DE102005037402B4 - Getriebepackung und Rotorabstützaufbau - Google Patents

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Abstract

Fahrzeuggetriebe (10) mit einem Getriebegehäuse (26), zwei Rotoren (18a, 18b), einer drehbaren Hauptwelle (34) sowie einer Abstützanordnung, die einen ersten und einen zweiten mit der Hauptwelle (34) drehbaren Abstützaufbau (30a, 30b) umfasst, um jeweils einen Rotor (18a, 18b) in einem radialen Abstand von der Mittelachse (38) des Getriebes (10) abzustützen, wobei
jeder Abstützaufbau (30a, 30b) einen radial verlaufenden Endabschnitt (50a, 50b) aufweist,
an dem ein kreisringförmiger, an einem axialen Ende offener Kragenabschnitt (46a, 46b) angeordnet ist, der den Rotor trägt, sich von dem Endabschnitt (50a, 50b) auf eine nicht abgestützte, frei tragende Weise axial erstreckt und dadurch einen Packungsraum (76, 82) bildet, und
der an einem Wellenabschnitt (42a, 42b) angeordnet ist, um die Drehung der Abstützaufbauten (30a, 30b) mit der Hauptwelle (34) zu ermöglichen, wobei einer der Wellenabschnitte (42a) hohl ist und den anderen Wellenabschnitt (42b) aufnimmt,
jeder Abstützaufbau (30a, 30b) mindestens ein Lager (54a,...

Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Fahrzeuggetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Fahrzeuggetriebe ist aus der DE 101 60 466 C1 und der DE 101 54 147 C1 bekannt.
  • Ein elektrisch verstellbares Fahrzeuggetriebe umfasst typischerweise ein Motor/Generator-Modul mit einem Rotor und einem Stator. Bei früheren Konstruktionen waren der Rotor und der Stator durch ein Abstützsystem abgestützt, das als "Dosen"-Konstruktion bezeichnet wird. Die "Dosen"-Konstruktion stützt den Stator ab und behält einen Innenraum für den Rotor bei, damit dieser um die Mittelachse des Getriebes herum rotieren kann, während er von einer Rotorabstützstruktur abgestützt ist. Die "Dosen"-Konstruktion umgibt oder umschließt den Stator, den Rotor und die Rotorabstützstruktur auf allen Seiten und kann daher den Bereich von anderen Mechanismen oder Bauelementen, die in dem Raum innerhalb der "Dose" liegen können, beschränken, indem der verfügbare Raum für die Packung zwischen dem Motor/Generator-Modul und der Mittelachse des Getriebesystems beschränkt wird.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeuggetriebe mit zwei Rotoren und einem geräumigen Packungsraum innerhalb der Rotoren zu schaffen, das eine präzise Lagerung der Rotoren gewährleistet.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Der Abstützaufbau der vorliegenden Erfindung stützt einen Rotor in einem Abstand von der Mittelachse des Getriebes ab, um ein Drehmoment in einem nachfolgend auch als Fahrzeuggetriebesystem bezeichneten Fahrzeuggetriebe aufrechtzuerhalten, während der Packungsraumbedarf vermindert wird, indem der verfügbare Raum benachbart dem Abstützaufbau insbesondere zwischen der Hauptwelle und dem Rotor des Getriebes vergrößert wird. Der Abstützaufbau bietet eine verbesserte Packung, während der Rotor in dem Getriebesystem abgestützt wird.
  • Der Abstützaufbau ist ein einseitig gehaltenes oder frei tragendes System, wobei "frei tragendes System" sowohl einen echten Freiträger als auch einen fest aufliegenden Freiträger umfasst. Ein fest aufliegender Freiträger ist ein frei tragendes oder einseitig gelagertes System, bei dem ein oder mehrere Lager dem Abstützaufbau eine zusätzliche Abstützung verleihen. Der Abstützaufbau ist mit der drehbaren Hauptwelle derart verbunden, dass der Abstützaufbau und der damit verbundene Rotor mit dieser rotieren. Die frei tragende Natur des Abstützaufbaus erzeugt einen Packungsraum radial innerhalb des Rotors neben dem Abstützaufbau. Der Packungsraum kann dazu verwendet werden, Fahrzeugbauteile, wie etwa einen Zahnradsatz oder ein System von Kupplungen, unterzubringen.
  • Der Abstützaufbau der vorliegenden Erfindung ist ausgebildet, um einen Rotor in einem Fahrzeuggetriebesystem abzustützen. Der Abstützaufbau weisteinen im Wesentlichen schirmförmigen Körper auf, der um die Hauptachse des Getriebesystems drehbar ist. Der schirmförmige Körper stützt den Rotor in einem radialen Abstand und konzentrisch mit der Mittelachse der Hauptwelle des Getriebesystems ab. Durch Abstützen des Rotors in einem radialen Abstand erzeugt der schirmförmige Körper einen Packungsraum zwischen dem Rotor und der Hauptwelle, in dem die Getriebebauteile gepackt und festgehalten werden können.
  • Der Abstützaufbau der vorliegenden Erfindung, der derart ausgebildet ist, dass er einen Rotor in einem Fahrzeuggetriebesystem abstützt, besitzt auch einen ersten Abschnitt, der derart ausgebildet ist, dass er mit der Getriebehauptwelle zur Drehung mit dieser in Verbindung steht. Ein zweiter Abschnitt des Abstützaufbaus ist als kreisringförmiger Kragen ausgebildet, der im Wesentlichen so lang wie der Rotor ist. Der zweite Abschnitt erstreckt sich von dem ersten Abschnitt axial nach innen auf eine nicht abgestützte, frei tragende Weise. Der zweite Abschnitt ist von der Getriebehauptwelle ausreichend beabstandet, um einen ungehinderten Packungsraum für die Länge des Kragens zu bilden. Der Packungsraum ist an einem axialen Ende offen, um ein Gehäuse für Fahrzeugbauteile innerhalb des Packungsraums bereitzustellen.
  • Dementsprechend sind ein Packungsraum und ein Rotorabstützaufbau für ein Getriebe und dessen weitere Bauelemente vorgesehen. Eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform umfasst einen ersten Aufbau mit einem Wellenabschnitt, der derart ausgebildet ist, dass er mit einer inneren Getriebeantriebswelle in Verbindung steht. Der erste Aufbau weist auch einen ersten Kragenabschnitt auf, der derart ausgestaltet ist, dass er den Wellenabschnitt umgibt und einen ersten Rotor abstützt. Die erste Ausführungsform umfasst auch einen zweiten Aufbau mit einem Hülsenabschnitt, der derart ausgestaltet ist, dass er den Wellenabschnitt des ersten Aufbaus ineinanderschiebbar aufnimmt. Der zweite Aufbau weist einen zweiten Kragenabschnitt auf, der derart ausgestaltet ist, dass er einen zweiten Rotor abstützt. Der erste und der zweite Kragenabschnitt sind ausreichend von der Achse der Hauptwelle beabstandet, so dass die eingebauten Wellenabschnitte des ersten und des zweiten Aufbaus die Lager überlappen und konzentrisch mit diesen ausgerichtet sind und andere Getriebebauelemente dicht unterhalb der Kragenabschnitte ge packt werden können. Zusätzlich kann der erste Aufbau im Wesentlichen weinglasförmig sein und der zweite Aufbau kann im Wesentlichen schirmförmig sein.
  • Die vorliegende Erfindung stellt einen Abstützaufbau bereit, der derart ausgebildet ist, dass er einen Rotor in einem Fahrzeuggetriebesystem, das eine drehbare Hauptwelle aufweist, abstützt. Der Abstützaufbau umfasst einen mit einem kreisringförmigen Kragen versehenen Körper, der mit der Hauptwelle verbunden ist. Der mit einem kreisringförmigen Kragen versehene Körper des Abstützaufbaus hält den Rotor in einem radialen Abstand von der Mittelachse des Getriebesystems. Der radiale Abstand des mit einem kreisringförmigen Kragen versehenen Körpers ist ausreichend, um einen Packungsraum zwischen dem Rotor und der Hauptwelle zu schaffen, in dem zumindest ein Getriebebauelement gepackt und festgehalten sein kann.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Abstützanordnung bereit, die derart ausgebildet ist, dass sie ein Paar Rotoren in einem Fahrzeuggetriebesystem, das eine drehbare Hauptwelle aufweist, abstützt. Die Abstützanordnung umfasst einen ersten und einen zweiten gesperrten Abstützaufbau, um jeweils einen von dem Paar Rotoren abzustützen. Ein jeder von dem ersten und dem zweiten Abstützaufbau behält jeweils einen radialen Abstand von der Mittelachse des Getriebesystems. Jeder radiale Abstand erzeugt einen Packungsraum zwischen dem jeweiligen Rotor und der Hauptwelle, der ausreicht, um zumindest ein jeweiliges Getriebebauelement festzuhalten.
  • Die vorliegende Erfindung stellt einen Abstützaufbau bereit, der derart ausgebildet ist, dass er einen Rotor in einem Fahrzeuggetriebesystem, das eine drehbare Hauptwelle aufweist, abstützt. Der Abstützaufbau umfasst einen ersten Abschnitt mit einem Wellenabschnitt, der derart ausgebildet ist, dass er mit der Hauptwelle zur Drehung mit dieser in Verbindung steht, und einen zweiten Abschnitt, der als kreisringförmiger Kragen ausgestaltet ist. Der kreisringförmige Kragen ist im Wesentlichen so lang wie der Rotor und erstreckt sich von dem ersten Abschnitt axial auf eine nicht abgestützte, frei tragende Weise und ist ausreichend von dem Wellenabschnitt beabstandet, um einen ungehinderten Packungsraum für die Länge des kreisringförmigen Kragens zu bilden. Der kreisringförmige Kragen ist an einem axialen Ende offen, um mindestens ein Getriebebauelement in dem Packungsraum unterzubringen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen ist:
  • 1 eine fragmentarische vertikale Schnittansicht, teilweise im Aufriss, eines Getriebesystems, das den ersten und den zweiten Abstützaufbau der vorliegenden Erfindung umfasst;
  • 2 eine schematische Schnittansicht der Hälfte des ersten schirmförmigen Aufbaus der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine schematische Schnittansicht der Hälfte des zweiten weinglasförmigen Aufbaus der vorliegenden Erfindung; und
  • 4 auseinander gezogene, schematische Perspektivansicht, wobei Teile weggebrochen sind, um sowohl den schirmförmigen als auch den weinglasförmigen Rotorabstützaufbau dieser Erfindung zu zeigen.
  • 1 ist eine fragmentarische vertikale Schnittansicht eines Fahrzeuggetriebesystems 10, das zwei Motor/Generator-Module 14a, 14b aufweist. Jedes Motor/Generator-Modul 14a, 14b umfasst einen Rotor 18a, 18b und einen Stator 22a, 22b. Die Statoren 22a, 22b sind mit dem Getriebegehäuse 26 verbunden und bleiben somit in dem Getriebegehäuse 26 feststehend. Die Statoren 22a, 22b können mit dem Getriebegehäuse 26 entweder direkt oder indirekt verbunden sein, etwa indem sie mit der Endabdeckung 27 oder der Mittelabstützung 28 verbunden sind, die dann mit dem Getriebegehäuse 26 verbunden ist. Die Rotoren 18a, 18b sind durch Abstützaufbauten 30a, 30b abgestützt, die mit Wellen 42a, 42b verbunden sind, die konzentrisch mit der Hauptwelle 34 des Getriebesystems 10 sind, und können somit um die Mittelachse 38 rotieren. Der Verbindungsabschnitt des Abstützaufbaus 30b ist ein Mittelwellenabschnitt 42b. Der Verbindungsabschnitt des Abstützaufbaus 30a ist ein Hohlwellenabschnitt 42a, der derart ausgestaltet ist, dass er mit dem benachbarten Mittelwellenabschnitt 42b des Abstützaufbaus 30b ineinanderschiebbar angeordnet ist, wie es in 1 gezeigt ist. Dieses ineinanderschiebbare Anordnen sorgt für eine zusätzliche Ausrichtungsunterstützung der Rotoren. Die Wellenverbindungen 42a, 42b können eine Keilnut, eine Kerbverzahnung, eine Kupplung oder ein Zahnrad sein, wie es durch das gewählte Getriebeschema erforderlich ist.
  • Die Abstützaufbauten 30a, 30b können echte Freiträger oder fest aufliegender Freiträger sein. Ein "echter" Freiträger ist ein Aufbau, der an einem Ende abgestützt ist und einer Last entlang der Länge des Aufbaus, wie etwa der kreisringförmigen Kragenabschnitte 46a, 46b, wie sie in den 2 bis 4 gezeigt sind, der Abstützaufbauten 30a und 30b ausgesetzt ist. Ein "fest aufliegender" Freiträger ist ähnlich wie ein echter Freiträger mit mindestens einem zusätzlichen Lager für eine zusätzliche Abstützung. Lager 58a, 58b stellen eine Abstützung an dem Getriebegehäuse 26, und somit Masse, bereit, wodurch für eine radiale Positionierung der Aufbauten 30a und 30b gesorgt wird. Lagersitze 54a, 54b in den 1, 2 und 3 sind fest aufliegende Lager, die eine zweite radiale Abstützung bereitstellen, wodurch eine Drehmittellinie jeder Anordnung definiert ist. Eine axiale Positionierung wird mit einer Kombination aus Kugel- und Axialrollenlagern bereitgestellt, wie es in 1 gezeigt ist. Andere Anordnungen von Rollen- und Axial- oder Mehrfachkugellagern können ebenfalls ersatzweise verwendet werden. Ein Verringern des axialen Abstandes zwischen zwei oder mehr Lagern kann die Kontrolle über die Freiheitsgrade der Abstützaufbauten 30a, 30b vermindern, d.h. deren Stabilität beeinträchtigen.
  • Die 1 und 4 stellen die Abstützaufbauten 30a, 30b gemäß der vorliegenden Erfindung dar, wobei ein Abstützaufbau 30b (der auch in 2 dargestellt ist) eine im Wesentlichen "schirmförmige" Konstruktion 62 ist und der andere Abstützaufbau 30a (der ebenfalls in 3 dargestellt ist) eine im Wesentlichen "weinglasförmige" Konstruktion 66 ist. Die Ausdrücke "Schirm" und "Weinglas" beziehen sich auf grobe Annäherungen der allgemeinen Formen der Abstützaufbauten 30a, 30b, wie sie in den Perspektivansichten der 4 gezeigt sind. 4 stellt die Form der Abstützaufbauten 30a, 30b dar, wie sie durch eine volle Drehung der in den 2 und 3 gezeigten Aufbauten um die Mittelachse 38 des Getriebes erzeugt wird.
  • Wie es in 2 dargestellt ist, weist der "schirmförmige" Abstützaufbau 30b einen Mittelwellenabschnitt 42b auf, an dem der Abstützaufbau 30b an der Hauptwelle 34 angebracht sein kann, wie es in 1 gezeigt ist. Die Hauptwelle 42b steht mit mindestens einem Getriebebauelement in Eingriff, wie es in der gemeinsam übertragenen, anhängigen U.S. Provisional Application 60/602,976 mit dem Titel "Main Shaft Dog Clutch and Method" für Diemer et al. beschrieben ist, die am 19. August 2004 eingereicht wurde und deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist. Die Funktionalität einer Klauenkupplung 70 von 1 ist ebenfalls in der oben eingeschlossenen Anmeldung beschrieben. Wieder nach den 1 und 2 weist der Abstützaufbau 30b ein erstes Lager 54b auf, das sich längs des Mittelwellenabschnitts 42b befindet und dem Abstützaufbau 30b eine zusätzliche Abstützung verleiht. Der schirmförmige Aufbau 30b weist auch einen kreisringförmigen Kragenabschnitt 46b auf, an dem der Rotor 18b angebracht ist. Der Kragenabschnitt 46b weist einen geschlossenen Endabschnitt 50b auf, der an dem Mittelwellenabschnitt 42b befestigt ist. Ein zweites Lager 58b kann in einer kreisringförmigen Tasche 59 an dem geschlossenen Endabschnitt 50b angeordnet sein. Der Ausdruck "schirmförmig" bezieht sich allgemein auf einen Abstützaufbau 30b bei dem der geschlossene Endabschnitt 50b und der Kragenabschnitt 46b ähnlich wie eine Schirmabdeckung an dem Mittelwellenabschnitt 42b, der mit einem Schirmgriff vergleichbar ist, gelegen sind. Insbesondere bezieht er sich auf einen Abstützaufbau 30b, bei dem der Kragenabschnitt 46b und der Mittelwellenabschnitt 42b um die Achse 38 der Hauptwelle 34 rotieren und der Mittelwellenabschnitt 42b sich von dem geschlossenen Endabschnitt 50b axial in dem Kragenabschnitt 46b erstreckt.
  • Wie es in den 3 und 4 dargestellt ist, weist der "weinglasförmige" Abstützaufbau 30a einen Wellenabschnitt 42a auf, der teleskopartig über den Wellenabschnitt 42b des Abstützaufbaus 30b für eine Relativdrehung auf Lagern 54a und 58a geschoben ist, wie es in 1 gezeigt ist. Wieder nach 3 ist dem Abstützaufbau 30a ein erstes Lager 54a zugeordnet, das längs des Hohlwellenabschnitts 42a angeordnet ist, der ein teleskopartig aufschiebbarer Schaftabschnitt ist, um dem Weinglasaufbau 30a eine zusätzliche Abstützung zu verleihen. Die Weinglasform weist einen kreisringförmigen Kragenabschnitt 46a auf, an dem der Rotor 18a befestigt ist. Der Kragen- oder Schalenabschnitt 46a ist mit dem Wellen- oder Hohlwellenabschnitt 42a verbunden, der der Weinglas-Schaftabschnitt ist, der sich von dem geschlossenen Ende oder unteren Schalenabschnitt 50a des "Weinglases" erstreckt. Ein zweites Lager 58a kann in einer kreisringförmigen Tasche 60 an dem geschlossenen Endabschnitt 50a angeordnet sein. Der Ausdruck "Weinglasform" bezieht sich allgemein auf einen Abschnittsaufbau 30a, bei dem der Kragen- oder Schalenabschnitt 46a und der Schaftabschnitt 42a um die Hauptachse 38 des Getriebes rotieren und der Schaftabschnitt 42a sich axial vom Inneren des Kragen- oder Schalenabschnitts 46a weg erstreckt. Der Wellenabschnitt ist mit mindestens einem Getriebebauelement verbunden, das durch die Getriebezahnradanordnung bestimmt wird.
  • Nach den 1 bis 3 stützen beide Abstützaufbauten 30a, 30b jeweils einen Rotor 18a, 18b in jeweils einem radialen Abstand A, B von der Mittelachse 38 des Getriebesystems 10 ab. Ein vergrößerter radialer Abstand A bzw. B entspricht einer zunehmenden Drehzahl, die als das Quadrat des jeweiligen radialen Abstandes A, B zwischen der Mittelachse 38 des Getriebesystems und seinem jeweiligen Rotor 18a, 18b berechnet wird. Somit sind die Kragenabschnitte der Abstützaufbauten 30a, 30b ausreichend von der Hauptwelle 34 beabstandet, wenn die ineinanderschiebbaren Wellenabschnitte 42a, 42b antreibbar mit der Hauptwelle 34 in Verbindung stehen, um andere Bauelemente des Getriebes darin kompakt oder dicht zu packen. Getriebebauelemente, wie etwa eine Kupplung 72 oder ein Zahnradsatz 74, können in dem Raum 76, der durch den Kragen 46a und das offene Ende der Weinglasschale definiert ist, dicht gepackt sein. Ebenso können Getriebebauelemente, wie etwa ein System von Kupplungen 78, 80, in dem Raum 82, der durch den Kragen 46b und das offene Ende der Schirmabdeckung definiert ist, dicht gepackt sein. Die Räume 76, 82 sind auch ausreichend unbehindert, um ein derartiges dichtes Packen von Getriebebauelementen zu ermöglichen.
  • Zusammengefasst ist ein Abstützaufbau für einen Rotor in einem Getriebesystem vorgesehen. Der frei tragende Abstützaufbau ist schirmförmig, um einen Raumbereich zwischen dem Rotor und der Hauptwelle zu schaffen, in dem weitere Fahrzeugbauelemente, wie etwa ein Zahnradsatz oder ein System von Kupplungen, gepackt sein können. Der frei tragende Abstützaufbau kann ein echter Freiträger oder ein fest aufliegender Freiträger sein. Der Abstützaufbau hält den Rotor in einem Abstand von der Getriebehauptwelle, um ein Drehmoment in dem System aufrechtzuerhalten, während der Packungsraumbedarf kompakt gestaltet wird. Ein zweiter frei tragender Abstützaufbau ist weinglasförmig, um einen zweiten Packungsraumbereich zwischen dem Rotor und der Hauptwelle zu schaffen. Die Abstützaufbauten können teleskopartig ineinander geschoben sein, um das Getriebe noch kompakter zu gestalten.

Claims (4)

  1. Fahrzeuggetriebe (10) mit einem Getriebegehäuse (26), zwei Rotoren (18a, 18b), einer drehbaren Hauptwelle (34) sowie einer Abstützanordnung, die einen ersten und einen zweiten mit der Hauptwelle (34) drehbaren Abstützaufbau (30a, 30b) umfasst, um jeweils einen Rotor (18a, 18b) in einem radialen Abstand von der Mittelachse (38) des Getriebes (10) abzustützen, wobei jeder Abstützaufbau (30a, 30b) einen radial verlaufenden Endabschnitt (50a, 50b) aufweist, an dem ein kreisringförmiger, an einem axialen Ende offener Kragenabschnitt (46a, 46b) angeordnet ist, der den Rotor trägt, sich von dem Endabschnitt (50a, 50b) auf eine nicht abgestützte, frei tragende Weise axial erstreckt und dadurch einen Packungsraum (76, 82) bildet, und der an einem Wellenabschnitt (42a, 42b) angeordnet ist, um die Drehung der Abstützaufbauten (30a, 30b) mit der Hauptwelle (34) zu ermöglichen, wobei einer der Wellenabschnitte (42a) hohl ist und den anderen Wellenabschnitt (42b) aufnimmt, jeder Abstützaufbau (30a, 30b) mindestens ein Lager (54a, 54b, 58a, 58b) aufweist, um diesen an dem Getriebegehäuse (26) abzustützen, und der Wellenabschnitt (42b) und der Kragenabschnitt (46b) des zweiten Abstützaufbaus (30b) axial auf derselben Seite des Endabschnitts (50b) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenabschnitt (42a) und der Kragenabschnitt (46a) des ersten Abstützaufbaus (30a) axial auf gegenüberliegenden Seiten des Endabschnitts (50a) angeordnet sind, dass der Wellenabschnitt (42a) des ersten Abstützaufbaus (30a) sich axial in den vom zweiten Abstützaufbau (30b) erzeugten Packungsraum (82) erstreckt und den Wellenabschnitt (42b) des ersten Abstützaufbaus (30b) aufnimmt, und dass auf den Wellenabschnitten (42a, 42b) an axial äußeren Enden jeweils ein erstes Lager (54a, 54b) angeordnet ist, wobei das eine erste Lager (54a) auf dem Wellenabschnitt (42a) des ersten Abstützaufbaus (30a) und das andere erste Lager (54b) zwischen den Wellenabschnitten (42a, 42b) angeordnet ist.
  2. Fahrzeuggetriebe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Endabschnitt (50a, 50b) ein zweites Lager (58a, 58b) angeordnet ist.
  3. Fahrzeuggetriebe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Packungsraum (76, 82) ein System von Kupplungen (72, 78, 80) und/oder Zahnradsätzen (74, 74) untergebracht ist.
  4. Fahrzeuggetriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenabschnitte (42a, 42b) aufeinander aufschiebbar sind.
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