreisform ausgebildet ist.
Düseneinrichtung des Variable-Geometrie-Turboladers gemäß Anspruch 1, wobei der Steuerring (5) mit dem Düsenring (3) im Gleitkontakt ist zwischen dem Düsenring (3) und einer flachen Wand (15) eines Turbogehäuses (13) und wobei der Düsenring (3) in das Turbogehäuse (13) eingesetzt ist und darin eingebaut ist, und zwar parallel zu der flachen Wand des Turbogehäuses (13) in einer Radialrichtung.
Düseneinrichtung des Variable-Geometrie-Turboladers gemäß Anspruch 5, wobei der Steuerring (3) Rollenschaftvorsprünge (11) aufweist, die in einem vorbestimmten Abstand integral vorstehen, wobei die Rollen (7) in einer hohlzylindrischen Gestalt ausgebildet sind, um auf die Rollenschaftvorsprünge (11) zu passen.
Düseneinrichtung des Variable-Geometrie-Turboladers gemäß Anspruch 6, wobei die Rollen (7) drehbar zwischen dem Steuerring (3) und der flachen Wand (15) angeordnet sind, wobei die Leitschaufeln (1) an einen Enden von Düsendrehschäften (17) fixiert sind, die durch den Düsenring (3) hindurch angeordnet sind, und wobei die anderen Enden der Betätigungsverbindungen (9) an den anderen Enden der Düsendrehschäfte (17) fixiert sind zwischen der flachen Wand (15) des Turbogehäuses (13) und dem Düsenring (3).
Düseneinrichtung des Variable-Geometrie-Turboladers gemäß Anspruch 7, wobei das eine Ende eines Steuerhebels (19), der mit einem Steuerdrehschaft durch die flache Wand (15) hindurch verbunden ist, drehbar an der flachen Wand (15) des Turbogehäuses (13) montiert ist, und wobei das andere Ende des Steuerhebels (19) drehbar an dem Steuerring (3) befestigt ist, sodass der Steuerhebel (19) eine Drehkraft von außen durch den Steuerdrehschaft erhält und den Steuerring (3) dreht.
Düseneinrichtung des Variable-Geometrie-Turboladers gemäß Anspruch 8, wobei der Steuerhebel (19) drehbar in der flachen Wand (15) eingebettet ist mit einer vorbestimmten Länge, um die Drehkraft zu übertragen.
Düseneinrichtung des Variable-Geometrie-Turboladers gemäß Anspruch 1, wobei der Steuerring (5) zwischen dem Düsenring (3) und einer flachen Wand (15) eines Turbogehäuses (13) mit einem vorbestimmten Spalt zu dem Düsenring (3) angeordnet ist.
Düseneinrichtung des Variable-Geometrie-Turboladers gemäß Anspruch 10, wobei der Steuerring (3) Rollenschaftvorsprünge (11) hat, die in einem vorbestimmten Abstand integral vorstehen, und wobei die Rollen (7) in einer hohlzylindrischen Gestalt ausgebildet sind, um auf die Rollenschaftvorsprünge (11) zu passen.
Düseneinrichtung des Variable-Geometrie-Turboladers gemäß Anspruch 11, wobei die Rollen (7), drehbar zwischen dem Steuerring (5) und dem Düsenring (3) angeordnet sind, wobei die Leitschaufeln (1) an einen Enden von Düsendrehschäften (17) fixiert sind, die durch den Düsenring (3) hindurch angeordnet sind, und wobei die anderen Enden der Betätigungsverbindungen (9) mit den anderen Enden der Düsendrehschäfte (17) zwischen dem Steuerring (5) und dem Düsenring (3) fixiert sind.
Düseneinrichtung des Variable-Geometrie-Turboladers gemäß Anspruch 12, wobei das eine Ende eines Steuerhebels (19), der durch die flache Wand (15) hindurch mit einem Steuerdrehschaft verbunden ist, drehbar an der flachen Wand (15) des Turbogehäuses (13) anmontiert ist, und wobei das andere Ende des Steuerhebels (19) drehbar an dem Steuerring (5) fixiert ist, sodass der Steuerhebel (19) eine Drehkraft von außen durch den Steuerdrehschaft erhält und den Steuerring (5) rotiert.
Düseneinrichtung des Variable-Geometrie-Turboladers gemäß Anspruch 13, wobei der Steuerring (5) und der Steuerhebel (19) drehbar in der flachen Wand (15) eingebettet sind, mit einer vorbestimmten Länge, um die Drehkraft zu übertragen.