DE10223927B4 - Verkleidung für eine Pumpe in einem Schrägradgetriebe - Google Patents

Verkleidung für eine Pumpe in einem Schrägradgetriebe Download PDF

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Abstract

Verkleidung für eine Pumpe in einem Schrägradgetriebe, welches zumindest ein schrägverzahntes erstes Zahnrad (16) sowie ein schrägverzahntes zweites Zahnrad (18) aufweist, wobei die Verkleidung (24) aufweist:
– ein Paar von Seitenwänden (26, 28), die zumindest teilweise Zahnzwischenräume des ersten Zahnrades (16) beidseitig überdecken,
– eine gekrümmte Sumpfwand (32), die zwischen den Seitenwänden (26, 28) angeordnet ist und deren Krümmung im Wesentlichen dem äußeren Umfang des ersten und des zweiten Zahnrades (16, 18) entspricht,
– einen Sumpfkanal (38), der zwischen der Verkleidung (24) und dem Außenradpaar ausgebildet ist und der allgemein kegelstumpfförmige Form aufweist und
– eine Auslassöffnung (46), die mit dem Sumpfkanal (38) kommuniziert, in einer der Seitenwände (26, 28) angeordnet ist und sich in Nähe eines distalen Endes (40) der Sumpfwand (32) befindet, die so positioniert ist, dass der Eingriffsbereich der Zahnräder (16, 18) des Außenradpaares mit dem Sumpfkanal (38) kommuniziert und ein Bereich mit...

Description

  • Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Verbesserung der Schmierung in einem Schrägradgetriebe.
  • Zahnradpumpen sind allgemein bekannt. Das Zahnradpumpenkonzept ist auch bereits dazu verwendet worden, Zahnräder eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges unter Schmierung zu halten, hierzu wird auf US 3,601,515 verwiesen. Ein unteres Zahnrad taucht in einen Sumpf mit Schmiermittel ein. Wenn die Zahnräder sich drehen, wird Schmiermittel zwischen den Zahnradzähnen und einem halbzylindrischen Element eingeschlossen. Das Schmiermittel wird zur Schmierung des Lagers eines oberen Zahnrades genutzt.
  • Aus US 3,601,515 ist es bekannt, einige der Zahnräder eines Getriebes dazu zu nutzen, Fluid zu einer anderen Stelle als den Lagern der Zahnräder der Zahnradpumpe zu pumpen. Hierzu ist ein Paar von Stirnrädern mit einem Kanalelement versehen. Zwischen diesem und den Zähnen eines der Zahnräder wird Schmiermittel eingeschlossen. Im Eingriffsbereich der Zähne der beiden Stirnräder ist eine Auslassöffnung vorgesehen, von der das Schmiermittel zu einem anderen Zahnradpaar geleitet wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schrägradgetriebe dahingehend weiterzubilden, dass ihm die Funktion eines Zahnrad-Pumpmechanismus hinzugefügt wird und die Pumpströmung in eine Richtung parallel zur Drehachse der schrägverzahnten Zahnräder geleitet wird.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. In dieser Zeichnung zeigen:
  • 1: eine perspektivische Ansicht eines Getriebes, im Folgenden Kraftabgreifeinheit genannt, zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung,
  • 2: eine perspektivische Ansicht eines Satzes von Schrägrädern zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung,
  • 3: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Verkleidung,
  • 4: eine perspektivische Ansicht der Verkleidung von 3,
  • 5 eine perspektivische Ansicht der Schrägräder von 2, an denen eine Ausführungsform der Verkleidung gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht ist,
  • 6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6 der Schrägräder und der Verkleidung von 3,
  • 7 eine perspektivische Ansicht der Schräger und der Verkleidung von 3, angebracht an der Kraftabgreifeinheit von 1, wobei die Abdeckung entfernt ist, und
  • 8 ein Flussdiagramm der durchzuführenden Schritte
  • In 1 und 2 ist eine Kraftabgreifeinheit 10 zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung gezeigt. 1 zeigt die Kraftabgreifeinheit 10 bei über einer Kammer 14 angeordneter Abdeckung 12. Zwischen der Abdeckung 12 und der Kammer 14 ist bevorzugt eine Dichtung vorgesehen, um ein abgedichtetes Gehäuse zu bilden. Dieses abgedichtete Gehäuse erlaubt es, dass das Innere der Kraftabgreifeinheit 10 ein Fluidbad (in 1 nicht gezeigt) enthält. Das Fluid kann ein beliebiges, an sich bekanntes Fluid sein, das für den Einsatz in einem Antriebszugsystem oder einem anderen Fahrzeugsystem genutzt werden kann. Als Beispiel ist Schmiermittel oder Kühlfluid zu nennen.
  • Die Kraftabgreifeinheit 10 enthält bevorzugt ein erstes Schrägrad 16 und ein zweites Schrägrad 18. Die ersten 16 und zweiten 18 Schrägräder sind in 2 der Klarheit wegen außerhalb der Kraftabgreifeinheit 10 gezeigt. Die Zähne 20 der ersten 16 und zweiten 18 Schrägräder kämmen bevorzugt miteinander in einem Bereich 22 zwischen den ersten 16 und zweiten 18 Schrägrädern.
  • In der bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Verkleidung vorgesehen, um das Fluid zwischen den Zähnen 20 des ersten Schrägrads 16 zu halten. Die bevorzugte Ausführungsform der Verkleidung 24 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 3 und 4 gezeigt. Ein Paar von allgemein parallelen ringförmigen Seitenwänden 26, 28 sind dazu ausgelegt, sich zumindest teilweise über den oberen Stegen 30 der Zahnradzähne 20 des ersten Schrägrads 16 zu erstrecken. Eine gekrümmte Sumpfwand 32 ist bevorzugt zwischen den zwei Seitenwänden 26, 28 gebildet. Die Sumpfwand 32 besitzt bevorzugt allgemeine Kreisform, so dass sie im Wesentlichen mit dem Außenumfang bzw. dem äußersten Umfang des ersten Schrägrads 16 übereinstimmt. Wenn die Verkleidung 24 über dem Außenumfang des ersten Schrägrads 16 positioniert ist, berühren die oberen Stege 30 des ersten Schrägrads 16 bevorzugt nahezu die gekrümmte Sumpfwand 32 der Verkleidung 24. Die bevorzugte Distanz zwischen den oberen Stegen 30 der Zahnradzähne 20 und der gekrümmten Sumpfwand 32 stellt die kleinstmögliche Distanz im Hinblick auf Anordnungstoleranzen des ersten Schrägrads 16 und der gekrümmten Sumpfwand 32 dar, so dass zwischen den Zahnradzähnen 20 und der gekrümmten Sumpfwand 32 kein direkter Kontakt vorliegt. Ein beispielhafter Wert ist 0,4 mm; dieser Wert kann jedoch abhängig von dem Systembedarf eingestellt werden. Die Verkleidung 24 weist bevorzugt eine Bogenlänge auf, die die gesamte Distanz von dem Fluidbad 58, das in der Kammer gebildet ist, zu dem Kämmbereich 22 der Schrägräder 16, 18 abdeckt, bevorzugt etwa ein Viertel bis die Hälfte des Umfangs des ersten Schrägrads 16. Die Beziehung zwischen dem Fluidbad 58 und der Verkleidung 24 ist in 7 gezeigt.
  • Die Verkleidung 24 weist bevorzugt einen Befestigungssteg 34 zum Anbringen der Verkleidung 24 an der Kammer 14 der Kraft abgreifeinheit 10 auf. Der Steg 34 kann eine beliebige, an sich bekannte Form aufweisen und die Verkleidung 24 kann in anderer Weise an der Kraftabgreifeinheit 10 angebracht sein. Beispielsweise können Löcher 36 in dem Steg 34 für Schrauben oder Nieten vorgesehen oder die Verkleidung 24 kann durch Klebstoff angebracht sein. Die Verkleidung 24 kann auch derart geformt sein, dass dann, wenn die Kraftabgreifeinheit 10 oder ein anderer Antriebszugmechanismus abgedichtet wird, die Verkleidung 24 ausschließlich durch die Wände der Kammer 14 und die Abdeckung 12 in Position gehalten ist. Die Verkleidung 24 kann auch als Teil der Abdeckung 12 oder der Kammer 14 integral gebildet sein.
  • Die Verkleidung 24 enthält bevorzugt einen länglichen Sumpfkanal 38, der benachbart zu dem distalen Ende 40 der Sumpfwand 32 festgelegt ist. Das distale Ende 40 der Sumpfwand 32 ist als das Ende der Sumpfwand 32 festgelegt, das am weitesten entfernt von dem Bereich 42 liegt, in dem das Schmiermittel zwischen den Zähnen 20 des ersten Schrägrads 16 und der Sumpfwand 32 eingeschlossen wird. Der Sumpfkanal 38 weist bevorzugt eine allgemein bogenförmige Querschnittsform auf und er erstreckt sich auswärts ausgehend von der Krümmung der Sumpfwand 32, um einen Bereich zu bilden, in dem Fluid angesammelt werden kann, bevor es aus der Verkleidung 24 herausgepumpt wird. Der Sumpfkanal 38 verläuft außerdem bevorzugt benachbart zu einer Außenseite 44, die so geformt ist, dass sie allgemein dem Außenumfang bzw. dem äußersten Umfang des zweiten Schrägrads 18 entspricht. Eine Fluidauslassöffnung 46 ist bevorzugt in einer Seitenwand 28 der Verkleidung 24 gebildet. Die Fluidauslassöffnung 46 ist bevorzugt kreisförmig, um mit der Form des Sumpfkanals 38 übereinzustimmen. Die Fluidauslassöffnung 46 fluchtet bevorzugt im Wesentlichen mit der Längsrichtung des Sumpfkanals 38, so dass sie in Fluid kommunikation mit dem Sumpfkanal 38 steht. Diese Ausrichtung erlaubt es, dass Fluid, das sich in dem Sumpfkanal 38 angesammelt hat, im Sumpfkanal 38 durch die Fluidauslassöffnung 46 vorliegt.
  • Der Sumpfkanal 38 verläuft bevorzugt derart verjüngt, dass er einen allgemein kegelstumpfförmigen Querschnitt bildet, der sich in Richtung auf die Fluidauslassöffnung 46 erweitert. An einem ersten Ende 48 des Sumpfkanals 38 ist der Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Fluidauslassöffnung 46. Der Sumpfkanal 38 verläuft allmählich sich verjüngend auswärts auf einen Durchmesser an seinem zweiten Ende 50, der bevorzugt geringfügig größer als der Durchmesser der Fluidauslassöffnung 46 ist. Dieser verjüngte Verlauf führt zusätzlich zu einer Erhöhung des Wirkungsgrads des Mechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung durch Vervollständigen der Neigung der Schrägrädr 16, 18, die Fluidströmung in Richtung auf die Fluidauslassöffnung 46 zu treiben.
  • In 57 ist die bevorzugte Positionierung der Verkleidung 24 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Kraftabgreifeinheit 10 gezeigt. Die Verkleidung 24 ist bevorzugt um das erste Schrägrad 16 positioniert, bei dem es sich bevorzugt um das untere Zahnrad der Kraftabgreifeinheit 10 handelt. Die oberen Stege 30 der Zahnradzähne 20 des ersten Schrägrads 16 liegen bevorzugt nahe benachbart zu, jedoch außer Kontakt mit der Sumpfwand 32, wie in der Querschnittsansicht von 6 gezeigt. Die oberen Stege 30 des zweiten Schrägrads 18 befinden sich bevorzugt unmittelbar benachbart zu, jedoch außer Kontakt mit der Außenseite 44 des Sumpfkanals 38. Die Drehung der Zahnräder 16, 18 ist durch Pfeile 54, 56 gezeigt und der Bereich 22, in dem die ersten 16 und zweiten 18 Schrägräder miteinander kämmen, ist bevorzugt un mittelbar hinter dem Sumpfkanal 38 in Drehrichtung angeordnet. Ein Fluidbad 58 ist bevorzugt in der Kammer 14 derart angeordnet, dass das erste Schrägrad 16 zumindest teilweise eingetaucht ist. Das Fluidbad 58 ist bevorzugt derart positioniert, dass die Zähne 20 des ersten Schrägrads 16 das Fluid zwischen den Zähnen 20 und der Verkleidung 24 bei Drehung der Zahnräder 16, 18 einschließen können.
  • Die Arbeitsweise der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr erläutert. Die Verkleidung 24 gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt, wenn sie auf den ersten 16 und zweiten 18 Schrägrädern positioniert ist, wie vorstehend erläutert, eine Zahnradpumpe unter Verwendung der Zahnräder 16, 18 einer Standardkraftabgreifeinheit 10 oder eines anderen Antriebszug-Sammelgetriebes. Das erste Schrägrad 16 ist zumindest teilweise in ein Fluidbad 58 eingetaucht und die Zähne 20 des ersten Schrägrads 16 schaufeln Fluid zwischen den Zähnen 20 hinauf. Das erste Schrägrad 16 dreht sich weiterhin in die Verkleidung 24 hinein und das Fluid wird zwischen den Zähnen 20, den Seitenwänden 26, 28 und der Sumpfwand 32 der Verkleidung 24 eingeschlossen. Bei fortgesetzter Drehung des ersten Schrägrads 16 gelangt das Fluid in den Bereich 22, in dem das erste Schrägrad 16 mit dem zweiten Schrägrad 18 kämmt. Wenn die Zahnräder 16, 18 miteinander kämmen, wird ein hoher Fluiddruck erzeugt. Auf Grund der Krümmung der Schrägräderzähne 20 zwingt dieser Fluidhochdruckbereich das zwischen den Zahnrädern 20 eingeschlossene Fluid in den Sumpfkanal 38 in einer Richtung zur Fluidauslassöffnung 46. Die verjüngte Form des Sumpfkanals 38 erhöht außerdem die Strömung des Fluids in Richtung auf die Fluidauslassöffnung 46. Der Bereich mit erhöhtem Druck veranlasst das Fluid dazu, aus der Fluidauslassöffnung 46 hinaus gezwungen zu werden, wo es durch einen Kanal oder ein Rohr (nicht gezeigt) zu einem beliebigen anderen Fahrzeugsystem übertragen wird, wo das Fluid benötigt wird.
  • In dieser Weise können die im Fahrzeug bereits vorliegenden Sammelgetriebe dazu genutzt werden, Fluid zu pumpen. Es besteht kein Bedarf an zusätzlichen Pumpenaufbauten oder einer größeren Bauform, die zusätzlich für die Bauteile bzw. Bestandteile vorgesehen ist. Die Fluidauslassöffnung 46 erstreckt sich axial ausgehend von den Zahnräder 16, 18 der Kraftabgreifeinheit 10, wodurch in Richtung der Fluidströmung aus der Kraftabgreifeinheit 10 heraus mehr Flexibilität möglich ist. Die Richtung der Kombination mit der Krümmung der Schrägradzähne 20 verbessert außerdem den Pumpwirkungsgrad. Es besteht keine Notwendigkeit dafür, einen verlängerten Fluidauslass zum Austragen des Fluids aus der Kammer 14 an einer Seitenwand 60 der Kammer 14 zu installieren. Das Positionieren der Fluidauslassöffnung 46 erlaubt außerdem ein besseres bzw. dichteres Zusammenpassen zwischen der Verkleidung 24 und den Zähnen 20 des zweiten Schrägrads 18 auf der Außenseite 44 der Verkleidung 24. Dieses dichte Zusammenpassen erzeugt ein effizienteres Pumpsystem, weil weniger Fluid aus der Verkleidung 24 in anderen Bereichen als der Fluidauslassöffnung 46 austreten kann.
  • Der erste Schritt im Flussdiagramm von 8 besteht darin, eine Verkleidung 24 mit einem Paar von Seitenwänden 26, 28 und einer Außenwand 32 bereit zu stellen, die im Wesentlichen dem äußersten Umfang bzw. dem Außenumfang eines ersten Zahnrads 16 des Antriebszugmechanismus entspricht, wie etwa der vorstehend erläuterten Kraftabgreifeinheit 10. Ein Sumpfkanal 38 allgemein zylindrischer Form ist bevorzugt in der Außenwand 32 der Verkleidung 24 festgelegt und der Sumpfkanal 38 verläuft kegelförmig bzw. verjüngt auf einen durchmessergrößeren Querschnitt in Richtung auf eine Fluidauslassöffnung 46, die in einer Seitenwand 28 festgelegt ist. Der Sumpfkanal 38 weist bevorzugt eine Außenseite 44 auf, die im Wesentlichen mit dem Außenumfang des zweiten Zahnrads 18 übereinstimmt. Die Verkleidung 24 ist bevorzugt an bzw. über den Schrägrädern 16, 18 derart angebracht, dass der Bereich 22, in dem die Zahnräder 16, 18 miteinander kämmen, in der Nähe der Fluidauslassöffnung 46 zu liegen kommt. Eines der Schrägräder 16 ist zumindest teilweise in ein Fluidbad 58 eingetaucht und die Zahnräder 16, 18 werden gedreht. Die Drehung der Zahnräder 16, 18 schließt Fluid zwischen den Zähnen 20 des ersten Schrägrads 16 und den Seitenwänden 26, 28 und der Außenwand 32 der Verkleidung 24 ein. Wenn das eingeschlossene Fluid sich zu dem Bereich 22 dreht, in dem die Zahnräder 16, 18 miteinander kämmen, wird ein Hochdruckbereich in dem Fluid erzeugt und das Fluid wird in den Sumpfkanal 38 und aus der Verkleidung 24 durch die Fluidauslassöffnung 46 hinaus gezwungen. Die Fluidauslassöffnung 46 leitet bevorzugt das Fluid zu dem anderen Fahrzeugsystem über Kanäle oder Rohre (nicht gezeigt), die mit der Fluidauslassöffnung 46 fluidmäßig verbunden sind.
  • Die vorliegende Erfindung bietet zahlreiche Vorteile. Die Verkleidung 24 kann so geformt sein, dass sie der Größe eines beliebigen Zahnrads in dem Antriebszug eines Fahrzeugs entspricht. Die Verkleidung 24 ist im Wesentlichen klein, so dass ihr zusätzliches Bereitstellen eine Vorrichtung bezüglich ihres Platzbedarfs oder Gewichts nicht deutlich vergrößert und keinen Zusatz irgendwelcher weiteren Teile erfordert. Es besteht außerdem kein Bedarf mehr an zusätzlichen anderen Zahnradpumpenmechanismen zum Pumpen von Fluid um das Antriebszugsystem, da mit diesem Mechanismus vorhandene Sammelgetriebe verwendet werden. Dies führt zu einem verringerten Platzbedarf und einem verringerten Gewicht. Die verjüngte Form des Sumpfkanals 38 erhöht den Wirkungsgrad der Pumpe sowie ihre Pumpkraft. Die Kombination von Schrägrädern 16, 18 mit der verjüngten Form des Sumpfkanals 38 treibt das Fluid in axialer Richtung an, was besonders von Vorteil ist bezüglich der Bereitstellung der Schmierung für weitere Teile des Fahrzeugs.
  • Es wird bemerkt, dass an den erläuterten Ausführungsformen der Erfindung zahlreiche Abwandlungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von deren Umfang abzuweichen, der in den Ansprüchen festgelegt ist. Demnach kann beispielsweise ein Schrägrad beliebiger Größe verwendet werden und die Verkleidung 24 kann bezüglich ihrer Form an andere Größen angepasst werden. Die Verjüngung in dem Sumpfkanal 38 kann vergrößert oder verkleinert werden abhängig von der gewünschten Pumpkraft. Der Sumpfkanal 38 kann als getrennte Komponente gebildet werden anstatt in der Sumpfwand 32 festgelegt zu werden. Die Fluidauslassöffnung 46 kann eine beliebige Form abhängig von dem Kanal aufweisen, mit dem sie betriebsmäßig verbunden ist. Die Verkleidung 24 kann in einem beliebigen Sammelgetriebe verwendet werden, wie etwa einer vorstehend erläuterten Kraftabgreifeinheit 10 oder anderen Antriebszugmechanismen, wie etwa ein Getriebe, und sie kann zur Verwendung mit einem oder zwei Schrägrädern gleichzeitig ausgelegt werden. Der erfindungsgemäße Mechanismus kann verwendet werden, um eine beliebige Art eines Fluids zu pumpen und er kann das Fluid an eine beliebige Stelle eines Fahrzeugs pumpen.

Claims (10)

  1. Verkleidung für eine Pumpe in einem Schrägradgetriebe, welches zumindest ein schrägverzahntes erstes Zahnrad (16) sowie ein schrägverzahntes zweites Zahnrad (18) aufweist, wobei die Verkleidung (24) aufweist: – ein Paar von Seitenwänden (26, 28), die zumindest teilweise Zahnzwischenräume des ersten Zahnrades (16) beidseitig überdecken, – eine gekrümmte Sumpfwand (32), die zwischen den Seitenwänden (26, 28) angeordnet ist und deren Krümmung im Wesentlichen dem äußeren Umfang des ersten und des zweiten Zahnrades (16, 18) entspricht, – einen Sumpfkanal (38), der zwischen der Verkleidung (24) und dem Außenradpaar ausgebildet ist und der allgemein kegelstumpfförmige Form aufweist und – eine Auslassöffnung (46), die mit dem Sumpfkanal (38) kommuniziert, in einer der Seitenwände (26, 28) angeordnet ist und sich in Nähe eines distalen Endes (40) der Sumpfwand (32) befindet, die so positioniert ist, dass der Eingriffsbereich der Zahnräder (16, 18) des Außenradpaares mit dem Sumpfkanal (38) kommuniziert und ein Bereich mit hohem Druck vorliegt, wenn die Zahnräder (16, 18) sich drehen.
  2. Verkleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sumpfkanal (38) eine Außenwand aufweist, die dem Außenumfang des zweiten Zahnrades (18) entspricht.
  3. Verkleidung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (26, 28) parallel verlaufen.
  4. Verkleidung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (26, 28) Ringform aufweisen.
  5. Verkleidung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sumpfkanal (38) einen Querschnitt hat, der sich in Richtung auf die Fluidauslassöffnung (46) verringert.
  6. Verkleidung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidauslassöffnung (46) sich im Bereich hohen Fluiddrucks des Fluids befindet, und dass die Fluidauslassöffnung (46) kreisförmig ist.
  7. Verkleidung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnrad (16) und das zweite Zahnrad (18) in einem abgedichteten Gehäuse angeordnet sind.
  8. Verkleidung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnrad (18) zumindest teilweise in ein Fluidbad (58) eingetaucht ist.
  9. Verkleidung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkleidung (24) die Zähne (20) des ersten Zahnrades (18) ausgehend von einem Bereich, der sich im Fluidbad (58) befindet, bis hin zu einem Bereich abdeckt, in dem die Zähne (20) des ersten Zahnrades (16) und des zweiten Zahnrades (18) im Eingriff sind.
  10. Verkleidung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (46) mit einem Kanal verbunden ist, der das Fluid zu einem anderen Fahrzeugsystem leitet.
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