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Verfahren zum Betriebe von Flüssigkeitswechselgetrieben. Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zum Betriebe von Flüssigkeitswechselgetrieben, die
aus einem Hauptpumpwerk und einem oder mehreren Nebenpumpwerken bestehen, die zusammen
mit zwischen den Pumpwerken angeordneten Druck- und Saugkanälen ein oder mehrere
geschlossene Umlaufsvsteme für die Triebflüssigkeit bilden und mit in den Druckkanälen
angebrachten Ventilen versehen sind, die zur unmittelbaren oder mittelbaren Beeinflussung
durch innerhalb des Betriebes herrschende Betriebszustände eingerichtet sind, so
daß die Druckkanäle selbsttätig geöffnet und abgesperrt werden.
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Die Erfindung bezweckt, bei Flüssigkeitswechselgetrieben der genannten
Art unnötige Umschaltungen von einem Übersetzungsverhältnis zum anderen, d. h. ein
Pendeln der Ventile, zu vermeiden.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß das Ventil beim öffnen
eine zusätzliche Belastung erfährt, die den Belastungsverlust ausgleicht, der durch
die Einschaltung einer Übersetzung entsteht.
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Auf den beiliegenden Zeichnungen sind einige Ausführungsformen des
neuen Flüssigkeitswechselgetriebes veranschaulicht, und zwar zeigt: Abb. i einen
Achsschnitt eines aus zwei Pumpen bestehenden Getriebes, zwischen denen unmittelbar
von dem Flüssigkeitsdruck beeinflußte Ventile angeordnet sind, Abb. 2 einen Querschnitt
nach derLinieA-A in der Abb. i, Abb. 3 und d. das Ventil in größerem Maßstabe in
geschlossener bzw. geöffneter Lage, Abb. 5 einen Achsschnitt einer Abänderung des
Getriebes nach Abb. i und 2, das aus drei Pumpen besteht und mit von der Fliehkraft
beeinflußten Hilfsventilen versehen ist, Abb. 6 einenQuerschnitt nach derLinieB-B
in der Abb. 5, Abb. 7 einen Querschnitt nach derLinie C-C in der Abb. 5, Abb.8 einen
Achsschnitt eines aus zwei Pumpen bestehenden Getriebes, zwischen denen ein von
der Fliehkraft unmittelbar beeinflußtes Ventil angeordnet ist, Abb.9 einen Achsschnitt
eines aus zwei Pumpen bestehenden Getriebes, zwischen denen ein durch Vermittlung
eines Hilfsventils sowohl von dem Flüssigkeitsdruck als auch von der Fliehkraft
unmittelbar beeinflußtes Ventil angeordnet ist, und Abb. io einen Achsschnitt eines
ähnlichen etwas abgeänderten Wechselgetriebes.
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In Abb. i und :2 bezeichnet i eine treibende Welle, die mit einem
treibenden Drehkolben :2 fest verbunden ist. In diesem liegen in bekannter Weise
radial bewegliche Schaufeln 3, die mit in einem äußeren Gehäuse 4 angeordrieten
Arbeitsflächen
5 zusammenwirken. Das Gehäuse 4, das in bekannter Weise mit einer getriebenen Welle
6 verbunden ist und den getriebenen Pumpenteil bildet, ist mit Widerlagern 7 versehen,
die gegen den Drehkolben 2 anliegen und eine Trennwand zwischen den Druck- und Saugräumen
8 bzw. 9 bilden. Die Drehrichtung sei durch den Pfeil in Abb.2 angedeutet. Im Drehgehäuse
4 ist ferner in bekannter Weise ein bei Einschaltung der Übersetzung durch eine
Sperrvorrichtung io festgehaltener Kolben ii angebracht, der wie der Kolben 2 mit
radial beweglichen Schaufeln 12 versehen ist und mit im Gehäuse 4 ausgebildeten
Arbeitsflächen und Wderlagern zusammenwirkt, und zwar in genau derselben Weise,
wie dies in Abb. 2 für den Kolben 2 mit seinen Schaufeln 3 gezeigt ist. Die beiden
drehbaren Pumpenteile 2 und 4 bilden hierbei in bekannter Weise ein Hauptpumpwerk
und der feststehende Pumpenteil i i und der drehbare Pumpenteil 4., das Gehäuse,
ein Nebenpumpwerk. Zwischen diesen beiden Pumpwerken sind Druckkanäle 13 und immer
geöffnete Saugkanäle 14 angeordnet. In den Druckkanälen 13 sind vom Flüssigkeitsdruck
im Druckraum 8 des Hauptpumpwerkes entgegen der Wirkung von Federn 15 unmittelbar
beeinflußte Ventile 16 mit einem kegeligen Teil 17 vorgesehen, der in der geschlossenen
Lage des Ventils gegen einen ebenfalls kegeligen Sitz 18 im Druckkanal 13 (Abb.
3 und 4) dicht anliegt und dann den Kanal 13 vom Druckraum 8 absperrt. Der kegelige
Ventilteil 17 schließt an einen zylindrischen Hals i9 an, dessen Durchmesser kleiner
als der des eigentlichen Ventilkörpers 16 ist, so daß hier eine Ringfläche 2o gebildet
wird, die stets dem Flüssigkeitsdruck im Druckraum 8 ausgesetzt ist. Die wirksame
Druckfläche des Ventils ist also bei geschlossener Lage des Ventils (Abb. 3) kleiner
als in seiner offenen Lage (Abb. 4.), in der der gesamte Ventilquerschnitt als Druckfläche
wirksam wird. Es ist also ein größerer Druck erforderlich, um das Ventil 16 entgegen
der Wirkung der Feder 15 zu öffnen, als um es offen zu halten, d. h. das Ventil
erfährt beim Öffnen eine zusätzliche Belastung, die den Belastungsverlust ausgleicht,
der durch die Einschaltung einer Übersetzung entsteht, so daß ein Pendeln des Ventils
vermieden wird. Der Innenraum des Ventils steht durch eine Öffnung 21 (Abb. 3 und
4) und eine daran anschließende Kanalanordnung beliebiger Art in Verbindung mit
dem Saugraum des Wechselgetriebes.
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Die in Abb. 5 bis 7 dargestellte Ausführungsform des Wechselgetriebes
unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Abb. i bis 4 dadurch, daß ein weiterer
feststehender Pumpenkolben 22 mit zugehöriger Sperrvorr ichtung 23 und druckgeregeltem
Ventile 24 angeordnet ist. Das Getriebe besteht somit hier in bekannter Weise aus
drei Pumpwerken, und zwar dem Hauptpumpwerk 2, 4. und zwei Nebenpumpen i 1, 4 bzw.
22, 4. Die Ventile 24 der Nebenpumpe 22, 4 sind in der gleichen Weise ausgeführt
wie die Ventile 16 der Nebenpumpe 11, 4, sind aber dazu bestimmt, bei einem höheren
Druck im Druckraum 8 zur Wirkung zu kommen als die Ventile 16, so daß bei einer
Belastungserhöhung der Welle 6 zuerst die Nebenpumpe 11, .4 und dann bei weiterer
Erhöhung der Belastung die Nebenpumpe 22, 4 eingeschaltet wird. Ferner sind bei
dieser Ausführungsform im Drehgehäuse 4 radial bewegliche Hilfsventile 25 und 26
vorgesehen, und zwar je eines für jedes der druckbeeinflußten Ventile 16 und 24.
Die Hilfsventile 25 und 26 sind durch Federn 27 in ihren inneren Endlagen gehalten
und bewirken in dieser Stellung durch die Kanäle 21 (Abb. 5), einen im Ventilkörper
angeordneten zentralen Kanal 28 und einen Kanal 29 (Abb. 6) eine Verbindung zwischen
der Innenseite 3o der druckgeregelten Ventile und dem Saugraum des Getriebes. Wenn
die Hilfsventile diese Lage einnehmen, erfolgt die Umstellung der druckgeregelten
Ventilpaare 16 und 24 in der gleichen Weise, wie dies mit Bezug auf die Ausführungsform
gemäß Abb. i bis 4 beschrieben worden'ist, und zwar derart, daß die Einschaltung
eines höheren Übersetzungsverhältnisses bei erhöhter Belastung der Welle 6, d. h.
bei erhöhtem Druck in den Druckräumen 8, und die Umschaltung zu niedrigeren Übersetzungsverhältnissen
und unmittelbarer Kupplung erst, nachdem dieser Druck unter seinen Einschaltungswert
gesunken ist, erfolgt.
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Wird hiernach die Drehgeschwindigkeit des Gehäuses 4 bis auf einen
im voraus bestimmten Wert erhöht, so überwindet zuerst die Fliehkraft des einen
Hilfsventilpaares 25 die Spannung der Federn 27, und die Ventile werden nach außen
in ihre äußeren Endlagen geführt. Bei weiterer Erhöhung der Geschwindigkeit wird
in derselben Weise das Hilfsventilpaar 26 entgegen der Wirkung der Federn in ihre
äußeren Endlagen geführt. Hierbei wird durch die Kanäle 21, einen von den Hilfsventilen
und ihrem Sitz gebildeten ringförmigen Raum 31 und einen Kanal 32 eine Verbindung
zwischen den Räumen 30 an der Innenseite der druckgeregelten Ventile 16, 24 und
dem Druckraum 8 des Hauptpumpwerkes 2, 4 hergestellt. Die Ventile 16 und 24 werden
hierdurch auch an der Innenseite dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzt und werden durch
die Federn 15 geschlossen oder geschlossen gehalten, unabhängig von dem herrschenden
Druck oder Übersetzungsverhältnis.
Hierbei wird somit eine unmittelbare
Kupplung hergestellt, wobei die Kolben i i und 22 in bekannter Weise freigegeben
werden und mit dem Gehäuse 4. umlaufen.
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Zweck dieser Ausführung ist, die Übersetzung selbsttätig auszuschalten,
wenn die Drehzahl der treibenden Welle i zu groß ist. Ist z. B. die Antriebsmaschine
ein moderner, schnellaufender Motor, so würde bei Einschaltung einer Übersetzung
die Gefahr eines starken Verschleißes der Arbeitsschaufeln und der diese führenden
Teile gegeben sein. Dem wirkt die Einrichtung nach den Abb. 5 bis 7 entgegen.
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Es ist auch möglich, die in Abb. i bis ; dargestellten Wechselgetriebe
in der Weise auszuführen, daß die Welle 6 die treibende und die Welle i die getriebene
Welle ist. Bei dem Getriebe gemäß Abb. i bis 4. entsteht hierdurch affenbar keine
andere Änderung als in bezug auf das Übersetzungsverhältnis. Das Getriebe gemäß
Abb. 5 bis 7 wird außerdem in der Beziehung verändert, daß die Bewegungen der Hilfsventile
25, 26 von der Drehzahl des treibenden Pumpenteiles statt der des getriebenen Pumpenteiles
abhängig werden. Die in Abb.8 dargestellte Ausführungsform des Wechselgetriebes
unterscheidet sich von der nach Abb. i bis .4 dadurch, daß die druckbeeinflußten
Ventile 16 durch ein von der Fliehkraft entgegen der Wirkung einer Feder 33 geregeltes
Ventil 34 ersetzt worden sind, das im Druckkanal 13 zwischen den Pumpwerken 2, 4
und i 1, 4. angebracht ist.
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Das Ventil 34 ist in dem getriebenen Gehäuse 4 radial beweglich in
einer Aussparung 35, die durch Kanäle 36 und 37 mit dein Druckraum 8 des Hauptpumpwerkes
2, 4 in Verbindung steht, so daß das Ventil 34 von dem Druck ganz entlastet wird.
Das Ventil wird somit nur von der Fliehkraft und von der Feder 33 beeinflußt.
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Läuft das Drehgehäuse 4 mit einer so kleinen Drehzahl um, daß der
Druck der Feder 33 die Fliehkraft des Ventiles 34 zu überwinden vermag, so wird
das Ventil durch die Feder in seine innere Grenzlage geführt und durch die Pumpe
11, :.1. eine Übersetzung eingeschaltet. Da die Fliehkraft des Ventiles, die dem
Abstande des Ventilschwerpunktes vom Drehmittelpunkt proportional ist, in der inneren
Lage des Ventils erheblich geringer ist als in der äußeren Lage, so wird, wenn das
Ventil entgegen der Wirkung der Feder wieder nach außen geschleudert werden soll,
eine erheblich vergrößerte Drehzahl erforderlich, wodurch ein Pendeln des Ventils
vermieden wird.
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Die in Abb.9 dargestellte Ausführungsform des Getriebes besteht ebenso
wie die Ausführungsformen gemäß Abb. 1, 2 und 8 aus zwei Pumpen 2, 4. und 11, 4..
Im Druckkänale 13 zwischen den beiden Pumpen ist aber hier ein teils von dem Flüssigkeitsdruck
im Druckraum 8 entgegen der Wirkung einer Feder 38, teils von der Fliehkraft geregeltes
Ventil 39 angebracht, dessen äußeres Ende durch einen Kanal 4o in Verbindung
mit dem Druckraum 8 steht. Im Gehäuse 4 ist ferner in radialer Richtung eine Spindel
41 eingeschraubt, auf der ein Hilfsventil 42 verschiebbar ist. Es wird durch eine
zur Mitte drängende Feder 43 und vom Flüssigkeitsdruck beeinflußt.
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In der Richtung nach außen wirkt die Fliehkraft, die bei einer gewissen
Drehzahl die Spannung der Feder 43 und den Druck überwindet, so daß das Hilfsventil
in seine äußere Grenzlage geführt wird. Die Einwärtsbewegung des Hilfsventiles 42
wird von einem auf der Spindel .41 angebrachten Anschlag 44 begrenzt und durch zwei
im Hilfsventil angebrachte Bremsvorrichtungen erschwert. Diese bestehen aus mittels
Schrauben 45 einstellbaren Federn 46, die gegen die Spindel 41 anliegende Bremsklötze
47 drücken. In der dargestellten Außenlage des Hilfsventiles 42 setzt es durch Kanäle
48, 49, eine ringförmige Aussparung 5o innerhalb des Hilfsventiles und einen Kanal
51 innerhalb der Spindel 41 den Druckraum des Getriebes in Verbindung mit dem Raum
52 an der Innenseite des Hauptventiles 39, das somit von dem Flüssigkeitsdruck entlastet
und durch die Wirkung der Feder 38 in seine äußere geschlossene Lage geführt oder
in dieser Lage gehalten wird, und zwar unabhängig von der Größe des Flüssigkeitsdruckes.
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Der Teil 53 der Spindel 44 auf dem das Hilfsventil verschiebar ist,
hat einen verstärkten Durchmesser. Infolgedessen wird in bezug auf den inneren Raum
5o des Hilfsventils 42 die innere ringförmige Bodenfläche größer als die äußere,
ebenfalls ringförmige Bodenfläche. Die Druckflüssigkeit, die zu dem Raum 50 durch
die Kanäle 48 und 49 Zutritt hat, unterstützt daher die Wirkung der Feder 43 und
drängt das Hilfsventil 42, einwärts bis zum Anschlag 44. In dieser Lage wird durch
den Kanal 51 in der Spindel 41 eine Verbindung zwischen dem Raum 52 an der Innenseite
des Hauptventiles 39 und dem das Hilfsventil umgebenden, in Verbindung mit dem Saugraum
des Getriebes stehenden Raum 55 herbeigeführt. Das Hauptventil 39 ist somit in dieser
Lage des Hilfsventiles 42 nur auf seiner Außenseite von dem Flüssigkeitsdruck beeinflußt
und öffnet bei einem gewissen Druck und einer gewisser( Drehzahl des getriebenen
Gehäuses 4 eine Verbindung zwischen den beiden Pumpen 2, 4 und 11, 4.
Das
Hauptventil 39 arbeitet bei niedrigeren Drehzahlen, d. h. wenn die Fliehkraft klein
ist und das Hilfsventil 42 sich in seiner Innenlage befindet, selbsttätig. Wenn
der Druck eine gewisse Grenze übersteigt, wird die Verbindung zwischen den beiden
Pumpen 2, q. und z z, q. geöffnet. Der Druck auf der Oberseite des Ventils 39 hat
dann teils die Flehkraft des Ventils, teils die Spannung der Feder 38 und teils
die Reibung zwischen dem Ventil und dessen Sitz zu überwinden. Da das Ventil im
Öffnungsaugenblick einem einseitigen Seitendruck in der Längsrichtung des Kanales
13 ausgesetzt wird, so ist in seiner Außenlage die Reibung (Reibung beim Ingangsetzen)
groß im Verhältnis zur Fliehkraft. Sobald das Ventil die Verbindung zwischen den
beiden Teilen des Kanals 13 geöffnet hat, wird es von dem einseitigen Seitendruck
entlastet, weil dann auch der rechte Teil des Kanals 13 dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzt
wird, und geht weiter nach innen, obgleich der Druck hierbei sinkt. Dies deshalb,
weil der Druck jetzt nur den - etwas erhöhten - Federdruck, die verminderte Fliehkraft
- der Schwerpunkt des Ventiles befindet sich in einem geringeren Abstande von der
Drehachse und die Drehzahl des Gehäuses q. ist vermindert worden - sowie eine erheblich
verminderte (Be-#vegungs-) Reibung zu überwinden hat. Ist das Ventil in seine innere
Endlage gelangt, so wird es in dieser Lage zurückgehalten, bis der Druck bis auf
einen so niedrigen Wert gesunken ist, daß die Fliehkraft und der Federdruck zusammen
den auf der Außenseite des Ventils wirkenden Flüssigkeitsdruck und die (Ingangsetzungs-)
Reibung zu überwinden vermögen. Durch geeignete Anpassung der Fliehkraft und des
Hubes des Ventils, der Größe des Federdruckes und der Reibung wird erreicht, daß
unterhalb und bis zu einer gewissen Drehzahl der treibenden Welle z das Ventil 39
die Verbindung zwischen den Pumpen 2, q. und z i, q. bei einem gewissen Druck öffnet
und diese Verbindung erst bei einem um so viel niedrigeren .Druck absperrt, daß
ein Gang mit unmittelbarer Kupplung gewährleistet wird. Ist die Hublänge genügend
groß und ist die Feder schwach im Verhältnis zu den übrigen Kräften, so wird die
Reibung eine größere Rolle spielen, und das Ventil 39 kann dann auch bei
höheren Drehzahlen selbsttätig arbeiten.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 9 wird indessen bei höheren Drehzahlen
die Regelung durch Zuhilfenahme des Hilfsventiles 42, bewirkt. Dieses wirkt wesentlich
in derselben Weise wie das Hauptventil 39. Der Unterschied ist mir ".der,
daß die Feder 4.3 den Flüssigkeitsdruck unterstützt und daß die Reibung infolge
der Bremsen 47 erheblich verstärkt wird, so daß die I-lublänge nicht so groß gemacht
zu werden braucht. Der Fliehkraft in der inneren Lage wird nämlich teils von den
Federn 43, teils von der verhältnismäßig großen Reibung entgegengewirkt: Infolgedessen
kann die Druckverminderung ziemlich weit getrieben werden, ohne daß das Hilfsventil
in seine äußere Lage gebracht wird und ein Schließen des Hauptventils verursacht.
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Natürlich kann jede Regelungsarbeit mittels des Hilfsventils q:2 ausgeführt
werden, und zwar entweder im Verein mit einem Hauptventil gemäß Abb. 9 oder irgendeinem
anderen hydraulisch geregelten Ventil, z. B. einem solchen nach Abb. q..
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Im ersteren Falle wäre das Hauptventil mit einer so großen Hublänge
auszuführen, daß die Fliehkraft nach der Umsteuerung, die dann teils durch die Verminderung
der Drehzahl des getriebenen Gehäuses q. und teils durch Näherverlegung des Ventilschwerpunktes
zur Drehachse vermindert ist, den bei der Umschaltung herbeigeführten verminderten
Druck nicht zu überwinden vermag.
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Die in Abb. zo dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von
der Ausführungsform gemäß Abb. 9 nur in bezug auf die bauliche Ausführung des Hauptventiles
und des Hilfsventiles.
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Hier ist das Hauptventil 56 mit einem in einem besonderen Zylinder
dichtenden Kolben 57 versehen. Der an der Außenseite des Kolbens 57 befindliche
Raum 58 steht durch Kanäle 59, 6o in ständiger Verbindung mit dem Saugraum des Getriebes.
Der an der Unterseite des Kolbens befindliche Raum 61 ist durch einen Kanal 62 teils
mit dem unter dem Hauptventil 56 befindlichen Raum 63, 1 teils mit dem das
Hilf sventil6q. enthaltenden Raum 65 verbunden.
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Ein durch eine Ausdrehung im Hilfsventil 64 und dessen Sitz gebildeter
ringförmiger Raum 66 steht durch einen Kanal 67 und den Kanal 6o mit dem Saugraum
des Getriebes, der das Hilfsventil enthaltende Raum 65 durch Kanäle 68 und 69 mit
dem Druckraum des Getriebes in Verbindung, so daß das Hilfsventil auch an der Innenseite
vom Flüssigkeitsdruck beeinflußt wird.
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Das Hilfsventil 64 ist ferner mit einem zylindrischen Kolbenzapfen
70 versehen, der in eine Ausbohrung 7 1 des Drehgehäuses q. paßt,
die durch einen Kanal 72, und den Kanal6o mit dem Saugraum in Verbindung
stehen. Die wirksame Druckfläche an der Außenseite des Hilfsventils ist also größer
als die wirksame Druckfläche an der Innenseite, so daß der Druck das Bestreben hat,
das Hilfsventil entgegen der Wirkung der Fliehkraft einwärts zu führen.
In
der dargestellten äußeren Lage des Hilfsventiles 6q. steht durch die Kanäle 68,
69 und 62 die Verbindung zwischen dem Druckraum 8 und den unter dem Hauptventil
56 und dessen Kolben 57 befindlichen Räumen 63 und 6 1 offen. Das Hauptventil
56 wird also teils durch den Druckunterschied an beiden Seiten von dem Kolben 57,
teils durch die Fliehkraft geschlossen gehalten. Wird der Druck erhöht oder die
Geschwindigkeit des getriebenen Gehäuses q. vermindert, so vermag der Druckunterschied
an der Außen-und Innenseite des Hilfsventils 64 die Fliehkraft zu überwinden, und
das Hilfsventil wird in seine innere Lage geführt und öffnet durch die Kanäle 6o,
67, den ringförmigen Raum 66 und den Kanal 62 eine Verbindung zwischen dem Saugraum
und den Räumen 63 und 61 an der Innenseite des Hauptventils 56 und dessen Kolben
57. Das Hauptventil 56 wird hierbei durch den nur an seiner Außenseite durch den
Kanal qo wirkenden Flüssigkeitsdruck einwärts geführt und bewirkt die Einschaltung
der Pumpe 11, q..
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Nun sinkt der Druck im Druckraum 8, und das Hilfsventil 64 würde in
seine Außenlage zurückkehren und unmittelbar eine Rückstellung des Ventils 56 herbeiführen.
Durch geeignete Ausführung des Hilfsventils 6q., dessen Kolben 7o und dessen Hublänge
kann aber erreicht werden, daß zur Rückführung des Hilfsventils in seine Außenlage
erforderlich wird, daß der Druck unter denjenigen Wert gesunken ist, den er bei
der Einwärtsführung des Ventils in dessen innere Lage hatte. Hierzu trägt der Umstand
bei, daß die Fliehkraft des Ventils infolge der durch die Einschaltung der Pumpe
11, 4. verursachten Geschwindigkeitsverminderung des Drehgehäuses 4. erheblich vermindert
wird.
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Das Hilfsventil nach Abb. io kann mit einem Hauptventil gemäß Abb.9
verwendet werden.
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Auch andere Ausführungsformen des Getriebes sind möglich. Es können
z. B. die in Abb.9 und io dargestellten Hilfsventile im Verein mit Drehventilen
oder Tellerventilen verwendet werden. Das Hilfsventil kann auch derart ausgeführt
sein, daß es ein mechanisches, hydraulisches oder elektrisches Festbremsen des feststehenden
Pumpenteiles herbeiführt, in welchem Fall keine Hauptventile erforderlich sind.
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Für sämtliche Ausführungsformen gilt außerdem, daß die Ventile selbstverständlich
auch durch geeignete Bewegungsübertragungen mittelbar von dem Flüssigkeitsdruck
bzw. von der Fliehkraft beeinflußt werden können. Ferner kann die Anzahl der Pumpen
beliebig gewählt werden. Die Pumpen können auch aus Kolbenpumpen, z. B. sogenannten
Sternpumpen, bestehen.