CN113464561A - 密封组件 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于密封特别是脂润滑大型滚动轴承的脂润滑轴承的密封组件(1)以及包括这种密封组件(1)的轴承组件,所述密封组件(1)包括径向轴密封件(10),所述径向轴密封件(10)包括密封唇(14),所述密封唇(14)密封地抵接密封接触表面(4),所述密封接触表面(4)特别是轴的密封接触表面,并且所述密封唇(14)被构造为密封轴承内部(M)并防止脂从所述轴承排出,其中,所述密封组件(1)还包括脂流动调节元件(20),在安装状态下,所述脂流动调节元件(20)位于所述径向轴密封件(10)的面向所述轴承内部(M)的一侧,所述脂流动调节元件(20)被构造为调节至少一个密封唇上的脂压力。
Description
技术领域
本发明涉及用于密封脂润滑轴承(grease lubricated bearing)(特别是脂润滑大型滚动轴承(grease lubricated large rolling-element bearing))的密封组件以及包括这种密封组件的轴承组件。
背景技术
大型滚动轴承(例如,用于支撑风力涡轮机的主轴的大型滚动轴承)承受(/经受/遭受)高负载,这导致支撑轴的弯曲或运行不准确度(/运行误差)(running inaccuracy)。这样的运行不准确度或弯曲削弱(/损坏/影响)(impair)了径向密封唇的抵接能力(abutment ability),径向密封唇被构造为抵着支撑轴来密封轴承组件的轴承内部。由于运行不准确度,径向轴密封唇不能在圆周上均匀且牢固地抵着轴。由于密封角沿着圆周的持续变化导致密封困难,因此还应避免这种轴承的油润滑。因此,这种轴承组件通常利用脂(/油脂/润滑脂)(grease)来润滑。
然而,脂润滑剂的缺点是,与油润滑相比,由于散热较差而产生较高的摩擦热,这继而导致温度升高和热变形增加以及密封件磨损加速和整个***的能量效率降低。这种影响随着密封件直径的增大而增强。
另一个问题是,在脂润滑***中,脂通常粘附到密封件上,使得脂的交换受到设置在轴承上的润滑通道的限制。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种用于脂润滑轴承组件(grease lubricatedbearing)的密封组件,其使得在密封唇上进行脂交换和散热成为可能,从而延长(/增加)密封组件的使用寿命(/服务寿命)。
该目的通过根据方案1所述的密封组件以及根据方案11所述的轴承组件来实现。
在下文中,提出了一种用于密封特别是脂润滑大型滚动轴承的脂润滑轴承的密封组件,其中,密封组件包括主密封件,主密封件包括至少一个密封唇,所述至少一个密封唇在径向上密封地抵接密封接触表面,所述至少一个密封唇特别是在径向上密封地抵接轴,并且在下文中,不管精确的几何实施方式如何,主密封件都被称为径向轴密封件(radialshaft seal)。此外,主密封件或径向轴密封件被构造为密封轴承内部并防止脂(/油脂/润滑脂)(grease)从轴承排出。然而,另一方面,为了产生尽可能少的热量,有必要使一定比例的脂到达主密封件的至少一个密封唇,以对至少一个密封唇进行润滑,从而减小密封唇抵着密封接触表面的摩擦。
为了减小脂积聚(/脂堆积)(grease accumulation)对密封唇的压力并因此减小脂对密封唇的压力,并且同时为了确保密封唇上的脂交换,提出了在径向轴密封件的在安装情况下面向轴承内部的一侧配置所谓的脂流动调节元件(/脂流动调控元件)(greaseflow regulation element),脂流动调节元件被构造为调节至少一个密封唇处的脂压力和脂流动。
这里,如优选示例性实施方式所示,脂流动调节元件可以包括贯通开口(/贯通孔)(through-openings),贯通开口流体连接(/流体连通)(fluidically connect)形成在脂流动调节元件与主密封件之间的脂容纳空间(/脂接纳空间)(grease receiving space)。由此,可以减少或调节到脂容纳空间中的脂进入(grease entry)。在这种情况下,这种脂进入通过由于(将在下面更详细地论述的)轴的运行不准确度(/运行误差)(runninginaccuracy)导致的主密封件的密封唇的变形来控制,其中,密封唇的变形会扩大和减小脂容纳空间。脂容纳空间的这种扩大或减小导致(/产生)对脂容纳空间中的脂的泵送作用(/泵送效应),使得脂可以通过贯通开口被主动地抽吸(suction)到脂容纳空间中或者从脂容纳空间中被压出。
根据另一优选的示例性实施方式,脂流动调节元件还可以进一步被构造为是密封圈形状的,并且包括面对密封接触表面的唇元件。然而,与普通的密封圈或径向轴密封件相比,脂流动调节元件并且特别是唇元件的尺寸被设计成,使得在轴承组件的静止状态下,在密封接触表面与唇元件之间保持有环形间隙。由于该环形间隙,作为另一种选择或另外地,脂也可以从轴承内部来到径向轴密封唇上。与此同时,减少了到密封唇上的脂进入,从而可调节脂交换和流入。
这样的密封组件尤其在用于支撑风力涡轮机轴的大型滚动轴承中是有利的,在风力涡轮机中,轴承未根据水平定向的轴线安装,而是略微成角度(/倾斜)。因此,脂额外地被从轴承内部朝向轴承一侧的径向轴密封件推压。布置在轴承内部与径向轴密封件之间的脂流动调节元件可以有利地减小该脂压力,因此使得径向轴密封件可以以减小或不增加的抵接压力抵接主轴。
根据另一有利的示例性实施方式,环形间隙的尺寸被设计成,使得标称间隙尺寸小于密封接触表面的预期运行不准确度。由于要支撑的轴以及因此(形成)的密封接触表面由于负载而变形或者例如由于要承载的转子叶片的重量而略微错位(/不对准/不对齐),因此在操作(/工作/运行)(operation)期间,密封接触表面受到同心度的不准确度的影响。这种运行不准确度导致在操作期间环间隙的尺寸在圆周上变化。通过将环间隙的尺寸设计成小于运行不准确度,在唇元件与密封接触表面之间形成新月形(crescent-shaped)的间隙,并且使唇元件部分地接触密封接触表面。这种接触导致脂流动调节元件对润滑脂产生流体动力学影响,使得润滑脂开始运动,并且减少了脂在径向轴密封唇的区域中的积聚(/累积)(accumulation)。这里,脂可以通过这种流体动力学影响而被泵送回到轴承内部。相比之下,在接触点的另一侧产生的大间隙,允许(/使得)脂更容易地进入到径向轴密封件的密封唇上,从而可以产生和调节脂向径向轴密封件的供应和排出。
作为另一种选择或另外地,或者在运行不准确度非常小的情况下,脂流动调节元件可以布置在密封组件中,使得即使在静止状态下,环间隙也相对于密封接触表面具有在圆周上变化的间隙尺寸。这里,特别优选的是,即使在静止状态下,在安装情况下,在密封接触表面与唇元件之间也形成有新月形间隙。如上面所提到的,由此可以调节和控制轴承内部与径向轴密封圈之间的脂流动,使得即使在非常低的运行不准确度的情况下,也可以在径向轴密封件上提供降低的脂压力和足够的脂交换。
当然,适合于运行不准确度的间隙尺寸和偏移配置的组合也是可行的。
根据另一有利的示例性实施方式,脂流动调节元件被构造为是环形盘状的(annular-disc shaped)并且包括环形盘状承载件,唇元件附接到环形盘状承载件上。这里,环形盘状承载件和唇元件可以由相同的材料(特别是弹性体材料)或由不同的材料制成一件式或多件式。
环形盘状承载件又具有径向延伸部(extension)(宽度),如另一有利的示例性实施方式所示,径向延伸部在圆周上变化,使得依次在安装位置和/或在静止位置和/或在操作(/工作)(operation)中,脂流动调节元件的唇元件与接触表面之间形成有在圆周上变化的环形间隙。由此,期望的脂流动调节也可以单独实现,或者与适配的环间隙或错位的安装位置组合实现。
根据另一有利的示例性实施方式,脂流动调节元件的唇元件还包括面对密封接触表面的滑动表面,并且在该滑动表面上形成有至少一个脂输送结构(/脂运输结构),脂输送结构以与旋转方向相关的方式并且在与密封接触表面接触时,可以有利地将脂从径向轴密封件朝向轴承内部输送。这里,特别有利的是,当脂输送结构形成为多个脂输送槽和/或脂输送肋时,脂输送槽或脂输送肋被布置为在密封唇的圆周上等距地间隔开。这种脂输送结构可以增强脂流动调节元件的泵送作用,因此增加从形成在脂流动调节元件与径向轴密封件之间的脂容纳空间朝向轴承内部的脂输送。
这些脂输送结构是流体动力学辅助结构,其在与密封接触表面接触时被开启(/激活),并且因此产生与脂压力的法向相对的远离径向轴密封件作用的脂流动。因此,唇元件的不与密封接触表面接触的部分在轴的径向方向的方向上被脂穿透,同时另一侧(接触区域中)的脂被输送出脂容纳空间,使得产生由流量调节元件的密封接触表面的运行不准确度驱动的脂流动。该脂流动另外由因运行不准确度导致的径向轴密封唇的变形支持,径向轴密封唇的变形会扩大和减小脂容纳空间,这也会导致对脂调节流动元件与径向轴密封圈之间的脂容纳空间中的脂的泵送作用。
由此,特别可以实现,径向轴密封唇上的脂压力减小,而径向轴密封件不会干燥运行,导致增加产热。因此,脂流动调节元件不仅用作脂流动调节,而且同时对整个轴承组件具有冷却作用(/冷却效果)。此外,通过设置这种脂流动调节元件,由于冷却脂被引导到径向轴密封件上,因此热量可以从径向轴密封件散发。可以使用这种冷却作用,使得轴承可具有较高的运行速度或较长的使用寿命。
为了避免脂流动调节元件与径向轴密封件之间的脂容纳空间中的过度负压(underpressure)或过压(overpressure),或者为了确保足够的脂交换,在另一优选示例性实施方式中,可以在脂流动调节元件中使用至少一个将轴承内部与脂容纳空间彼此流体连接的上述贯通开口。多个这些贯通开口优选在脂流动调节元件的圆周上等间隔地分布。
根据另一有利的示例性实施方式,贯通开口布置在脂流动调节元件的环形盘状承载件中。
根据另一有利的示例性实施方式,径向轴密封件和脂流动调节元件布置在共同的密封承载件上并由共同的密封承载件支撑。由此,密封组件可以容易地配置在待密封的轴承上并被安装。
所描述的组件可以以相同的方式针对轴向密封接触表面和径向密封接触表面两者呈现(/实现),并且可以附接到固定轴承元件和旋转轴承元件两者。它们也可以与包括轴向滑动表面的主密封件组合。这里,主密封件的将唇压靠其相对表面(counter-surface)的机械实施方式可以利用环绕螺旋弹簧(“蜗杆弹簧”、“自紧弹簧(garter spring)”)和板簧元件(“指形弹簧(finger spring)”)来实现。
本发明的另一方面涉及一种轴承组件,特别是风力涡轮机的用于支撑主轴的大滚动轴承组件,其中,轴承组件还包括如上所述的密封组件。密封组件又朝向主轴密封轴承组件的轴承内部,其中,密封接触表面优选由主轴自身形成。这里,密封组件可以附接到外圈和内圈两者。
脂润滑的轴承组件是特别有利的。
在说明书、附图和权利要求书中列举了另外的优点和有利实施方式。这里,特别地,在说明书和附图中列举的特征的组合仅是示例性的,因此特征也可以单独存在或者以其他方式组合。
在下文中,将基于附图中描绘的示例性实施方式更详细地描述本发明。这里,示例性实施方式和示例性实施方式中所示的组合仅是示例性的,并不旨在限定本发明的范围。该范围仅由未决的权利要求限定。
附图说明
图1示出了通过优选示例性实施方式的密封组件的示意性截面图;
图2示出了图1中所示的密封组件的元件的截面图和平面图;以及
图3示出了图1的密封组件的进一步示意性截面图和平面图。
在下文中,相同元件或相同操作的元件由相同的附图标记表示。
1 密封组件
2 密封组件承载件
4 密封接触表面
5 轴
6 盖
10 径向轴密封件
12 径向轴密封件承载件
14 径向轴密封唇
16 密封边缘
18 自紧弹簧(/环状螺旋弹簧)(garter spring)
20 脂流动调节元件
22 承载件
24 唇元件
26 贯通开口
27 滑动表面
28 脂输送结构
30 环形间隙
32 脂积聚点
M 轴承内部
U 外部环境
F 脂容纳空间
R 运行不准确
S 间隙尺寸
具体实施方式
图1示意性地示出通过由密封承载件(seal carrier)2承载的密封组件1的截面图,密封承载件2布置在未描绘的轴承的外圈或座(/轴承座/壳体)(housing)中。当然,密封承载件也可以布置在轴承的内圈上,并且可以附接到旋转组件和固定组件两者。以下描述相应地适用于其他类似设计。
此外,密封组件1被构造为相对于外部空间U密封轴承内部M。此外,在图1中描绘了密封组件1抵接密封接触表面(/密封接触面)4滑动,在所描绘的示例性实施方式中,密封接触表面4由主轴5形成。朝向外侧U,密封组件1使用盖板(cover plate)6附接到密封承载件2。密封组件1通过盖板6在轴向上压入密封承载件2中。
从图1中还可以看出,密封组件1包括径向轴密封圈(radial shaft seal ring)10和脂流动调节元件(/脂流动调控元件)(grease flow regulation element)20,脂流动调节元件20也被构造为是密封圈形状的。径向轴密封件10是常规的径向轴密封件,其包括承载体(承载件主体)(carrier body)12和布置在承载体上的唇元件14,唇元件14包括与密封接触表面4接触的密封边缘16。为了进一步增大密封唇14的密封边缘16的接触压力,也如已知的,设置有将密封唇14压靠在密封接触表面4上的蜗杆弹簧(worm spring)(螺旋弹簧)或板簧(leaf spring)18。
除了如这里所描绘的轴向密封接触表面之外,用于主密封件的密封接触表面也可以以已知的方式在径向上呈现(/实施)。因此,主密封件10和脂流动调节元件20用的密封接触表面也可以具有不同的取向(/定向)。
脂流动调节元件20相应地包括环形盘状(disc shaped)承载件22,环形盘状承载件22包括布置在其上的唇元件24。脂流动调节元件20可以被构造为一件式或多件式,并且由一种或多种材料制成。脂流动调节元件20优选由弹性(/弹性体)或柔性材料制造。
在图2中详细描绘了脂流动调节元件20。这里,特别如在图2中可以看出的,除了唇元件24之外,脂流动调节元件还包括贯通开口(/贯通孔)(through-openings)26,贯通开口26将轴承内部M流体连接(/流体连通)(fluidically connect)到脂容纳空间F,脂容纳空间F形成在脂流动调节元件20与径向轴密封件10之间(参见图1)。如图2中进一步描绘的,在面对接触表面4的滑动表面27上,唇元件24包括呈横向槽(transverse groove)或肋(rib)形式的脂输送结构(/脂运输结构)28。这些脂输送结构28用作流体动力学辅助结构,以在轴承操作(/运行)并且唇元件24的滑动表面27与密封接触表面4接触时,将脂(/油脂/润滑脂)(grease)从脂容纳空间F转移到轴承内部M中。为此目的,图2中所描绘的示例性实施方式中的脂输送结构28被构造为在横向上延伸的结构,根据旋转方向,该结构以与阿基米德螺杆(/阿基米德螺钉)(Archimedes'screw)类似的方式将脂从脂容纳空间F朝向轴承内部M输送。
从图1中还可以看出,在静止状态下,密封元件24包括相对于密封接触表面4的环形间隙30,使得在静止位置并且优选在同心安装的情况下,因(环形间隙30)大到可能公差引起的偏差,唇元件不接触密封接触表面4。这里,环形间隙30的间隙尺寸S的优选设计成,使得轴或密封接触表面4的运行不准确度(/运行误差)(running inaccuracy)R(在图1中描绘为虚线)大于间隙尺寸S。由于间隙尺寸S小于运行不准确度R,因此可以确保唇元件24可以在圆周上部分地接触密封接触表面4。
在大滚动轴承中,运行不准确度通常由于大负载或者还由于要支撑的元件(例如,风力涡轮机的转子叶片)的重量而产生,所述大负载或要支撑的元件的重量导致轴承轴的弯曲或变形,继而导致运行不准确度。
如下面结合图3更详细地解释的,利用该运行不准确度R,从而可以将收集在脂容纳空间F中的动态脂(特别是收集在径向轴密封圈10的密封唇14前方的区域32中的动态脂)排出。
参照图3特别地解释脂流动调节元件20的功能。这里,在平面图中,图3示出了脂流动调节元件20,脂流动调节元件20包括在周向上分布的贯通开口26和绕着主轴5布置的唇元件。在大约12:00点钟的区域A中,唇元件24与密封接触表面4间隔开间隔(/间距)30,而在区域B中,唇元件24直接抵接密封接触表面4。因此,产生在所描绘的示例性实施方式中的上部区域中延伸的新月形的(crescent-shaped)环形间隙30。
这也在局部图A和局部图B中示出了,其中,在局部图A中,脂流动调节元件20的唇元件24与密封接触表面4间隔开一间隙,而在图B中,唇元件24接触密封接触表面4。
此外,在局部图A和局部图B中借助于箭头示出了脂运动。在图A中描绘的情况下,唇元件24与密封表面4不接触,径向轴密封圈10的密封唇14在法向抵接力(normalabutment force)作用下仍抵接密封表面4应用。在这种情况下,脂可以从轴承内部M转移到脂容纳空间F中,以将脂提供到径向轴密封元件10上,从而减小摩擦。这里,由于有限的流通选项26(贯通开口)或30(环形间隙),脂流动调节元件20已经减少了可能收集在密封唇14上的区域32中的润滑剂的量,并且一方面可以通过剪切流抬升主唇;另一方面其也可以负载由将会增大摩擦的质量(/块)积聚导致的额外压力。在这方面,确保了密封唇14相对于密封表面4的最佳密封接触,同时使密封唇14的可能磨损最小。
然而,为了使过多的脂不流入脂接纳区域F中,在图3中描绘的区域B中,提供了其中脂流动调节元件20的密封唇24与密封接触表面4接触的情况。这通常是由于沿着轴5的运行不准确度而产生的,沿着轴5的运行不准确度是由于例如因要支撑的大负载引起的轴5的弯曲而导致的。在图B所描述的示例中,唇元件24通过其滑动表面27直接抵接密封接触表面4。使用脂输送结构28,于是脂可以主动地从脂容纳空间F朝向轴承内部M输送或抽吸(suction)或泵送。同时,径向轴密封圈10的密封唇14也更强烈地压到密封接触表面4上,使得脂容纳空间F整体减小。为了不会因此而增加进入到脂容纳空间F中的脂压力,可以进一步使脂经由贯通开口26流入到轴承内部M中。
经由运行不准确度或者还经由脂流动调节元件20的相应安装层或设计,因此实现了在圆周上产生至少两个区域A、B,其中,在第一区域(参见局部图A)中,脂被供应到径向轴密封件10,而在区域B(参见局部图B)中,脂从脂容纳空间F排出并且远离径向轴密封件朝向轴承内部M排出。一方面,由此可以确保径向轴圈10的密封唇14上的均匀脂压力,并且可以确保实现脂交换。同时,这防止形成可能会导致结块(clumping)的收集之前的脂所处的脂积聚点。这继而可以防止热量增加和摩擦增大。此外,由于脂流动调节元件20的泵送作用,脂可以保持运动并铺开(rolled out),使得脂的润滑能力的整体性能显著提高。
如以上所提到的,间隙30可以通过轴的运行不准确度来实现;然而,也可以相应地几何地(geometrically)适配脂流动调节元件20自身。例如,这可以通过安装期间的轻微(/略微)错位来实现;然而,脂流动调节元件20的盘状承载件22也可以在圆周上具有不同的径向宽度。
此外,当脂流动调节元件(20)中的贯通开口(26)完全呈现允许脂从滚动元件的区域进入到位于主密封件(10)的密封唇(14)前方的脂容纳空间(F)中的功能时,脂流动调节元件(20)也可以在没有所描述的环间隙(30)的情况下操作。
总之,使用所提出的脂流动调节元件,一方面可以总体上减小径向轴密封圈的密封唇上的脂压力,并且另一方面实现了主动脂流动效应(influencing),其使得径向轴密封圈的区域中的脂被更换。这又使得延长了使用寿命和去除了热量,从而可以实现整个***的减少的密封件磨损和减少的能量需求。
Claims (11)
1.一种用于密封脂润滑轴承的密封组件(1),所述轴承特别是脂润滑大型滚动轴承,所述密封组件(1)包括主密封件,所述主密封件特别是径向轴密封件(10),所述主密封件包括至少一个密封唇(14),所述至少一个密封唇(14)密封地抵接径向或轴向密封接触表面(4),所述至少一个密封唇(14)特别是密封地抵接轴(5),并且所述至少一个密封唇(14)被构造为密封轴承内部(4)并防止脂从所述轴承排出,其特征在于,所述密封组件(1)还包括脂流动调节元件(20),在安装状态下,所述脂流动调节元件(20)位于所述主密封件(10)的面向所述轴承内部(M)的一侧,所述脂流动调节元件(20)被构造为调节所述至少一个密封唇上的脂压力。
2.根据权利要求1所述的密封组件(1),其特征在于,在所述主密封件(10)与所述脂流动调节元件(20)之间形成有脂容纳空间(F),脂能够被容纳在该脂容纳空间(F)中,以用于润滑所述轴承并用于减小所述主密封件(10)抵着所述密封接触表面(4)的摩擦,并且,所述脂流动调节元件(20)还包括至少一个贯通开口(26)、优选的是包括在周向上均匀分布的多个贯通开口(26),通过所述贯通开口(26),脂能够被引入到所述脂容纳空间(F)中。
3.根据权利要求1或2所述的密封组件,其特征在于,所述脂流动调节元件(20)被构造为是密封圈形状的,并且具有面对密封接触表面(4)的唇元件(24),所述唇元件(24)的尺寸被设计成使得在静止状态下在密封接触表面(4)与唇元件(24)之间保持有环形间隙(30),其中,所述主密封件的密封接触表面和所述脂流动调节元件的密封接触表面优选由共同的密封接触表面(4)形成。
4.根据权利要求3所述的密封组件(1),其特征在于,所述环形间隙(30)的尺寸被设计成使得标称间隙尺寸(S)小于所述密封接触表面(4)的预期运行不准确度。
5.根据权利要求3或4所述的密封组件(1),其特征在于,所述脂流动调节元件(20)布置在所述密封组件(1)中,使得所述环形间隙(30)相对于所述密封接触表面(4)具有在圆周上变化的间隙尺寸(S)。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的密封组件(1),其特征在于,在安装位置、在所述静止状态下和/或在所述轴承的操作中,在密封接触表面(4)与唇元件(24)之间形成有月牙形的环形间隙(30)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的密封组件(1),其特征在于,所述脂流动调节元件(20)是环形盘状的,并且包括承载件(22)和布置在所述承载件(22)上的所述唇元件(24),其中,承载件(22)和唇元件(24)优选形成为一件式。
8.根据权利要求7所述的密封组件(1),其特征在于,所述脂流动调节元件(20)的承载件(22)的径向宽度在所述圆周上变化,使得在所述安装状态下,在密封接触表面(4)与所述脂流动调节元件(20)的唇元件(24)之间形成有在所述圆周上变化的环形间隙(30)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的密封组件(1),其特征在于,所述唇元件(24)包括面对所述密封接触表面(4)的滑动表面(27),并且所述滑动表面(27)包括至少一个脂输送结构(28),其中,所述脂输送结构(28)优选以与旋转方向有关的方式将脂输送远离所述径向轴密封件(10)。
10.根据权利要求9所述的密封组件(1),其特征在于,所述脂输送结构(28)是一个或多个脂输送槽和/或脂输送肋,所述一个或多个脂输送槽和/或脂输送肋优选被布置为均匀地分布在所述圆周上。
11.一种轴承组件,所述轴承组件特别是风力涡轮机的用于支撑所述风力涡轮机的主轴(5)的大型滚动轴承组件,其中,所述轴承组件还包括根据前述权利要求中任一项所述的密封组件(1),所述密封组件(1)朝向所述主轴(5)密封所述轴承组件的轴承内部(M),其中,所述密封接触表面(4)优选由所述主轴(5)形成。
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