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Die Erfindung betrifft eine Ventilbaugruppe mit einem Rückschlagventil, einem Druckaufnehmer und einer Steuer- und Auswerteeinheit, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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In Kraftfahrzeugen werden derartige Ventilbaugruppen beispielsweise im Bremskraftverstärker eingesetzt, wo sie zwischen einem Unterdruckspeicher und einer Unterdruckquelle verbaut sind. Die Unterdruckquelle erzeugt im aktivierten Zustand einen Unterdruck im Unterdruckspeicher, das in der Ventilbaugruppe integrierte Rückschlagventil verhindert bei deaktivierter Unterdruckquelle ein Rückströmen des Fluides, insbesondere der Luft aus dem Unterdruckspeicher in Richtung der Unterdruckquelle. Ein in dem Unterdruckspeicher vorgesehener Druckaufnehmer mit Drucksensor erfasst hierbei einen innerhalb des Unterdruckspeichers herrschenden Druck, sodass die Unterdruckquelle in Abhängigkeit von einem erfassten Druckmesswert an- und abgeschaltet werden kann.
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Aus der
DE 10 2010 041 170 A1 ist beispielsweise eine Ventilbaugruppe für ein Kraftfahrzeug bekannt, welche ein integriertes Rückschlagventil und einen integrierten Druckaufnehmer aufweist. Der Druckaufnehmer umfasst hierbei mindestens zwei Drucksensoren, die zwar auf demselben, zu messenden Druck arbeiten, jedoch unabhängig voneinander jeweils einen eigenen Druckmesswert erfassen. Diese Druckmesswerte können anschließend an eine Steuer- und Auswerteeinheit, gemäß der
DE 10 2010 041 170 A1 das Steuergerät des Fahrzeuges, weitergeleitet und dort weiterverarbeitet werden, um beispielsweise die Unterdruckquelle zu aktivieren oder zu deaktivieren. Eine direkte Ansteuerung der Unterdruckquelle ohne das Steuergerät des Fahrzeuges zwischenzuschalten ist bisher jedoch nicht möglich.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine dahingehend verbesserte Ventilbaugruppe mit Rückschlagventil, Druckaufnehmer und Steuer- und Auswerteeinheit, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, anzugeben.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Ventilbaugruppe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Die Ventilbaugruppe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfasst einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, die zur Einbindung der Ventilbaugruppe in ein Fluid, beispielsweise Luft, führendes System dient. Die Ventilbaugruppe umfasst ferner ein Rückschlagventil, welches eine Strömung des Fluides vom ersten Anschluss zum zweiten Anschluss erlaubt und in Gegenrichtung, also vom zweiten Anschluss zum ersten Anschluss, verhindert. Des Weiteren umfasst die Ventilbaugruppe einen mit einem Druck in dem ersten Anschluss kommunizierenden Druckaufnehmer mit zumindest einem Drucksensor zur Erfassung eines Druckes des Fluides und zur Erzeugung eines Druckmesswertes. Mit dem Druckaufnehmer werden also der Druck in einem Bereich zwischen dem ersten Anschluss und dem Rückschlagventil erfasst. Gemäß der Erfindung weist die Ventilbaugruppe eine interne Steuer- und Auswerteeinheit zur Auswertung des von dem zumindest einen Drucksensor erzeugten Druckmesswertes und/oder zur Umwandlung des von dem Drucksensor erzeugten Druckmesswertes in ein Schaltsignal auf, die in der Ventilbaugruppe integriert ist.
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Der von dem Drucksensor erzeugte Druckmesswert ist in der Regel ein Analogwert, der bisher an eine separate Steuer- und Auswerteeinheit, und zwar im Kraftfahrzeug an die ECU („Electronic Control Unit“) bzw. an das Steuergerät des Kraftfahrzeuges weitergegeben und dort in ein Schaltsignal umgewandelt wird.
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Die Idee der Erfindung besteht nun darin, den Druckmesswert bzw. das von dem Drucksensor erzeugte analoge Signal, beispielsweise ein Spannungssignal o.ä., bereits innerhalb der Ventilbaugruppe selbst direkt in ein Schaltsignal bzw. in ein digitales Signal, beispielsweise AN/AUS oder 0/1, umzuwandeln. Dadurch ist die gesamte Funktionalität in der Ventilbaugruppe integriert und diese kann auch unabhängig von einer externen Steuer- und Auswerteeinheit, beispielsweise dem Steuergerät des Kraftfahrzeuges eingesetzt werden, die externe Steuer- und Auswerteeinheit bzw. das Steuergerät kann also umgangen werden. Die Ventilbaugruppe wird insbesondere im Bremskraftverstärker des Kraftfahrzeuges verbaut, sodass das Schaltsignal zum An- und Abschalten einer Unterdruckquelle dient.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kommuniziert die interne Steuer- und Auswerteeinheit zur Weitergabe des Schaltsignals mit einem Schalter, insbesondere einem Relais, welches zur Schaltung eines Laststromkreises dient. Das von der internen Steuer- und Auswerteeinheit erzeugte Schaltsignal wird also an den Schalter weitergegeben. Im Falle einer im Bremskraftverstärker eingesetzten Ventilbaugruppe kommuniziert das Relais beispielsweise mit einem Stromkreis der Unterdruckquelle, sodass in Abhängigkeit von dem weitergegebenen Schaltsignal ein An- und Abschalten der Unterdruckquelle erfolgt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind der Druckaufnehmer, insbesondere der zumindest eine Drucksensor, und die interne Steuer- und Auswerteeinheit, insbesondere elektronische Bauelemente der internen Steuer- und Auswerteeinheit, auf einer gemeinsamen Leiterplatte bzw. Platine angeordnet. Die Drucksensoren arbeiten in der Regel elektrisch, die Leiterplatte trägt dann die notwendigen leitenden Verbindungen. Die interne Steuer- und Auswerteeinheit umfasst ebenfalls elektronische Bauelemente, die auf der Leiterplatte befestigt und über Leiterbahnen elektrisch miteinander verbunden bzw. verschalten sind.
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Vorteilhafterweise umfasst die interne Steuer- und Auswerteeinheit einen Komparator, insbesondere einen Fensterkomparator, der einen von dem zumindest einen Drucksensor erzeugten Druckmesswert mit einem Grenzwert, insbesondere mit einem unteren Grenzwert und/oder einem oberen Grenzwert, vergleicht. Ein von dem Drucksensor erzeugtes analoges Signal wird also mit zumindest einem Grenzwert verglichen, und abhängig davon, ob der Grenzwert über- oder unterschritten wird, wird ein Schaltsignal ausgegeben, welches dann insbesondere ein Relais öffnet oder schließt. Sofern beispielsweise ein Fensterkomparator eingesetzt wird, wird geprüft, ob der von dem Drucksensor erzeugte Druckmesswert bzw. das analoge Signal zwischen dem oberen und dem unteren Grenzwert liegt oder außerhalb, also einen oberen Grenzwert überschreitet oder einen unteren Grenzwert unterschreitet, und ein entsprechendes Schaltsignal wird ausgegeben.
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Zur Einstellung des Grenzwertes, insbesondere des unteren Grenzwertes und/oder des oberen Grenzwertes, umfasst die interne Steuer- und Auswerteeinheit bei einer vorteilhaften Ausführungsform elektronische Bauelemente, die insbesondere auf der Leiterplatte angeordnet sind. Solche elektronischen Bauelemente können zum einen feste Widerstände oder elektronische Bauteile mit festen Widerständen sein. Zum anderen können als elektronische Bauelemente elektrische Widerstandsbauelemente in die interne Steuer- und Auswerteeinheit integriert werden, mit denen sich vorteilhafterweise ein beliebiger Widerstandswert einstellen lässt. Die Einstellung des oder der Grenzwerte erfolgt also insbesondere über eine Widerstandsschaltung bzw. durch die Dimensionierung der Widerstände in der Schaltung.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist der zumindest eine Drucksensor zur Einstellung des Grenzwertes, insbesondere des unteren Grenzwertes und/oder des oberen Grenzwertes, als programmierbarer Drucksensor ausgebildet. Mit anderen Worten: Der oder die Grenzwerte werden durch Programmierung des Drucksensors, insbesondere durch eine Anpassung der Kennlinie des Drucksensors, eingestellt. Dadurch kann insbesondere eine Fein-Einstellung der Grenz- bzw. Schwellwerte vorgenommen werden.
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Vorzugsweise umfasst der Druckaufnehmer zumindest zwei Drucksensoren, die denselben Druck jeweils eigenständig erfassen und jeweils einen Druckmesswert erzeugen. Somit stehen zumindest zwei Drucksensoren zur Verfügung, die denselben Druck erfassen, aber unabhängig vom jeweils anderen Drucksensor arbeiten. Durch den Einsatz von zwei oder mehr Drucksensoren kann eine Redundanz erzeugt werden und somit die Zuverlässigkeit der Ventilbaugruppe erhöht. Insbesondere werden dabei unterschiedliche Drucksensoren verschiedener Hersteller eingesetzt, um das Risiko von systematischen Fehlern der Drucksensoren, die aus der gleichen Fabrik, dem gleichen Fertigungsprozess oder der gleichen Logistikkette stammen, weiter zu minimieren. Die Funktionalität der Ventilbaugruppe wäre somit auch bei Ausfall eines Drucksensors weiter voll erhalten. Beide Druckmesswerte werden getrennt voneinander aus- und beispielsweise an die interne Steuer- und Auswerteeinheit weitergegeben und dort weiterverarbeitet. In der internen Steuer- und Auswerteeinheit kann dann beispielsweise eine Auswahl zwischen den erzeugten Druckmesswerten getroffen werden, d.h. es wird anhand eines Auswahlkriteriums einer der Druckmesswerte ausgewählt, der dann in ein Schaltsignal umgewandelt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht beispielsweise darin, aus den mehreren Druckmesswerten einen Mittelwert zu bilden und anhand dieses Mittelwertes ein Schaltsignal zu erzeugen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kommuniziert der Druckaufnehmer zur Auswertung des von dem zumindest einen Drucksensor erzeugten Druckmesswertes und/oder zur Umwandlung des von dem zumindest einen Drucksensor erzeugten Druckmesswertes in ein Schaltsignal zusätzlich mit einer außerhalb der Ventilbaugruppe angeordneten externen Steuer- und Auswerteeinheit, insbesondere dem Steuergerät eines Kraftfahrzeuges. Hierzu wird der von dem Drucksensor erzeugte Druckmesswert als Analogwert zu der externen Steuer- und Auswerteeinheit weitergegeben und dort wiederum in ein Schaltsignal umgewandelt. Dadurch wird eine beidseitige Redundanz der Steuer- und Auswerteeinheiten, insbesondere eine Redundanz zu der internen Steuer- und Auswerteeinheit geschaffen, sodass sichergestellt ist, dass die Funktionalität der Ventilbaugruppe und somit beispielsweise die Schaltung eines Schalters, auch bei einer Fehlfunktion oder einem Ausfall der internen Steuer- und Auswerteeinheit gewährleistet ist.
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Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
- 1 eine Ventilbaugruppe mit Rückschlagventil in einer Explosionsdarstellung,
- 2 ein Schaltbild der Ventilbaugruppe sowie damit kommunizierender Komponenten.
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1 zeigt eine Ventilbaugruppe 2 mit einem Ventilgehäuse 2a zur Aufnahme der in die Ventilbaugruppe 2 integrierten Komponenten, welches im Montagezustand oberseitig von einem Gehäusedeckel 2b und unterseitig von einem Gehäuseendstück oder Gehäusestutzen 2c druckdicht verschlossen ist. Die Ventilbaugruppe 2 weist einen ersten Anschluss 4a und einen zweiten Anschluss 4b zur Integration in ein, ein Fluid 6, vorliegend Luft, angedeutet durch Pfeile 6, führendes Leitungssystem, beispielsweise zur Integration im Bremskraftverstärker eines Kraftfahrzeuges, auf. Der erste Anschluss 4a dient dabei zum Anschluss an einen nicht dargestellten Unterdruckspeicher, wobei die Ventilbaugruppe sowohl direkt in den Unterdruckspeicher integriert als auch über einen Druckluftschlauch mit diesem verbunden werden kann. An den zweiten Anschluss 4b ist in der Regel stets ein nicht dargestellter Druckluftschlauch angeschlossen, welcher vom zweiten Anschluss 4b zu einer nicht dargestellten Unterdruckquelle, beispielsweise einer Unterdruckpumpe, führt.
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Die Ventilbaugruppe 2 umfasst ein Rückschlagventil 8, welches die Strömung des Fluides 6 in Richtung vom ersten Anschluss 4a zum zweiten Anschluss 4b hin erlaubt. In Gegenrichtung, d.h. vom zweiten Anschluss 4b zum ersten Anschluss 4a hin, ist keine Strömung des Fluides 6 möglich. Das Rückschlagventil 8 umfasst eine Ventilmembran 10, vorliegend eine scheibenförmige Ventilmembran 10, die zwischen dem Ventilgehäuse 2a und dem Gehäuseendstück 2c in die Ventilbaugruppe 2 eingesetzt und dort beispielsweise mittels eines in eine Durchgangsöffnung 12 der Ventilmembran 10 eingreifenden Zapfens (nicht gezeigt) innerhalb des Ventilgehäuses 2a gehalten wird.
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Die Ventilbaugruppe 2 umfasst ferner einen Druckaufnehmer 14, welcher im Beispiel mit dem ersten Anschluss 4a kommuniziert, der Druckaufnehmer 14 erfasst also den Druck pa des Fluides im ersten Anschluss 4a bzw. in einem zwischen dem ersten Anschluss 4a und dem Rückschlagventil 8 liegenden Bereich.
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Der Druckaufnehmer 14 umfasst vorliegend einen Drucksensor 16 zur Erfassung des Druckes pa und zur Erzeugung eines Druckmesswertes. Der Druckaufnehmer 14 kann zudem einen zweiten oder mehrere weitere Drucksensoren 16 umfassen, was durch den gestrichelt dargestellten zweiten Drucksensor 16 veranschaulicht sein soll. Dadurch kann eine Redundanz der Drucksensoren 16 geschaffen werden, welche die Zuverlässigkeit der Ventilbaugruppe 2 erhöht. Sofern der Druckaufnehmer 14 zumindest zwei Drucksensoren 16 umfasst, erfassen diese jeweils eigenständig denselben Druck und erzeugen jeweils einen Druckmesswert. Ein Dichtelement 18 dichtet den Druckaufnehmer 14 bzw. den Drucksensor 16 ab. Ferner können durch das Dichtelement 18 Toleranzen, beispielsweise Höhen- oder Positionstoleranzen ausgeblichen werden. Die Drucksensoren 16 sind von einem Drucksensorhersteller vorkonfektionierte Bauteile mit einer internen, nicht dargestellten minimalen Elektronikbeschaltung.
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Erfindungsgemäß ist nunmehr eine interne Steuer- und Auswerteeinheit 20 zur Auswertung des von dem Drucksensor 16 erzeugten Druckmesswertes und zur Umwandlung eines von dem Drucksensor 16 erzeugten Druckmesswertes in ein Schaltsignal in der Ventilbaugruppe 2 integriert. Ein elektronisches Schaltbild des Druckaufnehmers 14 bzw. des Drucksensors 16 und der internen Steuer- und Auswerteeinheit 20 sowie der damit kommunizierenden Komponenten ist in 2 gezeigt. Sowohl die interne Steuer- und Auswerteeinheit 20 als auch der Druckaufnehmer 14 bzw. der Drucksensor 16 sind vorliegend auf einer Leiterplatte 22 der Ventilbaugruppe 2 angeordnet bzw. deren Beschaltung ist in der Leiterplatte 22 integriert.
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Über Steckverbinder 24, beispielhaft sind in 1 drei Stiftkontakte gezeigt, ist die Ventilbaugruppe 2 bzw. die auf der Leiterplatte 22 integrierte interne Steuer- und Auswerteeinheit 20 mit einem Schalter 26 oder einer weiteren externen Steuer- und Auswerteeinheit 28 verbindbar (vgl. 2). Der Schalter 26 ist vorliegend ein Relais, welches an eine Versorgungsspannung V, insbesondere des Kraftfahrzeuges, angeschlossen ist und einen Stromkreis einer Unterdruckquelle 32 in Abhängigkeit von dem Schaltsignal S1 , S2 an- oder abschaltet. Die weitere externe Steuer- und Auswerteeinheit 28 ist insbesondere das Steuergerät des Kraftfahrzeuges.
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Zwischen der Leiterplatte 22 und dem Gehäusedeckel 2b ist ferner eine Druckausgleichsmembran 25 angeordnet, die einen Druckausgleich zwischen dem Druckraum innerhalb der Ventilbaugruppe und der Umgebung ermöglicht und gleichzeitig ein Eindringen von Verunreinigungen oder ähnlichem in die Ventilbaugruppe verhindert.
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Der Druckaufnehmer 14 bzw. der Drucksensor 16 erfasst für den in dem ersten Anschluss herrschenden Druck pa einen Druckmesswert in Form eines analogen Signales, vorliegend als Spannungswert Ua . Der Druck pa wird also vom Drucksensor 16 und seiner zugehörigen Beschaltung in eine mit dem Druck pa korrelierte Spannung Ua überführt. Dieses analoge Signal bzw. dieser Druckmesswert Ua wird in der internen Steuer- und Auswerteeinheit 20 ausgewertet. Hierzu umfasst die interne Steuer- und Auswerteeinheit 20 einen Komparator 30, vorliegend einen Fensterkomparator, der bzw. dessen elektronische Schaltung auf der Leiterplatte 22 integriert ist. Der Komparator 30 vergleicht den Druckmesswert Ua mit einem Grenzwert, vorliegend einem oberen Grenzwert Go und einem unteren Grenzwert Gu . Sofern der Druckmesswert Ua den oberen Grenzwert Go überschreitet, der Druck innerhalb des ersten Anschlusses 4a also zu hoch ist, soll die Unterdruckquelle 32 eingeschalten werden. Der Komparator 30 erzeugt also ein Schaltsignal, genauer ein digitales Schaltsignal S1 , insbesondere in Form eines binären Signals „1“, welches von der internen Steuer- und Auswerteeinheit 20 an den Schalter 26 bzw. das Relais weitergegeben wird und die Unterdruckquelle 32 wird aktiviert. Sobald der Druckmesswert Ua einen unteren Grenzwert Gu erreicht, gibt der Komparator 30 ein digitales Schaltsignal S2 , insbesondere in Form eines binären Signals „0“ aus, welches wiederum von der internen Steuer- und Auswerteeinheit 20 an den Schalter 26 bzw. das Relais weitergegeben wird, sodass die Unterdruckquelle 32 deaktiviert wird, wenn der Druck pa in dem ersten Anschluss 4a ausreichend gering ist.
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Der obere Grenzwert Go und der untere Grenzwert Gu werden vorliegend über elektronische Bauelemente in Form von Widerständen eingestellt, die bzw. deren elektronische Schaltung auf der Leiterplatte 22 integriert sind (nicht explizit dargestellt). Auch der Einsatz programmierbarer Drucksensoren 16 wäre denkbar.
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Um die Zuverlässigkeit der Ventilbaugruppe 2 weiter zu erhöhen, kann auch zu der internen Steuer- und Auswerteeinheit 20 eine Redundanz geschaffen werden, indem der Druckmesswert Ua zusätzlich an die außerhalb der Ventilbaugruppe 2 angeordnete externen Steuer- und Auswerteeinheit 28, vorliegend das Steuergerät des Fahrzeuges, weitergegeben und dort ebenfalls ausgewertet und in ein Schaltsignal umgewandelt wird (in 2 gestrichelt dargestellt). Hierzu wird insbesondere ein weiterer, vorliegend vierter Stiftkontakt vorgesehen (nicht gezeigt), um den Druckmesswert Ua in Form eines analogen Signals zu der externen Steuer- und Auswerteeinheit 28 auszugeben. Das von der externen Steuer- und Auswerteeinheit 28 ausgegebene Schaltsignal kann wiederum zur Betätigung des Schalters 26 dienen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Ventilbaugruppe
- 2a
- Ventilgehäuse
- 2b
- Gehäusedeckel
- 2c
- Gehäuseendstück
- 4a
- erster Anschluss
- 4b
- zweiter Anschluss
- 6
- Fluid
- 8
- Rückschlagventil
- 10
- Ventilmembran
- 12
- Durchgangsöffnung
- 14
- Druckaufnehmer
- 16
- Drucksensor
- 18
- Dichtelement
- 20
- interne Steuer- und Auswerteeinheit
- 22
- Leiterplatte
- 24
- Steckverbinder
- 25
- Druckausgleichsmembran
- 26
- Schalter
- 28
- externe Steuer- und Auswerteeinheit
- 30
- Komparator
- 32
- Unterdruckquelle
- pa
- Druck erster Anschluss
- pb
- Druck zweiter Anschluss
- Ua
- Druckmesswert
- S1, S2
- Schaltsignal
- Go
- oberer Grenzwert
- Gu
- unterer Grenzwert
- V
- Versorgungsspannung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010041170 A1 [0003]
