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Verfahren und Einrichtung zum Herstellen gefüllter und verschlossener
Behälter Gegenstand des Patentes ist ein Verfahren zum Herstellen gefüllter und
verschlossener Behälter aller Art aus einem im verformbaren Zustand in einer Form
eingeschlossenenHohlkörper aus einem thermoplastischen Material, welcher durch Zuführung
des Füllgutes unter Druck aufgeweitet und an die Wandung des Formhohlraumes angelegt
und verformt wird, worauf der hierbei gebildete und gefüllte Behälter verschlossen
und der Form entnommen wird.
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Ein weiterer Gegenstand des Patentes ist eine Einrichtung zur Durchführung
eines solchen Verfahrens.
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Es ist bekannt, einen im verformbaren Zustand in einer Form eingeschlossenen
Hohlkörper aus thermoplastischem Material mit Hilfe der in den Formhohlraum eingeführten
Preßluft aufzublasen und zu einem Behälter zu verformen. Die in dieser Weise hergestellten
Behälter werden erst nachträglich abgefüllt, wobei vielfach zusätzlicher Lagerraum
für den Vorrat an Behältern beansprucht wird und im allgemeinen nebst einem umständlichen
Abfüllvorgang, welcher wiederum kostspielige Einrichtungen erfordert, noch die besondere
Reinigung der Behälter unvermeidlich ist.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde bereits vorgeschlagen, die
Bildung des Behälters und den Füllvorgang in einem und demselben Arbeitsgang zusammenzulegen.
So ist es beispielsweise bekanntgeworden, eine vorgeformte thermoplastische Masse,
welche sich am Ende eines Abfüllrohres für das Füllgut befindet, in einer geschlossenen
Form mit Hilfe des Füllgutes zu verformen. In dieser Weise lassen sich jedoch nur
relativ kleine Behälter, wie beispielsweise Ampullen herstellen, da es undenkbar
ist, die zur Bildung eines größeren Behälters notwendige thermoplastische Masse,
die das Abfüllrohr - selbst wenn vorgeformt - etwa knollenförmig umgibt, so aufgeweitet
werden könnte, daß ein geräumiger Behälter mit gleichmäßiger und relativ starker
Wandung gebildet wird. Im besten Falle läßt sich in dieser-Weise erreichen - wie
dies auch schon vorgeschlagen worden ist - aus einem geeigneten Ausgangsmaterial,
das in der Form eines Knollens auf das Ende eines Abfüllrohres aufgebracht wird,
mit Hilfe des Füllgutes ein sehr dünnwandiges, sackartiges Gebilde hervorzubringen,
etwa so wie Seifenblasen gemacht werden. Ein starrer Behälter, welcher eigentlich
als Herstellungsstätte einer solchen mit dem Füllgut gefüllten Blase dient, ist
dabei unerläßlich.
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Es versteht sich, daß die Realisierung der vorstehend erwähnten, in
ihrer Anwendbarkeit äußerst beschränkten Vorschläge eine außerordentlich komplizierte
Apparatur erfordert.
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Es ist auch schon bekanntgeworden, das Füllgut durch eine axiale
Zuführleitung eines Strangpreßkopfes unmittelbar in einen extrudierten Schlauch
abzufüllen, wobei der Schlauch nach Abfüllen einer bestimmten Menge des Füllgutes
abschnittsweise durch Schweißungen unterteilt wird. Dabei werden Beutel von beschränktem
Inhalt gebildet. Die Herstellung von geräumigen Behältern in dieser Weise ist jedoch
ausgeschlossen.
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Bei einem anderen bekannten Verfahren wird ein extrudierter Schlauch
mit Hilfe von Formbacken in einzelne Behälter unterteilt, indem die Formbacken den
Schlauch jeweils unmittelbar nach dessen Austreten aus dem Strangpreßkopf einschnüren
und sich dann bei der fortschreitenden Schlauchbildung vom Strangpreßkopf wegbewegen,
wobei gleichzeitig durch die Zuführleitung des Strangpreßkopfes eine für den betreffenden
Behälter bestimmte Menge des Füllgutes abgefüllt wird. Das Anlegen des Schlauches
an die Formbacken kann bei diesem Verfahren mit Hilfe eines durch den Strangpreßkopf
eingeführten Druckgases erfolgen, wobei in diesem Falle der Gasdruck auf atmosphärischen
Druck entspannt werden muß, bevor mit dem Einfüllen des Füllgutes begonnen
werden
kann, ansonst der gerade extrudierte Schlauchabschnitt zerrissen wird, sobald die
Formbacken ihren Kontakt mit dem Strangpreßkopf verlieren.
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Nach einem weiteren bekannten Verfahren werden gefüllte Packungen
aus Kunststoffschläuchen oder aufeinandergelegten Folien unter Anwendung einesinneren
Überdruckes und Abfüllen des Füllgutes in der Weise hergestellt, daß vor dem Beginn
des Füklvorganges einmalig durch Einfüllen eines Druckgases eine Packung geformt
und anschließend der GasinhaIt dieser Packung beim folgenden Füllvorgang in die
nachfolgend zu bildende Packung zurückgedrängt wird, um dieselbe vorgängig des Abfüllens
des Füllgutes zu verformen. Dieses Verfahren unterscheidet sich von dem eingangs
erwähnten Blasverfahren lediglich dadurch, daß die zur Verformung notwendige Gasmenge
durch das als eine Art Verdrängungskolben wirkende Füllgut von Behälter zu Behälter
weitergeschoben wird und daher lediglich einmal aufgebracht werden muß, während
beim herkömmlichen Blasverfahren bei der Bildung eines jeden Behälters eine entsprechende
Menge des Gases verlorengeht. Das Verformen des Schlauches bzw. der Folien zum Behälter
erfolgt dagegen in beiden Fällen ausschließlich durch das Druckgas mit erst auf
die Verformung folgendem Abfüllen des Gutes. Das Verfahren zur Bildung von Packungen
unter Weiterverdrängen ein und derselben Druckgasmenge geht zudem von Halbfabrikaten
(Schläuche, Folien) aus, welche vorgängig ihrer Weiterverarbeitung erwärmt werden
müssen. Das Verarbeiten eines frisch extrudierten noch verformbaren Kunststoffschlauches
ist praktisch nicht möglich.
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Zusammenfassend kann also gesagt werden, daß die bisher bekannten
Vorschläge, nach welchen der Vorgang zur Bildung eines Behälters und zum Abfüllen
desselben in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen soll, nur bei kleinen, dünnwandigen
Ampullen oder beutelartigen Behältern anwendbar war, nicht aber bei größeren Behältern,
die nicht einfach aus einer bestimmten, geformten oder ungeformten knollenartigen
Materialmenge, sondern mit Hinblick auf den verhältnismäßig großen eingeschlossenen
Innenraum nur durch Ausweitung eines hohikörperartigen Gebildes hergestellt werden
können.
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Zweck der Erfindung ist nun einen Weg zu zeigen, welcher ermöglicht,
den eigentlichen Verformungsvorgang auch bei voluminösen Behältern mit dem Füllvorgang
zusammenzulegen. Zu diesem Zwecke zeichnet sich ein Verfahren der eingangs erwähnten
Art erfindungsgemäß dadurch aus, daß während des Füllvorganges im Hohlkörper ein
durch Drosselung auf maximale Höhe einstellbarer Gegendruck aufrechterhalten wird
Dank diesem - zweckmhßig vor dem Einfükre=n des Füllgutes durch Erhöhung des Luftdruckes
im Hohlkörper beeinflußbaren - Gegendruck, der beim Einfüllen des Füllgutes bis
zum vorbestimmten Wert ansteigt, erstreckt sich der Verformungsvorgang von Anfang
an auf den gesamten in die Form eingeschlossenen Hohlkörper, im Gegensatz z. B.
zu einem Vorgehen, bei welchem die Behälterbildung durch Abfüllen des Füllgutes
ohne Gegendruck erfolgt. Bei einem solchen Vorgehen wird zunächst eine starke örtliche
Aufweitung im unteren Abschnitt des -Hohlkörpers durch das Füllgut auftreten, unter
Wegziehen von Material aus dem übrigen Hohlkörperabschnitt,
welcher dann infolge
des Materialmangels nicht mehr einwandfrei oder überhaupt nicht aufgeweitet werden
kann, ohne dabei Schaden zu nehmen. Dieser die Bildung eines einwandfreien Behälters
vereitelnde Nachteil fällt dank Anwendung eines, vorteilhaft erhöhten, Gegendruckes
weg, wobei gleichzeitig die B ehälterbildung beschleunigt werden kann, zumal ein
elastisches Medium, nämlich das im Hohikörper gebildete Luftkissen mit einem gegebenenfalls
erhöhten und im Laufe des Abfüllens des Füllgutes ansteigendem Druck an den Verformungsvorgang
maßgeblich beteiligt ist. Es erfolgt dabei eine schonende Aufweitung des Hohlkörpers,
und eine schädliche Abkühlung desselben durch das Füllgut wird verhindert. Dank
der Anwendung des Gegendruckes erfolgt ferner - wie gesagt im beschleunigten Tempo
- das Abfüllen und die Bildung des Behälters sozusagen gleichzeitig, was eine weitere
Herabsetzung der Herstellungszeit mit sich bringt. Beschleunigt wird auch die Stabilisierung
des bereits verformten Kunststoffes durch das Füllgut, so daß der fertige und gefüllte
Behälter der Form gleich nach dem Ende des Verformungsvorganges entnommen werden
kann.
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Zur Durchführung des vorstehend gewürdigten Verfahrens dient eine
Einrichtung mit einem aus zwei Formhälften bestehenden Formwerkzeug, welches den
im plastischen Zustand befindlichen Hohlkörper einschließt, wobei Druckfördermittel
zum Einfüllen des Füllgutes vorhanden sind, bei welcher Einrichtung erfindungsgemäß
neben einer an sich bekannten Zuführleitung für das Füllgut eine mit einer einstellbaren
Drosseleinrichtung versehene Abführleitung in den Innenraum des eingeschlossenen
Hohlkörpers ragt.
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Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden rein beispielsweise
nachfolgend an Hand der beiliegenden Zeichnung erläutert, in welcher Ausführungsbeispiele
der Einrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigt Fig. 1
ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung mit einer Strangpresse zum Herstellen eines
Schlauches und einer Form, in die der extrudierte Schlauchabschnitt einspannbar
ist, um einen Hohlkörper zu bilden, Fig. la einen Teil der Einrichtung gemäß der
Fig. 1 mit der Form in der Endphase des Verformungsvorganges, Fig. lb die Form mit
dem gebildeten und gefüllten Behälter beim Abtrennen von extrudierten Schlauchabschnitt,
Fig. lc die Form in der Vorphase der Verschließoperation, F i g. 1 d die Form mit
dem Behälter während des Verschließens, Fig. le die nach dem Verschließen geöffnete
Form mit' dem versiegelten Behälter, Fig. 2 a eine modifizierte Ausführung der Einrichtung
gemäß der F i g. 1 in der gleichen Betriebslage, F i g. 2b die Einrichtung gemäß
der F i g. 2 a, jedoch in der Betriebslage entsprechend der F i g. 1 b, Fig. 3 a
eine modifizierte Form zur Herstellung von mit einer Schraubkappe verschließbaren
Behälter, Fig. 3b die Form gemäß der Fig. 3a in der Vorphase der Verschließoperatiori,
Fig. 3c die Form gemäß der Fig. 3a beim Verschließen des eingeschlossenen Behälters,
Fig.
3d die nach dem Verschließen geöffnete Form gemäß der Fig. 3 a mit dem verschlossenen
Behälter, Fig. 4 eine weitere Variante der Einrichtung gemäß der F i g. 1 mit der
geöffneten Form, Fig. 4 a einen Teil der Einrichtung gemäß der Fig. 4 mit der geschlossenen
Form, Fig. 4b den Gegenstand der Fig. 4 a, jedoch am Ende des Verform- und Füllvorganges
beim Abtrennen des Endabschnittes des extrudierten Schlauches und F i g. 5 eine
weitere Variante der Einrichtung gemäß der F i g. 1 mit der geöffneten Form.
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Der Dorn 1 einer in der Fig. 1 mit 2 bezeichneten Strangpresse bildet
mit einer Matrize 3 einen Ringkanal 4, durch welchen ein thermoplastisches Material
5 in der Form eines Schlauches 6 extrudiert wird. Eine Längsbohrung 7 des vor der
Extrusion zweckmäßig -erhitzten Dornes 1 ist über ein Rückschlagventil 8 und eine
Leitung 9 an einen Druckkessel 10 angeschlossen, welcher mit einem Manometer 11
ausgerüstet ist und durch ein Absperrventil 12 mit einem Druckspeicher 13 in Verbindung
steht.
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Der Druckkessel 10 wird mittels einer Druckpumpe 14 aus einem Vorratsbehälter
15 mit der abzufüllenden Flüssigkeit 16 gespeist. In der Druckleitung 17 der Pumpe
14 ist in an sich bekannter Weise ein einstellbares Druckregulierventil 18 angeordnet,
welches durch einen Beipaß 19 mit dem Vorratsbehälter 15 verbunden ist. In den Beipaß
19 mündet eine Rücklaufleitung 20, die über ein einstellbares Drosselventil 21 mit
einer weiteren Längsbohrung 22 des Dornes 1 verbunden ist. Am Drosselventil 21 schließt
eine Entlüftungsleitung 23 an.
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Die Formhälften 24 und 25 einer Form 26 sind in nicht näher dargestellter
Weise so gehaltert, bzw. in Bezug aufeinander geführt, daß beim Schließen der Form
der extrudierte Schlauchabschnitt 6 in den Formhohlraum 27 eingeschlossen wird.
Dabei wird, wie unter anderem aus der Fig. la ersichtlich, das untere Ende des Schlauchabschnittes
6 zugeklemmt und durch den zweckmäßig erhitzten Formboden durch Schweißung verschlossen.
Die beiden Formhälften 24 und 25 weisen je eine Schließbacke 28 mit einer halbkreisförmigen
Ausnehmung 29 auf. Die Anordnung ist so getroffen, daß beim Schließen der Form (vgl.
unter anderem F i g. 1 a) die Schließbacken im Bereiche des Endabschnittes des Dornes
1 den extrudierten Schlauch umschließen.
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Aus dem Vorstehenden ist es klar ersichtlich, daß nach der Schließung
der Form in dem Formhohlraum 27 sich ein Hohlkörper, namentlich der zwischen den
beiden Formhälften eingeklemmte Endabschnitt des extrudierten Schlauches befindet,
wobei der Innenraum dieses Hohlkörpers durch die Bohrung 7 an eine Zuleitung und
durch die Bohrung 22 an eine gedrosselte Ableitung angeschlossen ist. -Dieser Hohlkörper
(zur Unterscheidung mit 6' bezeichnet) ist noch genügend warm, um durch Aufblähung
entsprechend dem Formhohlraum 27 verformt werden zu können. Zu diesem Zwecke wird
unter einem hohen Druck, welcher beispielsweise durch Öffnen des Absperrventils
12 des mit Druckluft oder mit einem Druck, gas gefüllten Druckspeichers 13 erzeugt
wird, in den Innenraum des Hohlkörpers 6' Füllgut 16 eingeführt und die eingeschlossene
Luft durch das Drosselventil 21 abgeführt, wobei der Hohlkörper (vgl. Fig. la) zum
Behälter verformt
wird. Es versteht sich, daß der Verformungsdruck von der Einstellung
des Drosselventils 21 abhängig ist. Der Verformungs- bzw. Füllvorgang, der in der
Fig. la in einer fortgeschrittenen Phase gezeigt ist, ist in der Regel beendet,
wenn das Füllgut die Mündung der Bohrung 22 erreicht und durch die Rückleitung 20
strömt. Da dann der gebildete, mit 6" bezeichnete Behälter praktisch vollständig
entlüftet ist, kann der Innenraum des Behälters 6" ohne weiteres mit der Außenluft
verbunden werden und insbesondere kann der Behälter 6", wie dies in der Fig. lb
symbolisch dargestellt ist, mit Hilfe einer Trennvorrichtung 30 vom extrudierten
Schlauch abgetrennt werden.
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Während die Form 26 noch geschlossen bleibt, werden wie in der F
i g. 1 c dargestellt, die Backen 28 zurückgezogen, so daß in nicht näher dargestellter
Weise gehalterte und geführte Verschließbacken 31 zum Einsatz kommen können; diese
werden wie inder Fig. 1 c dargestellt gegeneinander gepreßt, wobei der durch den
erhitzten Dorn 1 noch warmgehaltene Hals des Behälters 6" verschlossen und verschweißt
wird. Alsdann kann die Form, wie in der F i g. 1 e, geöffnet und der verschlossene
und gefüllte Behälter 6" entnommen werden.
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Dank der Abführung der im Hohlkörper 6' eingeschlossenen Luft unter
Gegendruck setzt der Verformungsvorgang ein, sobald das Füllgut einzuströmen beginnt.
Obwohl das Füllgut mit Hinblick auf die Vermeidung einer der Verformung entgegenwirkenden
Abkühlung sehr rasch eingepreßt wird, erreicht der Verformungsdruck die vorgesehene
Druckhöhe allmählich, d. h. nicht stoßartig, so daß bei aller Geschwindigkeit ein
weicher, schonender Verformungsvorgang zustandekomnit. Es lassen sich mit Rücksicht
hierauf Verformungsgeschwindigkeiten erreichen, die sonst undenkbar wären, da sie
unweigerlich zur Zerstörung des zu verformenden Hohlkörpers führen würden. Dies
wäre beispielsweise der Fall, wenn man die Luft ohne Gegendruck abführen würde,
da der eigentliche Verformungsvorgang dann erst schockartig einsetzen würde, wenn
der Hohlkörper gänzlich mit dem Füllgut gefüllt worden -fst; wobei vorhergehend
eine beträchtliche Abkühlung stattgefunden hat. Beim beschriebenen Vorgehen wird
der Verformungsvorgang und der Füllvorgang etwa gleichzeitig abgeschlossen, wobei
die Wärmeabfuhr durch das Füllgut, da sie nicht zu früh einsetzt, sich nicht nachteilig,
sondern im Gegenteil vorteilhaft auswirkt.
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Das Anschließen der Abführleitung-20 an den Vorratsbehälter 15 ;
ist selbstverständlich besonders vorteilhaft, doch kann die Erfindung auch ohne
dem realisiert werden. Es wäre nämlich ohne weiteres möglich, die Luft, selbstverständlich
unter Gegendruck, ins Freie abzuführen, wobei durch die Bohrung 7 in den Hohlkörper
6' vorteilhaft eine dosierte Flüssigkeitsmenge eingeführt wird. Man würde in diesem
Falle, insbesondere wenn der gebildete Behälter nicht vollständig gefüllt werden
soll, dafür sorgen, daß die gegebenenfalls eingeschlossen gebliebene Luft vor dem
Öffnen der Form durch geeignete Maßnahmen entspannt wird.
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Ein weiterer VorteiI ergibt sich daraus, daß der Behälter erst nach
dem Verschließen aus der Form genommen wird, da dabei die sonst große Sorgfalt erfordernde
Handhabung von gefüllten aber nicht verschlossenen Plastikbehältern wegfällt.
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Das Verschließen der Behälter kann selbstverständlich nicht nur durch
Verschweißen des Behälterhalses und des Behälterbodens erfolgen. Es sei bereits
jetzt auf die F i g. 3 a und 3 b hingewiesen, die in sich verständlich sind. Die
hier mit 28' bezeichneten Backen der Form 26 sind in diesem Falle hinsichtlich ihrer
halbkreisförmigen Ausnehmungen (hier 29') so ausgebildet, daß an dem umschlossenen
Schlauchabschnitt, welcher den Hals des Behälters 6" bilden wird, gleich ein Gewinde
entsteht. Mit Hilfe einer andeutungsweise dargestellten Verschließvorrichtung 32
können Verschließkappen 33 in an sich bekannter Weise (vgl. Fig. 3b und 3c) auf
den Hals des Behälters 6" aufgesetzt werden, nachdem die Backen 29' auseinanderbewegt
worden sind und etwa durch die Trennfugen der Formbacken 29' gebildete Abfallrippen
am Behälterhals entfernt wurden.
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Gemäß den Fig. 2 a und 2 b, in welchen die gleichen Teile mit den
gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist der Dorn, hier mit 1' bezeichnet, der
Strangpresse 2 nicht durchgebohrt. Es ist ein weiterer Dorn 34 vorgesehen, welcher
von unten in den extrudierten Schlauchabschnitt 6 eingeführt wird.
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Der Dorn 34 ist mit einer Bohrung 7 zum Anschließen einer Zuführleitung
9 und mit einer Bohrung 22 zum Anschließen einer Abführleitung 20 versehen, wobei
in der ersteren ein Rückschlagventil 8 und in der zweiten ein Drosselventil 21 angeordnet
ist. Die Leitungen 20 und 9 werden, wie bei der Ausführung gemäß der Fig. 1, an
den Druckkessel bzw. an den Vorratsbehälter angeschlossen, wobei die im Zu-Zusammenhang
mit dem ersten Ausführungsbeispiel erwähnten Modifikationen sinngemäß Geltung haben.
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Der Verformungs- und Fiillvorgang läuft wie beschrieben und wie in
den Fig. 2 a und 2b angedeutet ab, worauf der Behälter 6" verschlossen und der Form
entnommen werden kann.
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Die Anordnung gemäß der F i g. 4 stimmt grundsätzlich mit der Anordnung
nach Fig. 1 überein, wobei für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen beibehalten
wurden, so daß es genügt, im Nachfolgenden lediglich auf die Unterschiede einzugehen.
Die Zuführleitung 9 und die Abführleitung 22 ist bei dieser Ausführung jeweils an
eine Hohlnadel 35 bzw. 36 angeschlossen. Die Hohlnadel 35 bzw. 36 ist in einer Querbohrung
je einer Backe 28 verschiebbar geführt, wobei für jede Hohlnadel eine andeutungsweise
dargestellte Bewegungsvorrichtung 29 vorgesehen ist, mit welcher die Nadeln gegeneinander
bzw. umgekehrt bewegt werden können. Wie in der F i g. 4 a dargestellt, wird der
Endabschnitt des extrudierten Schlauches durch die Formhälften 24 und 25 bzw. durch
die Backen 28 an zwei in Abstand voneinander angeordneten Stellen geklemmt und damit
beiderends verschlossen. Sodann werden die Hohlnadeln 35 und 36 (vgl. F i g. 4 a)
vorgeschoben, bis sie die Wandung des in der Form 26 eingeschlossenen Hohlkörpers
6' durchstechen, womit die Leitungen 9 bzw. 22 einem Innenraum des Hohlkörpers 6'
angeschlossen werden. Durch rasches Einpressen des Füllgutes in den Hohlkörper 6'
wird dieser in der bereits beschriebenen Weise zu einem Behälter 6" verformt (vgl.
Fig. 4b), worauf die Hohlnadeln 35 und 36 zurückgezogen und der Behälter in geeigneter
Art und Weise verschlossen wird.
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Gemäß der F i g. 5 ist außer den bereits an Hand der Fig. 1 genannten
Teile der Einrichtung, die wiederum mit den gleichen Bezugszeichen versehen
sind,
eine Druckluftbeschafftmgsanlage 37 vorgesehen, an welche die Abführleitung 20 über
das Drosselventil 21 angeschlossen ist. Die Druckluftbeschaffungsanlage 37 dient
dem Zweck, den Hohlkörper 6' vorzublasen und dadurch die Charakteristik des Verformungsvorganges
zu beeinflussen. Das Abführen der Luft erfolgt nach wie vor unter Gegendruck durch
das Drosselventil 21, wobei es möglich ist, die Entlüftungsleitung 23 bei dieser
Ausführung an den Vorratsbehälter 15 anzuschließen und das Drosselventil 21 so auszubilden,
daß es gegenüber der Luftdruckbeschaffungsanlage 37 als Rückschlagventil wirkt.
Es kann selbstverständlich ein besonderes Rückschlagventil vorgesehen sein. Ferner
ist dafür zu sorgen, daß die Druckluft nur in den Hohlkörper strömen kann. Zu diesem
Zweck ist das Drosselventil zugleich als ein druckgesteuertes Wegeventil auszubilden.
Die im Zusammenhang mit der Fig. 1 erwähnten Möglichkeiten zur Abwandlung der Einrichtung
bzw. des Verformungs- und Füllvorganges haben im Zusammenhang mit dieser Ausführung
selbstverständlich sinngemäß Geltung.