DE2304706A1

DE2304706A1 - Vergleicher

Info

Publication number: DE2304706A1
Application number: DE2304706A
Authority: DE
Inventors: Jack Mort White
Original assignee: Sybron Corp
Current assignee: Sybron Transition Corp
Priority date: 1972-01-31
Filing date: 1973-01-31
Publication date: 1973-08-09
Also published as: US3741028A; DE2304706B2; CA964486A; DE2304706C3; IT977040B; AU5119773A; FR2170003B1; FR2170003A1; GB1361954A; ZA7360B; NL7301036A

Description

Anmelder; Sybron Corporation,. 1100 Midtown Tower, Rochester, New York 14604, USA

Vergle icher

Die Erfindung betrifft einen Vergleicher, insbesondere einen pneumatischen Vergleicher, in dem eine von einem Drucksignal abgeleitete Kraft durch eine Gegenkraft abgeglichen wird.

Vergleicher dieser Art (US-PS 3 396 374) finden zur Überwachung industrieller Prozesse Verwendung, und dienen dazu, einen veränderlichen Zustand, wie beispielsweise eine Druckdifferenz, in eine mechanische Kraft umzuwandeln, die durch eine zweite mechanische Kraft ausgeglichen wird, mit Hilfe eines mechanischen Gestänges, welches durch die entgegengesetzten Kräfte verhältnismäßig geringe Änderungen der Konfiguration erfährt. Mit einem derartigen Vergleicher wird eine Veränderung des veränderlichen Widerstands als die Änderung der mechanischen Gegenkraft nachgewiesen, die zur Herstellung des Gleichgewichts erforderlich ist. Um den Arbeitsbereich einstellen zu können, ist ein Glied des mechanischen Gestänges um eine verstellbare Schwenkachse verschwenkbar, die an dem Gehäuse des Vergleichers möglichst stabil angeordnet ist.

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Normalerweise ist die verstellbare Schwenkachse an einer Einstellmutter vorgesehen, die durch eine Einstellschraube verstellbar ist, so daß die Lage der Schwenkachse durch Drehung der Einstellschraube geändert werden kann. Da die Einstellschraube an dem Gehäuse des Vergleichers gelagert ist, und da die Einstellmutter auf der Einstellschraube verdrehbar angeordnet ist, ist die Verbindung der Schwenkachse mit dem Gehäuse nicht vollständig starr, weshalb ein Spiel zwischen den verschiedenen Komponenten des Vergleichers vorhanden ist. Weil die Verbindung nicht starr ist, kann eine Relativbewegung zwischen der verstellbaren Schwenkachse und dem Gehäuse des Geräts auftreten, insbesondere, wenn die Einstellschraube gedreht wird. Dies führt zu... wiederholbaren oder nicht wiederholbaren Fehlern, welche die Meßgenauigkeit beeinträchtigen. Wenn beispielsweise die Einstellschraube relativ zu dem Gehäuse bewegt wird, nachdem der Arbeitsbereich eingestellt ist, und nicht in ihre stabile Ausgangslage zurückgelangt, kann die Schraube in ihre Ausgangslage durch eine an der Schwenkachse angreifende Kraft zurückbewegt werden, welche beispielsweise außerhalb des Arbeitsbereichs der Einstellung liegt. Wenn die Schwenkachse die zusätzliche Belastung ohne eine nachteilige Bewegung abstützen kann, die entweder wiederholbar oder nicht wiederholbar ist, treten Fehler auf. Bei dem bekannten Vergleicher (US-PS 3 396 374) ist eine Einrichtung vorgesehen, durch welche die normale Konfiguration des Geräts trotz Vorhandensein von Fehlausrichtungen oder Kräften außerhalb des Arbeitsbereichs mehr oder weniger automatisch wiederhergestellt wird, so daß der Mechanismus durch Kräfte außerhalb des Arbeitsbereichs nicht beschädigt wird. Durch die Erfindung soll dagegen der Einstellmechanismus gesichert an dem Gehäuse oder Körper des Geräts in der normalen Konfiguration gehaltert werden, selbst wenn Ein-'Stellungen erfolgen, um die Wirkung von Kräften außerhalb des Arbeitsbereichs aufnehmen zu können.

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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Vergleicher der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß Einflüsse durch Kräfte oberhalb des Arbeitsbereichs oder Regelbereichs vermieden werden. Insbesondere soll die verstellbare Schwenkachse und deren Trageinrichtung den Körper oder das Gehäuse des Geräts mit einer verhältnismäßig konstanten Federkraft gedruckt werden. Dazu soll nur eine einzige Feder erforderlich sein. Während einer Einstellung des Arbeitsbereichs soll die stabile Anordnung beibehalten werden, so daß keine Nachjustierung oder Kräfte oberhalb des Arbeitsbereichs erforderlich sind, um den Ursprungszustand herzustellen. Schließlich soll auch die Einrichtung mit der verstellbaren Schwenkachse mit einer möglichst geringen Zahl von Einzelteilen einfacher und billiger herstellbar sein, ohne dadurch die Zuverlässigkeit der Arbeitsweise zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind deshalb in einem Vergleicher zu sehen, in dem eine von einer Druckdifferenz abgeleitete Kraft ein Drehmoment auf einen Hebel ausübt, an dem eine Gegenkraft angreift. Die Schwenkachse des Hebels ist einstellbar an dem Körper des Geräts gesicherterweise angeordnet, indem die an der Einstellmutter vorgesehene Schwenkachse durch Verdrehen der Einstellschraube verstellbar ist, die an einem V-Lager an dem Gehäuse gelagert ist. Zwischen dem Gehäuse und der Einstellmutter ist eine Blattfeder eingespannt, die an der Einstellmutter befestigt ist. Durch die durch die Befestigung der Blattfeder an der Mutter ausgeübte Kraft wird die Blattfeder über ihre Elastizitätsgrenze hinaus verbogen, so daß die durch die Verbiegung der Blattfeder erzeugte Kraft die Einstellmutter und die Einstellschraube gegen das V-Lager mit einer verhältnismäßig konstanten Kraft drückt, welche auf die verschiedenen Teile des Mechanismus übertragen wird, um die Einstellschraube gegen das V-Lager und die Einstellmutter gegen die Einstellschraube zu drücken- Durch diese Federkraft wird es in einfacher Weise ermöglicht, direkt eine konstante, verhältnismäßig große Federkraft auszuüben, um

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die Teile aneinander zu drücken, ähnlich wie die Kraft, die bei der Einstellung oder bei Kräften oberhalb des Arbeitsbereichs ausgeübt werden.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung entlang der Linie 1-1 in Fig. 3;

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1; und

Fig. 3 eine teilweise im Schnitt dargestellte Draufsicht entsprechend der Linie 3-3 in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt einen Teil 10 eines Vergleichers mit einer verstellbaren Schwenkachse. Der Vergleicher enthält einen Hebel 12, der um eine Schwenkachse 14 verschwenkbar ist. Eine Kraft Fl wird als Eingangsgröße auf das eine Ende des Hebels ausgeübt. Diese Kraft kann beispielsweise direkt proportional einem Druckunterschied sein, und wird auf den Hebel durch eine bekannte Einrichtung wie einen Faltenbalg oder andere bekannte Betätigungseinrichtungen ausgeübt(US-PS 2 781 665 und 3 600 952), Diese Kraft wird dann durch eine Kraft F2 ausgeglichen, die beispielsweise durch einen Rückkopplungsmotor erzeugt wird. Wenn sich die Kraft Fl ändert, wird durch eine verhältnismäßig empfindliche Nachweiseinrichtung (nicht dargestellt) die Änderung nachgewiesen und eine entgegengesetzt gerichtete Änderung der ausgleichenden Kraft F2 bewirkt, um die ursprüngliche Änderung auszugleichen, welche die entgegengesetzte Änderung verursachte. Deshalb können irgendwelche Änderungen eines Druckunterschieds oder sonstige veränderliche Zustände, die die Kraft Fl ändern, durch den Betrag der Änderung der Gegenkraft F2 gemessen werden, die zum Ausgleich der ursprünglichen Änderung erforderlich ist.

Um den Arbeitsbereich des Vergleichers einzustellen, also das Verhältnis der Kräfte Fl und F2, ist die Schwenkachse 14 verstellbar an einer Einstellmutter 16 vorgesehen, die durch eine Einstellschraube 18 verstellbar ist. Die Einstellschraube

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ist in einem Gehäuse 20 abgestützt und kann durch Drehung des Kopfs 22 verstellt werden. Der insoweit beschriebene Vergleicher ist an sich bekannt. (US-PS 3 297 045 und 3 396 374).

Wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich ist, ist die Einstellschraube 18 an ihren Enden in V-Lagern 24 an der Oberseiteund Unterseite des Gehäuses 20 gelagert. Befestigungseinrichtungen mit Unterlegscheiben 26, 28 sind an der Oberseite und an der Unterseite vorgesehen, um eine vertikale Bewegung der Einstellschraube relativ zu dem Gehäuse zu verhindern. Weil die Einstellschraube in V-Lagern gelagertist, ist eine horizontale Bewegung der Einstellschraube während der Einstellung und beim Auftreten von Kräften oberhalb des Arbeitsbereichs möglich, wie im folgenden noch näher erläutert werden soll. Die Schwenkachse 14 ist an einer Schneide mit einer leicht abgerundeten Vorderkante vorgesehen. Der Hebel 12 ist an seinem einen Ende 30 über ein Gestänge 32 mit der nicht dargestellten Eingangseinrichtung des Vergleiche^ verbunden, welche die Kraft Fl auf dieses Ende des Hebels ausübt. Das andere Ende 34 des Hebels ist über ein Gestänge 36 mit einem nicht dargestellten Rückkopplungsmotor verbunden, welcher die Gegenkraft F2 ausübt. Die beiden Kräfte Fl und F2 werden auf die Schwenkachse 14 und von dort auf die. Einstellmutter, die Einstellschraube und das Gehäuse übertragen.

Ein Führungsarm 38 (Fig. 2) erstreckt sich von der Einstellmutter durch einen Schlitz 40 in der Seitenwand des Gehäuses. Der Führungsarm ermöglicht eine Verstellung der Einstellmutter in vertikaler Richtung, wenn die Einstellschraube verdreht wird, und dient gleichzeitig zur Anzeige der Einstellung mit Hilfe eines als Zeiger ausgebildeten Endteils.42, in dem beispielsweise entlang einem Schlitz in dem Gehäuse eine Skala vorgesehen ist. Der Schraubenkopf 22 auf der Oberseite des Gehäuses ermöglicht durch Verdrehen der Einstellschraube die Einstellung der Lage der Schwenkachse und des Zeigers des Führungsarms.

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Da die verschiedenen Komponenten eine Relativbewegung durchführen können, können außerordentliche Bewegungen auftreten, die wiederholbare oder nicht wiederholbare Anzeigefehler verursachen. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Einstellmutter sich dann lediglich in vertikaler Richtung bewegt, wenn der Führungsarm 38 an einer der beiden Kanten des Schlitzes 40 anliegt. Wenn jedoch die Einstellschraube zur Einstellung der'.Einstellmutter beispielsweise im Uhrzeigersinne und dann im Gegenuhrzeigersinne bei einer Nachstellung verdreht wird, ergibt, sich ein kleiner Fehler bei der Einstellung des Arbeitsbereichs. Dieser Fehler wird durch die Drehung der Einstellmutter mit der Einstellschraube bis zum Anschlag des Führungsarms 38 gegen eine Kante des Schlitzes 40 verursacht. Dieser Fehler könnte dadurch verringert werden, daß das Ende 42 des Führungsarms genau der Schlitzbreite des Schlitzes 40 entspricht. Dies würde aber unerwünscht enge Herstellungstoleranzen bedingenο

Weil die Einstellschraubein V-Lagern gelagert ist, kann während der Drehung der Schraube entweder das obere oder das untere Ende der Schraube entlang einer Seitenkante 46 des V -Lagers verschoben werden, so daß sich das betreffende Schraubenende in horizontaler Richtung zu dem anderen Ende bewegt. Deshalb können während des Betriebs der Einrichtung die Teile nur in ihre Ausgangslage in den V-Lagern eine an dem Gehäuse gesicherte Lage gelangen, wenn eine Nacheinstellung erfolgt oder wenn Kräfte oberhalb des Arbeitsbereichs auftreten, wenn also größere Kräfte als normalerweise auf die Schwenkachse ausgeübt werden. Da selbst kleine Bewegungen der Einstellschraube und der Einstellmutter die Lage der Schwenkachse ändern, würde die Meßanzeige einen gewissen Fehler aufweisen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Ende 42 des Führungsarms gegen eine Kante des Schlitzes 40 unabhängig von der Drehrichtung der Einstellschraube gedrückt. Ferner kann in einfacher Weise direkt eine verhältnismäßig große Kraft auf die Einstellmutter und die Einstellschraube in Eingriff mit dem Gehäuse ausgeübt werden, in ähnli-

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eher Weise wie bei der Justierung oder dem Auftreten von Kräften oberhalb des Arbeitsbereichs, um die Möglichkeit von nachteiligen Bewegungen zwischen diesen Teilen während der Einstellung zu beseitigen oder zu verringern.

Diese Kraft wird durch eine Blattfeder 48 ausgeübt. Ein Ende der Blattfeder ist an der Einstellmutter mit einer Befestigungsschraube 50 befestigt. Das andere Ende 52 (Fig. 2 und 3) der Blattfeder erstreckt sich von der Einstellmutter durch einen Schlitz 54 in dem Gehäuse. Deshalb übt die Blattfeder eine Kraft zwischen dem Gehäuse und der Einstellmutter aus, um die Einstellmutter gegen die Einstellschraube und die Einstellschraube gegen das Gehäuse zu drücken. Bei der Herstellung werden zunächst alle Teile, ausgenommen die Blattfeder 48, zusammengebaut. Dann wird die Blattfeder so angeordnet, daß das Ende 52 durch den Schlitz 54 ragt und die Befestigungsschraube 50 wird angezogen. Die Vorderseite 56 der Einstellmutter erstreckt sich etwas über die Ebene des Schlitzes 54, so daß die Blattfeder verbogen wird, wenn die Befestigungsschraube 50 angezogen wird. Dadurch wirkt die Blattfeder 48 als Hebelarm, dessen Schwenkachse entlang einer Kante 58 der Einstellmutter verläuft. Wenn die Befestigungsschraube 50 weiter angezogen wird, um die Blattfeder eng an die Einstellmutter anzudrücken, wird durch diese Hebelwirkung ein Drehmoment auf die Einstellmutter 16 ausgeübt, wodurch die Einstellmutter im Uhrzeigersinne auf der Einstellschraube 18 verdreht wird, bis das Ende 42 des Führungsarms 38 an einer Kante des Schlitzes 40 anliegt, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Durch weiteres Anziehen der Befestigungsschraube wird die Blattfeder 48 umgebogen, wie in Fig. 3 dargestellt ist, um die Kraft auszuüben, welche die Einstellmutter, die Einstellschraube und das Gehäuse in einer gesicherten Lage haltert.

Es ist wünschenswert, daß die Federkraft so groß wie möglich, aber nicht so groß ist, daß sich Schwierigkeiten beim Verdrehen des Schraubenkopfs 32 oder eine zu starke Abnutzung an der Lagerstelle der V-Lager 24 ergeben. Um die Federkraft zu begrenzen, werden die Einstellmutter und die Blattfeder so

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ausgebildet, daß beim Anziehen der Befestigungsschraube 50 mit einer Kraft, die zur fluchtenden Halterung der Blattfeder an der Einstellmutter ausreicht, die Blattfeder bis oder über ihre Elastizitätsgrenze verbogen wird. Dadurch ist gewährleistet, daß die durch die ausgebogene Feder erzeugte Kraft unabhängig von irgendeiner Erhöhung der Auslenkung der Feder relativ konstant bleibt. Wenn beispielsweise der Schlitz 54 nicht parallel zu der Achse der Einstellschraube 18 verläuft, kann die Blattfeder 48 mehr oder weniger ausgebogen werden, wenn die Feder entlang dem Schlitz während Einstellungen des Arbeitsbereichs bewegt wird. Wenn die Feder absichtlich während des Zusammenbaus über ihre Federungsgrenze deformiat wird, können irgendwelche Änderungen der Ausbiegung der Feder während des Betriebs die durch die Feder ausgeübte Kraft nicht beträchtlich verändern. Obwohl ferner die Summe der Fehler aufgrund von Herstellungstoleranzen bei den einzelnen Geräten unterschiedlich ist, ist dann die von der Blattfeder 48 in den betreffenden Geräten ausgeübte Kraft praktisch gleich.

Mit Hilfe eines einzigen Elements in Form der Blattfeder 48 wird die Einstellmutter?^ecfxe Einstellschraube und die Einstellschraube gegen das Gehäuse mit einer relativ konstanten Kraft gedrückt, und zwar in dergleichen Richtung, in der eine Kraft oberhalb des Arbeitsbereichs angreift. Die Blattfeder 48 übt auch ein ausreichendes Drehmoment auf die Einstellmutter aus, um das Ende 42 des Führungsarms in Anlage gegen eine Kante des Schlitzes 40 zu halten (Fig. 3), unabhängig von der Drehrichtung der Einstellschraube. Deshalb sind keine engen Herstellungstoleranzen in dem Führungsarm und dem Schlitz erforderlich, wodurch die Herstellungskosten erniedrigt werden. Durch die Deformation der Blattfeder 48 über deren Deformationsgrenze hinaus wird nicht nur die Ausübung einer praktisch konstanten Kraft gegen die Schraube und die Mutter im Arbeitsbereich des Geräts gewährleistet, sondern es wird auch eine Kraft praktisch gleicher Größe durch entsprechende Federn in Geräten gleicher Konstruktion unabhängig von den Fehlern ausgeübt, die von der Ge-

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samtheit der Herstellungstoleranzen abhängen. Da die Blattfeder 48 mit ihrem Ende 52 in dem Schlitz 54 verläuft, kann die Blattfeder in vertikaler Richtung bewegt werden, wobei die gleiche Lage auf die Einstellmutter unabhängig von der Lage der Einstellmutter relativ zu der Einstellschraube ausgeübt wird.

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Vergleicher, insbesondere pneumatischer Vergleicher mit einem um eine Schwenkachse verschwenkbaren Hebel, die an einer verstellbaren Stützeinrichtung vorgesehen ist, wobei eine am einen Ende des Hebels als Eingangsgröße angreifende Kraft durch eine am anderen Ende des Hebels angreifende Gegenkraft ausgleichbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherung der Schwenkachse an dem Gehäuse ein Federglied zwischen der Stützeinrichtung (16) mit der Schwenkachse (14) und dem Gehäuse (20) vorgesehen ist, durch die direkt eine Kraft auf die Stützeinrichtung (16) ausgeübt wird, um diese in eine Richtung senkrecht zu der Einstellrichtung gegen das Gehäuse'(20) zu drücken.
2. Vergleicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t , daß das Federglied eine Blattfeder (48) ist, von der ein Ende an der Stützeinrichtung (16) und das andere Ende gleitend verschiebbar mit dem Gehäuse (20) in Eingriff steht, so daß die Blattfeder bei der Einstellung der Stützeinrichtung relativ zu dem Gehäuse mit dieser beweglich ist.
3. Vergleicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder über ihre Elastizitätsgrenze hinaus derart deformiert ist, daß die durch die Blattfeder ausgeübte Kraft unabhängig von Änderungen der Deformation der Blattfeder praktisch konstant bleibt, wenn die Stützeinrichtung eingestellt wird.
4. Vergleicher nach Anspruch 1, bei dem die verstellbare Stützeinrichtung eine an dem Gehäuse gelagerte Einstellschraube mit einer Einstellmutter aufweist, von der ein Führungsarm an einem Anschlag an dem Gehäuse angreift, um eine Drehung der Einstellmutter bei der Drehung der Einstellschraube zu verhindern.

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dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (48) zwischen der Einstellmutter (16) und dem Gehäuse (20) angeordnet ist, um ein Drehmoment auf die Einstellmutter auszuüben und- den Führungsarm (38) in Berührung mit dem Anschlag (40) zu halten, wenn die Einstellschraube verdreht wird.
5. Vergleicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, da/3 die Blattfeder mit einem Ende an der Einstellmutter befestigt ist und mit dem anderen Ende (52) von der Einstellmutter vorragt und gleitend verschiebbar an dem Gehäuse angreift, daß die Blattfeder eine Kraft zwischen der Einstellmutter und dem Gehäuse ausübt, die senkrecht zu der Achse der Schraube verläuft, um die Einstellmutter gegen die Einstellschraube und die Einstellschraube in den V-Lagern zu haltern, und daß eine störende Bewegung der Einstellmutter relativ zu der Einstellschraube und der Einstellschraube relativ zu dem Gehäuse verhindert ist.
6. Vergleicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gehäuse ein Schlitz vorgesehen ist, der sich parallel zu der Einstellschraube entlang dem gesamten Einstellbereich erstreckt, daß die Blattfeder durch diesen Schlitz vorragt und an einer Seitenkante davon angreift, so daß die Blattfeder sich mit der Einstellmutter bewegt und entlang dem gesamten Einstellbereich an dem Gehäuse angreift,
7. Vergleicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder durch ihren Eingriff zwischen der Einstellmutter und der Schlitzkante über ihre Elastizitätsgrenze derart deformiert ist, daß die durch die Feder zur Halterung der Einstellmutter und der Einstellschraube gegenüber den V-Lagern unabhängig von der Größe der Kräfte praktisch konstant bleibt, mit denen der Hebel an der Schwenkachse angreift.

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8; Vergleicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmutter einen an dem Gehäuse angreifenden Führungsarm aufweist, um eine Drehung der Einstellmutter zu verhindern, und daß die Blattfeder derart ausgebildet ist, daß sie ein Drehmoment auf die Einstellmutter ausübt, um den Führungsarm gegen den Anschlag zu drücken, wenn die Einstellschraube verdreht wird.
9. Vergleicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag ein in dem Gehäuse vorgesehener Schlitz ist, durch den ein Ende des Führungsarms ragt, und daß die Blattfeder ein Drehmoment auf die Einstellmutter ausübt, um den Führungsarm anliegend an einer Kante des Schlitzes zu halten, wenn die Einstellschraube verdreht wird.

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