EP2846002B1 - Gasturbine - Google Patents

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EP2846002B1
EP2846002B1 EP14150517.2A EP14150517A EP2846002B1 EP 2846002 B1 EP2846002 B1 EP 2846002B1 EP 14150517 A EP14150517 A EP 14150517A EP 2846002 B1 EP2846002 B1 EP 2846002B1
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EP
European Patent Office
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housing
sealing ring
gas turbine
outer sealing
turbine according
Prior art date
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EP14150517.2A
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Walter Gieg
Petra Kufner
Rudolf Stanka
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a gas turbine having a housing, an outer sealing ring, which is releasably attachable to the housing, and a clamping element for radially clamping the outer sealing ring and the housing against each other.
  • the document proposes to arrange a radial flange of the sealing ring axially positively between the C-clip and the housing.
  • the C-clip is acted upon by the gas force in the flow direction and thus clamps the radial flange of the sealing ring against the housing.
  • An object of one embodiment of the present invention is to provide an improved gas turbine.
  • a gas turbine in particular an aircraft engine gas turbine, a housing, an outer sealing ring, which is detachably fastened to the housing fastened, in particular fastened, and a clamping element for radially clamping the outer sealing ring and the housing against each other, which in a version of the outer sealing ring and the housing clamped radially against each other and so frictionally secured together.
  • An anti-rotation device for preventing rotation or positive limiting a relative movement in the circumferential direction between the housing and outer sealing ring has one or more in the circumferential direction of each other, preferably at least substantially equidistant, spaced housing grooves, which extend in an embodiment, at least substantially, in the axial direction.
  • the groove (s) may be radially open or closed radially, with radially outwardly open grooves advantageously can be advantageous manufacturing and / or assembly technology, radially outwardly closed grooves, however, can advantageously protect the rotation.
  • housing grooves in each case engage one or more radial flanges of the outer sealing ring and (twist) secure the housing and outer sealing ring in a form-fitting manner in the circumferential direction.
  • a radial tension or a frictional engagement between the housing and the outer sealing ring and thus wear can be reduced.
  • the one or more radial flanges are arranged with play in the axial direction in the housing or the grooves.
  • the one or more radial flanges can be arranged with play in the circumferential direction in the housing or the grooves.
  • the assembly can be simplified and / or manufacturing tolerances and / or thermal deformations can be compensated.
  • the housing groove (s) is / are open at the end side opposite to the throughflow direction.
  • the housing groove (s) open or open into a front side of the housing in the direction of flow or open into it.
  • the sealing ring can advantageously be pulled axially out of its mounting position out of the housing front or housing because its radial flange (e) need not be removed from a groove closed against the direction of flow For example, by initial tilting or the like.
  • an axial length of the housing groove (s) from a housing front side in the direction of flow is greater than an axial wall thickness of the radial flange or the radial flanges.
  • the outer sealing ring is divided or segmented into two or more ring segments.
  • advantageously the production, assembly and / or disassembly can be improved.
  • the clamping element is annular, ring-shaped in another embodiment.
  • the clamping element can be designed in several parts and have two or more, over the circumference, in particular at least substantially equidistantly, distributed ring segments, wherein the sum of the circumferential lengths the ring segments correspond to the circumferential length of the rotation, but also, in particular, may be lower.
  • the clamping element may have one or more so-called C-clips.
  • the clamping element in one embodiment has a, in particular C- or U-shaped, cross-section with a radially outer limbs, which is supported on an outer peripheral surface of the housing, and a radially inner legs, which is supported on an inner peripheral surface of the outer sealing ring element the radially outer leg, the radially inner leg and / or a connection between the two legs is elastically deformed so as to radially clamp housing and outer sealing ring against each other.
  • the gas turbine has a rotor which is arranged radially opposite the outer sealing ring element in the housing.
  • the rotor or the outer sealing ring element may in particular be a first, a gas inlet next or in the flow direction first rotor or a foremost, a gas inlet next or in the flow direction first outer sealing ring element.
  • the rotor or the outer-sealing-ring element may be the first of the high-pressure turbine or the low-pressure turbine.
  • the housing may be the housing of the high-pressure turbine or the low-pressure turbine.
  • Fig. 3 shows a part of a gas turbine according to Fig. 2 of the US 2007/0231132 A1 ,
  • the gas turbine of Fig. 3 has a housing 1 'to which an outer sealing ring 2' is attached with a Honigwabendichtung. For this purpose clamps a C-clip 3 'an annular radial flange 20' of the sealing ring axially positive fit against the housing. In operation, the C-clip is acted upon by the gas force on a preceding vane 12 in the flow direction and thus clamps the radial flange of the sealing ring against the housing.
  • Fig. 1 shows in Fig. 3 corresponding representation of a section along the line II in Fig. 2 a portion of an aircraft engine gas turbine according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 shows a section along the line II-II in Fig. 1 , Corresponding elements are designated by the same reference numerals distinguished by an apostrophe.
  • This comprises a housing 1, an outer sealing ring 2, which is releasably secured to the housing, and a clamping element 3, which is the outer sealing ring and the housing radially (vertically in Fig. 1 ) clamped against each other and so frictionally secured together.
  • Housing 1 and outer sealing ring 2 have an anti-rotation with a plurality of circumferentially spaced apart housing grooves 10 which extend in the axial direction (horizontally in Fig. 1, 2 ). In the radial direction, the grooves are radially outward (top in FIG Fig. 1 ) open.
  • each housing groove 10 of the housing 1 engages in each case a radial flange 20 of the outer sealing ring 2, thus securing the housing and outer sealing ring in a form-fitting manner in the circumferential direction (vertically in FIG Fig. 2 ).
  • the radial flanges are arranged with play s a in the axial direction in the housing grooves.
  • the radial flanges also play in the circumferential direction to the housing grooves, which in Fig. 2 is recognizable.
  • the housing grooves are frontally opposite to the direction of flow (to the left in Fig. 1, 2 ) open.
  • the housing grooves open or open into a housing front side 11 in the direction of flow.
  • the sealing ring 2 can advantageously be axially opposite to the throughflow direction (to the left in FIG Fig. 1, 2 ) from his in Fig. 1, 2 shown mounting position out of the housing end face 11 and the housing 1 are pulled out.
  • the axial length t 1 of the housing grooves 10 from the housing front side 11 in the direction of flow is greater than the axial wall thickness t 2 of the radial flanges 20.
  • the outer sealing ring is divided into several ring segments or segmented (not shown).
  • the clamping element is formed in several parts ring segment-shaped and has a plurality of distributed over the circumference ring segments in the form of C-clips. Accordingly, the clamping element has an in Fig. 1 recognizable C-shaped cross section with a radially outer leg 31 which is supported on an outer peripheral surface of the housing 1, and a radially inner leg 32 which is supported on an inner peripheral surface of the outer sealing ring element 2, wherein the radially outer leg, the radially inner leg and / or a connection between the two legs is elastically deformed so as to radially clamp housing and outer sealing ring against each other.
  • the gas turbine has a first rotor 18 in the direction of flow (in FIG Fig. 1 not shown, cf. For this Fig. 3 ).

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  • Gasket Seals (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbine mit einem Gehäuse, einem Außendichtring, der lösbar an dem Gehäuse befestigbar ist, und einem Klemmelement zum radialen Verspannen des Außendichtrings und des Gehäuses gegeneinander.
  • Aus der US 2007/0231132 A1 ist eine Gasturbine mit einem Gehäuse, einem Außendichtring, der lösbar an dem Gehäuse befestigt ist, und einem C-Clip bekannt, der den Außendichtring und das Gehäuse radial gegeneinander verspannt. Dadurch ist der Außendichtring in Umfangsrichtung reibschlüssig befestigt.
  • Um vibrationsbedingte Mikrobewegungen in Axialrichtung zwischen Dichtring und Gehäuse zu vermeiden, schlägt die Druckschrift vor, einen Radialflansch des Dichtrings axial formschlüssig zwischen dem C-Clip und dem Gehäuse anzuordnen. Im Betrieb wird der C-Clip durch die Gaskraft in Durchströmungsrichtung beaufschlagt und klemmt so den Radialflansch des Dichtrings gegen das Gehäuse.
  • Bei Relativbewegungen, insbesondere infolge unterschiedlicher thermischer Deformationen, von Dichtring und Gehäuse übt diese Klemmung eine hohe Reibkraft aus, die zu entsprechend hohem Verschleiß führt.
  • Der Vollständigkeit halber sei zudem auch noch auf die FR 2 891 583 A1 verwiesen, welche ebenfalls die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 offenbart.
  • Zudem sei auf die DE 601 22 083 T2 hingewiesen, die zwei ringsegmentförmige Bauteile einer Turbomaschine offenbart, welche mittels eines C-förmigen Klemmelements gegeneinander in radialer Richtung verspannt sind, wobei ein Radialflansch des einen Bauteils in eine Nut des anderen Bauteils eingreift und somit als Verdrehsicherung bereitstellt.
  • Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Gasturbine zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Gasturbine, insbesondere eine Flugtriebwerk-Gasturbine, ein Gehäuse, einen Außendichtring, der lösbar an dem Gehäuse befestigbar, insbesondere befestigt, ist, und ein Klemmelement zum radialen Verspannen des Außendichtrings und des Gehäuses gegeneinander auf, das in einer Ausführung den Außendichtring und das Gehäuse radial gegeneinander verspannt und so reibschlüssig aneinander befestigt.
  • Eine Verdrehsicherung zum Verdrehsichern bzw. formschlüssigen Begrenzen einer Relativbewegung in Umfangsrichtung zwischen Gehäuse und Außendichtring weist eine oder mehrere in Umfangsrichtung voneinander, vorzugsweise wenigstens im Wesentlichen äquidistant, beabstandete Gehäusenuten auf, die sich in einer Ausführung, wenigstens im Wesentlichen, in Axialrichtung erstrecken. In Radialrichtung können die Nut(en) radial außen offen oder geschlossen sein, wobei radial nach außen offene Nuten vorteilhafterweise fertigungs- und/oder montagetechnisch vorteilhaft sein können, radial außen geschlossene Nuten hingegen vorteilhafterweise die Verdrehsicherung schützen können.
  • In eine oder mehrere, vorzugsweise alle Gehäusenuten greifen jeweils ein oder mehrere Radialflansche des Außendichtrings ein und (verdreh)sichern so Gehäuse und Außendichtring formschlüssig in Umfangsrichtung. Hierdurch kann in einer Ausführung eine radiale Verspannung bzw. ein Reibschluss zwischen Gehäuse und Außendichtring und damit auch ein Verschleiß reduziert werden.
  • Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind der oder die Radialflansche mit Spiel in Axialrichtung in der bzw. den Gehäusenuten angeordnet. Dadurch kann in einer Ausführung die einleitend erläuterte hohe axiale Klemmkraft infolge der Gaskraft im Betrieb reduziert, vorzugsweise vermieden und so ein Verschleiß reduziert werden.
  • Zusätzlich können der oder die Radialflansche mit Spiel in Umfangsrichtung in der bzw. den Gehäusenuten angeordnet sein. Dadurch können in einer Ausführung die Montage vereinfacht und/oder Fertigungstoleranzen und/oder thermische Deformationen kompensiert werden.
  • Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bzw. sind die Gehäusenut(en) stirnseitig entgegen der Durchströmungsrichtung offen. Mit anderen Worten mündet bzw. münden die Gehäusenut(en) in eine in Durchströmungsrichtung vordere Gehäusestimseite bzw. öffnen sich in diese. Hierdurch kann in einer Ausführung der Dichtring nach Entfernen des Klemmelements vorteilhaft axial entgegen der Durchströmungsrichtung aus seiner Montagelage heraus aus der Gehäusestirnseite bzw. dem Gehäuse herausgezogen werden, da sein(e) Radialflansch(e) nicht aus einer entgegen der Durchströmungsrichtung geschlossenen Nut entfernt werden müssen, beispielsweise durch anfängliches Kippen oder dergleichen.
  • In einer Ausführung ist eine axiale Länge der Gehäusenut(en) von einer in Durchströmungsrichtung vorderen Gehäusestirnseite aus größer als eine axiale Wandstärke des Radialflanschs bzw. der Radialflansche. Hierdurch können die vorstehend erläuterten Aspekte der entgegen der Durchströmungsrichtung offenen Verdrehsicherung mit axialem Spiel vorteilhaft dargestellt werden. Unter einer axialen Länge wird vorliegend insbesondere die Länge eines Nutabschnitts in Axialrichtung verstanden, der sich von der Öffnung in der vorderen Gehäusestirnseite aus in Durchströmungsrichtung erstreckt und den Radialflansch aufnehmen kann, insbesondere also eine freie Weglänge des Radialflanschs in Durchströmungsrichtung.
  • In einer Ausführung ist der Außendichtring in zwei oder mehr Ringsegmente geteilt bzw. segmentiert. Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhaft die Herstellung, Montage und/oder Demontage verbessert werden.
  • In einer Ausführung ist das Klemmelement ringförmig, in einer anderen Ausführung ringsegmentförmig. Insbesondere kann das Klemmelement mehrteilig ausgebildet sein und zwei oder mehr, über den Umfang, insbesondere wenigstens im Wesentlichen äquidistant, verteilte Ringsegmente aufweisen, wobei die Summe der Umfangslängen der Ringsegmente der Umfangslänge der Verdrehsicherung entsprechen, aber auch, insbesondere deutlich, geringer sein kann.
  • Insbesondere kann das Klemmelement einen oder mehrere sogenannte C-Clipse aufweisen. Allgemein weist das Klemmelement in einer Ausführung einen, insbesondere C- oder U-förmigen, Querschnitt mit einem radial äußeren Schenkeln, der sich an einer Außenumfangsfläche des Gehäuses abstützt, und einem radial inneren Schenkeln auf, der sich an einer Innenumfangsfläche des Außendichtringelements abstützt, wobei der radial äußere Schenkel, der radial innere Schenkel und/oder eine Verbindung zwischen den beiden Schenkeln elastisch deformiert ist, um so Gehäuse und Außendichtring radial gegeneinander zu verspannen.
  • In einer Ausführung weist die Gasturbine einen Rotor auf, der in dem Gehäuse dem Außendichtringelement radial gegenüber angeordnet ist. Der Rotor bzw. das Außendichtringelement kann insbesondere ein vorderster, einem Gaseintritt nächster bzw. in Durchströmungsrichtung erster Rotor bzw. ein vorderstes, einem Gaseintritt nächstes bzw. in Durchströmungsrichtung erstes Außendichtringelement sein. Wenn die Gasturbine eine Hochdruckturbine und eine dieser in Durchströmungsrichtung nachfolgende Niederdruckturbine aufweist, kann der Rotor bzw. das Außendichtringelement der bzw. das erste der Hochdruckturbine oder der Niederdruckturbine sein. Entsprechend kann das Gehäuse das Gehäuse der Hochdruckturbine oder der Niederdruckturbine sein.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
    • Fig. 1
    einen Teil einer Gasturbine in Fig. 3 entsprechender Darstellung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 2
    einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1; und
    Fig. 3
    einen Teil einer Gasturbine nach dem Stand der Technik in einem Meridianschnitt.
  • Fig. 3 zeigt einen Teil einer Gasturbine gemäß Fig. 2 der US 2007/0231132 A1 .
  • Die Gasturbine der Fig. 3 weist ein Gehäuse 1' auf, an dem ein Außendichtring 2' mit einer Honigwabendichtung befestigt ist. Hierzu klemmt ein C-Clip 3' einen ringförmigen Radialflansch 20' des Dichtrings axial formschlüssig gegen das Gehäuse. Im Betrieb wird der C-Clip durch die Gaskraft auf eine vorhergehende Leitschaufel 12 in Durchströmungsrichtung beaufschlagt und klemmt so den Radialflansch des Dichtrings gegen das Gehäuse.
  • Fig. 1 zeigt in Fig. 3 entsprechender Darstellung einen Schnitt längs der Linie I-I in Fig. 2 eines Teils einer Flugtriebwerk-Gasturbine nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1. Einander entsprechende Elemente sind durch gleiche, durch einen Apostroph unterschiedene Bezugszeichen bezeichnet.
  • Diese weist ein Gehäuse 1, einen Außendichtring 2, der lösbar an dem Gehäuse befestigt ist, und ein Klemmelement 3 auf, das den Außendichtring und das Gehäuse radial (vertikal in Fig. 1) gegeneinander verspannt und so reibschlüssig aneinander befestigt.
  • Gehäuse 1 und Außendichtring 2 weisen eine Verdrehsicherung mit mehreren in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Gehäusenuten 10 auf, die sich in Axialrichtung (horizontal in Fig. 1, 2) erstrecken. In Radialrichtung sind die Nuten radial außen (oben in Fig. 1) offen.
  • In jede Gehäusenut 10 des Gehäuses 1 greift jeweils ein Radialflansch 20 des Außendichtrings 2 ein und sichert so Gehäuse und Außendichtring formschlüssig in Umfangsrichtung (vertikal in Fig. 2).
  • Die Radialflansche sind mit Spiel sa in Axialrichtung in den Gehäusenuten angeordnet. Zusätzlich weisen die Radialflansche auch Spiel in Umfangsrichtung zu den Gehäusenuten auf, welches in Fig. 2 erkennbar ist.
  • Die Gehäusenuten sind stirnseitig entgegen der Durchströmungsrichtung (nach links in Fig. 1, 2) offen. Mit anderen Worten mündet bzw. münden die Gehäusenuten in eine in Durchströmungsrichtung vordere Gehäusestimseite 11. Hierdurch kann der Dichtring 2 nach Entfernen des Klemmelements 3 vorteilhaft axial entgegen der Durchströmungsrichtung (nach links in Fig. 1, 2) aus seiner in Fig. 1, 2 dargestellten Montagelage heraus aus der Gehäusestirnseite 11 bzw. dem Gehäuse 1 herausgezogen werden.
  • Die axiale Länge t1 der Gehäusenuten 10 von der in Durchströmungsrichtung vorderen Gehäusestirnseite 11 aus ist größer als die axiale Wandstärke t2 der Radialflansche 20.
  • Der Außendichtring ist in mehrere Ringsegmente geteilt bzw. segmentiert (nicht dargestellt).
  • Das Klemmelement ist mehrteilig ringsegmentförmig ausgebildet und weist mehrere, über den Umfang verteilte Ringsegmente in Form von C-Clipsen auf. Entsprechend weist das Klemmelement einen in Fig. 1 erkennbaren C-förmigen Querschnitt mit einem radial äußeren Schenkeln 31, der sich an einer Außenumfangsfläche des Gehäuses 1 abstützt, und einem radial inneren Schenkeln 32 auf, der sich an einer Innenumfangsfläche des Außendichtringelements 2 abstützt, wobei der radial äußere Schenkel, der radial innere Schenkel und/oder eine Verbindung zwischen den beiden Schenkeln elastisch deformiert ist, um so Gehäuse und Außendichtring radial gegeneinander zu verspannen.
  • Die Gasturbine weist einen in Durchströmungsrichtung ersten Rotor 18 auf (in Fig. 1 nicht dargestellt, vgl. hierzu Fig. 3).
  • Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen ergibt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1; 1'
    Gehäuse
    10
    Gehäusenut
    11
    Gehäusestirnseite
    12
    Leitschaufel
    18
    Rotor
    2; 2'
    Außendichtring
    20, 20'
    Radialflansch
    3; 3'
    C-Clips (Klemmelement)
    31; 31'
    erster Schenkel
    32; 32'
    zweiter Schenkel

Claims (8)

  1. Gasturbine mit einem Gehäuse (1), einem Außendichtring (2), der lösbar an dem Gehäuse (1) befestigbar ist, und einem Klemmelement (3) zum radialen Verspannen des Außendichtrings (2) und des Gehäuses (1) gegeneinander, gekennzeichnet durch eine Verdrehsicherung, die wenigstens eine Gehäusenut (10) und einen Radialflansch (20) des Außendichtrings (2) aufweist, der mit Spiel (sa) in Axialrichtung formschlüssig in der Gehäusenut (10) verdrehsicherbar ist.
  2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusenut (10) stimseitig entgegen der Durchströmungsrichtung offen ist.
  3. Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Länge (t1) der Gehäusenut (10) von einer in Durchströmungsrichtung vorderen Gehäusestimseite (11) aus größer ist als eine axiale Wandstärke (t2) des Radialflanschs (20).
  4. Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendichtring (2) segmentiert ist.
  5. Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (3) ring- oder ringsegmentförmig ist.
  6. Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (3) einen, insbesondere C- oder U-förmigen, Querschnitt mit zwei Schenkeln (31, 32) aufweist, von denen einer (31) sich an einer Außenumfangsfläche des Gehäuses (1) und der andere (32) sich an einer Innenumfangsfläche des Außendichtrings (2) unter elastischer Deformation des Klemmelements (3) abstützt.
  7. Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen, insbesondere in Durchströmungsrichtung ersten, Rotor (18), der in dem Gehäuse (1) dem Außendichtring (2) gegenüber angeordnet ist.
  8. Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialflansch (20) mit Spiel in Umfangsrichtung formschlüssig in der Gehäusenut (10) verdrehsicherbar ist.
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