WO2017157456A1 - Berstschutzvorrichtung für schwungmassen - Google Patents

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WO2017157456A1
WO2017157456A1 PCT/EP2016/055927 EP2016055927W WO2017157456A1 WO 2017157456 A1 WO2017157456 A1 WO 2017157456A1 EP 2016055927 W EP2016055927 W EP 2016055927W WO 2017157456 A1 WO2017157456 A1 WO 2017157456A1
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flywheel
protection device
individual
housing
burst protection
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PCT/EP2016/055927
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English (en)
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Inventor
Ralf Fischer
Markus Reinhard
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/30—Flywheels
    • F16F15/315—Flywheels characterised by their supporting arrangement, e.g. mountings, cages, securing inertia member to shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2230/00—Purpose; Design features
    • F16F2230/10—Enclosure elements, e.g. for protection

Definitions

  • Burst protection device for centrifugal masses
  • the invention relates to a burst protection device for
  • Flywheels with a flywheel, which is enclosed in a housing, and a flywheel.
  • the housing of such flywheel mass storage are also used as a burst protection device, which should prevent in the event of material failure fractions of the flywheel at the exit from the machine. Due to the high kinetic energy, these anti-burst housing are made very solid. Alternatively, flywheel masses are also embedded in the ground, so that the soil assumes the function of bursting protection. Accordingly, the object of the present invention is to provide an anti-burst device for flywheels, which provides safe protection in the case of Haverie and minimizes the risk to man and machine, as well as to designate a flywheel for this anti-burst device.
  • the essence of the invention consists in the combination of a flywheel design with a corresponding anti-burst device, by means of which, in the case of haveria, a significant reduction in the kinetic energy of the projectiles to be caught is achieved.
  • the flywheel is formed from axially layered flywheels. The individual discs sit on a common shaft and are separated by a distance, z. B. 50mm apart.
  • the burst protection device according to the invention is not designed as a smooth cylinder housing, but has partitions in the form of ribs, which protrude into the interstices of the flywheel discs.
  • the anti-burst device according to the invention and the flywheel thus form a plurality of chambers which are separate from one another and in each of which only a fraction of the total stored energy is present.
  • the surrounding housing In the event of a rupture of the flywheel due to material failure, the surrounding housing must accommodate only a fraction of the total kinetic energy of the flywheel.
  • the ribs acting as separators prevent falling pieces of debris on the still rotating remaining discs. Wreckage would fall on these discs, so the flywheel could wedge, which could be a major damage to the system connected.
  • the anti-burst device must be mounted around the flywheel.
  • the bursting protection device could preferably be formed of two half-cylinders, which are screwed together at the point of contact and are additionally provided at the lower and / or upper edge with a flange to mount a base or cover. Trained as separators ribs of the chambers are mounted inside the housing wall and arranged at the appropriate distance of the flywheel discs.
  • the anti-burst device according to the invention can thus be significantly smaller dimensions, since they no longer need to be designed for the entire flywheel and thus the entire stored kinetic energy. Instead, only a fraction, corresponding to the number of flywheel disks, the energy must be safely intercepted.
  • the anti-burst device In the case of a haverie, chamber formation prevents fragments of debris from getting onto the other still rotating discs and thus resulting in further consequential damage.
  • the anti-burst device according to the invention provides more friction surface than a smooth housing boiler, resulting in a better braking effect.
  • break-away connections are arranged between the individual flywheel masses.
  • the interruption-like connections between the individual flywheel masses are formed as constrictions in the flywheel.
  • the housing has dividing walls on the inside.
  • the individual flywheel masses are designed as axially layered flywheels.
  • the individual flywheel masses are separated on a shaft by a certain distance from each other.
  • a single flywheel with the associated housing section which is delimited by partitions, forms a chamber.
  • a foot with drill holes is formed around the housing.
  • the object is also achieved by a flywheel for the anti-burst device, wherein the flywheel in one is divided centrifugal masses which are rotationally symmetrical.
  • the individual flywheel masses are positively coupled with each other.
  • the burst protection device has a housing in which a flywheel is arranged, which is divided into individual flywheel masses.
  • the flywheel is formed of individual axially layered flywheels.
  • the flywheels sit on a common shaft and are separated by a certain distance. The distance corresponds to a sollbruchartigen connection that divides the flywheel in individual masses.
  • the flywheel is surrounded by a housing which is not formed as a smooth cylinder housing, but on the inside has partitions in the form of ribs, which protrude into the spaces between the individual flywheel masses.
  • the partitions of the housing are arranged in the areas of the flywheel, where the sollbruchierin compounds of the flywheel are positioned on the shaft, thereby resulting in chambers that separate the individual masses of each other, in each of which only a fraction of the total stored kinetic energy is present.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of an inventive Berstschutzvorraum for a flywheel masses in a housing.
  • Fig. 2 is a schematic plan view of the embodiment of FIG. 1;
  • FIG 3 shows a schematic side view of the housing of the bursting protection device according to the invention.
  • FIG. 1 shows an anti-burst device according to the invention with a housing 1, in which a flywheel mass 2 is arranged, which is subdivided into individual flywheel masses 3.
  • the flywheel 2 is formed of individual axially stacked flywheels. The flywheels sit on a common shaft 4 and are separated by a certain distance. The distance corresponds to a sollbruchartigen compound 5, which divides the flywheel 2 in individual masses 3.
  • the flywheel 2 is surrounded by a housing 1, which is not formed as a smooth cylinder housing, but on the inside has partitions 6 in the form of ribs, which protrude into the interstices 7 between the individual flywheel masses 3.
  • the partitions 6 of the housing 1 are arranged in the areas of the flywheel 2, where the sollbruchierin compounds 5 of the flywheel 2 are positioned on the shaft 4, thereby resulting in chambers 8, which separate the individual masses 3 from each other, in each of which only a fraction of total stored kinetic energy is present.
  • Fig. 2 shows centered the area where the shaft 4 is positioned when the flywheel 3 is arranged in the burst protection device. This area is surrounded by the partitions 6 of the housing 1.
  • the housing 1 is surrounded on the outside by a foot 9, which is provided with boreholes 10.
  • Fig. 3 is a schematic side view of the housing 1 of the burst protection device according to the invention.
  • the housing 1 is preferably formed from two half-cylinders 11, which are preferably screwed together at the contact point.
  • the anti-burst device according to the invention is characterized in that the device no longer has to be dimensioned for the entire flywheel and thus for the entire stored kinetic energy, but is designed only for a fraction corresponding to the individual flywheel masses.
  • chamber formation prevents fragments of debris from getting onto the other still rotating discs and thus resulting in further consequential damage.
  • the burst protection device according to the invention provides more friction surface than a smooth housing boiler, so that is to be expected with an increased braking effect.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Berstschutzvorrichtung für Schwungmassen mit einer Schwungmasse (2), welche in ein Gehäuse (1) eingefasst ist, sowie eine Schwungmasse. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schwungmasse (2) in Einzelschwungmassen (3) unterteilt ist.

Description

Beschreibung
Berstschutzvorrichtung für Schwungmassen Die Erfindung betrifft eine Berstschutzvorrichtung für
Schwungmassen mit einer Schwungmasse, welche in ein Gehäuse eingefasst ist, sowie eine Schwungmasse.
Rotierende Schwungmassenspeicher und andere hochdrehende An- triebe rotieren oftmals im Vakuum oder unter einer Schutzgasatmosphäre um den Wirkungsgrad durch Vermeidung von Reibgasverlusten zu erhöhen. Sie speichern Energie in rotatorischer Form gemäß der Formel E = H x J x ω2 durch Drehzahl (ω) und ihre Rotationsschwungmasse (J) . Um höhere Energien speichern zu können, sind demnach hohe Drehzahlen und/oder sehr große Schwungmassen notwendig. Da diese schnell rotierenden Massen immer auch ein inhärentes Gefährdungspotential für Menschen und Betriebsmittel bergen, werden sie meist in massiven Gehäusen verbaut, die im Fall einer Haverie den Austritt der Bruchstücke verhindern sollen. Sollten die für diesen Fall konzipierten Berstschutzvorrichtungen nicht ausreichend dimensioniert sein, so können bei einer
Haverie ernsthafte Schäden an Betriebsmitteln in der näheren Umgebung auftreten oder Personen ernsthaft verletzt werden.
Bisher werden die Gehäuse solcher Schwungmassenspeicher gleichzeitig auch als Berstschutzvorrichtung verwendet, die im Fall eines Materialversagens Bruchteile der Schwungmasse am Austritt aus der Maschine hindern sollen. Aufgrund der hohen kinetischen Energie werden diese Berstschutzgehäuse sehr massiv ausgeführt. Alternativ dazu werden Schwungmassenspei- eher auch im Boden eingelassen, so dass das Erdreich die Funktion des BerstSchutzes übernimmt. Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Berstschutzvorrichtung für Schwungmassen zu schaffen, welche im Fall einer Haverie einen sicheren Schutz bietet und die Gefährdung für Mensch und Maschine minimiert, so- wie eine Schwungmasse für diese Berstschutzvorrichtung zu benennen .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Berstschutzvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Schwungmasse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Berstschutzvorrichtung für Schwungmassen mit einer Schwungmasse gelöst, welche in ein Gehäuse eingefasst ist. Die Erfindung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass die Schwungmasse in Einzelschwungmassen unterteilt ist.
Der Kern der Erfindung besteht in der Kombination eines Schwungmassendesigns mit einer darauf abgestimmten Berstschutzvorrichtung, durch welche im Fall einer Haverie eine deutliche Verringerung der kinetischen Energie der aufzufan- genden Projektile erzielt wird. Die Schwungmasse wird dabei aus axial geschichteten Schwungscheiben gebildet. Die Einzelscheiben sitzen auf einer gemeinsamen Welle und sind durch einen Abstand, z. B. 50mm voneinander getrennt. Die erfindungsgemäße Berstschutzvorrichtung ist nicht als glattes Zylindergehäuse ausgebildet, sondern weist Trennwände in Form von Rippen auf, die in die Zwischenräume der Schwungmassenscheiben hineinragen. Die erfindungsgemäße Berstschutzvorrichtung und die Schwungmasse bilden somit mehrere vonei- nander getrennte Kammern, in denen jeweils nur ein Bruchteil der gesamten gespeicherten Energie vorliegt. Im Fall eines Berstens der Schwungmasse aufgrund von Materialversagen muss das umgebende Gehäuse nur einen Bruchteil der gesamten kinetischen Energie der Schwungmasse aufnehmen. Zudem verhindern die als Trenner fungierenden Rippen ein Herabfallen von Trümmerteilen auf die noch drehenden restlichen Scheiben. Würden Trümmer auf diese Scheiben fallen, so könnte die Schwungmasse verkeilen, womit eine größere Beschädigung der Anlage verbunden sein könnte.
Da die Schwungmasse im Allgemeinen aus einem Teil gefertigt wird, muss die Berstschutzvorrichtung um die Schwungmasse herum montiert werden. Die BerstSchutzvorrichtung könnte vorzugsweise aus zwei Halbzylindern ausgebildet sein, die an der Kontaktstelle zusammengeschraubt werden und zusätzlich an der Unter- und/oder Oberkante mit einem Flansch versehen sind, um einen Sockel oder Deckel zu montieren. Die als Trenner ausgebildeten Rippen der Kammern sind dabei im Inneren der Gehäusewand befestigt und im entsprechenden Abstand der Schwungmassenscheiben angeordnet.
Die erfindungsgemäße Berstschutzvorrichtung lässt sich somit deutlich kleiner dimensionieren, da sie nicht mehr für die gesamte Schwungmasse und damit die gesamte gespeicherte kinetische Energie ausgelegt werden muss. Stattdessen muss nur noch ein Bruchteil, entsprechend der Anzahl der Schwungmassenscheiben, der Energie sicher abgefangen werden.
Durch die Kammerbildung wird im Fall einer Haverie verhindert, dass Trümmerteile auf die anderen noch rotierenden Scheiben gelangen und so weitere Folgeschäden entstehen. Im Fall eines Lagerversagens, bei welchem die gesamte Schwungmasse ihre zentrische Position verlässt, bietet die erfindungsgemäße Berstschutzvorrichtung mehr Reibfläche als ein glatter Gehäusekessel, woraus sich eine bessere Bremswirkung ergibt . In einer Fortführung dieses erfindungsgemäßen Konzepts kann es vorgesehen sein, dass zwischen den Einzelschwungmassen sollbruchartige Verbindungen angeordnet sind. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die sollbruchartigen Verbindungen zwischen den Einzelschwungmassen als Verjüngungen in der Schwungmasse ausgebildet sind. In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Gehäuse innenseitig Trennwände aufweist .
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Trennwände des Gehäuses in den Verjüngungen der sollbruchartigen Verbindungen der
Schwungmasse angeordnet sind.
In einer Fortführung dieses erfindungsgemäßen Konzepts kann es vorgesehen sein, dass die Einzelschwungmassen als axial geschichtete Schwungscheiben ausgebildet sind.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Einzelschwungmassen auf ei- ner Welle durch einen bestimmten Abstand voneinander getrennt sind .
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Konzepts kann es vorgesehen sein, dass eine Einzelschwungmasse mit dem dazugehörigen Gehäuseabschnitt, der durch Trennwände abgegrenzt ist, eine Kammer ausbildet.
In einer Fortführung dieses erfindungsgemäßen Konzepts kann es vorgesehen sein, dass um das Gehäuse ein Fuß mit Bohrlö- ehern ausgebildet ist.
Die Aufgabe wird außerdem durch eine Schwungmasse für die Berstschutzvorrichtung gelöst, wobei die Schwungmasse in Ein- zelschwungmassen unterteilt ist, die rotationssymmetrisch ausgebildet sind.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Einzelschwungmassen formschlüssig miteinander gekoppelt sind.
In einer Fortführung dieses erfindungsgemäßen Konzepts kann es vorgesehen sein, dass die Einzelschwungmassen voneinander beabstandet sind.
Die erfindungsgemäße Berstschutzvorrichtung weist ein Gehäuse auf, in welchem eine Schwungmasse angeordnet ist, welche in Einzelschwungmassen unterteilt ist. Die Schwungmasse ist aus einzelnen axial geschichteten Schwungscheiben ausgebildet. Die Schwungscheiben sitzen dabei auf einer gemeinsamen Welle und sind durch einen bestimmten Abstand voneinander getrennt. Der Abstand entspricht einer sollbruchartigen Verbindung, die die Schwungmasse in Einzelschwungmassen unterteilt. Die Schwungmasse ist von einem Gehäuse umgeben, welches nicht als glattes Zylindergehäuse ausgebildet ist, sondern innenseitig Trennwände in Form von Rippen aufweist, welche in die Zwischenräume zwischen den Einzelschwungmassen hineinragen. Die Trennwände des Gehäuses sind in den Bereichen der Schwungmasse angeordnet, wo die sollbruchartigen Verbindungen der Schwungmasse auf der Welle positioniert sind, dadurch ergeben sich Kammern, die die Einzelschwungmassen voneinander trennen, in denen jeweils nur ein Bruchteil der gesamten gespeicherten kinetischen Energie vorhanden ist.
Weitere Ausführungen und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung erläutert.
Dabei zeigen: Fig. 1 in einer schematischen Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Berstschutzvorrichtung für eine Schwungmassen in einem Gehäuse;
Fig. 2 in einer schematischen Draufsicht das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1;
Fig. 3 in einer schematischen Seitenansicht das Gehäuse der erfindungsgemäßen BerstSchutzvorrichtung .
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Berstschutzvorrichtung mit einem Gehäuse 1, in welchem eine Schwungmasse 2 angeordnet ist, welche in Einzelschwungmassen 3 unterteilt ist. Die Schwungmasse 2 ist aus einzelnen axial geschichteten Schwungscheiben ausgebildet. Die Schwungscheiben sitzen dabei auf einer gemeinsamen Welle 4 und sind durch einen bestimmten Abstand voneinander getrennt. Der Abstand entspricht einer sollbruchartigen Verbindung 5, die die Schwungmasse 2 in Einzelschwungmassen 3 unterteilt. Die Schwungmasse 2 ist von einem Gehäuse 1 umgeben, welches nicht als glattes Zylindergehäuse ausgebildet ist, sondern innenseitig Trennwände 6 in Form von Rippen aufweist, welche in die Zwischenräume 7 zwischen den Einzelschwungmassen 3 hineinragen. Die Trennwände 6 des Gehäuses 1 sind in den Bereichen der Schwungmasse 2 angeordnet, wo die sollbruchartigen Verbindungen 5 der Schwungmasse 2 auf der Welle 4 positioniert sind, dadurch ergeben sich Kammern 8, die die Einzelschwungmassen 3 voneinander trennen, in denen jeweils nur ein Bruchteil der gesamten gespeicherten kinetischen Energie vorhanden ist.
In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Berstschutzvorrichtung in einer Draufsicht dargestellt. Die Fig. 2 zeigt zentriert den Bereich, wo die Welle 4 positioniert ist, wenn die Schwungmasse 3 in der Berstschutzvorrichtung angeordnet ist. Dieser Bereich ist von den Trennwänden 6 des Gehäuses 1 umgeben. Das Gehäuse 1 ist außenseitig von einem Fuß 9 ummantelt, der mit Bohrlöchern 10 versehen ist. Fig. 3 in einer schematischen Seitenansicht das Gehäuse 1 der erfindungsgemäßen Berstschutzvorrichtung . Das Gehäuse 1 ist vorzugsweise aus zwei Halbzylindern 11 ausgebildet, die an der Kontaktstelle vorzugsweise miteinander verschraubt sind.
Die erfindungsgemäße Berstschutzvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung nicht mehr für die gesamte Schwungmasse und damit für die gesamte gespeicherte kinetische Energie dimensioniert werden muss, sondern nur noch für einen Bruchteil entsprechend der Einzelschwungmassen konzipiert wird. Durch die Kammerausbildung wird im Fall einer Haverie verhindert, dass Trümmerteile auf die anderen noch rotierenden Scheiben gelangen und so weitere Folgeschäden entstehen. Für den Fall, dass das Lager versagt und die gesamte Schwungmasse ihre zentrische Position verlässt, bietet die erfindungsgemäße Berstschutzvorrichtung mehr Reibfläche als ein glatter Gehäusekessel, so dass mit einer erhöhten Bremswirkung zu rechnen ist.
Bezugszeichenliste
1 Gehäuse
2 Schwungmasse
3 EinzelSchwungmasse
4 Welle
5 Sollbruchartige Verbindung
6 Trennwand
7 Zwischenraum
8 Kammer
9 Fuß
10 Bohrloch
11 Halbzylinder

Claims

Patentansprüche
1. Berstschutzvorrichtung für Schwungmassen mit einer
Schwungmasse (2), welche in ein Gehäuse (1) eingefasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmasse (2) in Einzelschwungmassen (3) unterteilt ist.
2. Berstschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass zwischen den Einzelschwungmassen (3) sollbruchartige Verbindungen (5) angeordnet sind.
3. Berstschutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch kennzeichnet, dass die sollbruchartigen Verbindungen (5) zwischen den Einzelschwungmassen (3) als Verjüngungen in der Schwungmasse (2) ausgebildet sind.
4. Berstschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) innenseitig Trenn wände (6) aufweist.
Berstschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände (6) des Gehäuses (1) in den Verjüngungen der sollbruchartigen Verbindungen (5) der Schwungmasse (2) angeordnet sind.
Berstschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelschwungmassen (3) als axial geschichtete Schwungscheiben ausgebildet sind .
Berstschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelschwungmassen (3) auf einer Welle (4) durch einen bestimmten Abstand voneinander getrennt sind.
Berstschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einzelschwungmasse (3) mit dem dazugehörigen Gehäuseabschnitt, der durch Trennwände (6) abgegrenzt ist, eine Kammer
(8) ausbildet .
9. Berstschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass um das Gehäuse (1) ein Fuß (9) mit Bohrlöchern (10) ausgebildet ist.
10. Schwungsmasse (2) für eine BerstSchutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmasse (2) in Einzelschwungmassen (3) unterteilt ist, die rotationssymmetrisch ausgebildet sind .
11. Schwungmasse (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelschwungmassen (3) formschlüssig miteinander gekoppelt sind.
12. Schwungmasse (2) nach Anspruch 10 oder, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelschwungmassen (3) voneinander beabstandet sind.
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