WO2007057359A1 - Mobiles lecksuchegerät mit spülanschluss - Google Patents

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Günter Holstein
Klaus Stepputat
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Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/20—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material
    • G01M3/202—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material using mass spectrometer detection systems
    • G01M3/205—Accessories or associated equipment; Pump constructions

Definitions

  • the invention relates to a mobile leak detector for leak detection in vacuum devices
  • mobile leak detectors For checking vacuum pumps which serve, for example, to generate a high vacuum in a clean room or the like, mobile leak detectors are used to check the functionality of the vacuum devices.
  • Person-portable leak detectors have first and second pump means in a housing.
  • the first pump device is a vacuum pump, such as a turbomolecular pump, which can be connected via a connecting element with the vacuum device to be examined.
  • the second pumping device is conventionally a diaphragm pump.
  • a detection device for example a mass spectrometer, is connected to the first pump device. With the aid of the detection device, the substances detected by the mobile leak detector can be determined.
  • a gas-surface As in the mobile leak detection device, a gas-surface, usually a helium background, forms, are the detection rates of known mobile leak detection device, in particular for helium, limited to 3xlO "n mbarl / s, reason for this is that in the atmosphere is a natural Proportion of helium is 5 ppm
  • the partial pressure of helium is of one Inlet pressure is dependent on the vacuum pump and thus has a direct influence on the detection sensitivity of helium. Furthermore, the detectability is limited due to the internal leakage rate of the mobile leak detector.
  • the object of the invention is to provide a mobile leak detector for leak detection in vacuum devices, through which the detectability, in particular the helium detectability can be improved.
  • the mobile leak detector according to the invention has, in addition to a provided in the portable housing pumping device, which can be connected via a connection element with the vacuum device to be examined, a flushing connection for connecting a housing external flushing device.
  • the flushing connection is fluidically connected to the pumping device.
  • the flushing device can be connected to the pumping device, whereby a gas is preferably conducted through the flushing device into the pumping device.
  • the gas is, for example, a noble gas such as nitrogen or the like. Due to the gas flowing through the pumping device, which may also be air in a simple embodiment, the background gas in the pumping device, in particular the helium substrate, is flushed out by entraining the underground gas.
  • the Spüla ⁇ gleich is coupled with a switchable VentN.
  • the switchable valve between the SpüianscMuss and the pumping device is arranged.
  • the switchable valve is an electromagnetically schaitbares valve. With the help of such a valve, it is possible in a simple manner to initiate a winding process, for example by pressing a switch.
  • the mobile leak detector has a control device.
  • the control device is connected to a Detekt ⁇ ons Rhein, which is connected to the pumping device.
  • the detection device By means of the detection device, the gases sucked in by the pump device are detected, wherein the detection device is in particular a spectrometer. It is possible with the aid of the detection device to detect the background gas.
  • the control device In addition to a manual control of the switchable valve, it is therefore possible with the help of the control device in response to a limit value to initiate a flushing process by automatically opening the valve. It is possible with the help of the leak detection device according to the invention to keep the background gas, in particular the helium substrate always below a predetermined limit.
  • a erfi ⁇ dungsdorfes method, or using the mobile leak detector is that, depending on an adjustable or predetermined limit of an underground gas, an automatic coil of the pumping device.
  • the flushing connection is coupled to a corresponding switching device, in particular a switchable valve.
  • the pumping device mounted in the housing has first and second pumping means.
  • the first pumping device is connected in fluid communication with the connecting element that can be connected to the vacuum device and the second pumping device is connected to the first pumping device and / or the connecting element.
  • the first pump device is preferably a turbomolecular pump. Particularly preferred is a turbomolecular pump with Cornpound stage.
  • the second pumping device is designed as a ScroH pump.
  • a small scroll pump is used with less space.
  • scroll pumps has the advantage over the use of diaphragm pumps that smaller detectable leak rates can be achieved.
  • scroll pumps have a longer life and a lower internal leak rate.
  • a weight saving of about one kilogram of the mobile leak detector can be achieved.
  • an oil-free operation is possible.
  • scroll pumps have the advantage that high pumping speeds can be achieved. At a frequency of 60 Hz, a pumping speed of 6 m 3 / h can be achieved even with the smallest Scroli pump offered on the day of filing, the pump with the designation SC 5D. With the SC 30D even the pumping speed of 31 m 3 / h can be achieved. As a result, specimens can be pumped out very quickly.
  • the ultimate pressures of the SC 5D are ⁇ 0.05 mbar and the SC 3OD ⁇ 0.01 mbar.
  • the achievable end pressures are thus approximately 100 times smaller than in conventional diaphragm pumps.
  • Another key advantage of ScroSI pumps over diaphragm pumps is that scroll pumps do not store underground gas. A corresponding storage takes place with diaphragm pumps in the membrane, as well as by the structurally not solvable Todvoiumen. According to the invention, scroll pumps are less expensive so that the removal of the temperature is less of a problem.
  • the drawing shows a schematic diagram of a mobile leak detector according to the invention.
  • the mobile leak detector has a housing 10, in which a first pumping device 12 and a second pumping device 14 is provided.
  • a first pumping device 12 is a two-stage turbomolecular pump
  • the two stages 16, 18 are connected to a connection element 22 via corresponding lines and intermediate valves.
  • the connection element 22 serves for connection to the vacuum device to be examined.
  • the pump devices 12, 14 has, in addition to the first pump device 12, the second pump device 14, in which it is certainly a ScroM pump according to the invention.
  • the scroll pump 14 is connected via a line 24 to the first pumping device 12 and the second stage 18 of the Turbomoiekuiarpumpe. Furthermore, the scroll pump 14 has an outlet conduit 26.
  • a detection device 30, such as a spectrometer, is provided via a line 28. With the aid of the detection device 30, the molecules sucked in by the pump device 12 via the connection element 22 can be detected.
  • the detection device 30 either has a display device or is connected to an output and / or display device.
  • the detection device 30 is connected via an electrical line 32 to a control device 34.
  • control device 34 With the aid of the control device 34, the individual pumps as well as the detection device can be controlled.
  • control device is connected via an electrical line 36 to an electromagnetic actuatable valve 38.
  • the valve 38 is arranged in a line 40 which extends between a flushing port 42 and the second pumping device 14.
  • a purging device 44 is connected, which may be a gas cylinder.
  • the Venti! 38 are opened as soon as an underground gas, in particular helium, exceeds a predetermined limit.
  • This limit value is determined by the detection device 30 and transmitted via the electrical line 32 to the control device 34.
  • a rinsing function is optionally automatically carried out by opening the valve 38.
  • the rinse function for a predetermined period or a period of time can be done. It is likewise possible to carry out the rinsing function, for example, until the detected value, in particular the detected helium value, has fallen below a second lower limit value.

Abstract

Ein mobiles Lecksuchegerät zur Lecksuche in Vakuumeinrichtungen weist in einem tragbaren Gehäuse (10) ein in dem Gehäuse (10) vorgesehenes Anschlusseiement (22) zum Anschluss einer zu untersuchenden Vakuumeinrichtung auf. In dem Gehäuse ist eine Pumpeinrichtung (12, 14) vorgesehen, die mit dem Anschlusselement (22) fluidisch verbunden ist. Mit der Pumpeinrichtung (12, 14) ist eine Detektionseinrichtung (30) wie beispielsweise ein Massenspektrometer verbunden. Um eine Untergrundmedium wie Helium auszuspülen, weist das mobile Lecksuchgerät einen Spülanschluss (42) auf, über den eine gehäuseexterne Spüleinrichtung (44) angeschlossen werden kann.

Description

MOBILES LECKSUCHEGERÄT MIT SPÜLANSCHLUSS
Die Erfindung betrifft ein mobiles Lecksuchegerät zu Lecksuche in Vakuumeinrichtungen,
Zur Überprüfung von Vakuumpumpen die beispielsweise zum Erzeugen eines Hochvakuums in einem Reinraum oder dergleichen dienen, werden mobile Lecksuchegeräte, zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Vakuumeinrichtungen eingesetzt. Mobile, d, h. von einer Person tragbare, Lecksuchegeräte weisen in einem Gehäuse eine erste und eine zweite Pumpeinrichtung auf. Bei der ersten Pumpeinrichtung handelt es sich um eine Vakuumpumpe, wie eine Turbomolekuiarpumpe, die über ein Anschlusselement mit der zu untersuchenden Vakuumeinrichtung verbunden werden kann. Bei der zweiten Pumpeinrichtung handelt es sich üblicher Weise um einen Membranpumpe. Ferner ist mit der ersten Pumpeinrichtung eine Detektionseinrichtung, beispielsweise ein Massenspektrometer verbunden. Mit Hilfe der Detektionseinrichtung können die durch das mobile Lecksuchegerät festgestellten Stoffe bestimmt werden.
Da sich in dem mobilen Lecksuchegerät ein Gas-Untergrund, üblicherweise ein Helium-Untergrund, bildet, sind die Nachweisraten bekannter mobiler Lecksuchegeräte, insbesondere bei Helium, auf 3xlO"n mbarl/s beschränkt, Dies liegt darin begründet, dass in der Atmosphäre ein natürlicher Anteil von 5 ppm Helium vorhanden ist. Der Partialdruck von Helium ist von einem Einlassdruck über der Vakuumpumpe abhängig und hat somit direkten Einfluss auf die Nachweisempfindlichkeit von Helium. Ferner ist die Nachweisbarkeit genereü auf Grund der internen Leckrate des mobilen Lecksuchegerätes beschränkt.
Aufgabe der Erfindung ist es ein mobiles Lecksuchegerät zur Lecksuche in Vakuumeinrichtungen zu schaffen, durch das die Nachweisbarkeit, insbesondere die Helium-Nachweisbarkeit verbessert werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Das erfindungsgemäße mobile Lecksuchegerät weist neben einer in dem tragbaren Gehäuse vorgesehenen Pumpeinrichtung, die über ein Anschlusselement mit der zu untersuchenden Vakuumeinrϊchtung verbunden werden kann, einen Spülanschluss zum Anschluss einer gehäuseexternen Spüieinrichtung auf. Der Spülanschluss ist mit der Pumpeinrichtung fluidisch verbunden. Über den Spülanschluss kann mit der Pumpeinrichtung die Spüieinrichtung verbunden werden, wobei durch die Spüleinrichtung vorzugsweise ein Gas in die Pumpeinrichtung geleitet wird. Bei dem Gas handelt es sich beispielsweise um ein Edelgas, wie Stickstoff oder dergleichen. Auf Grund des durch die Pumpeinrichtung strömenden Gases, bei dem es sich in einer einfachen Ausführungsform auch um Luft handein kann, wird das in der Pumpeinrichtung befindliche Untergrundgas, insbesondere der Helium- Untergrund, ausgespült, indem das Untergrundgas mitgerissen wird.
Auf Grund des erfindungsgemäßen Vorsehens eines Spülanschlusses mit dem eine Spüleinrichtung verbunden werden kann, ist es möglich, die nachweisbare Leckrate, insbesondere die nachweisbare Helium-Leckrate, deutlich zu verbessern. Insbesondere können Leckraten von deutlich weniger als 3xlO"u mbarl/s nachgewiesen werden. Insbesondere sind Leckraten von weniger als 8xlO'12 mbarS/s nachweisbar. Dies kann insbesondere durch das Verwenden eines Edelgases zum Spulen, dem sogenannten Purgen erzieit werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform ist der Spülaπschluss mit einem schaltbaren VentN gekoppeit. Insbesondere ist das schaltbare Ventil zwischen dem SpüianscMuss und der Pumpeinrichtung angeordnet. Vorzugesweise handelt es sich bei dem schaltbaren Ventil um ein elektromagnetisch schaitbares Ventil. Mit Hilfe eines derartigen Ventils ist es auf einfache Weise möglich einen Spulvorgang beispielsweise durch das Betätigen eines Schalters auszulösen.
Besonders bevorzugt ist es, dass das mobile Lecksuchegerät eine Steuereinrichtung aufweist. Die Steuereinrichtung ist mit einer Detektϊonseinrichtung verbunden, die mit der Pumpeinrichtung verbunden ist. Durch die Detektionseinrichtung werden die von der Pumpeinrichtung angesaugten Gase detektiert, wobei es sich bei der Detektionseinrichtung insbesondere um ein Spektrometer handelt. Es ist möglich mit Hilfe der Detektionseinrichtung auch das Untergrundgas zu detektieren. Neben einer manuellen Steuerung des schaltbaren Ventils ist es daher mit Hilfe der Steuereinrichtung möglich in Abhängigkeit eines Grenzwertes einen Spülvorgang durch automatisches Öffnen des Ventils auszulösen. Es ist mit Hilfe des erfindungsgemäßen Lecksuchegerates möglich, das Untergrundgas, insbesondere den Helium-Untergrund stets unter einem vorgegebenen Grenzwert zu halten.
Ein erfiπdungsgemäßes Verfahren, bzw. Verwenden des mobilen Lecksuchegerätes besteht darin, dass in Abhängigkeit eines einstellbaren oder vorgegebenen Grenzwert eines Untergrundgases ein automatisches Spulen der Pumpeinrichtung erfolgt. Hierzu ist der Spülanschluss mit einer entsprechenden Schalteinrichtung, insbesondere einem schaltbaren Ventil gekoppelt. Vorzugsweise weist die in dem Gehäuse angebrachte Pumpeinrichtung eine erste und eine zweite Pumpeinrichtung auf. Hierbei ist die erste Pumpeinrichtung mit dem mit der Vakuumeinrichtung verbindbarem Anschlusselement und die zweite Pumpeinrichtung fluidisch mit der ersten Pumpeinrichtung und/oder dem Anschlusseiement verbunden. Vorzugsweise handelt es sich bei der ersten Pumpeinrichtung um eine Turbomolekularpumpe. Besonders bevorzugt ist eine Turbomolekularpumpe mit Cornpound-Stufe.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Pumpeinrichtung als ScroH-Pumpe ausgebildet. Hierbei wird vorzugsweise eine kleine Scroll-Pumpe mit geringerem Bauraum eingesetzt. Besonders geeignet ist hierzu die Scroll-Pumpe der Anmelderin mit der Bezeichnung SC 5Dr SC 15D, oder SC 3OD. Bei diesen Pumpen handelt es sich um ölfreie Scroli- Vakuumpumpen.
Das Verwenden von Scroll-Pumpen weist gegenüber der Verwendung von Membranpumpen den Vorteil auf, dass kleinere nachweisbaren Leckraten erzielt werden können. Insbesondere weisen Scroll-Pumpen eine längere Lebensdauer und eine geringere interne Leckrate auf. Im Übrigen kann durch Verwenden der vorstehend aufgeführten Scroll-Pumpen der Firma Leybold oder auch durch entsprechende Pumpen eine Gewichtsersparnis des mobilen Lecksuchegerätes von ca. einem Kilo erzielt werden. Des Weiteren ist ein ölfreier Betrieb möglich.
Femer weisen derartige Scroll-Pumpen den Vorteil auf, dass hohes Saugvermögen erzielt werden können. Bei einer Frequenz von 60 Hz kann bereits bei der kleinsten zum Anmeldetag angebotenen Scroli-Pumpe, der Pumpe mit der Bezeichnung SC 5D, ein Saugvermögen vom 6 m3/h erzielt werden. Mit der SC 30D kann sogar das Saugvermögen von 31 m3/h erzielt werden. Dies hat zur Folge, dass Prüflinge sehr schnell abgepumpt werden können. Die Enddrücke bei der SC 5D liegen bei < 0,05 mbar und bei der SC 3OD < 0,01 mbar betragen. Die erzielbaren Enddrύcke sind somit ca. 100-fach kleiner a!s bei herkömmlichen Membran-Pumpen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil von ScroSI-Pumpen gegenüber Membranpumpen besteht darin, dass Scroll-Pumpen kein Untergrundgas speichern. Eine entsprechende Speicherung erfolgt bei Membranpumpen in der Membran, sowie durch das konstruktiv nicht lösbare Todvoiumen. Erfindungsgemäß sind Scroll-Pumpen ieistungsärrner, so dass die Temperaturabfuhr ein geringeres Problem darstellt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der anliegenden Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt eine schematische Skizze eines erfindungsgemäßen mobilen Lecksuchegeräts.
Das mobile Lecksuchegerät weist ein Gehäuse 10 auf, in dem eine erste Pumpeinrichtung 12 sowie eine zweite Pumpeinrichtung 14 vorgesehen ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispie! handelt es sich bei der ersten Pumpeinrichtung 12 um eine zweistufige Turbomoiekuiarpumpe, wobei die beiden Stufen 16, 18 über entsprechende Leitungen und Zwischengeschäfte Ventüe 20 mit einem Anschlusselement 22 verbunden sind. Das Anschlusselement 22 dient zum Anschluss an die zu untersuchende Vakuumeinrichtung.
Die Pumpeneinrichtungen 12, 14 weist neben der ersten Pumpeinrichtung 12 die zweite Pumpeinrichtung 14 auf, bei der es sicher erfindungsgemäß um eine ScroM-Pumpe handelt. Die Scroll-Pumpe 14 ist über eine Leitung 24 mit der ersten Pumpeinrichtung 12 bzw. der zweiten Stufe 18 der Turbomoiekuiarpumpe verbunden. Ferner weist die Scroll-Pumpe 14 eine Auslassleitung 26 auf. Mit der ersten Pumpeinrichtung 12 ist über eine Leitung 28 eine Detektionseinrichtung 30, wie ein Spektrometer vorgesehen. Mit Hilfe der Detektionseinrichtung 30 können die von der Pumpeinrichtung 12 über das Anschlusselement 22 angesaugten Moleküle nachgewiesen werden. Die Detektionseinrichtung 30 weist entweder eine Anzeigeinrichtung auf oder ist mit einer Ausgabe- und/oder Anzeigeeinrichtung verbunden. Die Detektioneinrichtung 30 ist über eine elektrische Leitung 32 mit einer Steuereinrichtung 34 verbunden. Mit Hilfe der Steuereinrichtung 34 können die einzeinen Pumpen sowie auch die Detektionseinrichtung gesteuert werden. Insbesondere ist die Steuereinrichtung jedoch über eine elektrische Leitung 36 mit einem elektromagnetischem betätigbarem Ventil 38 verbunden. Das Ventil 38 ist in einer Leitung 40 angeordnet, die zwischen einem Spülanschluss 42 und der zweiten Pumpeinrichtung 14 verläuft. Über den Spülanschluss 40 ist eine Spüleinrichtung 44 verbunden, bei der es sich um eine Gasflasche handeln kann.
Erfindungsgemäß kann mit Hilfe der Steuereinrichtung 34 das Venti! 38 geöffnet werden, sobald ein Untergrundgas, insbesondere Helium, einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Dieser Grenzwert wird von der Detektionseinrichtung 30 bestimmt und über die elektrische Leitung 32 an die Steuereinrichtung 34 übermittelt. Bei dem Überschreiten eines vorgegebenen, insbesondere einstellbaren, Grenzwertes wird eine Spülfunktion durch Öffnen des Ventils 38 ggf. automatisch durchgeführt. Hierbei kann die Spülfunktion für einen vorgegebenen Zeitraum bzw. eine Zeitspanne erfolgen. Ebenso ist es möglich, die Spülfunktion beispielsweise solange durchzuführen, bis der detektierte Wert insbesondere der detektierte Helium-Wert eine zweite unteren Grenzwert unterschritten hat.

Claims

Patentansprüche
1. Mobiles Lecksuchegerät zur Lecksuche in Vakuumeinrichtungen, mit
einem tragbaren Gehäuse (10),
einem an dem Gehäuse (10) vorgesehenen Anschlusselement (22) zum Anschiuss an eine zu untersuchende Vakuumeinrichtung,
einer im Gehäuse (10) angeordneten mit dem Anschlusselement (22) fluidisch verbundenen Pumpeinrichtung (12, 14) und
einer mit der Pumpeinrichtung (12, 14) verbundenen Detektions- einrichtuπg (30) zur Detektion von aus der Vakuumeinrichtung abgepumptem Medium,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h,
einen mit der Pumpeinrichtung (12, 14) fluidisch verbundenen Spülanschluss (42) zum Anschiuss einer gehäuseexternen Spuleinrichtung (44) zum Ausspülen von in der Pumpeinrichtung (12, 14) vorhandenen Untergrundmedium.
2. Mobiles Lecksuchegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülanschluss (42) mit einer Schalteϊnrichtung (38), insbesondere einem schaltbaren Venti! verbunden ist, wobei die Schalteinrichtung (38) vorzugsweise in einer zwischen dem Spülanschluss (42) und der Pumpeinrichtung (12, 14) vorgesehenen Leitungen (40) angeordnet ist.
3. Mobiles Lecksuchegerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Detektionseinrichtung (30) und der Schaiteinrichtung (38) eine Steuereinrichtung (34) zum Steuern der Schalteinrichtung (38) in Abhängigkeit des von der Detektionseinrichtung (30) detektierten Untergrundmediums vorgesehen ist.
4. Mobiles Lecksuchegerät nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Schalteiπrichtuπg (38) in Abhängigkeit eines Grenzwertes vorzugsweise automatisch erfolgt.
5. Mobiles Lecksuchegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert manuell einstellbar ist,
6. Mobiles Lecksuchegerät nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinrichtung (12, 14) eine erste Pumpeinrichtung (12), die mit dem Anschlusselement (22) verbunden ist und eine zweite Pumpeinrichtung (14) umfasst die fluidisch mit der ersten Pumpeinrichtung (12) und/oder dem Anschlusselement (22) verbunden ist.
7. Mobiles Lecksuchegerät nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinrichtung, insbesondere die erste Pumpetnrichtung (12) eine Turbomolekularpumpe aufweist, die insbesondere zweistufig, vorzugsweise mit einer Compouπd-Stufe, ausgebildet ist,
8. Mobiles Lecksuchgerät nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinrichtung, insbesondere die zweite Pumpeinrichtung (14) eine Scroll-Pumpe zuführbar ist.
9. Mobiles Lecksuchegerät nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass über den Spüϊanschluss (42) der Pumpeinrichtung, insbesondere der zweiten Pumpeinrichtung (12) Luft, vorzugsweise ein Edelgas zuführbar ist. Mobiles Lecksuchegerät nach den Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltesnrichtung (38) als elektromagnetisch schaJtbares Ventil ausgebildet ist.
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