DE1214961B - Steuereinrichtung fuer doppeltwirkende Hydraulikzylinder mit Mitteln zur Verhinderung von Hohlsog - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

214 961 Int. Cl.:

F16k

Deutsche Kl.: 47 g-29

Nummer: 1214961

Aktenzeichen: H 41639 XII/47 g

Anmeldetag: 3. Februar 1961

Auslegetag: 21. April 1966

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für doppeltwirkende Hydraulikzylinder, welche zur Hohlsogverhinderung in einem zum aufzufüllenden Zylinderraum führenden Abzweig des Rückflußkanals ein in Richtung auf den aufzufüllenden Zylinderraum öffnendes, in Schließrichtung vorgespanntes Rückschlagventil enthält.

Bei einer bekannten Steuereinrichtung dieser Art gibt das Rückschlagventil die Möglichkeit, das vom sich leerenden Zylinderraum abfließende Druckmittel zusammen mit der Pumpenförderung dem aufzufüllenden Zylinderraum zuzuführen. Der Nachteil dieser Anordnung liegt darin, daß das Rückschlagventil nicht genügend schnell anspricht, so daß die vermehrte Bereitstellung von Druckmittel für den aufzufüllenden Zylinderraum oft gerade dann zu spät kommt, wenn plötzlich eine sehr große Neigung zur Hohlsogbildung entsteht.

Das Ziel der Erfindung ist eine verbesserte schnellere Hohlsogverhinderung und die Schaffung einer Verbindung zwischen den beiden Zylinderräumen, bevor in dem aufzufüllenden Zylinderraum ein Hohlsog entsteht.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Rückschlagventil in Schließrichtung so vorzuspannen, daß es vom normalen Rückflußdruck vor dem Auftreten von Hohlsog nicht geöffnet werden kann und den Abfluß aus dem Rückflußkanal mit einer an sich bekannten Drosselstelle zu beschränken, um bei Gefahr einer Hohlsogbildung durch schnellen Druckanstieg im Rückflußkanal ein schnelles Öffnen des Rückschlagventils zu bewirken.

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung gibt die Möglichkeit, den Kolben beliebig schnell im Zylinder zu bewegen, ohne daß ein Hohlsog entstehen kann, weil der Druckmittelaustausch zwischen den beiden Zylinderräumen unbehindert ist.

Bei den bisher bekanntgewordenen Einrichtungen zur Hohlsogverhinderung hat man, sofern Drosseln verwendet wurden, diese so angeordnet, daß sie den Abfluß aus dem sich leerenden Zylinderraum beschränkten. Hierdurch ergab sich zwangläufig eine Verminderung der Arbeitsgeschwindigkeit des Hydraulikzylinders. Auch dieser Nachteil ist bei der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung ausgeschaltet.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Ansprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Frontladers, bei

Steuereinrichtung für doppeltwirkende
Hydraulikzylinder mit Mitteln zur Verhinderung von Hohlsog

Anmelder:

Hydraulic Unit Specialties Company,

Waukesha, Wis. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. W. Schöning, Patentanwalt,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 31

dem die erfindungsgemäße Steuereinrichtung Verwendung findet,

F i g. 2 ein Schema des hydraulischen Systems,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch die Steuereinrichtung in Neutralstellung,

F i g. 4 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie IV-IV der Fig. 3,

as F i g. 4 a in verkleinertem Maßstab einen Schnitt gemäß der SchnittlinieIVa-IVa der Fig. 3,

F i g. 5 einen der F i g. 3 entsprechenden Schnitt, F i g. 6 einen der F i g. 3 entsprechenden Schnitt einer abgewandelten Ausführungsform,

F i g. 7 eine schematische Seitenansicht eines Kippfahrzeuges mit einer Steuereinrichtung nach der Erfindung.

Der generell mit 10 bezeichnete Frontlader besteht aus einem Chassis 11 mit zwei Vorderrädern 12 und zwei Hinterrädern 13. Über den Hinterrädern des Frontladers befindet sich innerhalb des Gehäuses 14 eine Antriebsmaschine.

Zum Ausleger 15 des Frontladers gehören zwei Arme, die sich an den beiden Seiten des Frontladers gegenüberliegen. Die hinteren Enden der Arme sind bei 16 schwenkbar am Chassis gelagert. An dem vorderen Ende der beiden Arme ist eine Schaufel 17 bei 18 schwenkbar angelenkt, um zwischen einer Schaufelstellung und einer Entladestellung hin und her gekippt zu werden.

Zwischen dem vorderen Ende der Hubanne und der Schaufel ist ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder 20 angeordnet, um die Schaufel um den Schwenkpunkt 18 von der Schaufelstellung in die Entladestellung zu kippen. Mit Hilfe von zwei doppeltwirkenden Hydraulikzylindern 21 können die Hubarme zwischen den zwei in F i g. 1 dargestellten

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Stellungen abgehoben und abgesenkt werden. Das 56 verbindet. Der Speisekanal 55 steht mit dem mittuntere Ende des Zylinders ist bei 22 mit dem Chassis leren Teil 57 eines U-f örmigen Überbrückungskanals und die Kolbenstange 23 bei 24 mit dem benachbar- 58 über eine mit einem Rückschlagventil 60 verten Hubarm schwenkbar verbunden. sehene Öffnung 59 in Verbindung. Der U-förmige

Wenn man dem oder den Hydraulikzylindern am 5 Überbrückungskanal 58 kann als Endteil des Speiseunteren Ende über den Anschluß 25 Druckmittel zu- kanals angesehen, werden." Seine beiden Arme 61 führt, wird die Kolbenstange 23 ausgefahren, um und 62 führen zu den Druckkammern 47 und 48 den Hubarm nach oben zu drücken und bezüglich und enden dort.

der F i g. 1 entgegengesetzt zur Uhrzeigerrichtung zu In der Neutral- oder Haltestellung des Schieber-

verschwenken. Während des Ausfahrens der Kolben- i° kolbens 34 versperren die Schieberbunde 63 und 64 stange 23 wird am Anschluß 26 am oberen Ende des an entgegengesetzten Seiten der Ringnut 46 die VerZylinders Druckmittel abgegeben und zum Vorrats- bindung zwischen den Druckkammern 47 und 48 und behälter 27 zurückgeleitet. den ihnen benachbarten Verbraucherkammern 49

Zum hydraulischen System gehört eine Pumpe 28, und 51. Wenn der Schieberkolben nach rechts in die die von der Antriebsmaschine des Frontladers ange- 15 »Hub«-Stellung verschoben wird, tritt der Schiebertrieben wird, und eine Steuereinrichtung 29. Der bund 63 in den Bohrungsteil 42 ein und versperrt die Pumpeneinlaß 31 wird ständig über die Speiseleitung Verbindung zwischen den beiden Armen des Quer-32 aus dem Druckmittelbehälter 27 versorgt. kanals 39 und ermöglicht gleichzeitig eine Verbin-

Die in Fig. 3, 4 und 5 dargestellte Steuereinrich- dung zwischen der Druckkammer 47 und derbenachtung 29 besitzt normalerweise zwei identische Schie- 20 barten Verbraucherkammer 49. Das Druckmittel, berkolben 34, von denen der eine für den Schaufel- welches am Einlaß 40 zugeführt wird, öffnet in dem zylinder 20 und der andere für den Hubzylinder 21 Speisekanal 55 entgegen der Vorspannung einer vorgesehen ist. Zur Vereinfachung ist nur der Schie- Feder 65 das Rückschlagventil 60. Nun strömt das berkolben 34 für den Hubzylinder dargestellt. Druckmittel über den linken Arm 61 des Überbrük-

Die Steuereinrichtung, die normalerweise im Füh- 25 kungskanals 58, die Druckkammer 47, die Bohrung rerstand35 angeordnet ist, besteht aus einem Ge- 37, die Verbraucherkammer 49, den Anschluß 50 häuse 36 mit einer Bohrung 37, in welcher der und die Leitung 53 zum Zylinderanschluß 25 des Schieberkolben 34 verschieblich gelagert ist. Die Zylinders 21. Hierdurch wird die Kolbenstange 23 Bohrung 37 wird von einem Querkanal 39 geschnit- des Zylinders ausgefahren und der Ausleger um ten, dessen eines Ende mit einer aus dem Gehäuse 30 einen gewünschten Winkel nach oben verschwenkt, herausführenden Einlaßöffnung 40 und dessen ent- Die Hubarme können, beispielsweise um den

gegengesetztes Ende mit einem ebenfalls aus dem Frontlader in eine Abwurfstellung neben ein Kipp-Gehäuse herausführenden Rücklauf 41 verbunden fahrzeug od. dgl. zu bringen, in jeder beliebigen anist. Der Querkanal hat zwei Arme, welche die Boh- gehobenen Stellung gehalten werden, indem man den rung 37 an benachbarten, jedoch axial auseinander- 35 Schieberkolben 34 in die in F i g. 3 und 4 dargestellte liegenden Stellen schneiden und miteinander über Neutralstellung zurückführt. Das Abwerfen der von einen kurzen Abschnitt 42 der Bohrung 37 in Ver- der Schaufel getragenen Last, die sich an dem angebindung stehen. Eine Leitung 43 verbindet den Pum- hobenen Arm befindet, wird durch Ausfahren der penauslaß 30 mit dem Einlaß 40 des Gehäuses 36. Kolbenstange des Schaufelkippzylinders 20 bewirkt, Eine weitere Leitung 44 verbindet den Rücklaufanr 40 indem man ein zugehöriges Steuerventil entsprechend schluß 41 des Gehäuses mit dem Vorratsbehälter 27. betätigt. Hierdurch wird die Schaufel um ihren

Der Schieberkolben 34 ist mit einer mittleren Um- Schwenkpunkt an den Hubarmen in Uhrzeigerrichfangsnut 46 versehen, die in der neutralen oder tung gekippt.

»Halte«-Stellung gemäß F i g. 3 und 4 den Abschnitt Nachdem auf diese Weise die Schaufel entladen

42 der Bohrung 37 überbrückt und somit eine unbe- 45 worden ist, kann wieder in die Normalstellung zuschränkte Verbindung zwischen den Armen des rückgeführt werden, indem man das zur Betätigung Querkanals sicherstellt, so daß das gesamte bei 40 des Zylinders 20 vorgesehene Ventil in die andere in das Gehäuse eintretende Druckmittel zum Rück- Arbeitsstellung bringt. Während sich die Hubarme laufanschluß 41 fließt und zum Vorratsbehälter zu- noch in angehobener Stellung befinden, fährt die Berückkehrt. 50 dienungsperson gewöhnlich den Frontlader zur

An axial gegenüberliegenden Seiten des Quer- Schaufelstelle zurück. Hier werden die Hubarme abkanals 39 ist die Bohrung 37 zu Druckkammern 47 gesenkt, um die Schaufel für den nächsten Schaufel- und 48 erweitert. Die Druckkammer 47 befindet sich Vorgang auf Bodenniveau einzustellen,
mittig zwischen dem Querkanal und einer Ver- Das Absenken der Hubarme wird dadurch be-

braucherkammer 49, welche mit dem »Hub«-An- 55 wirkt, daß man den Schieberkolben 34 aus der Neuschluß 50 in Verbindung steht. Die andere Druck- tralstellung nach links in eine »Senk«-Stellung führt, kammer 48 ist mittig zwischen dem Querkanal und die in der F i g. 5 zu sehen ist. In dieser Stellung vereiner weiteren Verbraucherkammer 51 der Bohrung sperrt der Schieberbund 64 den Querkanal 39 und angeordnet, welche mit dem »Senk«-Anschluß 52 in verbindet die Druckkammer 48 mit der benachbarten Verbindung steht. Eine Leitung 53 verbindet den 60 Verbraucherkammer 51. In diesem Zustand wird die »Hub«-Anschluß 50 mit dem Zylinderanschluß 25 Pumpe über den Einlaß 40, den Speisekanal 55, das am unteren Ende des Hubzylinders 21. Eine Leitung dann öffnende Rückschlagventil 60, den Arm 62 54 verbindet, den »Senk«-Anschluß 52 mit dem Zy- des Überbrückungskanals, die Druckkammer 48, linderanschluß 26 am oberen Ende des Hubzylinders. die Bohrung 37, die Verbraucherkammer 51, den

Mit dem Einlaß 40 steht ferner ein Speisekanal 55 65 »Senk«-Anschlüß 52, die Leitung 54 und den Zylinin Verbindung, der, wie die F i g. 4 und 4 a zeigen, deranschluß 26 mit dem oberen Ende des Hubzylinden rechts gelegenen Arm des Querkanals 39 mit ders 21 verbunden. Das auf diese Weise dem Zylineiner mit dem Einlaß 40 verbundenen Einlaßkammer der zugeführte Druckmittel übt eine Rückstellkraft

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aus und verschwenkt die Hubarme entgegengesetzt Wenn der Schieberkolben 34 in »Senk«-Richtung

zur Uhrzeigerrichtung, d.h. in absenkender Richtung. verschoben wird, greift an der Kolbenstange des Wie bei allen Frontladern dieser Art wirkt die Hubzylinders anfänglich eine hydraulische Kraft an, Schwerkraft auf die schweren Hubarme und die von durch die die Hubarme nach unten in Bewegung ge~ ihnen getragene Schaufel ein und unterstützt das 5 setzt werden. Ferner greift die Schwerkraft an den Absenken der Hubarme wesentlich. Hubarmen so stark an, daß die Arme schneller ab-

Immer wenn der Schieberkolben 34 von der Neu- sinken, als das Druckmittel über den Anschluß 26 tralstellung in eine der beschriebenen Arbeitsstellun- und die Steuereinrichtung 29 von der Pumpe nachgen verschoben wird, strömt das Druckmittel zu geliefert werden kann. Infolgedessen könnte in der einem Ende des Zylinders, während am anderen io oberen Zylinderkammer ein Hohlraum entstehen.
Zylinderende das Druckmittel über den Rücklauf Das federbelastete Rückschlagventil 78 verbindet zum Vorratsbehälter zurückkehrt. Dann ist das Ge- jedoch beim Senken bei Hohlsoggefahr den Anschluß häuse 36 mit Rücklaufkammern 66 und 67 versehen, 25 des Zylinders über die Steuereinrichtung mit dem welche mit den Verbraucherkammern 49 und 51 ver- Anschluß 26, so daß ein ausreichender Teil des am bindbar sind, wenn man den Schieberkolben 34 in 15 unteren Ende des Zylinders austretenden Druck' seine Arbeitsstellungen verschiebt. Die Rücklauf- mittels zum oberen Ende zurückgeleitet wird und kammer 66 liegt außen neben der Verbraucherkam- dort den Zufluß des von der Pumpe gelieferten Druckmer 49 und die andere Rücklaufkammer 67 außen mittels vermehrt. Somit können die Hubarme unbeneben der Verbraucherkammer 51. hindert von der beschränkten Kapazität der Pumpe

Die Verbindung zwischen den Rücklauf- und den 2° abgesenkt werden, so daß die kürzest mögliche Bezugehörigen Verbraucherkammern wird mit Schie- tätigungszeit für den Hubzylinder erreicht wird.
berbunden68 und 69 gesteuert, welche in der Neu- Dazu gehört, daß das vom Hubzylinder abgegebene

tralstellung die Verbindung zwischen beiden Ver- Druckmittel nicht mehr unbeschränkt von der Rückbraucherkammern und ihren Rücklaufkammern ver- laufkammer 66 zum Vorratsbehälter zurückkehren sperren. ²5 kann. Es ist jetzt nur noch ein beschränkter Abfluß

Wenn der Schieberkolben nach rechts verschoben durch die enge Bohrung 71 des Stopfens 72 zum wird, um die Hubarme anzuheben, öffnet der Schie- Rücklaufanschluß 41 möglich, so daß der Druck in berbund 69 am rechten Ende die Verbindung zwi- der Rücklaufkammer 66 während der Senkbewegung sehen der Verbraucherkammer 51 und der Rücklauf- der Hubarme schnell, und zwar proportional zur kammer 67, so daß das am oberen Ende des Hub- 3° Senkgeschwindigkeit ansteigt. Dieser Druck öffnet Zylinders 21 abgegebene Druckmittel über die Lei- das Rückschlagventil 78 und stellt über die Vertung 54, den »Senk«-Anschluß 52 und die Ver- braucherkammer 51 einen Rücklaufkanal zwischen braucherkammer 51 zu der Rücklaufkammer 67 ge- der Rücklaufkammer 66 und den »SenkÄ-Anschlüslangen kann. Das Druckmittel verläßt das Gehäuse sen her. Nun können die Hubarme so schnell über einen Rücklaufanschluß 70, der mit dem Vor- 35 wie möglich gesenkt werden, ohne daß in der oberen ratsbehälter 27 in Verbindung steht. In ähnlicher Kammer des Hubzylinders ein Hohlraum entsteht, Weise wird, wenn der Schieberkolben 34 nach links weil immer das Rückschlagventil 78 durch einen zuin die »Senk«-Stellung verschoben wird, die Druck- vor festgelegten Druck den »Hub«-Anschluß 25 mit kammer 48 mit der benachbarten Verbraucherkam- dem »Senk«-Anschluß 26 des Zylinders verbindet, mer 51 verbunden und eine Verbindung zwischen der 40 Die Größe der Verengung 71 in dem Stopfen 72 Verbraucherkammer 49 und der Rücklaufkammer 66 bestimmt die Geschwindigkeit, mit der das Druckhergestellt, so daß das aus dem Zylinder am Anschluß mittel von der Rücklauf kammer 66 zum Vorrats-25 austretende Druckmittel über den »Hub«-An- behälter abgegeben werden kann und bestimmt damit Schluß 50 und die Verbraucherkammer 49 zur Rück- auch die Größe des zum Öffnen des Rückschlaglaufkammer 66 fließen kann. Diese steht mit dem 45 ventils 78 verfügbaren Gegendrucks. Die Verengung Rücklaufanschluß 41 über die enge Bohrung 71 eines 71 ist so bemessen, daß ein schneller Druckanstieg Stopfens 72 in Verbindung, welcher in einen Wand- auf einen zuvor festgelegten, zum Öffnen des Rückteil 73 eingesetzt ist. schlagventils 78 ausreichenden Wert entsteht, sobald

Die Rücklaufkammer 66 führt um den Wandteil die Schwerkraft die Hubarme schneller absenken will 73 herum und ist mit einem Arm 74 versehen, der 5° als die Hydraulik.

zur Druckkammer 48 zeigt, aber nicht mit dieser in Die Steuereinrichtung 29 ist mit einem Überdruck-

Verbindung steht. Der Arm 74 liegt unmittelbar ventil 82 versehen, welches durch die Einlaßkammer neben einem nach unten ragenden Ansatz 75 der 56 hindurchragt und ein Verschlußstück 83 enthält, Verbraucherkammer 51. Der Arm 74 verbindet die das mit einer Feder 84 einen Uberdruckkanal 85 ge-Verbraucherkammer 51 mit einer kurzen Bohrung 55 schlossen hält. Dieser ist mit der Einlaßkammer 56 76, die an der vom Arm 74 abgelegenen Seite einen über eine Reihe von Öffnungen 87 verbunden. Das Ventilsitz 77 enthält. In einem etwas erweiterten, Hinterende des Überdruckkanals, welches normalernach außen ragenden Teil 79 der Bohrung 76 ist ein weise vom Überdruckventilkörper 83 verschlossen ist, Rückschlagventil 78 verschieblich gelagert, welches führt zu einer weiteren Kammer mit einer Rücklaufmit einer Feder 80 nach innen gegen den Ventilsitz ^6o öffnung 86. Diese steht in irgendeiner Weise mit dem

77 gedrückt wird, um die Verbindung zwischen den Vorratsbehälter in Verbindung.

Kammern 51 und 66 abzusperren. Der Ansatz 75 Bei der Steuereinrichtung 29' der F i g. 6 ist der in

bildet mit der Bohrung 76 zusammen einen Rück- den Wandteil 73 eingeschraubte Stopfen 72' nicht

laufkanal, der normalerweise vom Rückschlagventil durchbrochen, doch ist in einem anderen Wandteil

78 geschlossen gehalten wird. Da das innere Ende ⁶5 eine kleine Öffnung 88 vorgesehen, die eine bedes Rückschlagventils 78 dem Arm 74 der Rücklauf- schränkte Verbindung zwischen der Rücklaufkammer kammer 66 zugewandt ist, kann es ständig auf den 66 und der Kammer mit der Rücldauföffnung 86 herdortigen Druck ansprechen. stellt.

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann bei einem Kippfahrzeug angewandt werden, wie es beispielsweise in F i g. 7 dargestellt ist. Dieses hat eine Kippmulde 90, die um einen am hinteren, unteren Ende angebrachten Lagerzapf en 91 von einer horizontalen Transportstellung, die in vollen Linien angegeben ist, um mehr als 90° in eine angehobene Kippstellung verschwenkt werden kann, die in gestrichelten Linien eingezeichnet ist. Während des Hauptteiles der Hubbewegung widersetzt sich die Kippmulde 90 einer Auszugsbewegung der Kolbenstange 23' des Hydraulikzylinders 21'. Die Kippmulde 90 widersetzt sich aber einer solchen Auszugsbewegung nicht mehr, wenn sie über eine Vertikalstellung hinaus zur Entladestellung verschwenkt wird, wie sie in Fig. 7 in gestrichelten Linien angedeutet ist.

Nachdem die Last aus der Mulde abgeworfen worden ist, kann die Mulde nicht allein durch Schwerkraft in die Transportstellung zurückgebracht werden. Es muß vielmehr am oberen Ende des Zylinders 21' Druckmittel zugeführt werden, so daß eine anfängliche Rückkehrbewegung durch Einzug der Kolbenstange bewirkt wird. Die Mulde muß daher auf hydraulischem Wege mindestens bis über die Vertikallage hinaus zurückbewegt werden, bevor die Schwerkraft zur Einwirkung kommen und das Absenken des Laderaumes beschleunigen kann.

Sobald die Schwerkraft auf die Bewegung der Mulde einwirkt, senkt sich diese schneller ab, als das Druckmittel am oberen Ende des Zylinders von der Pumpe zugeführt werden kann. Das Absenken der Mulde würde dann entweder durch die beschränkte Leistung der Pumpe behindert, oder aber es würde am oberen Ende des Zylinders Hohlsog entstehen. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung verhindert jedoch auch hier während der Abwärtsbewegung der Kippmulde jeden Hohlsog am oberen Ende des Zylinders.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   ίο Steuereinrichtung für doppeltwirkende Hydraulikzylinder, welche zur Hohlsogverhinderung in einem zum aufzufüllenden Zylinderraum führenden Abzweig des Rückflußkanals ein in Richtung auf den aufzufüllenden Zylinderraum öffnendes, in Schließrichtung vorgespanntes Rückschlagventil enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (77, 78) in Schließrichtung so vorgespannt ist, daß es vom normalen Rückflußdruck vor dem Auftreten von Hohlsog

   ao nicht geöffnet werden kann und daß der Abfluß aus dem Rückflußkanal (66, 86) mit einer an sich bekannten Drosselstelle (71, 72, 88) beschränkt ist, um bei Gefahr einer Hohlsogbildung durch schnellen Druckanstieg im Rückflußkanal ein schnelles Öffnen des Rückschlagventils zu bewirken.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 672643;
   deutsche Auslegeschrift Nr. 1 066 828;

   USA.-Patentschriften Nr. 2 267 284, 2 610 022,
   049, 2916050, 2949947, 2954011.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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