EP0279931A2 - Membranpumpvorrichtung - Google Patents

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EP0279931A2
EP0279931A2 EP87118372A EP87118372A EP0279931A2 EP 0279931 A2 EP0279931 A2 EP 0279931A2 EP 87118372 A EP87118372 A EP 87118372A EP 87118372 A EP87118372 A EP 87118372A EP 0279931 A2 EP0279931 A2 EP 0279931A2
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EP
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membrane
chamber
pump device
drive
liquid
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EP87118372A
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EP0279931B1 (de
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Martin Dr.-Ing. Maier
Heinz Dipl.-Ing. Sayer (Fh)
Gerhard Dipl.-Ing. Gebauer (Fh)
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Wagner International AG
J Wagner GmbH
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Wagner International AG
J Wagner GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/06—Pumps having fluid drive
    • F04B43/067—Pumps having fluid drive the fluid being actuated directly by a piston

Definitions

  • the invention relates to a diaphragm pumping device with a first chamber for the liquid to be pumped, which can be supplied via an inlet valve and can be removed via an outlet valve, a second chamber for drive liquid, which is separated from the first chamber by a movable membrane, and with an oscillating drive piston which alternately pressurizes and relaxes the drive fluid and with a storage chamber for the drive fluid, which is connected to the second chamber via a return line with a pressure relief valve inserted therein for draining drive fluid when the pump fluid is throttled into the storage chamber and via a refill line Refill valve for supplementing drive fluid is connected when removed again.
  • the object of the invention is therefore to improve the pump device of the type mentioned in such a way that its respective delivery volume can be detected and changed with simple means, but extremely precisely, so that these pumps can also be used as metering pumps with high adjustment constancy and more precisely Reproducibility must be used.
  • the construction effort with which this is to be achieved should be kept low, nevertheless a volume measurement should be possible with each stroke of the membrane and an adjustment to an adjustable specification should be possible in the short term depending on the determined value.
  • a signal transmitter is used in the area adjustable by the drive fluid, and in the housing accommodating the membrane, an associated signal sensor, preferably located at the same level, is used, the signals of which outside the Membrane pump device can be evaluated and monitored.
  • the signal transmitter by means of a permanent magnet arranged in or on the membrane and to design the signal sensor as a magnetoresistive sensor.
  • the signal transmitter in the thickening preferably on the side facing the signal pickup and the signal pickup in the housing delimiting the second chamber of the pump device, for example by inserting it into a bore machined therein.
  • the pressure relief valve used in the return line can be provided in a simple manner with an actuator or an actuator which is connected to the controller via a control line and depending on a target / actual value comparison with this is adjustable.
  • a diaphragm pump device it is possible with simple means to measure the respective adjustment path of the diaphragm and thus to determine the delivery volume, so that it can be adapted to a predetermined target value at short notice.
  • a signal transmitter is arranged in the membrane and a signal sensor cooperating with it is arranged in the housing, the recorded signals are easy to evaluate and monitor, and the delivery volume of the membrane pump device is therefore known at all times. Corresponding changes can also be made in order to keep this constant or to increase or reduce it.
  • the proposed pump device is thus in this way, high reproducibility and exact delivery stability over a long period of time can also be achieved, particularly as a controllable metering pump. The mostly inevitable different bulges of the membrane can thus be compensated for in the short term with simple means.
  • the membrane pump device designated 1 serves to convey a liquid accumulated in a storage container 7 to a consumer (not shown) or a filling station and essentially consists of a movable membrane 4 clamped between two housings 2 and 3, which are firmly clamped together by screws 19. In this way, a first chamber 5 for the liquid to be conveyed and a second chamber 6 separated from it by the membrane are formed, which is filled with drive liquid.
  • a piston 13 is provided, which is oscillatingly actuated by a swash plate 14, so that the membrane 4 is alternately pressurized and relaxed by the drive fluid located in the second chamber 6.
  • the liquid to be conveyed is sucked out of the reservoir 7 into the first chamber 5 via a suction line 8 and an inlet valve 9 inserted therein.
  • the aspirated liquid is conveyed via an outlet valve 11, which is closed during the suction stroke, into a pressure line 10 leading to the consumer.
  • the second chamber 6 receiving the drive fluid is connected to a storage chamber 12 via a suction line 15 and an inlet valve 16 arranged therein, which can be designed in different ways.
  • the second chamber is connected to the storage chamber 12 via a return line 17 and a pressure relief valve 18 inserted therein.
  • the piston 13 thus draws drive fluid from the storage chamber 12 into the second chamber 6 during its return stroke and acts as a hydraulic linkage on the membrane 4 during its forward stroke, which is thus set in synchronous oscillating movements.
  • the curvature of the membrane 4 in the first chamber 5 is determined on the one hand by the resistance in the pressure line 10 and on the other hand by the opening pressure of the pressure relief valve 18, by means of which, depending on the preload, with each stroke movement of the piston 13 more or less drive fluid from the second chamber 6 into the Storage chamber 12 is discharged. The more drive fluid flows out of the second chamber 6, the less the bulge of the membrane 4 into the first chamber 5, with constant resistance in the pressure line 10.
  • the diaphragm 4 In order to measure the respective bulge of the diaphragm 4 in a simple manner and thus to be able to determine the respective delivery volume of the diaphragm pump device 1 at short notice, the diaphragm 4, the edge region 21 of which is clamped between the housings 2 and 3, and the one movable region 22 and a thickening 23, in the exemplary embodiment shown, a signal transmitter 31 is arranged in the thickened portion 23 and a signal pick-up 32, which interacts with it in a bore 24, is arranged in the housing 3.
  • the signal generator 31 is in this case a permanent magnet and the signal sensor 32 formed as a magnetoresistive sensor, the respective distance of the pulse generator 31 from the pulse pickup 32 and thus the displacement of the membrane 4 can thus be continuously determined with the aid of the magnetic lines of force without difficulty and accordingly the delivery volume of the membrane pump device 1 can be determined.
  • a controller 34 is provided which is arranged outside the membrane pump device 1 and is connected to the signal sensor 32 via a control line 33.
  • the measured values determined can be read on an analog or digital display 35 of the controller 34.
  • the controller 34 is connected to a servomotor 36, which is assigned to the pressure relief valve 18. Since the controller 34 has an adjustable target value range, the respective actual values supplied to it via the control line 33 can be compared with an adjustable target value and, in the event of a deviation, the pressure limiting valve 18 can be adjusted accordingly and thus the amount of gas from the second chamber 6 in the supply chamber 12 flowing drive fluid can be changed so that in this way the delivery volume of the diaphragm pumping device 1 can be kept constant over a long period of time even with changing resistances in the pressure line 10 and can be adapted to the respective circumstances.

Abstract

Bei einer Membranpumpvorrichtung (1) mit einer ersten Kammer (5) für die zu pumpende Flüssigkeit und einer zweiten Kammer (6) für Antriebsflüssigkeit, die von der ersten Kammer (5) durch eine bewegliche Membran (4) getrennt ist, sowie mit einem die Antriebsflüssigkeit abwechselnd unter Druck setzenden Antriebskolben (13) und mit einer Vorratskammer (12) für die Antriebsflüssigkeit, die an die zweite Kammer (6) über eine Rücklaufleitung (17) mit Druckbegrenzungsventil (18) zum Ablassen von Antriebsflüssigkeit bei Pumpflüssigkeitsdrosselung in die Vorratskammer (12) und über eine Nachfüll-Leitung (15) mit Nachfüllventil (16) zur Ergänzung von Antriebsflüssigkeit angeschlossen ist, sind zur Messung der Auswölbung der Membran (4) in deren verstellbarem Bereich (22, 23) ein Signalgeber und in dem die Membran (4) aufnehmenden Gehäuse (2, 3) ein zugeordneter Signalaufnehmer eingesetzt, dessen Signale außerhalb der Membranpumpvorrichtung (1) auswertbar und überwachbar sind. Dadurch ist es möglich, das jeweilige Fördervolumen der Pumpvorrichtung (1) mit einfachen Mitteln aber äußerst exakt zu erfassen und zu verändern, so daß die Membranpumpvorrichtung (1) auch als Dosierpumpe mit hoher Einstellkonstanz und genauer Reproduzierbarkeit zu verwenden ist. Eine Volumensmessung ist somit bei jedem Hub der Membran (4) möglich und kurzfristig in Abhängigkeit von den ermittelten Werten ist eine Anpassung an eine einstellbare Vorgabe vorzunehmen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Membranpumpvorrichtung mit einer ersten Kammer für die zu pumpende Flüssigkeit, die dieser über ein Einlaßventil zuführbar und über ein Auslaßventil entnehmbar ist, einer zweiten Kammer für Antriebsflüssigkeit, die von der ersten Kammer durch eine bewegliche Membran getrennt ist, sowie mit einem die Antriebsflüssigkeit abwechselnd unter Druck setzenden und entspannenden oszillierend angetriebenen Antriebs­kolben und mit einer Vorratskammer für die Antriebsflüssig­keit, die an die zweite Kammer über eine Rücklaufleitung mit einem in diese eingesetzten Druckbegrenzungsventil zum Ablassen von Antriebsflüssigkeit bei Pumpflüssigkeits­drosselung in die Vorratskammer und über eine Nachfüll-­Leitung mit Nachfüllventil zur Ergänzung von Antriebs­flüssigkeit bei erneuter Entnahme angeschlossen ist.
  • Pumpvorrichtungen dieser Art sind bekannt und haben sich in der Praxis gut bewährt. Das Fördervolumen dieser Membranpumpen ist jedoch Schwankungen unterworfen, da einerseits die die Membran beaufschlagende Antriebs­flüssigkeit mit Luftbläschen angereichert und somit relativ elastisch ist, andererseits die Auswölbung der Membran in der ersten Kammer u. a. von dem Widerstand in der Druckleitung sowie dem Öffnungsdruck des Druck­begrenzungsventils in der Rücklaufleitung abhängig ist. Ein konstanter Förderstrom und damit eine hohe Einstell­konstanz ist daher vielfach nicht gegeben, auch läßt sich eine oftmals erforderliche Reproduzierbarkeit nicht verwirklichen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Pumpvorrichtung der eingangs genannten Art in der Weise zu verbessern, daß deren jeweiliges Fördervolumen mit einfachen Mitteln, aber äußerst exakt zu erfassen ist und verändert werden kann, so daß diese Pumpen auch als Dosierpumpen mit hoher Einstellkonstanz und genauer Reproduzierbarkeit zu verwenden sind. Der Bauaufwand, mit dem dies zu verwirklichen ist, soll gering gehalten werden, dennoch soll eine Volumens­messung bei jedem Hub der Membran möglich und kurzfristig in Abhängkeit von dem ermittelten Wert soll eine Anpassung an eine einstellbare Vorgabe zu bewerkstelligen sein.
  • Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß zur Messung der Auswölbung der Membran in dieser in dem durch die Antriebsflüssigkeit verstellbaren Bereich ein Signal­geber und in dem die Membran aufnehmenden Gehäuse ein diesem zugeordneter vorzugsweise auf gleicher Höhe gegen­überliegend angeordneter Signalaufnehmer eingesetzt sind, dessen Signale außerhalb der Membranpumpvorrichtung auswert­bar und überwachbar sind.
  • Zweckmäßig ist es hierbei, den Signalgeber durch einen in oder auf der Membran angeordneten Permanentmagneten zu bilden und den Signalaufnehmer als magneto-resistiven Sensor auszubilden.
  • Des weiteren ist es angebracht, bei einer mit einer Ver­dickung versehenen Membran den Signalgeber in der Verdickung vorzugsweise auf der dem Signalaufnehmer zugekehrten Seite und den Signalaufnehmer in dem die zweite Kammer der Pump­vorrichtung begrenzenden Gehäuse anzuordnen, beispielsweise in eine in dieses eingearbeitete Bohrung einzusetzen.
  • Vorteilhaft ist es ferner, den Signalaufnehmer zur Aus­wertung der Signale mittels einer Steuerleitung an einen Regler anzuschließen, der einen einstellbaren Sollwert­bereich und eine digitale oder analoge Meßwertanzeige auf­weisen sollte.
  • Zur Einstellung, vorzugsweise zur Konstanthaltung des Fördervolumens der Pumpvorrichtung kann in einfacher Weise das in die Rücklaufleitung eingesetzte Druckbegrenzungsventil mit einem Stellmotor oder einem Stellglied versehen werden, der über eine Steuerleitung an den Regler angeschlossen und in Abhängigkeit von einem Soll-Ist-Wert- Vergleich mit diesem verstellbar ist.
  • Wird eine Membranpumpvorrichtung gemäß der Erfindung aus­gebildet, so ist es mit einfachen Mitteln möglich, den jeweiligen Verstellweg der Membran zu messen und damit das Fördervolumen zu bestimmen, so daß dieses kurzfristig an einen vorgegebenen Sollwert anzupassen ist. Werden nämlich in der Membran ein Signalgeber und in dem Gehäuse ein mit diesem zusammenwirkender Signalaufnehmer angeordnet, so sind die aufgenommenen Signale leicht auszuwerten und zu überwachen, das Fördervolumen der Membranpumpvorrichtung ist demnach jederzeit bekannt. Auch können entsprechende Veränderungen vorgenommen werden, um dieses konstant zu halten oder zu erhöhen oder zu reduzieren. Die vorschlagsgemäß ausgebildete Pumpvorrichtung ist somit auf diese Weise, zumel auch eine hohe Reproduzierbarkeit und eine exakte Förderkonstanz über einen langen Zeitraum zu bewerkstelligen sind, insbesondere als steuerbare Dosierpumpe einsetzbar. Die meist unumgänglichen unterschiedlichen Auswölbungen der Membran können somit mit einfachen Mitteln kurzfristig ausgeglichen werden.
  • In der Zeichnung ist in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Membranpumpvorrichtung dargestellt, das nachfolgend im einzelnen erläutert ist.
  • Die mit 1 bezeichnete Membranpumpvorrichtung dient zur Förderung einer in einem Vorratsbehälter 7 angesammelten Flüssigkeit zu einem nicht gezeigten Verbraucher oder einer Abfüllstation und besteht im wesentlichen aus einer zwischen zwei Gehäusen 2 und 3 eingespannten beweglichen Membran 4, die durch Schrauben 19 fest miteinander verspannt sind. Auf diese Weise sind eine erste Kammer 5 für die zu fördernde Flüssigkeit und eine von dieser durch die Membran getrennt zweite Kammer 6 gebildet, die mit Antriebsflüssigkeit gefüllt ist. Zum Antrieb der Membran 4 ist ein Kolben 13 vorgesehen, der oszillierend von einer Schrägscheibe 14 betätigt wird, so daß die Membran 4 durch die in der zweiten Kammer 6 befindliche Antriebs­flüssigkeit abwechselnd unter Druck gesetzt und entspannt wird.
  • Die zu fördernde Flüssigkeit wird bei einem Saughub der Membran 4 über eine Saugleitung 8 und ein in dieser einge­setztes sich dabei öffnendes Einlaßventil 9 aus dem Vorrats­behälter 7 in die erste Kammer 5 gesaugt. Bei einem nach­folgenden Druckhub wird die angesaugte Flüssigkeit über ein Auslaßventil 11, das bei dem Saughub geschlossen ist, in eine zu dem Verbraucher führende Druckleitung 10 gefördert.
  • Die die Antriebsflüssigkeit aufnehmende zweite Kammer 6 ist dagegen über eine Saugleitung 15 und ein in dieser angeordnetes Einlaßventil 16, das in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein kann, an eine Vorratskammer 12 angeschlossen. Außerdem ist die zweite Kammer über eine Rücklaufleitung 17 und ein in dieser eingesetztes Druck­begrenzungsventil 18 mit der Vorratskammer 12 verbunden. Durch den Kolben 13 wird somit bei dessen Rückhub Antriebs­flüssigkeit aus der Vorratskammer 12 in die zweite Kammer 6 gesaugt und wirkt bei dessen Vorhub als hydraulisches Gestänge auf die Membran 4 ein, die somit in synchrone oszillierende Bewegungen versetzt wird.
  • Die Auswölbung der Membran 4 in der ersten Kammer 5 wird einerseits durch den Widerstand in der Druckleitung 10 andererseits durch den Öffnungsdruck des Druckbegren­zungsventils 18 bestimmt, durch das je nach Vorspannung bei jeder Hubbewegung des Kolbens 13 mehr oder weniger Antriebsflüssigkeit aus der zweiten Kammer 6 in die Vorratskammer 12 abgeführt wird. Je mehr Antriebsflüssig­keit hierbei aus der zweiten Kammer 6 abströmt, um so geringer ist bei konstantem Widerstand in der Druckleitung 10 die Auswölbung der Membran 4 in die erste Kammer 5.
  • Um auf einfache Weise die jeweilige Auswölbung der Membran 4 messen und somit das jeweilige Fördervolumen der Membran­pumpvorrichtung 1 kurzfristig bestimmten zu können, sind in der Membran 4, deren Randbereich 21 zwischen den Gehäusen 2 und 3 eingespannt ist und die einen beweg­lichen Bereich 22 sowie eine Verdickung 23 aufweist, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in der Verdickung 23 ein Signalgeber 31 und in dem Gehäuse 3 ein mit diesem zusammenwirkender in einer Bohrung 24 eingesetzter Signalaufnehmer 32 angeordnet. Der Signalgeber 31 ist hierbei als Permanentmagnet und der Signalaufnehmer 32 als magneto-resistiver Sensor ausgebildet, die jeweilige Entfernung des Impulsgebers 31 von dem Impulsaufnehmer 32 und damit der Verstellung der Membran 4 ist somit mit Hilfe der magnetischen Kraftlinien ohne Schwierigkeiten kontinuierlich zu ermitteln und demnach das Fördervolumen der Membranpumpvorrichtung 1 zu bestimmen.
  • Dazu ist ein außerhalb der Membranpumpvorrichtung 1 angeordneter Regler 34 vorgesehen, der über eine Steuer­leitung 33 an den Signalaufnehmer 32 angeschlossen ist. Die ermittelten Meßwerte können auf einer Analog- oder Digitalanzeige 35 des Reglers 34 abgelesen werden.
  • Über eine weitere Steuerleitung 37 ist der Regler 34 an einen Stellmotor 36 angeschlossen, der dem Druckbe­grenzungsventil 18 zugeordnet ist. Da der Regler 34 einen einstellbaren Sollwertbereich aufweist, können die über die Steuerleitung 33 diesem zugeführten jeweiligen Ist-Werte mit einem einstellbaren Soll-Wert verglichen und es kann bei einer Abweichung das Druckbegrenzungsventil 18 entsprechend verstellt und damit die Menge der aus der zweiten Kammer 6 in die Vorratskammer 12 abströmenden Antriebsflüssigkeit verändert werden, so daß auf diese Weise das Fördervolumen der Membranpumpvorrichtung 1 auch bei sich verändernden Widerständen in der Druck­leitung 10 ohne Schwierigkeiten über einen langen Zeitraum konstant gehalten und den jeweiligen Gegebenheiten ange­paßt werden kann.

Claims (9)

1. Membranpumpvorrichtung mit einer ersten Kammer für die zu pumpende Flüssigkeit, die dieser über ein Einlaßventil zuführbar und über ein Auslaßventil entnehmbar ist, einer zweiten Kammer für Antriebs­flüssigkeit, die von der ersten Kammer durch eine bewegliche Membran getrennt ist, sowie mit einem die Antriebsflüssigkeit abwechselnd unter Druck setzenden und entspannenden oszillierend angetriebenen Antriebskolben und mit einer Vorratskammer für die Antriebsflüssigkeit, die an die zweite Kammer über eine Rücklaufleitung mit einem in diese eingesetzten Druckbegrenzungsventil zum Ablassen von Antriebs­flüssigkeit bei Pumpflüssigkeitsdrosselung in die Vorratskammer und über eine Nachfüll-Leitung mit Nachfüllventil zur Ergänzung von Antriebsflüssig­keit bei erneuter Entnahme angeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Messung der Auswölbung der Membran (4) in dieser in dem durch die Antriebsflüssigkeit verstell­baren Bereich (22, 23) ein Signalgeber (31) und in dem die Membran (4) aufnehmenden Gehäuses (2, 3) ein diesem zugeordneter vorzugsweise auf gleicher Höhe gegenüberliegend angeordneter Signalaufnehmer (32) eingesetzt sind, dessen Signale außerhalb der Membran­pumpvorrichtung (1) auswertbar und überwachbar sind.
2. Membranpumpvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Signalgeber (31) durch einen in oder auf der Membran (4) angeordneten Permanentmagneten gebildet ist.
3. Membranpumpvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Signalaufnehmer (32) als magneto-resistiver Sensor ausgebildet ist.
4. Membranpumpvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer mit einer Verdickung (23) versehenen Membran (4) der Signalgeber (31) in der Verdickung (23) vorzugsweise auf der dem Signalaufnehmer (32) zugekehrten Seite angeordnet ist.
5. Membranpumpvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Signalaufnehmer (32) in dem die zweite Kammer (6) der Pumpvorrichtung (1) begrenzenden Gehäuse (3) angeordnet, beispielsweise in eine in dieses eingear­beiteten Bohrung (24) eingesetzt ist.
6. Membranvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Signalaufnehmer (32) zur Auswertung der Signale mittels einer Steuerleitung (33) an einen Regler (34) angeschlossen ist.
7. Membranpumpvorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Regler (34) einen einstellbaren Sollwertbereich aufweist.
8. Membranpumpvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Regler (34) mit einer digitalen oder analogen Meßwertanzeige (35) versehen ist.
9. Membranpumpvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Einstellung, vorzugsweise zur Konstanthaltung des Fördervolumens der Pumpvorrichtung (1) das in die Rücklaufleitung (17) eingesetzte Druckbegrenzungs­ventil (18) mit einem Stellmotor (36) oder einem Stell­glied versehen ist, der über eine Steuerleitung (37) an den Regler (34) angeschlossen und in Abhängigkeit von einem Soll-Ist-Wert Vergleich durch diesen ver­stellbar ist.
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EP0279931A3 EP0279931A3 (en) 1989-06-28
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