DE2800880B2 - Drahtdrucker - Google Patents
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Description
50
Die Erfindung betrifft einen Drahtdrucker mit Druckdrähten, die sich von den Betätigungselementen
zur Druckstelle erstrecken und über ihre Länge durch Führungsglieder und teilweise jeweils in einer Hülse
geführt sind.
Auf dem Gebiet der Schnelldrucker, welche insbesondere in elektronischen Datenverarbeitungssystemen
verwendet werden, hat der Draht-Matrixdruckkopf eine ω immer größere Bedeutung erhalten. Mit einem solchen
Druckkopf können Buchstaben, Ziffern und Symbole durch eine Folge von Punkten gedruckt werden, welche
jeweils durch den Aufschlag der Enden mehrerer Drahtdruckelemente auf einen Aufzeichnungsträger, f>s
üblicherweise unter Zuhilfenahme eines Farbbandes, erzeugt werden.
Ein bei solchen Draht-Matrixdruckköpfen auftretendes Problem besteht darin, daß es häufig zu Ermüdungsbrüchen der Druckdrähte und der für das Zurückführen
dieser Druckdrähte in die Ausgangsstellung benötigten Federn kommt. Diese Brüche sind eine Folge des
Durchbiegens und Schwingens der Druckdrähte infolge der hohen Kräfte, die benötigt werden, um die Drähte
innerhalb eines relativ kurzen Abstandes auf den zu bedruckenden Aufzeichnungsträger bzw. das diesem
zugeordnete Farbband zu schlagen. Um die Gefahr solcher Brüche zu vermindern oder zu eliminieren,
wurden in einigen bekannten Druckern (vgl. z. B. DE-OS
22 53 470) die einzelnen Druckdrähte in Röhrchen oder in Schraubenfedern geführt, weiche mit dem Druckerrahmen
fest verbunden waren. Infolge der zwischen den Druckdrähten und den Röhrchen auftretenden Reibung
kam bei solchen Druckern die auf die Druckdrähte ausgeübte Antriebskraft nicht voll zur Wirkung. Diese
Schwierigkeiten habers wiederum zu weiteren konstruktiven Änderungen der Drucker geführt, die darin
bestanden, eine Schmierung der Druckdrähte innerhalb der Röhrchen vorzunehmen, was zu einer Kostensteigerung
und Komplizierung der Anordnung führte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Drucker der eingangs genannten Art das Auftreten von
Querbewegungen und Schwingungen der Druckelementc und damit die Gefahr von Ermüdungsbrüchen auf
einfache Weise zu beseitigen, ohne daß unerwünschte Nebenerscheinungen auftreten.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 definierte Erfindung gelöst. Weitere zweckmäßige
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei den nur mit freisitzenden Hüllen umgebenen Drähten ist die impulsweise bewegte Masse kleiner als
bei durchgehender Umhüllung. Auch tritt bei den freisitzenden Hüllen eine verzögerte Mitnahme der
Hülle auf, die den Anschlag nicht abbremst.
Mit der in den Patentansprüchen und in der Beschreibung verwendeten Aussagen, daß die Hülsen
auf den Druckelementen »frei sitzen«, ist gemeint, daß die Hülsen als lose Passung auf den Druckelementen
angeordnet sind und sich sowohl in axialer als auch in radialer Richtung in bezug auf die Druckelemente frei
bewegen können.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Druckvorrichtung bestehen darin, daß die Dämpfungsmittel für
die Druckelemente billig sind, und zwar sowohl im Hinblick auf die Teile als auch im Hinblick auf die
gesamte Anordnung und daß die Druckvorrichtung eine hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer besitzt.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel desselben anhand
von Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt
Fig. 1 eine Schnittansicht längs der Linie 1-1 der F i g. 2 eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Druckkopfes;
Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 der Fig. 1;
Fig.3 eine teilweise weggebrochene Ansicht des
Rahmens des langgestreckten Druckelements und des Dämpfungsmittels des Druckkopfes; und
Fig.4 eine vergrößerte Ansicht des in Fig.3
dargestellten Rahmens von unten, aus welcher das Druckende des Druckkopfes ersichtlich ist.
Insbesondere unter Bezugnahme auf die F i g. 1 und 2 wird im folgenden ein Draht-Matrixdruckkopf 10 im
einzelnen beschrieben. Ein Rahmen 12 ist vorgesehen, um mehrere langgestreckte Druckdrähte 14 zu halten,
28 OO
von denen der Einfachheit halber und zur Erhaltung der Übersichtlichkeit der Zeichnung nur zwei dargestellt
sind. Jeder Druckdraht ist an seinem die Bewegungsbzw. Aufschlagenergie aufnehmenden Ende mit einer
Kappe 16 versehen, die aus Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material bestehen kann und dazu
dient, die die Antriebskraft aufnehmende Fläche zu vergrößern. Jedem Druckdraht 14 ist iixner eine Feder
18 zugeordnet, die an einem oberen Ende, d. h. zwischen der Kappe 16 und dem Rahmen 12, angeordnet ist
(Fig. 1 und 3) und dazu dient, den Druckdraht 14 nachgiebig in Aufwärtsrichtung vorzuspannen. Bei
einem der beiden Druckdrähte 14 in F i g. 1 ist die Feder 18 weggelassen, um eine deutlichere Darstellung der
Kappe 16 zu ermöglichen.
Der Rahmen 12 besteht aus drei Seitenwänden 20,22 und 24, einem Druckende-Führungsglied 26, zwei
Zwischenführungsgliedern 28 und 30, welche in Nuten der Seitenwände 20 und 22 angeordnet sind, und einem
oberen Führunsglied 32 welches mit den Seitenwänden 20, 22 und 24 des Rahmens eine Einheit bildet. Die
Führungsglieder 26, 28, 30 und 32 zwingen die verschiedenen Druckdrähte 14 in eine vorgegebene
Bahn, um sie von einer zirkulären Anordnung am oberen Ende in eine lineare Anordnung am unteren
Ende überzuführen. Diese Überführung wird dadurch erreicht, daß jeder Druckdraht 14 durch ein separates
Loch 34 in dem oberen Führungsglied durch ähnliche Löcher in den Führungsgliedern 30 und 28 und
schließlich in eine definierte Position innerhalb eines jo
Lagerteiles 36 am Druckende-Führungsglied 26 (siehe auch F i g. 4) geführt wird. Das Lagerteil 36 besteht :-;us
einem Material mit hoher Abriebfestigkeit, niedrigem Reibungskoeffizienten und niedrigem Wärmedehnungskoeffizienten.
y->
Zwei Befestigungsflansche 38 und 40 erstrecken sich seitwärts von den oberen Enden der Seitenwände 20
und 22. Oberhalb der Flansche 38 und 40 weist der Rahmen 12 einen kreisförmigen Querschnitt auf und
wird durch das obere Führungsglied 32, welches ebenfalls kreisförmig ist, abgeschlossen. Ein mit einer
Bohrung versehener Bolzen 42 erstreckt sich von dem Führungsglied 32 nach oben und dient in einer später
noch näher beschriebenen Weise zur Befestigung der Betätigungsmittel für die Druckdrähte 14 an dem
Rahmen 12.
Wie aus F i g. 1 und 2 ersichtlich, ist eine Platte 44 mit einer zentrisch angeordneten öffnung 46 versehen und
ist mittels geeigneter Verbindungselemente 48, wie beispielsweise Schrauben, mit den Flanschen 38 und 40 ,0
des Rahmens 12 verbunden. Der Teil des Rahmens 12 mit kreisförmigem Querschnitt erstreckt sich durch die
öffnung 46 hindurch. In der Platte 44 sind mehrere, bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel neun, öffnungen vorgesehen, um eine entsprechende Anzahl von
Betätigungselementen für die Druckdrähte K befestigen zu können.
Eine Spule 52, ein Kern 54, ein L-förmiges äußeres Polstück 56 und ein Anker 58 bilden jeweils das
elektromagnetische Betätigungselement für jeden Druckdraht. Mittels einer Anker-Abstandsscheibe 59
wird ein Luftspalt zwischen den Ankern 58 und den Polen der Kerne 54 geschaffen, um eine schnellere
Freigabe der Anker zu erreichen. In dem horizontalen Schenkel des L-förmigen Polstückes 56 ist eine Bohrung (,5
60 vorgei'ehen, um das untere Ende des Kerns 54 in Preßpassung aufzunehmen.
Mittels einer Schraube 64 und einer Unterlagsscheibe 66 ist ein Halteelement 62 mit dem Bolzen 42 des
Rahmens 12 verbunden. Das Verbindungselement 62 weist einen kreisförmigen zentrischen Teil 68 auf,
welcher in seiner Bodenfläche eine ringförmige Nut enthält. In dieser Nut 70 liegt ein Ring 72 mit
kreisförmigem Querschnitt, welcher als Stoßdämpfer und zur Bildung einer Bezugsfläche für die Kappe 16 der
gegen das Ende des Ankers 58 schlagenden Drucknadel 14 dient. An dem kreisförmigen zentralen Teil 68 des
Verbindungselementes 62 sind neun sich sternförmig nach außen erstreckende Arme 74 ausgebildet. Jeder
dieser Arme 74 ist mit einer ersten und einer zweiten Ankerhaltevorrichtung 76 bzw. 78 versehen. Das eine
Ende jedes Ankers 58 wird jeweils von der Haltevorrichtung 76 aufgenommen und gehalten, während das
andere Ende jedes Ankers von der Haltevorrichtung 78 gefübrt wird. In dem in F i g. 1 dargestellten zusammengebauten
Zustand der Vorrichtung drücken die Arme 74 des Halteelementes 62 auf die nach außen gerichteten
überstehenden Enden der Anker, wodurch deren nach innen gerichtete mit dem Druckdraht zusammenarbeitende
Enden um einen jeweils durch die Außenkante der Polstücke 56 gebildeten Drehpunkt nach oben in Anlage
mit dem Ring 72 gedreht werden. Die den Druckdrähten 14 zugeordneten Kappen 16 werden mit diesen Enden
der Anker 58 mit Hilfe der Kraft der Federn 18 in Anlage gehalten.
Das gemeinsame Verbindungselement 62 hat bezüglich des Zusammenbaus und des Betriebs des Druckkopfes
10 eine Reihe von Funktionen zu erfüllen, nämlich das Fixieren der Anker 58 in der richtigen Lage in bezug
auf die übrigen Elemente der Vorrichtung, Ausüben einer Kraft auf die Anker, um diese vorzuspannen,
Vorsehen von Mitteln zum Einstellen des Luftspaltes zwischen den Ankern 58 und entsprechenden Polen der
Spulenkerne 54, Bilden einer Bezugsfläche für die Anker 58 und die Druckdrahtkappen 16, um sicherzustellen,
daß alle betätigten Druckdrähte 14 während eines Druckzyklus annähernd gleichzeitig auf den Aufzeichnungsträger
aufschlagen, und Absorbieren von Energie bei der Zurückbewegung der Anker 58 und Druckdrähte
14 nach der Betätigung mit Hilfe des Ringes 72 mit kreisförmigem Querschnitt.
Die Erzeugung von Zeichen, wie Ziffern, Buchstaben oder Symbolen mittels des Druckkopfes erfolgt durch
eine Folge von Druckzyklen. Die Bildung eines gewünschten Zeichens auf dem Aufzeichnungsträger
erfolgt durch selektive Betätigung einer vorbestimmten Kombination von Druckdrähten 14 durch Erregen der
entsprechenden Spulen 52 während jedes Druckzyklus, wonach der Druckkopf in bezug auf den Aufzeichnungsträger
um eine Rasterbreite des Zeichenmosaiks weiterbewegt wird, wonach der nächste Druckzyklus
durchgeführt werden kann.
Wenn eine Spule 52 erregt wird, dann wird ein Magnetfluß erzeugt, welcher bewirkt, daß der Anker 58
nach unten in Kontakt mit dem Pol des Spulenkerns 54 gezogen wird. Durch die Bewegung des Ankers 58 wird
Energie auf den Druckdraht 14 übertragen, wodurch dieser in axialer Richtung innerhalb des Rahmens 12
bewegt wird. Die auf den Draht 14 übertragene Beschleunigungskraft hat zur Folge, daß sich der Draht
14 entgegen der Kraft der Feder 18 bewegt und infolge der Trägheit bewegt sich der Druckdraht 14 auch dann
noch weiter nach unten, wenn der Anker 58 in Berührung mit dem Pol des Spulenkerns 54 gelangt ist.
Das den Druckaufschlag bewirkende Ende des Druckdrahtes 14 wird aus dem Lagerelement 36 heraus
bewegt und schlägt auf den Aufzeichnungsträger, um dort eine punktförmigc Markierung zu hinterlassen. Die
in dem sich bewegenden Druckdraht 14 gespeicherte F.nergic wird teilweise von dem Aufzeichnungsträger
absorbiert und teilweise auf den Druckdraht 14 r,
zurückübertragen, um die Wirkung der Feder 18 bei der Zurückbewegung des Druckdrahtes 14 in die Ausgangsstellung
zu unterstützen.
Etwa zu dem gleichen Zeitpunkt, zu dem der Druckdraht 14 auf den Aufzeichnungsträger aufschlägt, κι
wird die Spule 52 entregt. Durch das über den Arm 74 auf den Anker 58 einwirkende Moment wird dieser von
dem Spulenkern 54 weggeschwenkt und kehrt in Anlage mit dem Ring 72 zurück.
Der bis jetzt beschriebene Aufbau entspricht einem herkömmlichen Draht-Matrixdruckkopf. Bei häufigem
Gebrauch eines solchen Druckkopfes tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß es infolge von Materialermüdung
zu einem Bruch der Druckdrähte 14 und der Federn 18 kommen kann.
Die Druckdrähte 14 besitzen einen geringen Durchmesser, um die richtige Zeichenlinienbreite zu erreichen;
ein typischer Durchmesser ist 0,3556 mm. Die Länge des Druckdrahtes ist relativ groß (beispielsweise
76,2 mm), um eine Auffächerung derselben von dem relativ engen linienförmigen Muster an dem Lagerglied
36 zu einem größeren zirkulären Muster zu ermöglichen, welches zwecks Zusammenarbeit der Druckdrähte
14 mit den Ankern 58 benötigt wird. Infolge dieses großen Länge-zu-Durchmesser-Verhältnisses des
Druckdrahtes und infolge der relativ großen für den Druck erforderlichen Kraft (etwa 2 kg) neigt der
Druckdraht dazu, sich zu krümmen. Diese Neigung kann durch Hinzufügen von Querkräfte aufnehmenden
Führungsgliedern längs der Drahtlänge vermindert J5 werden Wie bereits eingangs erwähnt, wurden bei
einigen bekannten Matrixdruckköpfen auch bereits mit dem Rahmen verbundene Röhrchen oder Schraubenfedern
als Führungselemente verwendet, um die Wahrscheinlichkeit des Ausknickens oder Krümmens der
Druckdrähte weiter zu vermindern.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind mehrere einfache Führungsglieder 28, 30 und 32 in
Abständen voneinander längs des Druckdrahtes vorgesehen. Zwischen diesen Führungsgliedern besteht
jedoch nach wie vor die Neigung des Drahtes, sich zu krümmen. Bei der üblichen hohen Betätigungsfrequenz
(z. B. 650 Betätigungen pro Sekunde) bewirkt die Durchbiege- bzw. Krümmfrequenz eine Fibration bzw.
ein Schwingen. Während einer durchschnittlichen Matrixdruckkopf-Lebensdauer von 75 Mio. Zeichen mit
durchschnittlich 2,2 Drahtbetätigungen pro Zeichen wird jeder Druckdraht 165 Mio. mal betätigt. Dieser
Wert liegt wesentlich über der charakteristischen Anzahl von Lastwechseln für die meisten einer
Dauerbelastung ausgesetzten Bauelemente.
Drahtbrüche infolge einer Schwingungsdauerbelastung hängen von den in dem Draht auftretenden
Spannungen ab. Sind die Spannungen niedrig (unterhalb der Dauerbelastungsgrenze), dann ist die Anzahl der to
möglichen Lastwechsel für einen Druckdraht praktisch unbegrenzt. Sind dagegen die in dem Draht auftretenden
Spannungen hoch (oberhalb der Dauerbelastungsgrenze), dann kommt es innerhalb einer endlichen
Anzahl von Lastwechseln zu einem Bruch. Die jeweils auftretende Spannung ist direkt proportional zu dem
Radius der Durchbiegekurve (der Bogen des Drahtes während der Schwingung). Ein kleiner Radius erzeugt
einen engeren Bogen und eine höhere Spannung.
Um die Gefahr eines Drahtbruches zu vermindern, müssen die während einer Fibration bzw. Schwingung
auftretenden Spannungen herabgesetzt werden. Dies bedeutet eine Vergrößerung des Krümmungsradius
durch Verminderung des Ausmaßes der radialen Bewegung des Drahtes während der Schwingung.
Gemäß der Erfindung wird das Ausmaß dieser radialen Bewegung durch zusätzliche Dämpfungshülsen 80
vermindert, die, wie aus den Fig. 1, 2 und 3 ersichtlich,
den Draht 14 zwischen den festen Führungselementen 28, 30 und 32 umgeben. Die Hülsen 80 sitzen locker auf
den Drähten 14 und sind frei, sich in bezug auf den jeweiligen Druckdraht in radialer Richtung zu bewegen,
als auch bei Betätigung des Druckdrahtes sich mit diesem in axialer Richtung zwischen benachbarten
Führungselementen, wie beispielsweise den Führungselementen 28 und 30 und den Führungselementen 30
und 32, zu bewegen. Es kann beispielsweise auf jedem Druckdraht zwischen jedem Paar von Führungselementen
ein röhrchenförmiges Glied eingefügt werden.
Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß zwischen dem Endglied 26 und dem ersten Führungsglied 28 keine Hülse
vorgesehen ist. Der Grund hierfür besteht darin, daß in diesem Teil des Rahmens des beschriebenen Ausführungsbeispiels
die Drähte bereits einen so geringen Abstand voneinander aufweisen, daß die Hülsen nicht
mehr ohne weiteres eingefügt werden können. Außerdem erstreckt sich das Lagerelement 36 des Endgliedes
26 nach oben in den Raum zwischen den beiden Seitenwänden 20 und 22, wie dies aus F i g. 1 ersichtlich
ist, wodurch der »führungslose« Abstand zwischen den Führungsgliedern des Drahtes 14 vermindert wird.
Da die Strecke der axialen Bewegungsmöglichkeit der Hülse 80 auf dem Draht 14 wesentlich größer ist als
die durch die Spule 52 und den Anker 58 bewirkte Drahtbewegung, wird die Reibung zwischen dem Draht
14 und der Hülse 80 zu einem wesentlichen Teil eliminiert. Es hat sich gezeigt, daß die Dämpfungshülsen
80 die radiale Bewegung des Drahtes auf einen Wert vermindern, der wesentlich unterhalb des zu einem
Drahtbruch führenden kritischen Spannungspunktes liegt.
Die Hülsen 80 können aus einem beliebigen, festen oder flexiblen Material bestehen. Zwei Materialien, die
bei durchgeführten Tests mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgreich verwendet wurden, sind Polytetrafluoräthylen-Harz
und Fluorkohlenstoffharz.
Typische Abmessungen für die Hülsen 80, welche sich für einen Druckdraht mit einem Durchmesser von
0,3556 mm und einer Länge von 76,2 mm als geeignet erwiesen haben, sind eine Länge von 12,7 mm mit einer
Plus-Minus-Toleranz von 1,016 mm, ein Innendurchmesser von 0,6858 mm mit einer Plus-Minus-Toleranz von
0,1778 mm und ein Außendurchmesser von i.2954 mm mit einer Plus-Minus-Toleranz von 0,1016 mm. Die
Hülse kann einen kreisförmigen Querschnitt oder auch — wie in F i g. 2 dargestellt — einen elliptischen
Querschnitt aufweisen.
Als Massenverhältnis hat sich ein Verhältnis von etwa 17 zu 1 als zweckmäßig erwiesen, dies bedeutet, daß die
Masse einer auf einem Druckdraht 14 angeordneten Hülse etwa das 17fache der Masse des Druckdrahtes 14
zwischen einander benachbarten Führungsgliedern beträgt Dieser Wert ist jedoch nicht kritisch und es
kann ein weiter Massenverhältnisbereich verwendet werden.
Bei einem als geeignet befundenen Längenverhältnis
28 OO 880
ist die Länge der Hülse geringfügig größer als die Hälfte des Abstandes zwischen benachbarten Fiihrungsgliedern.
Dadurch wird ein unerwünschtes Aufeinanderstoßen der Enden benachbarter Hülsen vermieden, was
ansonsten während des Betriebs zu einem gegenseitigen Verklemmen der Hülsen führen könnte. Jedoch ist das
genaue Längenverhältnis nicht kritisch und es kann somit innerhalb weiter Grenzen variieren, d. h. es
können auch Röhrchen verwendet werdenderen Länge
geringer ist als die Hälfte des Abstandes zwischen zwei benachbarten Führungsgliedern. Die Masse der Hülse
kann durch geeignete Wahl des Materials oder des Innen- und Außendurchmessers bestimmt werden, um
gegebenenfalls eine Längenänderung der Hülse unter Beibehaltung der gewünschten Dämpfungsfunktion zu
kompensieren.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
- Patentansprüche:ί. Drahtdrucker mit Druckdrähten, die sich von den Betätigungselementen zur Druckstelle erstrekken und über ihre Länge durch Führungsglieder und teilweise jeweils in einer Hülse geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (80) mit keinem Teil der Druckvorrichtung (10) verbunden sind und somit zwischen den Führungsgliedern (28, 30, 32) frei beweglich auf den Druckdrähten (14) sitzen und daß die Hülsen (80) zwischen den Führungsgliedern (28,30,32) vorgesehen sind, zwischen denen die einzelnen Druckdrähte (14) einen ausreichenden Abstand voneinander haben.
- 2. Drahtdrucker nach Anspruch 1 mit zumindest drei Führungsgliedern, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (80) auf jedem Druckdraht (14) zwischen dem ersten und zweiten Führungsglied (32, 30) und/oder zwischen dem zweiten und dritten Führungsglied (30,28) angeordnet sind.
- 3. Drahtdrucker nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge einer Hülse (80) größer ist als die Hälfte des Abstandes zwischen zwei benachbarten Führungsgliedern (28, 2r> 30,32).
- 4. Drahtdrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des bzw. der Druckdrähte (14) zwischen benachbarten Führungsgliedern (28, 30, 32) Vi 2 der Masse der auf diesem 1« Druckdraht zwischen diesen Führungsgliedern angeordneten Hülse (80) beträgt.
- 5. Drahtdrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (80) einen kreisförmigen Querschnitt besitzen. »
- 6. Drahtdrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (80) einen elliptischen Querschnitt besitzen.
- 7. Drahtdrucker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen to (80) aus einem Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten bestehen.
- 8. Druckvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (80) aus Polytetrafluoräthylen-Harz bestehen.
- 9. Druckvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen aus einem Fluorkohlenstoffharz bestehen.
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