DE2603128C2 - Arrangement for testing the mechanical properties of solid materials - Google Patents

Arrangement for testing the mechanical properties of solid materials

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DE2603128C2 DE19762603128 DE2603128A DE2603128C2 DE 2603128 C2 DE2603128 C2 DE 2603128C2 DE 19762603128 DE19762603128 DE 19762603128 DE 2603128 A DE2603128 A DE 2603128A DE 2603128 C2 DE2603128 C2 DE 2603128C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Prüfen von mechanischen Eigenschaften fester Werkstoffe durch Verbiegen eines einseitig gehaltenen freiragenden, an seinem freien Ende ausgelenkten Probestabes.The invention relates to an arrangement for testing mechanical properties of solid materials by bending a cantilever held on one side and deflected at its free end Test stick.

Eine derartige Versuchsanordnung ist z. B. bei der Prüfung von Kunststoffen bekanntgeworden (Kunststoffe, Band 60,1970, Heft 11, Seite 889 bis 890). Es wird dabei ein einseitig eingespannter Flachstab bis zum Bruch belastet und die Belastung und der Biegewinkel registriert.Such a test arrangement is z. B. became known when testing plastics (plastics, Volume 60, 1970, issue 11, pages 889 to 890). It will a flat bar clamped on one side is loaded until it breaks and the load and the bending angle registered.

Ferner ist es bekannt, die Federeigenschaften dünner Bleche nach DIN 50151 zu messen. Nach dieser Vorschrift wird ein Blechstreifen auf zwei Stützen gelegt und durch einen zentralen Biegefinger belastet.It is also known to measure the spring properties of thin metal sheets in accordance with DIN 50151. After this According to the regulation, a sheet metal strip is placed on two supports and loaded by a central bending finger.

In beiden Fällen wirkt jedoch gerade an der Stelle, wo das höchste Biegemoment auftritt, eine äußere Kraft auf den Stab ein. Insbesondere im kritischen Bereich der Bruchbelastung werden dadurch die Spannungs- und Dehnungsverhältnisse beeinflußt, insbesondere, wenn es sich um einen relativ weichen Werkstoff, z. B. Kunststoff handelt, wenn der Probestab relativ dünn ist und z. B. bei kaltgewalzten Federblechen Eigenspannungen aufweist. In solchen Fällen kann es zu einer signifikanten Verfälschung der Meßergebnisse kommen. Neben der Probendicke und der Plastizität des Werkstoffes spielen z. B. auch noch der Biegewinkel im Bereich des maximalen Biegemoments sowie der Übergangsradius an der Einspannung bzw. der Aufladeradius eines zentral angreifenden Biegefingers eine störende Rolle.In both cases, however, an external force acts precisely at the point where the highest bending moment occurs the stick. In particular in the critical area of the breaking load, the tension and Affects expansion ratios, especially if it is a relatively soft material such. B. plastic acts when the test rod is relatively thin and z. B. has internal stresses in cold-rolled spring steel sheets. In such cases, the measurement results can be significantly falsified. In addition to the Sample thickness and the plasticity of the material play z. B. also the bending angle in the area of the maximum bending moment as well as the transition radius at the clamping or the charging radius of a bending finger attacking the center plays a disruptive role.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Vermeidung der vorstehenden Nachteile eine Versuchsanordnung zu schaffen, welche es ermöglicht, die Vergleichbarkeit und Reproduzierbarkeit der Versuchsergebnisse zu verbessern. The invention is based on the object, while avoiding the above disadvantages, to create a test arrangement which enables the To improve the comparability and reproducibility of the test results.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Probestab Bestandteil eines Probekörpers ist, der sich zu beiden Seiten des Probestabes erstreckende Längsauflagestreifen sowie mindestens einen Quersteg aufweist, welcher die Längsauflagestreifen mit dem Probestab verbindet.This object is achieved in that the test rod is part of a specimen which longitudinal support strips extending on both sides of the test rod and at least one transverse web which connects the longitudinal support strips to the test rod.

Der Probekörper wird für den Probestab selbst zum Haltemittel, indem er außerhalb von diesem gehalten ist. Dadurch werden äußere Kräfte vom kritischen Bereich des Probekörpers ferngehalten und die entsprechenden Verfälschungen des Versuchsergebnisses vermieden. Zwar kann nun auch ein Teil des Probekörpers geringfügig mit verbogen werden. Dieser systematische Fehler kann jedoch vernachlässigbar gering sein oder durch Korrekturfaktoren berücksichtigt werden. Da der freiragende Abschnitt des Quersteges aus demselben Material besteht wie der Probestab, ist seine Durchbiegung der des Probestabes proportional, so daß dieThe test specimen becomes a holding means for the test rod itself in that it is held outside of this. This keeps external forces away from the critical area of the test specimen and the corresponding ones Falsification of the test results avoided. It is true that part of the test specimen can now also be be slightly bent with. However, this systematic error can be negligible or negligible can be taken into account by correction factors. Since the exposed section of the crosspiece from the same Material is like the test rod, its deflection is proportional to that of the test rod, so that the

L·L

entsprechende Abweichung bei der Auswertung der Mi.ßergebnisse leicht berücksichtigt werden kann. Neben der Reproduzierbarkeit ist damit auch die Vergleichbarkeit der Versuchsergebnisse gegeben.corresponding deviation can easily be taken into account when evaluating the measurement results. In addition to reproducibility, the test results can also be compared.

Gernäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Probekörper auf einen Aufnahmekörper aufgelegt, der eine Freimachung für den Probestab aufweist. Die Freimachung kann in einem kurzen Abstand vom unfreien Ende des Probestabes durch eine außerhalb des Probestabe·: angeordnete Auflagefläche des Aufnahmekörpers begrenzt sein, wodurch die zusätzliche Durchbiegung am Probekörper gering bleibt. Der Aufnahmekörper ist so ausgebildet, daß der Probekörper zumindest mit seinen Längsauflagestreifen aufliegt. Die Längsauflagestreifen können vorteilhaft so ausgebildet sein, daß sie sich über die Angriffsstelle der Biegekraft am Probestab hinaus erstrecken, wodurch auf das Einspannen des Probekörpers verzichtet wenden kann. Dies erleichtert das Arbeiten insbesondere bei Serienuntersuchungen. Bei Zeitstandversuchen kommt es vor, daß der Probestab durch einen feststehenden Anschlag einer konstanten Auslenkung unterworfen wird. Insbesondere bei langen Untersuchungszeiträumen ist es von Vorteil, den Biegeanschlag fest dem Aufnahmekörper zuzuordnen und diesen in der Zeit zwischen zwei Messungen zusammen mit dem eingespannten Probestab an einem geeigneten Platz aufzubewahren. Damit wird die Versuchseinrichtung frei für die Untersuchung anderer Probestäbe.According to one embodiment of the invention, the test body is placed on a receiving body, which has an opening for the test rod. The franking can take place a short distance from the unfree end of the test rod through a support surface of the receiving body arranged outside the test rod be limited, whereby the additional deflection on the specimen remains low. The receiving body is designed so that the specimen rests at least with its longitudinal support strips. the Longitudinal support strips can advantageously be designed so that they extend beyond the point of application of the bending force extend out on the test rod, whereby the clamping of the test specimen can be dispensed with. This makes work easier, especially with series examinations. In creep tests it happens that the test rod is subjected to a constant deflection by a fixed stop. In particular In the case of long examination periods, it is advantageous to firmly attach the bending stop to the receiving body to be assigned and this in the time between two measurements together with the clamped test rod to be kept in a suitable place. This makes the test facility free for the investigation other test bars.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Auslenkung des Probestabes durch einen Biegefinger, der nahe zum freien Ende des Probestabes aufgesetzt ist. Insbesondere kann der Biegefinger schwenkbar geführt und seine Bahnkurve der des freien Probestabendes zumindest annähernd parallel sein. Dies ergibt einen gleichbleibenden Ansatzpunkt des Biegefingers am Probestab selbst bei unterschiedlich starken Durchbiegungen. Durch die Schwenkbarkeit des Biegefingers werden nicht nur die geometrischen Verhältnisse der Versuchsanordnung verbessert, sondern auch die Reibungskräfte zwischen dem Biegefinger und dem Probestab verringert und damit eine Verfälschung der gemessenen Biegekräfte nahezu ausgeschaltet. In einfacher Weise wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß der Biegefinger um einen Drehpunkt schwenkbar ist, der ungefähr ein Sechstel der Länge des Probestabes von dessen unfreiem Ende entfernt ist. Eine adequate Lösung wäre bei einem zentralbelasteten und auf zwei Stützen gelagerten Probestab wesentlich schwieriger zu erreichen, weil die Position beider Stützen in Abhängigkeit vom Hub des Biegefingers verändert werden müßte. Insbesondere bei starker Durchbiegung des Probestabes ist es von Vorteil, den Probekörper zumindest am Quersteg durch einen oder mehrere Klemmkörper gegen die Auflagefläche zu drücken und damit ein Verrutschen des Probekörpers zu vermeiden. Dickeabweichungen am Probekörper können dadurch ausgeglichen werden, daß die Klemmkörper einzeln gefedert sind.According to a further development of the invention, the test rod is deflected by a bending finger, which is placed close to the free end of the test rod. In particular, the bending finger can be pivoted out and its trajectory to be at least approximately parallel to that of the free end of the test rod. This gives a constant starting point of the bending finger on the test rod even with different strengths Deflections. The pivotability of the bending finger not only changes the geometric relationships of the test arrangement, but also the frictional forces between the bending finger and the Reduced test rod and thus almost eliminated any falsification of the measured bending forces. In this goal is easily achieved in that the bending finger can be pivoted about a pivot point, which is approximately one-sixth the length of the test rod from its non-free end. An adequate The solution would be much more difficult with a centrally loaded test rod supported on two supports because the position of both supports is changed depending on the stroke of the bending finger would have to. In particular, if the test rod is heavily deflected, it is advantageous to use the test specimen to press at least on the crosspiece by one or more clamping bodies against the support surface and thus preventing the specimen from slipping. This can lead to deviations in thickness on the test specimen be compensated that the sprags are individually sprung.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Längsauflagestreifen durch einen Querverbindungssteg auf der Seite des freien Probestabendes miteinander verbunden. Dadurch erhält der Probekörper einen geschlossenen Auflagerahmen, in dessen Innenraum der Probestab hineinragt. Durch den Querverbindungssteg wird der Auflagerahmen derart stabilisiert, daß die Längsauflagestreifen sehr schmal cehalten werden können.According to a further embodiment of the invention, the longitudinal support strips are provided with a cross-connecting web connected to one another on the side of the free end of the trial rod. This gives the test specimen a closed support frame, into the interior of which the test rod protrudes. Through the Cross-connecting web, the support frame is stabilized in such a way that the longitudinal support strips are very narrow can be kept.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Längsauflagestreifen nahe zum unfreien Ende des Probestabes am Quersteg angesetzt und z. B. durch schmale Schlitze vom Probestab getrennt. Dadurch kann die Stabilität des Aufnahmerahm.ens erhöht und seine Breite klein gehalten werden.According to a further embodiment of the invention, the longitudinal support strips are close to the non-free end the test rod attached to the crosspiece and z. B. separated from the test rod by narrow slots. Through this the stability of the Aufnahmerahm.en can be increased and its width can be kept small.

Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der Querschnitt der Längsauflagestreifen und des Quersteges größer als der Querschnitt des Probestabes, der z. B. eine geringere Dicke aufweist als die übrigen Teile des Probekörpers. Hierdurch wird ebenfalls der Auflagerahmen verstärkt. Ist der Dickeunterschied zwischen dem Längsauflagestreifen und dem Probestab größer als dessen Auslenkung, so kann auf einen Aufnahmekörper mit einer Freimachung völlig verzichtet werden.According to another development of the invention, the cross section of the longitudinal support strip and the Crossbar larger than the cross section of the test rod, the z. B. has a smaller thickness than the rest Parts of the test specimen. This also strengthens the support frame. Is the difference in thickness between the longitudinal support strip and the test rod greater than its deflection, so can on a Receiving body with a franking can be completely dispensed with.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der Probekörper als Spritzgußteil ausgebildet, welcher sich bei einer großen Anzahl von Kunststoffproben mit geringem Aufwand herstellen läßt und bei welchem die Dickeumerschiede in einfacher Weise realisiert werden können. Bei Serienuntersuchungen von Metallblechen empfiehlt es sich jedoch hingegen, den Probekörper als Stanzteil auszubilden, wodurch eine gleichbleibende Geometrie der Probekörper und deren kostengünstige Herstellung gewährleistet ist. Die gleichbleibende Positon der Probekörper am Aufnahmekörper wird in einfacher Weise dadurch erreicht, daß am Probekörper Positionierlöcher oder -schlitze und am Aufnahmekörper entsprechende Positionsstifte ausgebildet sind.According to another development of the invention, the test specimen is designed as an injection molded part, which can be produced with little effort and with a large number of plastic samples which the thickness differences can be realized in a simple manner. With serial examinations of sheet metal, however, it is advisable to design the test specimen as a stamped part, whereby a constant geometry of the test specimen and its inexpensive production is guaranteed. the A constant position of the specimen on the receiving body is achieved in a simple manner in that Positioning holes or slots on the specimen and corresponding positioning pins on the receptacle are trained.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.In the following, the invention is explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the drawing explained.

Die dargestellte Figur zeigt einen Probekörper I, der aus einem freiragenden Probestab 2, Längsauflagestreifen 3, einem Quersteg 4 und einem Querverbindungssteg 5 besteht, einen schwenkbaren Biegefinger 6 sowie einen gestrichelt angedeuteten Aufnahmekörper 7. Die Längsauflagestreifen 3 erstrecken sich zu beiden Seiten des Probestabes 2 und sind von diesem durch schmale Schlitze getrennt.The figure shown shows a test specimen I, which consists of a free-standing test rod 2, longitudinal support strips 3, a transverse web 4 and a cross-connecting web 5, a pivotable flexible finger 6 as well a receiving body 7 indicated by dashed lines. The longitudinal support strips 3 extend on both sides of the test rod 2 and are separated from this by narrow slots.

Der Quersteg 4 verbindet die Längsauflagestreifen 3 mit dem Probestab 2 und der Querverbindungssteg 5 die beiden dem Quersteg 4 gegenüberliegenden Enden der Längsauflagestreifen 3. Die Längsauflagestreifen 3 und der Quersteg 4 weisen einen größeren Querschnitt und damit eine höhere Biegesteifigkeit als der Probestab 2 auf. Der Probekörper 1 kann als Spritzgußtei! aus Kunststoff oder als Stanzteil ausgebildet sein. Der Aufnahmekörper 7, auf welchen der Probekörper 1 aufgelegt ist, weist eine Freimachung 8 für den Probestab 2 auf. Die Freimachung 8 erstreckt sich über das unfreie Ende des Probestabes 2 hinaus, so daß keine äußeren Kräfte auf den Probestab 2 im Bereich des höchsten Biegemoments an dessen unfreiem Ende einwirken können.The transverse web 4 connects the longitudinal support strips 3 with the test rod 2 and the cross-connecting web 5 two ends of the longitudinal support strips 3 opposite the transverse web 4. The longitudinal support strips 3 and the transverse web 4 have a larger cross section and thus a higher flexural strength than the test rod 2 on. The test specimen 1 can be used as an injection molded part! made of plastic or as a stamped part. Of the Receiving body 7, on which the test body 1 is placed, has an opening 8 for the Test rod 2 up. The franking 8 extends beyond the unfree end of the test rod 2, so that none external forces on the test rod 2 in the area of the highest bending moment at its non-free end can act.

Die Auslenkung des Probestabes 2 erfolgt mittels des Biegefingers 6, der durch Bewegen in Richtung der Pfeile A und B am freien Ende des Probestabes 2 aufgesetzt werden kann. Der Biegefinger 6 ist um eine Achse C schwenkbar, die ungefähr d- ein Sechstel der Länge des Probestabes von dessen unfreiem Ende entfernt ist. Bei dieser Anordnung ist die Bahnkurve des Biegefingers 6 der des freien Probestabendes annähernd parallel. Der Biegefinger 6 kann z. B. Teil einer nicht näher dargestellten Meßeinrichtung sein, durch welche sich die Biegekraft und/oder die Auslenkung desThe deflection of the test rod 2 takes place by means of the flexible finger 6, which can be placed on the free end of the test rod 2 by moving in the direction of arrows A and B. The bending finger 6 can be pivoted about an axis C which is approximately d- one sixth of the length of the test rod from its non-free end. With this arrangement, the trajectory of the bending finger 6 is approximately parallel to that of the free end of the test rod. The bending finger 6 can, for. B. be part of a measuring device not shown, through which the bending force and / or the deflection of the

Probestabes 2 einstellen lassen. Der Probekörper 1 weist ein Positionierloch 9 und einen Positionierschlitz 10 auf, in welchen Positionsstifte 11 des Aufnahmekörpers 7 spielfrei eingreifen und ein gegenseitiges Verschieben verhindern.Let test rod 2 adjust. The specimen 1 has a positioning hole 9 and a positioning slot 10, in which position pins 11 of the receiving body 7 engage without play and a mutual Prevent moving.

Die vorbeschriebene Anordnung ermöglicht gut vergleichbare und reproduzierbare Messungen bis weit in den Bereich der plastischen Verformung hinein.The above-described arrangement enables easily comparable and reproducible measurements up to far into the area of plastic deformation.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (16)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Anordnung zum Prüfen von mechanischen Eigenschaften fester Werkstoffe durch Verbiegen eines einseitig gehaltenen, freiragenden, an seinem freien Ende ausgelenkten Probestabes, dadurch gekennzeichnet, daß der Probestab (2) Bestandteil eines Probekörpers (1) ist, der sich zu beiden Seiten des Probestabes (2) erstreckende Längsauf lagestreifen (3) sowie mindestens einen Quersteg (4) aufweist, welcher die Längsauflagestreifen (3) mit dem Probestab (2) verbindet.1. Arrangement for testing mechanical properties of solid materials by bending a cantilevered test rod held on one side and deflected at its free end, thereby characterized in that the test rod (2) is part of a test specimen (1) which is to both sides of the test rod (2) extending longitudinal lay strips (3) and at least one Has transverse web (4) which connects the longitudinal support strips (3) with the test rod (2). 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Probekörper (1) auf einen '5 Aufnahmekörper (7) aufgelegt ist, der eine Freimachung (8) für den Probestab (2) aufweist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the test body (1) on a '5 Receiving body (7) is placed, which has an opening (8) for the test rod (2). 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Freimachung (8) über den Probestab (2) hinaus erstreckt und in einem kurzen Abstand vom unfreien Ende des Probestabes (2) durch eine außerhalb von diesem angeordnete Auflagefläche des Aufnahmekörpers (1) begrenzt ist.3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the franking (8) on the Trial rod (2) extends out and at a short distance from the non-free end of the trial rod (2) is limited by a support surface of the receiving body (1) arranged outside of this. 4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung des Probestabes (2) durch einen Biegefinger (6) erfolgt, der am freien Ende des Probestabes (2) aufgesetzt ist.4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the deflection of the test rod (2) is carried out by a bending finger (6) which is attached to the free end of the test rod (2) is put on. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegefinger (6) schwenkbar geführt und daß seine Bahnkurve der des freien Probestabendes zumindest annähernd parallel ist.5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the bending finger (6) is pivotably guided and that its trajectory is at least approximately parallel to that of the free end of the test rod. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegefinger (6) um eine Drehachse (C) schwenkbar ist, die ungefähr ein Sechstel der Länge des Probestabes (2) von dessen unfreiem Ende entfernt ist.6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the bending finger (6) is pivotable about an axis of rotation (C) which is approximately one sixth of the length of the test rod (2) from its non-free end. 7. Anordnung- nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Probekörper (1) zumindest am Quersteg (4) durch einen oder mehrere Klemmkörper gegen die Auflagefläche des Aufnahmekörpers (7) gedrückt ist.7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the test specimen (1) at least on the crosspiece (4) by one or more clamping bodies against the support surface of the receiving body (7) is pressed. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkörper einzeln gefedert sind.8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the clamping bodies are individually spring-loaded are. 9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsauflagestreifen (3) durch einen Querverbindungssteg (4) auf der Seite des freien Probestabendes miteinander verbunden sind.9. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the longitudinal support strip (3) are connected to one another by a cross-connecting web (4) on the side of the free end of the test rod. 10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsauflagestreifen (3) nahe zum unfreien Ende des Probestabes (2) am Quersteg (4) angesetzt sind.10. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the longitudinal support strip (3) are attached close to the non-free end of the test rod (2) on the crosspiece (4). 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsauflagestreifen (3) durch schmale Schlitze vom Probestab (2) getrennt sind.11. Arrangement according to claim 10, characterized characterized in that the longitudinal support strips (3) separated from the test rod (2) by narrow slots are. 12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Längsauflagestreifen (3) und des Quersteges (4) größer ist als der Querschnitt des Probestabes (2).12. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the cross section the longitudinal support strip (3) and the transverse web (4) is larger than the cross section of the Test rod (2). 13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Probestab (2) eine geringere Dicke aufweist als die übrigen Teile des Probekörpers (1).13. Arrangement according to claim 12, characterized in that the test rod (2) has a smaller one Has thickness than the other parts of the test specimen (1). 14. Anordnung nach einem der vorhergehenden14. Arrangement according to one of the preceding Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Probekörper (1) als Spritzgußteil aus Kunststoff ausgebildet ist.Claims, characterized in that the test body (1) is designed as an injection-molded part made of plastic is. 15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Probekörper (1) als Stanzteil ausgebildet ist.15. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the test specimen (1) is designed as a stamped part. 16. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Probekörper (1) Positionierlöcher (9) oder -schlitze (10) für entsprechende Positionsstilte (11) des Aufnahmekörpers (7) aufweist.16. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the test body (1) Positioning holes (9) or slots (10) for corresponding positioning styles (11) of the receiving body (7).
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