DE966468C - Betaetigungsvorrichtung fuer hydraulische Stellmotoren, insbesondere fuer Fahrzeuglenkungen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 8. AUGUST 1957

R 5703 Π163 c

Rotenburg/Fulda

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für hydraulische Stellmotoren, insbesondere für Fahrzeuglenkungen, wobei ein Hochdruckmittel für den Stellmotor von einer von einem Mittel niederen Druckes angetriebenen Hochdruckpumpe in Verbindung mit entsprechenden Hoch- und Niederdruckschaltorganen erzeugt und gesteuert wird.

Es sind Betätigungsvorrichtungen für hydraulische Stellmotoren bekannt, bei denen ein Hochdruckmittel für den Stellmotor von einer von einem Mittel niederen Druckes angetriebenen Hochdruckpumpe in Verbindung mit entsprechenden Hoch- und Niederdruckschaltorganen erzeugt und gesteuert wird. Bei diesen Vorrichtungen gelangen also voneinander getrennte Druckmittel verschiedener Druckstufen zur Anwendung, wobei die Leistung des Hochdruckmittels vom Niederdruckmittel bestimmt wird, wozu geeignet aufeinander abgestimmte Steuermittel zur Schaltung der beiden ao Druckmittel erforderlich sind. Auch zum Betätigen von Schmiedepressen wurden schon früher ähnliche Maßnahmen angewendet. Ein Kolben wurde hier durch ein Niederd^ckmittel, nämlich Dampf, angetrieben. Mit diesem Kolben starr verbunden war as ein zweiter Kolben, der gegen Wasser wirkt ürfd die Presse antreibt.

Die Umwandlung von Niederdruck- in Hochdruckkraft erfolgt bei den bekannten Vorrichtungen durch eine von einem Niederdruckmittel angetrie-

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bene Hochdruckpumpe, die für den Antrieb des Hochdruckmittels durch ein entsprechendes Kolbensystem sorgt. Gegenstand der Erfindung ist eine verbesserte Ausführung einer Betätigungsvorrichtung für Stellmotoren der geschilderten Bauart. Die Erfindung besteht darin, daß in der Hochdruckpumpe ein frei laufender doppelt wirkender Differentialkolben vorgesehen ist, dessen innere beiden Kolben als doppelt wirkende: Hochdruckkolben und ίο ein in der Mitte zwischen diesen Kolben befestigter Scheiibeinkolben als doppelt wirkender Niederdruckkolben ausgebildet sind, und daß das die Steuerung des den Niederdruckkolben antreibenden Niederdruckmittels und dessen hin- und hergehende Bewegung bewirkende Steuerventil von dem Niederdruckkolben an seinen Umkehrpunkten über Zwischenglieder, z. B. über Stößel und Kipphebel, betätigt wird.

Durch die Anordnung eines doppelt wirkenden Differentialkolbens in der Hochdruckpumpe; und - die erfindungsgemäß erfolgende Steuerung des Niederdruckmittels durch diesen Kolben wird eine besonders einfache und zuverlässig arbeitende Betätigungsvorrichtung geschaffen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erhält noch weitere zweckmäßige Merkmale und Einzelheiten, die aus den nachstehend an Hand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung hervorgehen. In der Zeichnung zeigt

Fig. ι eine schematische Darstellung des Zusammenhangs und Zusammenwirkens wesentlicher Bauteile,

Fig. 2 eine schematiscne Darstellung einer Ausführungsform, die beispielsweise für dieKraftfahrzeuglenkung benutzt werden kann,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform für ähnliche Verwendungszwecke,

Fig. 4 ein Schema der erfindungsgemäß ausgebildeten Anlage als Lenkhilfe für ein Kraftfahrzeug und

Fig. 5 einen zugehörigen Schaltzylinder in vergrößertem Maßstab im Längsschnitt.

Das erste Druckmittel, das gasförmig oder flüssig sein kann, wird benutzt, um Niederdruckkraft beliebiger Herkunft, z. B. Druckkraft aus einem Behälter 1, durch eine Ndederdruddedtung 2 über ein Niederdruckschaltorgan 3 in einen Drucktransformator 4 zu übertragen. Der Drucktransformator 4 ist eine Hochdruckpumpe, die von der Niederdruckkraft mittels eines doppelt wirkenden Differentialkolben angetrieben wird.

Hierbei steht jedem Kolben mit größerer volu- -_ metrischer Leistung ein Kolben mit kleinerer volumetrischer Leistung gegenüber. Die Kolben mit größerer volumetrischer Leistung sind die Niederdruckkolben, welche vom Niederdruckmittel bei Betätigung der Schaltung in Bewegung kommen, wodurch; auch die Kolben mit kleinerer volumetrischer Leistung bewegt werden.

Die kleineren Kolben sind Hochdruckkolben, die das Hochdruckmittel antreiben. Dieses strömt durch eine Hochdruckleitung, mittels eines Hochdrnickschaltorigans 5 gesteuert, in die entsprechende Druckkammer eines Arbeitszylinders 6, wo es auf einen Arbeitskolben 7 wechselweise zweiseitig wirkt.

Die Verstellung der beiden Nieder- und Hochdruckschaltorgane erfolgt mittels einer beliebigen Ausgleichsvorrichtung 8, die von einer Schaltstange 9 betätigt wird. Die Ausgleichsvorrichtung 8 kontrolliert das Zusammenwirken der beiden Schaltorgane 3 und 5, die, entsprechend der Bauart der Anlage, entweder gleichzeitig oder mit bestimmtem Zeitabstand ein- und ausgeschaltet werden können.

In Fig. 2 ist ein Schema der Anlage in einer konstruktiven Form, wie sie beispielsweise für Verwendung in Fahrzeugen geeignet ist, gezeigt.

Bei dieser Ausführung wird als Niederdruckmittel Druckluft und als Hochdruckmittel öl verwendet. Die der als~ Drucktransformator arbeitenden Hochdruckpumpe 4, dem Nieder- und Hochdruckschaltorgan 3 bzw. 5 sowie der Ausgleichsvorrichtung 8 zur Betätigung der beiden Schaltorgane 3 und 5 entsprechenden Einzelteile sind als eine Einheit zusammengebaut und in einem mit öl gefüllten Gehäuse untergebracht, so· daß die Anlage vor atmosphärischer Einwirkung, Schmutz und Staub gesichert ist.

Die Arbeitsweise der Anlage ist folgende: Von einem Druckluftbehälter 10 gelangt Druckluft durch eine Leitung 11 bis in einen Raum 12. Hier wird die Strömung der Druckluft durch zwei geschlossene Schalterventile 15 und 16 unterbrochen, die mit dem Gehäuse 22 das Niederdruckschaltorgan bilden. Das Öffnen und Schließen dieser Ventile erfolgt durch Kipphebel 17 und 18, welche an einer Schaltstange 19 drehbeweglich um Zapfen 20 und 21 gelagert sind. Unter der Schaltstange 19 ist ein Hochdruckschaltorgan 23 so angeordnet, daß Ventile 24 und 25 auf den unteren Armen der Kipphebel 17 und 18 aufliegen. Die Schaltstange 19 ist in zwei Lagern 26 und 27 axialbeweglich gelagert.

Das Niederdruckschaltorgan 22 ist durch eine Leitung 28 mit einem Steuerschieber 29 verbunden. Über dem Steuerschieber 29 befindet sich ein Zylindergehäuse 30 für eine als Drucktransformator arbeitende Hochdruckpumpe; in dieser ist ein zweistufig und doppelt wirkender Freilaufkolben so angeordnet, daß sein Teil 31 als doppelt wirkender Kolben in einem Zylinder 32 und die Teile 33 und 34 als Kolben in Zylindern 35 und 36 gleitbar angeordnet sind. Der Zylinder 32 ist mittels Kanäle und 38 mit dem Steuerschieber 29 verbunden. Der Kolbenteil 31 ist ein Niederdruckkolben, der · durch die Kraft der Druckluft in Bewegung gesetzt werden kann. Rechts und links von dem Niederdruckkolben 31 sind Stößel 39 und 40 in den Zylinderdeckeln gelagert, welche mittels Kipphebel und 42 den Steuerschieber 29 verstellen können. Die Kolbenteile 33 und 34 sind die Hochdruckkolben, welche durch Einlaßventile 43 und 44 das Öl einsaugen und durch Ventile 45 und 46 in eine Leitung_j47 pressen, welche die Pumpe mit dem Hochdruckschaltorgan 23 verbindet. Das Hoch-

druckschaltorgan 23 ist durch Hochdruckleitungen 48 und 49 an einen Arbeitszylinder 50 angeschlossen. Sobald die Schaltstange 19 nach rechts oder nach links von der gezeichneten Lage verstellt wird, kommen die Kipphebel 17 oder 18 in Tätigkeit. Wird die Schaltstange nach rechts verschoben, drückt der Kipphebel 17 mit dem- oberen Arm auf das Niederdruckventil 15 und mit dem unteren Arm auf das Hochdruckventil 24. Wenn beide Ventile Federn gleicher Spannung haben, werden sie gleichzeitig geöffnet. Wenn aber eine Feder stärker ist als die andere, dann wird zuerst das Ventil mit der schwächeren Feder geöffnet. Normalerweise wird zuerst das Hochdruckschaltorgan 23, danach das Niederdruckschaltorgan 22 eingeschaltet; wenn also das Niederdruckventil 15 geöffnet ist, strömt die Druckluft durch Kanal 13, Leitung 28, Steuerschieber 29 und Kanal 37 in den Niederdruckzylinder 32 und drückt hier auf den Kolben 31, welcher die Hochdruckkolben 33 und 34 mitnimmt. Dabei saugt der Kolben 33 das Öl durch das Einlaßventil 43 im Zylinder 35 ein; der Kolben 34 aber drückt das öl vom Zylinder 36 durch das Auslaßventil 46 in die Leitung 47, weiss ter durch das Hochdruckschaltorgan 23 und die eingeschaltete Hochdruckleitung 49 in den Arbeitszylinder 50 und betätigt damit den Arbeitskolben 51 nach links, der für einen hydraulischen Antrieb beliebiger Art Verwendung finden kann.

Die Hubbewegung des Niederdruckkolbens 31 und der von ihm abhängigen Kolben 33 und 34 wird durch die Stößel 39 und 40 begrenzt. Bei seiner Annäherung z. B. zum rechten Deckel kommt der Kolben 31 in Berührung mit dem Stößel 40, drückt ihn nach rechts und dreht damit den Kipphebel 42 so lange, bis er unter der Einwirkung eines mit einer Feder S3 belasteten Schnappers 52 über seinen Totpunkt springt. Hierdurch wird der Steuerschieber derart verstellt, daß die Druckluft nun in entgegengesetzter Richtung auf den Kolben 31 wirkt. Auf diese Weise wandert der Kolben 31 so lange hin und her, wie die Schaltstange 19 aus ihrer neutralen Lage verstellt bleibt. Bei der Verstellung der Schaltstange 19 nach links aus der neutralen Lage bleibt die Wirkung dieselbe, nur mit dem Unterschied, daß das Hochdruckmittel durch Kanal 48 in Zylinder 50 eingelassen und damit der Arbeitskolben 51 nach rechts angetrieben wird. Der Drucktransformator kann der gewünschten Arbeitsart entsprechend als Langsam- oder Schnelläufer gebaut werden.

In Fig. 3 ist ein Schema der Hochdruckanlage dargestellt, in der sämtliche Hauptteile außerhalb eines Ölbehälters einzeln montiert und durch entsprechende Druckleitungen miteinander verbunden sind.

Dieses Schema zeigt auch, wie an Stelle einer mechanischen Ausgleichsvorrichtung zwischen Schaltstange und Nieder- und Hochdruckschaltorganen ein pneumatisches System eingebaut werden kann. Ferner ist gezeigt, wie das Niederdruckschaltorgan an die Niederdruckauslaßleitung angeschlossen werden kann. Der Aufbau und die Wirkungsweise dieser Anlage sind folgende: Vom Druckbehälter 10 strömt die Druckluft durch die Leitung 11 in ein Steuerschiebergehäuse eines Drucktransformators 55. Von dort aus füllt die Druckluft den Niederdruckzylinder 32 der als Drucktransformator arbeitenden Pumpe 55 und strömt durch den Auslaßkanal, vom Steuerschieber

54 gesteuert, in eine Auslaßleitung 56, die in ein Gehäuse 57 eines Niederdruckschaltorgans mündet.

Zwei Ventile 58 und 59 unter Wirkung einer Druckfeder 60 schließen öffnungen 61 und 62, welche über weitere öffnungen 63 und 64 zur Außenluft führen. Wenn aber die Niaderdruck-Auslaßleitung 56 geschlossen ist, bildet sich in dem Niederdrückzylinder¹32 das Drucktran^;sfo'rtmato<rs

55 ein Zustand des Druckausgleichas, bei welchem der doppelt wirkende Niederdruckkolben 31 von beiden Seiten, mit gleicher Druckluft belastet ist, so daß er in Ruhe bleibt. Die Ventile 58 und 59 bewegen sich in Zylindern 65 und 66 und sind mit Schaltkolben 67 und 68 verbunden.

Ein Hochdruckschaltorgan 69 ist ebenfalls mit zwei Schaltkolben 70 und 71 in Zylindern 72 und 73 versehen.

Von der Niederdruckleitung 11 führt eine kleine Abzweig-Niederdruckleitung 74 zu einem Betätigungsschalter, wo sie durch einen Betätigungsschieber 75 gesperrt ist. Links und rechts von dem Betätigungsschieber 75 befinden sich Kanäle 76 und 77, deren Mündungen 78 und 79 von dem Schieber 75 in der gezeigten neutralen Lage nicht ganz gesperrt sind, so daß eine wenn auch geringe Verbindung mit der Außenluft bestehenbleibt.

Links und rechts von einem Betätigungshebel 80 sind zwei Reaktionskolben 81 und 82 in Zylindern

83 und 84 angeordnet. Die linken Zylinder 72, 65 und 83 sind miteinander durch Kanäle 85 und 86 verbunden und an den Kanal 76 angeschlossen. Die symmetrisch liegenden Zylinder 73, 66 und 84 sind auf ähnliche Weise miteinander durch Kanäle 87 und 88 verbunden und an den Kanal 77 angeschlossen. Die Betätigung der Anlage erfolgt durch den Betätigungshebel 80, welcher den Betätigungsschieber 75 nach links oder rechts aus der in dem Schema gezeigten neutralen Lage verstellen kann.

Wird der Betätigungsschieber 75 z. B. nach rechts so verstellt, daß er die Mündung der Niederdruckleitung 74 und des Kanals 77 verbindet, dann kommt die Anlage auf folgende Weise in Tätigkeit : Die, Abzweigleitung 74 ist ständig mit Druckluft gefüllt, die sofort in die drei Zylinder 73, 66 und

84 strömt, wenn, die Mündung der Leitung 74 mit dem Kanal 77 verbunden ist, so daß die Kolben 71, 68 und 82 nach links gedrückt werden. Der Kolben 71 schaltet das Hochdruckschaltorgan 69 so, daß eine von dem Drucktransformator 55 führende Hochdruckleitung 89 mit einer Hochdruckleitung 90 des Arbeitszylinders 50 verbunden wird. Gleichzeitig kann die Druckflüssigkeit aus der Gegenseite des Arbeitszylinders 50 durch eineHochdruck-Ieitung9i und eine Rücklaufleitung 92 in. einen Sammelbehälter 93 abfließen. Sofort nach dem

Hochdruckschaltorgan 69 kommt der Niederdruckschaltkolben 68 in Tätigkeit und öffnet das Ventil 59, so daß die durch die Niederdruckauslaßleitung 56 geführte Luft über die Öffnungen 62 und 64 zur Außenluft abströmen kann. Damit wird in dem Niederdruckzylinder 32 des Drucktransformators 55 der Ausgleich der Druckkräfte sofort gestört, so daß die Kolben 31 bzw. 33 und 34 sich in Bewegung setzen.

Der Reaktionskolben 82, der unter demselben Druck wie die beiden Schaltkolben 71 und 68 steht, ist bestrebt, sich nach links zu verstellen und damit den Betätigungshebel 80 und den Schieber 75 zurück in die neutrale Lage zu bringen. Je größer der Druck im Zylinder 84 ist, desto stärker ist die Reaktionswirkung des Kolbens 82. Um die Anlage in Betrieb zu halten, soll die Betätigungskraft des Hebels 80 größer als die Reaktionskraft des Kolbens 82 bleiben. Diese Reaktionskraft ist erforderlieh in allen Anlagen, die nach Handgefühl arbeiten, weil sie im kleinen Maßstab ein Bild der Belastungsänderungen gibt. Bei Anwendung der Erfindung als Servokraft für die Lenkung in einem Lastkraftwagen werden solche Belastungsänderungen durch den Zustand der Fahrbahn verursacht. In Fig. 4 ist die Verwendung der Anlage für die Lenkungen in Kraftfahrzeugen näher dargestellt. Fig. 5 zeigt dabei Einzelheiten eines Schaltzylinders 98, der identisch ist mit der Kombination Schieber 75/Reaktionskolben 81 und 82 (Fig. 3). Der Lenkvorgang spielt sich wie folgt ab: Durch Betätigung des mit einer die Längsverschiebung einer Schaltmuffe 96 bewirkenden Spezialnabe 94 versehenen Lenkrades, z. B. in Richtung des Pfeils 95, wird die Schaltmuffe 96 in Richtung des Pfeils 97 (Fig. 5), der Kolben 99 also in Richtung des Pfeils 100 verstellt. Hierdurch werden. dieLeitungen 74 und 86 über den Zvlinderraum 101 miteinander verbunden. Der weitere Vorgang verläuft nun so, wie an Hand der Fig. 3 bereits beschrieben; dem Arbeitszylinder 50 wird durch die Leitung 91 Drucköl zugeführt, so daß sich der Hebel 102 in Richtung des Pfeils 103 bewegt. Diese Bewegung wird durch ein Hilfsgestänge 104 auf die Lenk-Schubstange des Fahrzeuges übertragen, so daß dieses nach rechts verschwenkt. Die an Hand von Fig. 3 beschriebene Wirkung des Reaktionskolbens 81 wird bei dem doppelt wirkenden Kolben 99 dadurch erreicht, daß der Druck des Zylinderraumes ioi auf den Kolben 99 wirkt und ihn entgegen der Betätigungskraft am Lenkrad, also entgegen dem Pfeil 100, zu verstellen sucht.

Beim Lenken des Fahrzeuges entgegengesetzt dem Pfeil 95 arbeitet die Anlage in analoger Weise nach der anderen Seite.

Die Erfindung hat vor allem den Vorteil, daß der Druck des Hochdruckmittels ohne Schwierigkeit bis zur Höchstgrenze gesteigert werden kann. Da schnell bewegliche, genau angepaßte Teile im Gegensatz zu bisher bekannten Vorschlägen hydraulicher Lenkhilfen ausgeschaltet sind, können bei einfacher Montage Herstellungsschwierigkeiten vermieden und gleichzeitig die Anlage verschiedenen Anwendungszwecken leicht angepaßt werden. Ferner zeichnet sich die ■erfindung'sgesmäße. Anlage durch besonders ruhiges Arbeiten aus.

Bei neuzeitlichen Lastkraftwagen ist für Bremszwecke meist ein Druckluftbehälter mit zugehörigem Kompressor angeordnet. Da Dauerversuche ergeben haben, daß der Druckluftbedarf der Anlage etwa 30% des Bremsluftbedarfs beträgt, kann die Bremsluft infolge der üblichen Überdimensionierung des zugehörigen Kompressors ohne weiteres für den Niederdruckteil der Anlage verwandt werden. Auch der Drucktransformator läßt sich an beliebiger Stelle einbauen, weil die Verbindung mit dem Betätigungsorgan und der Ausgleichsvorrichtung einerseits und dem Arbeitszylinder andererseits durch Rohrleitungen den jeweiligen Erfordernissen entsprechend ohne Schwierigkeiten bewerkstelligt werden kann. Dabei steht durch das pneumatische Flüssigkeitsgetriebe des Drucktransformators die Härte der Hochdruckhydraulik uneingeschränkt zur Verfügung, ohne daß es wie bisher besonderer Hochdruckpumpen bedarf, die ihrerseits vom Fahrzeugmotor angetrieben werden müssen und deren Montage erhebliche Schwierigkeiten bereitet.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Betätigungsvorrichtung für hydraulische Stellmotoren, insbesondere für Fahrzeuglenkungen, wobei ein Hochdruckmittel für den Stellmotor von einer von einem Mittel niederen Druckes angetriebenen Hochdruckpumpe in Verbindung mit entsprechenden Hoch- und Niederdruckschaltorganen erzeugt und gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hochdruckpumpe (4) ein frei laufender doppelt wirkender Difrerentialkolben (31, 33, 34) vorgesehen ist, dessen innere beiden Kolben (33> 34) als doppelt wirkende Hochdruckkolben und ein in der Mitte zwischen diesen Kolben befestigter Scheibenkolben als doppelt wirkender Niederdruckkolben (31) ausgebildet sind, und daß das die Steuerung des den Niederdruckkolben (31) antreibenden Niederdruckmittels und dessen hin- und hergehende Bewegung- bewirkende Steuerventil (29) von dem no Niederdruckkolben (31) an seinen Umkehrpunkten über Zwischenglieder, z. B. über Stößel (39, 40) und Kipphebel (41, 42), betätigt wird.
2. 2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellorgan (19 bzw. 80) zur Ingangsetzung und Steuerung des Stellmotors sowohl ein den Weg des Niederdruckmittels freigebendes Ventil (22, 57) als auch ein den Weg des Hochdruckmittels zum Stellmotor (50) freigebendes Steuerventil (23, 69) betätigt.
3. 3. Betätigungsvorrichtung nach den Ansprüchen ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das das Hochdruckmittel steuernde Steuerventil (23, 69) mit zwei doppelt wirkenden Ventiltellern

   ausgestattet ist, die eine Umlaufrichtung des Hochdruckmittels zum Stellmotor (50) je nach der Einstellrichtung des Einstellorgans (19 bzw. 80) verursachen.
4. 4. Betätigungsvorrichtung nach den Ansprüchen ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das Hochdrucksteuerventil (23, 69) und das Niederdrucksteuerventil (22, .57) in die Nullstellung drückenden Gegenkräfte, z. B. Federn, so bemessen sind, daß bei der Betätigung des | Einstellorgans (19 bzw. 80) zuerst das Hochdrucksteuerventil (23, 69) geschlossen und darauf das Niederdrucksteuerventil (22, 57) geöffnet wird.
5. 5. Betätigungsvorrichtung nach den Ansprüchen ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellhebel (80) für die Einschaltung und Steuerung des Stellmotors gleichzeitig einen Weg für das Niederdruckmittel zu einem zusätzlichen Kolben (81, 82) freigibt, der eine dem Druck des Niederdruckmittels entsprechende und der Bewegung des Einstellhebels

   (80) entgegenwirkende Reaktionskraft auf den Einstellhebel (80) ausübt.
6. 6. Betätigungsvorrichtung nach den Ansprüchen ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (22, 57) für das Niederdruckmittel in die Niederdruckeinlaßleitung (11) eingebaut ist.
7. 7. Betätigungsvorrichtung nach den Ansprüchen ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (22, 57) für das Niedeirdruckmittei in die Niederdruckauslaßleitung (56) eingebaut ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 526587, 570107; österreichische Patentschrift Nr. 180835;

   schweizerische Patentschrift Nr. 178 316;

   französische Patentschriften Nr. 768 155,
   034;

   britische Patentschrift Nr. 428418;

   USA.-Patentschrift Nr. 2296647;

   Ernst Müller, Hydraulische Schmiedepressen und Kraftwasseranlagen, 2. Auflage, 1952, Springer Verlag, S. 53 bis 58.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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