WO2010086267A2 - Drehkolbenmaschine - Google Patents

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WO2010086267A2 PCT/EP2010/050624 EP2010050624W WO2010086267A2 WO 2010086267 A2 WO2010086267 A2 WO 2010086267A2 EP 2010050624 W EP2010050624 W EP 2010050624W WO 2010086267 A2 WO2010086267 A2 WO 2010086267A2
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Felix Arnold
Marian Kacmar
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Robert Bosch Gmbh
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    • F04C2240/40—Electric motor

Definitions

  • the invention relates to a rotary piston machine according to the preamble of the main claim.
  • a known rotary piston machine according to the preamble of the main claim.
  • Rotary piston engine of the generic type (WO2005 / 024237 A1) is on the applicant particularly emphasized as an advantage that such a unit of the housing of the electric motor and pump can be made small, since the electric motor absperrillon directly to the power section of the rotors attacks without additional complex storage.
  • the housings can be extremely simple and interconnected. This plays a role in particular in the use in the fuel conveying system of internal combustion engines, for example as a prefeed pump, with the rotary piston engine according to the invention achieving an extremely important silent running, in particular in the automotive industry.
  • the storage and arrangement of the power unit with respect to the axis of rotation of the electric motor plays a significant role, including as regards the relative axial displacement of the power unit. Also with regard to the toothing and the delivery rate given therewith, such can easily be adapted to the demand.
  • the problem underlying the invention is on the applicant particularly emphasized as an advantage that such a unit of the housing of the electric motor and pump can be made small, since the electric motor absperrillon directly to the
  • the invention has for its object to improve a rotary piston engine of the generic type so that it is particularly inexpensive to manufacture, versatile and improved in efficiency and compared to the known machines.
  • the rotary piston engine according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage over the known machine that it can also be used for suction, an extremely favorable speed ratio between electrical
  • the rotor of the external rotor motor to the outside of the machine in a conventional manner (DE 103 58 759 A1) is covered by a hood connected to the machine housing.
  • the machine housing has a mounting flange exhibiting flange-like center part with openings or lugs for attachment of the rotary piston machine on third objects and on the one hand the central support tube section is arranged and on the other hand, the rotary piston receiving housing is attached.
  • means for fixing the machine housing are basically known, but the rotary piston engine according to the invention here so far a novel flange mounting as this has the flange at the central part of the machine housing, which leads to a significant reduction in the overall length of the rotary piston engine.
  • the shut-off part is arranged in this housing or in a double-rolling bearing provided at a stopper arranged at the end of this housing.
  • the double rolling bearing assumes additional supporting functions and, if appropriate, can also contribute to an axial adjustability of the shut-off part.
  • the drive shaft of the external rotor motor according to the invention can be mounted in the support tube on bearings are arranged on the side facing away from the permanent magnet side of the outer rotor cooling fins forde Kunststoffventil ist according to an embodiment of the invention (cooling fins on the rotor, known per se by DE 20 2006 013 319 U1).
  • this toothing is specially provided for lower pressures, ie. H. a high ratio of engine speed to pump delivery.
  • Fig. 1 is a rotary piston machine in longitudinal section
  • Fig. 2 shows a variant of this rotary piston machine of Fig. 1 also in longitudinal section and
  • Fig. 3 shows an additional variant of the invention
  • Rotary piston engine shown in longitudinal section.
  • a power unit 2 and a shut-off part 3 is arranged in a machine housing 1, which engage on the side facing each other via a Trochoidenvertechnikung.
  • the machine housing 1 is closed on the Absperrteilseite by a hollow cover 4, which is fixed in the opening 3 receiving the Absperrteil.
  • a spacer ring 5 is arranged, which separates two arranged on a pin 6 of the Absperrteils 3 bearings 7 from each other and radially outwardly as the spacer 5 on the inner wall of the hollow cover 4 radially support and at the same time for a precise guidance take over the storage required storage.
  • the hollow cover 4 is sealed to the machine housing 1 through an O-ring 9 and secured by screws 10 on the machine housing 1.
  • the axial adjustability of the shut-off part 3, which ensures precise delivery and also smooth running, is achieved by means of a shim 11 and a wave spring 12 acting on the journal 6 on its end face.
  • the drive of the line part 2 is effected by a mecanicläutermotor whose drive shaft 13 is also mounted in the machine housing 1.
  • the machine housing 1 projecting into the stator 8 of the external rotor motor support tube section 14 on which the inner stator is arranged in the form of the electric coil 15 and wherein the drive shaft 13 is mounted on roller bearings 16 on the inside of the support tube section 14.
  • the machine housing 1 between the support pipe section 14 and the actual line part and Absperrteil receiving machine housing is flange-shaped with mounting holes 17 so as to attach the rotary piston machine in the simplest way.
  • the mounting holes 17 can be arranged even in a square configuration of the flange in the free corners, whichever embodiment is particularly useful.
  • the inner stator 15 encompassing rotor bell 18 is fixed, on which a cooperating with the inner stator 15 magnet 19 is arranged.
  • the external rotor motor is closed to the outside by a hood 20 which is fixed to the housing 1, in particular to its flange.
  • the second embodiment shown in Fig. 2 is in principle constructed as the first embodiment with slight differences, wherein the same reference numerals as in Fig. 1 are used for the same parts.
  • the rotor bell 18 has no extra magnet, but is itself magnetically formed. Compared to the first embodiment, therefore, the bell depth is larger and the stator 8 is formed less wide.
  • this embodiment of the invention has no hood on the rotor bell to save additional space and to mount over the flange 21 of the housing 1, the complete rotary engine with motor in an opening of a carrier to thereby gain time again axial length.
  • the third exemplary embodiment illustrated in FIG. 3 has the above-described features of the first and in part of the second exemplary embodiment, with the addition of co-rotating cooling ribs 22 arranged on the rotor bell 18 on the side facing away from the machine for cooling purposes.
  • Gearing Sliding speeds exist that amount to only a fraction of the peripheral speeds of the rotors.
  • a rotor pairing with a tooth ratio of 9/10 at a speed of 4,000 rpm has a maximum relative speed at the rotor circumference of 400 rpm.
  • the full peripheral speed would act on the radial outer sealing edge, that is to say at maximum relative speed equal to rotor circumference of 4,000 rpm.
  • lower loads exist at the sealing gaps between the rotors. The friction loss is kept very low and the wear on the sealing surfaces is minimized. The situation is different with the vane compressor, in which the mass of the lamellae are pressed onto the eccentrically surrounding running surface, in accordance with the peripheral speed and the centrifugal force resulting therefrom.

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Abstract

Drehkolbenmaschine mit mindestens zwei aus Leistungsteil und Absperrteil zusammen wirkendenden Rotoren, welche eine um einen Zahn in der Anzahl unterschiedliche Stirnverzahnung aufweisen, die mit einem die Rotoren aufnehmenden Maschinengehäuse Arbeitsräume begrenzen, mit einem bestimmten Winkel der Verdrehachsen der Rotoren zueinander zur Erzeugung der Förderwirkung, mit Antrieb des Leistungsteils durch einen achsgleich angeordneten Elektromotor und eine Drehverbindung zwischen Elektromotor und Leistungsteil und mit zykloider Ausbildung der Verzahnung, also mit einer Trochoidenverzahnung, wobei der Elektromotor ein Außenläufermotor ist mit Innenstator und Außenrotor, wobei das Maschinengehäuse eine unmittelbare Verbindung zum Elektromotor hat, wobei das Maschinengehäuse einen in den Innenstator ragenden ihn tragenden Tragrohrabschnitt aufweist, wobei der Außenrotor eine den Innenstator umgreifende Rotorglocke mit zentraler den Tragrohrabschnitt durchdringender Antriebswelle mit Drehverbindung zum Leistungsteil hin aufweist und wobei die Antriebswelle zur Innenwand des Tragrohrabschnitts hin gelagert ist.

Description

Drehkolbenmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Drehkolbenmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten
Drehkolbenmaschine der gattungsgemäßen Art (WO2005/024237 A1 ) wird anmelderseits als Vorteil besonders hervorgehoben, dass eine solche Baueinheit des Gehäuses von Elektromotor und Pumpe klein gestaltet werden kann, da der Elektromotor absperrseitig unmittelbar an den Leistungsteil der Rotoren angreift ohne zusätzliche aufwendige Lagerung. Die Gehäuse können äußerst einfach gestaltet und miteinander verbunden sein. Dies spielt insbesondere bei der Verwendung im Kraftstoffförderwesen von Brennkraftmaschinen eine Rolle, beispielsweise als Vorförderpumpe, wobei mit der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine ein äußerster insbesondere im Kraftfahrzeugwesen wichtiger Leiselauf erzielt wird. In jedem Fall spielt die Lagerung und Anordnung des Leistungsteils in Bezug auf die Drehachse des Elektromotors eine erhebliche Rolle, auch was die relative axiale Verschiebbarkeit des Leistungsteils betrifft. Auch bezüglich der Verzahnung und der damit gegebenen Förderleistung kann eine solche dem Bedarf leicht angepasst werden. Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenmaschine der gattungsgemäßen Art so zu verbessern, dass sie besonders günstig herstellbar, vielfältig verwendbar und im Wirkungsgrad sowie im Vergleich zu den bekannten Maschinen verbessert ist.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber der bekannten Maschine den Vorteil, dass sie auch zur Saugförderung einsetzbar ist, ein äußerst günstiges Drehzahlverhältnis zwischen elektrischem
Außenläufermotor und dem Leistungsteil der Drehkolbenmaschine aufweist, so dass eine Drehzahl von 4.000 rpm zu einer Relativgeschwindigkeit von 400 rpm der Rotoren bei einer Verzahnung 9/10 führt. Bei einer vergleichbaren meist verwendeten Flügelzellenmaschine werden die dichtenden Lamellen mit ihrer äußeren Dichtkante mit der vollen Umfangsgeschwindigkeit radial auf die Lauffläche gepresst, also entsprechend der an den Lamellen radial angreifenden Fliehkraft. Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung besteht vor allem auch darin, dass aufgrund der Konstruktion, insbesondere der Art der Verzahnung der Maschinenrotoren nur sehr geringe
Axialkräfte erforderlich sind, um einen höchst dichtenden kleinen Spalt in der Verzahnung zu gewährleisten und damit einerseits die Reibleistung sehr niedrig zu halten und andererseits den Verschleiß an den dichtenden Flächen zu minimieren, was in jedem Fall zu einem guten Wirkungsgrad führt. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Elektromotor und die Anschlüsse zu den Arbeitsräumen zu einer Druckbzw. Saugförderung der Drehkolbenmaschine entgegengesetzte Drehrichtungen auf. Eine solche den Einsatzbereich der Maschine vergrößernde Ausgestaltung ermöglicht das Herstellen von den
Einzelteilen der Maschine in Großserie bei entsprechend vielseitigem Einsatz.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Rotor des Außenläufermotors nach außerhalb der Maschine in an sich bekannter Weise (DE 103 58 759 A1 ) durch eine mit dem Maschinengehäuse verbundene Haube abgedeckt.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Maschinengehäuse ein einen Montageflansch aufweisendes flanschartiges Mittelteil auf mit Öffnungen oder Nasen zur Befestigung der Drehkolbenmaschine an dritten Gegenständen und an dem einerseits der zentrale Tragrohrabschnitt angeordnet ist und andererseits das das drehkolbenaufnehmende Gehäuse befestigt ist. Zwar sind Mittel zur Befestigung des Maschinengehäuses grundsätzlich bekannt, doch bietet die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine hier insofern eine neuartige Flanschbefestigung als diese den Flansch am Mittelteil des Maschinengehäuses aufweist, was erheblich zu einer Reduzierung der Gesamtlänge der Drehkolbenmaschine führt.
Nach einer vorteilhaften diese Ausgestaltung betreffenden Gestaltung der Erfindung ist das Absperrteil in diesem Gehäuse oder in einem an dem Ende dieses Gehäuses angeordneten Stopfen vorgesehenen Doppelwälzlager angeordnet. Das Doppelwälzlager übernimmt vor allem zusätzliche Tragfunktionen und kann gegebenenfalls auch zu einer axialen Verstellbarkeit des Absperrteils beitragen. Abgesehen davon, dass auch die Antriebswelle des Außenläufermotors erfindungsgemäß im Tragrohr auf Wälzlagern gelagert sein kann sind auf der dem Permanentmagneten abgewandten Seite des Außenrotors Kühlrippen zur Kühlluftventilierung nach einer Ausgestaltung der Erfindung angeordnet (Kühlrippen auf dem Rotor, an sich bekannt durch DE 20 2006 013 319 U1 ).
Nach einer vorteilhaften die Verzahnung der Drehkolbenmaschine betreffenden Ausgestaltung der Erfindung ist diese Verzahnung speziell für niedere Drücke vorgesehen, d. h. eine hohe Übersetzung der Motordrehzahl zur Pumpenförderung.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Drehkolbenmaschine im Längsschnitt;
Fig. 2 eine Variante dieser Drehkolbenmaschine aus Fig. 1 ebenfalls im Längsschnitt und
Fig. 3 eine zusätzliche Variante der erfindungsgemäßen
Drehkolbenmaschine im Längsschnitt dargestellt.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist in einem Maschinengehäuse 1 ein Leistungsteil 2 sowie ein Absperrteil 3 angeordnet, die auf denen sich zugewandten Seite über eine Trochoidenverzahnung ineinander greifen. Das Maschinengehäuse 1 ist auf der Absperrteilseite durch einen Hohldeckel 4 verschlossen, der in der das Absperrteil 3 aufnehmenden Öffnung befestigt ist. In der Ausnehmung des Hohldeckels 4 ist ein Distanzring 5 angeordnet, der zwei auf einem Zapfen 6 des Absperrteils 3 angeordnete Wälzlager 7 voneinander trennt und sich nach außen ebenfalls wie der Distanzring 5 an der Innenwand des Hohldeckels 4 radial abstützen und gleichzeitig die für eine präzise Führung des Absperrteils erforderliche Lagerung übernehmen. Der Hohldeckel 4 ist zum Maschinengehäuse 1 hin durch einen O-Ring 9 abgedichtet und über Schrauben 10 am Maschinengehäuse 1 befestigt. Die für eine präzise Förderung und zudem einen Leichtlauf gewährleistende axiale Verstellbarkeit des Absperrteils 3 wird durch eine Passscheibe 11 und eine am Zapfen 6 auf dessen Stirnseite angreifende Wellenfeder 12 erzielt. Jedenfalls hat bekannterweise eine solche Drehkolbenmaschine, insbesondere auch als Verdichter verwendet, einen außerordentlichen Leiselauf.
Der Antrieb des Leitungsteils 2 erfolgt durch einen Außenläutermotor, dessen Antriebswelle 13 ebenfalls im Maschinengehäuse 1 gelagert ist. Hierfür weist das Maschinengehäuse 1 ein in den Stator 8 des Außenläufermotors ragenden Tragrohrabschnitt 14 auf, auf dem der Innenstator in Form der Elektrospule 15 angeordnet ist und wobei die Antriebswelle 13 über Wälzlager 16 auf der Innenseite des Tragrohrabschnitts 14 gelagert ist. Zwischen Antriebswelle 13 und Leistungsteil 2 besteht eine spezielle Drehkupplung. Nicht zuletzt ist das Maschinengehäuse 1 zwischen Tragrohrabschnitt 14 und dem eigentlichen Leitungsteil und Absperrteil aufnehmenden Maschinengehäuse flanschartig ausgebildet mit Befestigungsöffnungen 17, um so in einfachster Art die Drehkolbenmaschine zu befestigen. Natürlich können die Befestigungsöffnungen 17 auch bei einer eckigen Ausbildung des Flansches in den freien Ecken angeordnet werden, je nach dem welche Ausführungsart besonders praktisch ist. Mit der Antriebswelle 13 ist eine den Innenstator 15 umgreifende Rotorglocke 18 befestigt, an der ein mit dem Innenstator 15 zusammenwirkender Magnet 19 angeordnet ist. Der Außenläufermotor ist nach außen durch eine Haube 20 verschlossen, die am Gehäuse 1 , insbesondere an dessen Flansch, befestigt ist.
Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel ist im Prinzip so aufgebaut wie das erste Ausführungsbeispiel mit geringen Unterschieden, wobei für die gleichen Teile die selben Bezugszahlen wie in Fig. 1 verwendet werden. Die Rotorglocke 18 weist hier keinen Extramagneten auf, sondern ist selbst magnetisch ausgebildet. Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel ist deswegen die Glockentiefe größer und der Stator 8 weniger breit ausgebildet. Außerdem weißt diese Ausführung der Erfindung keine Haube über der Rotorglocke auf, um zusätzlich Raum zu sparen und über den Flansch 21 des Gehäuses 1 die komplette Drehkolbenmaschine mit Motor in eine Öffnung eines Trägers zu montieren, um dabei noch mal axiale Baulänge zu gewinnen.
Das in Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel weist die oben beschriebenen Merkmale des ersten und zum Teil des zweiten Ausführungsbeispiels auf, wobei hinzukommt, dass auf der Rotorglocke 18 auf der der Maschine abgewandten Seite zur Kühlung mitrotierende Kühlrippen 22 angeordnet sind. Außerdem sind bei 1 ) zwischen Leitungsteil 2 und Absperrteil 3 aufgrund der Art der dichtenden
Verzahnung Gleitgeschwindigkeiten vorhanden, die nur ein Bruchteil der Umfangsgeschwindigkeiten der Rotoren betragen. So weist eine Rotorpaarung mit einem Verzahnungsverhältnis 9/10 bei Drehzahl 4.000 rpm eine maximale Relativgeschwindigkeit am Rotorumfang mal 400 rpm auf. Bei einem Flügelzellenverdichter würde an der radialen äußeren Dichtkante die volle Umfangsgeschwindigkeit wirken, also bei maximaler Relativgeschwindigkeit gleich Rotorumfang mal 4.000 rpm. Bei 2) bestehen niedere Lasten an den Dichtspalten zwischen den Rotoren. Die Reibleistung wird dadurch sehr niedrig gehalten und der Verschleiß an den dichtenden Flächen minimiert. Anders ist es beim Flügelzellenverdichter, bei dem die Masse der Lamellen auf die exzentrisch umgebende Lauffläche gepresst werden und zwar entsprechend der Umfangsgeschwindigkeit und der daraus resultierenden Fliehkraft.
Bezugszahlenliste
1 Maschinengehäuse
2 Leistungsteil
3 Absperrteil
4 Hohldeckel
5 Distanzring
6 Zapfen
7 Wälzlager
8 Stator
9 O-Ring
10 Schrauben
11 Passscheibe
12 Wellenfeder
13 Antriebswelle
14 Tragrohrabschnitt
15 Innenstator
16 Wälzlager
17 Befestigungsöffnung
18 Rotorglocke
19 Magnet
20 Haube
21 Flansch
22 Kühlrippen

Claims

Ansprüche
1. Drehkolbenmaschine
- mit mindestens zwei aus Leistungsteil und Absperrteil zusammen wirkendenden Rotoren, welche eine um einen Zahn in der Anzahl unterschiedliche Stirnverzahnung aufweisen, die mit einem die Rotoren aufnehmenden
Maschinengehäuse Arbeitsräume begrenzen,
- mit einem bestimmten Winkel der Verdrehachsen der Rotoren zueinander zur Erzeugung der Förderwirkung,
- mit Antrieb des Leistungsteils durch einen achsgleich angeordneten Elektromotor und eine Drehverbindung zwischen Elektromotor und Leistungsteil und
- mit zykloider Ausbildung der Verzahnung, also mit einer Trochoidenverzahnung. dadurch gekennzeichnet, - dass der Elektromotor ein Außenläufermotor ist mit
Innenstator und Außenrotor,
- dass das Maschinengehäuse eine unmittelbare Verbindung zum Elektromotor hat,
- dass das Maschinengehäuse einen in den Innenstator ragenden ihn tragenden Tragrohrabschnitt aufweist,
- dass der Außenrotor eine den Innenstator umgreifende Rotorglocke mit zentraler den Tragrohrabschnitt durchdringender Antriebswelle mit Drehverbindung zum Leistungsteil hin aufweist und - dass die Antriebswelle zur Innenwand des
Tragrohrabschnitts hin gelagert ist.
2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor und die Anschlüsse zu den Arbeitsräumen zu einer Druck- bzw. Saugförderung entgegengesetzte Drehrichtungen aufweist.
3. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor des Außenläufermotors nach außerhalb der Maschine durch eine mit dem Maschinengehäuse verbundene
Haube abgedeckt ist.
4. Drehkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinengehäuse ein einen Montageflansch aufweisendes flanschartiges Mittelteil aufweist, mit Öffnungen oder Nasen zur Befestigung der Drehkolbenmaschine an dritten Gegenständen, und an dem einerseits der zentrale Tragrohrabschnitt angeordnet und andererseits das das drehkolbenaufnehmende Gehäuse befestigt ist.
5. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrteil in diesem Gehäuse oder in einem an dem
Ende dieses Gehäuses angeordneten Stopfen vorgesehenen Doppelwälzlager angeordnet ist.
6. Drehkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - I i -
dass die Antriebswelle des Außenläufermotors im Tragrohr auf Wälzlagern gelagert ist.
7. Drehkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Permanentmagneten abgewandeten Seite des
Außenrotors Kühlrippen zur Kühlluftventilierung angeordnet sind.
8. Drehkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung für niedere Drücke, d. h. hohe Übersetzung der Motordrehzahl zur Pumpenförderung vorgesehen ist.
PCT/EP2010/050624 2009-01-28 2010-01-20 Drehkolbenmaschine WO2010086267A2 (de)

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US13/146,676 US8777595B2 (en) 2009-01-28 2010-01-20 Rotary piston engine
CN201080005952.2A CN102301141B (zh) 2009-01-28 2010-01-20 具有外转子电动机的旋转活塞式机器
EP10701350.0A EP2391827B1 (de) 2009-01-28 2010-01-20 Drehkolbenmaschine mit einen aussenläufer elektromotor.

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DE102009006521A DE102009006521A1 (de) 2009-01-28 2009-01-28 Drehkolbenmaschine
DE102009006521.0 2009-01-28

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