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Die Erfindung betrifft ein flaches Wärmetauscherrohr, das aus einem einzigen endlosen Blechstreifen mit zwei Längsrändern herstellbar ist und das zwei Schmalseiten und zwei Breitseiten aufweist, wobei in dem Blechstreifen eine erste und eine zweite sich in Längsrichtung des Blechstreifens erstreckende Faltung angeordnet sind, in der jeweils eine Schmalseite mittels einer in der Faltung liegenden Biegung ausgebildet ist. Außerdem wird ein Herstellungsverfahren für flache Wärmetauscherrohre vorgestellt.
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Diese Anmeldung stellt alternative Lösungsvorschläge zu denen aus dem internen Stand der Technik
DE 10 2006 041 270 A1 zur Verfügung, aus der Wärmetauscherrohre mit den erwähnten Merkmalen und auch Herstellungsverfahren hervorgehen.
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In der älteren Anmeldung wurde die eine Biegung 100(5) durch Abbiegen des einen Streifenabschnittes in die eine Richtung und die andere Biegung 100(5) wurde durch Abbiegen des anderen Streifenabschnittes in die entgegengesetzte Richtung hergestellt, wie es in der beigefügten 1 zu sehen ist - der eine Streifenabschnitt nach oben und der andere nach unten. im Unterschied zu sonst üblichen Wärmetauscherrohren besitzt das Rohr aus der Stammanmeldung bereits zwei verstärkte Schmalseiten, weshalb es besonders vorteilhaft ist, wenn das Rohr aus einem endlosen Blechstreifen hergestellt werden soll, dessen Blechdicke im Bereich zwischen 0,03 mm und 0,20 mm oder etwas mehr liegen soll. Die beiden Längsränder 3a, 3b des Blechstreifens umgreifen jeweils noch eine Schmalseite des Rohres und liegen au-ßen am Rohr an, so dass sich dort die Wanddicke in den Schmalseiten aus der Anzahl der Faltungen plus Blechdicke des Blechstreifens ergibt.
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Außerdem gibt es eine beachtliche Anzahl von Veröffentlichungen über Wärmetauscherrohre, die auch aus einem einzigen Blechstreifen bestehen, die allerdings nur eine einzige verstärkte Schmalseite aufweisen. Solche Wärmetauscherrohre erschweren, insbesondere dann, wenn sie in dem genannten Wanddickenbereich liegen sollen, die Herstellung des Wärmetauschers, weil darauf zu achten ist, an welcher Seite des Wärmetauschers die eine verstärkte Schmalseite liegen muss. Außerdem gibt es Anwendungen, die aufgrund robuster Einsatzbedingungen zwei verstärkte Schmalseiten verlangen. Für diese Anwendungen sind solche Rohre demnach nicht zu verwenden.
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Die
US 2003/0024694 A1 betrifft eine rechteckige oder oval ausgeformte Röhre, wobei die langen Seitenwände an den kurzen Endwänden verbunden sind.
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Die
GB 683 161 A betrifft eine Röhre für einen Wärmetauscher mit Mehrfachfaltungen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines gegenüber der älteren Anmeldung alternativen flachen Wärmetauscherrohres mit zwei verstärkten Schmalseiten sowie eines alternativen Herstellungsverfahrens für flache Wärmetauscherrohre.
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Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus dem Wärmetauscherrohr mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und aus einem Herstellungsverfahren, das die Merkmale des Anspruchs 10 aufweist. Die abhängigen Ansprüche stellen verschiedene Weiterbildungen dar.
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Es ist vorgesehen, dass die Dicke in den Schmalseiten durch die Anzahl der Faltungen in der Faltung bestimmt ist, sodass die beiden Schmalseiten wenigstens eine dreifache Dicke aufweisen. Damit wird ein Wärmetauscherrohr mit zwei ausreichend verstärkten Schmalseiten zur Verfügung gestellt, ohne dass die Längsränder des Blechstreifens zur Verstärkung herangezogen werden müssen.
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Unter einer Biegung ist im Zusammenhang mit dem vorliegenden Vorschlag eine Umformung zu verstehen, die in der Faltung liegt und sich wie die Faltung in Längsrichtung des Blechbandes bzw. des Rohres erstreckt, wobei eine Biegung auch mehrere Biegungen sein könnten oder eine Biegung mit unterschiedlichen Biegeradien. Beispielsweise könnte eine Biegung an dem einen Übergang von der einen Breitseite zu der einen Schmalseite ausgebildet sein und eine zweite Biegung könnte an dem anderen Übergang von der anderen Breitseite zu der einen Schmalseite vorhanden sein. Solche Rohre wären dann Rohre mit einem etwa rechteckigen Querschnitt. Allerdings wird bei dem vorliegenden Vorschlag auch daran gedacht, flache Rohre bereitzustellen, deren kleine Abmessung d etwa bei 0,7 mm beginnen und bis 15 mm reichen kann und deren große Abmessung D etwa bei 12 mm beginnen kann und bis 300 mm reichen kann. Das bedeutet, dass wenigstens bei kleinen Abmessungen, die angesprochene Biegung in den Faltungen der Schmalseiten wohl eine einzige durchgehende Biegung um etwa 180° sein wird.
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Unter einer Faltung ist im vorliegenden Zusammenhang zu verstehen, dass in Längsrichtung des Blechstreifens sich erstreckende, benachbarte Streifenabschnitte vorhanden und derart zusammengefaltet sind, dass sie aneinander anliegen. Die Breite der Streifenabschnitte bzw. der Faltung ist ausreichend, um nach deren Biegung etwa die gesamte Schmalseite zu umfassen. Die Breite der die Faltung bildenden Streifenabschnitte bzw. der Einzelfaltungen muss jedoch nicht identisch sein, denn unterschiedliche Streifenbreiten können zu sanfteren Übergängen zwischen den Schmalseiten und den Breitseiten des Rohres führen. Beispielsweise könnte der in der Faltung außen liegende Streifenabschnitt der breiteste sein und die nach innen gehenden Streifenabschnitte könnten schrittweise schmaler werden.
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Es ist von Vorteil, dass die beiden Schmalseiten, wie erwähnt, wenigstens eine dreifache Wanddicke aufweisen. Weiterhin könnte auch eine fünffache Wanddicke vorhanden sein.
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Das Rohr ist einfach herstellbar. Die Längsränder können unverformt sein und in der Nähe einer Schmalseite aneinander anliegen, um das Flachrohr zu schließen.
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Es ist von Vorteil, wenn im Anschluss an die Faltungen eine Abkantung ausgebildet ist. Es wird vorgesehen, dass die eine Abkantung etwa über zwei Blechdicken reicht und die andere Abstufung über eine Blechdicke.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass beide Faltungen jeweils in einem sich in Längsrichtung des Blechstreifens erstreckenden Streifenabschnitt ausgebildet sind, wobei sich ein Streifenabschnitt mehr zur Blechstreifenmitte hin befindet und der andere mehr zu einem Längsrand des Blechstreifens hin angeordnet ist.
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Das Herstellungsverfahren für flache Wärmetauscherrohre mit zwei Schmalseiten und zwei Breitseiten, das aus einem einzigen endlosen Blechstreifen mit zwei Längsrändern auf einer Walzenstraße oder dergleichen hergestellt wird, wobei in dem Blechstreifen eine erste Faltung und eine zweite Faltung ausgebildet werden und in der ersten Faltung eine erste Biegung zur Bildung der ersten Schmalseite und in der zweiten Faltung eine zweite Biegung zur Bildung der zweiten Schmalseite hergestellt werden, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass beide Biegungen in eine gemeinsame Richtung aus der Ebene des Blechstreifens weisend ausgeführt werden, wobei beide Längsränder in aufeinander zulaufender Richtung bewegt werden, um das Rohr zu schließen. Mit anderen Worten, der eine Längsrand wird auf einer bogenartigen Bahn bewegt und der andere Längsrand wird ebenfalls auf einer bogenartigen Bahn bewegt, wobei die Bewegungsrichtungen in den Bahnen aufeinander zu laufen, um das Rohr zu schließen. Beim vorne beschriebenen Stand der Technik läuft der eine Längsrand dem anderen Längsrand hinterher - also die Längsränder bewegen sich dort nicht aufeinander zu.
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Der eine Längsrand wird in Ausführungsbeispielen außen am Rohr zur Anlage gebracht und der andere Längsrand wird innen im Rohr angelegt.
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Es ist vorgesehen, dass die beiden Längsränder in der Nähe der einen Faltung aneinander angelegt werden, wobei sie im Wesentlichen unverformt bleiben.
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Im Gegensatz dazu ist vorgesehen, dass der eine Längsrand in die Nähe der einen Faltung gelegt wird und der andere Längsrand an die andere Faltung oder in deren Nähe angelegt wird, wobei vorher ein Streifenabschnitt des Blechstreifens mit Wellungen versehen wird, um das Wärmetauscherrohr mit Kammern auszubilden.
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Es kann als weitere Alternative vorgesehen sein, dass der eine Längsrand in die Nähe der einen Faltung gelegt wird und der andere Längsrand zwischen die Breitseiten gebracht wird.
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Schließlich kann auch vorgesehen werden, dass sich beide Längsränder im Inneren des Rohres befinden, wobei sie sich berühren und an einer Breitseite abstützen.
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Es ist möglich, dass die Biegungen etwa gleichzeitig oder nacheinander ausgeführt werden.
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Es ist von Vorteil, wenn ein Inneneinsatz nach dem Beginn der Ausbildung der Biegungen in das noch teilweise offene Wärmetauscherrohr eingefügt wird, um das Wärmetauscherrohr mit mehreren Kammern auszustatten.
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Alternativ zum Inneneinsatz kann vorgesehen werden, dass eine oder beide Breitseiten des Wärmetauscherrohres mit weiteren Faltungen ausgerüstet werden, um das Wärmetauscherrohr mit mehreren Kammern auszubilden. Als weitere Alternative zum Inneneinsatz kann vorgesehen werden, dass ein Streifenabschnitt des Blechstreifens mit Wellungen ausgebildet wird, die sich beim fertigen Rohr zwischen den Breitseiten erstrecken.
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Somit ergibt sich ein Wärmetauscherrohr, welches insbesondere in Wanddickenbereichen von 0,03 - 0,20 mm seine Vorteile hat, aber natürlich auch bei etwas größeren oder noch kleineren Wanddicken eingesetzt werden kann. Die Verstärkungen sind bei dem vorgeschlagenen Wärmetauscherrohr in den Bereichen vorhanden, in denen sie erforderlich sind, und in anderen Bereichen, beispielsweise in den Breitseiten, über die sich hauptsächlich der Wärmeaustausch abspielt, wird das Rohr mit den erwähnten sehr geringen Wanddicken ausgebildet. Das Gewicht des Wärmetauschers wird dadurch verringert und dessen Wärmetauschfähigkeit hat sich aufgrund der geringen Wanddicken ebenfalls verbessert - die aber auch deshalb verbessert ist, weil die Breitseiten des Wärmetauscherrohres vorzugsweise eben ausgebildet werden, sodass sie exzellente Lötverbindungen mit den Rippen versprechen, die bei einem Wärmetauscher zwischen den Wärmetauscherrohren angeordnet werden. Sämtliche Verbindungen des Wärmetauscherrohres sind als Hartlötverbindungen vorgesehen.
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Das hier vorgeschlagene Rohr hat gegenüber dem bereits angemeldeten Rohr den Vorteil, dass die Längsränder des Inneneinsatzes nicht unbedingt in den Schmalseiten des Rohres zum Zwecke der Verstärkung anliegen müssen, denn die Schmalseiten des hier vorgeschlagenen Rohres werden bereits durch die Faltungen ausreichend stark ausgebildet.
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Weitere Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten und sollen als an dieser Stelle niedergelegt angesehen werden.
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Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Figuren in Ausführungsbeispielen beschrieben. Aus der Beschreibung können weitere Merkmale und Vorteile hervorgehen, die sich später möglicherweise als besonders bedeutsam herausstellen können.
- Die 1 zeigt ein Wärmetauscherrohr aus dem erwähnten internen Stand der Technik.
- Die 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Wärmetauscherrohr im Querschnitt
- Die 3 zeigt ein Rohrstück gemäß 2 in perspektivischer Ansicht.
- Die 4 zeigt einen gesamten Querschnitt des Rohres gemäß 2.
- Die 5 zeigt eine andere mögliche Ausführung des Rohres.
- Die 6 zeigt eine Zwischenstufe im Herstellungsablauf des Rohres.
- Die 7 zeigt eine noch andere Ausführung des Rohres.
- Die 8 - 10 zeigen weitere Abwandlungen des Rohres.
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Die Wärmetauscherrohre werden mit Rippen zum so genannten Netz eines Wärmetauschers zusammengesetzt. Das Netz wird vorzugsweise gelötet, wobei auch jedes Rohr in sich und mit den Rippen verlötet wird. Alternativ ist es möglich, das endlose Wärmetauscherrohre zu löten, im Anschluss daran auf Länge zu schneiden und dann das erwähnte Netz zu bilden, wobei die Rohre mit den Rippen auch mittels Klebens verbunden werden können oder anderweitig in intimen Kontakt gebracht werden, (hier nicht gezeigt)
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Sämtliche Darstellungen zeigen, dass die Breitseiten Bs1, Bs2 der Wärmetauscherrohre vollständig ebene Flächen aufweisen, die dem erwähnten intimen Kontakt entgegenkommen. Dies ist ferner von Vorteil, wenn das Wärmetauscherrohr mit den Enden in Öffnungen eines Rohrbodens eingelötet, geschweißt oder geklebt werden soll. (auch nicht gezeigt)
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Die Breite L (siehe 6) der die Faltung F1, F2 bildenden Faltungen ist in den gezeigten Ausführungen etwa identisch. Die vorne angesprochene Möglichkeit, die Faltungen innerhalb einer Faltung F1, F2 mit unterschiedlichen Breiten L - insbesondere mit nach innen hin kleiner werdender Breite L - auszubilden wurde ebenfalls nicht gezeigt.
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Wie insbesondere die 2, 5 und 7 zeigen, beträgt die Dicke in den Schmalseiten Ss1 und Ss2 die dreifache Dicke s des Blechstreifens, weil sich in jeder Faltung F1 und F2 lediglich zwei Faltungen befinden.
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Die bereits erwähnte 6 zeigt ein Zwischenstadium des endlosen Blechstreifens im Zuge der Herstellung des Wärmetauscherrohres, welches in der 5 gezeigt ist. In entsprechender Weise liegt dieses Zwischenstadium auch bei der Herstellung der in den anderen Figuren gezeigten Wärmetauscherrohre vor. Sämtliche nachfolgend beschriebenen Umformschritte werden mittels nicht gezeigter Walzensätze, die in beträchtlicher Anzahl vorhanden und in Durchlaufrichtung des Blechstreifens hintereinander angeordnet sind, ausgeführt, wobei gewöhnlich jeweils eine Oberwalze und eine Unterwalze zusammenwirken, zwischen denen der Blechstreifen hindurchläuft, um umgeformt zu werden. Solche Walzenstraßen sind aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt. Sie wurde deshalb ebenfalls nicht gezeigt. Zunächst werden die beiden Faltungen F1 und F2 ausgebildet. im Anschluss daran wird der eine Längsrand 11 entsprechend ausgeformt.
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Bei dem Rohr gemäß der 7 würde sich am erwähnten Anschluss die Ausbildung der Wellung W anschließen.
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Dann werden die in den Faltungen F1, F2 laufenden Biegungen B1; B2 hergestellt. Der Beginn der Biegungen B1, B2 liegt etwa in der Mitte der Breite L der Faltung F1, F2. Im Zuge der Herstellung der Biegungen B1, B2 erfolgt zunächst eine Bewegung der Längsränder 11 und 10 in eine gemeinsame Richtung, die in der 6 mittels der gestrichelten Kurven angedeutet wurde. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel geht diese gemeinsame Richtung zunächst nach oben, von der Ebene des Blechstreifens weg, und führt schließlich zum Schließen des flachen Wärmetauscherrohres wenn die Biegungen B1, B2 fertig ausgebildet sind, wobei sich die Längsränder 11, 10 etwa aufeinander zu bewegen. Die gemeinsame Richtung könnte auch nach unten gehen. Ferner könnte der Blechstreifen mit seiner Ebene auch vertikal oder geneigt laufen wobei dann die gemeinsame Richtung nach rechts oder links von der Ebene zeigen würde.
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Die 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem die beiden Längsränder 10 und 11 im Wesentlichen unverformt bleiben und in der Nähe der im Bild rechten Schmalseite Ss2 aneinander anliegen. Die in den Faltungen F1 und F2 liegenden Biegungen B1 und B2 können nahezu gleichzeitig ausgebildet werden.
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Im Unterschied dazu zeigt die 5 ein Ausführungsbeispiel, in dem der eine Längsrand 10 in der Nähe der Schmalseite Ss2 zu liegen kommt und auch im Wesentiichen unverformt bleiben kann. Der andere Längsrand 11 wurde als Abstützung zwischen die beiden Breitseiten Bs1 und Bs2 gebracht. Es versteht sich, dass die Ausbildung der Biegung B2 etwas früher abgeschlossen sein muss als die Biegung B1, damit die in der 5 gezeigte Ausbildung des Wärmetauscherrohres entstehen kann. Er führt zur Ausbildung von zwei Kammern Ka im Wärmetauscherrohr und verleiht dem Rohr Festigkeit, insbesondere gegen Innendruck. Es kommt auch auf die Abmessungen D, d (4) des Wärmetauscherrohres an, welcher Maßnahme im Einzelfall der Vorzug gegeben wird.
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Hinsichtlich der Innendruckbelastungsfähigkeit des Wärmetauscherrohres wird wohl das Rohr gemäß den 7 oder 8 die besten Eigenschaften aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel wurde der eine Längsrand 10 in der Nähe der rechten Schmalseite Ss2 außen am Rohr angelegt und der andere Längsrand 11 wurde von innen an die linke Schmalseite Ss1 gelegt. Er könnte sich auch in der Nähe der linken Schmalseite Ss1 befinden, weil die Schmalseiten Ss1, Ss2 durch die Faltungen F1, F2 bereits stabil genug ausgebildet sind, was in der 8 gezeigt wird, die einen Rohrausschnitt im Bereich der Schmalseite Ss1 darstellt. Der Längsrand 11 liegt dort an der Kante K1 an und kann deshalb nicht so leicht verrutschen. Der zu diesem Längsrand 11 hin laufende Streifenabschnitt des Blechbandes wurde mit zahlreichen Wellungen W versehen. Die Wellungen W werden mit den beiden Breitseiten Bs1 und Bs2 verbunden und führen trotz der geringen Blechbanddicke s von 0,03 mm bis 0,15 mm oder etwas darüber zu Wärmetauscherrohren mit hervorragender Innendruckstabilität. Dieses Rohr weist zahlreiche parallel laufende Kammern Ka auf, die von einem Medium durchströmt werden können. Auch hier trifft zu, was im Zusammenhang mit der 5 ausgeführt wurde, dass nämlich die eine Biegung B2 vollendet sein muss und die Wellungen W an die untere Breitseite Bs2 anliegen sollten, bevor die andere Biegung B1 abgeschlossen und die obere Breitseite Bs1 an die Wellungen W angelegt wird. Wie in der 7 zu sehen ist, wurden die Wellungen W gleichmäßig ausgeführt, so dass die Querschnittsgröße der Kammern Ka etwa gleich ist. In nicht gezeigten Ausführungsbeispielen wurde die Geometrie der Wellungen W verändert, sodass größere und kleinere Kammern Ka entstanden sind.
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In allen gezeigten Ausführungen wurden angrenzend an die Faltungen F1 und F2 Abbiegungen K1 und K2 vorgesehen bzw. ausgebildet, die den durch die Faltungen F1, F2 verursachten Versatz ausgleichen sollen. Dazu reicht die eine Abbiegung K1 über etwa zwei Blechstreifendicken s und die andere Abbiegung K2 lediglich über eine Dicke s.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß der 9 hat gegenüber der 5 den Vorteil, dass eine doppelte Rohrwand in der Breitseite Bs1 vermieden wird.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 10, die lediglich einen Ausschnitt aus der Rohrmitte zeigt, stoßen beide Längsränder 10, 11 etwa in der Rohrmitte aneinander an und stützen sich an der anderen Breitseite Bs2 ab. Auch hier werden Kammern Ka gebildet.
