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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer Drahtlitze oder eines Drahtseils, die eine Einrichtung zum Verseilen von Drahtsträngen zu der Drahtlitze oder dem Drahtseil aufweist und einen Ziehstein umfasst, der mit einer Öffnung versehen ist, durch welche die Drahtlitze oder das Drahtseil zu ihrer bzw. seiner Verdichtung bewegbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der Drahtlitze oder des Drahtseils.
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Bei solchen durch Benutzung bekannten Vorrichtungen besteht das Problem, dass beim Verseilen mit großen Verseilgeschwindigkeiten Drahtbrüche auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der dieses Problem nicht auftritt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Öffnung einen Einlauf- und Verdichtungsabschnitt umfasst, der eine im Querschnitt konkav gewölbte Form aufweist.
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Aufgrund der gewölbten Form der Öffnung ist die mechanische Belastung, die an den Drahtsträngen beim Eintritt in die, vorzugsweise rotationssymmetrische, Öffnung des Ziehsteins und bei Verdichtung im Ziehstein auftreten, geringer, so dass die Drahtlitze oder das Drahtseil mit einer größeren Geschwindigkeit durch den Ziehstein gezogen werden kann.
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Als besonders vorteilhaft erweist sich die Erfindung, wenn der Ziehstein am Verseilpunkt, an dem die Drahtstränge zu der Drahtlitze bzw. dem Drahtseil gewunden werden, angeordnet ist. Durch die Erfindung wird es möglich, die Drahtstränge innerhalb des Ziehsteins sowohl zu verwinden als auch zu verdichten. Die gewölbte Form des Einlauf- und Verdichtungsabschnitts unterstützt dabei die gewünschte Anordnung der Drahtsträge in der Drahtlitze bzw. dem Drahtseil. Überraschend hat sich gezeigt, dass bei der gleichzeitigen Verseilung und Verdichtung mit größeren Verseilgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann als wenn die beiden Verfahrensschritte getrennt voneinander durchgeführt werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Drahtstränge bei der gleichzeitigen Verseilung und Verdichtung mehr Freiheitsgrade haben, um sich in der Drahtlitze bzw. dem Drahtseil anzuordnen. Bei der Bewegung der Drahtstränge durch die Öffnung des Ziehsteins findet eine Kaltverformung in Längsrichtung statt, wodurch die Drahtstränge verlängert werden. Da die Drahtstränge oftmals unterschiedlich große Dicken aufweisen, und, insbesondere bei mehrlagigen Drahtlitzen oder Drahtseilen, auch in Längsrichtung unterschiedlich stark verformt werden, ist der Vorteil der Anordnung des Ziehsteins im Verseilpunkt, dass nur eine derartige Länge der Drahtstränge zu der Drahtlitze bzw. dem Drahtseil gewunden wird, die auch zu deren bzw. dessen Bildung benötigt wird. Es werden also Eigenspannungen und insbesondere auch eine Korbbildung, d.h. eine ungleichmäßige Anordnung der Drahtstränge in der Drahtlitze bzw. dem Drahtseil, vermieden.
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Es hat sich gezeigt, dass mit besonders großen Verseilgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann, wenn der Durchmesser der Öffnung in dem Einlauf- und Verdichtungsabschnitt proportional zum Kehrwert des Abstands vom Rand des Einlauf- und Verdichtungsabschnitts abnimmt. Die hyperbolische Form der Öffnung unterstützt die oben beschriebenen Vorgänge bei der Verseilung und der Verdichtung besonders gut. Es kommen aber auch andere konkave Wölbungsformen in Betracht, bei denen der Durchmesser bei einem Abstand x nicht proportional zu 1/x ist, beispielsweise eine Proportionalität zu 1/x2, 1/x3 oder höherer Potenzen oder einer kreisrunden konkaven Wölbung.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Ziehstein in der Vorrichtung derart angeordnet und der Einlauf- und Verdichtungsabschnitt am Rand der Öffnung derart geformt, dass die Drahtstränge beim Eintritt in die Öffnung lediglich mit der Innenwand des Einlauf- und Verdichtungsabschnitts in Kontakt kommen. Vorteilhaft wird dadurch erreicht, dass die Drahtstränge beim Eintritt in den Ziehstein lediglich tangential mit der Innenwand in Kontakt kommen und die Drahtstränge somit trotz der hohen Verseilgeschwindigkeiten mechanisch nicht zu stark belastet werden und nicht zu stark erhitzen.
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Es versteht sich, dass für den Einlauf -und Verdichtungsabschnitt ein Proportionalitätsfaktor zwischen dem Durchmesser und dem Abstand vom Rand besteht, der von mehreren die Verformung betreffenden Parametern, insbesondere vom Grad der Verformung, der Änderung des Füllfaktors, der Materialhärte oder/und der Anzahl oder des Aufbaus der zu verseilenden Drahtstränge, abhängig ist. Für stärkere Verformungsgrade und/oder Drahtstränge größerer Härte wird für den Einlauf- und Verdichtungsabschnitt zweckmäßigerweise eine Form gewählt, bei der der Proportionalitätsfaktor verhältnismäßig groß und damit die Wölbung relativ gering ist, während bei geringeren Verformungsgraden bzw. Drahtsträngen geringerer Härte eine Form mit einem geringeren Proportionalitätsfaktor gewählt wird, sodass der Einlauf- und Verdichtungsabschnitt weniger stark gewölbt ist.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Öffnung einen zylindrischen Kanalabschnitt auf, in dem die Drahtlitze bzw. das Drahtseil im verdichteten Zustand gehalten wird, wenn sie bzw. es durch den Ziehstein gezogen wird. Zweckmäßigerweise beträgt die Länge des zylindrischen Kanalabschnitts ≥ 45 %, vorzugsweise ≥ 50 %, des Durchmesser des zylindrischen Kanalabschnitts, wobei die Länge vorzugsweise maximal 60 % des Durchmessers beträgt. Dadurch wird ein Ausgleich zwischen der für die Verdichtung notwendigen Länge des zylindrischen Kanalabschnitts und einer maximalen, die mechanischen Eigenschaften der Drahtlitze bzw. des Drahtseils nicht verschlechternden Erhitzung der Drahtlitze bzw. Drahtseils sichergestellt. Der Durchmesser der Öffnung am Rand des Einlauf- und Verdichtungsabschnitts ist zweckmäßigerweise zumindest dreimal, vorzugsweise zumindest viermal, so groß wie der Durchmesser des zylindrischen Kanalabschnitts, sodass sichergestellt ist, dass die Drahtstränge beim Eintritt in den Ziehstein lediglich die Innenwand des Einlauf- und Verdichtungsabschnitts berühren. Da die Drahtlitze bzw. das Drahtseil sich nach der Verdichtung im Ziehstein normalerweise geringfügig aufweitet, ist der Durchmesser des zylindrischen Kanalabschnitts zweckmäßigerweise entsprechend der zu erwartenden Aufweitung geringfügig kleiner gewählt als der zu erzielende Drahtlitzen- bzw. Drahtseildurchmesser.
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Während in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Öffnung bis hin zu dem zylindrischen Kanalabschnitt gewölbt bzw. hyperbolisch geformt ist, ist es vorstellbar, in der Öffnung zwischen dem Einlauf- und Verdichtungsabschnitt und dem zylindrischen Kanalabschnitt einen konischen Verdichtungsabschnitt vorzusehen. Der Öffnungswinkel α des konischen Verdichtungsabschnitts beträgt zweckmäßigerweise 3° bis 20°, vorzugsweise 5° bis 16°.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Öffnung in Verseilrichtung gesehen hinter den zylindrischen Kanalabschnitt einen sich aufweitenden Auslaufabschnitt auf, der vorzugsweise im Querschnitt gesehen konkav gewölbt ist. Vorteilhaft wird die gebildete Drahtlitze bzw. das gebildete Drahtseil beim Austritt aus dem Ziehstein durch den Auslaufabschnitt, wenn sie bzw. es sich nach der Verdichtung wieder aufweitet, gestützt.
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Während es vorstellbar wäre, den Ziehstein beim Verseilen durch Besprühen mit einem Kühlmittel zu kühlen, ist in dem Ziehstein zweckmäßigerweise ein Kühlkanal vorgesehen, der vorzugsweise mäanderförmig in einer Bodenplatte geführt ist und durch den bei der Verdichtung entstehende Wärme durch ein Kühlmittel, vorzugsweise Luft, Wasser oder Öl, geführt werden kann.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Größe der Öffnung des Ziehsteins verstellbar. Vorteilhaft kann dadurch ein bei der Herstellung von Drahtlitzen oder Drahtseilen unter Verdichtung durch den Ziehstein auftretender Mangel einfacher behoben werden. Problematisch ist, dass bei den bekannten Ziehsteinen im Falle eines Drahtbruchs der bereits verdichteten Drahtlitze bzw. des bereits verdichteten Drahtseils die Bruchstelle nur unter großen Schwierigkeiten repariert werden kann. Da gebrochene Drähte oftmals von der Drahtlitze bzw. dem Drahtseil abstehen, ist es, wenn überhaupt, nur unter erheblichem Aufwand möglich, die Drahtlitze bzw. das Drahtseil zusammen mit dem gebrochenen Draht durch die Öffnung des Ziehsteins zurückzubewegen. Wird dagegen bei der Verseilung mit dem erfindungsgemäßen Ziehstein, bei dem die Größe der Öffnung verstellbar ist, der Mangel festgestellt, wird die Verseilung gestoppt, die Größe der Öffnung des Ziehsteins vergrößert und die Drahtlitze bzw. das Drahtseil so weit durch die Öffnung zurückgeführt, dass der Mangel behoben werden kann. Anschließend wird die Öffnung des Ziehsteins wieder in die Größe verstellt, mit der die Drahtlitze bzw. das Drahtseil verdichtet werden soll und die Verseilung unter Durchführung der Drahtlitze bzw. des Drahtseils durch die Öffnung des Ziehsteins weitergeführt. Schwierigkeiten bei der Rückführung der Drahtlitze bzw. des Drahtseils durch den Ziehstein bestehen nicht mehr.
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Zweckmäßigerweise weist der Ziehstein zumindest zwei Teile auf und zumindest einer der Teile ist zur Verstellung der Größe der Öffnung, vorzugsweise rotativ oder translatorisch, bewegbar.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist für den beweglichen Teil des Ziehsteins eine Führungseinrichtung, vorzugsweise ein Linear- oder Drehlager, vorgesehen.
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Während es vorstellbar wäre, den Ziehstein derart einzurichten, dass die Größe der Öffnung des Ziehsteins von Hand verstellbar ist, ist zur Bewegung des Teils des Ziehsteins in der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein, vorzugsweise hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer, Antrieb vorgesehen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden, sich auf dieses Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
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2 schematisch einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt,
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3 in einem Diagramm Verläufe von Radien eines Abschnitts einer Innenwand des Teils nach 2,
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4 schematisch einen Teil einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt,
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5 schematisch eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung,
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6 ein Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 5 in Vorderansicht, und
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7 und 8 andere Ausführungsformen des Teils nach 5 in Vorderansicht.
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Eine in 1 schematisch dargestellte Verseileinrichtung 2 weist eine scheibenförmige, mit (hier nicht gezeigten) Öffnungen versehene Verseilplatte 10 auf, die beim Verseilen um eine Achse A bewegt wird und über die Drähte 3 zu einem Verseilpunkt geführt werden, an dem sie zu einer Drahtlitze 1 gewunden werden.
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Am Verseilpunkt ist ein in 2 im Querschnitt gezeigter Ziehstein 4 der Länge Z = 24 mm und der Höhe h = 30 mm angeordnet, der mit mäanderförmigen Kühlkanälen 12 versehen ist und mittels einer hier nicht gezeigten Halteeinrichtung befestigt ist. In Verseilrichtung gesehen hinter dem Ziehstein 4 sind Zugrollen 11 vorgesehen, mittels derer die Drähte 3 bzw. die Drahtlitze 1 durch den Ziehstein 4 gezogen wird.
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Wie 2 zu entnehmen ist, weist eine Öffnung 5 des Ziehsteins 4 einen rotationssymmetrische Einlauf- und Verdichtungsabschnitt 6 der Länge z6 = 18 mm auf, der im Querschnitt gesehen konkav gewölbt ist. Der Durchmesser D des Einlauf- und Verdichtungsabschnitts 6 nimmt proportional zum Kehrwert des Abstands x vom Rand 13 des Einlauf- und Verdichtungsabschnitts 6 ab, wie dies genauer für verschiedene Ausführungsbeispiele in dem Diagramm nach 3 gezeigt ist. An den Einlauf- und Verdichtungsabschnitt 6 schließt sich in Ziehrichtung gesehen ein zylindrischer Kanalabschnitt 7 der Länge z7 = 1,5 mm an. Der zylindrische Kanalabschnitt 7 mündet in einen Auslaufabschnitt 8 der Länge z8 = 2,5 mm, der im Querschnitt gesehen konkav gewölbt ist und sich zum Ende 14 der Öffnung 5 hin aufweitet.
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Bei der Herstellung der Drahtlitze 1 werden die Drähte 3 im Bereich des Einlauf- und Verdichtungsabschnitts 6 miteinander zu der Drahtlitze 1 verwunden und die gebildete Drahtlitze 1 dort verdichtet. Im Anschluss wird sie im zylindrischen Kanalabschnitt 7 gehalten und tritt durch den Auslaufabschnitt 8 aus dem Ziehstein 4 aus. Ein geringes Auffedern der Drahtlitze 1 wird dabei von der konkaven Wölbung des Auslaufabschnitts 8 gestützt.
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3 zeigt ein Diagramm, in dem die Radien von Einlauf- und Verdichtungsabschnitten z6 verschiedener Ausführungsformen des Ziehsteins 4 für unterschiedliche Litzen L1 bis L4 gezeigt sind.
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Die Verläufe der verschiedenen Radii der Einlauf- und Verdichtungsabschnitte bestimmen sich nach folgender Formel R(x) = p/(x + k), wobei
- R
- der Radius der Öffnung 5 im Einlauf- und Verdichtungsabschnitt 6 ist,
- p
- ein Proportionalitätsfaktor ist, der sich bestimmt anhand des Grads der Verformung der Drahtlitze, insbesondere der Änderung des Füllfaktors, Anzahl und Aufbau der verwendeten Litzen und/oder der Härte der Drähte,
- x
- der Abstand vom Rand 13 des Ziehsteins ist, und
- k
- eine Konstante zur Anpassung der Wölbungsform der Öffnung 5 im Verhältnis zum Rand 13 ist.
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Die Graphen nach 3 zeigen Verläufe der Radii verschiedener Öffnungen 5 für k = 4 mm und p = z6·d/2, wobei d der Durchmesser des zylindrischen Kanalabschnitts 7 ist.
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Die Litzen L1 bis L4 weisen einen Aufbau 1 + 6 auf und sind aus einem Stahl nach
EN 10264-1 oder
DIN 2078 (σ = 2160 N/mm
2) gebildet. Die Durchmesser der jeweils verwandten Kerndrahts und der Außendrähte sowie der Durchmesser der Litze ohne Verdichtung und nach Verdichtung im Ziehstein
4 sowie der Durchmesser d des zylindrischen Verdichtungsabschnitts
7 sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Tabelle 1:
| Kerndraht | Außendrähte | Litze unverdichtet | Zylindrischer Verdichtungsabschnitt | Litze verdichtet |
L1 | 1,5 | 1,35 | 4,2 | 3,795 | 3,845 |
L2 | 1,125 | 1,05 | 3,225 | 3 | 3,05 |
L3 | 1,75 | 1,6 | 4,95 | 4,612 | 4,662 |
L4 | 2,55 | 2,25 | 7,05 | 6,638 | 6,688 |
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Es wird nun auf die 4 bis 8 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in 1 bis 3 bezeichnet sind und der betreffenden Bezugszahl jeweils der Buchstabe beigefügt ist.
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Ein in 4 gezeigter Ziehstein 4a unterscheidet sich von demjenigen nach 2 dadurch, dass zwischen einem hyperbolischen Einlauf- und Verdichtungsabschnitt 6a und einem zylindrischen Verdichtungsabschnitt 7a ein konischer Verdichtungsabschnitt 9 vorgesehen ist. Der Einlauf- und Verdichtungsabschnitt 6a weist eine Länge z’6 = 14,5 mm, der konische Verdichtungsabschnitt 9 eine Länge z9 = 3 mm auf. Der Einlauf- und Verdichtungsabschnitt 6a weist bis hin zum konischen Verdichtungsabschnitt 9 dieselbe hyperbolische Form auf, wie dies oben für den Einlauf- und Verdichtungsabschnitt 6 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 2 beschrieben ist. Allerdings ist der in Ziehrichtung gesehen hintere Bereich des Einlauf- und Verdichtungsabschnitts 6 im Vergleich zum Ausführungsbeispiel nach 4 ersetzt worden durch den konischen Verdichtungsabschnitt 9.
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Bei der Litzenherstellung mit dem Ziehstein 4a werden die Drähte im Bereich des Einlauf- und Verdichtungsabschnitts 6a zu der Drahtlitze verwunden. Die Litze 1a wird zunächst im hinteren Bereich des Einlauf- und Verdichtungsabschnitts 6a und ferner im konischen Verdichtungsabschnitt 9 verdichtet. Im zylindrischen Kanalabschnitt 7a wird die Drahtlitze 1a im verdichteten Zustand gehalten.
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In Ausführungsbeispielen, die in den Abbildungen nicht näher gezeigt sind, werden mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung Drahtseile hergestellt. Dazu werden analog zu den vorherigen Beispielen einem Ziehstein Drahtlitzen zugeführt und diese in dem Ziehstein zu einem Drahtseil gewunden und dort verdichtet. Es versteht sich, dass die jeweiligen Abmessungen des Ziehsteins dazu an die Durchmesser der Drahtlitzen sowie den zu erzielenden Drahtseildurchmesser, insbesondere unter Berücksichtigung des Grads der Verformung des Drahtseils, d.h. Veränderung des Füllfaktors, Anzahl und Aufbau der verwendeten Litzen und der Härte des Litzenmaterials, angepasst sind.
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Nachfolgend werden weitere erfindungsgemäße Verseileinrichtungen gezeigt, die einen verstellbaren Ziehstein aufweisen. Eine in 5 schematisch dargestellte weitere erfindungsgemäße Verseileinrichtung 2b unterscheidet sich von derjenigen nach 1 durch einen in 6 genauer gezeigten Ziehstein 4b. Der Ziehstein 4b weist zwei Teile 15, 16 auf, die in einem Rahmen 18 an Schienen 20 translatorisch verschiebbar gelagert sind. Zwischen jedem der Teile 15, 16 und dem Rahmen 18 sind Hydraulikzylinder 21 angeordnet, durch die sich die Teile 15, 16 in eine Schließposition (6a) oder eine Öffnungsposition (6b) bringen lassen. Es versteht sich, dass die Öffnung 5b des Ziehsteins 4b eine der oben beschriebenen Formen aufweist.
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Zur Herstellung einer Drahtlitze 1b werden Drähte 3b über die rotierende Verseilplatte 10b zum Verseilpunkt geführt und bei der Verseilung durch die Öffnung 5b des in der Schließposition (6a) angeordneten Ziehsteins 4b gezogen und dadurch verdichtet. Wird bei der Herstellung der Drahtlitze 1b ein Bruch einer der Drähte 3b festgestellt, z.B. da ein gebrochener Draht 17 von der gebildeten Drahtlitze 1b absteht, wird die Verseilung gestoppt und der Ziehstein 4b mittels der Hydraulikzylinder 21 in die in 6b gezeigte Offenstellung bewegt. Anschließend wird die gebildete Drahtlitze 1 wieder durch den Ziehstein 4b zurückbewegt und die Drähte 3b auseinandergewickelt, so dass der Bruch in dem Draht 17 durch Schweißen repariert werden kann. Nach Reparatur des Drahts 17 wird der Ziehstein 4b wieder geschlossen und die Verseilung und Verdichtung, insbesondere auch unter Verdichtung der Bruchstelle, wieder aufgenommen.
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Es versteht sich, dass die Vorrichtung auch zur Herstellung von Drahtseilen vorgesehen sein kann. Dazu können anstatt der Drähte 3b auch Drahtlitzen zu dem Verseilpunkt geführt werden. Das durch die Verseilung gebildete Drahtseil wird dann durch den Ziehstein 4b verdichtet und bei einem auftretenden Mangel, die jeweilige Drahtlitze oder einzelne Drähte repariert.
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Der in 8 gezeigte Zeihstein 4e unterscheidet sich von demjenigen nach 6 dadurch, dass Teile 15e, 16e eines Ziehsteins 4e mit einem mäanderförmigen Kühlkanal 22, 23 versehen sind, der mit einem Kühlmittel, z.B. Luft, Öl oder Wasser, das mittels einer Pumpe durch einen hier nicht gezeigten Wärmetauscher geführt wird, zur Kühlung des Ziehsteins bei der Verseilung durchströmt, werden kann. Anschlussöffnungen der Kühlkanäle 22, 23 können seitlich oder an der Vor- oder Rückseite der Teile 22, 23 vorgesehen sein.
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Die Ausführungsbeispiele nach den 7a und b zeigen Zeihsteine 4c, 4d, die manuell öffen- und schließbar sein können. Teile 15c und 16c eines Ziehsteins 4c können dazu translatorisch auseinander geschoben werden. Es versteht sich, dass für die Ziehsteine in 7a gezeigte Schließposition ist eine hier nicht gezeigte Verschlusseinrichtung vorgesehen, mit der sich der Ziehstein 4c in der Schließposition fixieren lässt.
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Bei dem in 7c gezeigten Ziehstein 4d werden Teile 15d, 16d des Ziehsteins 4d nicht translatorisch, sondern rotatorisch zueinander bewegt. Dazu ist an einer Seite der beiden Teile 15d, 16d ein Drehlager 24 vorgesehen. Auf der gegenüberliegenden Seite der Teile 15d, 16d ist eine hier nicht gezeigte Verschlusseinrichtung vorgesehen, mit dem sich der Ziehstein 16d in der Schließposition fixieren lässt.
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Jeder der Teile 15c, 16c; 15d, 16d der oben beschriebenen Ziehsteine 4c, 4d kann mit einem Kühlkanal 20 versehen sein, wie er in 8 für einen Ziehstein 4d gezeigt ist.
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Es versteht sich, dass alternativ zu der in den Figuren gezeigten kreisrunden Öffnung 5b auch andere Formen, z.B. ovale, drei-, vier- oder mehreckige Formen vorstellbar sind. Ferner könnte der Ziehstein 4b, 4c, 4d auch mehrteilig, z.B. drei- oder vierteilig, ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- EN 10264-1 [0033]
- DIN 2078 [0033]