DE3046333A1 - Schraegverzahntes raeumwerkzeug - Google Patents

Description

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D-8000 MÜNCHEN SCHVEIGERSTRASSE 2 telefon: (089) 6610 $1

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9.Dezember 1980

Patentanmeldung

Anmelderin:

Lear Siegler, Inc.

Santa Monica, Kalifornien, USA

Titel:

Schrägverzahntes Räumwerkzeug

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Beschreibung

Schrägverzahntes Räumwerkzeug

Das Räumen von Werkstücken mit Schrägverzahnung mit zum Fertigschneiden der Zahnflanken ausgelegten Räumwerkzeugen ist bekannt.

Aus der US-PS 2 987 801 ist ein Schruppräumwerkzeug bekannt, an dessen nacheilendem Abschnitt eine schwimmende Büchse angeordnet ist. Die schwimmende Büchse weist seitlich versetzte Zähne auf, die ein Flankenschaben durchführen. In dieser US-PS wird behauptet, daß sowohl gerad- als auch schrägverzahnte Werkstücke hergestellt werden können.

Wenngleich das in der US-PS 2 987 801 beschriebene Werkzeug theoretisch genaue schrägverzahnte Werkstücke erzeugt, wurde bei der Herstellung schrägverzahnter Werkstücke festgestellt, daß Fehler in der Steigung oder als Zahnflankenrichtungsfehler auftraten, deren Ursache hauptsächlich darin lag, daß bei schrägen Räumwerkzeugzähnen die Schneid- und Führungswirkungen an den mit der Zahnvorderfläche spitze und stumpfe eingeschlossene Winkel bildenden Flanken verschieden sind. Dies führte zu Weiterentwicklungen, und aus der US-PS 3 276 ist eine Fertigbearbeitungsbüchse bekannt, die speziell zum

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Räumen von Schrägverzahnungen abgewandelt ist, und bei der eine Gruppe von schraubenlinienförmig ausgerichteten Räumzähnen in voreilende und nachfolgende Gruppen unterteilt ist, wobei jede Zähnegruppe an einer Flanke nicht schneidet und nur an der anderen Flanke schneidet und diese Beziehung in den beiden Gruppen umgekehrt ist.

Dies stellte einen beträchtlichen Fortschritt auf diesem Gebiet dar, aber mit der Forderung nach immer höherer Genauigkeit wurde deutlich, daß weitere Verbesserungen erforderlich waren. Weitere Spielarten, wie in den US-PSen 3 178 800, 3 199 172, 3 217 383, 3 231 962, 3 267 552 und 3 276 099 beschrieben, wurden angewandt und lösten in bestimmten Fällen spezielle Aufgaben. Jedoch wurde in allen Fällen nicht eine einzige Räumwerkzeugkonstruktion festgestellt, die imstande wäre, die von der heutigen Technologie geforderte Schrägverzahnung hoher Genauigkeit herzustellen.

Aus Gründen der Vereinfachung wird im folgenden und in den Patentansprüchen die Seite oder Flanke des Räumzahnes, die mit der Zahnvorderfläche einen spitzen eingeschlossenen Winkel bildet, als spitzwinklige Flanke, die Flanke, die mit der Räumzahnvorderfläche einen stumpfen eingeschlossenen Winkel bildet, als stumpfwinklige Flanke bezeichnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gegenstand der US-PS 3 276 100 in der Weise weiterzubilden, daß bei Produktionsräumwerkzeugen Fehler beseitigt werden, die zuvor in vielen Fällen spezifische Sonderausführungen zur Überwindung spezifischer Verzahnungsfehler erforderlich machten.

Erfindungsgemäß weist ein Fertigbearbeitungs-Räumwerkzeug oder -Räumwerkzeugteil zum Räumen einer Schrägverzahnung mehrere Gruppen von schraubenlinienförmig ausgerichteten Zähnen auf. Alle Zähne haben zumindest annähernd entsprechend einer Schraubenlinie schräggestellte Seiten bzw. Flanken,

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welche die Vorderflächen so schneiden, daß an entgegengesetzten Seiten bzw. Flanken der Zähne spitze und stumpfe eingeschlossene Winkel entstehen. Auch sind alle Zähne in ihrer Gestalt an das Profil der Zahnlücke angepaßt, in der sie arbeiten.

Die Zähne jeder Gruppe sind grob in eine voreilende Sektion oder Untergruppe und eine nachfolgende Untergruppe unterteilt.

In der voreilenden Untergruppe sind alle Zähne an ihren spitzwinkligen Flanken seitlich versetzt und hinterarbeitet, um an der benachbarten Zahnfläche über die ganze Zahnhöhe eine Folge von Schabschnitten auszuführen. In dieser voreilenden Untergruppe weisen die Zähne an der stumpfwinkligen Flanke weder eine Hinterarbeitung noch eine seitliche Versetzung auf.

In der nachfolgenden Untergruppe sind alle Zähne an der stumpfwinkligen Flanke seitlich versetzt und hinterarbeitet. An der spitzwinkligen Flanke sind die ersten wenigen Zähne der nacheilenden Untergruppe nicht seitlich versetzt, aber hinterarbeitet. Diesen wenigen Zähnen folgt ein einzelner Zahn, der an der spitzwinkligen Flanke weder seitlich versetzt noch hinterarbeitet ist, sondern eine Flankenfase aufweist, die sich von seiner Vorderfläche nach hinten erstreckt. Die auf diesen einzelnen Zahn folgenden Zähne in der nacheilenden Untergruppe sind an der spitzwinkligen Flanke weder seitlich versetzt noch hinterarbeitet.

Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht einer Fertigbearbeitungsbüchse

gemäß der Erfindung und
Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung der Veränderung an aufeinanderfolgenden Zähnen.

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In Fig. 1 ist eine Fertigbearbeitungsbüchse 10 dargestellt, die am nacheilenden Ende eines Schruppräumwerkzeuges abstützbar ist, wie in der US-PS 2 987 801 dargestellt.

Zu diesem Zweck ist am nacheilenden Ende des Räumwerkzeuges ein zylindrischer Stützabschnitt ausgebildet und weist die FertigbearbeitungsbUchse 10 eine zumindest annähernd zylindrische axiale Öffnung auf, die um den Stutzabschnitt zwar eng anliegt, jedoch an ihm begrenzt drehbar ist. Das Schruppräumwerkzeug hat mehrere Gruppen entsprechend einer Schraubenlinie schräggestellter Zähne von fortschreitend zunehmender Höhe, so daß, wenn die Schruppzähne durch ein Werkstück hindurchgegangen sind, letzteres eine ähnliche Vielzahl von schrägen Zähnen aufweist, die jedoch dicker oder von etwas größerer Abmessung in Umfangsrichtung sind als gewünscht.

Am voreilenden Ende der Fertigbearbeitungsbüchse 10 sind Zentrierflächen 12 ausgebildet, welche die Fertigbearbeitungsbüchse 10 am Stützabschnitt so positionieren, daß ihre Zähne zumindest annähernd entsprechend einer Schraubenlinie zu den Zähnen am Schruppräumwerkzeug ausgerichtet sind. In der Praxis wird die Fertigbearbeitungsbüchse 10 durch Anlageglieder an ihrem nacheilenden Ende abgestützt, wodurch eine begrenzte Drehung der Fertigbearbeitungsbüchse 10 zur Erzielung einer genauen Zahndeckungsstellung ermöglicht wird.

Der voreilende Zahn jeder Gruppe an der Fertigbearbeitungsbüchse 10 ist ein Führungs- oder Einfädelungszahn, dessen Seitenflächen sich gemäß Fig. 2 unter dem Schrägungswinkel des Werkstücks erstrecken und nicht hinterarbeitet sind. Die voreilenden Enden dieser Einfädelungszähne können bei Bedarf angeschrägt sein, um den Eintritt in die Lücken zwischen den geschruppten Zähnen des Werkstückes zu erleichtern, und führen die Fertigbearbeitungsbüchse 10 so, daß ihre Zähne in genauer Deckungsstellung an einer Schraubenlinie sind.

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Die Fertigschneidzähne sind in in Umfangsrichtung sich erstreckenden Reihen und in schraubenlinienförmig ausgerichteten Gruppen 20 angeordnet. Aufgrund der schraubenlinienförmigen Anordnung schneiden die Seitenflächen bzw. Flanken jedes Zahnes seine Vorderfläche unter stumpfen und spitzen eingeschlossenen Winkeln.

In Fig. 2 ist mit einem Pfeil T die Bewegungsrichtung einer Gruppe der Räumwerkzeugzähne in der Zahnlücke des Werkstückes, mit einem Pfeil B die Bewegungsrichtung des Räumwerkzeuges parallel zu seiner Achse angegeben.

Es wurde festgestellt, daß das beim gleichzeitigen Schneiden an beiden - spitz- und stumpfwinkligen - Schneidkanten erzeugte Drehmoment dazu neigt, zu bewirken, daß die stumpfwinklige Schneidkante tiefer einschneidet als die spitzwinklige Schneidkante. Dies hatte zu der aus der US-PS 3 ,276 100 bekannten älteren Konstruktion geführt. In einigen Fällen traten jedoch Verzahnungsfehler auf. Es wurde die Theorie aufgestellt, daß einige der Fehler der Schnittdruckentlastung an der stumpfwinkligen Flanke der Schneidzähne zuzuschreiben sein könnten, wenn die letzten Räumwerkzeugzähne beginnen, aus dem Werkstück auszutreten.

In Fig. 2, in welcher die Zähne fortlaufend von 1 bis 17 numeriert sind, ist die spezielle Abänderung dargestellt, die eine beträchtliche Verbesserung beim Schrägzahnräumen hervorgebracht hat.

Es sei angenommen, daß die Einfädelungszähne von solchen Abmessungen sind, daß sie in den zuvor im Werkstück durch Schruppräumen oder auf andere Weise ausgebildeten Zahnlücken genau passen. Bei Bedarf können die voreilenden Seiten der Einfädelungszähne angeschrägt sein, um den Eintritt in die Zahnlücken zu ermöglichen, wenn ein kleiner Ausrichtungsfehler der Fertigbearbeitungsbüchse 10 in bezug auf die Schraubenlinie besteht.

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Das Räumwerkzeug gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel hat in jeder Gruppe nach dem Einfädelungszahn siebzehn Zähne, die aus praktischen Gründen als in zwei Untergruppen aufgeteilt betrachtet werden können, nämlich in eine voreilende Untergruppe mit den Zähnen Nr. 1 bis Nr. 9 und in eine nachfolgende Untergruppe mit den Zähnen Nr. 10 bis Nr. 17.

An der dem stumpfen Winkel entsprechenden Seite sind die Zähne Nr. 1 bis Nr. 9 weder seitlich versetzt noch hinterarbeitet, sondern bilden zusammen eine wirkungsmäßig kontinuierliche FUhrungsflache, so daß die Zähne durch die Zahnlücken des Werkstückes unter exakt dem erforderlichen Schrägungswinkel hindurchlaufen. Folglich nimmt jede der aufeinanderfolgenden Schneidkanten an der dem spitzen Winkel entsprechenden Seite einen Schnitt mit einer durch den Betrag der seitlichen Versetzung bestimmten Breite und über ungefähr die ganze Höhe des Zahnes; ein solcher Schnitt wird als Vollformschlichtschnitt bezeichnet. Wenn der Zahn Nr. 9 durch das Werkstück hindurchgeht, sind die mit der spitzwinkligen Schneidkante bearbeiteten Zahnflanken auf genaues Maß geschnitten worden.

Wenn die die nachfolgende Untergruppe bildenden Zähne Nr. 10 bis Nr. 17 in das Werkstück eindringen, erzeugen die seitlich versetzten und hinterarbeiteten Schneidkanten an der dem stumpfen eingeschlossenen Winkel entsprechenden Seite eine Folge von Vollformschlichtschnitten auf eine Breite, die im wesentlichen durch den Gesamtbetrag der seitlichen Versetzung der Zähne Nr. 10 bis Nr. 17 bestimmt ist. Wenn diese Schnittfolge beginnt, wird die Führungsfunktion von der spitzwinkligen Flanke der Räumwerkzeugzähne übernommen.

Jedoch sind die ersten wenigen Zähne, beim dargestellten Beispiel die Zähne Nr. 10 bis Nr. 12, hinterarbeitet, aber nicht seitlich versetzt. Somit sind die Schnittstellen zwischen den Flanken und den Vorderflächen der Zähne Nr. 10 bis Nr. 12

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Schneidkanten, und wenn die seitlich versetzten und hinterarbeiteten Schneidkanten an der dem stumpfen Winkel entsprechenden Seite ihre aufeinanderfolgenden Vollformschlichtschnitte beginnen, führt die spitzwinklige Flanke der Zähne Nr. 10 bis Nr. 12, obwohl nicht versetzt, eine letzte Schlichtbearbeitung der zugehörigen Flanken der Werkstückzähne aus, so daß diese Flanken dann genau den geforderten Steigungsoder Schrägungswinkel aufweisen und bei glatter Oberfläche genau auf die geforderte Form bzw. das geforderte Profil fertiggeschnitten sind.

Auf den Zahn Nr. 12 folgt ein Zahn Nr. 13, der, wie weiter oben erwähnt, an der stumpfwinkligen Flanke seitlich versetzt und hinterarbeitet ist. An der dem spitzen Winkel entsprechenden Seite des Zahns Nr. 13 ist die Seitenfläche bzw. Flanke nicht hinterarbeitet, sondern weist einen FUhrungsflächenabschnitt 24 auf, der in der durch die Schneidkanten der Zähne Nr. 9 bis Nr. 12 bestimmten Schraubenlinienprojektion angeordnet ist. Jedoch weist der Zahn Nr. 13 an dieser Flanke eine von der Vorderfläche nach hinten sich erstreckende Fase 26 auf, deren Größe ausreicht um sicherzustellen, daß beim Nach- ! schärfen des Räumwerkzeuges niemals eine störende Schulter

entsteht, die beim Einlaufen des Zahnes Nr. 13 in das Werkstück an letzteres anstoßen könnte. Durch die Fase 26 ist

j auch gewährleistet, daß beim Ein- und Durchlaufen der übrigen

: Schneidzähne Nr. 14 bis Nr. 17 in und durch das Werkstück

die wirkungsmäßig kontinuierlichen, nicht hinterarbeiteten Flächen an den spitzwinkligen Flanken der Zähne Nr. 14 bis Nr. 17 genau zentriert sind, um wirkungsmäßig eine genaue j Verlängerung der Schraubenlinie zu bilden, an der die Fläche

liegt, die von den vorderen spitzen eingeschlossenen Winkeln : der Zähne Nr. 9 bis Nr. 12 überspannt wird.

Durch diese Anordnung der Zähne ist im allgemeinen dafür gesorgt, daß die Schrägzähne des Werkstückes zuerst an der Seite bzw. Flanke vollformgeschlichtet werden, die mit den

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spitzwinkligen Schneidkanten der Räumwerkzeugzähne bearbeitet werden, und dann mit den stumpfwinkligen Schneidkanten der Räumwerkzeugzähne, wobei zwischen den beiden Schnittfolgen ein weicher Übergang besteht, und daß die Räumwerkzeugzähne zum Schärfen der Schneidkanten nachgeschliffen werden können.

In der vorstehenden Beschreibung werden einige theoretische Auffassungen dargelegt, die als mögliche Erklärungen für das erfolgreiche Funktionieren der definierten Anordnung angeboten werden; die abschließende Untersuchung ergibt jedoch, daß das Räumwerkzeug die Summe jahrzehntelanger Erfahrung in der Konstruktion und Änderung von Schraubräumwerkzeugen darstellt und in diesem Sinne eine empirische Entwicklung ist. In der Beschreibung wird jedoch eine Gruppe schraubenlinienförmig angeordneter Räumwerkzeugzähne offenbart, die als übliche Anordnung übernommen wurde.

Die Anzahl der Zähne im Fertigbearbeitungsräumwerkzeug kann verschieden sein und wird so klein gehalten, wie zur Erzielung einer genauen Zerspanung und zur Beseitigung von durch das Schruppen entstandener Fehler möglich ist.

Der Betrag der Hinterarbeitung ist in der herkömmlichen Größenordnung gewählt und beträgt beispielsweise 1/2°. Die Größe der Versetzung kann verschieden sein und ist normalerweise bei allen voreilenden Schneidkanten in jeder Untergruppe gleich. Die seitliche Versetzung in den nachfolgenden Schneidkanten in jeder Untergruppe kann von etwas kleinerem Betrag sein.

Die erzeugten Zahnprofile können von beliebiger Gestalt sein, wobei evolventische Formen bei Zahnrädern und Vielkeilprofilen üblich sind.

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Wenngleich das dargestellte Räumwerkzeug Außenzähne zur Erzeugung einer Innengegenverzahnung im Werkstück hat, kann dieselbe Zahnfolge in einem Außenräumzeug zum Verzahnen eines Außenzahnrades oder Außenkeilprofils vorgesehen sein.

Auch kann das Fertigbearbeitungsräumwerkzeug wie beim dargestellten Beispiel an einer schwimmenden Büchse ausgebildet oder von den entsprechend gestalteten letzten Zahnreihen an einem einteiligen Räumwerkzeug gebildet sein.

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   MANDATAIRE* AGKEBl FRBl l'OFFICE BUKOFiBN DBl SKXVITl DIFL.-INC; DIFL-VIKTSCH.-ING. KUFBKT C

   D-8000 MÜNCHEN 90 1A-54 311 SCHVEIGERSTRASSE 2

   telefon: (089) 6620 f ι tblbgkamm: fkotectfatent telex: j34070

   Patentansprüche

   Fertigbearbeitungs-Räumwerkzeug zum Fertigschneiden einer Schrägverzahnung an einem Werkstück mit einem Räumwerkzeug-Hauptteil von überwiegender Längserstreckung, das mehrere Gruppen schraubenlinienförmig angeordneter Zähne zum Fertigschneiden vorgeformter Zähne an einem Werkstück aufweist, wobei alle Zähne an die Profilform der Lücken zwischen benachbarten Zähnen am Werkstück angepaßte Flanken haben und jeder Zahn Flanken hat, die in bezug auf die Längsachse des Hauptteils entsprechend einer Schraubenlinie schräggestellt sind, um mit der Zahnvorderfläche stumpfe und spitze eingeschlossene Winkel zu bilden, dadurch gekennzeichnet , daß

   der voreilende Abschnitt des Räumwerkzeuges Zähne (Nr. 1 bis Nr, 9) aufweist, die an ihrer spitzwinkligen Flanke Schneidkanten haben, welche fortschreitend seitlich versetzt und hinterarbeitet sind, um aufeinanderfolgende Schnitte über zumindest annähernd die ganze Höhe der benachbarten Flanken der Werkstückzähne auszuführen,

   die Zähne (Nr. 1 bis Nr. 9) des voreilenden Abschnitts an ihren stumpfwinkligen Flanken weder seitlich versetzt noch hinterarbeitet sind und daher Führungsflächen bilden, die entsprechend einer Schraubenlinie in genauer Deckungsstellung miteinander angeordnet sind und mit den benachbarten Flanken der Werkstückzähne zusammenwirken,

   der nachfolgende Abschnitt des Räumwerkzeuges Zähne (Nr. 10 bis Nr. 12) aufweist, die alle an ihrer stumpfwinkligen Flanke seitlich versetzt und hinterarbeitet sind, um aufeinander-

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   folgende Schnitte über zumindest annähernd die ganze Höhe der benachbarten Flanken der Werkstückzähne auszuführen,

   die Zähne an der dem spitzen Winkel entsprechenden Seite des nachfolgenden Abschnitts von aufeinanderfolgenden ersten wenigen Zähnen (Nr. 10 bis Nr. 12) gebildet sind, die nicht seitlich versetzt sind, aber hinterarbeitete Flanken haben,

   ein einzelner folgender Zahn (Nr. 13) an seiner spitzwinkligen Flanke weder seitlich versetzt noch hinterarbeitet ist, sondern eine Fase (26) von beträchtlicher Größe aufweist, die von seiner Vorderfläche nach hinten verläuft,

   und die übrigen Zähne (Nr. 14 bis Nr. 17) des nachfolgenden Abschnitts an ihrer spitzwinkligen Flanke weder seitlich versetzt noch hinterarbeitet sind, um FUhrungsflachen zu bilden, die entsprechend einer Schraubenlinie in genauer Deckungsstellung miteinander angeordnet sind und mit den benachbarten Flanken der Werkstückzähne zusammenwirken.
2. 2. Räumwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Fase (26) an dem einzelnen Zahn (Nr. 13) so ist, daß die Ecke an der Schnittstelle der Vorder- und Flankenflächen des Zahns um mehrere Hundertstelmillimeter nach innen versetzt ist, damit die Fase (26) beim Nachschärfen erhalten bleibt.
3. 3. Räumwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Ecke um etwa 0,18 bis 0,25 mm nach innen versetzt ist.
4. 4. Räumwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Anzahl der an ihren spitzwinkligen und stumpfwinkligen Flanken seitlich versetzten und hinterarbeiteten Zähne etwa gleich ist.
5. 5. Räumwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Anzahl der dem angefasten Zahn (Nr. 13) vorangehenden Zähne, die an ihrer spitzwinkligen

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   Flanke hinterarbeitet, aber nicht seitlich versetzt sind, 2 bis 4 ist.
6. 6. Räumwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Zähne (Nr. 1 bis Nr. 17) an der Außenseite des Räumwerkzeug-Hauptteils ausgebildet sind.
7. 7. Räumwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in Form einer rohrförmigen Büchse, die am nacheilenden Ende eines Schruppräumwerkzeuges angeordnet ist, wobei das Schrupp- und das Fertigbearbeitungsräumwerkzeug Zähnegruppen aufweisen, die entsprechend einer Schraubenlinie in Deckungsstellung miteinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß das Schruppräumwerkzeug die Werkstückverzahnung auf volle Tiefe schneidet .und das Fertigbearbeitungsräumwerkzeug die Flanken der Werkstückzähne fertigbearbeitet.
8. 8. Räumwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Zahl der zur Zerspanung an der spitzwinkligen Flanke ausgelegten Zähne größer ist als die

   Zahl der zur Zerspanung an der anderen Flanke ausgelegten Zähne.

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9. 9. Räumwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

   ] zeichnet, daß es ein Außenräumzeug von ungefähr

   rohrförmiger Gestalt ist, dessen Zähne an seiner Innenseite angeordnet sind.

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