DE102022206634A1 - High-voltage interface - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Hochvoltschnittstelle zwischen einer ersten elektrischen Komponente (1), beispielsweise einem Verdichter, und einer zweiten elektrischen Komponente (2), beispielsweise einem Inverter, aufweisend:- ein rohrförmiges Kontaktelement (3) mit einer stirnseitigen Kontaktfläche (4) zur unmittelbaren oder mittelbaren elektrischen Kontaktierung einer Stromschiene (5),- eine zumindest abschnittsweise im rohrförmigen Kontaktelement (3) aufgenommene Schraube (6) zur unmittelbaren oder mittelbaren Verschraubung des rohrförmigen Kontaktelementes (3) mit der Stromschiene (5),- einen Isolierkörper (7), der das rohrförmige Kontaktelement (3) unter Freilassung zumindest der stirnseitigen Kontaktfläche (4) umgibt.The invention relates to a high-voltage interface between a first electrical component (1), for example a compressor, and a second electrical component (2), for example an inverter, comprising: - a tubular contact element (3) with a front contact surface (4) for direct or indirect electrical contacting of a busbar (5), - a screw (6) accommodated at least in sections in the tubular contact element (3) for direct or indirect screwing of the tubular contact element (3) to the busbar (5), - an insulating body (7), which surrounds the tubular contact element (3) leaving at least the front contact surface (4) free.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochvoltschnittstelle zwischen einer ersten elektrischen Komponente, beispielsweise einem Verdichter, und einer zweiten elektrischen Komponente, beispielsweise einem Inverter.The present invention relates to a high-voltage interface between a first electrical component, for example a compressor, and a second electrical component, for example an inverter.
Bevorzugter Anwendungsbereich der Erfindung sind Elektrofahrzeuge und/oder Brennstoffzellenfahrzeuge.The preferred area of application of the invention are electric vehicles and/or fuel cell vehicles.
Stand der TechnikState of the art
Bekannt sind elektrische Verdichter mit angebautem Inverter. Zwischen dem Inverter und einem Elektromotor des elektrischen Verdichters muss eine Hochvoltkontaktierung hergestellt werden, die zugleich einen Toleranzausgleich ermöglicht. Eine derartige Hochvoltkontaktierung kann beispielsweise mit Hilfe eines zwischen zwei Lamellenbuchsen schwimmend gelagerten Taumelpins realisiert werden. Durch die schwimmende Lagerung des Taumelpins kann ein Achs- und/oder Winkelversatz zwischen den beiden Lamellenbuchsen bedingt ausgeglichen werden.Electric compressors with an attached inverter are known. A high-voltage contact must be made between the inverter and an electric motor of the electric compressor, which at the same time enables tolerance compensation. Such a high-voltage contact can be realized, for example, with the help of a wobble pin floating between two lamella bushings. By floating the wobble pin, any axial and/or angular misalignment between the two lamella bushings can be partially compensated for.
Als nachteilig erweist sich dabei, dass die Baugruppe bestehend aus dem Taumelpin und den zwei Lamellenbuchsen vergleichsweise komplex und damit teuer in der Herstellung ist.The disadvantage here is that the assembly consisting of the wobble pin and the two lamellar bushings is comparatively complex and therefore expensive to produce.
Die vorliegende Erfindung ist mit der Aufgabe befasst, eine Hochvoltschnittstelle zwischen zwei elektrischen Komponenten anzugeben, die möglichst einfach und kostengünstig zu realisieren ist. Zugleich soll die Hochvoltschnittstelle derart beschaffen sein, dass sie den notwendigen Toleranzausgleich ermöglicht.The present invention is concerned with the task of specifying a high-voltage interface between two electrical components that can be implemented as simply and cost-effectively as possible. At the same time, the high-voltage interface should be designed in such a way that it enables the necessary tolerance compensation.
Zur Lösung der Aufgabe wird die Hochvoltschnittstelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.To solve the problem, the high-voltage interface with the features of claim 1 is proposed. Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorgeschlagene Hochvoltschnittstelle zwischen einer ersten elektrischen Komponente, beispielsweise einem Verdichter, und einer zweiten elektrischen Komponente, beispielsweise einem Inverter, weist auf:
- - ein rohrförmiges Kontaktelement mit einer stirnseitigen Kontaktfläche zur unmittelbaren oder mittelbaren elektrischen Kontaktierung einer Stromschiene,
- - eine zumindest abschnittsweise im rohrförmigen Kontaktelement aufgenommene Schraube zur unmittelbaren oder mittelbaren Verschraubung des rohrförmigen Kontaktelementes mit der Stromschiene,
- - einen Isolierkörper, der das rohrförmige Kontaktelement unter Freilassung zumindest der stirnseitigen Kontaktfläche umgibt.
- - a tubular contact element with a front contact surface for direct or indirect electrical contacting of a busbar,
- - a screw accommodated at least in sections in the tubular contact element for direct or indirect screwing of the tubular contact element to the busbar,
- - an insulating body which surrounds the tubular contact element, leaving at least the front contact surface free.
Die vorgeschlagene Hochvoltschnittstelle ist demnach nicht wie sonst üblich als Steckkontakt, sondern als Schraubkontakt ausgelegt. Die hierzu im rohrförmigen Kontaktelement zumindest abschnittsweise aufgenommene Schraube ist von außen zugänglich, so dass die Verschraubung durch das rohrförmige Kontaktelement hindurch vorgenommen werden kann. Der notwendige Toleranzausgleich wird bei noch nicht voll angezogener Schraube durch eine Relativbewegung des rohrförmigen Kontaktelements gegenüber der Schraube in radialer Richtung realisiert. Da die elektrische Kontaktierung über eine stirnseitige Kontaktfläche des rohrförmigen Kontaktelements hergestellt wird, ist eine derartige Relativbewegung möglich. Ferner ist der Innendurchmesser des rohrförmigen Kontaktelements größer als der Außendurchmesser der Schraube gewählt, um die Relativbewegung zu ermöglichen.The proposed high-voltage interface is therefore not designed as a plug contact, as is usual, but as a screw contact. The screw, which is accommodated at least in sections in the tubular contact element, is accessible from the outside, so that the screw connection can be carried out through the tubular contact element. The necessary tolerance compensation is achieved when the screw is not yet fully tightened by a relative movement of the tubular contact element with respect to the screw in the radial direction. Since the electrical contact is made via a front contact surface of the tubular contact element, such a relative movement is possible. Furthermore, the inside diameter of the tubular contact element is chosen to be larger than the outside diameter of the screw in order to enable the relative movement.
Bei dem rohrförmigen Kontaktelement und der Schraube handelt es sich um einfache und kostengünstig zu fertigende Bauteile, so dass die Kosten zur Herstellung der Hochvoltschnittstelle sinken. Dadurch, dass die Hochvoltschnittstelle als Schraubverbindung ausgelegt ist, erweist sich sie zudem als äußert robust, insbesondere im Vergleich zu einer Steckverbindung. Zugleich ist über die Schraubverbindung aber auch sichergestellt, dass sie bei Bedarf wieder gelöst werden kann. Darüber hinaus weist die Schraubverbindung einen geringen elektrischen Widerstand im Kontaktbereich auf, so dass - im Vergleich zur Steckverbindung zwischen einem Taumelpin und einer Lamellenbuchse - die Verlustleistung gesenkt werden kann.The tubular contact element and the screw are simple and inexpensive components to manufacture, so that the costs of producing the high-voltage interface are reduced. Because the high-voltage interface is designed as a screw connection, it also proves to be extremely robust, especially compared to a plug-in connection. At the same time, the screw connection also ensures that it can be loosened again if necessary. In addition, the screw connection has a low electrical resistance in the contact area, so that - compared to the plug connection between a wobble pin and a multi-lamella socket - the power loss can be reduced.
Durch seine Rohrform weist das Kontaktelement eine hohe Formsteifigkeit aus, so dass die Wandstärke vergleichsweise gering gewählt werden kann. Die geringe Wandstärke trägt dazu bei, dass sich das Kontaktelement unter Strom weniger stark erwärmt. Dies wiederum führt dazu, dass das rohrförmige Kontaktelement eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit aufweist.Due to its tubular shape, the contact element has a high degree of rigidity, so that the wall thickness can be chosen to be comparatively small. The small wall thickness helps ensure that the contact element heats up less under current. This in turn results in the tubular contact element having improved electrical conductivity.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das rohrförmige Kontaktelement stirnseitig einen sich vorzugsweise nach radial innen erstreckenden Ringbund zur Ausbildung der stirnseitigen Kontaktfläche auf. Der Ringbund vergrößert die Kontaktfläche, was insbesondere von Vorteil ist, wenn die Wandstärke des rohrförmigen Kontaktelements aus den vorstehend genannten Gründen minimiert ist. Sofern der Ringbund sich nach radial innen erstreckt, kann dieser zugleich zur axialen Abstützung der im rohrförmigen Kontaktelement aufgenommenen Schraube genutzt werden. Über die Anzugskraft der Schraube wird dann die stirnseitige Kontaktfläche an eine Gegenfläche des Kontaktpartners gedrückt. Der Kontaktpartner kann insbesondere die Stromschiene sein, so dass der elektrische Kontakt zwischen dem rohrförmigen Kontaktelement und der Stromschiene unmittelbar hergestellt ist.According to a preferred embodiment of the invention, the tubular contact element has an annular collar on the front side, which preferably extends radially inwards, to form the front contact surface. The annular collar increases the contact area, which is particularly advantageous if the wall thickness of the tubular contact element is minimized for the reasons mentioned above. If the ring collar moves radially inwards extends, this can also be used to axially support the screw accommodated in the tubular contact element. The frontal contact surface is then pressed against a counter surface of the contact partner via the tightening force of the screw. The contact partner can in particular be the busbar, so that the electrical contact is established directly between the tubular contact element and the busbar.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Stromschiene mit einer Mutter oder einer Gewindebuchse verbunden ist, in welche die Schraube eingeschraubt ist. Auf diese Weise kann die Robustheit der Schraubverbindung weiter gesteigert werden.Furthermore, it is proposed that the busbar is connected to a nut or a threaded bushing into which the screw is screwed. In this way, the robustness of the screw connection can be further increased.
Bevorzugt weist das rohrförmige Kontaktelement ein über eine Öffnung im Isolierkörper zugängliches offenes Ende auf, in das ein Stopfen eingesetzt ist. Mit Hilfe des Stopfens kann das offene Ende des rohrförmigen Kontaktelements verschlossen werden, so dass keine Feuchtigkeit eindringen und bis an die Kontaktstelle gelangen kann. Der Stopfen ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt, so dass dieser zugleich eine elektrische Isolierung bewirkt. Der Stopfen kann ein Pressübermaß gegenüber dem rohrförmigen Kontaktelement aufweisen, so dass er über einen Presssitz im rohrförmigen Kontaktelement gehalten ist. Bei Bedarf kann der Stopfen herausgezogen werden, so dass die Zugänglichkeit der im rohrförmigen Kontaktelement aufgenommenen Schraube wieder gegeben ist.The tubular contact element preferably has an open end which is accessible via an opening in the insulating body and into which a plug is inserted. With the help of the plug, the open end of the tubular contact element can be closed so that no moisture can penetrate and reach the contact point. The plug is preferably made of an electrically insulating material so that it also provides electrical insulation. The plug can have a press oversize relative to the tubular contact element, so that it is held in the tubular contact element via a press fit. If necessary, the plug can be pulled out so that the screw accommodated in the tubular contact element is accessible again.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Stopfen mindestens eine umlaufende Dichtkontur zur fluiddichten Anlage am rohrförmigen Kontaktelement auf. Die Dichtkontur kann beispielsweise aus einer oder mehreren umlaufenden Dichtlippen bestehen, die geringfügig elastisch verformbar sind, so dass sie unter einer radialen Vorspannung innenseitig am rohrförmigen Kontaktelement anliegen. Die radiale Vorspannung erhöht die Dichtwirkung.According to a preferred embodiment, the plug has at least one circumferential sealing contour for fluid-tight contact with the tubular contact element. The sealing contour can, for example, consist of one or more circumferential sealing lips, which are slightly elastically deformable so that they rest on the inside of the tubular contact element under a radial prestress. The radial preload increases the sealing effect.
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Stopfen einen axial und radial über das rohrförmige Kontaktelement überstehenden Endabschnitt aufweist. Der Stopfen kann auf diese Weise zur Anlage am Isolierkörper gebracht werden, so dass der Stopfen zugleich die im Isolierkörper vorgesehene Öffnung schließt. Vorzugsweise ist der axial und radial über das rohrförmige Kontaktelement überstehende Endabschnitt des Stopfens von einem Dichtring zur fluiddichten Anlage am Isolierkörper umgeben. Auf diese Weise kann die Öffnung im Isolierkörper zugleich fluiddicht geschlossen werden.Alternatively or additionally, it is proposed that the plug has an end section that projects axially and radially beyond the tubular contact element. In this way, the plug can be brought into contact with the insulating body, so that the plug simultaneously closes the opening provided in the insulating body. Preferably, the end portion of the plug that projects axially and radially beyond the tubular contact element is surrounded by a sealing ring for fluid-tight contact with the insulating body. In this way, the opening in the insulating body can be closed in a fluid-tight manner at the same time.
Ferner bevorzugt ist das rohrförmige Kontaktelement von mindestens einem Dichtring zur fluiddichten Anlage am Isolierkörper umgeben. Auf diese Weise wird verhindert, dass Feuchtigkeit über einen Spalt zwischen dem rohrförmigen Kontaktelement und dem Isolierkörper bis an die elektrische Kontaktstelle gelangt.Furthermore, the tubular contact element is preferably surrounded by at least one sealing ring for fluid-tight contact with the insulating body. In this way, moisture is prevented from reaching the electrical contact point via a gap between the tubular contact element and the insulating body.
Vorteilhafterweise ist der Isolierkörper in zumindest einem Abschnitt hohlzylinderförmig ausgebildet und in diesem Abschnitt von einer Zentrierbuchse umgeben. Die Zentrierbuchse ermöglicht eine Steckverbindung zwischen dem Isolierkörper und einer korrespondierenden Aufnahme der anderen Komponente, so dass vor der Herstellung der Schraubverbindung der Isolierkörper einschließlich des hierin aufgenommenen rohrförmigen Kontaktelements ausgerichtet werden. Dabei erfolgt zugleich der Toleranzausgleich. Anschließend muss nur noch die Schraube in das rohrförmige Kontaktelement eingeführt und in die Gewindebuchse eingedreht werden, um die Schraubverbindung herzustellen. Die Zentrierbuchse erleichtert somit die Montage. Die Zentrierbuchse kann zur Selbstzentrierung stirnseitig konisch geformt sein und/oder außenumfangseitig axial verlaufende Zentrierrippen aufweisen, die vorzugsweise in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind.Advantageously, the insulating body is hollow cylindrical in at least one section and is surrounded in this section by a centering bushing. The centering bushing enables a plug-in connection between the insulating body and a corresponding receptacle of the other component, so that the insulating body, including the tubular contact element accommodated therein, is aligned before the screw connection is made. At the same time, tolerance compensation takes place. The screw then only needs to be inserted into the tubular contact element and screwed into the threaded bushing to create the screw connection. The centering bushing makes installation easier. The centering bushing can be conically shaped at the end for self-centering and/or have axially extending centering ribs on the outer circumference, which are preferably arranged at the same angular distance from one another.
In den Isolierkörper ist bevorzugt ein elektrischer Leiter integriert, der das rohrförmige Kontaktelement, vorzugsweise im Bereich seines offenen Endes, außenumfangseitig kontaktiert. Der elektrische Leiter stellt die elektrisch leitende Verbindung zur jeweils anderen Komponente her. Der elektrische Leiter kann beispielsweise eine Art Stromschiene mit einer endseitigen Öffnung sein, durch welche das rohrförmige Kontaktelement hindurchgeführt ist, so dass die Stromschiene das rohrförmige Kontaktelement außenumfangseitig kontaktiert.An electrical conductor is preferably integrated into the insulating body, which contacts the tubular contact element on the outer circumference, preferably in the area of its open end. The electrical conductor creates the electrically conductive connection to the other component. The electrical conductor can, for example, be a type of busbar with an end opening through which the tubular contact element is passed, so that the busbar contacts the tubular contact element on the outer circumference.
Ferner bevorzugt umgibt der Isolierkörper mehrere, beispielsweise drei, parallel zueinander angeordnete rohrförmige Kontaktelemente, in denen jeweils zumindest abschnittsweise eine Schraube zur unmittelbaren oder mittelbaren Verschraubung des rohrförmigen Kontaktelements mit einer Stromschiene aufgenommen ist. Auf diese Weise können mit Hilfe eines Isolierkörpers mehrere Hochvoltschnittstellen realisiert werden. Der Isolierkörper wird hierzu bevorzugt in eine entsprechende Aufnahme bzw. Öffnung der zu kontaktierenden Komponente eingesetzt, so dass die in den rohrförmigen Kontaktelementen aufgenommenen Schrauben unmittelbar oder mittelbar mit den Stromschienen verschraubt werden können. Anschließend können die offenen Enden der rohrförmigen Kontaktelemente jeweils mit Hilfe eines Stopfens verschlossen werden, so dass die Kontaktstellen vor eindringender Feuchtigkeit geschützt sind.Furthermore, the insulating body preferably surrounds several, for example three, tubular contact elements arranged parallel to one another, in each of which a screw is accommodated at least in sections for direct or indirect screwing of the tubular contact element to a busbar. In this way, several high-voltage interfaces can be implemented using one insulating body. For this purpose, the insulating body is preferably inserted into a corresponding receptacle or opening of the component to be contacted, so that the screws accommodated in the tubular contact elements can be screwed directly or indirectly to the busbars. The open ends of the tubular contact elements can then be closed using a plug so that the contact points are protected from moisture penetration.
Die mindestens eine Stromschiene, mit der das rohrförmige Kontaktelement unmittelbar oder mittelbar verschraubt wird, ist vorzugsweise in einem Gehäuseteil der ersten Komponente aufgenommen. Das Gehäuseteil der ersten Komponente weist im Bereich der Stromschiene eine Öffnung auf. In diese kann der Isolierkörper eingesetzt werden, der vorzugsweise Bestandteil der zweiten Komponente ist.The at least one busbar, to which the tubular contact element is screwed directly or indirectly, is preferably accommodated in a housing part of the first component. The housing part of the first component has an opening in the area of the busbar. The insulating body, which is preferably part of the second component, can be inserted into this.
Der Isolierkörper mit dem mindestens einen rohrförmigen Kontaktelement ist vorzugsweise derart in die Öffnung des Gehäuseteils der ersten Komponente eingesetzt, dass die stirnseitige Kontaktfläche des rohrförmigen Kontaktelements die Stromschiene elektrisch kontaktiert. Nach dem Einsetzen des Isolierkörpers in die Öffnung muss dann zur Herstellung der Schraubverbindung nur noch die Schraube in das rohrförmige Kontaktelement eingesetzt und eingeschraubt werden. Nach der Herstellung der Schraubverbindung kann das offene Ende des rohrförmigen Kontaktelements mit Hilfe des Stopfens fluiddicht verschlossen werden.The insulating body with the at least one tubular contact element is preferably inserted into the opening of the housing part of the first component in such a way that the front contact surface of the tubular contact element electrically contacts the busbar. After inserting the insulating body into the opening, all that remains to do to produce the screw connection is to insert the screw into the tubular contact element and screw it in. After the screw connection has been produced, the open end of the tubular contact element can be closed in a fluid-tight manner using the plug.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
-
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochvoltschnittstelle zwischen zwei elektrischen Komponenten, -
2 eine perspektivische Darstellung der Hochvoltschnittstelle der1 während der Montage der Komponenten, -
3 eine perspektivische Darstellung der beiden elektrischen Komponenten nach der Montage, -
4 eine perspektivische Darstellung der den Isolierkörper aufweisenden Komponente vor der Montage und -
5 eine perspektivische Darstellung eines rohrförmigen Kontaktelements in Kombination mit einem elektrischen Leiter.
-
1 a schematic longitudinal section through a high-voltage interface according to the invention between two electrical components, -
2 a perspective view of the high-voltage interface1 during the assembly of the components, -
3 a perspective view of the two electrical components after assembly, -
4 a perspective view of the component having the insulating body before assembly and -
5 a perspective view of a tubular contact element in combination with an electrical conductor.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Die in den
Die beiden Komponenten 1, 2 sind nicht nur mechanisch verbunden, sondern auch elektrisch, und zwar über eine erfindungsgemäße Hochvoltschnittstelle. Diese umfasst ein rohrförmiges Kontaktelement 3 mit einer stirnseitigen Kontaktfläche 4 zur Kontaktierung einer Stromschiene 5. Die Stromschiene 5 ist zusammen mit zwei weiteren Stromschienen 5 innerhalb eines Gehäuseteils 20 der ersten Komponente 1 angeordnet. Zur elektrischen Kontaktierung der beiden weiteren Stromschienen 5 sind zwei weitere rohrförmige Kontaktelemente 3 vorgesehen. Die dargestellte Hochvoltschnittstelle umfasst demnach drei rohrförmige Kontaktelemente 3. Diese sind parallel in einer Reihe angeordnet und jeweils aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt. In den rohrförmigen Kontaktelementen 3 ist jeweils eine Schraube 6 aufgenommen, mittels welcher die rohrförmigen Kontaktelemente 3 jeweils mit einer Stromschiene 5 verschraubt werden können. Die Stromschienen 5 sind hierzu jeweils mit einer Gewindebuchse 9 verbunden. Beim Einschrauben der Schrauben 6 in die Gewindebuchsen 9 gelangen diese zur Anlage an einen Ringbund 8 des jeweiligen rohrförmigen Kontaktelements 3, der zugleich die stirnseitige Kontaktfläche 4 ausbildet (siehe auch
Die im Gehäuseteil 20 aufgenommenen Stromschienen 5 sind mittels Isolierungen 22 gegenüber dem Gehäuseteil 20 elektrisch isoliert.The
Zur Isolierung der rohrförmigen Kontaktelemente 3 gegenüber dem Gehäuseteil 20 ist ein Isolierkörper 7 aus einem elektrisch nichtleitenden Material vorgesehen, der die rohrförmigen Kontaktelemente 3 unter Freilassung der stirnseitigen Kontaktflächen 4 umgibt. Im Bereich der stirnseitigen Kontaktflächen 4 bildet der Isolierkörper 7 drei hohlzylinderförmige Abschnitte 17 aus, welche die rohrförmigen Kontaktelemente 3 konzentrisch umgeben. Diese sind wiederum von Zentrierbuchsen 18 umgeben, die beim Einsetzen des Isolierkörpers 7 in das Gehäuseteil 20 die rohrförmigen Kontaktelemente 3 in Bezug auf die Stromschienen 5 ausrichten sollen. Die Zentrierbuchsen 18 können hierzu axial verlaufende Zentrierrippen 24 aufweisen (siehe auch
Nach dem Einsetzen des Isolierkörpers 7 in das Gehäuseteil 20 können die Schrauben 6 über Öffnungen 10 des Isolierkörpers 7 und offene Enden 11 der rohrförmigen Kontaktelemente 3 von außen eingeführt (siehe auch
Die rohrförmigen Kontaktelemente 3 sind im Bereich ihrer offenen Enden 11 jeweils von einem elektrischen Leiter 19 in Form einer Stromschiene umgeben (siehe auch
Der Isolierkörper 7 weist neben den hohlzylinderförmigen Abschnitten 17 einen Sockelabschnitt 25 auf, der an eine Öffnung 21 des Gehäuseteils 20 angepasst ist (siehe auch
Claims (12)
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