DE817062C - Selbstsichernde Mutter - Google Patents

Description

Die nachfolgend beschriebene Erfindung betrifft Verbesserungen an Schraubenmuttern mit Selbstsicherung sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Man hat bereits mehrfach Schraubenmuttern mit Selbstsicherung vorgeschlagen. Indes haben nur wenige dieser Ausführungen Eingang in die Praxis gefunden, und auch diese sind nur in beschränktem Maße zur Anwendung gekommen. Derartige Schraubenmuttern mit Selbstsicherung müssen mannigfachen Anforderungen genügen, um in vollem Maße brauchbar zu sein. Die zu praktischer Verwendung gekommenen Formen sind dennoch nur zu beschränkter Anwendung gekommen, weil sie zu kostspielig sind. Im allgemeinen erfordern die bisher vorgeschlagenen Ausführungsformen von Schraubenmuttern mit Selbstsicherung besondere Formen von Rohmuttern sowie verschiedene formgebende Bearbeitungs- oder Gesamtoperationen, die über diejenigen hinausgehen, die zur Herstellung gewöhnlicher Muttern erforderlich sind.

Man hat auch bereits einige Vorschläge zur Herstellung weniger kostspieliger Muttern mit Sicherung entwickelt. Einige dieser Vorschläge richten sich unter anderem darauf, einen Teil des Muttergewindes in anomaler Weise zu verformen. Diese Vorschläge laufen entweder darauf hinaus, daß das Gewinde geschlitzt wird, also diskontinuierlich verläuft, oder daß das Verformen mehr oder weniger zufällig und unkontrollierbar ist. Bei der ersten Art der Ausbildung sind besonders kostspielige Bearbeitungsoperationen erforderlich. Bei der zweiten Art lassen sich die Ergebnisse nicht voraussagen,

da sich weitgehende Änderungen und Variationen in der Gestaltung der Verwindung und häufige Verzerrungen und Beschädigungen des Gewindebolzens der Mutter ergeben.

In der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen wird mit dem Ausdruck selbstsichernde Mutter eine Mutter bezeichnet, bei welcher ein Teil des Muttergewindes verformt ist. Der Zweck der nachfolgend beschriebenen Erfindung richtet sich

ίο darauf, eine mit geringen Kosten herzustellende Mutter mit Selbstsicherung zu schaffen, die sich für allgemeine Anwendung eignet. Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine solche selbstsichernde Mutter derart auszubilden, daß sie in Massenherstellung unter genauer Kontrolle des verformten Gewindes und ihrer anderen Eigenschaften hergestellt werden kann. Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung solcher Muttern mit Sicherung, mit dessen Hilfe

ao gewöhnliche Muttern ohne wesentliche Kosten in Muttern mit Selbstsicherung umgewandelt werden können.

Die Erfindung betrifft also eine selbstsichernde Mutter der beschriebenen Art, die aus einem Mutterstück entsprechend den handelsüblichen Muttern besteht, eine durch den Mutterkörper hindurchgehende axiale Bohrung sowie ein kontinuierliches inneres Gewinde von gleichbleibender Ganghöhe innerhalb der üblichen Toleranzen besitzt. An einem Ende des Mutterkörpers befindet sich ein der Sicherung dienender Abschnitt, bei dem ein über den normalen Durchmesser des Gewindes nach innen hinausragender, mit Gewinde versehener Teil angeordnet ist. Der Sicherungsteil ist dadurch gekennzeichnet, daß entgegengesetzt zu dem nach innen ragenden Gewindeteil durch eine auf die Metallfasern ausgeübte Scherbeanspruchung an der äußeren Fläche der Mutter ein Eindruck nach innen erzeugt ist, der das Hervorragen des entsprechenden Gewindeteils nach innen bewirkt. Die Erfindung schließt ferner den Verfahrensschritt der Herstellung einer selbstsichernden Mutter ein, der darin besteht, daß ein Gewindemutterkörper mit den handelsüblichen Gewindetoleranzen durch Ausübung einer Scherbeanspruchung auf die Metallfasern mit einem Eindruck in der äußeren Fläche des Mutterkörpers versehen wird, so daß eine Verschiebung des Metalls in der Weise stattfindet, daß der dem Gewinde des Mutterkörpers radial gegenüberliegende Teil einwärts geneigt ist.

Das Wesen der Erfindung und die Art, in welcher dieselbe ausgeführt ist, soll auf Grund der nachfolgenden Beschreibung erläutert werden. Ferner ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Zeichnung dargestellt.

Fig. ι zeigt einen Grundriß einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Mutter mit Selbstsicherung; Fig. 2 zeigt eine Ansicht derselben;
Fig. 3 ist ein axialer, senkrechter Schnitt nach Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 zeigt einen axialen, senkrechten Teilschnitt einer Zifferblattpresse, die bei der Ausführung der Erfindung benutzt werden kann.

Fig. 5 ist ein horizontaler Schnitt des in Fig. 4 gezeigten Stempels nach Linie 5-5 in Fig. 4.

Die Mutter mit Sicherung, wie in Fig. 1 bis 3 dargestellt, ist im allgemeinen in der Art ausgebildet, daß sie in radialer Richtung mit dem Gewinde eines Bolzens im Eingriff steht, auf den die Mutter geschraubt ist. Der Mutterkörper besitzt ein kontinuierliches Gewinde, dessen sämtliche Teile gleiche oder wesentlich gleiche Ganghöhe innerhalb der üblichen Toleranz besitzen. Die Sicherungswirkung wird durch besondere Teile des Gewindes bewirkt, die nach innen über den normalen Gewindedurchmesser hinausragen und im wesentlichen gleichen Abstand von der Achse der Gewindebohrung des Mutterkörpers besitzen.

Die besondere Ausführungsform einer Mutter, die in Fig. ι bis 3 dargestellt ist, besteht aus einem Mutterkörper 1 von sechseckigem Außenumriß in Übereinstimmung mit der üblichen Ausbildung, so daß also sechs Schlüsselflächen 2 \Orhanden sind. Der Mutterkörper besitzt eine axiale Bohrung und ist mit kontinuierlichem Innengewinde 3 versehen. Ein Teil des Gewindes, der der Stirnfläche 5 des Mutterkörpers benachbart liegt, ragt einwärts hinein. Vorzugsweise sind verschiedene derartige nach einwärts hineinragende Teile 6 vorhanden, die, unter gleichen Winkeln verteilt, symmetrisch gegenüber der Achse der Mutter angeordnet sind. Und zwar sind sechs solcher einwärts hineinragender Teile vorgesehen, einer jeden Schlüsselfläche 2 gegenüber. An den einwärts hervorragenden Teilen verläuft das Gewinde kontinuierlich und dehnt sich nicht in axialer Richtung aus, so daß es an diesen Stellen dieselbe Ganghöhe behält.

Zur Erzielung möglichst guter Sicherungseigenschaften, sowie einer exakten Gleichmäßigkeit der Ausführung ist es empfehlenswert, daß die verschiedenen, z. B. zwei oder mehr nach innen hervorragenden Teile 6 im wesentlichen dieselbe oder gleiche Greifwirkung auf das Gewinde des in die Mutter eingeschraubten Bolzens ausüben. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, daß die nach innen hervorragenden Teile gegenseitig fließend mit dem Gewinde eines Bolzens zusammenarbeiten und im wesentlichen gleiche Entfernung von der Achse der Gewindebohrung des Mutterkörpers besitzen, obwohl dies nicht unbedingt notwendig für eine gute no Sicherungswirkung ist. In dieser Hinsicht wird keine Bruchbeanspruchung des Bolzens oder der Mutter und aller Teile hervorgerufen, sondern ein im wesentlichen gleichmäßiges Eingreifen mit dem Bolzen gewährleistet. Die einwärts hervorragenden Gewindeteile 6 können wie in der dargestellen Mutter durch eine radial nach innen gerichtete Verschiebung des Metalls der äußeren Oberfläche des Mutterkörpers gebildet sein. Die bewirkte Verschiebung ist dauernd infolge der Einpressungen 7 in den Schlüsselflächen gegenüber diesen Verschiebungen des Gewindes. Bei der dargestellten Mutter ist die bewirkte Verschiebung an der Stirnfläche 5 am größten. Sie verjüngt sich oder ist geneigt nach dem Punkt 8 der Schlüsselfläche zu, der zwischen den Enden der Mutter und der Stirn-

fläche 5 liegt. Infolge dieser Verschiebungen an den Schlüsseflächen erstrecken sich die hervorragenden Gewindeteile nach innen über zwei bis drei Gewindegänge. Am weitesten nach innen ragen sie an der Endfläche 5. Die Verschiebung, infolge deren die Gewindeteile nach innen ragen, wird z. B. durch eine auf die Fasern des Metalls an den Grenzmarken der verschobenen Teile ausgeübte Scherbeanspruchung herbeigeführt. Dies kann z. B. mit Hilfe eines Werkzeugs bewirkt werden, das eine im wesentlichen rechteckige Fläche besitzt, die so gestaltet ist, daß sie die dargestellte und beschriebene Verschiebung hervorruft. Durch Scherbeanspruchung der Metallfasern entlang den in gewissem Abstand voneinander befindlichen Längsebenen wird das Maß der Formänderung bestimmt. Die verschobenen Teile, weiche die einwärts ragenden Gänge des Gewindes tragen, besitzen ein gewisses Maß von Elastizität. Dies genügt, um hinreichende Reversibilität zu gewährleisten, so daß die einwärts ragenden Gewindegänge einen wirksamen Sicherungsabschnitt bilden, wenn sie mit einem Bolzen größter Gewindetoleranz und andererseits mit einem Bolzen kleinster Gewindetoleranz im Eingriff stehen. Außerdem ermöglicht die Elastizität eine für maximale und minimale Toleranzen hinreichende Formänderung quer zu den Schlüsselflächen gewöhnlicher handelsüblicher Muttern.

Es ist möglich, die Verschiebung des Gewindes derart zu bewirken, daß sich eine leichte Abwärtsneigung des Gewindes an den verschobenen Teilen ergibt. Diese Abwärtsneigung kann dazu dienen, die gegenseitige Reibung der ineinandergreifenden Gewinde in dem Sicherungsabschnitt wesentlich zu vergrößern und dadurch eine axiale Lockerung des Gewindes und eine Verschiebung der Mutter in axialer Richtung zu vermeiden, wenn die Mutter mit ihrer Auflagefläche angezogen wird. In Abhängigkeit von besonderen Erfordernissen der Praxis kann die vorstehend beschriebene Verschlußmutter gemäß der Erfindung in verschiedener Weise ausgestaltet werden. In gewissen Industrien, vorzugsweise in der Flugzeugindustrie, ist eine mehr verfeinerte Ausführung erforderlich als in anderen Industrien, z.B.

in der Automobilindustrie. Im allgemeinen bedingen indes diese Anforderungen, soweit die Sicherungseigenschaften in Betracht kommen, daß die Mutter bei der ersten Anwendung einer gewissen Verdrehungsbelastung unterworfen wird und daß sie ein Minimum an dauernder Formänderung durch Verdrehung nach einer bestimmten Zahl von Beanspruchungen zeigt. Ferner muß die Mutter eine gewisse Vibration und Stoßbeanspruchung aushalten, ohne sich zu lockern oder zu Bruch zu gehen.

Diese Erfordernisse sind in der Autompbilindustrie nicht so hoch wie in der Flugzeugindustrie.

Sicherungsmuttern, die sich gemäß ihren Merkmalen zur Verwendung im Automobil- und Flugzeugbau eignen, können gemäß der Erfindung in einer einzigen Operation aus vorgeformten handelsüblichen Muttern gefertigt werden. Das bedeutet, daß zunächst eine handelsübliche Mutter hergestellt wird, die alsdann zu einer Sicherungsmutter umgestaltet wird. Die gebohrte und mit Gewinde versehene Mutter kann also die Rohmutter für die Herstellung von Muttern gemäß der Erfindung bilden. Dies ist vom wirtschaftlichen Standpunkt aus besonders vorteilhaft, da der hohe Entwicklungsstand in der Ausstattung und in den Herstellungsmetheden für handelsübliche Muttern bei der Fabrikation von Verschlußmuttern gemäß der Erfindung nutzbar gemacht werden kann.

Eine Sicherungsmutter icv d. h. eine Rohmutter, · die in der für handelsübliche Muttern gegebenen Weise gebohrt und mit Gewinde versehen ist und dieselbe Höhe besitzt, ist in Fig. 4 unten der Zeichnung dargestellt. Die Mutter ist mit einem Innengewinde 11 versehen. Eine derartige Mutter, die in beliebiger Menge auf dem offenen Markt käuflich ist, kann als Rohmutter bei der Herstellung von Sicherungsmuttern gemäß der Erfindung dienen. In Übereinstimmung mit der Erfindung werden einwärts ragende Gewindeteile, wie beschrieben, in der Rohmutter ausgebildet, um die beschriebene Sicherungsmutter herzustellen. Es kann dabei eine beliebige Zahl solcher einwärts ragender Gewindeteile vorgesehen sein. Unter dem Gesichtspunkt der Herstellung und des Aussehens werden zweckmäßig zwei oder mehr solcher Teile vorgesehen, die symmetrisch um die Achse der Mutter herum angeordnet sind. Bei gewöhnlichen Muttern wird vorzugsweise ein solcher Gewindevorsprung für jede Schlüsselfläche der Mutter vorgesehen. In Fig. 4 und 5 ist ein Werkzeug dargestellt, das sich zur Verwendung bei einer Presse mit einstellbarem Arbeitstisch eignet, um die Verschiebungen 7 mit den einwärtsragenden Gewindeteilen 6 herzustellen. Solche Pressen sind an sich bekannt. Die Gegenstände, z. B. die Mutter 10, werden aus einem Vorratsbehälter auf eine waagerechte Aufspannplatte 12 aufgeliefert, welche sie in bezug auf eine vertikale Achse einstellt und in eine Stellung bringt, in der der Gegenstand unter einem in vertikaler Richtung hin und her gehenden Stempel 13 sich befindet. In der dargestellten Presse ist der Stempel 13 mit einem Werkzeug ausgestattet, das allgemein mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist. Dasselbe dient dazu, sechs im Winkel zueinander angeordnete Verschiebungen in der Rohmutter 10 hervorzubringen. Es ist zu bemerken, daß Rohmuttern, wie die Mutter 10, ohne weiteres aus einem Vorratsbehälter auf den Arbeitstisch der Presse gebracht werden können, da es unwesentlich ist, auf welcher Seite der Rohmutter die Formänderungen 7 angebracht werden.

Das Werkzeug 14 besteht aus einem kreisförmigen Metallblock 15, der eine axiale Bohrung besitzt, um einen Teil 16 anzubringen, der eine zentrale Bohrung besitzt und in radialer Richtung geprägt ist, so daß sechs unter gleichem Winkel stehende iao Schlitze 17 entstehen. In jedem dieser Schlitze 17 ist eine Prägerippe 18 angeordnet. Jede Prägerippe besitzt einen Teil 19 mit gerader Kante, der mit der Wand des gebohrten Teils 16 zusammenfällt, und eine Verschiebungskante 20, die geneigt zur Achse des gebohrten Teils und divergierend mit ihr ver-

läuft. Zweckmäßig besitzen die Arbeitskanten oder Deformierungskanten 20 der Prägerippen einen Winkel von io° in bezug auf .die Achse des Werkzeugs, so daß sie also einen Winkel von 20⁰ einschließen. Die Prägerippen werden in geeigneter radialer Stellung sowie in den Schlitzen durch einen inneren kreisförmigen Pflock 21 gehalten, der in den Block 15 eingeschraubt ist und in die Bohrung 16 hineinragt. An dem Block 15 ist ein äußeres, ringsumlaufendes Gehäuse 22 durch Schrauben 23 befestigt. Das Gehäuse 22 besitzt einen einwärts gerichteten Flansch 24, der die Prägerippen an den Schlitzen hält.

Eine Mutter, z. B. entsprechend der Mutter 10, wird auf dem Werktisch durch eine Klampe 25 in ihrer Stellung gehalten. Nachdem der Werktisch 12 derart eingestellt ist, daß sich die Mutter unter dem Stempel 13 befindet, bewegt sich der Stempel um einen bestimmten Betrag abwärts. Bei der Ab-

ao wärtsbewegung des Stempels greifen die Prägefinger am Ende der Mutter an und verursachen die Verschiebungen, indem die Metallfasern einer Scherbeanspruchung derart unterworfen werden, daß die einwärts ragenden Gewindeteile 6 zustande kommen. Der Stempel wird alsdann zurückgezogen, der Werktisch derart eingestellt, daß die Mutter entfernt werden kann, und es wird eine andere Rohmutter unter den Stempel gebracht.

Eine derartig hergestellte Mutter besitzt eine Sicherungswirkung, die besser ist, als im allgemeinen bei Sicherungsmuttern für den Gebrauch bei Automobilen benötigt. Man kann auf diese Weise alle für die Verwendung im Flugzeugbau gestellten Anforderungen erfüllen. Die vorstehend beschriebenen Vorgänge zur Herstellung.des Sicherungsabschnitts bei Rohmuttern sind äußerst einfach und lassen sich schnell automatisch und mit geringen Kosten durchführen. Derart hergestellte Sicherungsmuttern besitzen dieselbe Länge wie gewöhnliche Muttern, haben ferner im wesentlichen die gleiche Zugfestigkeit und erfordern keine Bolzen besonderer Länge. Für gewisse Zwecke kann es wünschenswert sein, die Verschiebung nach innen und das Hervorragen der Gewindeteile nach innen zu kontrollieren. In solchen Fällen kann ein unterdimensionierter, mit Gewinde versehener Dorn durch die Mutter geschraubt werden, während das Werkzeug die Verschiebungen nach innen bewirkt. Bei diesem Vorgang wird eine Presse mit einstellbarem Arbeitstisch vorgesehen, die mit einem Gewindedorn 26 ausgestattet ist, der, wenn die Mutter sich in ihrer Stellung unter dem Stempel befindet, durch eine öffnung 27 in den Arbeitstisch eintritt und in die Mutter geschraubt wird. Der Gewindedorn besitzt ein Gewinde, das dem Muttergewinde ähnlich ist, jedoch geringeren Durchmesser hat. Vorteilhafterweise wird ein Fühler 28 an einem Ende des Domes vorgesehen, der in die kreisförmige Bohrung 16 des Werkzeugs eingreift und das Werkzeug und den Dorn gegeneinander zentriert. Bei der Abwärtsbewegung des Werkzeugs wird das Metall verformt, so daß die einwärts ragenden Gewindeteile sich an den Dorn anlegen. Bei der Aufwärtsbewegung des Stempels wird der Dorn zurückgezogen und der Arbeitstisch erneut eingestellt. Für gewisse andere Zwecke, insbesondere um das Gewinde eines Bolzens zu unterstützen, auf welchen die Mutter zunächst aufgeschraubt ist, um die anfängliche Bewegung der einwärts ragenden Gewindeteile zu bewirken, kann die Mutter gestellt werden, nachdem die Ver-Schiebung bewirkt ist. Bei diesem Vorgang wird die Verformung mit den einwärts ragenden Gewindeteilen ohne Anwendung des vorstehend beschriebenen Dorns bewirkt. Vielmehr wird erst nach der Verformung und nach dem Zurückziehen des Werk· zeugs der unterdimensionierte Gewindedorn durch die Mutter geschraubt. Auf diese Weise wird eine gleichmäßigere Initialverdrehung erreicht. Es ist klar, daß beide Vorgänge auf derselben Presse nacheinander durchgeführt werden können. Auf diese Weise wird eine Behandlung der Rohmuttern ausgeschaltet.

Aus der vorstehenden Beschreibung der Erfindung und der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform sowie aus dem beschriebenen Herstellungsver- fahren geht hervor, daß durch die Erfindung eine Herstellung selbstsichernder Muttern aus beliebigem Metall mit geringen Kosten und in einer für alle Industrien und Anforderungen geeigneten Form ermöglicht wird. Dabei ist zu bemerken, daß das Gewinde der Bolzen bei der Anwendung nicht beschädigt wird. Die Muttern lassen sich auf verschiedenen Bolzen desselben Gewindes auswechseln, ohne daß dabei die Sicherungskraft gemindert wird. Dies kann wiederholt geschehen. Es ist ferner zu bemerken, daß das Gewinde des Sicherungsabschnitts auch bei Massenfabrikation der gemäß der Erfindung hergestellten Muttern von größerer Genauigkeit in bezug auf den Durchmesser ist als die Toleranzen der handelsüblichen Muttern derselben Größe und Gewindeklasse.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Selbstsichernde Mutter, bestehend aus einem z. B. gemäß einer handelsüblichen Mutter gestalteten Mutterkörper, der mit einer axialen Bohrung und Innengewinde gleichmäßiger Ganghöhe innerhall) der üblichen Toleranzen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sicherungsabschnitt an einem Ende des Mutterkörpers mit Gewindeteilen versehen ist, clie einwärts hineinragen, wobei der Sicherungsteil unter Scherbeanspruchung der Metallfasern durch nach innen gerichtete Verformungen der äußeren Fläche der Mutter gebildet wird, die den nach innen hervorragenden Gewindeteilen gegenüberliegen und andererseits die Bildung solcher Teile bewirken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere einwärts ragende Gewindeteile im Winkel zueinander stehen und symmetrisch um die Achse des Mutterkörpers derart angeordnet sind, daß sie nach innen hineinragen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei polygonaler

äußerer Gestaltung des Mutterkörpers mit mehreren Schlüsselflächen der Sicherungsabschnitt durch eine einwärts gerichtete Verformung der Schlüsselflächen mit geringerer Breite als die Schlüsselfläch'e durch eine Scherbeanspruchung der Metallfasern derart bewirkt wird, daß jeder der eingedrückten Teile einem nach innen hervorragenden Gewindeteil gegenüberliegt und seinerseits die Bildung eines solchen nach innen hervorragenden Teils bewirkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede nach innen gerichtete Verformung in der äußeren Fläche des Mutterkörpers, geneigt zur Achse des Mutterkörpers, verläuft und durch die Endfläche des Mutterkörpers begrenzt ist.

5. Verfahren zur Herstellung selbstsichernder Muttern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem handelsüblichen Mutterkörper mit üblichen Gewindetoleranzen unter Scherbeanspruchung der Metallfasern Eindrücke in der äußeren Oberfläche und eine Verformung des Metalls derart bewirkt werden, daß auf der Innenseite einwärts geneigte, radial einander gegenüberliegende Gewindeteile des Mutterkörpers entstehen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine axial gerichtete Kraft gleichzeitig eine Reihe von symmetrisch angeordneten Eindrücken der äußeren Fläche · des Mutterkörpers unter Scherbeanspruchung der Metallfasern derart bewirkt werden, daß einwärts geneigte, radial einander gegenüberliegende Gewindeteile entstehen.

7. Verfahren nach Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gewindedorn geringeren Durchmessers in den Mutterkörper eingeführt und bei der Verformung des Mutterkörpers Gewindeteile des Mutterkörpers zwangsweise zum Eingriff mit dem Dorngewinde gebracht werden, worauf der Dorn entfernt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach Einführung des Dorns geringeren Durchmessers in den Mutterkörper Kräfte an diametral einander gegenüberliegenden Stellen des Mutterkörpers von genügender Größe angebracht werden, um Teile des Mutterkörpers dauernd nach innen zu verformen, wobei entgegengesetzte Gewindeteile des Mutterkörpers in Eingriff mit dem Dorn gebracht werden, worauf nach Aufhebung der verformenden Kräfte der Dorn entfernt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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