DE2735235A1

DE2735235A1 - Verbunddichtung

Info

Publication number: DE2735235A1
Application number: DE19772735235
Authority: DE
Inventors: Kenneth Ray Albertson; Gerald Helmut Beck
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 1976-10-04
Filing date: 1977-08-04
Publication date: 1978-04-06
Also published as: GB1578226A; IT1080698B; CA1052834A; JPS5346549A; US4040636A; AU506642B2; FR2366497B1; FR2366497A1; AU2739877A; MX144725A

Description

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P/iRKEii HANNIFIN CORPORATION Cleveland, Ohio (V.St.A.)

V e rb undd1ch t ung

Die Erfindung betrifft eine Verbunddichtung mit zwei verformbaren Außenringen und einem zwischen ihnen angeordneten, verformbaren, el^stomeron Zwischenring, der aus einem Werkstoff besteht, der leichter verformbar ist als der Werkstoff der Außenringe.

In doppeltwirkenden Hydrozylindern, wie sie in der US-PS 3 673 925 dargestellt sind, wird auf entgegengesetzten Seiten eineß Kolbens dieser abwechselnd mit unter hohem Druck stehender Flüssigkeit beaufschlagt bzw. wird Flüssigkeit unter niedrigem Druck von dem Kolben abgezogen. Um einen Durchtritt von Flüssigkeit von einer Seite des Kolbens zur anderen zu verhindern, ist der Kolben mit Dichtungen versehen. Wenn für diesen Zweck U-profilförmige Manschetten verwendet werden, sind zwei einander entgegengesetzt gerichtete Manschetten erforderlich, weil eine Manschette nur in einer Richtung abdichtet und eine Abdichtung in beiden Richtungen erforderlich ist.

Es ist schon vorgeschlagen worden, eine einheitliche

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Dichtungsanordnung für doppeltwirkende Zylinder zu schaffen, indem zwei Manschetten, die aus mit hartem Synthesekautschuk imprägniertem Stoff bestehen, derart angeordnet werden, dass ihre offenen Enden einander zugekehrt sind, und diese Manschetten mit einem Spreizring verbunden werden, der aus einem weicheren Synthesekautschuk besteht und die Vertiefungen der Manschetlen ausfüllt und einen Dichtungskern "bildet, der die Manschetten im Abstand voneinander hält.

Zum Verbinden des Spreizrings mit den Manschetten wird der Kautschuk aller drei Teile gleichzeitig vulkanisiert oder gehärtet, während die Teile einander in einer Form berühren. Dieser in einer Form durchgeführte Vorgang ist aber aufwendig und kann überhaupt nicht durchgeführt werden, wenn man für den Spreizring einen Synthesekautschuk und für die Manschetten einen relativ harten Kunststoff, z.B. Polyurethan, verwenden will, weil in diesem Fall das Vulkanisieren des Kautschuks deo an den Polyurethanringen anliegenden Spreizringes nicht zu einer genügend festen Verbindung zwischen den Teilen fährt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun in der Schaffung einer Verbunddichtung, die eine Abdichtung gegen unter hohem Druck stehaides Druckmittel gewährleistet, wenn dieses sich auf der einen oder auf der anderen Seite der Dichtung befindet, beispielsweise in einem doppeltwirkenden Zylinder.

In einer Verbunddichtung der vorstehend angegebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jeder der Außenringe eine Vertiefung besitzt, die zu der dem Zwischenring zugekehrten, axialen Endfläche des Außen-

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ringes hin offen, im Querschnitt hinterschnitten und von radial inneren und äußeren Lippen den Außenringes begrenzt ist, und dass der Zwischenring einen mittleren Teil und an beiden Enden desselben je einen axialen Fortsatz besitzt, der passend in je eine der Vertiefungen eingreift und zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung in deren Hinterschneidung eintritt, wobei jede Lippe der Außenringe ein dem mittleren Teil benachbartes, freies Ende besitzt.

Der Spreiz- oder Zwischenring steht in der Querrichtung über die beiden Außenringe vor und gewährleistet dadurch die Anlage an den abzudichtenden Wandungen eines Kolbens und eines Zylinders.

Nachstehend wird ein Auführungsbeispiel der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 schaubildlich teilweise im Querschnitt eine Verbunddichtung

Fig. 2 im Querschnitt die Verbunddichtung vor dem Einbau und

Fig. 3 im Querschnitt die zwischen einem Kolben und einem Zylinder eingebaute Verbunddichtung.

Die in den Zeichnungen dargestellte Verbunddichtung besitzt einen Zwischenring 10, der zwischen zwei Außenringen 11 und 12 angeordnet ist. Der Zwischenring 10 besteht aus einem relativ weichen, leicht verformbaren elastischen Werkstoff, beispielsweise aus Synthesekautschuk oder einem anderen synthetischen Elastomer, das duroplastisch oder thermo-

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plastisch cein und beispielsweise eine Shore Α-Härte von 60 bis 95 haben kann. Die allgemein U-profilförmigen Außenringe 11 und 12 bestehen aus einem verformbaren oder nachgiebigen Werkstoff, beispielsweise aus einem biegeelastischen oder relativ starren £lastomer, wie relativ hartem Kautschuk, oder aus einem duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoff, wie Polyurethan oder Polyamid. Die Außenringe 11 und 12 können aber auch aus einem anderen verformbaren oder nachgiebigen Werkstoff bestehen, beispielsweise aus Metall. Jedenfalls bestehen die Außenringe 11 und 12 aus einem .'/erkstoff, der härter und weniger leicht verformbar ist als der Werkstoff des Zwischenringes 10, mit dem die Außenringe 11, 12 zusammengesetzt werden sollen, oder aus mehreren derartigen .'erkstoflen. Wenn die Außenringe 11, 12 nichtmetallisch sind, können sie eine Shore A-Harte von 90 oder eine Rockwell-Härte von 125R oder IGOM besitzen. Jedenfalls müssen die Außenringe 11, 12 härter oder weniger leicht verformbar sein als der Zwischenring 10, mit dem sie vereinigt sind.

Jeder Außenring 11, 12 hat einen Bodenteil 14-, dessen Breite V/ im entspannten Zustand kleiner ist als der Abstand D zwischen einander radial gegenüberliegenden Ringflächen l^cj und 17, die an einem Zylinder 16 bzw. in einer Vertiefung oder Nut 18 in einem Kolben 19 ausgebildet sind und durch die Dichtung abgedichtet werden sollen.

Die Außenringe 11, 12 besitzen je eine hinterschnittene Vertiefung 20, die innen einen Teil mit einer Breite A aufweist, die größer ist als die Breite B in der Nähe des offenen Endes der Vertiefung. Jede Vertiefung 20 ist von einer radial inneren und einer radial äußeren Lippe 22, 2? begrenzt, die von dem Bodenteil 14 des betreffenden Außenringes 11 oder 12 vorstehen. Vorzugsweise sind die Vertie-

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fungen 20 bei entspanntem Dichtring im Querschnitt allgemein kreisförmig, bis auf die sich erweiternden Bereiche 25» in denen sie in die Stirnflächen 26 der Lippen 22, 23 übergehen.

Der Zwischenring 10 besitzt einen mittleren Teil 30, der mit den Stirnflächen 26 der Lippen der Außenringe 11, 12 komplementär ist und mit diesen Stirnflächen in Berührung steht. Die Außenflächen 27» 28 der Lippen 22, 23 erstrecken sich von dem Bodenteil 14 schräg auswärts, so dass der größte Querabstand C zwischen ihnen bei entspanntem Ring größer ist als die Breite W und als die Breite D. Der mittlere Teil 30 steht auf seiner radial einwärts- oder seiner radial auswärtsgekehrten Seite 30 oder vorzugsweise wie dargestellt auf beiden Seiten radial über die Lippen 22, vor.

Der mittlere Teil 30 ist an seinem radial inneren und seinem Fadial äußeren Rand mit zylindrischen Flächen yd_y 33 ausgebildet, deren Querabstand E voneinander bei entspannter Dichtung größer ist als der Querabstand G und die Breite D. Diese Flächen 32 und 33 schneiden Flächen 35, 36, 37» 38, die gegenüber der Längsachse der Dichtung unter einem Winkel M geneigt sind, der größer ist als der Winkel L zwischen den Flächen 27» 28 und der Längsachse der Dichtung. Die kleinsten Querabstände zwischen den Flächen 35, 37 und zwischen den Flächen 36, 38 sind jedoch im wesentlichen so groß wie der größte Querabstand G zwischen den Flächen 27» 28.

Von dem mittleren Teil 30 des Zwischenringes 10 stehen zwei axiale Fortsätze 40, 41 vor, die bei entspannter

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Dichtung den Wandungen der Vertiefungen 20 und den Schrägflächen 25 angepaßt sind, so dass sie die Vertiefungen 20 vollständig ausfüllen und formschlüssig in die hinterschnittenen Vertiefungen 20 eingreifen. Durch diese formschlüssige Verbindung werden die drei Ringe 10, 11 und 12 auch ohne Verklebung oder chemische Bindung als eine Baueinheit zusammengehalten. Zusätzlich zu der formschlüssigen Verbindung kann man aber die Flächen des Zwischenringes 10 mit den benachbarten Flächen der Außenringe 11, 12 zusätzlich mittels eines Klebstoffes oder durch eine unter Wärmeeinwirkung hergestellte Verbindung miteinander verbinden, wenn dies erwünscht ist. Wie nachstehend beschrieben ist, werden beim Kinbau der Dichtung die -Lappen zwischen den abzudichtenden Flächen zusammengedrückt und dadurch fester gegen die Teile 25 gedrückt.

In dem in Fig. 3 gezeigten üinbauzustand der Dichtung ist der mittlere Teil 30 gegenüber der bei entspannter Dichtung vorhandenen Abmessung auf eine Abmessung verformt, die mit der Breite D, d.h., dem Querabstand zwischen den Ringflächen 17 und 15 des Kolbens und Zylinders, übereinstimmt, so dasü der mittlere Teil $0 such dann dichtend an den Flächen 15 und 17 anliegt, wenn in dem Zylinder 16 im wesentlichen kein Druckmitteldruck vorhanden ist. Ferner sind die Lippen 22 und 23 verformt, wobei die Flächen 27 und 28 der Ringe 11 und 12 sich einander genähert haben, so dasii der größte Querabstnnd C zwischen ihnen jetzt mit der Breite D übereinstimmt und daher auch die äußeren Enden der Lippen 22, 23 dichtend an den Flächen 15 und 17 anliegen.

Bei eingebauter Dichtung ist deren Baulänge G vorzugsweise etwas kurzer als die axiale Abmessung H der Nut 18. Wenn

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auf der einen Seite 47 des Kolbens 19 ein hoher Druckmitteldruck herrscht, wird dieser durch den Spalt 43 zwischen Kolben und Zylinder in die Vertiefung 18 übertragen, von wo aus er quer auf das benachbarte Ende des Dichtringea 12 wirkt und daher das obere Ende des Außenringes 11 gegen die Stirnfläche 49 der Nut 18 drückt, so dass auf den Zwischenring 10 eine axiale Druckkraft ausgeübt wird. Da der Zwischenring 10 elastomer oder verformbar ist, wird diese axiale Druckkraft in eine Querkraft umgesetzt, die bewirkt, dass der mittlere Teil 30 auf die Flächen 17 und 15 eine stärkere Dichtkraft ausübt. Ferner wird die auf die axialen .fortsetze 40 und 41 ausgeübte, axiale Druckkraft in Querkräfte umgesetzt, die auf die Lippen 22, 23 einwirken und diese so verformen, dass sie noch dichter an den Flächen l'j>_t 17 angreifen,und dadurch ein Fließpressen des weicheren Materials des Zwischenringes 10 zwischen den Lippen 20, 23 und den Flächen Ib, 17 verhindern.

Eine ähnliche Dichtwirkung wird erzielt, wenn der Kolben auf der entgegengesetzten Seite 48 mit hohem Druck beaufschlagt wird, der durch den Spalt 44 in die Nut 18 übertragen wird. In diesem Fall bewegt der bei 44 übertragene, hohe Druckmitteldruck die Dichtung derart, daso das untere Ende des Außenringes 12 an der Stirnwand ^{)0 der Nut 18 angreift und der hohe Druckmitteldruck zwischen dem oberen Ende des Außenringes 11 und der Stirnwand 49 der Nut 18 derart wirkt, dass auf die Dichtung eine axiale Druckkraft ausgeübt wird.

Da die Schrägflächen 35» 36, 37 und 38 des Zwischenringes 10 an den Außenrändern der Lippen 22, 23 anliegen, können die Flächen 32, 33 radial über die Lippenflächen 27» 28 hinaus vorstehen und trotzdem eine Verformung des mittleren Teils

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aus dem in Fig. 2 gezeigten, entspannten Zustand in den in Fig. 3 gezeigten EinL,auzustand gestatten, ohne dass Material der, Zwischenringes IO zwischen die Lippen 22, 23 und die ihnen benachbarten Flächen 17» 15 gelangen kann. Infolgedessen kann bei einer Beaufschlagung mit Druckmitteldruck sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung kein Material des Zwischenringes 10 zwischen den Lippen 2d_t 23 und den benachbarten Flachen 15, 17 hindurchtreten.

Da die Außenringe 11 und 12 aus einem härteren oder weniger leicht verformbaren Werkstoff bestehen als der Zwischenring 10, v/erden sie auch unter hohem Druckmitteldruck nicht in die Spalte 43, 44 gepreßt. Da der Zwischenring 10 aus einem weicheren Werkstoff besteht, kann er leicht bis zur dichtenden Anlage an den Flächen 15» 17 verformt werden, üin Zwischenring 10, der für diesen Zweck genügend weich ist, könnte aber leicht in die Spalte 43, 44 hinein fließgepreßt werden, wenn nicht die manscbettenförmigen Dichtringe 11, 12 vorhanden wären, die als ein derartiges Fließpressen verhindernde Stützringe wirken.

Die Breite W der Außenringe 11, 12 ist beträchtlich kleiner als die Breite D, so dass die Bodenteile 14 nicht an den Flächen 15» 17 angreifen und zwischen ihnen eingeklemmt werden können. Da die Außenringe 11, 12 härte^sind, nimmt ihre Breite W selbst unter hohem Druckmitteldruck nicht wesentlich zu, so dass die zwischen den Außenringen 11, 12 und den ihnen benachbarten Flächen 15» 17 vorhandenen Spalte aufrechterhalten werden. Andererseits sind die Lippen 22, 23 zwar nicht leicht plastisch verformbar, aber sehr biegsam, so dass sie vor der Beaufschlagung mit einem Druckmitteldruck ausgelenkt werden und dabei der Querabstand zwischen ihren Außenrändern von dem Anfangswert C auf den Wert D geht

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und diese Ränder die Flächen 15, 17 in einem Bereich berühren, dessen axiale Abmessung weniger als 25/-ό der axialen Abmessung der Lippen von den Außenflächen 26 bis zum Grund der Vertiefungen 20 beträgt. Die Flächen 26 sind im wesentlichen normal zur Längsachse der Außenringe 11, 12, so dass an dieser Stelle der Zwischenring 10 keine auswärtsgerichtete Keilwirkung ausübt und in dem Bereich J kein zu starker Berührungsdruck ausgeübt wird, der sonst bei einer Bewegung des Kolbens in dem Zylinder zu einer zu starken Reibung an der Fläche 15 führen würde. Die in der Querrichtung geraden Flächen 26 gewährleisten ferner, dass nur sehr wenig Material des mittleren Teils 30 des Zwischenringen 10 in die Vertiefungen 20 gepreßt wird und dass daher die Fortsätze 40, 4-1 auf die Lippen 22, 23 keine zu starke Querkraft ausüben können, die sonst den Bereich J zu stark verbreitern und dadurch eine zu starke Reibung zwischen den Lippen und den ihnen benachbarten Flächen 15, 17 verursachen würde.

erkennt, dnss an den Stellen, an denen der Teil 30 an den freien Stirnflächen 26 der Lippen 22 und 23 anliegt, der Innen- und der Außendurchmesser des Teils 30 dem Innen durchmesser der radial einwärtsgelegenen Lippe 23 bzw. dem Außendurchmesser der radial einwärtsgelegenen Lippe 22 entsprechen.

Die vorstehend beschriebene Dichtung eignet sich beispielsweise in einem doppeltwirkenden Kolben-Zylinder-Anordnung zum Abdichten gegen den Durchtritt eines unter hohem Druck stehenden Druckmittels von der einen oder anderen Seite.

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L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche;

1. Verbunddichtung mit zwei verformbaren Außenringen und einem zwischen ihnen angeordneten, verformbaren, elastomer en Zwischenring, der aus einem Werkstoff besteht, der leichter verformbar ist als der Werkstoff der Außenringe, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Außenringe (11, 12) eine Vertiefung (20) besitzt, die zu der dem Zwischenring (10) zugekehrten, axialen Endfläche des Außenringes hin offen, im Querschnitt hinterschnitten und von radial inneren und äußeren Lippen (22, 23) des Außenringes (11,12) begrenzt ist, und dass der Zwischenring (10) einen mittleren Teil (30) und an beiden Enden desselben je einen axialen Fortsatz (40, 41) besitzt, der passend in je eine der Vertiefungen (20) eingreift und zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung in deren Hintersehneidung eintritt, wobei jede Lippe (22, 23) der Außenringe (11, 12) ein dem mittleren Teil (30) benachbartes, freies Ende (26) besitzt.

2· Verbunddichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenring (10) mit den Außenringen (11, 12) nur durch die foraschlüssigen Verbindungen verbunden ist.

3. Verbunddichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenring (10) in seinem mittleren Teil (30), und nur in diesem, quer über die Lippen (22, 23) vorsteht.

4. Verbunddichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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dass jede Lippe (22, 23) an ihrem freien Ende (26) eine Außenfläche besitzt, die zu der Längsachse der Verbunddichtung im wesentlichen normal ist.

!?. Verbunddichtung nach \nspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Here Teil (30) an den freien Enden (26) der axialen Lippen (22, 23) anliegt und dass der Innen- und Außendurchmesser des mittleren Teils (30) an der Stelle, an der dieser an den Enden (26) der Lippen (22, 23) anliegt, dem Innendurchmesser der radial einwärtsgelegenen Lippe (23) bzw. dem Außendurchmesser der radial auswärtsgelegenen Lippe (22) entsprechen.

6. Verbunddichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortsätze (40, 41) die Vertiefungen (20) vollständig ausfüllen, dass die Lippen (22, 23) an ihren freien Enden (26) Flächen aufweisen, die zu den Längsmittellinien der Ringe (10, 11, 12) im wesentlichen normal sind, und dass der mittlere Teil (30) an den genannten Stirnflächen (26) der Lippen (22, 23) angreift und diesen Stirnflächen angepaßt ist.

7. Verbunddichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Teil (30) auf seiner radial einwärts- oder auswärtsgekehrten Seite quer über die Lippen (22, 23) vorsteht.

8. Verbunddichtung nqch Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mitblere Teil (30) auf einer radial einwärts- und auf seiner radial auswärtsgekehrten Seite quer über die Lippen (22, 23) vorsteht.

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9· Verbunddichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder axiale Fortsatz (40, 41) die entsprechende Vertiefung vollständig ausfüllt, dass der mittlere Teil (30) vier Querflächen hat, von denen jede an der Stirnfläche (26) der Lippen (22, 23) angreifen kann und dieselbe Ausdehnung hat wie diese Stirnfläche, dass der mittlere Teil (30) sich nur an einer axial zwischen den Stirnflächen (26) gelegenen Stelle (26) radial weiter einwärts erstreckt als die inneren Lippen (23)» dass sich bei entspannter Dichtung die radial einwärtsgekehrten Flächen der inneren Lippe (23) unter einem Winkel zu den Längsachsen der Ringe (10, 11, 12) von einem kleineren Durchmesser an den freien Enden (26) der inneren Lippen (23) zu einem größeren Durchmesser an einer im Axialabstand von dem entsprechenden fiaen Ende (26) gelegenen Stelle erstrecken, dass sich bei entspannter dichtung die radial auswärtsgekehrten Flächen der Außenlippen (22) unter einem Winkel zu den Längsachsen der Außenringe von einem größeren Durchmesser an den freien Enden (26) der äußeren Lippen (22) zu einem kleineren Durchmesser an einer im Axialabstand von dem entsprechenden freien Ende (26) gelegenen Stelle erstrecken und dass die radial einwärts- und auswärtsgekehrten Flächen (32 bis 38) des mittleren Teils (30) sich verjüngende Teile (35» 36; 37» 38) haben, die sich allgemein _axial von einer dem fmen Ende (26) der entsprechenden Lippe (22, 23) benachbarten Stelle relativ zu den genannten Längsachsen unter einem Winkel erstrecken, der größer ist als der Winkel der entsprechenden Lippe (22, 23).

10. Dichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Teil (30) zwischen den verjüngten

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Teilen (35 bis 38) angeordnete, zylindrische Teile 33) besitzt.

11. Dichtung naci: einem der vorhernrehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das:; der Querabstand (G) zwischen den i'Yußenrändern (bei 26) jedes Paars von Innen- und

ußenlippen (22, 23) bei entspannter Dichtung größer ist als der vorherbestimmte Abstand (D) zwischen den abzudichtenden Flachen, dass die äußeren Seitenflächen (27i 28) der Lippen (2^, 25) von den ^nannten Rändern (bei 26) zu dem entsprechenden Bodenteil (14) hin verjüngt sind, dass bei entspannter Dichtung die Querschnittsbreite (W) jedes Bodenteils (14) kleiner ist als der genannte vorherbestimmte Abstand (D) und dasa die Lippen (22, 25) so biegbar sind, dass bei an den abzudichtenden Flächen (15, 17) angreifenden Rändern (bei 26) die axialen Fortsätze (40, 41) passend in die Hinterschneidungen der Vertiefungen (20) eingreifen.

12. Verbunddichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dasü die Lippen (22, 23) und die Bodenteile (14) der Außenringe (11, 12) bei entspannter Dichtung so ausgebildet und bemessen sind, dass nach dem genannten biegen der Lippen (22, 25) diese an den Flächen (15» 17) flächig über eine axiale Abmessung anliegen, die weniger als 25% der axialen Abmessung der Lippen (22, 23) beträgt.

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