DE102005023794A1 - Electromagnetic valve system for use in filling machines for drinks has magnetic field storage component mounted on anchor and system which reacts to magnetic field mounted outside dispensing tube - Google Patents

Electromagnetic valve system for use in filling machines for drinks has magnetic field storage component mounted on anchor and system which reacts to magnetic field mounted outside dispensing tube Download PDF

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Abstract

The valve system, for use in filling machines for drinks, is magnetically operated. A magnetic field storage component, especially a soft iron component (10) or permanent magnet, is mounted on the anchor (8) and a system which reacts to the magnetic field, especially a differential transformer (11) or Hall sensor system, is mounted outside the liquid dispensing tube.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, insbesondere für Getränkeabfüllanlagen, mit einer zur Ventilbetätigung dienenden Hubmagnetanordnung, deren mit dem Schließkörper der Ventilanordnung verbundener Anker innerhalb und deren mit dem Anker zu dessen Verstellung zusammenwirkende Erregerwicklung außerhalb einer vom Schließkörper gesteuerten Fluidleitung angeordnet ist.The The invention relates to a valve arrangement, in particular for beverage filling plants, with one for valve actuation Serving solenoid assembly whose with the closing body of the Valve assembly connected anchor within and with the anchor to the adjustment cooperating excitation winding outside one controlled by the closing body Fluid line is arranged.

Eine derartige Ventilanordnung wird in der DE 100 56 364 A1 dargestellt. Vorteilhaft ist, dass Anker und Erregerwicklung berührungsfrei miteinander zusammenwirken und dementsprechend zur Betätigung des Schließkörpers keinerlei Antriebsteile notwendig werden, die die Wandung der vom Schließkörper gesteuerten Fluidleitung durchdringen und an den zugehörigen Öffnungen der Wandung entsprechend abgedichtet sein müssen. Da außerdem der gesamte Fluidbereich der Ventilanordnung bei geöffnetem Ventil durchströmt wird, das heißt keinerlei Toträume aufweist, lässt sich die Ventilanordnung besonders leicht reinigen und sauber halten.Such a valve arrangement is in the DE 100 56 364 A1 shown. It is advantageous that armature and field winding cooperate contactlessly with each other and accordingly no drive parts are necessary for operating the closing body, which must penetrate the wall of the controlled by the closing body fluid line and must be sealed according to the associated openings of the wall. In addition, since the entire fluid region of the valve assembly is flowed through when the valve is open, that is, has no dead spaces, the valve assembly is particularly easy to clean and keep clean.

Des Weiteren ist vorteilhaft, dass hohe Schaltgeschwindigkeiten erreichbar sind und große Fluidströme bei geöffneter Ventilanordnung zugelassen werden können. Damit sind alle Voraussetzungen für den Einsatz in Getränkeabfüllanlagen mit großer Leistung gegeben.Of It is also advantageous that high switching speeds can be achieved are and large fluid flows open at Valve arrangement can be allowed. This is all prerequisites for the Use in beverage filling plants with big ones Performance given.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, das Steuerverhalten der Ventilanordnung zu optimieren.task The invention is now the control behavior of the valve assembly to optimize.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine zur Hubregelung dienende Hubsensoranordnung mit zumindest einem ein Magnetfeld verlagernden ankerseitigen Teil innerhalb und einer auf die Verlagerung des Magnetfeldes reagierenden Anordnung außerhalb der Fluidleitung vorgesehen ist.These Task is inventively characterized solved, a Hubsensoranordnung serving for stroke control with at least a magnetic field displacing armature-side part within and a on the shift of the magnetic field responsive arrangement outside the fluid line is provided.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Hubbewegung des Schließkörpers, insbesondere beim Öffnungshub zu regeln und dafür berührungsfrei miteinander zusammenwirkende und durch die Wandung der Fluidleitung voneinander getrennte Elemente vorzusehen.The Invention is based on the general idea, the lifting movement of the Closing body, in particular at the opening stroke to regulate and therefore non-contact cooperating with each other and through the wall of the fluid line to provide separate elements.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist außerhalb der Fluidleitung ein zur Fluidleitung konzentrischer Differentialtransformator und innerhalb der Fluidleitung am Anker des Hubmagnetes ein Weicheisenteil angeordnet. Der Differentialtransformator besitzt in grundsätzlicher bekannter Weise eine Primärspule und zwei dazu koaxiale Sekundärspulen, die axial aneinander anschließen. Durch Verschiebung des Weicheisenteils bei Hubbewegungen des Ankers der Ventilanordnung wird das Magnetfeld innerhalb der Primärspule verändert, insbesondere axial verlagert, mit der Folge, dass an den beiden Sekundärspulen unterschiedliche elektrische Ströme bzw. elektrische Spannungen abgreifbar sind. Diese Parameter bilden also Signale, die die Hubbewegung des Ankers wiedergeben.According to one preferred embodiment of Invention is outside the fluid line concentric to the fluid line differential transformer and within the fluid line at the armature of the solenoid a soft iron part arranged. The differential transformer has in principle a known manner, a primary coil and two coaxial secondary coils, which connect to each other axially. By Displacement of the soft iron part in strokes of the armature of the valve assembly the magnetic field within the primary coil is changed, in particular axially displaced, with the result that at the two secondary coils different electrical currents or electrical voltages can be tapped. So these parameters form Signals that represent the lifting movement of the armature.

Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, die Primärspule des Differentialtransformators mit einem geregelten Wechselstrom zu beaufschlagen. Auf diese Weise können Temperatureinflüsse hinsichtlich des Betriebsverhaltens des Differentialtransformators vermieden werden.According to one particularly expedient embodiment this embodiment is provided, the primary coil of the differential transformer with a regulated alternating current to act on. In this way, temperature effects in terms of the operating behavior of the differential transformer avoided become.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, außerhalb der Fluidleitung eine Hallsensoranordnung und innerhalb der Fluidleitung am Anker des Hubmagnetes einen Permanentmagnet anzuordnen.at a further preferred embodiment the invention is provided, outside the fluid line a Hall sensor arrangement and within the fluid line at the anchor of the Solenoid to arrange a permanent magnet.

Bei Hubbewegungen des Ankers wird der Permanentmagnet entsprechend verlagert mit der Folge, dass das von ihm erzeugte Magnetfeld entsprechend „wandert". Dies führt zu einer entsprechenden Änderung der Ausgangssignale der Hallsensoranordnung, so dass wiederum die Hubbewegung des Ankers wiedergebende Signale zur Verfügung stehen.at Lifting movements of the armature, the permanent magnet is displaced accordingly with the result that the magnetic field generated by it "migrates" accordingly corresponding change the output signals of the Hall sensor arrangement, so that in turn the Lifting movement of the armature reproducing signals are available.

Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung dieser letzteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Hallsensoranordnung vier Hallsensoren aufweist, die in einer zur Hubachse des Ankers orthogonalen Ebene ringförmig mit gleichen Abständen von der Hubachse sowie mit untereinander gleichen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet sind. Dabei bilden die vier Hallsensoren eine Differentialanordnung, durch die evtl. Unsymmetrien des vom Permanentmagnet aufgespannten Magnetfeldes kompensiert werden. Sollte also der Anker zusammen mit dem Permanentmagnet beim Betrieb der Ventilanordnung mehr oder weniger große Seitwärtsbewegungen relativ zur Achse oder Drehbewegungen ausführen, hat dies keinerlei Auswirkung auf die Signale der Hallsensoranordnung.According to one particularly expedient embodiment this latter embodiment it is provided that the Hall sensor arrangement comprises four Hall sensors, in an orthogonal to the stroke axis of the armature plane with annular equal distances from the Hubachse and with mutually equal distances in Circumferential direction are arranged. The four Hall sensors form this a differential arrangement, by the possible imbalances of the Permanent magnet clamped magnetic field can be compensated. Should So the anchor together with the permanent magnet during operation of the Valve arrangement more or less large sideways movements relative to the axis or perform rotary movements, this has no effect on the signals of the Hall sensor arrangement.

Im übrigen ist es zweckmäßig, den Permanentmagnet, welcher in Richtung der Hubachse magnetisiert ist, mit Polschuhen an seinen Stirnenden zu versehen, so dass im Bereich der Hallsensoranordnung ein vergleichsweise starkes Magnetfeld erzeugt wird, das heißt, die Polschuhe tragen zu einer Bündelung des Magnetfeldes im Bereich der Hallsensoranordnung bei.Otherwise it is it is expedient to Permanent magnet, which is magnetized in the direction of the stroke axis, to be provided with pole shoes at its front ends, so that in the area the Hall sensor arrangement generates a comparatively strong magnetic field will, that is, the pole shoes contribute to a bundling of the magnetic field in the region of the Hall sensor arrangement.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche und die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden.Otherwise, will with regard to preferred features of the invention to the claims and the following explanation referred to the drawing, based on the particularly preferred embodiments closer to the invention to be discribed.

Schutz wird nicht nur für ausdrücklich angegebene oder dargestellte Merkmalskombinationen, sondern auch für grundsätzlich beliebige Unterkombinationen dieser Merkmale beansprucht.protection will not only for expressly indicated or illustrated feature combinations, but also for basically any Subcombinations of these features claimed.

In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows

1 einen Axialschnitt einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung, bei der als Hubsensoranordnung ein Differentialtransformator sowie ein Weicheisenteil vorgesehen sind, 1 an axial section of a valve arrangement according to the invention, in which a differential transformer and a soft iron part are provided as Hubsensoranordnung,

2 einen entsprechenden Axialschnitt einer Ausführungsform, bei der am Anker ein Permanentmagnet angeordnet ist, der mit einer Hallsensoranordnung außerhalb der Fluidleitung zusammenwirkt und 2 a corresponding axial section of an embodiment in which the armature, a permanent magnet is arranged, which cooperates with a Hall sensor arrangement outside the fluid line and

3 ein Schnittbild entsprechend der Schnittlinie III-III in 2. 3 a sectional view corresponding to the section line III-III in 2 ,

Gemäß 1 wird ein rohrähnliches Gehäuse 1 der Ventilanordnung von einer Fluidleitung 2 axial durchsetzt, welche innerhalb des Gehäuses 1 einen deutlich erweiterten, zylinderförmigen Abschnitt aufweist. Dabei ist das Gehäuse 1 so bemessen, dass innerhalb des Gehäuses 1 auch im Bereich des erweiterten Abschnittes der Fluidleitung 2 noch ein Ringraum verbleibt. Dieser Ringraum nimmt eine obere Spule 3 sowie eine untere Spule 4 sowie eine Elektromagnetanordnung auf. Diese besitzt einen oberen ringförmigen Polschuh 5, der im Bereich des oberen Übergangs der Fluidleitung 2 zwischen deren erweitertem und dem oberen Endstück angeordnet ist, einen zwischen den Spulen 3 und 4 angeordneten ringförmigen Polschuh 6 sowie einen unteren Polschuh 7, welcher im unte ren Übergangsbereich der Fluidleitung 2 zwischen deren erweitertem Bereich und dem unteren Endstück der Fluidleitung 2 angeordnet ist. Die Polschuhe 5 bis 7 bestehen ebenso wie das Gehäuse 1 aus einem magnetisierbaren Material, insbesondere Weicheisen, wobei das Gehäuse 1 mit den Polschuhen 5 bis 7 spaltfrei verbunden ist.According to 1 becomes a tube-like housing 1 the valve assembly of a fluid line 2 axially interspersed, which within the housing 1 has a significantly enlarged, cylindrical portion. Here is the case 1 such that inside the case 1 also in the area of the extended section of the fluid line 2 another annulus remains. This annulus takes an upper coil 3 and a lower coil 4 and an electromagnet arrangement. This has an upper annular pole piece 5 , which is in the area of the upper transition of the fluid line 2 between the extended and the upper end piece is arranged, one between the coils 3 and 4 arranged annular pole piece 6 and a lower pole piece 7 , which in Unte ren transition region of the fluid line 2 between its extended area and the lower end of the fluid line 2 is arranged. The pole shoes 5 to 7 exist as well as the housing 1 of a magnetizable material, in particular soft iron, wherein the housing 1 with the pole pieces 5 to 7 is connected without a gap.

Innerhalb des erweiterten Bereiches der Fluidleitung 2 ist ein mit den Spulen 3 und 4 zusammenwirkender, axial verschiebbarer Anker 8 aus Weicheisenmaterial angeordnet. Dieser ist an seinem unteren Ende über einen Fortsatz mit einem Schließkörper 9 eines nicht näher dargestellten, die Fluidleitung 2 steuernden Ventils verbunden, welches beispielsweise öffnet, wenn der Anker 8 durch elektrische Bestromung der Spule 3 in Aufwärtsrichtung verschoben wird und schließt, wenn der Anker 8 durch elektrische Bestromung der Spule 4 in Abwärtsrichtung bewegt wird.Within the extended range of the fluid line 2 is one with the coils 3 and 4 cooperating, axially displaceable anchor 8th made of soft iron material. This is at its lower end via an extension with a closing body 9 a non-illustrated, the fluid line 2 controlling valve, which opens, for example, when the anchor 8th by electrical energization of the coil 3 is moved in the upward direction and closes when the anchor 8th by electrical energization of the coil 4 is moved in the downward direction.

Am oberen Ende des Ankers 8 ist ein weiterer Fortsatz angeordnet, der ein Weicheisenelement 10 aufnimmt. Dieses beeinflusst das Magnetfeld innerhalb eines Differentialtransformators 11, der koaxial am oberen Endstück der Fluidleitung 2 und damit auch koaxial zu dem Weicheisenelement 10 angeordnet ist. Dieser Differentialtransformator 11 besitzt eine Primärwicklung 11' sowie zwei axial aneinander schließende Sekundärwicklungen 11''.At the upper end of the anchor 8th another extension is arranged, which is a soft iron element 10 receives. This affects the magnetic field within a differential transformer 11 coaxial with the upper end of the fluid conduit 2 and thus also coaxial with the soft iron element 10 is arranged. This differential transformer 11 has a primary winding 11 ' and two axially adjacent secondary windings 11 '' ,

Beim Betrieb ist vorgesehen, die Primärwicklung 11' mit einem geregelten Wechselstrom zu beaufschlagen. Je nach Stel lung des Weicheisenelementes 10 treten dann an den Sekundärwicklungen 11'' unterschiedliche Wechselströme bzw. -spannungen auf, so dass das Verhältnis der an den beiden Sekundärwicklungen 11'' abgreifbaren Sekundärströme bzw. -spannungen ein Maß für die Hubstellung des Weicheisenelementes 10 sowie des damit verbundenen Ankers 8 bzw. des Schließkörpers 9.During operation, the primary winding is provided 11 ' to apply a regulated alternating current. Depending on the setting of the soft iron element 10 then occur at the secondary windings 11 '' different AC currents or voltages, so that the ratio of the two secondary windings 11 '' tapped secondary currents or voltages a measure of the stroke position of the soft iron element 10 and the associated anchor 8th or the closing body 9 ,

Indem nun die genannten elektrischen Parameter der Sekundärwicklungen 11'' von einer nicht näher dargestellten Regelschaltung ausgewertet werden, können die Spulen 3 und 4 von der Regelschaltung so bestromt werden, dass genau vorgebbare Hubbewegungen des Ankers 8 und dementsprechend genau vorgebbare Öffnungs- und Schließhübe des Schließkörpers 9 gewährleistet werden.By now the mentioned electrical parameters of the secondary windings 11 '' can be evaluated by a control circuit, not shown, the coils 3 and 4 be energized by the control circuit so that exactly predetermined strokes of the armature 8th and accordingly precisely predeterminable opening and closing strokes of the closing body 9 be guaranteed.

Wenn gleichzeitig gewährleistet wird, dass das die Fluidleitung 2 durchströmende Fluid, beispielsweise ein abzufüllendes Getränk konstanten Druck aufweist, lässt sich durch die geregelte Öffnungs- und Schließbewegung des Schließkörpers 9 gewährleisten, dass genau vorgegebene Fluidmengen während der Öffnungsphase des Schließkörpers 9 zum Ausgang der Ventilanordnung strömen.At the same time ensuring that the fluid line 2 flowing fluid, for example, a beverage to be filled constant pressure, can be controlled by the open and closing movement of the closing body 9 ensure that precisely given amounts of fluid during the opening phase of the closing body 9 to flow to the outlet of the valve assembly.

Die in den 2 und 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform der 1 im wesentlichen dadurch, dass im oberen Fortsatz des Ankers 8 ein Permanentmagnet 12 angeordnet ist, welcher in Hubrichtung des Ankers 8 magnetisiert und vorzugsweise mit Polschuhen 13 aus Weicheisen versehen ist. Dieser Permanentmagnet 13 wirkt mit vier Hallsensoren 14 zusammen, die am Außenumfang der Fluidleitung 2 in der Nachbarschaft des Permanentmagnetes 13 angeordnet sind und je nach Hubstellung des Ankers 8 und damit des Permanentmagnetes 12 unterschiedliche Ausgangssignale abgeben.The in the 2 and 3 illustrated embodiment differs from the embodiment of the 1 essentially in that in the upper extension of the anchor 8th a permanent magnet 12 is arranged, which in the stroke direction of the armature 8th magnetised and preferably with pole pieces 13 made of soft iron. This permanent magnet 13 works with four Hall sensors 14 together, on the outer circumference of the fluid line 2 in the vicinity of the permanent magnet 13 are arranged and depending on the stroke position of the anchor 8th and thus the permanent magnet 12 deliver different output signals.

Um evtl. Unsymmetrien des Magnetfeldes des Permanentmagnetes 12 zu kompensieren, bilden die vier Hallsensoren eine Differentialschaltung. Im übrigen sind die Hallsensoren 14 in Umfangsrichtung der Fluidleitung 2 mit untereinander gleichen Abständen angeordnet.To possible asymmetries of the magnetic field of the permanent magnet 12 To compensate, the four Hall sensors form a differential circuit. Otherwise, the Hall sensors 14 in the circumferential direction of the fluid line 2 arranged with mutually equal distances.

Auch hier kann wiederum eine Regelschaltung unter Auswertung der Signale der Hallsensoren 14 genau reproduzierbare Öffnungs- und Schließhübe des Schließkörpers 9 bewirken.Again, in turn, a control circuit under evaluation of the signals of the Hall sensors 14 exactly reproducible opening and closing strokes of the closing body 9 cause.

Bei allen dargestellten Ausführungsformen dienen die oberen und unteren Fortsätze des Ankers 8 auch zu dessen Axialführung bzw. zur Abstützung des Ankers 8 in Radialrichtung. Wie insbesondere aus 3 ersichtlich ist, besitzen die Fortsätze 15 axiale Rippen, die gleitbar an der Innenwandung der Fluidleitung 2 anliegen.In all the embodiments shown serve the upper and lower extensions of the armature 8th also to the axial guidance or for supporting the armature 8th in the radial direction. As in particular from 3 it can be seen possess the extensions 15 axial ribs sliding on the inner wall of the fluid conduit 2 issue.

Die Fluidleitung 2 besteht aus einem nicht magnetisierbaren Material, welches sich leicht reinigen lässt. Auch die Fortsätze 15 sowie die Umfangsflächen des Ankers 8 sind aus einem derartigen Material, z.B. einem hitzefesten Kunststoff, gefertigt. Damit können die vom Fluid durchströmten Bereiche leicht gereinigt werden. Außerdem können die Elektrospulen 3 und 4 wirksam mit den Anker 8 und das Weicheisenelement 10 wirksam mit dem Differentialtransformator 11 und der Permanentmagnet 12 wirksam mit den Hallsensoren 14 zusammenwirken.The fluid line 2 consists of a non-magnetizable material that is easy to clean. Also the extensions 15 as well as the peripheral surfaces of the anchor 8th are made of such a material, such as a heat-resistant plastic. Thus, the areas traversed by the fluid can be easily cleaned. In addition, the electric coils 3 and 4 effective with the anchors 8th and the soft iron element 10 effective with the differential transformer 11 and the permanent magnet 12 effective with the Hall sensors 14 interact.

Claims (6)

Ventilanordnung, insbesondere für Getränkeabfüllanlagen, mit einer zur Ventilbetätigung dienenden Hubmagnetanordnung (3 bis 8), deren mit dem Schließkörper (9) der Ventilanordnung verbundener Anker (8) innerhalb und deren mit dem Anker zu dessen Verstellung zusammenwirkende Erregerwicklung (3, 4) außerhalb einer vom Schließkörper gesteuerten Fluidleitung (2) angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine zur Hubregelung dienende Hubsensoranordnung (10, 11; 12 bis 14) mit zumindest einem ein Magnetfeld verlagernden ankerseitigen Teil (10, 12) innerhalb und einer auf die Verlagerung des Magnetfeldes reagierenden Anordnung (11, 14) außerhalb der Fluidleitung (2).Valve arrangement, in particular for beverage filling plants, with a lifting magnet arrangement serving for valve actuation ( 3 to 8th ), whose with the closing body ( 9 ) of the valve assembly connected anchor ( 8th ) within and with the armature for the adjustment cooperating exciter winding ( 3 . 4 ) outside a fluid line controlled by the closing body ( 2 ), characterized by a Hubsensoranordnung serving for stroke control ( 10 . 11 ; 12 to 14 ) with at least one magnetic field displacing armature-side part ( 10 . 12 ) within and an arrangement responsive to the displacement of the magnetic field ( 11 . 14 ) outside the fluid line ( 2 ). Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Fluidleitung (2) ein zur Fluidleitung konzentrischer Differentialtransformator (11) und innerhalb der Fluidleitung am Anker (8) des Hubmagnetes ein Weicheisenteil (10) angeordnet ist.Valve arrangement according to claim 1, characterized in that outside the fluid line ( 2 ) a concentric to the fluid line differential transformer ( 11 ) and within the fluid line at the anchor ( 8th ) of the solenoid a soft iron part ( 10 ) is arranged. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspule (11') des Differentialtransformators (11) mit einem geregelten Wechselstrom beaufschlagt wird.Valve arrangement according to claim 2, characterized in that the primary coil ( 11 ' ) of the differential transformer ( 11 ) is supplied with a regulated alternating current. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Fluidleitung (2) eine Hallsensoranordnung (14) und innerhalb der Fluidleitung am Anker (8) des Hubmagnetes ein Permanentmagnet (12) angeordnet ist.Valve arrangement according to claim 1, characterized in that outside the fluid line ( 2 ) a Hall sensor arrangement ( 14 ) and within the fluid line at the anchor ( 8th ) of the solenoid a permanent magnet ( 12 ) is arranged. Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallsensoranordnung (14) vier Hallsensoren aufweist, die in einer zur Hubachse orthogonalen Ebene ringförmig mit untereinander gleichen Abständen angeordnet sind.Valve arrangement according to claim 4, characterized in that the Hall sensor arrangement ( 14 ) has four Hall sensors, which are arranged in a plane orthogonal to the lifting axis annularly with mutually equal intervals. Ventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallsensoren (14) zur Kompensation des Magnetfeldes der Hubmagnetanordnung (3 bis 8) geneigt zur genannten Ebene angeordnet sind.Valve arrangement according to claim 5, characterized in that the Hall sensors ( 14 ) for compensating the magnetic field of the Hubmagnetanordnung ( 3 to 8th ) are arranged inclined to said plane.
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