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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft allgemein elektrische Maschinen sowie Sensoranordnungen für Statoren von elektrischen Maschinen, insbesondere zum Messen einer Temperatur. Die Erfindung betrifft weiterhin Statoren für elektrische Maschinen mit Möglichkeiten zum Messen einer Temperatur in dem Stator.
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Stand der Technik
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Um eine Statortemperatur in einem Stator einer elektrischen Maschine zu messen, wird üblicherweise ein Temperatursensor nahe der Statorwicklung des Stators angeordnet.
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Aus der
DE 10 2011 085 064 A1 ist eine gattungsgemäße Sensoranordnung bekannt, welche ein Trägerelement und ein auf dem Trägerelement angeordnetes Sensorelement zur Temperaturmessung umfasst. Die Sensoranordnung ist beispielsweise in einem Stator einer elektrischen Maschine zwischen zwei Spulenwicklungen angeordnet und dient zur Messung der Temperatur der Spulenwicklungen.
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Aus der
DE 10 2010 063 581 A1 ist eine Stator einer elektrischen Maschine bekannt, welcher einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur der Spulenwicklungen aufweist. Der Temperatursensor umfasst dabei ein Sensorelement, welches von einem Federelement gegen eine der Spulenwicklungen des Stators gedrückt wird.
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Als Sensorelement zur Messung der Statortemperatur einer elektrischen Maschine kommen hauptsächlich Heißleiter zur Anwendung, welche auch als NTC-Widerstand (NTC: Negative Temperature Coefficient) bezeichnet werden. Dabei wird das Sensorelement von einem Strom durchflossen, und der Spannungsabfall an dem Sensorelement wird gemessen. Dadurch ist der Widerstand des Sensorelements ermittelbar, welcher über eine in der Regel nichtlineare Kennlinie mit der Temperatur verknüpft ist. Bei einer zu hohen Temperatur des Stators wird der elektrische Strom durch die Spulenwicklungen des Stators reduziert (abgeregelt) bzw. abgeschaltet, und dadurch eine thermische Überlastung und Zerstörung der elektrischen Maschine verhindert.
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Es ist auch bekannt, ein Sensorelement durch Verkleben in einem Stator anzuordnen. Dabei wird ein epoxidharzbasierter Klebstoff zusammen mit dem Sensorelement in eine Öffnung zwischen zwei Spulenwicklungen eingebracht. Eine solche Klebeverbindung ist verhältnismäßig aufwendig und teuer, und die genaue Position des Sensorelements innerhalb der Öffnung ist nicht exakt festlegbar. Das Sensorelement sollte aber nahe einer Stelle positioniert sein, an welcher im Betrieb der elektrischen Maschine die höchste Betriebstemperatur zu erwarten ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Sensoranordnung der eingangs genannten Art zu verbessern, insbesondere die Montage in einem Stator zu vereinfachen und eine exakte Positionierung des Sensorelements in dem Stator sicher zu stellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Sensoranordnung für einen Stator einer elektrischen Maschine vorgesehen, die ein Sensorelement und ein Halteelement umfasst. Das Halteelement ist in diesem Zusammenhang ein Festkörper, welcher bereits vor Einführen in den Stator als ein diskretes, festes Bauteil vorliegt, und nicht etwa ein Klebstoff, welcher in den Stator eingebracht wird und dort erst aushärtet.
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Erfindungsgemäß weist das Halteelement dabei einen Hohlraum auf, in welchem das Sensorelement zumindest weitgehend aufgenommen ist, wobei das Sensorelement formschlüssig und/oder kraftschlüssig in dem Halteelement aufgenommen ist. Das Sensorelement kann dabei vollständig in dem Halteelement angeordnet sein oder teilweise heraus ragen.
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Dadurch kann die Sensoranordnung verhältnismäßig einfach in dem Stator montiert werden, wobei eine exakte Positionierung des Sensorelements in dem Stator sichergestellt ist. Es ist dazu lediglich das Sensorelement in das Halteelement einzusetzen und das Halteelement in dem Stator anzuordnen. Insbesondere ist kein Zuführen eines Klebstoffs bei der Montage der Sensoranordnung erforderlich.
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Weiterhin kann ein Verwenden eines Klebstoffs bei der Montage der Sensoranordnung vermieden werden. Dadurch ist auch eine spätere Demontage, beispielsweise zum Austausch eines defekten Sensorelements, möglich.
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Das Halteelement kann aus einem elastisch verformbaren Material, insbesondere einem Kunststoff. Das Halteelement ist dadurch verhältnismäßig kostengünstig und einfach herstellbar, insbesondere in einem Spritzgussverfahren. Ferner kann sich das Halteelement beim Einführen des Sensorelements sowie beim Einführen in den Stator an die Formen des Sensorelements sowie des Stators anpassen.
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Gemäß einer Ausgestaltung kann das Halteelement zumindest in einem Abschnitt eine annähernd hohlzylindrische Gestalt aufweisen.
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Dabei ist das Sensorelement von einer Stirnseite in das Halteelement einführbar, was die Montage vereinfacht und das Risiko einer fehlerhaften Montage verringert.
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Weiterhin kann das Halteelement dabei innere Lamellen aufweisen, welche sich in Radialrichtung nach innen erstrecken. Die inneren Lamellen sind so dimensioniert, dass diese dabei an dem Sensorelement anliegen und eine exakte Positionierung des Sensorelements innerhalb des Halteelements in Radialrichtung gewährleisten. Dadurch ist das Sensorelement in Radialrichtung formschlüssig in dem Halteelement gehalten.
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Beim Einführen des Sensorelements in das Halteelement erfahren die inneren Lamellen durch das Sensorelement eine elastische Verformung. Dadurch sind Bauteiltoleranzen ausgleichbar und das Sensorelement wird von den inneren Lamellen kraftschlüssig in dem Halteelement gehalten.
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Alternativ oder zusätzlich kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Halteelement äußere Lamellen aufweist, welche sich in Radialrichtung nach außen erstrecken. Die äußeren Lamellen liegen dabei an dem Stator an und gewährleisten eine exakte Positionierung des Halteelements innerhalb des Stators in Radialrichtung. Dadurch ist das Halteelement in Radialrichtung formschlüssig in dem Stator gehalten.
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Beim Einführen des Halteelements in den Stator erfahren die äußeren Lamellen durch den Stator eine elastische Verformung. Dadurch sind Bauteiltoleranzen ausgleichbar und das Halteelement wird von den äußeren Lamellen kraftschlüssig in dem Stator gehalten.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Halteelement einen sich in Radialrichtung nach innen erstreckenden Fortsatz auf, welcher beim Einführen des Sensorelements in das Halteelement als Endanschlag dient. Dadurch ist das Sensorelement in Axialrichtung formschlüssig in dem Halteelement gehalten. Der Fortsatz ist vorzugsweise an der Stirnseite des Halteelements vorgesehen, welche der Stirnseite, von welcher das Sensorelement in das Halteelement einführbar ist, gegenüber liegt.
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Gemäß einer Weiterbildung weist das Halteelement einen sich in Radialrichtung nach außen erstrecken Flansch oder Kragen auf, welcher beim Einführen des Halteelements in den Stator als Endanschlag dient. Dadurch ist das Halteelement in Axialrichtung formschlüssig in dem Stator gehalten. Der Flansch sowie der Kragen sind vorzugsweise an der Stirnseite des Halteelements vorgesehen, von welcher das Sensorelement in das Halteelement einführbar ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Stator einer elektrischen Maschine vorgesehen, welcher mindestens eine erfindungsgemäße Sensoranordnung umfasst.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung einer Sensoranordnung mit einem Halteelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2: eine Seitenansicht der Sensoranordnung aus 1,
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3: einen Schnitt durch das Halteelement der Sensoranordnung aus 2 entlang der Schnittlinie B-B ohne Sensorelement,
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4: einen Schnitt durch das Halteelement der Sensoranordnung aus 2 entlang der Schnittlinie B-B mit Sensorelement,
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5: eine perspektivische Darstellung einer Sensoranordnung mit einem Halteelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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6: eine Seitenansicht der Sensoranordnung aus 5,
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7: einen Schnitt durch das Halteelement der Sensoranordnung aus 6 entlang der Schnittlinie Y-Y ohne Sensorelement,
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8: einen Schnitt durch das Halteelement der Sensoranordnung aus 6 entlang der Schnittlinie Y-Y mit Sensorelement,
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9: einen Schnitt durch eine Sensoranordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem Stator montiert,
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10: eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts A aus 9, und
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11: der Bereich aus 10 vor der Montage in dem Stator.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Eine Sensoranordnung 10 umfasst ein Halteelement 12 und ein Sensorelement 14. Bei dem Sensorelement 14 kann es um einen Heißleiter handeln, welcher auch als NTC-Widerstand (Negative Temperature Coefficient Thermistor) bezeichnet wird. Das Sensorelement 14 ist mit einer oder mehreren elektrischen Leitungen 16 mit einem Steckverbinder 18 verbunden.
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Das Halteelement 12 besteht aus einem temperaturstabilen Kunststoff mit einer verhältnismäßig hohen Elastizität und ist elastisch verformbar. Das Halteelement 12 weist eine annähernd hohlzylindrische Gestalt auf. Das Halteelement 12 ist beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens herstellbar.
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Im Inneren des Halteelements 12 kann ein sich in Axialrichtung erstreckender Hohlraum 26 vorgesehen sein, welcher das Sensorelement 14 aufnimmt. Das Sensorelement 14 kann eine annähernd kreiszylindrische Gestalt aufweisen. Insbesondere kann das Halteelement 12 einen annähernd kreisrunden Querschnitt aufweisen. Auch andere Querschnitte, beispielsweise ovale, vier- oder mehreckige Querschnitte, sind denkbar.
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Gemäß einem ersten, in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Halteelement 12 an einer Stirnseite einen umlaufenden Flansch 20, welcher sich in Radialrichtung nach außen erstreckt. An der dem Flansch 20 gegenüberliegenden Stirnseite ist ein Fortsatz 24 vorgesehen, welcher ebenfalls umlaufend ausgebildet ist, sich aber in Radialrichtung nach innen erstreckt, wie in 3 dargestellt ist. Das Halteelement 12 weist ferner zwei diametral gegenüberliegende, in Axialrichtung verlaufende Spreizschlitze 22 auf.
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Die elektrischen Leitungen 16 sind von dem Sensorelement 14 durch den Flansch 20 hindurch nach außen zu dem Steckverbinder 18 geführt. Das Sensorelement 14 ist weitgehend innerhalb des Hohlraums 26 angeordnet und durchgreift in der gezeigten Darstellung die dem Flansch 20 abgewandte Stirnseite. Dabei ragt das Sensorelement 14 teilweise aus dem Halteelement 12 heraus, wie in 1, 2 und 4 dargestellt ist. Dabei ist der Fortsatz 24, im Vergleich zu der Darstellung nach 3, umgebogen und liegt bündig an dem Sensorelement 14 an.
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Das Halteelement 12 weist mehrere, in Axialrichtung zueinander versetzt angeordnete äußere Lamellen 30 auf, welche sich in Radialrichtung nach außen erstrecken. Die äußeren Lamellen 30 sind umlaufend ausgebildet, wobei mehrere der äußeren Lamellen 30 von den Spreizschlitzen 22 unterbrochen sind. Die äußeren Lamellen 30 können einen annähernd dreieckigen bzw. sich nach außen verjüngenden Querschnitt haben, wobei eine Spitze des Dreiecks in Radialrichtung nach außen weist.
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Das Halteelement 12 weist ferner mehrere, in Axialrichtung zueinander versetzt angeordnete innere Lamellen 32 auf, welche sich in Radialrichtung nach innen erstrecken. Die inneren Lamellen 32 sind umlaufend ausgebildet, wobei mehrere der inneren Lamellen 32 von den Spreizschlitzen 22 unterbrochen sind. Die inneren Lamellen 32 können ebenfalls einen annähernd dreieckigen bzw. sich nach innen verjüngenden Querschnitt haben, wobei eine Spitze des Dreiecks in Radialrichtung nach innen weist.
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In Axialrichtung gesehen wechseln innere Lamellen 32 und äußere Lamellen 30 miteinander ab. Ein zwischen je einer inneren Lamelle 32 und einer äußeren Lamelle 30 gelegener Bereich des Halteelements 12 wird als Zwischensteg 34 bezeichnet.
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Gemäß einem zweiten, in den 5 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Halteelement 12 an einer Stirnseite einen umlaufenden Kragen 40, welcher sich geneigt zur Radialrichtung nach außen und geneigt zur Axialrichtung von dem übrigen Halteelement 12 weg erstreckt. An der dem Kragen 40 gegenüberliegenden Stirnseite ist ein Fortsatz 24 vorgesehen, welcher ebenfalls umlaufend ausgebildet ist, sich aber in Radialrichtung nach innen erstreckt, wie in 7 und 8 dargestellt ist.
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Die elektrischen Leitungen 16 sind von dem Sensorelement 14 durch den Kragen 40 hindurch nach außen zu dem Steckverbinder 18 geführt. In der Nähe des Halteelements 12 können die elektrischen Leitungen 16 mit einem Schrumpfschlauch 42 überzogen sein. Das Sensorelement 14 kann sich vollständig innerhalb des Hohlraums 26 des Halteelements 12, wie in 8 dargestellt ist, befinden. Das Sensorelement 14 kann dabei durch den Kragen 40 hindurch in das Halteelement 12 bis zu dem Fortsatz 24 eingeführt werden, an welchem das Sensorelement 14 anliegt.
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Das Halteelement 12 kann mehrere, in Axialrichtung zueinander versetzt angeordnete äußere Lamellen 30 aufweisen, welche sich in Radialrichtung nach außen erstrecken. Die äußeren Lamellen 30 sind umlaufend ausgebildet und können einen annähernd dreieckigen bzw. sich nach außen verjüngenden Querschnitt haben, wobei eine Spitze des Dreiecks in Radialrichtung nach außen weist.
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Das Halteelement 12 kann ferner mehrere, in Axialrichtung zueinander versetzt angeordnete innere Lamellen 32 aufweisen, welche sich in Radialrichtung nach innen erstrecken. Die inneren Lamellen 32 können umlaufend ausgebildet sein und ebenfalls einen annähernd dreieckigen bzw. sich nach innen verjüngenden Querschnitt aufweisen, wobei eine Spitze des Dreiecks in Radialrichtung nach innen weist.
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In Axialrichtung gesehen können die inneren Lamellen 32 und die äußeren Lamellen 30 miteinander abwechseln. Ein zwischen je einer inneren Lamelle 32 und einer äußeren Lamelle 30 gelegener Bereich des Halteelements 12 wird als Zwischensteg 34 bezeichnet.
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Zur Montage einer Sensoranordnung 10 in einem Stator 50, wie in 9 dargestellt ist, wird zunächst das Sensorelement 14 von der Stirnseite her, an welcher der Flansch 20 oder der Kragen 40 angeordnet sind, bis zu dem Fortsatz 24 in Montagerichtung M in das Halteelement 12 eingeführt. Anschließend wird das Halteelement 12 in Montagerichtung M in einen Statorzahn 52 des Stators 50 eingeführt.
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Die Montagerichtung M verläuft dabei in Axialrichtung bezüglich des Halteelements 12 von der Stirnseite, von welcher das Sensorelement 14 eingeführt wird, zu der gegenüberliegenden Stirnseite. Das bedeutet, die Montagerichtung M verläuft in Axialrichtung bezüglich des Halteelements 12 von der Stirnseite, an welcher der Flansch 20 oder der Kragen 40 angeordnet sind, auf die Stirnseite zu, an welcher der Fortsatz 24 angeordnet ist.
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Alternativ ist es auch denkbar, zunächst das Halteelement 12 in den Statorzahn 52 einzuführen und danach das Sensorelement 14 in das Halteelement 12 einzuführen. Die Sensoranordnung 10 kann auch an einer anderen Stelle, beispielsweise in einem Statorgehäuse, in einem Statorblech oder zwischen zwei Statorzähnen montiert werden.
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Der Fortsatz 24 wirkt beim Einführen des Sensorelements 14 als Endanschlag. Bei einem Halteelement 12 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wirkt der Flansch 20 als ein Endanschlag für das Halteelement 12 und verhindert ein weiteres Einführen in den Statorzahn 52. Bei einem Halteelement 12 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wirkt der Kragen 40 als ein Endanschlag für das Halteelement 12 und verhindert ein weiteres Einführen in das Statorelement 52.
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Beim Einführen des Sensorelements 14 in das Halteelement 12 erfahren die inneren Lamellen 32 eine Verformung in Montagerichtung M. Beim Einführen des Halteelements 12 in den Statorzahn 52 erfahren die äußeren Lamellen 30 eine Verformung entgegen der Montagerichtung M. Die Zwischenstege 34 erfahren dabei eine Torsion in eine Richtung tangential zu der Axialrichtung und zu der Montagerichtung M.
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Bei den Verformung der Lamellen 30, 32 sowie bei der Torsion der Zwischenstege 34 handelt es sich um elastische Verformungen des Halteelements 12, wodurch eine Vorspannung in den Lamellen 30, 32 erzeugt wird.
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Nach erfolgter Montage des Sensorelements 10 ist das Sensorelement 14 formschlüssig und kraftschlüssig in dem Halteelement 12 aufgenommen, und das Halteelement 12 ist formschlüssig und kraftschlüssig in dem Stator 50 aufgenommen. Das Sensorelement 14 wird, insbesondere vollständig, innerhalb des Hohlraums 26 des Halteelements 12 aufgenommen. Das Sensorelement 14 kann somit innerhalb des Stators 50 exakt positioniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011085064 A1 [0003]
- DE 102010063581 A1 [0004]
