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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klebeverfahren gemäß Anspruch 1. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Klebeverfahren zum Verbinden zweier Klebepartner unter Verwendung zweier unterschiedlicher Klebstoffe und deren Eigenschaften.
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Im Stand der Technik sind diverse Klebstoffe und Klebstoffverfahren bekannt. Klebstoffe haben im Verlauf ihrer Entwicklung immer mehr Einzug in moderne Produktionsabläufe gehalten. Die im Stand der Technik verwendeten Klebstoffe werden nach ihrer chemischen Basis und nach dem Verfestigungsmechanismus unterschieden. So werden bei herkömmlichen Klebeverfahren beispielsweise physikalisch abbindende Klebestoffe, wie lösemittelhaltige Nassklebestoffe, Dispersionsklebestoffe oder Schmelzklebestoffe verwendet. Daneben haben sich eine Vielzahl von chemisch härtenden Klebstoffen in der Fertigung durchgesetzt, zu den unter anderem Silikon, Cyanacrylat-Klebstoffe, Polyurethanklebstoffe(PUR)-Klebstoffe, zählen.
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Bei Anwendung von herkömmlichen Klebeverfahren ist diesen Verfahren gemeinsam, dass der Klebestoff an der Fügeteiloberfläche durch physikalische Wechselwirkungen haftet. Dieser Haftprozess wird auch als Adhäsion bezeichnet. Bei den Klebeverfahren findet, anders als bei Fügeverfahren wie Schweißen oder Löten, keine Diffusion zwischen den Fügepartnern statt. Folglich weisen Klebestellen regelmäßig eine, in Hinblick auf das gewählte Klebeverfahren und den verwendeten Klebestoff, geringere Festigkeit auf, als vergleichbarer Fügeverfahren bei denen die Diffusionsprozesse zwischen den Werkstoffen stattfinden. Andererseits bietet das Klebeverfahren den Vorteil großflächige Verklebungen vorzunehmen, um dadurch hohe Festigkeiten zu erzielen. Diese erfordert eine auf das spezielle Klebeverfahren angepasste Konstruktion und Gestaltung der Klebeflächen. Ferner hängt die Auswahl des Klebeverfahrens und des zu wählenden Klebestoffes von der speziellen Anwendung und den zu verteilenden Materialien ab. Es besteht ein Bedarf danach, die Klebeprozesse zu beschleunigen, eine schnelle Handlingsfestigkeit zu erzielen, um Folgeprozesse schnell anschließen zu können, während gleichermaßen eine hohe Endfestigkeit benötigt wird, was die Auswahl der Klebestoffe begrenzt.
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So wird in der
DE-A-2411503 beispielsweise ein Klebeverfahren beschrieben zum Verkleben eines elastomeren Materials mit einem Oberflächenbereich eines davon unterschiedlichen Materials, wobei ein Klebstoff verwendet wird, der sowohl für das Material, als auch für das Elastomer geeignet ist und der aus mehreren Komponentenschichten besteht.
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Ferner sind im Stand der Technik Klebeverfahren bekannt, bei dem die Vorteile von aktivierbaren Klebstoffen genutzt werden. So ist in der
WO 96/37566 beispielsweise ein Verfahren zum Verkleben von Substraten mit einem wasserfreien bzw. wasserarmen bei Raumtemperatur festen Klebstoff beschrieben, bei dem man zusätzlich den Klebstoff durch innere und/oder äußere Reibung aktiviert. Danach werden die Substrate mit dem klebrigen Klebstoff zusammengefügt. Beim Ruhen erhält das Gefüge nach wenigen Sekunden bis wenigen Tagen seine Endfestigkeit.
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Nachteilig bei solchen Verfahren ist insbesondere der ungewisse Zeitpunkt bei dem eine ausreichende Handlingsfestigkeit der Klebepartner erzielt wird. Von Handlingsfestigkeit spricht man dann, wenn die Festigkeit so hoch ist, dass der Fixierdruck nicht mehr benötigt wird und die verklebten Teile weitertransportiert oder bearbeitet werden können. Sie betrat regelmäßig zwischen 40–60%, vorzugsweise etwa 50% der Endfestigkeit. Das Erzielen einer schnellen Handlingsfestigkeit ist insofern notwendig, um nach dem Verkleben von Klebepartnern mit der Materialbearbeitung fortfahren zu können.
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Im Stand der Technik ist mit der
EP 087 643 641 ein weiteres Verfahren zum Zusammenkleben von Oberflächen bekannt, indem ein wärmeaktivierbarer Klebstoff auf Basis eines oder mehrerer Polymere verwendet wird, wobei dieses Verfahren die Schritte umfasst, dass ein Klebstoff als Pulver bereitgestellt wird, das Aufbringen des Pulvers in einem trockenen Zustand geschieht und dann das Erhitzen des Klebstoffs zu einem klebrigen Zustand bewirkt wird. Die Klebeflächen können dann zusammengedrückt werden, sobald durch das Erhitzen des Klebstoffs ein klebriger Zustand entstanden ist. Solchen Verfahren liegt aber das Problem zugrunde, dass diverse Prozessparameter Einfluss auf die Klebequalität nehmen. Neben der beschriebenen Aktivierung des Klebstoffs mittels Wärme, sind alternative Klebstoffe bekannt, bei denen eine Aktivierung über UV-Licht erfolgt.
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Die Merkmale Anfangsfestigkeit, Aushärtezeit, die Zeit bis zur Handlingsfestigkeit und die Endfestigkeit sind inhärente Größen des Klebstoffes, die bei der Auswahl des Klebstoffes zu berücksichtigen sind. Werden im Stand der Technik beispielsweise Klebestoffe verwendet mit einer schnellen Handlingsfestigkeit, die in wenigen Sekunden erzielt werden kann, so besteht häufig der Nachteil, dass mit solchen Klebestoffen verklebte Bauteile keine hohen mechanischen oder thermischen Belastungen standhalten. Darüber hinaus besteht bei einigen Kunststoffen, insbesondere bei transparenten Kunststoffen, wie z. B. bei Polycarbonat das Problem von Materialbruch und Spannungsrissen in den Bauteilen, was ein grundsätzliches Materialproblem darstellt.
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Bei der Auswahl geeigneter Kunststoffe, so z. B. bei transparenten Kunststoffen besteht ferner das Problem, dass nur mit eigens dafür angepassten Spezialklebern überhaupt eine akzeptable Klebeverbindung geschaffen werden kann. Diese Kleber können dann wiederum Probleme in Bezug auf den weiteren Klebepartner wie z. B. CFK zeigen.
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So ist ferner zu berücksichtigen, dass bei der Verklebung von z. B. Polycarbonatbauelementen oder Polyamiden auf CFK-(kohlefaserverstärkte)Materialien nur bestimmte Klebestoffe geeignet sind, die mit beiden Klebepartnern eine ausreichen beständige Verbindung eingehen
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Problematisch ist ferner, dass die mechanische Belastbarkeit der Haftung in der Grenzschicht zwischen dem Klebestoff und den Fügeteilen, sowie die Haltbarkeit und andere Eigenschaften nicht zerstörungsfrei geprüft werden können. Es ist daher erforderlich ein Klebeverfahren bereitzustellen, dass so gut beherrscht wird, das man sich auf das Ergebnis ohne vollständige Prüfung hinreichend verlassen kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorbesagten Nachteile zu überwinden und insbesondere ein verlässliches und reproduzierbares Klebeergebnis zu erhalten und insbesondere eine schnelle Handlingsfestigkeit bei hoher Endfestigkeit zu erzielen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Klebeverfahren nach Anspruch 1. Grundgedanke ist dabei, ein Klebeverfahren bereitzustellen, bei dem zwei unterschiedliche Klebstoffe mit definierten Eigenschaften verwendet werden. So wird erfindungsgemäß ein erster Klebstoff mit der Eigenschaft einer schnellen Aushärtezeit und damit einer schnellen Handlingsfestigkeit verwendet, sowie ein zweiter Klebstoff mit der Eigenschaft einer hohen Endfestigkeit. Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist ferner den ersten Klebstoff zur Erzielung einer schnellen Handlingsfestigkeit auf einen ersten Teilbereich der Klebefläche eines der Klebepartner aufzubringen, während der zweite Klebestoff auf einem, davon abweichenden zweiten Teilbereich der Klebefläche aufgebracht wird. Anders ausgedrückt, werden die Klebstoffe an räumlich voneinander getrennten Bereichen aufgebracht. Durch die Verwendung der beiden unterschiedlichen Klebstoffe können die jedem Klebestoff eingeprägten Eigenschaften parallel genutzt werden. Da die Klebestoffe darüber hinaus partiell in unterschiedlichen Teilbereichen der Klebeflächen aufgebracht werden, können diese auch unabhängig voneinander ihre Eigenschaften beim Verkleben entfalten, ohne sich gegenseitig zu stören.
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So wird beim Andrücken lediglich eine Anfangsfestigkeit erzielt, während beim Aushärten der beiden Klebeflächen wie z. B. bei UV-härtenden Systemen über eine definierte Prozessdauer bis zum Erreichen der Handlingsfestigkeit des ersten Klebestoffes ausreichend Haftkraft zwischen den Klebepartnern erzielt wird, so dass die Weiterverarbeitung der Klebepartner schnell möglich ist.
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Es wird daher ein Klebeverfahren zum Verbinden eines, eine Klebefläche aufweisenden ersten Klebepartners mit einem, eine Klebefläche aufweisenden zweiten Klebepartners unter Verwendung eines vorzugsweise UV aushärtenden Klebestoffs mit einer Aushärtezeit T1 sowie einem Strukturklebstoff mit einer gegenüber der Aushärtezeit T1 längeren Aushärtungszeit T2 verwendet, wobei die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:
- a) partielles Aufbringen des UV-aushärtenden Klebstoffs auf einen ersten Teilbereich der Klebefläche des ersten Klebepartners;
- b) partielles Aufbringen des Strukturklebstoffs auf einen zweiten Teilbereich der Klebefläche, wobei der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich voneinander getrennte Teilbereiche darstellen;
- c) Aushärten des UV-härtenden Klebestoffes (1) über eine Zeitdauer T3 bis zum Erreichen der Handlingsfestigkeit der Klebepartner (10, 20).
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Bevorzugt wird das Verfahren unter Verwendung eines UV- aushärtenden Einkomponentenklebstoffes durchgeführt (UV-aushärtender 1K-Klebstoff).
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Besonders bevorzugt wird ein UV-aushärtenden 1K-Klebstoff verwendet, dessen Endfestigkeit in einer Zeitspanne von wenigen Sekunden erzielt wird, vorzugsweise in einer Zeitspanne von etwa 5–20 Sekunden, bei der die Festigkeit 40–60%, vorzugsweise etwa 50% der Endfestigkeit des Gesamtsystems erreicht wird. Dadurch dass ein schnell härtender 1K-Klebstoff verwendet wird, kann innerhalb weniger Sekunden eine solche Festigkeit zwischen den Bauteilen erzielt werden, dass die Bauteile weiter bewegt oder weiter bearbeitet werden können, wobei 40%–60% der Endfestigkeit des Klebstoffsystems (aus den beiden Klebstoffen) nach der UV-Aushärtung erzielt worden sind, wodurch eine ausreichende Handlingsfestigkeit gegeben ist, jedoch der UV-aushärtende Klebstoff bereits nahezu zu 100% ausgehärtet ist.
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In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung werden folgende Fachbegriffe aus der Klebetechnik verwendet.
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Offenzeit ist die Zeitspanne, innerhalb der die Fügeteile spätestens zusammengefügt werden müssen (gerechnet von Zeitpunkt des Klebstoffauftragens), weil sonst kein ausreichende Benetzung mehr zustande kommt. Die Handlingsfestigkeit im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dann gegeben, wenn die Festigkeit so hoch ist, dass der Fixierdruck nicht mehr benötigt wird, somit z. B. nach der UV-Aushärtung, um die Teile weiter zu transportieren oder weiter zu bearbeiten. Sie betrat in etwa 40–60%, vorzugsweise etwa 50% der Endfestigkeit des Klebstoffsystems aus den beiden kombinierten Klebstoffen und beträgt damit ca. 1 MPA
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Die Endfestigkeit bezeichnet die Festigkeit, die nach dem Ende des Aushärtens eines Klebstoffs erreicht wird. Erst nach vollständigem Aushärten, also nach Erreichend der Endfestigkeit kann die Klebestelle voll belastet werden.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet „schnell-härtend” eine Zeitspanne von wenigen Sekunden bis zu etwa einer Minute, um die Endfestigkeit des Klebstoffs zu erzielen. Folglich wird eine Handlingsfestigkeit in einer Zeitspanne von weniger als ca. 20 Sekunden erzielt. Als Handlingsfestigkeit im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine solche Festigkeit verstanden, bei der 40–60%, vorzugsweise etwa 50% der Endfestigkeit des Klebstoffssystems erzielt sind.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet „langsam-härtend” eine Zeitspanne, die im Stunden- bis Tagebereich liegt, um die Endfestigkeit des Klebstoffs zu erzielen. Als „langsam-härtender” Klebstoff wird ein Strukturklebstoff verwendet, dessen Aushärtezeit T2 damit um ein Vielfaches größer ist, als die Aushärtezeiten T1 des UV-aushärtenden Klebstoffs. So weist der langsam aushärtender Strukturklebstoff beispielsweise eine Aushärtezeit von ca. 10–20 Stunden auf mit einer Offenzeit von ca. 3–4 Stunden.
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Folglich lassen sich die spezifischen Eigenschaften der beiden Klebstoffe parallel nutzen.
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Bevorzugt wird als Strukturklebstoff ein Zweikomponentenklebstoff verwendet (2K-Strukturklebstoff).
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Bevorzugt wird das Verfahren mit einer UV-Lampe oder allgemein einer UV-Lichtquelle durchgeführt, bei der die Wellenlänge des UV-Lichtes 365 nm beträgt. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diesen Wellenlängenbereich beschränkt. Es können auch UV-Lichtquellen mit einer anderen Wellenlänge verwendet werden, sofern diese auf den jeweils verwendeten Klebstoff abgestimmt ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders gut zum Verkleben von Polycarbonatbauteilen auf CFK-Bauteilen (kohlefaserverstärkter Kunststoff) sowie für Polyamid PA12, da dieses kaum anfällig für Spannungsrisse sind. Alternativ können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch andere Bauteilpartner verklebt werden, wie beispielsweise Polyamide und Metalle.
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In einer allgemeinsten Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren als ein 3K-Klebeverfahren betrachtet werden (Dreikomponenten-Klebeverfahren) mit einem schnell-härtenden 1K-Klebstoff zur Erzielung der Handlingsfestigkeit und einem 2K-Stukturklebstoff zum Erzielen der Temperaturbeständigkeit und Endfestigkeit.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Klebeverfahrens werden die beiden Klebstoffe partiell auf getrennten Teilbereichen der Klebefläche aufgebracht. Durch geeignete Wahl der Teilbereiche lassen sich die, für die zu verklebenden Bauteile, geeigneten Teilbereiche auswählen. So werden für eine kreisförmig zu verklebende Platte bevorzugt ein zentraler Teilbereich und ein diesen ringförmig umgebender Bereich ausgewählt.
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Bei einer solchen Ausführungsform wird der UV-aushärtende 1K-Klebstoff ringförmig um den Zentralbereich aufgebracht, während der Strukturklebstoff im Zentralbereich vorzugsweise punktförmig auf die Klebefläche aufgebracht wird. Besonders bevorzugt befindet sich zwischen den beiden Bereichen ein Ringbereich, der keinen Klebstoffauftrag aufweist. Allerdings kann der Klebstoff auch auf der Klebefläche an anderen geeigneten Stellen aufgebracht werden oder beispielsweise in Klebemustern aufgetragen werden.
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Bei großflächig zu verklebenden Bauteilen können auch ganze Klebemuster von getrennten Teilbereichen ausgebildet werden. Auf diese Weise können die Klebstoffeigenschaften des ersten Klebstoffs und des zweiten Klebstoffs über die gesamte Klebefläche ausgenutzt werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend anhand des beschriebenen Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Figuren näher erläutert.
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Hierbei zeigen:
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1: eine Seitenansicht beispielhafter Klebepartner;
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2: eine Ansicht ähnlich der 1, bei der auf der Klebefläche des ersten Klebepartners der schnell-härtende 1K-Klebstoff und ein 2K-Strukturklebstoff aufgebracht sind;
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3: eine Aufsicht auf den ersten Klebepartner gemäß 2, bei dem die getrennten Teilbereiche mit den Klebstoffen ersichtlich sind.
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In 1 ist beispielhaft ein erster Klebepartner 10 oberhalb eines zweiten Klebepartners 20 dargestellt. Der erste Klebepartner 10 umfasst eine Platte 16, an der ein Gewindestab 17 befestigt ist. Die Unterseite der Platte 16 bildet eine Klebefläche 11 aus. Die Klebefläche 11 liegt der Klebefläche 21 des zweiten Klebepartners 20 gegenüber.
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Die Klebefläche 11 des ersten Klebepartners 10 weist einen Zentralbereich 15 auf, der sich in etwa unterhalb des Gewindestabs 17 in der Mitte der Klebefläche 11 befindet. Die Klebefläche 11 weist um den Zentralbereich 15 herum einen zweiten Teilbereich 14 auf, der sich ringförmig um den Zentralbereich 15 erstreckt, wie dies in 3 ersichtlich ist.
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Wie ferner in der 2 und der 3 exemplarisch dargestellt, ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein UV-aushärtendender Klebstoff 1 ringförmig auf der Klebefläche 11 des ersten Klebepartners 10 aufgebracht.
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Der erste Klebepartner 10 umfasst eine Polycarbonatplatte 16, die in der Aufsicht in 3 schematisch dargestellt ist.
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Im Zentralbereich 15 ist ein Klebepunkt eines UV-aushärtenden 2K-Strukturklebestoffs 2 aufgebracht. Um den punktförmigen Klebeauftrag mit dem 2K-Strukturklebstoffs 2 ist ein UV-aushärtender 1K-Klebstoff 1 ringförmig im zweiten Teilbereich 14 aufgebracht.
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Die mit den beiden Klebstoffen 1, 2 versehene Klebefläche 11 des ersten Klebepartners 10 wird auf die in 1 und 2 dargestellte Klebefläche 21 des zweiten Klebepartners 20 gedrückt und für eine Dauer T3 bis zum Erreichen der Handlingsfestigkeit des UV-härtenden Klebstoffs 1 gehalten.
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Bei anderen Formen der Klebepartner kann das erfindungsgemäße Verfahren gleichsam angewendet werden. So können z. B. beim Verkleben zweier Plattenteile die Klebstoffe gemäß einem schachbrettartigen Muster aufgetragen werden, um diese dann zusammenzudrücken. Auf diese Weise verteilen sich die Spannungen gleichmäßig über die ganze Platte.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- UV-aushärtender Klebstoff
- 2
- Strukturklebstoff
- 10
- erster Klebepartner
- 11
- Klebefläche
- 12
- erster Teilbereich
- 14
- zweiter Teilbereich
- 15
- Zentralbereich
- 16
- ringförmige Platte
- 20
- zweiter Klebepartner
- 21
- Klebefläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2411503 A [0004]
- WO 96/37566 [0005]
- EP 087643641 [0007]
