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Kraftübertragungseinrichtung mit zwei Föttinger-Kupplungen Die Erfindung
bezieht sich auf Kraftübertragungseinrichtungen mit einer treibenden Welle und zwei
getriebenen Wellen sowie zwei Föttinger-Kupplungen, deren Pumpenrad mit der treibenden
Welle und deren Turbinenrad jeweils mit einer der beiden getriebenen Wellen gekuppelt
sind.
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Es ist bereits eine Kraftübertragungseinrichtung dieser Barart bekannt,
bei der jede Kupplung eine rotierende Schöpfrohrkammer aufweist. die über Drosselöffnungen
mit der Arbeitskammer der betreffenden Kupplung in Verbindung steht und in die ein
schwenkbares Entleerungsschöpfrohr hineinragt. Die Schöpfrohre beider Kupplungen
sind derart angeordnet, untereinander verbunden und bewegungsmäßig miteinander gekuppelt,
daß die Kupplungen wechselweise gefüllt und entleert werden können. Bei dieser Kraftübertragungseinrichtung
kann eine Leerlaufstellung, d. h. eine neutrale Stellung der Kupplung, bei der beide
Kupplungen entleert sind, nur dadurch erreicht werden, daß das Öl in einen Sumpf
abgelassen wird. Die Wiedereinschaltung einer der Kupplungen kann dann nur über
eine Pumpe erfolgen, die das Öl wieder in die betreffende Kupplung zurückführt.
Dieser Vorgang dauert aber verhältnismäßig lange. Es sei denn, daß eine Pumpe mit
hohen Förderleistungen gewählt wird. Auch für die Umschaltung des Kraftflusses von
einer Kupplung auf die andere wird verhältnismäßig viel Zeit benötigt, da die Arbeitskammer
sich über die Drosselöffnung in die Schöpfrohrkammer entleeren muß.
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Es sind auch bereits derartige Kraftübertragungseinrichtungen bekannt,
bei denen jede Kupplung eine rotierende Schöpfrohrkammer aufweist, die mit der Arbeitskammer
der betreffenden Kupplung in freier Verbindung steht. Für die Erreichung einer Leerlaufstellung
ist bei dieser eine beiden Kupplungen gemeinsame rotierende Vorratskammer vorgesehen,
deren Außendurchmesser etwa gleich demjenigen der Arbeitskammer ist. In jede Schöpfrohrkammer
ragt ein durch Schwenken verstellbares Schöpfrohr hinein, das mit einem zweiten
in die Vorratskammer hineinragenden Schöpfrohr in Verbindung steht und mit diesem
bewegungsmäßig so gekuppelt ist, daß das Öl wahlweise von der Kupplung in die Vorratskammer
oder von der Vorratskammer in die Kupplung übergeführt werden kann. Wenn der Kraftübertragungsweg
von der einen Kupplung auf die andere Kupplung umgeschaltet werden soll, muß das
Öl von der einen Kupplung über das erste Schöpfrohrpaar in die Vorratskammer und
von dort über das zweite Schöpfrohrpaar in die andere Kupplung übergeführt werden.
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Bei der Kraftübertragungseinrichtung nach der Erfindung hat ebenfalls
jede Kupplung eine mit ihr zusammen rotierende Schöpfrohrkammer, die mit der Arbeitskammer
der Kupplung in freier Verbindung steht und in die ein verstellbares Schöpfrohr
hineinragt, dessen Austrittsöffnung zum Arbeitskreis der anderen Kupplung führt.
Das Neue besteht gemäß der Erfindung darin, daß jede Schöpfrohrkammeradial außerhalb
des Außenprofildurchmessers der Arbeitskammer ein solches Fassungsvermögen aufweist,
daß die beiden Arbeitskammern bei entsprechender Einstellung der Schöpfrohre gleichzeitig
entleert sind.
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Bei dieser neuen Ausbildung der Übertragungseinrichtung sind nur zwei
miteinander in Verbindung stehende und bewegungsmäßig gekuppelte Schöpfrohre erforderlich,
und es wird eine zusätzliche Vorratskammer gespart, da der außerhalb des Außenprofildurchmessers
der Arbeitskammer liegende Teil jeder Schöpfrohrkammer als Vorratskammer wirkt.
I 1 jeder Einstellung des Schöpfrohrpaares ist jeweils die eine Kupplung vollständig
entleert und die andere Kupplung vollständig gefüllt. In Zwischenstellungen wird
die gefüllte Kupplung teilweise entleert, inder ein Teil der Flüssigkeit in den
außerhalb des Außerprofildurchmessers der Arbeitskammer liegenden Teil der Schöpfrohrkammer
der anderen Kupplung übelgeführt wird. In der Mittelstellung, bei der beide Schöpfrohre
gleich weit zurückgezogen sind, sin.1 beide Arbeitskammern entleert und die Flüssigke#t
der beiden Arbeitskammern in dem außerhalb des Außenprofildurchmessers dieser Arbeitskammern
liegenden Teil der Schöpfkammern beider Kupplungen enthalten. Die Übertragung des
öls von einer Kammer
in die andere und damit von einer Kupplung
in die andere bzw. aus dem Vorratsraum in eine der Kupplungen erfolgt unmittelbar
von dem ersten Schöpfrohr über das zweite Schöpfrohr, so daß die Umschaltung bzw.
Ein- und Ausschaltung verhältnismäßig schnell und mit nur einem Schöpfrohrpaar statt
zwei Schöpfrohrpaaren wie bei der bekannten Kraftübertragungseinrichtung und ohne
den Platzbedarf einer zusätzlichen rotierenden Vorratskammer geschehen kann.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich dann, wenn für die Überführung
von Flüssigkeit aus dem Arbeitskreislauf der einen Kupplung in die Schöpfrohrkammer
der anderen Kupplung ein einziges verstellbares Schöpfrohr dient, in dessen neutraler
Stellung beide Arbeitskammern im wesentlichen entleert sind.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Die Fig. 1 bis 3 zeigen zwei ähnlich ausgeführte Föttinger-Kupplungen
gemäß der Erfindung, wobei den beiden Kupplungen ein Schöpfrohr gemeinsam ist.
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Die Fig.4 bis 6 zeigen zwei ähnlich ausgeführte Föttinger-Kupplungen
gemäß der Erfindung, wobei jede der beiden Kupplungen mit besonderen, mechanisch
miteinander verbundenen Schöpfrohren ausgerüstet ist.
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Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Anordnung umfast zwei Föttinger-Kupplungen
A und B. Die Föttinger-Kupplung A hat ein Pumpenrad 1, das mit einer Buchse 2 verbunden
ist, die ihrerseits zusammen mit einem auf einer treibenden Welle 4 befestigten
Gehäuse 3 drehbar ist. Das Gehäuse 3 umschließt das Turbinenrad 5, welches auf einer
getriebenen Welle 6 befestigt ist, auf der wiederum die Buchse 2 drehbar gelagert
ist. Die Föttinger-Kupplung A hat einen Behälter 7, der sich zusammen mit dem Schaufelrad
1 und der treibenden Welle 4 drehen kann; wie aus den Fig. 1 bis 3 hervorgeht, ragt
der Behälter 7 in radialer Richtung ein erhebliches Stück über den äußeren Profildurchmesser
der Arbeitskammer der Kupplung A hinaus. Der Behälter 7 umfaßt eine ringförmige
Stirnwand 7a, die mit dem Gehäuse 3 verbunden ist, eine zvlindrische Außenwand7b@
und eine kegeistumpfförmige Wand 7c, die fast bis zu einer Berührung mit einem feststehenden
Gehäuse 8, in welchem das Schöpfrohr 11 gleitend angeordnet ist, nach innen ragt.
Durch große Öffnungen 9 in der Rückseite des Schaufelrades l steht die Arbeitskammer
der Kupplung A in unbehinderter Verbindung mit dem Behälter 7.
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In den Figuren sind diejenigen Teile der Kupplung B mit den gleichen
Bezugsziffern (jedoch mit Indexstrichen) bezeichnet, die den entsprechenden Teilen
der Kupplung A ähneln. Die Kupplung B ähnelt der Kupplung A, wobei die einzige Ausnahme
darin besteht, daß das Turbinenrad 5' auf einer getriebenen Welle 10 sitzt, die
als Hohlwelle ausgebildet ist und sich gegenüber der getriebenen Welle 6 drehen
kann.
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Die Kupplung A hat ein Schöpfrohr 11, und die Kupplung B ist mit einem
Schöpfrohr 11' ausgerüstet, die Schöpfrohre 11 und 11' haben in entgegengesetzte
Richtungen weisende Schöpföffnungen und sind so angeordnet, daß sie in die Behälter
7 bzw. 7' eingeschoben bzw. aus den Behältern zurückgezogen werden können. Das Schöpfrohr
11 führt von dem Behälter 7 zur Außenseite der Kupplung A, während das Schöpfrohr
11' von dem Behälter 7' zur Außenseite der Kupplung B führt; die beiden Schöpfrohre
sind mechanisch derart miteinander verbunden, daß immer dann, wenn eines der Schöpfrohre
aus dem zugehörigen Behälter zurückgezogen wird, das andere Schöpfrohr selbsttätig
in den zugehörigen Behälter eintaucht. Bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten
Anordnung wird diese mechanische Verbindung in einfacher Weise dadurch hergestellt,
daß man die beiden Schöpfrohre als Teile eines einzigen an beiden Enden offenen
Schöpfrohres ausbildet, wobei dieses Schöpfrohr so angeordnet ist, daß es in dem
Unterstützungsteil 8 in Längsrichtung verschiebbar ist. Das Schöpfrohr 11 führt
somit von dem Behälter 7 der Kupp-Jung A unmittelbar zu dem Behälter 7' der Kupplung
B, und zwar über das Schöpfrohr 11'; entsprechend führt das Schöpfrohr 11' unmittelbar
aus dem Behälter 7' der Kupplung B zu dem Behälter 7 der Kupplung A, und zwar über
das Schöpfrohr 11. Ferner sind Einrichtungen vorgesehen (nicht dargestellt), die
es ermöglichen, die Schöpfrohre gegenüber der Unterstützung 8 in Längsrichtung zu
verschieben. Diese Einrichtungen können eine an den Schöpfrohren befestigte Zahnstange
umfassen sowie ein mit der Zahnstange zusammenwirkendes Ritzel, für dessen Betätigung
ein Hebel vorgesehen ist.
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Die beiden Kupplungen A und B sind innerhalb eines Gehäuses
12 angeordnet, dessen unterer Teil als Sumpf dient, und die Wellen 4 und 10 sind
in den Stirnwänden des Gehäuses 12 in geeigneten Lagern gelagert.
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Die Arbeitskammern der beiden Kupplungen haben im wesentlichen den
gleichen Rauminhalt, und die Behälter 7 und 7' haben jeweils den gleichen Rauminhalt
wie die zugehörigen Arbeitskammern.
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Die Anordnung gemäß den Fig. 1 bis 3 eignet sich zur Verwendung mit
Antriebsmitteln, die mit konstanter Drehzahl arbeiten; hierbei kann es sich beispielsweise
um einen Drehstrommotor oder einen Dieselmotor handeln, der mit der treibenden Welle
4 gekuppelt ist. Hierbei ist angenommen, daß die hohle getriebene Welle 10 über
ein für den Vorwärtsgang bestimmtes Getriebe mit einem getriebenen Glied verbunden
ist, während die getriebene Welle 6 über ein für den Rückwärtsgang bestimmtes Getriebe
mit dem gleichen getriebenen Glied in Verbindung steht.
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Die Gesamtmenge des Arbeitsmittels (Öl), die sich in den umlaufenden
Teilen der beiden Kupplungen befindet, ist erheblich größer als der Rauminhalt einer
Arbeitskammer und der zugehörigen Schöpfrohrkammer und der Behälterkammer; hierbei
wird als Schöpfrohrkammer derjenige Teil der Behälterkammer betrachtet, der sich
in radialer Richtung innerhalb der äußeren Begrenzung des Arbeitskreislaufs befindet.
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Fig. 1 zeigt die neutrale bzw. die Leerlaufstellung der beiden Kupplungen,
bei welcher sich die Schöpfrohre 11 und 11' in einer mittleren Lage befinden. Bei
dieser Mittelstellung liegen die Entnahmeöffnungen der Absaugrohre annähernd auf
gleicher Höhe mit den äußeren Profildurchmessern der zugehörigen Arbeitskammern,
und beide Arbeitskammern sind leer, während die Behälterkammern 7 und 7' gefüllt
sind. Bei diesem Betriebzustand wird von der treibenden Welle 4 keine Kraft auf
die hohle getriebene Welle 10 bzw. auf die getriebene Welle 6 übertragen.
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Wenn das getriebene Glied in Vorwärtsrichtung angetrieben werden soll,
bewegt man die Schöpfrohre bi und 11' in Längsrichtung in die in Fig. 2 dargestellte
Lage, bei welcher das Schöpfrohr 11 ganz in den Behälter 7 eintaucht, während das
Schöpfrohr 11' vollständig aus dem Behälter 7' zurückgezogen
ist.
Auf dem Wege über die Schöpfrohre 11 und 11' wird das in dem Behälter 7 der Kupplung
A befindliche Öl schnell in den Behälter 7' der Kupplung B übergeführt, und da zwischen
der Behälterkammer 7' und der Arbeitskammer der Kupplung B eine freie Verbindung
besteht, wird der Arbeitskreislauf der Kupplung B schnell gefüllt. Da sich die Absaugöffnung
des Schöpfrohres 11' jetzt annähernd auf gleicher Höhe mit dem inneren Profildurchmesser
der Turbokupplung B befindet, wird kein 01 aus dem Behälter 7' in den Behälter 7
übergeleitet. Infolgedessen ist der Behälter 7' und die Arbeitskammer der Kupplung
B gefüllt, während der Behälter 7 und die Arbeitskammer der Kupplung A leer ist.
Bei diesem Betriebszustand wird von der treibenden Welle 4 aus über die Kupplung
B ein Drehmoment auf die getriebene Welle 10 übertragen, um das getriebene Glied
in Vorwärtsrichtung anzutreiben. Die Kupplung A überträgt kein Drehmoment, da sie
leer ist.
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Um den Rückwärtsgang einzuschalten, bringt man die Schöpfrohre in
die in Fig. 3 gezeichnete Stellung, bei welcher das Schöpfrohr 11' ganz in den Behälter
7' der Kupplung B eintaucht, während das Schöpfrohr 11 aus dem Behälter 7 der Kupplung
A vollständig zurückgezogen ist. Das 01 wird nunmehr durch die Schöpfrohre 11' und
11 schnell aus dem Behälter 7' in den Behälter 7 geleitet, bis der Behälter 7' und
die Arbeitskammer der Kupplung B leer ist, während der Behälter 7 und die Arbeitskammer
der Kupplung A gefüllt ist. Bei diesem Betriebszustand wird von der treibenden Welle
4 aus über die Kupplung A ein Drehmoment auf die getriebene Welle 6 übertragen,
und das getriebene Glied wird in Rückwärtsrichtung angetrieben. Die Kupplung B überträgt
kein Drehmoment.
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Das Umschalten vom Vorwärtsgang auf den Rückwärtsgang läßt sich sehr
schnell bewerkstelligen, da das 01 unmittelbar aus dem Arbeitskreislauf der einen
Kupplung in den Arbeitskreislauf der anderen Kupplung geleitet wird.
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Der durch das feststehende Gehäuse 12 gebildete Sumpf dient zum Auffangen
von Lecköl aus den Flüssigkeitskupplungen, und es ist eine kleine Pumpe (nicht dargestellt)
vorgesehen, um das Lecköl aus dem Sumpf in die umlaufenden Behälter zurückzufördern.
Diese Pumpe, die nur eine geringe Förderleistung aufzuweisen braucht, wird zweckmäßigerweise
von der treibenden Welle 4 aus angetrieben. Die Pumpe dient auch dazu, den Kupplungen
dasjenige Öl wieder zuzuleiten, das sich in dem Sumpf angesammelt hat, wenn die
Kupplungen nicht in Betrieb waren.
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Bei der in den Fig.4 und 6 dargestellten Anordnung sind wiederum zwei
Flüssigkeitskupplungen vorgesehen, wobei die allgemeine Anordnung der in den Fig.
1 bis 3 gezeigten ähnelt; die Kupplungen sind jedoch jetzt mit je einem Schöpfrohr
ausgerüstet, und diese Schöpfrohre sind durch ein mechanisches Gestänge miteinander
verbunden.
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Das Pumpenrad 1 der Kupplung A sitzt auf der treibenden Welle 4, während
das Turbinenrad 5 der Kupplung A auf der getriebenen Welle 6 befestigt ist. Das
Turbinenrad 5' der Kupplung B ist auf die Hohlwelle 10 aufgesetzt, und das Pumpenrad
1' ist auf der Hohlwelle 10 drehbar gelagert. Zwischen den beiden Kupplungen befindet
sich eine ringförmige Trennwand 14, deren Außenkante mit dem Gehäuse 15 verbunden
ist; die Stirnwände des Gehäuses 15 ragen nach innen bis in die Nähe der feststehenden
Unterstützungen 16 bzw. 16'. Ein inneres Gehäuse 17 ist mit der Trennwand 14 sowie
mit dem Pumpenrad 1 verbunden, welch letzteres auf der treibenden Welle 4 sitzt,
und ein zweites inneres Gehäuse 17' ist ebenfalls mit der Trennwand 14 verbunden
und ist in der Nähe der Welle 10 an dem Pumpenrad 1' befestigt; durch diese Anordnung
entstehen die Behälterkammern 18 und 18'. Die inneren Gehäuse 17 und 17' haben große
Öffnungen 19 bzw. 19', durch welche jeweils freie Verbindungen zwischen den Behältern
18 bzw. 18' und den Arbeitskammern 20 bzw. 20' der zugehörigen Kupplungen
A und B hergestellt werden.
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Das Schöpfrohr 21 der Kupplung A kann innerhalb der Unterstützung
16 in Längsrichtung gleiten, und es hat eine Öffnung, die mit einem in der Unterstützung
16 vorgesehenen ringförmigen Kanal 22 in Verbindung steht. Am oberen Ende des Schöpfrohres
21 ist eine Stange 23 angebracht, die mit einem Arm eines Winkelhebels 24 verbunden
ist, der seinerseits auf einem als Sumpf dienenden feststehenden äußeren Gehäuse
25 drehbar gelagert ist. Die Anordnung des Schöpfrohres 21' der Kupplung B ähnelt
derjenigen des Schöpfrohres 21 der Kupplung A, und die Stange 23' des Schöpfrohres
21' ist mit einem Arm eines Winkelhebels 24' verbunden, der seinerseits auf dem
äußeren Gehäuse 25 drehbar gelagert ist. Die Winkelhebel 24 und 24' sind durch eine
Stange 26 miteinander verbunden.
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Die ringförmigen Kanäle 22 und 22' in den Unterstützungen 16 und 16'
sind durch einen Kanal 27 miteinander verbunden; an den mittleren Abschnitt des
Kanals 27 ist eine Abzweigleitung 28 angeschlossen, die über ein Ventil 29 zu dem
durch das äußere Gehäuse 25 gebildeten Sumpf führt. Eine kleine Pumpe 30, die durch
die treibende Welle 4 getrieben sein kann, dient dazu, 01 aus dem Sumpf in den ringförmigen
Kanal 22 zu fördern, von dem aus das Ö1 zu den Arbeitskammern und den Behälterkammern
der beiden Kupplungen gelangt.
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Die beiden Arbeitskammern haben den gleichen Rauminhalt. Die beiden
Behälterkammern 18 und 18', die sich in radialer Richtung außerhalb des Profildurchmessers
der Arbeitskreisläufe befinden, besitzen ebenfalls den gleichen Rauminhalt, wobei
jedoch das Fassungsvermögen einer Behälterkammer jeweils etwa 60o des Fassungvermögens
eines der beiden Arbeitskreisläufe 20 und 20' entspricht.
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Die in den Fig. 4 bis 6 dargestellte Anordnung eignet sich dazu, einem
Dieselmotor mit Hilfe der Kupplungen B und A die Antriebsleistung
über einen Vorwärtsgang bzw. einen Rückwärtsgang zu entnehmen.
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Fig.4 zeigt die Leerlaufstellung, bei welcher die Verbindungsstange
26 so eingestellt ist, daß sich die beiden Schöpfrohre 21 und 21' zwar innerhalb
der zugehörigen Schöpfrohrkammern befinden, jedoch nicht in die Behälter 18 bzw.
18' eintauchen. Bei dieser neutralen Stellung befinden sich die Schöpfrohröffnungen
in radialer Richtung ein kurzes Stück innerhalb des äußeren Profildurchmessers der
Kupplungen, und die Ölfüllung ist derart, daß beide Behälter 18 und 18' gefüllt
sind, während jeder der beiden Arbeitskreisläufe eine ölmenge enthält, die jeweils
20 0/o des gesamten Fassungsvermögens ausmacht. Das Ventil 29 ist geöffnet,
so daß das durch die Pumpe 30 geförderte Öl in den Sumpf zurückläuft.
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Nimmt man an, daß der Motor im Leerlauf arbeitet, wirkt sich das geringfügige
Schleppdrehmoment, das von der 20prozentigen Füllung der Arbeitskreisläufe herrührt,
praktisch nicht aus, und es wird kein Drehmoment auf das getriebene Glied übertragen,
da das Pumpenrad 1 über den Rückwärtsgang mit dem getriebenen Glied verbunden ist,
während das Pumpenrad
1' über den Vorwärtsgang mit dem getriebenen
Glied verbunden ist.
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Soll das getriebene Glied in Vorwärtsrichtung angetrieben werden,
bewegt man die Verbindungsstange 26 nach links. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, wird
hierdurch bewirkt, daß das Schöpfrohr 21 ganz in den Behälter 18 eintaucht, während
das Schöpfrohr 21' ganz aus dem Behälter 18' zurückgezogen wird. Infolgedessen wird
das einer 60prozentigen Füllung entsprechende Ölvolumen aus dem Behälter 18 zusammen
mit dem einer 20prozentigen Füllung entsprechenden, in dem Arbeitskreislauf 20 der
Kupplung A enthaltene Ölvolumen über das Schöpfrohr 21, den ringförmigen Kanal 22,
die Rohrleitung 27, den ringförmigen Kanal 22' und das Schöpfrohr 21' in die Kupplung
B auf der rechten Seite übergeführt. Da der Behälter 18' der Kupplung B bereits
gefüllt war und da der Füllungsgrad des Arbeitskreislaufs 20' bereits 20
% betrug, bewirkt die Überleitung des Öls auf der Kupplung A in die Kupplung
B, daß der Arbeitskreislauf der Kupplung B schnell zu 100 % gefüllt wird.
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Bei diesem Betriebszustand wird von der treibenden Welle 4 aus über
die Kupplung B, die Welle 10
und den Vorwärtsgang ein Drehmoment auf das getriebene
Glied übertragen. Die Kupplung A überträgt kein Drehmoment, da sie jetzt leer ist.
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Um vom Vorwärtsgang auf den Rückwärtsgang umzuschalten, bewegt man
die Verbindungsstange 26
nach rechts, so daß das Schöpfrohr 21' gemäß Fig.
6 ganz in den Behälter 18' eintaucht, während das Schöpfrohr 21 aus dem Behälter
18 zurückgezogen wird. Infolgedessen wird die gesamte Ölmenge, die sich in der Kupplung
B befindet, über das Schöpfrohr 21', den riegförmigen Kanal 22', die Leitung 27,
den ringförmigen Kanal 22 und das Schöpfrohr 21 in die Kupplung A eingeleitet. Da
der Arbeitskreislauf der Kupplung A jetzt gefüllt ist, während der Arbeitskreislauf
der Kupplung B leer ist, wird von der treibenden Welle 4 aus über die Kupplung A,
die getriebene Welle 6 und den Rückwärtsgang ein Drehmoment auf das getriebene
Glied übertragen. Die leere Kupplung B überträgt keine Kraft.
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Beim Einstellen der Vorrichtung auf Antrieb im Vorwärtsgang bzw. im
Rückwärtsgang (Fig. 5 und 6) wird das Ventil 29 geschlossen; dies kann beispielsweise
durch eine mechanische Verbindung zwischen dem Ventil und der Stange 26 bewirkt
werden. Die durch die Pumpe 30 in den umlaufenden Behälter 18 und 18' im Überschuß
geförderte Ölmenge fließt in der Mitte der jeweils gefüllten Kupplung über und kehrt
zum Sumpf zurück.