DE102004001799B4 - Sensoreinrichtung zur Signalisierung von Verschleisszuständen an Schleifkörpern - Google Patents
Sensoreinrichtung zur Signalisierung von Verschleisszuständen an Schleifkörpern Download PDFInfo
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Abstract
Sensoreinrichtung
zur Signalisierung von Verschleißzuständen an Schleifkörpern von
Stromabnehmern elektrisch angetriebener Fahrzeuge,
wobei der Schleifkörper (2) auf einem metallischen Träger (7) fixiert ist und diese Hohlräume aufweisen, die mit einer Überwachungseinheit über Signale erzeugende und übertragende Medien verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schleifkörper (2) Sacklöcher (3) aufweist, wobei Locheingänge (33) der Sacklöcher (3) mit Übertragungskanälen (6) und diese mit der Überwachungseinheit verbunden sind und dass sich in den Sacklöchern (3) und in den Übertragungskanälen (6) ein Fluid befindet, das unter kontinuierlichem Druck steht, wobei nach Öffnung des Sackloches (3) die Abströmmenge des Fluids steigt.
wobei der Schleifkörper (2) auf einem metallischen Träger (7) fixiert ist und diese Hohlräume aufweisen, die mit einer Überwachungseinheit über Signale erzeugende und übertragende Medien verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schleifkörper (2) Sacklöcher (3) aufweist, wobei Locheingänge (33) der Sacklöcher (3) mit Übertragungskanälen (6) und diese mit der Überwachungseinheit verbunden sind und dass sich in den Sacklöchern (3) und in den Übertragungskanälen (6) ein Fluid befindet, das unter kontinuierlichem Druck steht, wobei nach Öffnung des Sackloches (3) die Abströmmenge des Fluids steigt.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung zur Signalisierung von Verschleißzuständen an Schleifkörpern gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Die Stromabnehmer elektrisch betriebener Fahrzeuge bestehen in der Regel aus Schleifkörpern, die auf einem metallischen Träger befestigt sind, der wiederum mit einem Pantographen verbunden ist, der den Schleifkörper gegen einen stromführenden Leiter eines Oberleitungssystems drückt. Im Betrieb der elektrisch getriebenen Fahrzeuge unterliegen die Schleifkörper insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten einer hohen Reibbeanspruchung. Darüber hinaus treten Vibrationen und auch stoßartige Belastungen auf. Zweck von Sensoreinrichtungen zur Signalisierung von Verschleißzuständen an Schleifkörpern ist es, im Rahmen des Überwachungs- und Sicherheitssystems dem bedienenden Personal Störungen und Verschleißzuständen zu signalisieren. Derartige Einrichtungen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt.
- So wird in der
DE 44 254 60 A1 eine Betriebsüberwachungsanordnung für Schleifstücke von Stromabnehmern beschrieben. Die Anordnung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkörper trägerseitig eine Nut aufweist, in der ein Fluiddruck aufrecht erhalten wird. Bei Beschädigungen des Schleifkörpers, die zu einem Druckabfall in der Nut führt, wird umgehend ein Absenken des Pantographen und damit eventuell ein Stoppen des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges bewirkt. Dieses System ist so ausgelegt, dass bei einem Druckabfall das Fahrzeug eventuell gestoppt wird und damit nachteiligerweise ein Problem bei der Rückführung bzw. Reparatur des Fahrzeuges entstehen können. - Vorstufen dieses Totalausfalles durch Ermittlung beginnender Verschleißzuständen sind mittels dieses Überwachungssystems nicht zu bewerkstelligen.
- In der
EP 0 525 595 A1 ist eine Überwachungseinrichtung für Stromabnehmer-Schleifleisten beschrieben, bei der in der Stromabnehmer-Schleifleiste mehrere Lichtleiter eingebettet sind. Die in der Schleifleiste eingebetteten Lichtleiter sind mit ihren Enden mit Sender und Empfänger verbunden, die Lichtimpulse durch die Lichtleiter senden und empfangen. Bei einer Beschädigung eines Lichtleiters würde die vorgegebene Lichtimpulsfolge gestört werden und damit eine Störung signalisiert werden. Nachteiligerweise erfordert die Einbringung der Lichtleiter in die Schleifleiste, wie sie hier beschrieben ist, relativ komplizierte technologische Abläufe, um diese Lichtleiter der Länge nach durch die Schleifleisten zu führen. Hinzu kommt eine mechanische Schwächung der Schleifleisten aufgrund der eingebetteten Lichtleiter. - In der
DE 1 781 863 U wird eine Anordnung zur Überwachung bzw. zur selbsttätigen Abschaltung von Anlagen, Maschinen, Stromabnehmern für Stromschienen mit elektrischer Stromübertragung durch abnutzbare Schleifstücke beschrieben. In ein Kohleschleifstück wird in der hier beschriebenen Darstellung ein isolierter Leiter eingebracht, der durch einen herausgeführten isolierten Anschlussdraht mit einem äußeren Stromkreis verbunden werden kann. Ist das Kohleschleifstück bis zum Kontaktstift abgenutzt, wird ein Stromkreis geschlossen und ein Überwachungsorgan betätigt. Die beschriebene Anordnung eignet sich nicht dazu, einen jeweiligen Verschleißzustand einer Schleifleiste zu signalisieren, ohne dabei den Fahrbetrieb zu unterbrechen. - In der
DE 93 03 228 U1 wird ein Bruchmelder für ein elektrischen Strom übertragendes im Wesentlichen aus Kohlenstoff oder vollständig aus Kohlenstoff bestehendes Schleifstück an einer Stromabnehmervorrichtung elektrisch betriebener Fahrzeuge beschrieben, wobei das Schleifstück fest auf dem Schleifstückträger der Stromabnehmervorrichtung verankert ist. Die in Längsrichtung des Schleifkörpers eingebrachten Hohlräume können allerdings Festigkeitsprobleme mit sich bringen. Darüber hinaus signalisiert dieser Melder ausschließlich Brüche des Schleifstückes und gibt keine Signalisierung eines bestimmten Abnutzungsgrades. - In der japanischen Patentanmeldung
JP 2001-37003 - Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung anzugeben, die praktisch an jedem Ort der Schleifleiste erlaubt, Signalgeber zu installieren, die den jeweiligen Verschleißzustand der Schleifleiste signalisieren können ohne dabei den Fahrbetrieb zu unterbrechen.
- Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
- So ist die Sensoreinrichtung zur Signalisierung von Verschleißzuständen an Schleifkörpern von Stromabnehmern elektrisch angetriebener Fahrzeuge, wobei der Schleifkörper auf einem metallischen Träger fixiert ist und diese Hohlräume aufweisen, die mit einer Überwachungseinheit über Signale erzeugende und übertragende Medien verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkörper Sacklöcher aufweist, wobei Locheingänge der Sacklöcher mit Übertragungskanälen und diese mit der Überwachungseinheit verbunden sind und dass sich in den Sacklöchern und in den Übertragungskanälen ein Fluid befindet, das unter kontinuierlichem Druck steht, wobei nach Öffnung des Sackloches die Abströmmenge des Fluids steigt.
- Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Eine Ausgestaltung sieht vor, dass im Sackloch ein Stromleiter, ein Lichtleiter, eine Photodiode oder eine Kamera angeordnet sind.
- Mehrere beabstandete Sacklöcher sind in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, damit möglichst über den gesamten Schleifkörper der Verschleißzustand ermittelt werden kann.
- Die Anordnung der beabstandeten Sacklöcher ist in einer weiteren Ausgestaltung vertikal ausgeführt.
- Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit, die Sacklöcher mit unterschiedlichen Lochtiefen zu versehen, so dass jederzeit der Verschleißzustand der Schleifkörper durch das Bedienungspersonal beurteilbar ist. Insbesondere im Hinblick auf die Weiterbildung, dass jedes Sackloch oder Gruppen von Sacklöchern getrennte Übertragungskanäle aufweisen.
- Die Ausgestaltung der Erfindung, die Sacklöcher im Schleifkörper durch eine Seitenfläche unter spitzem Winkel in Richtung Schleiffläche zu führen, bietet den Vorteil, auch nachträglich auf besonders effektive Weise die Schleifleisten mit Sensoreinrichtungen zu versehen.
- Weitere Ausbildungen der Erfindung sehen eine zylindrische oder auch eine Kegelform der Sacklöcher vor. Die Kegelform bietet den Vorteil, dass in Verbindung mit dem Einsatz von Photodioden oder einer Kamera die Größe des einfallenden Lichtquerschnittes kontinuierlich zu erfassen und damit ein Maß für den Vergleichszustand der Überwachungseinheit zu übermitteln. In diesem Fall sollte das Signal erzeugende Medium, wie z. B. eine Photodiode oder eine Kamera, im Bereich des Locheingangs des Sackloches angeordnet sein.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Falle eines Einsatzes einer Photodiode, einer Kamera oder eines Lichtleiters vorgesehen ist, in den Sacklöchern und den dazugehörigen Übertragungskanälen zusätzlich ein Druckfluid, wie z. B. Druckluft, anzulegen, damit im Falle des Freilegens der Sacklöcher, z. B. ein kegelförmiges Sackloch, durch den normalen Verschleiß eindringendes Material nach außen geblasen wird und die Photodiode, die Kamera oder der Lichtleiter nicht in seiner Funktion beeinträchtigt wird.
- In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Übertragungskanäle unterhalb des Kontaktwerkstoffes im Träger angeordnet und von dort mit weiteren Übertragungskanälen mit der Überwachungseinheit verbunden.
- Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die mit den Sacklöchern in Verbindung stehenden Übertragungskanäle außerhalb des Trägers angeordnet sind und von dort mit weiteren Übertragungskanälen mit der Überwachungseinheit verbunden sind.
- Durch die Verwendung von mehreren voneinander unabhängigen Luftzufuhrkanälen bzw. Schlauchleitungen können unter Einsatz separater, unterschiedlich eingestellter Überwachungsgeräte verschiedene Warnsignale mit unterschiedlichen Verschleißzuständen des Kontaktwerkstoffes angezeigt werden. Die angezeigten Verschleißzustände des Kontaktwerkstoffes sind von den Tiefen der Abströmdüsen im Kontaktwerkstoff abhängig. Unter Verwendung eines Luftzufuhrkanals können mehrere Warnstufen auch mit mehreren Abströmdüsen unterschiedlicher Länge und unterschiedlichen Durchmessers realisiert werden. Durch die Abströmdüse geringeren Durchmessers strömt weniger Medium ab. Die Durchflussmenge ist somit geringer als bei einer Abströmdüse größeren Durchmessers. Die Überwachungseinrichtung ordnet den entsprechenden Durchfluss dem entsprechenden Ausgangssignal zu.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert.
- Es zeigen
-
1 eine schematische Seitenansicht einer auf einem Träger fixierten Schleifleiste mit Übertragungskanälen im Träger, -
2 eine Schnittdarstellung eines Ansatzes des weiterführenden Übertragungskanals (Schnitt B-B von1 ), -
3 eine Schnittdarstellung eines Sackloches in dem Schleifkörper (Schnitt A-A von1 ), -
4 eine Schnittdarstellung eines Schleifkörpers mit außerhalb des Trägers angeordneten Übertragungskanals, -
5 eine weitere Schnittdarstellung eines Sackloches (Schnitt C-C von4 ), -
6a eine schematische Seitenansicht unterschiedlich hoch eingebracher Sacklöcher, -
6b eine Darstellung der horizontalen Verteilung der unterschiedlich hoch eingebrachten Sacklöcher, -
7 eine geschnittene Darstellung eines Sackloches in Kegelform, -
8 eine schematische Darstellung eines seitlich schräg eingebrachten Sackloches, -
9 eine schematische geschnittene Darstellung der Sacklöcher mit Stromleiter, Photodiode und Lichtleiter und -
10 eine schematische seitliche Schnittdarstellung der Sacklöcher mit Kegelform und angeordneter Photodiode und Lichtleiter. -
1 zeigt eine auf einen Träger fixierte Schleifleiste mit Übertragungskanälen im Träger als Teil eines Stromabnehmers1 . - Die dazugehörigen Schnitte A-A und B-B sind in
3 und2 dargestellt. - Ein Schleifkörper
2 ist mit seiner Grundfläche22 auf eine Profilfläche71 eines Trägers7 fixiert. Beim Betrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges kontaktiert eine Schleiffläche21 des Schleifkörpers2 die hier nicht dargestellte Oberleitung. Unterhalb der Profilfläche71 des Trägers7 sind Trägerkanäle72 in den Träger7 eingebracht. Die Trägerkanäle72 erstrecken sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Trägers7 . In dem Schleifkörper2 sind Sacklöcher3 so eingebracht, dass sie mit einem Locheingang33 unmittelbare Verbindung mit dem Trägerkanal72 aufweisen. Das Einbringen der Sacklöcher3 in den Schleifkörper2 kann so erfolgen, dass nach dem Fixieren des Schleifkörpers2 auf der Profilfläche71 des Trägers7 eine Bohrung durch den Träger7 und Trägerkanal72 bis in den Schleifkörper2 eingebracht wird. Die im Träger7 bis in den Trägerkanal72 dadurch entstandene Bohrung mit einem Verschlussstift73 verschlossen, wie aus3 zu entnehmen ist.2 zeigt die Anordnung eines Einschraubelementes61 in den Trägerkanal72 . Das Einschraubelement61 ist mit einem Schlauchanschluss62 versehen, an dem ein Übertragungskanal6 angeschlossen werden kann. Im Träger7 sind in dieser Darstellung zwei Trägerkanäle72 vorgesehen. Das Vorsehen weiterer Trägerkanäle72 ist möglich und hängt von der Anordnung und Anzahl der Sacklöcher3 ab. Eine Lochtiefe32 , die vom Locheingang33 bis zum Lochgrund31 reicht, bestimmt eine Verschleißhöhe23 . Der Übertragungskanal6 wird bis in die hier nicht dargestellte Überwachungseinheit weitergeführt. Als Signal erzeugendes und übertragendes Medium ist Druckluft vorgesehen, die in das System bestehend aus Übertragungskanälen6 , Trägerkanälen72 und Sacklöcher3 eingebracht wird. Im Fahrbetrieb verringert sich die Verschleißhöhe23 durch Abtragung des Kontaktwerkstoffes. Wenn das Material soweit abgetragen ist, dass der Lochgrund31 erreicht wird, entweicht die Druckluft, so dass ein deutlicher Druckabfall bzw. eine deutliche Änderung im Flusswiderstand der Druckluft auftritt, der als Verschleißsignal in der Überwachungseinheit verarbeitet und angezeigt wird. - Um durch die geöffnete Abströmdüse das Eindringen von Fremdkörpern/Wasser in das Verschleißüberwachungssystem zu verhindern, strömt durch die geöffnete Abströmdüse während des Einsatzes kontinuierlich ein Luft-Gasgemisch ab. Die Durchflussmenge kann verändert werden.
-
4 und5 zeigen eine abgewandelte Variante des Übertragungskanales und des Sackloches3 . In das Sackloch3 , das wie oben beschrieben, in den Schleifkörper2 eingebracht wird, wird eine Einschraubröhre34 eingeführt. Eine außerhalb des Trägers7 angebrachte drehbare Winkelverschraubung35 ermöglicht den Anschluss von als Schläuche ausgebildete Übertragungskanäle6 . - In
6a sind in den Schleifkörper2 unterschiedlich hohe Sacklöcher3 eingebracht. Dargestellt sind die Sacklöcher3 mit einer Lochtiefe32A , B und C, wobei A die geringste Lochtiefe und C die größte Lochtiefe bedeutet. - Zusätzlich ist aus
6b mit Blick auf eine Schleiffläche21 eine Verteilung der Sacklöcher3 über die Breite des Schleifkörpers2 zu erkennen. - Die unterschiedliche Lochtiefe
32 der Sacklöcher3 ermöglicht vorteilhafter Weise Verschleißzustände zu einem frühen Zeitpunkt zu dokumentieren. -
7 zeigt ein erfindungsgemäßes Sackloch in Kegelform. Die Kegelform bietet den Vorteil, dass bei Verwendung von lichtmessenden Signal erzeugenden Medien wie z. B. ein Lichtleiter5 , eine Photodiode8 bzw. eine Kamera9 ein Fortschreiten des Verschleißes mit der Zeit kontinuierlich registriert werden kann. - Bei der Verwendung eines Druckfluids steigt mit zunehmendem Verschleiß des Schleifkörpers die Abströmmenge des Fluids, was bei geeigneter Auswertung den jeweiligen Istzustand der Nutzstärke des Schleifkörpers angibt.
- Die Darstellung gemäß
8 , die ein Sackloch3 schräg in den Schleifkörper2 , der auf dem Träger7 fixiert ist, eingebracht zeigt. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung gemäß8 ist es vorteilhafterweise möglich, bereits bestehende Schleifleisten nachträglich mit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung zu versehen, ohne dass der Schleifkörper2 vom Träger7 gelöst bzw. die gesamte Schleifleiste bearbeitet werden muss. - Aus
9 ist beispielhaft die Darstellung der Anordnung des Stromleiters4 , des Lichtleiters5 und der Photodiode8 bzw. der Kamera9 dargestellt. Erreicht die Abtragung des Schleifkörpers2 den Lochgrund31 des Sackloches3 würden hier durch den Lichteinfall bzw. durch den entstehenden Stromfluss im Falle des Stromleiters4 die entsprechenden Signale in die Überwachungseinheit übertragen werden. - Im Gegensatz dazu ist es gemäß
10 möglich, aufgrund der Kegelform des Sackloches3 und der Anordnung der Photo diode8 bzw. der Kamera9 oder des Lichtleiters5 im Bereich des Locheinganges33 des Sackloches3 , die sich mit der Zeit im Falle des Fortschreitens des Verschleißes immer mehr vergrößernde Öffnung des Sackloches und den damit verbundenen größeren Lichteinfall kontinuierlich zu übertragen, um damit praktisch jederzeit den Verschleißzustand festzustellen. -
- 1
- Stromabnehmer
- 2
- Schleifkörper
- 21
- Schleiffläche
- 22
- Grundfläche
- 23
- Verschleißhöhe
- 24
- Seitenfläche
- 3
- Sackloch
- 31
- Lochgrund
- 32
- Lochtiefe
- 33
- Locheingang
- 34
- Einschraubröhre
- 35
- Winkelverschraubung
- 4
- Stromleiter
- 5
- Lichtleiter
- 6
- Übertragungskanal
- 61
- Einschraubelement
- 62
- Schlauchanschluss
- 7
- Träger
- 71
- Profilfläche
- 72
- Trägerkanal
- 73
- Verschlussstift
- 8
- Photodiode
- 9
- Kamera
Claims (16)
- Sensoreinrichtung zur Signalisierung von Verschleißzuständen an Schleifkörpern von Stromabnehmern elektrisch angetriebener Fahrzeuge, wobei der Schleifkörper (
2 ) auf einem metallischen Träger (7 ) fixiert ist und diese Hohlräume aufweisen, die mit einer Überwachungseinheit über Signale erzeugende und übertragende Medien verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkörper (2 ) Sacklöcher (3 ) aufweist, wobei Locheingänge (33 ) der Sacklöcher (3 ) mit Übertragungskanälen (6 ) und diese mit der Überwachungseinheit verbunden sind und dass sich in den Sacklöchern (3 ) und in den Übertragungskanälen (6 ) ein Fluid befindet, das unter kontinuierlichem Druck steht, wobei nach Öffnung des Sackloches (3 ) die Abströmmenge des Fluids steigt. - Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Sackloch (
3 ) ein Stromleiter (4 ), ein Lichtleiter (5 ), eine Photodiode (8 ) oder eine Kamera (9 ) angeordnet sind. - Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere beabstandete Sacklöcher (
3 ) angeordnet sind. - Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sacklöcher (
3 ) vertikal angeordnet sind. - Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sacklöcher (
3 ) unterschiedliche Lochtiefen (5 ) aufweisen. - Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Sackloch (
3 ) oder Gruppen von Sacklöchern (3 ) separate Übertragungskanäle (6 ) aufweisen. - Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sacklöcher (
3 ) im Schleifkörper (2 ) durch eine Seitenfläche (24 ) unter spitzem Winkel in Richtung Schleiffläche (21 ) geführt sind. - Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sacklöcher (
3 ) eine Kegelform aufweisen. - Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Photodiode (
8 ) oder die Kamera (9 ) an einem Lochgrund (31 ) des Sackloches (3 ) angeordnet sind. - Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Photodiode (
8 ) oder die Kamera (9 ) im Bereich eines Locheinganges (33 ) des Sackloches (3 ) angeordnet sind. - Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Photodiode (
8 ) oder die Kamera (9 ) in einem kegelförmigen Sackloch (3 ) angeordnet sind. - Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in den Sacklöchern (
3 ), in denen eine Photodiode (8 ), eine Kamera (9 ) oder ein Lichtleiter (5 ) angeordnet sind und in den dazu gehörigen Übertragungskanälen (6 ) zusätzlich ein Druckfluid anliegt. - Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Sacklöchern (
3 ) in Verbindung stehenden Übertragungskanäle (6 ) unterhalb des Schleifkörpers (2 ) im Träger (7 ) angeordnet sind und von dort mit weiteren Übertragungskanälen (6 ) mit der Überwachungseinheit verbunden sind. - Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Sacklöchern (
3 ) in Verbindung stehenden Übertragungskanäle (6 ) außerhalb des Trägers angeordnet sind und von dort mit weiteren Übertragungskanälen (6 ) mit der Überwachungseinheit verbunden sind. - Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungskanäle (
6 ) als Schläuche, Rohre, Trägerkanäle, Lichtleiter oder Stromleiter ausgebildet sind. - Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Überwachungseinheit eine Signalerfassungs- und -bearbeitungseinrichtung integriert ist.
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