EP1359258A1 - Pfahlfuss-Schneidvorrichtung - Google Patents

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EP1359258A1
EP1359258A1 EP03006237A EP03006237A EP1359258A1 EP 1359258 A1 EP1359258 A1 EP 1359258A1 EP 03006237 A EP03006237 A EP 03006237A EP 03006237 A EP03006237 A EP 03006237A EP 1359258 A1 EP1359258 A1 EP 1359258A1
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pile
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cutting
foot
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    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22Piles
    • E02D5/34Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same
    • E02D5/38Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making by use of mould-pipes or other moulds
    • E02D5/44Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making by use of mould-pipes or other moulds with enlarged footing or enlargements at the bottom of the pile
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/26Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers
    • E21B10/32Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers with expansible cutting tools
    • E21B10/322Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers with expansible cutting tools cutter shifted by fluid pressure
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
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    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/26Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers
    • E21B10/32Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers with expansible cutting tools
    • E21B10/327Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers with expansible cutting tools the cutter being pivoted about a longitudinal axis

Definitions

  • the invention relates to a pile foot cutting device for essentially radial extension of a foot area Pile bore.
  • the invention is generally in the field of in the foundation piles to be brought into the soil, thereby be created that a pile hole in the ground brought in and afterwards with concrete or another curing suspension is filled.
  • Pile toe-cutters serve to expand the cylindrical Pile drilling in the foot or sole area.
  • the footprint of the foundation pile is reached so that this has to bear a higher load in the upcoming building site than in the case of a cylindrical pile.
  • the pile foot extension can be the permissible concrete tension be optimally used within the pile shaft, whereby the load-bearing capacity of the pile with an enlarged foot area well below the allowable concrete tension of the cylindrical Pile shaft lies.
  • the invention is based on the object of providing a pile foot cutting device which, with a simple and compact construction, enables reliable manufacture of a pile foot.
  • the pile foot cutting device comprises a cylindrical body and as cylindrical shell segments of the cylindrical base body Cutting blades that can be swiveled to the side of the body these can be folded out with a predefined angle of attack.
  • the cutting blades are cylindrical shell segments, which along a surface line on the base body are articulated.
  • cutting devices are arranged, which in the extended position floor material remove and form the pile foot extension.
  • the cylindrical shell segment-shaped ones close Cutting wing flush with the adjacent one cylindrical base body, so that the entire device can be introduced into a cylindrical bore.
  • a recording room for finished Soil material is provided in the base body below the fold-out Cutting wing. That way the soil material resulting from the manufacture of the pile extension recorded and transported out of the borehole become. This prevents processed soil material remains at the bottom of the hole, causing subsidence could lead.
  • the recording space at its Bottom can be closed with a lid, which on the cylindrical base body is pivotally articulated and lockable is.
  • the lid is locked in its closed position, so that the processed floor material in the recording room can be extracted from the borehole.
  • Outside of The lid can be unlocked and opened in an open hole Position can be pivoted so that the recording space from the processed soil material is emptied.
  • Another preferred embodiment is according to the Invention in that in the extended position Cutting wing of the cylindrical base body opened laterally is, so that from the cutting blades processed Soil material is conveyed into the recording room.
  • This allows a particularly compact design of the pile foot cutting device, being a reliable at the same time Guaranteed removal of the floor material of the pile foot extension is.
  • a particularly economical pile construction is according to the invention achieved in that within the body a soul pipe for pressure equalization runs and that the Soul tube opens into an outlet opening in the lid. This can equalize pressure when pulling the drilling tool respectively.
  • Another embodiment of the invention consists in that an actuator is provided in the base body is through which the cutting blades between a retracted position and an extended position are pivotable.
  • the actuator can also be operated in such a way that depending on the desired Pile foot extension the extent of the fold-out movement of the Cutting blade is variable.
  • the actuating device at least one Includes hydraulic cylinder.
  • two cutting blades are two hydraulic cylinders provided so that a within the body largely symmetrical load and force compensation can result.
  • the actuating device comprises a lever mechanism.
  • This can in particular be a toggle mechanism have a particularly stable positioning of the Cutting blades allowed.
  • connection device for a drill string, a pressure compensation line and / or Hydraulic line is arranged.
  • the connection device can the cutting device according to the invention for example attached to a conventional Kelly bar become.
  • the energy supply can be conventional Connections are made.
  • a pile foot cutting device 10 comprises 1 a cylindrical base body 12 the middle area has two opposing cutting blades 14 are arranged.
  • the cutting blades 14 are cylindrical segment segments educated. Here is their outer surface a cylinder jacket segment 17, which is formed in this way is that this is flush with a corresponding recess the cylindrical base body 12 can be pivoted.
  • the cutting blades 14 are on one long side hinged to the cylindrical base body 12, while on the opposite free long side one Cutting device with a plurality of cutting teeth 26 is trained.
  • To increase the strength of the cutting blades 14 are a plurality of arcuate stiffening struts on the inside 15 arranged.
  • Fig. 1 is the pile foot cutting device according to the invention 10 shown with the cutting blades 14 unfolded.
  • the cutting teeth 26 work the adjacent soil material when the device rotates off, creating a cavity for a pile foot extension becomes.
  • the processed cutting material will displaced towards the cylindrical base body 12 and can over the recess for the folded cutting blades 14 get into a receiving space 16, which is below the cutting blades 14 in the cylindrical base body 12 is trained.
  • the receiving space 16 is on its underside can be closed by a cover 18.
  • the cover 18 is pivotable on the one hand on the cylindrical base body 12 articulated and on the other hand has a lock 24, which locks and unlocks via a bolt actuation 25 can be.
  • the cover When creating the pile base extension, the cover is 18 closed so that the processed soil material inside of the receiving space 16 remains. After spreading the pile foot cutter 10 from the borehole can filled receiving space 16 by unlocking the cover 18, which swings open due to the weight of the soil material, be emptied. Closing the lid 18 can be done by force, by hand or simply by placing the pile foot cutter 10 on the Ground.
  • the connecting device 40 is essentially a pipe socket, which with reinforcing plates 42nd is additionally stiffened.
  • the connecting device serves also for torsionally rigid fastening of the pile foot cutting device 10 on a rotating drive, not shown Drill string.
  • the actuation of the cutting blades 14 is described in more detail below explained with reference to Figures 2 and 3.
  • the individual hydraulic cylinders 32 are on the one hand the inside of the cylindrical base body 12 and on the other hand on a pivot lever 35 of a lever mechanism 34 hinged.
  • the lever mechanism 34 and the hydraulic cylinders 32 form the actuator 30 for on and Unfold the two cutting blades 14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pfahlfuß-Schneidvorrichtung zur im Wesentlichen radialen Erweiterung eines Fußbereiches einer Pfahlbohrung. Die Schneidvorrichtung umfasst einen zylindrischen Grundkörper (12) und Schneidflügel (14), welche als Zylinderschalensegmente des zylindrischen Grundkörpers ausgebildet sind. Die Schneidflügel sind schwenkbar am Grundkörper und seitlich aus diesem mit vorgebbarem Ausstellwinkel ausklappbar. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Pfahlfuß-Schneidvorrichtung zur im Wesentlichen radialen Erweiterung eines Fußbereiches einer Pfahlbohrung.
Die Erfindung liegt im Allgemeinen auf dem Gebiet von in das Erdreich einzubringenden Gründungspfählen, die dadurch erstellt werden, dass in das Erdreich eine Pfahlbohrung eingebracht und diese hinterher mit Beton oder einer anderen aushärtenden Suspension aufgefüllt wird. Pfahlfuß-Schneidvorrichtungen dienen dabei zur Erweiterung der zylindrischen Pfahlbohrung im Fuß- oder Sohlenbereich. Durch diese Erweiterung der Pfahlfuß-Bohrung wird eine vergrößerte Aufstandsfläche des Gründungspfahles erreicht, so dass dieser eine höhere Last in dem anstehenden Baugrund zu tragen vermag als im Falle eines zylindrischen Pfahls. Durch die Pfahlfußerweiterung kann die zulässige Betonspannung innerhalb des Pfahlschachtes optimal ausgenutzt werden, wobei die Tragfähigkeit des Pfahles mit erweitertem Fußbereich weit unter der zulässigen Betonspannung des zylindrischen Pfahlschachtes liegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Pfahlfuß-Schneidvorrichtung zu schaffen, welche bei einem einfachen und kompakten Aufbau eine zuverlässige Herstellung eines Pfahlfußes ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch eine Pfahlfuß-Schneidvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Pfahlfuß-Schneidvorrichtung umfasst einen zylindrischen Grundkörper sowie als Zylinderschalensegmente des zylindrischen Grundkörpers ausgebildete Schneidflügel, die schwenkbar am Grundkörper, seitlich aus diesem mit vorgebbarem Anstellwinkel ausklappbar sind.
Die Schneidflügel sind nach der Erfindung Zylinderschalensegmente, welche entlang einer Mantellinie an dem Grundkörper angelenkt sind. An der gegenüberliegenden Längsseite des jeweiligen Schneidflügels sind Schneideinrichtungen angeordnet, welche in der ausgeklappten Position Bodenmaterial abtragen und dabei die Pfahlfußerweiterung bilden. In der eingeklappten Position schließen die zylinderschalensegmentförmigen Schneidflügel bündig mit dem angrenzenden zylindrischen Grundkörper ab, so dass die gesamte Vorrichtung in eine zylindrische Bohrung eingebracht werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass in dem Grundkörper unterhalb der ausklappbaren Schneidflügel ein Aufnahmeraum für abgearbeitetes Bodenmaterial vorgesehen ist. Auf diese Weise kann das beim Herstellen der Pfahlerweiterung anfallende Bodenmaterial aufgenommen und aus dem Bohrloch abtransportiert werden. Hierdurch wird verhindert, dass abgearbeitetes Bodenmaterial am Bohrungsgrund verbleibt, was zu Setzungen führen könnte.
Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass der Aufnahmeraum an seiner Unterseite mit einem Deckel verschließbar ist, welcher an dem zylindrischen Grundkörper schwenkbar angelenkt und verriegelbar ist. Während der Erstellung der Pfahlerweiterung ist der Deckel in seiner geschlossenen Position verriegelt, so dass das abgearbeitete Bodenmaterial in dem Aufnahmeraum mit aus dem Bohrloch gefördert werden kann. Außerhalb des Bohrloches kann der Deckel entriegelt und in eine geöffnete Position geschwenkt werden, so dass der Aufnahmeraum von dem abgearbeiteten Bodenmaterial entleert wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht nach der Erfindung darin, dass in der ausgeklappten Position der Schneidflügel der zylindrische Grundkörper seitlich geöffnet ist, so dass von den Schneidflügeln abgearbeitetes Bodenmaterial in den Aufnahmeraum gefördert wird. Dies erlaubt eine besonders kompakte Ausführung der Pfahlfuß-Schneidvorrichtung, wobei gleichzeitig ein zuverlässiges Abfördern des Bodenmaterials der Pfahlfußerweiterung gewährleistet ist.
Eine besonders wirtschaftliche Pfahlerstellung wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass innerhalb des Grundkörpers ein Seelenrohr zum Druckausgleich verläuft und dass das Seelenrohr in einer Austrittsöffnung im Deckel mündet. Hierdurch kann ein Druckausgleich beim Ziehen des Bohrwerkzeugs erfolgen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass in dem Grundkörper eine Betätigungseinrichtung vorgesehen ist, durch welchen die Schneidflügel zwischen einer eingeklappten Position und einer ausgeklappten Position verschwenkbar sind. Die Betätigungseinrichtung kann dabei auch so betrieben werden, dass je nach der gewünschten Pfahlfußerweiterung der Umfang der Ausklappbewegung der Schneidflügel variierbar ist.
Ein schnelles und zuverlässiges Ausklappen der Schneidflügel selbst in festeren Böden wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Betätigungseinrichtung mindestens einen Hydraulikzylinder umfasst. Bei der bevorzugten Anordnung von zwei Schneidflügeln sind insgesamt zwei Hydraulikzylinder vorgesehen, so dass sich innerhalb des Grundkörpers eine weitgehend symmetrische Belastung und eine Kraftkompensation ergeben kann.
Zur Verbesserung der Klappbewegung ist es erfindungsgemäß, dass die Betätigungseinrichtung einen Hebelmechanismus umfasst. Diese kann insbesondere einen Kniehebelmechanismus aufweisen, der eine besonders stabile Positionierung der Schneidflügel erlaubt.
Nach der Erfindung ist es weiter bevorzugt, dass an der Oberseite des Grundkörpers eine Verbindungseinrichtung für einen Bohrstrang, eine Druckausgleichsleitung und/oder eine Hydraulikleitung angeordnet ist. Über die Verbindungseinrichtung kann die erfindungsgemäße Schneidvorrichtung beispielsweise an einer herkömmlichen Kellystange befestigt werden. Die Energiezuführung kann über herkömmliche Anschlüsse erfolgen.
Die Erfindung wird weiter anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert, welche nachfolgend im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen erläutert sind. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Pfahlfuß-Schneidvorrichtung;
Fig. 2
eine Schnittansicht der Pfahlfuß-Schneidvorrichtung gemäß Fig. 1 entlang dem Schnitt A-A; und
Fig. 3
eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Pfahlfuß-Schneidvorrichtung bei ausgeklappten Schneidflügeln.
Eine erfindungsgemäße Pfahlfuß-Schneidvorrichtung 10 umfasst gemäß Fig. 1 einen zylindrischen Grundkörper 12, an dessen mittleren Bereich zwei gegenüberliegende Schneidflügel 14 angeordnet sind. Die Schneidflügel 14 sind zylindermantelsegmentförmig ausgebildet. Dabei ist ihre Außenfläche ein Zylindermantelsegment 17, welches so ausgebildet ist, dass dieses bündig in eine entsprechende Ausnehmung an dem zylindrischen Grundkörper 12 eingeschwenkt werden kann. Hierzu sind die Schneidflügel 14 an ihrer einen Längsseite an dem zylindrischen Grundkörper 12 schwenkbar angelenkt, während an der gegenüberliegenden freien Längsseite eine Schneideinrichtung mit einer Vielzahl von Schneidzähnen 26 ausgebildet ist. Zur Festigkeitserhöhung der Schneidflügel 14 sind an deren Innenseite mehrere bogenförmige Versteifungsstreben 15 angeordnet.
In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Pfahlfuß-Schneidvorrichtung 10 mit ausgeklappten Schneidflügeln 14 dargestellt. In dieser ausgeklappten Position arbeiten die Schneidzähne 26 das angrenzende Bodenmaterial bei Rotation der Vorrichtung ab, so dass ein Hohlraum für eine Pfahlfußerweiterung geschaffen wird. Das abgearbeitete Schneidmaterial wird dabei in Richtung zum zylindrischen Grundkörper 12 verdrängt und kann über die Ausnehmung für die ausgeklappten Schneidflügel 14 in einen Aufnahmeraum 16 gelangen, welcher unterhalb den Schneidflügeln 14 in dem zylindrischen Grundkörper 12 ausgebildet ist. Der Aufnahmeraum 16 ist an seiner Unterseite durch einen Deckel 18 verschließbar. Der Deckel 18 ist einerseits schwenkbar an dem zylindrischen Grundkörper 12 angelenkt und weist andererseits ein Schloss 24 auf, welches über eine Riegelbetätigung 25 verriegelt und entriegelt werden kann.
Beim Erstellen der Pfahlfußerweiterung ist der Deckel 18 geschlossen, so dass das abgearbeitete Bodenmaterial innerhalb des Aufnahmeraumes 16 verbleibt. Nach dem Ausbringen der Pfahlfuß-Schneidvorrichtung 10 aus dem Bohrloch kann der gefüllte Aufnahmeraum 16 durch Entriegeln des Deckels 18, wobei dieser durch das Gewicht des Bodenmaterials aufschwenkt, entleert werden. Das Verschließen des Deckels 18 kann durch eine Krafteinrichtung, von Hand oder einfach durch Aufsetzen der Pfahlfuß-Schneidvorrichtung 10 auf den Boden erfolgen.
Nach Fertigstellung des Hohlraumes für die Pfahlfußerweiterung kann über ein Seelenrohr 20, welches mittig innerhalb des zylindrischen Grundkörpers 12 angeordnet ist, ein Druckausgleich über eine Austrittsöffnung 22 im Deckel 18 erfolgen. Nach dem Einschwenken der Schneidflügel 14 in eine eingeklappte Position, kann so die erfindungsgemäße Pfahlfuß-Schneidvorrichtung 10 aus dem Bohrloch gezogen werden. Die Verbindungseinrichtung 40 ist dabei im Wesentlichen ein Rohrstutzen, welcher mit Verstärkungsplatten 42 zusätzlich versteift ist. Die Verbindungseinrichtung dient auch zur drehsteifen Befestigung der Pfahlfuß-Schneidvorrichtung 10 an einem nicht dargestellten, drehend angetriebenen Bohrstrang.
Die Betätigung der Schneidflügel 14 wird nachfolgend näher anhand der Figuren 2 und 3 erläutert. Im oberen Bereich des zylindrischen Grundkörpers 12 sind insgesamt je zwei Paare von Hydraulikzylindern 32 radial gegenüberliegend angeordnet. Die einzelnen Hydraulikzylinder 32 sind einerseits an der Innenseite des zylindrischen Grundkörpers 12 und andererseits an einem Schwenkhebel 35 eines Hebelmechanismus 34 angelenkt. Der Hebelmechanismus 34 und die Hydraulikzylinder 32 bilden die Betätigungseinrichtung 30 zum Ein- und Ausklappen der beiden Schneidflügel 14.
In der in Fig. 3 gezeigten ausgeklappten Position der Schneidflügel 14 sind die Hydraulikzylinder 32 eingefahren. Durch Ausfahren des Kolbens aller Hydraulikzylinder 32 wird der Schwenkhebel 35 verschwenkt. Der Schwenkhebel 35, welcher aus insgesamt drei Platten aufgebaut ist, ist fest mit einer rohrförmigen Buchse 36 verbunden, welche schwenkbar um das Seelenrohr 20 gelagert ist. Im unteren Bereich der Buchse 36 sind je zwei Kniehebelmechanismen 37 für einen Schneidflügel 14 vorgesehen. Der Kniehebelmechanismus 37 ist jeweils einerseits fest mit der Buchse 36 verbunden und andererseits an der Innenseite der Schwenkflügel 14 angelenkt. Durch entsprechende Druckbeaufschlagung der Hydraulikzylinder kann der Ausstellwinkel der Schwenkflügel 14 gezielt variiert und gesteuert werden.

Claims (9)

  1. Pfahlfuß-Schneidvorrichtung zur im Wesentlichen radialen Erweiterung des Fußbereiches einer Pfahlbohrung mit
    einem zylindrischen Grundkörper (12) und
    als Zylinderschalensegmente des zylindrischen Grundkörpers (12) ausgebildeten Schneidflügeln (14), die schwenkbar am Grundkörper (12), seitlich aus diesem mit vorgebbarem Ausstellwinkel ausklappbar sind.
  2. Pfahlfuß-Schneidvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass an dem Grundkörper (12) unterhalb der ausklappbaren Schneidflügel (14) ein Aufnahmeraum (16) für abgearbeitetes Bodenmaterial vorgesehen ist.
  3. Pfahlfuß-Schneidvorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (16) an seiner Unterseite mit einem Deckel (18) verschließbar ist, welcher an dem zylindrischen Grundkörper (12) schwenkbar angelenkt ist.
  4. Pfahlfuß-Schneidvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass in der ausgeklappten Position der Schneidflügel (14) der zylindrische Grundkörper (12) seitlich geöffnet ist, so dass von den Schneidflügeln (14) abgearbeitetes Bodenmaterial in den Aufnahmeraum (16) gefördert wird.
  5. Pfahlfuß-Schneidvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Grundkörpers (12) ein Seelenrohr (20) zum Druckausgleich verläuft und dass das Seelenrohr (20) in eine Austrittsöffnung (22) im Deckel (18) mündet.
  6. Pfahlfuß-Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass in dem Grundkörper (12) eine Betätigungseinrichtung (30) vorgesehen ist, durch welche die Schneidflügel (14) zwischen einer eingeklappten Position und einer ausgeklappten Position verschwenkbar sind.
  7. Pfahlfuß-Schneidvorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (30) mindestens einen Hydraulikzylinder (32) umfasst.
  8. Pfahlfuß-Schneidvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (30) einen Hebelmechanismus (34) umfasst.
  9. Pfahlfuß-Schneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite des Grundkörpers (12) eine Verbindungseinrichtung (40) für einen Bohrstrang, eine Druckausgleichsleitung und/oder eine Hydraulikleitung angeordnet ist.
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