CN106103981A - 具有转子叶片接口的风能设施转子叶片以及制造方法 - Google Patents
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Abstract
提出一种风能设施转子叶片，其具有转子叶尖(108e)、转子叶根(108f)和在转子叶根(108f)的区域中的转子叶片接口(200)，所述转子叶片接口具有旋转对称的法兰连接装置(210)，所述法兰连接装置具有第一和第二端部(211，212)。法兰连接装置的第一端部(211)具有多个孔(213)以容纳固定机构(220)，所述固定机构用于固定在风能设施的轮毂上。第二端部(212)在转子叶根(108f)的材料(108)中或者在转子叶根(108f)的材料(108)上固定。第二端部(212)沿着法兰连接装置的旋转轴线的方向延伸。
Description
技术领域
本发明涉及一种风能设施转子叶片、一种风能设施转子叶片接口以及一种风能设施。
背景技术
风能设施的转子叶片具有转子叶片接口，经由所述转子叶片接口能够将转子叶片固定在风能设施的轮毂上。因此，转子叶片接口是转子叶片与风能设施的其余部分的交接点。因此，转子叶片接口必须将在运行时作用到转子叶片上的全部力和力矩接收，并且能够传递到风能设施的其余部分上。此外，转子叶片接口必须适合于：能够实现转子叶片的调整(桨距调整)。
DE 197 33 372 C2描述一种风能设施的转子叶片以及一种转子叶片接口。转子叶片接口设置在转子叶根的区域中，并且具有横向于转子叶片的纵向方向的横向销。所述横向销设置在横向于转子叶片的纵轴线设置的凹部中。随后，例如借助于螺丝，能够将转子叶片固定在风能设施的轮毂上，其中螺丝伸入到横向销中并且在横向销上固定。金属法兰能够在转子叶片的根部侧的端部上拧紧，其中螺丝接合到横向销中。随后，转子叶片借助于金属法兰固定在风能设施的轮毂上。
DE 103 24 166 A1示出一种风能设施的转子叶片，所述转子叶片在转子叶根区域中具有贯通孔，所述贯通孔横向于纵轴线延伸。横向销能够插入到所述孔中。随后，转子叶片能够经由在转子叶根之外伸展的螺丝固定在横向销上。为了容纳横向销和纵向销，在靠近转子叶根的区域中必须设有孔。但是，这种孔能够引起转子叶根变薄。
在要求优先权的德国专利申请中，德国专利商标局已经检索到下述文献：DE19733372 C1、DE 102006022272、DE 10324166 A1和DE 112010003218 T5。
发明内容
本发明的目的是，提出一种风能设施转子叶片和一种风能设施转子叶片接口，所述风能设施转子叶片和风能设施转子叶片接口能够实现转子叶片在风能设施的其余部分上的改进的固定。
所述目的通过根据权利要求1所述的风能设施转子叶片、根据权利要求3所述的风能设施转子叶片接口和通过根据权利要求15所述的风能设施来实现。
因此，提出一种风能设施转子叶片，其具有转子叶尖、转子叶根和在转子叶根的区域中的转子叶片接口，所述转子叶片接口具有旋转对称的法兰连接装置，所述法兰连接装置具有第一和第二端部。法兰连接装置的第一端部具有多个用于容纳固定机构的孔，所述固定机构用于固定在风能设施的轮毂上。第二端部在转子叶根的材料、例如纤维复合材料(CFK、GFK)中或在所述转子叶根的材料上固定。第二端部沿着法兰连接装置的旋转轴线的方向延伸。可选地，纤维复合材料包围第二端部。
根据本发明的一个方面，第二端部具有多个沿法兰连接装置的旋转轴线的方向延伸的舌状部或突出部，所述舌状部或突出部在转子叶片的材料中或转子叶片的材料上固定。经由舌状部或突出部，能够在法兰连接装置和转子叶片的材料之间设有形状配合或材料配合。
根据本发明的另一个方面，法兰连接装置的第一端部具有两个臂，所述臂分别具有端侧和在端侧中的多个孔。通过在第一端部上设有两个臂，能够很大程度地节约在第一端部的区域中材料。
根据本发明的另一个方面，第一端部在孔的区域中具有第一部段，并且在孔之间具有第二部段。第二部段的宽度小于第一部段的宽度。在第一部段的区域中在臂的至少一侧上设有凹部。因此，能够进一步节约材料，这引起法兰连接装置的重量减少。
根据本发明的另一个方面，法兰连接装置的横截面基本上Y形地构造。
根据本发明的另一个方面，法兰连接装置的第二端部的舌状部或突出部在至少一侧上具有至少一个插入件和/或轮廓，其中轮廓能够为螺丝螺纹、梯形螺纹或锯齿形螺纹。
根据本发明的另一个方面，法兰连接装置的第二端部被包围在转子叶根的材料中。
根据本发明的另一个方面，法兰连接装置的第二端部的舌状部或突出部能够直地或波浪形地构造。
根据本发明的另一个方面，法兰连接装置由金属制成，并且尤其浇铸，例如以球墨铸铁方法构造。
本发明同样涉及一种具有旋转对称的法兰连接装置的风能设施转子叶片接口，所述法兰连接装置具有第一和第二端部，其中第二端部具有多个用于容纳固定机构的孔，所述固定机构用于固定在风能设施的轮毂上。第二端部沿法兰连接装置的旋转轴线的方向延伸，并且在转子叶片的材料中或在转子叶片的材料上固定。
本发明涉及下述思想，法兰连接装置(例如由金属制成)设作为转子叶片接口的组成部分。转子叶片的其余部分随后能够固定在法兰连接装置上。法兰连接装置例如能够由金属制成，而转子叶片能够由复合材料(例如玻璃纤维增强的塑料GFK或碳纤维增强的塑料CFK)制成。法兰连接装置能够在其一个端部上具有孔，使得转子叶片能够借助于法兰连接装置例如借助于螺丝固定在风能设施的轮毂上。孔能够构造成盲孔或构造成贯通孔。如果孔构造成盲孔，那么可选地能够设有内螺纹。法兰连接装置的另一个端部固定在转子叶片上。
由于在金属的法兰连接装置中设有盲孔或贯通孔，法兰连接装置以及固定在其上的转子叶片能够以简单的方式和方法在风能设施的轮毂上固定或拆卸。将金属的法兰连接装置设作为转子叶片接口的一部分是有利的，因为因此在靠近叶根的区域中既不必设置纵向孔也不必设置横向孔。这在生产风能设施转子叶片时引起显著的时间节约。根据本发明的一个方面，金属法兰连接装置能够被包围。
根据本发明，转子叶片接口具有横截面为T形的或Y形的法兰连接装置。
可选地，法兰连接装置旋转对称地构造。
转子叶片接口在其第一端部上具有多个盲孔或贯通孔。转子叶片接口的第一端部例如拧紧在风能设施的轮毂上。转子叶片接口的第二端部在转子叶片的靠近转子叶根的区域中固定或集成。转子叶片接口的第二端部能够具有多个舌状部。舌状部例如能够具有液滴的或勺的形状。通过舌状部的液滴形状或勺形状，或者通过舌状部本身，能够实现转子叶片接口和转子叶片的靠近转子叶根的区域之间的形状配合。
转子叶片接口的目的一方面是将转子叶片连接至轮毂，但是也将作用到转子叶片上的力传递到轮毂中。转子叶片接口和轮毂之间的连接应当是可松开的，以便能够实现安装、拆卸或维修。
根据本发明，风能设施转子叶片在转子叶根上设有转子叶片接口。转子叶片接口具有连接法兰或法兰连接装置，所述法兰连接装置具有第一和第二端部。
在第一端部上设有多个用于容纳固定机构的孔。第一端部具有端侧，所述端侧展开第一平面。在第二端部上设有多个舌状部。舌状部可选地垂直于第一平面延伸，所述第一平面通过第一端部的端侧展开。
本发明的其他的设计方案是从属权利要求的主题。
附图说明
下面，参考附图详细阐述本发明的优点和实施例。
图1示出根据本发明的风能设施的示意图，
图2示出根据第一实施例的风能设施的转子叶片的一部分的示意剖面图，
图3示出用于根据第二实施例的风能设施的转子叶片的转子叶片接口的示意剖面图，
图4示出根据第三实施例的转子叶片的转子叶片接口的法兰连接装置的立体剖面图，
图5示出根据第四实施例的转子叶片接口的法兰连接装置的立体图，
图6A示出根据第五实施例的法兰连接装置的示意剖面图，
图6B示出图6A的法兰连接装置的一个端部的示意俯视图，
图7示出根据第六实施例的转子叶片接口的法兰连接装置的立体图，
图8示出根据第七实施例的转子叶片接口的法兰连接装置的示意立体图，
图9示出根据第八实施例的法兰连接装置的一个端部的示意图，
图10示出根据第九实施例的转子叶片接口的法兰连接装置的立体剖面图，
图11示出根据第十实施例的转子叶片接口的法兰连接装置的局部的立体图，
图12示出根据第十一实施例的转子叶片的制造的示意图，
图13示出根据第十二实施例的法兰连接装置的示意剖面图，
图14示出根据第十二实施例的法兰连接装置的局部的立体图，
图15示出根据第十三实施例的转子叶片接口的法兰连接装置的示意剖面图，以及
图16示出根据第十三实施例的转子叶片接口的法兰连接装置的局部的示意图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的风能设施的示意图。风能设施100具有塔102和吊舱104。在吊舱104上设有具有三个转子叶片108和整流罩110的转子106。转子叶片108分别具有转子叶尖108e和转子叶根108f。转子叶片108在转子叶根108f上固定在转子106的轮毂上。转子106在运行时通过风置于旋转运动，进而也直接地或间接地转动吊舱104中的电发电机的转子或旋转体。转子叶片108经由转子叶片接口200与转子并且尤其与风能设施的轮毂连接。转子叶片108的桨距角能够通过相应的转子叶片108的转子叶根上的或转子叶片接口200上的变桨电机改变。
本发明尤其涉及一种转子叶片接口的设计方案，即转子叶片的端部，所述端部固定在转子的轮毂上。
图2示出转子叶片的示意横剖面并且尤其示出具有转子叶片接口200的转子叶根区域的横剖面。转子叶片接口200具有法兰连接装置210。法兰连接装置210具有第一端部211和第二端部212。第一端部211用于将转子叶片108直接地或间接地固定在风能设施的轮毂上。第二端部212集成到转子叶片材料中，所述转子叶片材料能够为纤维复合材料，例如GFK或CFK。尤其，纤维复合材料能够包围第二端部。在此，第二端部212能够固定在第一和第二转子叶片材料部段108a、108b之间。
法兰连接装置210可选地由金属制成，例如浇铸或以球墨铸铁方法制成。在第一端部211上能够设有盲孔，所述盲孔能够容纳螺丝220，所述螺丝用于将转子叶片接口固定在轮毂上。
在图2中仅示出具有转子叶片接口的转子叶根或转子叶片的局部图。转子叶片接口以及转子叶根典型地旋转对称地构造。
图3示出根据第二实施例的风能设施的转子叶片的转子叶片接口的示意横剖面。转子叶片接口200具有法兰连接装置210，所述法兰连接装置的横截面能够基本上Y形地构造。法兰连接装置210具有第一端部211和第二端部212。第一端部211具有两个臂，所述臂分别具有端侧216。在端侧216中设有盲孔213。盲孔213能够容纳螺丝220，所述螺丝用于将转子叶片接口200进而转子叶片108固定在风能设施的轮毂上。在此能够直接地或间接地进行固定。第二端部212具有尖部212a，并且集成在转子叶片的材料、例如复合材料108a中。
图4示出根据第三实施例的风能设施的转子叶片的转子叶片接口的法兰连接装置210的立体剖面图。根据第三实施例的法兰连接装置210能够如在第一或第二实施例中示出的那样在转子叶片的转子叶片材料中或在转子叶片材料上固定。根据第三实施例的法兰连接装置210具有第一端部211和第二端部212。法兰连接装置210的横剖面能够Y形地构造。第一端部211具有两个臂211，所述臂分别具有端侧216。在两个臂211中能够设有盲孔213。在盲孔213的区域中，端侧216的宽度大于在盲孔213之间的区域215中的端侧216的宽度。因此，能够设有最小的壁厚度。通过在盲孔之间构成与区域240相比具有较小的宽度的区域215，能够引起材料节约。区域215a能够如在图4中示出的那样沿着臂211不仅在内部、而且在外部延伸。
图5示出根据第四实施例的法兰连接装置的立体图。根据第四实施例的法兰连接装置能够对应于根据第三实施例的法兰连接装置。法兰连接装置具有带有端侧216的第一端部211和带有多个舌状部212的第二端部212，所述舌状部例如渐缩并且具有圆的尖部。舌状部212在转子叶片的材料中或者在转子叶片的材料上固定或集成。第一端部211在横截面中具有两个臂211a、211b，所述臂分别具有端侧216、多个孔213、在孔213的区域中的多个第一部段214和在孔213之间的多个第二部段215。部段215与部段214相比具有较小的厚度。这用于材料节约。
图6A示出根据第五实施例的转子叶片接口的法兰连接装置的示意剖面图。法兰连接装置210具有第一端部211和第二端部212。第一端部211能够具有两个臂211a、211b，所述臂分别具有端侧216。在端侧216中能够设有多个盲孔或孔213。两个臂211a、211b在中间部段217中相遇。
图6B示出图6A的法兰连接装置的端侧的俯视图。在端侧中设有多个孔213。在孔的区域中设有第一部段214，并且在孔之间的区域中设有第二部段215。部段215的宽度小于部段214的宽度。借助在图6B中示出的设计方案，能够确保最小材料厚度，同时使法兰连接装置210的重量尽可能最小化。
图7示出根据第六实施例的转子叶片的转子叶片接口的法兰连接装置的示意立体图。法兰连接装置具有第一端部211和第二端部212。第一端部211在横截面中具有两个臂，所述臂分别具有端侧216和在端侧中的孔213。第二端部212具有多个舌状部212，所述舌状部渐缩并且能够具有圆的尖部。在舌状部212上能够分别设有插入件212b。插入件212b能够设置在内侧和/或外侧上。不同于第三、第四和第五实施例，根据第六实施例的端侧216的宽度是恒定的。这虽然在生产中是更简单的，但是与第三、第四或第五实施例相比也提高法兰连接装置210的重量。
图8示出根据第七实施例的转子叶片的转子叶片接口的连接法兰的示意图。连接法兰具有第一端部211和第二端部212，所述第一端部用于将转子叶片接口间接地或直接地连接在风能设施的轮毂上，并且第二端部在转子叶片的材料中或在转子叶片的材料上固定。第二端部212具有多个舌状部212c，所述舌状部例如具有勺形状。舌状部212c的宽度首先增大。舌状部212c的尖部圆地构造。如果将转子叶片材料的配合件(108a或108b)形状准确地置于具有勺形状212c的舌状件之间，那么在连接法兰200和转子叶片108的材料之间得到形状配合。
图9示出根据第八实施例的转子叶片的转子叶片接口的法兰连接装置的局部的示意图。在图9中尤其示出法兰连接装置210的第一端部211。第一端部在横截面中具有两个臂211a、211b，所述臂分别具有端侧216和在端侧216中的多个孔213。两个臂211a、211b在中间部段217中相遇。
图10示出根据第九实施例的风能设施的转子叶片的转子叶片接口的法兰连接装置的局部的另一个示意图。在图10中尤其示出法兰连接装置210的局部图。法兰连接装置210旋转对称地构造。法兰连接装置具有第一端部211、中间部段217和第二端部212。第一端部211在横截面中具有两个臂211a、211b，所述臂分别具有端侧216和端侧中的多个孔213。
图11示出根据第十实施例的转子叶片的转子叶片接口的法兰连接装置的局部的示意立体图。法兰连接装置210具有第一端部211和第二端部212。第一端部211用于将转子叶片接口直接地或间接地固定在风能设施的轮毂上。第二端部212在转子叶片材料中或在转子叶片材料上固定。
第一端部211在横截面中具有两个臂211，所述臂分别具有端侧216和在端侧216中的多个孔213。在孔213的区域中设有第一部段214，并且在孔之间的区域中设有第二部段215。第二部段215的厚度小于第一部段214的厚度。第二部段215在臂211的内侧和/或外侧上延伸，并且分别具有凹部215a。通过在第一和第二部段214、215中的不同的厚度确保，设有最小材料厚度，同时法兰连接装置210的重量是优化的。
在图11的实施例中，在舌状部212上设有多个突出部218。所述突出部218用于保持元件219。元件219为GFK接片，所述GFK接片应将负载导入到转子叶片中。通过突出部218和接片219的设计方案，应在法兰和转子叶片的材料之间能够实现形状配合。可选地，GFK接片219能够是转子叶片108的或转子叶片材料的集成的组成部分。此外，设有突出部218，以便建立与转子叶片材料108a的形状配合。
图12示出在制造根据第十一实施例的转子叶片时的示意图。卷芯300设有固持件310。此外，设有定位装置400。在卷芯300上能够设有灌注叠层部段108b。在所述灌注叠层部段108b上能够安置法兰连接装置210和尤其法兰连接装置210的第二端部212。法兰连接装置210旋转对称地构造。根据第十一实施例，转子叶片接口的第一端部212被包围在转子叶片材料中。
根据本发明的转子叶片接口能够实现明显减小转子叶片的转子叶根区域的重量。通过取消横向销进而取消横向孔以及用于纵向销的纵向孔，转子叶片的转子叶根区域能够明显更薄地构造。
根据本发明，钢法兰设为连接法兰，所述钢法兰被包围在转子叶片材料中。
在上面的实施例中，连接法兰210的第一端部211具有两个臂，并且横截面基本上是Y形的。作为对此的替代方案，连接法兰的横截面能够T形地构造。
根据本发明，法兰连接装置210能够为铸铁法兰。
图13示出根据第十二实施例的转子叶片接口的法兰连接装置的示意剖面图并且图14示出根据第十二实施例的转子叶片接口的法兰连接装置的局部的立体图。法兰连接装置210具有第一端部211和第二端部212。第一端部211用于将转子叶片108直接地或间接地固定在风能设施的轮毂上。第二端部212集成到转子叶片材料108中。根据第十二实施例的法兰连接装置210为完全旋转对称的法兰，即第二端部212也不具有接片或舌状部。在第二端部212的区域中，并且尤其在第二端部的外侧上设有轮廓230。可选地，所述轮廓230能够是螺丝螺纹、梯形螺纹和/或锯齿形螺纹的形状。法兰连接装置210尤其在第二端部212的外侧上贴靠在转子叶片的材料108上。材料108例如能够根据在第十一实施例中描述的包围过程施加。可选地，实现法兰连接装置210和转子叶片材料108之间的形状配合。
可选地，在内侧212f上不设有转子叶片材料108。材料仅设置在外侧212g上。
图15示出根据第十三实施例的转子叶片接口的法兰连接装置的示意剖面图并且图16示出局部的立体图。法兰连接装置210具有第一端部211和第二端部212。在第一端部211上设有端侧216，所述端侧具有用于容纳固定机构的孔213。第一端部211用于固定在风能设施的轮毂上。第二端部212用于将法兰连接装置固定在转子叶片108的材料108a中。法兰连接装置可选地完全旋转对称地设置，即所述法兰连接装置不具有接片或舌状部。第二端部212可选地逐渐变细地构造，并且不仅在其内侧212f上、而且也在其外侧212g上具有转子叶片的材料。在内侧212f上能够施加灌注叠层，并且能够借助于包围过程在外侧212g上施加材料。根据第十三实施例，在法兰连接装置210和转子叶片108之间设有材料配合。
根据本发明，提出一种具有转子叶片接口的风能设施转子叶片。转子叶片接口具有法兰连接装置，所述法兰连接装置具有第一和第二端部。第一端部具有端侧，所述端侧具有多个孔，其中端侧展开第一平面。在第二端部上设有多个舌状部，所述舌状部可选地垂直于第一平面延伸。
根据本发明，在球墨铸铁中制造法兰连接装置110，即具有球墨的铸件。在此，将铁与球墨混合。这具有下述优点，球墨铸铁与在常规的铁铸件中相比具有明显更高的粘性。
根据本发明的一个方面，法兰连接装置110的第二端部112能够构造成不具有舌状部或凹部。
根据本发明的一个方面，法兰连接装置例如能够通过在铸造过程之后的喷砂法来清洁。借此，能够改进在包围过程期间法兰连接装置的附着或粘接特性。
Claims (15)
1.一种风能设施转子叶片，具有：
转子叶尖(108e)；
转子叶根(108f)；和
在所述转子叶根(108f)的区域中的转子叶片接口(200)，所述转子叶片接口具有旋转对称的法兰连接装置(210)，所述法兰连接装置具有第一和第二端部(211，212)，
其中所述第一端部(211)具有用于容纳固定机构(220)的多个孔(213)，所述固定机构用于固定在风能设施的轮毂上，
其中所述第二端部(212)沿着所述法兰连接装置的旋转轴线的方向延伸，并且在所述转子叶根(108a)的材料(108a)中或在所述转子叶根(108a)的材料(108a)上固定。
2.根据权利要求1所述的风能设施转子叶片，其中
所述第二端部(212)具有多个沿所述法兰连接装置(210)的旋转轴线的方向延伸的舌状部或突出部(212)，所述舌状部或突出部固定在所述转子叶根(108f)的材料(108)中，或者其中所述第二端部旋转对称地构造。
3.根据权利要求1或2所述的风能设施转子叶片，其中
所述法兰连接装置(210)的所述第一端部(211)具有两个臂(211，211a，211b)，所述臂分别具有端侧(216)和在所述端侧(216)中的多个孔(23)。
4.根据权利要求1、2或3所述的风能设施转子叶片，其中
所述第一端部(211)在所述孔(213)的区域中具有第一部段(214)并且在孔(213)之间具有第二部段(215)，其中所述第二部段(215)的宽度小于所述第一部段(214)的宽度，
其中所述第一部段(215)在所述臂(211)的至少一侧上具有凹部(215a)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的风能设施转子叶片，其中
所述法兰连接装置(210)的横截面基本上Y形地构造。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的风能设施转子叶片，其中
所述法兰连接装置(210)的所述第二端部(212)的所述舌状部或突出部(212)在至少一侧上具有至少一个插入件(212b)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的风能设施转子叶片，其中
所述法兰连接装置(210)的所述第二端部(212)的所述舌状部或突出部(212)勺形地构造。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的风能设施转子叶片，其中
所述法兰连接装置(210)的所述第二端部(212)被包围在所述转子叶根(108)的材料中。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的风能设施转子叶片，其中
所述法兰连接装置(210)的所述第二端部(212)的所述舌状部或突出部(212)直地或波浪形地构造。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的风能设施转子叶片，其中
所述法兰连接装置(210)由金属制成，尤其浇铸或以球墨铸铁方法制成。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的风能设施转子叶片，其中
所述法兰连接装置(210)在所述第二端部(212)的外侧(212g)上具有尤其呈螺丝螺纹、梯形螺纹或锯齿形螺纹的形状的轮廓。
12.根据权利要求11所述的风能设施转子叶片，其中
所述转子叶片的材料(108)施加、尤其包围在所述第二端部(212)的外侧(212g)上。
13.一种风能设施转子叶片接口，具有：
旋转对称的法兰连接装置(210)，所述法兰连接装置具有第一和第二端部(211，212)，
其中所述第一端部(211)具有用于容纳固定机构的多个孔(213)，所述固定机构用于固定在风能设施的轮毂上，
其中所述第二端部(212)沿所述法兰连接装置的旋转轴线的方向延伸，并且在所述转子叶片的材料(108a)中或在所述转子叶片的材料(108a)上固定。
14.一种用于制造风能设施转子叶片的方法，所述风能设施转子叶片具有转子叶片接口(200)，所述转子叶片接口具有旋转对称的法兰连接装置(210)，所述法兰连接装置具有第一和第二端部(211，212)，其中所述第一端部(211)具有用于容纳固定机构的多个孔(213)，所述固定机构用于固定在风能设施的轮毂上，其中所述第二端部(212)沿所述法兰连接装置的旋转轴线的方向延伸，所述方法具有下述步骤：
将所述法兰连接装置(210)安放到卷芯(300)上，以及
在用转子叶根区域包围时，用纤维复合材料包围所述第二端部(212)。
15.一种具有至少一个根据权利要求1至12中任一项所述的风能设施转子叶片的风能设施。
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