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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Scheibenwischerarm, insbesondere
für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Stand der Technik
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Wischerarme
in Scheibenwischeinrichtungen sind an einer pendelnden Wischerwelle
befestigt und tragen an ihrem freien Ende ein Wischblatt, das auf
der zu reinigenden Scheibe aufliegt. Damit das Wischblatt mit einer
definierten Kraft gegen die Scheibe gepresst wird, um einen sauberen
Abtrag des Wassers auf der Scheibe sicherzustellen, wird der Wischerarm
und damit auch das Wischerblatt bezogen auf die Wischerwelle von
der Kraft eines Federelementes beaufschlagt.
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Ein
derartiger Gegenstand wird beispielsweise in der
US 2,289,552 beschrieben. Der Wischerarm ist
zweiteilig aufgebaut und umfasst ein Befestigungsteil, welches mit
der Wischerwelle verbunden ist, sowie ein Tragteil, welches Träger
des Wischblattes ist, wobei das Befestigungsteil und das Tragteil gelenkig
miteinander verbunden sind. Zwischen Befestigungsteil und Tragteil
wirkt eine Blattfeder, die das Tragteil um die Achse des verbindenden
Gelenks in Richtung auf die zu reinigende Scheibe kraftbeaufschlagt.
Die Blattfeder stützt sich auf der dem Befestigungsteil
zugewandten Seite an einer Hülse ab, die als Bestandteil
des Verbindungsgelenks fest mit dem Befestigungsteil verbunden ist.
Dadurch entstehen verhältnismäßig hohe
Kräfte im Gelenk, die insbesondere bei einer Ausführung
der Bauteile aus Kunststoff zu einer Deformation durch Kriechen
führen können. Bei höheren Temperaturen
kann sich dieses Problem noch verstärken.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen konstruktiven
Maßnahmen einen Scheibenwischerarm zu schaffen, bei dem
die Lagerkräfte zwischen Bauteilen des Wischerarmes reduziert
und zugleich sichergestellt ist, dass der Wischerarm gegen die zu
reinigende Scheibe gedrückt wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben
zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Der
erfindungsgemäße Scheibenwischerarm, der insbesondere
in Kraftfahrzeugen Verwendung findet, ist Bestandteil einer Scheibenwischeinrichtung,
welche zur Reinigung einer Scheibe dient. Der Scheibenwischerarm
umfasst ein mit einer Wischerwelle zu verbindendes Befestigungsteil
sowie ein Tragteil, welches Träger des Wischblattes ist,
das auf der zu reinigenden Scheibe aufliegt. Das Tragteil ist über
ein Verbindungselement beweglich mit dem Befestigungsteil gekoppelt.
Des Weiteren ist ein zwischen Befestigungsteil und Tragteil wirkendes
und das Tragteil in Richtung auf die Scheibe beaufschlagendes Federelement
vorgesehen, dessen Wirklinie im Wesentlichen parallel zur Auflagekraft
des Wischblattes auf die Scheibe gerichtet ist.
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Diese
Ausführung hat den Vorteil, dass ohne Vergrößerung
des Bauraumes des Wischerarmes ein größerer Hebel
zur Erzeugung der Auflagekraft realisiert werden kann. Zugleich
werden die Lagerkräfte gegenüber Ausführungen
aus dem Stand der Technik erheblich reduziert, was sich positiv
auf den Verschleiß, insbesondere das Kriechverhalten des Werkstoffes
auswirkt. Die Reduzierung der Lagerkräfte kommt im Wesentlichen
dadurch zustande, dass von dem Lager, welches von dem Verbindungselement
zwischen Tragteil und Befestigungsteil gebildet ist, lediglich Reaktionskräfte
als Summe der Federkraft und der Auflagekraft aufgenommen werden müssen.
Die Wirklinie des Federelementes in der im Wesentlichen gleichen
Wirkrichtung wie die Auflagekraft ermöglicht die Ausnutzung
einer Hebelwirkung mit einer Kraftverstärkung durch die
als Hebel wirkenden Abschnitte zwischen dem Federelement und dem
Verbindungselement einerseits sowie dem Verbindungselement und der
Aufnahme des Wischerblattes andererseits. Durch einen entsprechend
groß gewählten Abstand zwischen der Wirklinie
des Federelementes und dem Verbindungselement kann eine große
Hebelverstärkung erzielt werden, was den Einsatz kleiner
dimensionierter Federelemente zum Einstellen einer definierten Auflagekraft
erlaubt.
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In
bevorzugter Ausführung ist das das Wischblatt aufnehmende
Tragteil länglich ausgebildet, wobei die Wirklinie des
Federelements im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung,
also zur Längsachse des Tragteils gerichtet ist. Dies entspricht
der üblichen Ausführung eines Scheibenwischerarmes,
bei der der Wischerarm die Distanz zwischen der eine Pendelbewegung
ausführenden, antreibenden Wischerwelle und dem Wischblatt überbrückt,
wobei das Tragteil und das Wischblatt üblicherweise parallel
zueinander liegen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführung ist das Verbindungselement, über
das das Tragteil am Befestigungsteil angekoppelt ist, als einfaches
Drehgelenk ausgeführt, welches genau einen rotatorischen
Freiheitsgrad besitzt, dessen Drehachse zweckmäßigerweise
zumindest annähernd parallel zu der zu reinigenden Scheibe
liegt, so dass bei einer Relativschwenkbewegung zwischen Befestigungsteil und
Tragteil letzteres in Richtung auf die Scheibe bzw. weg von dieser
verschwenkt wird. über die Kraftbeaufschlagung mithilfe
des Federelementes wird das Tragteil um die Achse des Drehgelenkes
in Richtung auf die Scheibe kraftbeaufschlagt, woraufhin sich die
gewünschte Auflagekraft des Wischblattes auf der Scheibe
einstellt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Drehgelenk als
zapfenloses Gelenk ausgebildet und weist ineinandergreifende, einstückig ausgebildete
Gelenkteile sowohl am Befestigungsteil als auch am Tragteil auf.
Diese Gelenkteile, bei denen es sich beispielsweise um Stege oder
Balken oder um Pins handelt, welche mit den jeweiligen Gelenkabschnitten
verbunden sind, greifen in montierter Position ineinander, so dass
eine in der Regel formschlüssige Verbindung realisiert
ist, die zugleich aber den gewünschten rotatorischen Freiheitsgrad
ermöglicht.
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Grundsätzlich
kommen als Verbindungselement aber auch sonstige Ausführungen
in Betracht, beispielsweise Gelenke mit mehr als einem Freiheitsgrad
wie z. B. einem rotatorischen und einem translatorischen Freiheitsgrad
oder auch Verbindungsanordnungen, die ausschließlich eine
translatorische Relativbewegung zwischen Befestigungsteil und Tragteil
ermöglichen. Wesentlich ist hierbei, dass das Verbindungselement
eine rotatorische und/oder translatorische Relativbewegung zwischen
Gelenkteil und Tragteil ermöglicht und dass das Federelement
seine Federwirkung in der Weise entfaltet, dass das Tragteil seinem
Bewegungsfreiheitsgrad folgend in Richtung auf die Scheibe gepresst
wird.
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Als
Federelement kommen verschiedene Ausführungen in Betracht.
Gemäß einer ersten, einfach ausgebildeten Ausführung
ist das Federelement als Schraubenfeder, insbesondere als Schraubendruckfeder
ausgebildet, die in der Ausführung des Verbindungselementes
als Drehgelenk auf Abstand zur Drehachse positioniert ist und eine
Druckkraft zwischen dem Befestigungs- und Tragteil ausübt. Der
Abstand zwischen der Schraubenfeder und der Drehachse wirkt als
Hebel, wobei über das Verhältnis der Hebellängen
die Kraftübertragung an der Position der Anbindung des
Wischblatts an das Tragteil eingestellt werden kann.
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Es
kann zweckmäßig sein, die Schraubenfeder zumindest
an einem Ende, vorteilhafterweise aber an beiden Enden in jeweils
eine Bohrung einzusetzen, die beispielsweise als Sacklochbohrung
ausgeführt und in das Befestigungsteil bzw. in das Tragteil
eingebracht ist.
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Gemäß einer
weiteren zweckmäßigen Ausführung ist
das Federelement, insbesondere in seiner Ausbildung als Schraubendruckfeder,
als Polymerfeder ausgeführt. Da über die Wahl
der Hebellängen eine Verstärkung der Federkraft
erzielt werden kann und somit kleinere Federelemente einsetzbar
sind, reicht die Ausführung als Polymerfeder grundsätzlich für
die Erzielung einer gewünschten Auflagekraft zwischen Wischblatt
und Scheibe aus.
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Gemäß einer
alternativen Ausführung ist das Federelement als Spiralfeder
oder als Schenkelfeder ausgebildet, wobei die Schenkel der Feder
jeweils dem Befestigungsteil und dem Tragteil zugeordnet sind und
diese mit einer auseinanderdrückenden bzw. zusammenziehenden
Federkraft beaufschlagen. Vorteilhafterweise ist die Spiral- bzw.
Schenkelfeder um die Achse des Drehgelenks gelegt, was eine Raum
sparende Anordnung ermöglicht.
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Die
geringere Federkraft, welche zur Einstellung einer gewünschten
Auflagekraft erforderlich ist, und die daraus resultierenden geringeren
Lagerkräfte ermöglichen eine Ausführung
der Teile des Scheibenwischerarms aus Kunststoff, insbesondere als Druckguss-Kunststoffteile.
Grundsätzlich ist aber auch eine Ausführung aus
Metall bzw. als Blechteile möglich.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Scheibenwischvorrichtung für
ein Kraftfahrzeug,
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2 eine
Darstellung des Scheibenwischerarms, bestehend aus einem Befestigungsteil, welches
mit einer Wischerwelle zu verbinden ist, und einem Tragteil, das über
ein Drehgelenk drehbar mit dem Befestigungsteil verbunden ist, und
mit einem Federelement zwischen Befestigungsteil und Tragteil, einschließlich
einer Darstellung der auf den Scheibenwischerarm wirkenden Kräfte,
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3 der
Scheibenwischerarm gemäß 2 in einer
in Richtung auf die Scheibe ausgelenkten Lage des Tragarmes,
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4 der
Scheibenwischerarm in einer in Gegenrichtung ausgelenkten Lage,
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5 das
zwischen Befestigungsteil und Tragteil angeordnete Federelement,
welches als Schraubenfeder ausgebildet ist und in Sacklochbohrungen
in den Wischerteilen aufgenommen ist, dargestellt in nicht ausgelenkter
Lage (oberes Bild) und ausgelenkter Lage (unteres Bild),
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6 eine
Ausführungsvariante des Federelementes zwischen Befestigungs-
und Tragteil, bei der die Enden des Federelementes in gelenkig mit dem
jeweiligen Bauteil verbundenen Aufnahmegliedern aufgenommen sind,
dargestellt im ausgelenkten Zustand (linkes Bild) und im Ausgangszustand (rechts
Bild),
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7 der
Scheibenwischerarm in einer Ausführungsvariante, bei der
das Federelement als Polymerfeder ausgebildet ist,
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8 der
Scheibenwischerarm in einer weiteren Ausführungsvariante,
bei der das Federelement als Schenkelfeder ausgebildet ist,
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9 bis 12 verschiedene
Ausführungsvarianten des als Gelenk ausgebildeten Verbindungselementes
zwischen Befestigungsteil und Tragteil,
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13a ein mehrgliedrig ausgebildetes Drehgelenk,
welches als Verbindungselement zwischen Befestigungsteil und Tragteil
eingesetzt wird, dargestellt während der Montage,
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13b das mehrgliedrige Drehgelenk im fertig montierten
Zustand,
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14 einen
Schnitt durch den Scheibenwischerarm durch das Befestigungsteil
und das Tragteil in einer ersten Ausführung,
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15 ein 14 entsprechender
Schnitt, jedoch in einer zweiten Ausführung von Befestigungsteil
und Tragteil.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die
in 1 dargestellte Scheibenwischvorrichtung 1 wird
vorzugsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt und dient zum Wischen
einer Fahrzeugscheibe 2, beispielsweise eine Frontscheibe
oder einer Heckscheibe. Die Scheibenwischvorrichtung 1 umfasst
einen Wischerarm 4, der von einer Antriebsvorrichtung 3 mit
elektrischem Antriebsmotor angetrieben wird und eine pendelnde Drehbewegung
ausführt. An dem der Antriebsvorrichtung 3 abgewandten
Ende trägt der Wischerarm 4 ein Wischblatt 5, welches
auf der Scheibe 2 aufliegt und diese im Betrieb der Scheibenwischvorrichtung 1 reinigt.
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Wie
der detaillierten Darstellung des Scheibenwischerarms 4 aus 2 zu
entnehmen, ist der Wischerarm zweiteilig ausgebildet und setzt sich
aus einem Befestigungsteil 6 und einem Tragteil 7 zusammen,
wobei das Befestigungsteil 6 mit einer Wellenaufnahme 9 für
eine Wischerwelle der Antriebsvorrichtung versehen ist und am freien,
hakenförmigen Ende des Tragteils 7 das Wischblatt 5 befestigt wird,
welches auf der Scheibe 2 aufliegt. Das Befestigungsteil 6 und
das Tragteil 7 sind über ein als Drehgelenk 8 ausgeführtes
Verbindungselement drehbeweglich miteinander gekoppelt. Das Drehgelenk 8 ermöglicht
genau einen rotatorischen Freiheitsgrad zwischen Befestigungsteil 6 und
Tragteil 7, die Drehachse des Drehgelenks 8 verläuft
zumindest annähernd parallel zur Scheibe 2.
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Die
Wellenaufnahme 9 im Befestigungsteil 6, die einen
Bestandteil der gelenkigen Aufnahme des Befestigungsteils an der
Antriebsvorrichtung bildet, liegt auf Abstand zum Drehgelenk Befestigungsteil und
Tragteil. Des Weiteren ist ein Federelement 10 zwischen
Befestigungsteil 6 und Tragteil 7 vorgesehen,
das vorteilhafterweise als Schraubenfeder, insbesondere als Schraubendruckfeder
ausgebildet und ebenfalls auf Abstand zum Drehgelenk 8 positioniert ist.
Das Federelement 10 befindet sich bezogen auf das Drehgelenk 8 auf
der gegenüberliegenden Seite zur Anbindung des Wischblattes 5 am
hakenförmigen Ende des Tragteils 7, und zwar benachbart
zur Wellenaufnahme 9 im Befestigungsteil 6.
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Das
Tragteil
7 ist als längliches Bauteil ausgeführt
und besitzt eine Längsachse
11, die sich zumindest
annähernd parallel zur Scheibe
2 und zum Wischblatt
5 erstreckt.
Die Wirklinie des Federelementes
10 liegt senkrecht zur
Längsachse
11 des Tragteils
7, außerdem
ist die Wirklinie des Federelementes zumindest annähernd
parallel zur Auflagekraft F
W des Wischblattes
5 gerichtet.
Das Federelement
10 weist einen Abstand l
1 zum
Drehgelenk
8 auf, der Abstand zwischen dem Drehgelenk
8 und der
hakenförmigen Aufnahme am gegenüberliegenden Ende
des Wischerarms
4 zur Halterung des Wischblatts
5 ist
mit l
2 bezeichnet. Die Lagerkraft F
L berechnet sich näherungsweise
zu
in Abhängigkeit
von der Auflagekraft F
W des Wischblattes
auf der Scheibe und dem Längenverhältnis der als
Hebel fungierenden Abstände l
1 und
l
2. Aus dieser Beziehung ist auch zu erkennen,
dass das Hebelverhältnis zwischen den Abständen
l
1 und l
2 die Höhe
der Auflagekraft F
W in Abhängigkeit
der Federkraft F
Z bestimmt. Hierbei gilt,
dass die Auflagekraft F
W umso höher
ist, je größer der Abstand l
1 im
Vergleich zum Abstand l
2 ist. Vorteilhafterweise
beträgt der Abstand l
1 zwischen
dem Federelement
10 und dem Drehgelenk
8 mindestens
ein Viertel des Abstandes l
2 zwischen dem
Drehgelenk
8 und der Aufnahme am freien, hakenförmigen
Ende des Tragteils
7.
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In
den 3 und 4 ist der Wischerarm 4 in
ausgelenkter Position dargestellt. Gemäß 3 ist das
Tragteil 7 um das Drehgelenk 8 in Richtung auf die
Scheibe verschwenkt, diese Verschwenkbewegung wird von dem als Schraubenfeder
ausgeführten Federelement 10 unterstützt.
In 4 erfolgt die Auslenkung in Gegenrichtung, also
von der Scheibe weg. Hierbei wird die Schraubenfeder 10 zusammengedrückt
und ist bestrebt, das Tragteil 7 wieder in die Gegenrichtung
auszulenken, also in Richtung der in 3 dargestellten
Position.
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In 5 ist
ein Ausschnitt aus dem Bereich des Federelementes 10 mit
der Aufnahme in den Bauteilen 6 und 7 dargestellt.
Sowohl an das Befestigungsteil 6 als auch an das Tragteil 7 ist
jeweils eine als Sacklochbohrung ausgeführte Bohrung 13 bzw. 14 eingebracht,
in die das jeweilige Ende der Schraubenfeder 10 einragt,
das dort auch befestigt ist. Die Wirklinie 12 des Federelementes 10 liegt
senkrecht zur Längsache 11 bzw. einer hierzu parallelen
Achse des Tragteils 7. Die Aufnahme des Federelementes 10 in
den Sacklochbohrungen 13 und 14 hat den Vorteil,
dass auch bei einer Relativverschwenkung zwischen Befestigungsteil 6 und
Tragteil 7 (unteres Bild in 5) die Wirklinie 12 des
Federelementes 10 senkrecht zur Längsachse 11 bleibt.
Außerdem ist das Federelement 10 sicher in den
Bohrungen aufgenommen, ein versehentliches Verrutschen des Federelementes
ist ausgeschossen.
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In 6 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem modifizierten
Federelement 10 zwischen den Bauteilen 6 und 7 gezeigt.
Das Federelement 10 umfasst eine Schraubenfeder, die zwischen
Aufnahmegliedern 15 und 16 angeordnet und um einen
Verbindungsstab 17 gelegt ist, der die Aufnahmeglieder 15 und 16 miteinander
verbindet, jedoch axial translatorisch gegenüber zumindest
einem Aufnahmeglied 15 bzw. 16 verschoben werden
kann. Jedes Aufnahmeglied 15 bzw. 16 ist mit dem
betreffenden Bauteil 6 bzw. 7 verbunden, wobei
zumindest das dem Tragteil 7 zugeordnete Aufnahmeglied 16 relativ zum
Tragteil 7 eine Schwenkbewegung ausführen kann,
wo dass auch bei ausgelenktem Tragteil 7 die relative Winkellage
sämtlicher Bauteile des Federelementes 10 zueinander
erhalten bleibt.
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Im
Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist
das Federelement 10 als Polymerfeder ausgebildet, welche
ebenso wie eine Schraubenfeder eine in translatorischer Richtung
wirkende Wirklinie aufweist. Die Polymerfeder ist vorzugsweise in
Bohrungen bzw. Sacklochbohrungen aufgenommen, die in einander zugewandten
Seiten in das Befestigungsteil 6 bzw. das Tragteil 7 eingebracht
sind.
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Im
Ausführungsbeispiel gemäß 8 ist
das Federelement 10 als Schenkelfeder ausgeführt,
das einmal im Ausgangszustand – dargestellt mit Bezugszeichen 10' – und
einmal in der eingebauten Position – dargestellt mit Bezugszeichen 10 – gezeigt ist.
Im eingebauten Zustand erzeugen die Schenkel 10a, 10b des
Federelementes 10 eine Wirklinie 12, welche senkrecht
zur Längsachse 11 des Tragteils 7 gerichtet
ist. Die Schenkelfeder 10 ist um die Achse des Drehgelenks 8 gelegt.
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In
den 9 bis 12 sind verschiedene Ausführungsvarianten
für das Drehgelenk 8 zwischen Befestigungsteil 8 und
Tragteil 7 dargestellt. Die Darstellungen entsprechen einem
Schnitt durch den Wischerarm im Bereich des Drehgelenkes. In allen
Ausführungsvarianten gemäß den 9 bis 12 erfolgt
die Drehverbindung zwischen den Bauteilen 6 und 7 mithilfe
eines Stiftes 18, der durch korrespondierende, miteinander
fluchtende Ausnehmungen im Befestigungsteil 6 und im Tragteil 7 geführt
wird und dort gesichert ist. Gemäß 9 übergreift
ein Abschnitt des Tragteils 7 das Befestigungsteil 6 in
Querrichtung. In 10 ist das Tragteil 7 im Querschnitt
U-förmig ausgebildet und übergreift das Befestigungsteil 6.
In 11 ist das Tragteil 7 ebenfalls im Querschnitt
U-förmig ausgebildet, weist jedoch innerhalb der U-Form
noch einstückig angeformte Gelenkbalken 19 auf,
die in korrespondierende Ausnehmungen einragen, welche in das Befestigungsteil 6 eingebracht
sind. Das Ausführungsbeispiel gemäß 12 entspricht
im Grunde demjenigen nach 10, jedoch
ist der Stift 18 in einer Buchse 20 geführt,
die in die Bohrung im Befestigungsteil 6 eingesetzt ist.
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In
den 13a und 13b ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Drehgelenks 8 zwischen den
Bauteilen 6 und 7 dargestellt. Das Drehgelenk 8 benötigt
keinen Stift oder eine sonstige Wellenachse für die Realisierung
der Verdrehmöglichkeit zwischen den Bauteilen 6 und 7.
Vielmehr ist die Verdrehmöglichkeit um die Verdrehachse 22 des
Drehgelenks 8 dadurch realisiert, dass Pins 21,
welche einteilig mit dem Befestigungsteil 6 ausgebildet
sind, in Zwischenräume zwischen den Seitenwänden
des Bauteils 7 und in die U-Form einragende Gelenkbalken 19 einragen
und dort in der Montageposition gemäß 13b formschlüssig gesichert sind. Hierzu
weisen die einragenden Pins 21 einen verjüngten Abschnitt 23 auf,
der von Vorsprüngen 24 an den Seitenwänden
des Bauteils 7 bzw. an den Gelenkbalken 19 hintergriffen
wird.
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Im
Ausführungsbeispiel gemäß 14 handelt
es sich um eine einfache Variante von Befestigungsteil 6 und
Tragteil 7, wobei der Schnitt gemäß 14 außerhalb
des Drehgelenks geführt ist. Das Tragteil 7 besitzt
im Querschnitt U-Form und übergreift das im Querschnitt
rechteckförmige Befestigungsteil 6.
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Im
Ausführungsbeispiel gemäß 15 ist ebenfalls
ein Schnitt durch den Wischerarm 4 außerhalb des
verbindenden Drehgelenks gezeigt. Das Befestigungsteil 6 besitzt
U-Form, es ist jedoch kleiner dimensioniert als das ebenfalls U-Form
aufweisende Tragteil 7, das das Befestigungsteil 6 übergreift.
Zusätzlich ist im Tragteil 7 ein in die U-Form einragender
Mittelbalken 25 einteilig ausgebildet, der in die U-Form
des Befestigungsteils 6 einragt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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