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Starkstromsteuerung zum Fahren und elektrodynamischen Bremsen von
Gleichstromfahrzeugen Es sind neuerdings Starkstromsteuerungen für elektrisch betriebene
Fahrzeuge bekanntgeworden, bei denen zur Erzielung einer höheren Anfahrbeschleunigung
bzw. höheren Bremsverzögerung, als sie bisher angewendet wurden, getrennte Fahr-
und Bremsschalter vorgesehen sind. Durch diese Trennung konnte sowohl für das Fahren
als auch für das Bremsen eine erhöhte Stufenzahl, und zwar etwa 16 bis 18 je Schalter,
vorgesehen werden. Zur Erzielung eines sanften Anlassens bzw. Bremsens der Fahrzeuge
wurde der Fahrschalter durch ein zusätzliches Element, beispielsweise durch einen
in Abhängigkeit vom Fahrstrom gesteuerten Zugmagnet, und der Bremsschalter durch
ein vom Führer bedientes Pedal gesteuert. Derartige Einrichtungen haben die Nachteile,
daß getrennte, mit Nockenelementen versehene Schalter vorgesehen werden müssen,
wobei jeweils nur immer einer dieser Schalter in Funktion tritt. Da die Anlagekosten
dieser Einrichtungen sehr hoch sind, so arbeitet die ganze Anlage verhältnismäßig
unwirtschaftlich. Außerdem waren die Abmessungen der einzelnen Elemente der Einrichtung
immerhin noch so groß, daß sie einen beträchtlichen Raumbedarf erfordern. Da außerdem
die eigentlichen Schalter und die zum Fahren und Bremsen erforderlichen Widerstände
einerseits-und die vom Fahrer zu bedienenden Schalter andererseits örtlich voneinander
weit entfernt angeordnet sind, erfordert die Montage, insbesondere die zwischen
den Widerständen, den Fahrmotoren und den einzelnen Schaltern erforderlichen Kabel,
umständliche und langwierige Montagearbeiten. Der Raumbedarf und die Ausbildung
der Schalter als NTockenschalter und somit die hohen Anlagekosten für Fahr- und
Bremsschalter waren im wesentlichen durch die durch die Schalter zu bewältigenden
Abschaltleistungen (z. B. bei 55oVolt =etwa a4okW der Antriebsmotoren) bedingt,
da bei der bisher vorgenommenen Widerstandsunterteilung sowohl beim Fahren als auch
beim Bremsen jeweils immer Hilfsmittel zur Funkenlöschung vorgesehen werden mußten.
Praktisch hat man also bis in die jüngste Zeit an einer mehr oder weniger grobstufigen
Unterteilung der Widerstände festgehalten und damit das sägeartige Betriebsdiagramm
mit insbesondere unkonstanter Bremsverzögerung und unkonstantem Bremsstrom und ohne
h,1öglichkeit der Anpassung, namentlich des Bremsvorganges an den Reibungskoeffizienten,
in lauf genommen.
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Die geschilderten Nachteile werden für eine Starkstromsteuerung zum
Fahren und elektrodynamischen Bremsen von Gleichstromfahrzeugen, insbesondere Straßenbahnfahrzeugen,
unter Verwendung fein unterteilter Widerstände erfindungsgemäß dadurch beseitigt,
daß die Spannungsunterschiede der Teilwiderstände unter der Lichtbogenspannung,
etwa
i o Volt, liegen. Diese in der Elektrotechnik an sich bekannte weit getriebene Unterteilung
der Teilwiderstände für einen Motoranlasser bringt in der Anwe#x dang auf einen
wechselweise motorisch r@nÜh generatorisch ablaufenden Starkstrombetr%b;' wie er
insbesondere beim Fahren und elektri=° dynamischen Bremsen von Gleichstromfahrzeugen
vorliegt, ganz bedeutende Vorteile mit sich, und zwar nicht nur in verkehrstechnischer,
sondern auch in fahrtechnischer und ökonomischer Beziehung. Die hohe Stufenzahl
der Steuerung führt zu einem vollkommen stetigen Anfahren und Bremsen, wobei die
erzielbaren Beschleunigungen bzw. Verzögerungen einen nicht zu übertreffenden günstigen
Wert erreichen. Hierdurch werden insbesondere für den Bremsbetrieb die Reibverhältnisse
zwischen Rad und Schiene in vollkommener Weise ausgenutzt, indem eine innige Anpassung
an den Reibungskoeffizienten ermöglicht ist. Diese enge Anpassung, die sich insbesondere
beim Bremsbetrieb in einer beträchtlichen Steigerung der Verkehrssicherheit auswirkt,
ist dadurch begründet, daß die hohe Stufenzahl eine völlige Vermeidung von Stromspitzen
ergibt, wodurch es möglich ist, einen mittleren konstanten Anfahr- bzw. Bremsstrom
bis zum Grenzstrom hinauf anzuwenden.
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Die verkehrstechnischen Vorteile der Steuerung nach der Erfindung
liegen also neben einer Steigerung der Anfahrbeschleunigung und Bremsverzögerung
bis zu den überhaupt erreichbaren Werten in der damit aufs engste verbundenen Möglichkeit
einer weiteren Erhöhung der Höchstgeschwindigkeiten der Fahrzeuge, ohne dabei irgendeine
Herabsetzung der Betriebssicherheit in Kauf nehmen zu müssen. Diese Vorzüge sind
aber nicht nur mit Rücksicht auf die Stellung von Belang, welche das Gleichstromfahrzeug
insbesondere im Straßenverkehr einnimmt, sondern sie wirken sich auch in fahrtechnischer
Hinsicht für die Fahrgäste selbst sehr vorteilhaft aus, indem dadurch die Beförderungsverhältnisse
nicht nur schneller und sicherer, sondern infolge der völligen Stoßlosigkeit beim
Anfahren und Bremsen auch noch angenehmer geworden sind.
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Die bisher behandelten Vorteile sind bei der Starkstromsteuerung nach
der Erfindung nun aber auch noch ohne Steigerung der Anschaffungs- und Betriebskosten
für derartige Einrichtungen erzielt, weil eine so weit getriebene Unterteilung der
Regelwiderstände vorgenommen wurde, daß die Spannungsunterschiede der einzelnen
Teilwiderstände unter der Lichtbogenspannung liegen. Diese Maßnahme, welche der
Erfindung entsprechend gerade auch für die beim. Bremsbetrieb unter Umständen auftretenden
sehr hohen Spannungen angewendet wird, macht nicht nur für das Anfahren, sondern
auch für lxs Bremsen sonst erforderliche Funkenlöschnrichtungen an den einzelnen
Schaltstellen ;@tbehrlich, welche nicht nur sehr raumeanspruchend sind, sondern
auch die hohen Anschaffungs- und Unterhaltungskosten verursachen. Außerdem kommt
die sonst vielfach verwendete Druckluftbremseinrichtung natürlich vollkommen in
Fortfall, da ihr das gleichzeitig für das Anfahren mitbenutzte, ohne Löscheinrichtungen
wirkende Bremsgerät nach der Erfindung hinsichtlich der Betriebssicherheit in nichts
nachsteht.
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Für die Starkstromsteuerung nach der Erfindung können sowohl Flachbahnanlasser
als auch Trommelanlasser Verwendung finden. Der Schalter für die einzelnen Widerstandsanzapfungen,
d. h. sowohl die für das Fahren als auch für das Bremsen vorgesehene Zu-bzw. Abschaltung,
kann durch einen an sich bekannten, mit zwei Wicklungen versehenen Motor oder Zugmagneten
angetrieben und auf diese Weise ferngesteuert werden, wobei beispielsweise Rückholfedern
gespannt werden, die beim Ausschalten den Schalter selbsttätig in seine Ausgangsstellung
zurückführen. Infolge der geringen Schaltleistung von Stufe zu Stufe ist der Kraftbedarf
für die Bedienung des Schalters sehr gering. Um eine fahrstromabhängige, selbsttätige
Bedienung dieses Schalters einfacher Bauart zu erhalten, wird in bekannter Weise
die eine Wicklung des Motors oder Zugmagneten vom Frisch-, d. h. vom Netzstrom,
und die andere Wicklung vorn Strom der Fahrmotoren erregt. An Stelle eines Steuerrotors
oder eines Zugmagneten kann auch ein Zugmagnet verwendet werden, der mit einer sog.
Öldämpfung versehen ist. In diesem Fall wird eine stromabhängige Steuerung dadurch
erreicht, daß der Öldurchflußkanal durch eine Düse reguliert wird, die in Abhängigkeit
vom Strom der Fahrmotoren magnetisch gesteuert ist. Die, wie vorgeschlagen, möglichst
weit getriebene feinstufige Unterteilung der Widerstände hat ferner den Vorteil,
daß die Widerstandsanzapfungen sowohl für das Fahren als auch für das Bremsen die
gleichen sind.
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Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer gemäß der Erfindung
ausgebildeten Starkstromsteuerung, und zwar wird im vorliegenden Falle der Schalter
feinfacher Bauart durch einen Gleichstrommotor gesteuert. Der Steuerstrom kann dem
Gleichstromnetz, wie in dem Beispiel, aber auch einer Batterie oder einem Umformer
entnommen werden.
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Durch Bedienen eines im Führerstand angeordneten Schalters a wird
ein Stromkreis für den Schaltmagneten i geschlossen. Dieser
Schaltmagnet
steuert eine Umschaltwalze c für Serien- und Parallelbetrieb und Fahren und Bremsen
der Fahrmotoren h. Die Um-. schaltwalze c ist gegen ungewolltes Weiterschalten über
die Serienstellung hinaus durch den Drehbegrenzungsmagneten in und gegen. ungewolltes
Zurückschalten durch einen Klinkenmagneten Z (Ruhestrommagnet) gesichert. Bei Stillstand
des Fahrzeuges befindet sich die Umschaltwalze stets in der Bremsstellung, und der
für die Umschaltwalze c vorgesehene Drehbegrenzungsmagnetin liegt an Spannung, d.
h. da derselbe nur auf die Umschaltwalze c einwirkt, ist die Drehung derselben hierdurch
begrenzt. Gleichzeitig ist der Klinkenmagnetl für die Umschaltwalze c wirksam und
damit die Umschaltwalze gegen ungewolltes Zurückdrehen gesichert. Die Umschaltwalze
c wird, wie oben beschrieben, durch den Schaltmagneten i gesteuert, d. h. in Drehung
versetzt. Die Umschaltwalze c bedient von sich aus einen Schalter r, in dessen Einschaltstellung
der Erregerstromkreis für die Wicklung e des Steuermotors b geschlossen ist, d.
h. der S erienmotor mit seiner Hauptschlußwicklung e wird an das Netz gelegt, der
Motor b läuft also an. Gleichzeitig mit dem Schalter r wird durch ein Element der
Umschaltwalze e ein zweiter Schalter s gesteuert, durch den ein Stromkreis für den
Klinkenmagnet h geschlossen wird; dieser sichert den Steuerschalter. f gegen ungewolltes
Zurückdrehen. Mit dem Anlaufen des Steuermotors b wird der Schalter f, der auf der
Motorwelle angeordnet ist, gesteuert. Derselbe schaltet nunmehr langsam den fein
unterteilten Widerstand g für die Fahrmotoren 1a nach und nach ab. Die Fahrmotoren
nehmen Strom auf, und das Fahrzeug beginnt sich in Bewegung zu setzen. Gleichzeitig
wie die Fahrmotoren Strom aufnehmen, wird auch die auf dein Steuermotor angeordnete
zweite Wicklung d durch den Fahrstrom erregt. Da die Wicklung d und Wicklung c sich
unterstützen, ist eine fahrstromabhängige Steuerung des Steuermotors b und damit
des Anlaßvorganges für die Fahrmotoren erreicht. Der Steuermotor kann beispielsweise
nur über einen Schaltweg von 36o° wirksam sein, was durch Anordnung von Anschlägen
zu erreichen ist. Steuermotor b wie auch Umschaltwalze c sind mit einer selbsttätigen
Rückführung, z. B. Rückholfedern tz und o, versehen, die bei Einleitung der Bewegungen
gespannt werden.
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Aus vorstehendem ist zu ersehen, daß, so lange wie der Fahrer den
Schaltkontakt a bedient, die Umschaltwalze c wie auch der Steuermotor b gesteuert
bzw. erregt werden. Es ist zweckmäßig, im Führerstand einen Summer anzuordnen, der
dem Fahrer das Erreichen der ersten Dauerfahrstellung mit Sicherheit anzeigt. Nach
Erreichen dieser Fahrstellung kann derselbe alsdann seinen Druckknopf a. loslassen.
Die Walzen bleiben in der erreichten Stellung, da sie durch die Magnete h und Z
festgehalten sind. Das Fahrzeug fährt mit einer entsprechenden Geschwindigkeit weiter.
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Will der Fahrer das Fahrzeug auf eine höhere Geschwindigkeit bringen,
so bedient er nach Erreichen der ersten Dauerfahrstellung, die durch den Summer
(Element p) angezeigt wird, den Druckknopf a weiter. Der Drehbegrenzungsmagnet in
für die Umschaltwalze c wird nach Erreichen der ersten Dauerfahrstellung freigegeben,
indem, in Abhängigkeit von dem Steuermotor ein auf der Welle desselben angeordnetes
Element q einen Hilfsschaltei t öffnet, der den Stromkreis für den elektromagnetisch
gesteuerten Drehbegrenzungsmagneten in unterbricht. Der Schaltmagnet i kann
daher die Umschaltwalze cr nunmehr weiterdrehen.
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Beim Weiterdrehen der Umschaltwalze c, d. h. also beim Übergang von
der ersten zur zweiten Dauerfahrstellung, nach Erreichen der ersten Dauerfahrstellung
werden die Schalter r und s durch auf der Umschaltwalze angeordnete Elemente geöffnet.
Damit werden die Stromkreise sowohl für den Steuermotor b als auch die für den elektromagnetisch
gesteuerten Klinkenmagnet unterbrochen. Der Steuermotor wird durch die Rückholfeder
iz in die Ausgangsstellung zurückgeführt und damit die gesamten Widerstände vor
die Fahrmotoren geschaltet. In der Ausgangs-(Null-) Stellung des Steuermotors ist
der Hilfsschalter t wieder geschlossen. In der Zwischenzeit hat der Schaltmagnet
i die Umschaltwalze c auf »Parallel« und damit in der üblichen Weise die Fahrmotoren
geschaltet, und die Schalter r und s sind ebenfalls wieder geschlossen. Damit sind,
wie oben beschrieben, die Erregerstromkreise für den Steuermotor wie auch für den
Klinkenmagneten k geschlossen. Der Steuermotor läuft an und schaltet über den Schalter
einfacher Bauart, in vorstehendem Falle den Regelanlasser f, die einzelnen Widerstände
für die nunmehr parallel geschalteten Fahrmotoren h nach und nach ab, d. h. das
Fahrzeug wird auf eine höhere Geschwindigkeit gebracht und erreicht die höchste
in der zweiten Dauerfahrstellung. Nach dem Umschalten der Umschaltwalze c auf »Parallel«
beginnt also der Regelvorgang wieder mit voll eingeschaltetem Widerstand, andererseits
kann während der Umschaltung der Umschaltwalze kein Regelvorgang und während des
Regelns kein Umschaltvorgang stattfinden.
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Von der gesamten Schaltapparatur ist lediglich die Umschaltwalze c
mit den unmittelbar
ihr zugehörigen Organen (Klinkenmagnet
1, Drehbegrenzungsmagnet in, Schaltmagnet i) im Inneren des Wagens an einem
geeigneten Ort, beispielsweise unter einem Sitz, angeordnet, während die übrigen
Teile, insbesondere der Regelschalter f, einfacher Bauart und die Widerstände g
auf dem Dache montiert sind. Die Steuerströme für den Schaltmagneten i und für den
Drehbegrenzungsmagneten m sind über einen im Führerstand angeordneten Fußtrittw
geführt. Durch Bedienen dieses Fußtrittes wird die Fahrschaltung aufgelöst, indem
die Stromkreise für den Steuermotor die Umschaltwalze und die Klinkenmagnete unterbrochen
werden. Sowohl der Steuermotor wie auch die Umschaltwalze gelangen unter Einwirkung
der Rückholfedern selbsttätig in die Nullstellung.
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Die elektrische Kurzschlußbremsung wird eingeleitet durch weiteres
Durchtreten des Fußtrittes über diesen Ausschaltpunkt hinaus, und zwar wird die
Fußtrittkraft mechanisch, beispielsweise durch Öldruck, auf den Regelschalter einfacher
Bauart übertragen, der infolge der hohen Unterteilung der Widerstände auch als Bremsschalter
benutzt wird, nachdem die Umschaltwalze c in ihrer Nullstellung, -in die sie beim
Ausschalten durch den Fußtritt zurückgelangt, die Fahrmotoren auf Bremsung schaltet.
Der geringe Kraftbedarf des Regelschalters f erfordert geringe Kräfte am Fußtritt
w, und der Drehwinkel des Steuermotors bzw. des Regelschalters von 36ö° ergibt unter
Zwischenschaltung einer Übersetzung nur kleine Wege im Fußtritt. Aus der schematischen
Darstellung der Abbildung ist zu ersehen, daß ein Hebel x des Fußtrittes w durch
Bedienen desselben auf das Drucköl einwirkt und dabei einen mit einem Freilauf versehenen
Kolben z steuert. Dieser Kolben z wirkt auf die Welle des Regelschalters fein. Durch
Bedienen des Fußtrittes w wird also der Regelschalter mittels Drucköl gesteuert,
und es wird, j e nachdem der Fußtritt mehr oder `weniger durchgetreten wird, eine
entsprechende Anzahl von Widerstandsstufen abgeschaltet, d. h. also, die Intensität
der Kurzschlußbremsung ist abhängig von der Intensität der Bedienung des Fußtrittes.
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Bei der vorgeschlagenen Steuerung ist es auch möglich, die Umschaltwalze
c nur mit den Stellungen »Bremsen« und »Parallel« auszurüsten. Durch die feinstufige
Unterteilung der Widerstände und deren besondere Schaltung kann die Geschwindigkeit
des Fahrzeuges, ohne irgendeine Umschaltung vorzunehmen, von »Null« bis in die Endstellung
geregelt werden, so daß die Fahrmotoren entweder dauernd parallel oder in Serie
geschaltet sind. Die neue Starkstromsteuerung kann auf einfache Art und Weise zu
einer Vielfachsteuerung ausgebildet werden. Jeder der zu einer Zugeinheit zusammengestellten
Triebivagen ist dabei jeweils mit einer Steuerung, wie oben beschrieben, ausgerüstet.
Die in den einzelnen Triebwagen angeordneten Schaltmagnete i sind parallel oder
in Seriegeschaltet, und die Steuerstromkreise dieser Magnete werden durch ein im
steuernden Wagen vorgesehenes Schaltelement, beispielsweise einen Druckknopf ra,
geschlossen bzw. geöffnet; die in den nachfahrenden Triebwagen vorgesehenen Schaltelemente
a befinden sich selbstverständlich in der Ausschaltstellung. Die Fahrsteuerung für
einen aus derartigen Einheiten gebildeten Zug erfolgt in der oben beschriebenen
Weise. Soll der Zug aus einer bestimmten Geschwindigkeit heraus abgebremst werden,
so hat der Fahrer zunächst das im steuernden Wagen im Führerstand vor-,gesehene
Pedal w zu bedienen. Hierdurch wird die Fahrschaltung für den gesamten Zug aufgelöst,
und die in den einzelnen Triebwagen angeordneten Apparate, wie die Steuermotoren
und die UmschaltNvalzen, gelangen selbsttätig in die Nullstellung. Läßt der Führer
das Pedal in dieser Stellung stehen, so wird der Zug mit der ihm zur Zeit gegebenen
Beschleunigung auslaufen. Soll dagegen die Kurzschlußbremsung vorgenommen werden,
so muß das Pedal weiter bedient, d. h. weiter durchgetreten werden. Dadurch -wird
in der oben beschriebenen Weise über die im steuernden Wagen vorgesehene Druckölleitung
y zunächst eine Kurzschlußbremsung des steuernden Wagens erfolgen. Die nachfahrenden
Triebwagen laufen also mehr oder -weniger auf den steuernden Wagen auf, und dadurch
wird, wie bereits vorgeschlagen, über die beweglich ausgebildeten mechanischen Kupplungen
u, die ihrerseits auf die in den einzelnen Triebwagen ebenfalls angeordneten Druckölleitungen
y einwirken, die Kurzschlußbremsung der nachfahrenden Triebwagen eingeleitet (mechanische
Auflaufbremsung). Da, -wie schon oben ausgeführt, der Regelweg für die Kurzschlußbremsung
jedes Fahrzeuges sehr klein ist, genügt für die Durchführung des Bremsvorganges
das normale Federspielv der mechanischen Kupplungen. Dasselbe beträgt beispielsweise
nur 3o bis 5o mm. Es ist ohne -weiteres möglich,- auf an sich bereits vorgeschlagenem
Wege ein Pendeln des Zuges durch entsprechend dimensionierte und angeordnete Dämpfungsmittel
zu vermeiden.
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Eine andere Möglichkeit einer schützenlosen Kurzschlußbremsung bei
Vielfachsteuerung besteht darin, die Druckölleitung y des steuernden Wagens in bekannter
Weise durch den Zug durchzukuppeln und die Bremsung
sowohl des steuernden
als auch des nachfahrenden Triebwagens durch das im ersten Wagen angeordnete Pedal
w einzuleiten und zu regulieren.
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Außer den soeben beschriebenen Kurzschlußbremsungen mittels Drucköl
ist es ebenfalls möglich, die Einleitung der elektrischen Kurzschlußbremsungder
nachfahrenden Triebwagen durch die mechanischen Kupplungen mit automatischer Weiterschaltung
des Regelschalters durch den Kürzschlußbremsstrom des gesteuerten Wagens zu erreichen.
In diesem Falle wird an Stelle der Druckölleitung y ein Schaltkontakt mit Blasespule
angeordnet, der durch die mechanischen Kupplungen u gesteuert ist. Dieser Schaltkontakt
leitet die Kurzschlußbremsung ein, und der Kurzschlußstrorn dient zur Erregung des
Steuermotors b, der den Regelschalter f mit einer von der jeweils vorgesehenen Dämpfung
abhängigen Geschwindigkeit weiter schaltet. Bei dieser Art der' Regelung ist die
Bremsung nicht abstufbar, während sie bei der oben- beschriebenen mechanischen Auflaufbremsung
proportional dem Auflaufdruck in den Kupplungen verläuft. Eine abstufbare Regelung
bei der letztbeschriebenen Art (elektrische Auflaufbremsung) läßt sich jedoch auch
dadurch ererreichen, daß man zwei oder mehrere Schaltkontakte vorsieht, die bei
höherem Druck in den Kupplungen, insbesondere bei Gefahrbremsurig, einen gewissen
Bereich des Bremswiderstandes überbrücken, wodurch die Intensität der Bremsung vergrößert
und damit der Bremsvorgang beschleunigt wird.
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Die elektrische Kupplung für die Vielfachsteuerung zwischen den einzelnen
Wagen des Zuges: ist sehr einfach, da sie nur, abgesehen von den Kabeln für den
Fahrtrichtungsschalter, den Fahrstrom, Licht, Schienenbremse und Signal, zwei Kabel
I und II umfaßt.