BR102021017997A2 - Junta de vedação para uma válvula de um motor a combustão interna - Google Patents
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Abstract
É descrita uma junta de vedação (1) configurada para ser montada em uma válvula (2) de um motor a combustão interna (3), apresentando um eixo central (A) e compreendendo: um elemento de vedação anular elasticamente deformável (12), apresentando uma superfície radialmente interna (18), apresentando uma primeira porção (21), adaptada para cooperar com o contato com uma haste (8) da válvula (2), e uma segunda porção (22), configurada para cooperar com contato com um elemento de guia (7), de forma deslizante, da haste (8) mencionada acima; e um elemento de suporte anular (13), disposto coaxialmente em ao menos parte do elemento de vedação (12) de modo que este último seja pressionado radialmente entre o elemento de suporte (13) e a válvula (2); a segunda porção (22) apresenta uma seção de superfície circunferencial (22a) e uma pluralidade de saliências discretas (22b), projetando-se em cantilever a partir da seção de superfície circunferencial (22a) de modo a cooperar com o contato em uso com o elemento de guia (7), espaçados angularmente uns dos outros em torno do eixo (A) e formando uma ondulação descontínua (22c) da superfície radialmente interna (18).
Description
[001] Este pedido de patente reivindica a prioridade do pedido de patente italiano N° 102020000021592 depositado em 11 de setembro de 2020, cuja descrição inteira é aqui incorporada por referência.
[002] A presente invenção se refere a uma junta de vedação para uma válvula de um motor a combustão interna.
[003] São conhecidos motores a combustão interna para veículos, que compreendem uma cabeça de cilindro com um ou mais cilindros, dentro dos quais é realizado o ciclo de trabalho, e que são colocados em comunicação com as respectivas câmaras de combustão do próprio motor. Em adição, são formadas, na citada cabeça do cilindro, sedes adequadas para fazer a câmara de combustão se comunicar com dutos adaptados para transportar, para a dita câmara, uma mistura de combustível não queimado e ar ("dutos de admissão"), e para transportar da dita câmara de combustão os gases gerados pela combustão ("dutos de exaustão").
[004] Os fluxos de e para cada câmara de combustão são controlados por válvulas adequadas que atuam nas sedes mencionadas. Em particular, cada válvula compreende essencialmente um elemento de guia, fixado dentro de uma cavidade da cabeça do cilindro do motor e definindo uma sede passante, e uma haste, móvel de forma deslizante em direções opostas dentro da sede mencionada acima e transportando em uma extremidade uma porção de corte para o fechamento da conexão entre a relativa entrada ou duto de exaustão e a correspondente câmara de combustão.
[005] A extremidade oposta da haste da válvula se projeta axialmente a partir do relativo elemento de guia e é adaptada para receber forças de atuação de um relativo dispositivo de controle, por exemplo, um eixo de cames.
[006] A haste da válvula é carregada axialmente por uma mola helicoidal cilíndrica na direção de fechamento da conexão entre a relativa entrada ou o duto de exaustão e a correspondente câmara de combustão.
[007] Em particular, a mola é montada coaxialmente em torno da válvula e é axialmente interposta entre uma superfície fixa formada na cabeça do cilindro do motor e uma placa fixada na haste da válvula na proximidade da, ou na, extremidade da própria haste, cooperando com o dispositivo de controle.
[008] Nas válvulas do tipo descrito acima, as juntas de vedação são normalmente montadas para o óleo lubrificante que normalmente circula nos motores. Tais juntas de vedação, em uma das formas de realização mais comumente conhecidas, descritas, por exemplo, em EP1890058A1, compreendem um elemento de suporte ou reforço, apresentando um formato substancialmente tubular e feito em uma única peça de material metálico e um elemento de vedação anular, feito de material elastomérico, por exemplo, borracha, e interposto entre o elemento de suporte e a válvula.
[009] Em particular, o elemento de vedação compreende tipicamente uma primeira porção, adaptada para cooperar diretamente com a haste da válvula, e uma segunda porção adaptada para cooperar, por meio de sua própria superfície anular radialmente interna, com a superfície anular radialmente externa da porção do elemento de guia, voltado, em uso, ao dispositivo de controle mencionado.
[0010] As juntas de vedação do tipo descrito acima são amplamente utilizadas em todos os motores a combustão interna para controlar a quantidade de óleo lubrificante que flui da zona de distribuição para as câmaras de combustão. Um fluxo excessivo de óleo lubrificante, além de um evidente alto consumo do próprio óleo, provoca uma deterioração da eficiência do motor e uma degradação do desempenho do conversor catalítico do veículo. Por outro lado, um fluxo insuficiente provoca um aumento no desgaste e no ruído das válvulas acompanhado pela presença de picos locais de temperatura. Esses fenômenos podem causar um dano prematuro das válvulas em consequência do travamento da haste das próprias válvulas dentro do elemento de guia.
[0011] As juntas de vedação conhecidas permitem, por meio da primeira porção do elemento de vedação, cooperar com a haste da relativa válvula, fornecer uma vedação do tipo dinâmico e, por meio da segunda porção do elemento de vedação atuando no elemento de guia da relativa válvula, fornecer uma vedação do tipo estático. Em particular, a vedação estática deve garantir um certo grau de compressão radial no elemento de guia de modo a evitar o vazamento de óleo lubrificante para as câmaras de combustão e, simultaneamente, manter a junta de vedação na posição, enquanto a vedação dinâmica é concebida para permitir o mínimo fluxo de óleo necessário para lubrificar o acoplamento entre a haste e o elemento de guia.
[0012] A vedação do tipo dinâmico é feita em uma seção de diâmetro mínimo do elemento de vedação que coopera diretamente com a haste da válvula ao longo de uma linha de contato circunferencial.
[0013] Em vez disso, a vedação do tipo estático é feita, na solução conhecida da patente EP1890058A1, por meio de uma pluralidade de ondulações anulares de altura radial reduzida, formadas na superfície radialmente interna do elemento de vedação e dispostas em sucessão uma à outra ao longo do eixo da junta.
[0014] O requerente observou que, durante a montagem da junta de vedação do tipo conhecido descrito acima, que é feita por meio de encaixe externamente a partir de cima da junta de vedação no elemento de guia da relativa válvula e, subsequentemente, por meio da inserção da haste através da junta de vedação e do elemento de guia, pode ocorrer que, na liberação do impulso axial pelo operador, o elemento de vedação, devido às características intrínsecas da borracha, possa se mover na direção axial ligeiramente para cima, ou seja, em direção à extremidade da haste que coopera no uso com o dispositivo de controle (fenômeno conhecido como spring-back): basicamente, a borracha é carregada por compressão durante a manobra de montagem e libera a força elástica acumulada no final da própria manobra.
[0015] Este ligeiro movimento axial pode fazer com que a junta não opere na sua posição ideal com uma consequente desvantagem das propriedades de vedação e instabilidade de funcionamento (a junta de vedação não é firmemente ancorada à válvula em uma posição definida).
[0016] O documento de patente KR101314688B1 descreve um elemento de vedação da haste da válvula do tipo descrito acima, incluindo uma primeira porção, adaptada para cooperar diretamente com a haste da válvula, e uma segunda porção adaptada para cooperar, por meio de sua própria superfície anular radialmente interna, com a superfície anular radialmente externa do elemento de guia.
[0017] Pelo prosseguimento em direção à segunda porção, a primeira porção do elemento de vedação compreende:
- - em uma primeira altura axial, uma projeção de vedação anular interferindo em uso com a haste da válvula;
- - em uma segunda altura axial, espaçada da primeira altura axial, uma pluralidade de saliências angularmente e igualmente espaçadas; e
- - em uma terceira altura axial espaçada da segunda altura axial, uma porção de borda anular, inclinada em uma direção que causa interferência em uso com a haste da válvula.
[0018] O diâmetro mínimo definido pelas saliências é maior do que o diâmetro mínimo da projeção de vedação anular e da porção da borda anular, de modo que as saliências não contribuem para a vedação dinâmica do elemento de vedação na haste da válvula.
[0019] As principais funções das saliências são:
- - aumentar a rigidez do elemento de vedação; e
- - melhorar a capacidade do elemento de vedação em controlar a taxa de vazamento de óleo contra variações de erro de concentricidade da guia da válvula, folga da guia da válvula e pressão da porta.
[0020] O objetivo da presente invenção é, portanto, fornecer uma junta de vedação para uma válvula de um motor a combustão interna, que permite, de uma forma simples e econômica, superar o inconveniente especificado acima.
[0021] O objetivo mencionado acima é alcançado pela presente invenção, uma vez que esta se refere a uma junta de vedação para uma válvula de um motor a combustão interna, conforme definido na reivindicação 1 e nas reivindicações dependentes desta.
[0022] Para melhor compreender a presente invenção, uma forma de realização preferencial é descrita a seguir, por meio de exemplo não limitativo e com referência aos desenhos anexos, nos quais:
- - a figura 1 ilustra, em corte axial, uma junta de vedação feita de acordo com a presente invenção e montada em uma válvula de um motor a combustão interna;
- - a figura 2 ilustra, em corte axial e em escala ampliada, a junta de vedação da figura 1;
- - a figura 3 ilustra um corte de acordo com a linha III-III da figura 2;
- - a figura 4 ilustra um corte de acordo com a linha IV-IV da figura 2; e
- - a figura 5 ilustra, em corte axial e em escala ampliada, a junta de vedação da figura 1 e a parte da válvula na qual é montada.
[0023] Com referência às figuras de 1 a 5, o número de referência 1 indica, como um todo, uma junta de vedação de acordo com a presente invenção para uma válvula 2 de um motor a combustão interna 3, conhecida per se e ilustrada na figura 1 apenas para o que é necessário para a compreensão a presente invenção.
[0024] Mais especifica mente, na figura 1, o motor 3 é ilustrado de forma limitada a uma porção 4 de uma cabeça de cilindro 5, que define de uma maneira conhecida uma câmara de combustão (não ilustrada na figura 1, mas disposta abaixo da porção 4 da cabeça de cilindro 5 ilustrada), na qual um combustível é oxidado na presença de ar comburente de modo a transformar a energia química contida no combustível em energia de pressão.
[0025] A câmara de combustão recebe de forma conhecida, através de sua própria abertura, uma mistura composta pelo combustível e o ar comburente e descarrega, por outra abertura, o gás gerado pela combustão e o ar no final do processo de combustão.
[0026] Os fluxos de e para a câmara de combustão são controlados pelas respectivas válvulas 2 do tipo mencionado acima, que atuam nas mencionadas aberturas da câmara de combustão.
[0027] A descrição a seguir se referirá, por motivo de simplificação, a uma única válvula 2, entendendo-se que as mesmas características descritas são presentes em cada válvula deste tipo usada no motor 3.
[0028] Com referência à figura 1, a válvula 2 é alojada em uma sede passante 6 do eixo A, que é formada na porção 4 da cabeça do cilindro 5 e normalmente contém óleo lubrificante.
[0029] A válvula 2 compreende um elemento de guia tubular 7 encaixado por meio de interferência dentro da sede 6, e uma haste 8 móvel de uma maneira deslizante de acordo com direções opostas ao longo do eixo A dentro do elemento de guia 7.
[0030] Mais especifica mente (figuras 1 e 5), a haste 8 se projeta axialmente de lados opostos do elemento de guia 7 e é dotada, em suas próprias extremidades axiais opostas, respectiva mente, de um elemento de corte 9, concebido para engatar de forma estanque na relativa abertura na câmara de combustão, e de um elemento de atuação ou placa 10 adaptado para receber as forças de atuação de um mecanismo de controle M, conhecido per se e ilustrado apenas parcialmente com uma linha tracejada na figura 1, por exemplo, uma árvore de cames.
[0031] Na porção de extremidade axial do elemento de guia 7, de onde a extremidade da haste 8 dotada da placa 10 se projeta, uma relativa junta de vedação 1 de acordo com a invenção é encaixada externamente, circundando coaxialmente tanto o elemento de guia 7 quanto a haste 8.
[0032] A válvula 2 compreende ainda uma mola 11 (figura 1), neste caso ilustrada a do tipo helicoidal, que coopera, em suas próprias extremidades axiais opostas uma à outra, com a placa 10 e com uma superfície anular fixa 4a do eixo A da porção 4 da cabeça do cilindro 5.
[0033] A mola 11 é adaptada para gerar uma força elástica de restauração na haste 8 de modo a mantê-la sempre em contato, na placa 10, com o mecanismo de controle.
[0034] Com referência às figuras 1 e 2, a junta de vedação 1 apresenta um formato anular em relação a um eixo coincidente, em condições de montagem, com o eixo A.
[0035] Mais especifica mente, a junta de vedação 1 compreende essencialmente um elemento de vedação 12, apresentando um formato anular e feito de material elastomérico, por exemplo, borracha, e um elemento de suporte 13 disposto coaxialmente no elemento de vedação 12 de modo a pressionar este último, na direção radial em relação ao eixo A, no elemento de guia 7 e na haste 8 da válvula 2. Basicamente, o elemento de vedação 12 é interposto coaxialmente entre o elemento de suporte 13 e a válvula 2.
[0036] O elemento de vedação 12 define, inicialmente, o prosseguimento ao longo do eixo A em direção ao elemento de corte 9 da haste 8, uma vedação de tipo dinâmico 14 adaptada para permitir a passagem de um fluxo mínimo de óleo necessário para lubrificar o acoplamento entre a haste 8 e o elemento de guia 7 e, subsequentemente, uma vedação de tipo estático 15 para impedir o fluxo de óleo em direção à câmara de combustão.
[0037] Mais especifica mente (figura 2), o elemento de vedação 12 é delimitado por duas seções anulares com formato de disco 16, 17 da extremidade axial, opostas uma à outra, por uma superfície radialmente interna 18, adaptada para cooperar em parte com a haste 8 e em parte com o elemento de guia 7 de modo a criar as vedações 14 e 15, e por uma superfície radialmente externa 19, adaptada para acoplar ao elemento de suporte 13 e a um colar anular elástico 20 de modo a pressionar a superfície radialmente interna 18 na haste 8.
[0038] A seção 16, nas condições de montagem, é voltada para a placa 10 e é atravessada pela haste 8; a seção 17, nas condições de montagem, é voltada para a câmara de combustão e é em contato com o elemento de guia 7 dentro do qual a haste 8 desliza.
[0039] A superfície radialmente interna 18 do elemento de vedação 12 compreende, em uma posição adjacente à seção 16, uma seção 21 de diâmetro mínimo, configurada para ser pressionada radialmente em uso pelo colar elástico 20 contra a haste 8, de modo a definir uma linha circunferencial de vedação do tipo dinâmico (vedação 14), que permite, graças ao acoplamento de forma deslizante à haste 8, o escoamento de um fluxo mínimo de óleo.
[0040] A superfície radialmente interna 18 do elemento de vedação 12 compreende ainda, em uma posição adjacente à seção 17, uma porção 22 aproximadamente cilíndrica, configurada para cooperar em contato com, e ser pressionada em uso radialmente pelo elemento de suporte 13 contra, o elemento de guia 7 de modo a definir uma área cilíndrica de vedação do tipo estático (vedação 15).
[0041] Vantajosamente (figuras 1, 2, 4 e 5), a porção 22 apresenta uma seção de superfície circunferencial 22a, neste caso ilustrada aproximadamente cilíndrica, e duas ou mais saliências discretas 22b, neste caso são ilustradas quatro, que se projetam em cantilever a partir da seção de superfície circunferencial 22a de modo a cooperar com o contato em uso com o elemento de guia 7, igualmente espaçados angularmente um do outro em torno do eixo A, anularmente alinhados um com o outro em uma posição axial predeterminada ao longo do eixo A e formando uma ondulação descontínua 22c da superfície radialmente interna 18.
[0042] Em particular, as saliências 22b são configuradas para engatar em uso uma ranhura anular 23 do elemento de guia 7 (figuras 1 e 4).
[0043] Conforme ilustrado em detalhes nas figuras 2 e 4, cada saliência 22b é angularmente separada da saliência adjacente 22b por uma lacuna vazia 22g. De preferência, cada saliência 22b apresenta uma extensão angular em relação ao eixo A maior do que a extensão angular da respectiva lacuna vazia 22g.
[0044] Conforme ilustrado em detalhes nas figuras 1, 2, 4 e 5, cada saliência 22b tem, na seção transversal com um plano que passa pelo eixo A, uma configuração em forma de V com um vértice arredondado definindo uma respectiva crista 22d da saliência 22b.
[0045] Mais especificamente, a crista 22d de cada saliência 22b tem, com referência ao eixo A, um diâmetro menor do que o diâmetro da seção de superfície circunferencial 22a.
[0046] Em adição, cada saliência 22b tem dois lados 22e, 22f dispostos em lados axialmente opostos em relação à crista 22d e convergindo um com o outro em direção à crista 22d (figuras 2, 4 e 5).
[0047] Conforme ilustrado nas figuras 2, 4 e 5, a porção 22 compreende ainda as primeira e segunda projeções anulares 24, 25 dispostas em lados axialmente opostos das saliências 22b e axialmente espaçadas pelas próprias saliências 22b.
[0048] A superfície radialmente interna 18 do elemento de vedação 12 compreende ainda, em posição interposta entre a seção 21 e a porção 22, uma porção adicional 26 que transporta em cantilever um lábio de vedação de gás 27 cooperando em uso com a haste 8 da válvula 2
[0049] O lábio 27 apresenta um formato substancialmente tronco-cônico do eixo A apresentando seção decrescente em uma direção oposta às forças de pressão geradas em uso pelos gases direcionados para a seção 21; neste caso ilustrado, o lábio 27 apresenta uma seção decrescente em direção à porção 22.
[0050] Conforme ilustrado nas figuras 1, 2 e 5, o lábio 27 é conectado à porção 26 da superfície radialmente interna 18 do elemento de vedação 12 em seu próprio lado apresentando uma seção maior. Tal conexão define uma espécie de dobradiça virtual entre o lábio 27 e a superfície radialmente interna 18 do elemento de vedação 12.
[0051] A superfície radialmente externa 19 do elemento de vedação 12 define, em uma posição axialmente interposta entre a seção 21 e a porção 26 da superfície radialmente interna 18, um recesso 28, cuja função será esclarecida a seguir; o recesso 28 divide a superfície radialmente externa 19 em uma porção 29 que aloja o colar elástico 20, se estendendo em direção à seção 16, e em uma porção alongada 30 que se estende em direção à seção 17 e adaptada para acoplar, juntamente com o recesso 28, ao elemento de suporte 13.
[0052] Sempre com referência às figuras 1, 2 e 5, o elemento de suporte 13 é preferencialmente feito de material metálico e é composto por uma bucha de um formato aproximadamente cilíndrico alongado em relação ao eixo A. Em particular, o elemento de suporte 13 coopera com a porção alongada 30 da superfície radialmente externa 19 do elemento de vedação 12 e compreende essencialmente:
- - uma primeira porção de extremidade anular em forma de disco 33, se estendendo em uma direção radial em relação ao eixo A e parcialmente embutida em uso no recesso 28 do elemento de vedação 12;
- - uma segunda porção de extremidade oposta 34, ligeiramente curvada em direção ao eixo A de modo a reter axialmente o elemento de vedação 12 na seção 17 deste último;
- - uma primeira porção cilíndrica 35 se estendendo em cantilever a partir de uma extremidade radialmente externa da porção de extremidade 33 em direção à porção de extremidade 34; e
- - uma segunda porção cilíndrica 36 se estendendo a partir da porção de extremidade 34, apresentando diâmetros externo e interno menores do que os diâmetros externo e interno da porção cilíndrica 35 e conectada a esta por meio de uma seção de conexão 37 apresentando um formato tronco-cônico.
[0053] Basicamente, o elemento de suporte 13 tem volumes radiais crescentes em relação ao eixo A prosseguindo de sua própria porção de extremidade 34 para, a seguir, curvar radialmente para dentro do recesso 28 do elemento de vedação 12 na porção de extremidade oposta 33.
[0054] Examinando as características da junta de vedação 1 fabricada de acordo com a presente invenção, são evidentes as vantagens que ela permite obter.
[0055] Em particular, na etapa de montagem da junta de vedação 1 no elemento de guia 7 da válvula 2 a partir do topo, as saliências 22b engatam na ranhura 23 do elemento de guia 7; graças à presença das lacunas vazias 22g entre as saliências 22b, o material elastomérico que compõe o elemento de vedação 12 pode relaxar durante a montagem, mitigando ou limitando o fenômeno de retorno elástico (spring-back) uma vez concluída a etapa de impulso axial na junta de vedação 1 de modo a causar a fixação deste último no elemento de guia 7 da válvula 2.
[0056] Desta forma, é possível dispor a junta de vedação 1 na posição pretendida no elemento de guia 7 da válvula 2 gerando uma maior retenção e maior estabilidade de funcionamento.
[0057] Finalmente, é evidente que modificações e variantes podem ser feitas na junta de vedação 1 aqui descrita e ilustrada, sem se afastar do escopo de proteção definido pelas reivindicações.
Claims (10)
- Junta de vedação (1) para uma válvula (2) de um motor a combustão interna (3); a dita válvula (2) compreendendo um elemento de guia (7) definindo uma sede passante (6), e uma haste (8) móvel de maneira deslizante na dita sede (6); a dita junta de vedação (1) apresentando um eixo central (A) e compreendendo:
- - um elemento de vedação elasticamente deformável (12), apresentando um formato anular em relação ao dito eixo (A) e adaptado para ser disposto externamente na dita válvula (2) para cooperar tanto com o dito elemento de guia (7) quanto com a dita haste (8 );e
- - um elemento de suporte (13) apresentando um formato anular em relação ao dito eixo (A), disposto coaxialmente em ao menos parte de dito elemento de vedação (12) de modo que este último seja pressionado radialmente entre o dito elemento de suporte (13) e a dita válvula (2);
- - sendo que o dito elemento de vedação (12) é delimitado por uma superfície radialmente externa (19), cooperando com contato ao menos em parte com o dito elemento de suporte (13) e por uma superfície radialmente interna (18) apresentando uma primeira porção (21), configurado para cooperar com o contato em uso com a dita haste (8) de modo a definir com a própria haste (8) uma vedação do tipo dinâmico (14) e uma segunda porção (22), configurada para ser pressionada em uso radialmente pelo dito suporte membro (13) contra o dito elemento de guia (7) de modo a definir uma vedação de tipo estático (15) com o próprio elemento de guia (7);
- - sendo que a dita segunda porção (22) apresenta uma seção de superfície circunferencial (22a) e uma pluralidade de saliências (22b), projetando-se em cantilever a partir de dita seção de superfície circunferencial (22a) para cooperar com o contato em uso com o dito elemento de guia (7);
- Junta de vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a dita seção de superfície circunferencial (22a) apresentar um formato aproximadamente cilíndrico.
- Junta de vedação, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por as ditas saliências (22b) serem igualmente espaçadas angularmente umas das outras.
- Junta de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por cada saliência (22b) apresentar, na seção transversal com um plano que passa pelo dito eixo (A), uma configuração em forma de V com um vértice arredondado definindo uma respectiva crista (22d) da própria saliência (22b).
- Junta de vedação, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por a crista (22d) de cada dita saliência (22b) apresentar, em relação ao dito eixo (A), um diâmetro menor que o diâmetro de dita seção de superfície circunferencial (22a).
- Junta de vedação, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizada por cada dita saliência (22b) apresentar dois lados (22e, 22f) dispostos em lados axialmente opostos em relação à dita crista (22d) e convergindo para a própria crista (22d).
- Junta de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por cada saliência (22b) ser angularmente separada da saliência adjacente (22b) por uma lacuna vazia (22g).
- Junta de vedação, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por cada saliência (22b) apresentar uma extensão angular em relação ao dito eixo (A) maior do que a extensão angular da lacuna vazia (22g) adjacente.
- Junta de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a dita segunda porção (22) compreender as primeira e segunda projeções anulares (24, 25) dispostas em lados axialmente opostos de ditas saliências (22b) e axialmente espaçadas pelas saliências (22b) das mesmas.
- Junta de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por as ditas saliências (22b) serem configuradas para engatar em uso uma ranhura anular (23) de dito elemento de guia (7).
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