Dokumentenidentifikation |
DE3514911C2 12.10.1989 |
Titel |
Druckmeßeinrichtung |
Anmelder |
Pfister GmbH, 8900 Augsburg, DE |
Erfinder |
Häfner, Hans W., 8890 Aichach, DE |
Vertreter |
Kahler, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 8948 Mindelheim |
DE-Anmeldedatum |
25.04.1985 |
DE-Aktenzeichen |
3514911 |
Offenlegungstag |
30.10.1986 |
Veröffentlichungstag der Patenterteilung |
12.10.1989 |
Veröffentlichungstag im Patentblatt |
12.10.1989 |
IPC-Hauptklasse |
G01L 7/16
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IPC-Nebenklasse |
G01F 23/00
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Zusammenfassung |
Einrichtung zum Messen eines über ein gasförmiges Medium auf einen Kolben ausgeübten Drucks, wobei der Kolben in einen Zylinder dadurch praktisch reibungsfrei in Lagern geführt ist, daß die Lager unter Druck mit einem Fluid versorgt werden, und der Kolben auf eine Kraftmeßeinrichtung wirkt. Wird als Lagerfluid eine Flüssigkeit verwendet, dann wird in einen Zylinderraum, in dem sich das gegen den Kolben drückende Gas befindet, austretende Lagerflüssigkeit kontrolliert abgeführt. Wird als Lagerfluid ein Gas verwendet, dann wird in einen Zylinderraum, in dem sich das gegen den Kolben drückende Gas befindet, austretendes Gas zum Druckaufbau in einer an den Zylinderraum angeschlossenen Leitung verwendet.
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Beschreibung[de] |
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen einer über
ein gasförmiges Medium auf die Fläche eines Kolbens ausgeübten
Druck gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es sind Druckmeßeinrichtungen bekannt, bei denen zur Lagerung
des Kolbens in dem Zylinder unter Druck eine Flüssigkeit
zugeführt wird. Hierbei ergibt das Problem, daß ein Teil dieser
Lagerflüssigkeit in den Zylinderraum austritt, der mit dem
den Druck übertragenden Gas gefüllt ist. Mit der Zeit würde
sich der gesamte Zylinderraum füllen und die Lagerflüssigkeit
in der Zuführungsleitung hochsteigen.
Aus der DE-OS 33 02 175 ist es bekannt, zum Messen des
Flüssigkeitsdrucks in einem Tank eine Trennkammer anzuordnen, auf die
der Flüssigkeitsdruck einwirkt und die diesen auf eine
Flüssigkeit überträgt, die den Zylinderraum und die
Zuführungsleitung ausfüllt und die die Lagerflüssigkeit ist.
Über ein Regelsystem wird jeweils soviel Lagerflüssigkeit
aus dem System abgezogen, als aus den hydrostatischen
Lagern in den Zylinderraum austritt. Die Anordnung wird
hierdurch verhältnismäßig kompliziert. Soll ein
Differenzdruck gemessen werden, so wird der zweite Druck an die
zweite Fläche des Kolbens angelegt, wobei jedoch die
gesamte Anordnung in einem luftdichten Gefäß angeordnet
werden muß.
Die DE-OS 31 43 919 beschreibt eine Druckmeßeinrichtung
der gattungsgemäßen Art, bei der als Fluid für die
Lagerung des Kolbens ein Gas, insbesondere Luft, verwendet
wird. Der Kolbenmantel ist in der Nähe der belasteten
Kolbenfläche mit einer ringförmigen Entlüftungstasche
versehen, über die aus den Lagern austretendes Gas aus
dem Zylinder abgeleitet wird. Hierbei besteht die Gefahr,
daß das die Kolbenfläche belastende Gas in die
Entlüftungstasche gelangen kann und das Meßergebnis verfälscht wird.
Um diese gegenseitige Beeinflussung zwischen Übertragungsgas und
Lagerfluid zu vermeiden, ist in der DE-OS 32 29 721 vorgesehen,
das Übertragungsgas und das Lagerfluid mittels einem nachgiebigen
Trennglied vollkommen voneinander abzutrennen. Dies erfolgt
mittels einem dehnbaren Metallbalg, der innerhalb einer
Trennkammer vorgesehen ist. Für eine exakte Funktion und hohe
Meßgenauigkeit ist dabei wesentlich, daß der Druck des Lagerfluids
dem Druck des Übertragungsfluids so angepaßt wird, daß an dem
Metallbalg Kräftegleichgewicht herrscht. Hierzu wird über ein
Regelsystem jeweils soviel Lagerfluid aus dem System abgezogen,
daß aus den hydrostatischen bzw. pneumostatischen Lagern in den
Zylinderraum austritt.
Diese Anordnung zur Entfernung des austretenden Lagerfluids ist
sehr aufwendig und nur als Funktion des jeweils anliegenden
Druckes des Übertragungsgases regelbar. Durch dieses
Wechselverhätnis von zugeführtem Volumen des Lagerfluids in
Abhängigkeit vom jeweils anliegenden Druck ergeben sich sehr
komplizierte Regelbedingungen, und damit entsprechend komplizierte
Regeleinrichtungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckmeßeinrichtung
anzugeben, bei der eine gegenseitige Beeinflussung des
Übertragungsgases und des Lagerfluids, insbesondere hinsichtlich
einer Meßwertverfälschung mit einfachen Mitteln vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine
Druckmeßeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Eine alternative Lösung dieser erfindungsgemäßen Aufgabe ist im
Patentanspruch 8 gekennzeichnet.
Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Druckmeßeinrichtung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Druckmeßeinrichtung kann mit
besonderem Vorteil bei Druckwaagen und Tankwägeeinrichtungen
eingesetzt werden.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Druckmeßeinrichtung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer ersten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Druckmeßeinrichtung, bei der als
Lagerfluid eine Flüssigkeit verwendet
wird;
Fig. 2 die Ausführungsform nach Fig. 1,
ausgestaltet als
Differenzdruckmeßeinrichtung;
Fig. 3 eine Abwandlung der Ausführungsform
nach Fig. 2;
Fig. 4 den Einsatz der Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Druckmeßeinrichtung
gemäß Fig. 3 bei einer
Tankwägeeinrichtung;
Fig. 5 eine Abwandlung der Ausführungsform
nach Fig. 4 zur Berücksichtigung von
Schwimmdacheinflüssen;
Fig. 6 eine Prinzipdarstellung einer
alternativen Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Druckmeßeinrichtung, bei der
das Lagerfluid ein Gas ist;
Fig. 7 eine Ausgestaltung der
Ausführungsform nach Fig. 6 zur
Differenzdruckmessung; und
Fig. 8 eine Ausführungsform ähnlich
derjenigen der Fig. 7, eingesetzt bei einer
Tankwägeeinrichtung mit
Schwimmdachkompensation.
Fig. 1 zeigt gemäß einer ersten Ausführungsform eine
Druckmeßeinrichtung 10 mit einem auf einer Grundfläche
abgestützten Zylinder 12, in dem ein Kolben 14 praktisch
reibungslos geführt ist, auf dessen obere Kolbenfläche 16
über ein Gas einen Druck P ausgeübt wird, die mittels
einer Druckmeßvorrichtung etwa einer Kraftmeßzelle
beliebiger Art gemessen wird, gegen die der Kolben 14 in
Richtung des Pfeiles P drückt.
Die praktisch reibungslose Lagerung des Kolbens 14 in
dem Zylinder 12 erfolgt über hydrostatische Lager 20,
wie sie beispielsweise aus der DE-OS 31 43 919 bekannt
sind. Hierzu wird aus einem Tank 22 über eine Pumpe 24
und eine Zuführungsleitung 26 unter Druck eine
Lagerflüssigkeit, etwa ein Öl, zugeführt. Ein Teil der
Lagerflüssigkeit sammelt sich in Taschen 44. Es dringt jedoch
auch Lagerflüssigkeit in den über der Kolbenfläche 16
liegenden Zylinderraum 30, der mit der Zeit von der
Lagerflüssigkeit ausgefüllt würde, was zu einer
Beeinträchtigung des Meßergebnisses führen würde. Gemäß der
Erfindung ist deshalb eine kontrollierte Rückleitung dieser
Lagerflüssigkeit aus dem Zylinderraum 30 vorgesehen.
Hierzu führt eine Leitung 32 vom Zylinderraum 30 in ein
geschlossenes Auffanggefäß 34, das somit unter dem
gleichen Druck steht, wie der Zylinderraum 30. Die Menge der
Lagerflüssigkeit in dem Gefäß 34 wird nun ständig auf
einem vorbestimmten Pegel gehalten. Hierzu ist eine
Pegelfeststellvorrichtung 36 vorgesehen, die beispielsweise
die Form eines Schwimmers haben kann, dessen Position
vorzugsweise optisch oder elektrisch festgestellt wird.
Bei Überschreiten eines bestimmten Pegels wird eine
Regeleinrichtung 38 aktiviert, die ein Entleerungsventil
42 vorzugsweise über einen Motor 40 solange öffnet, bis
der Lagerflüssigkeitsstand wieder unter den Sollpegel
abgesunken ist. Die Lagerflüssigkeit fließt zurück in
den Tank 22, so daß sich ein geschlossenes System ergibt,
bei dem kein Nachfüllen von Lagerflüssigkeit erforderlich
ist.
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann überall dort
verwendet werden, wo ein Druck über ein Gas übertragen und
möglichst genau gemessen werden soll.
Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform nach
Fig. 1 zur Messung einer Differenzkraft bzw. eines
Differenzdrucks. Die bereits bei der ersten
Ausführungsform vorhandenen und erläuterten Elemente der Einrichtung
sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden
nicht nochmals erläutert.
Bei der Differenzdruckmeßeinrichtung 60 dieses zweiten
Ausführungsbeispiels ist der Kolben 14 in einem Zylinder
66 geführt, und werden an gegenüberliegenden Seiten die
P1 undP0 über ein Gas ausgeübt. Sich im
Zylinderraum 30 ansammelnde Lagerflüssigkeit wird wiederum über
eine Öffnung 72 in das Gefäß 34 abgeleitet.
Bei der zweiten Ausführungsform ist der Behälter 62
druckdicht ausgeführt, und der Zylinderraum 68 steht zur
Ableitung von Lagerflüssigkeit über eine Leitung 70 mit
dem Tank 62 in Verbindung. Am Kolben 14 ist seitlich ein
Übertragungsglied 64 angeordnet, daß auf die
Druckmeßvorrichtung 18 einwirkt, die die Differenz P1 - P0 mißt.
Andererseits besteht auch die Möglichkeit, die
Differenzdruckmeßeinrichtung symmetrisch auszubilden, wie dies
anhand der Differenzdruckmeßeinrichtung 80 der Fig. 3
dargestellt ist, die dann mit offenem Tank 22 arbeiten
kann.
Fig. 4 zeigt eine beispielsweise, bevorzugte Anwendung
der Differenzdruckmeßeinrichtung 80 der Fig. 3 als
Tankwägeeinrichtung. Diese arbeitet mit einem Perlrohr
58, das von einer Gasflasche 52 über ein Einstellventil
54 und eine Leitung 56 gespeist wird. Bekanntlich
entspricht der im Perlrohr 58 stehende Druck demjenigen
Druck, der in der Ebene des Perlrohrausgangs im Tank 50
herrscht. Für die Bestimmung der Masse der Flüssigkeit
90 ist es erforderlich, den bei geschlossenem Tank 50
sich über der Flüssigkeit bildenden Dampfdruck im Raum
92 zu berücksichtigen. Dieser Druck wird über eine
Leitung 82, das Gefäß 34 und eine Leitung 86 an die eine
Seite des Kolbens 14 angelegt, während der auf der
Leitung 58 anstehende Druck über das Gefäß 34a und eine
Leitung 84 an die andere Fläche des Kolbens angelegt
wird. Die Kraftmeßvorrichtung 18 zeigt dann die Differenz
der beiden Drucke an, aus der sich die Masse der
Flüssigkeit im Tank 50 in bekannter Weise errechnen läßt.
In den beiden Leitungen 84, 86 steigt die
Lagerflüssigkeit hoch und läuft in den Gefäßen 34 bzw. 34a über.
Die in diesen Gefäßen sich befindlichen Öffnungen der
Leitungen 84 und 86 sind bevorzugt in gleichem Niveau 88
angeordnet.
Fig. 5 zeigt eine Weiterentwicklung der Anlage nach
Fig. 4, wobei Einflüsse des Schwimmdachs auf die Masse
der sich im Tank 50 befindlichen Flüssigkeit 90
kompensiert werden.
Das Perlrohr 58 ist bei dieser Ausführungsform möglichst
reibungsfrei durch ein Schwimmdach 94 hindurchgeführt.
Alternativ dazu kann das Perlrohr aber auch seitlich am
Tank 50 an jeder beliebigen Stelle abgedichtet und starr
eingeführt sein.
Ein weiteres Perlrohr 96 endet in einem im Schwimmdach 94
ausgebildeten Gefäß 74, dessen Perlöffnung in der
Niveauhöhe des Schwimmdachs 94 angeordnet ist. Das zweite
Perlrohr 96 ist im Bereich des Tanks 50 flexibel, so daß es
ohne weiteres der Bewegung des Schwimmdachs 94 folgen
kann. Die Flüssigkeit steigt im Gefäß 74 gerade so hoch,
wie es dem durch das Schwimmdach 94 auf die Flüssigkeit
ausgeübten Druck entspricht. Das Perlrohr 96 stellt
diesen Druck fest und leitet ihn an die eine Fläche des
Kolbens 14, während an der anderen der mittels des ersten
Perlrohres 58 festgestellte Druck anliegt. Die
Druckmeßvorrichtung 18 zeigt somit wiederum die Druckdifferenz
an, die zur Berechnung der Masse des Tankinhalts
verwendet werden kann.
Die Fig. 6 bis 8 zeigen eine alternative Ausführungsform
der Druckmeßeinrichtung in Anwendung auf
Tankwägeeinrichtungen entsprechend den Fig. 4 und 5.
Aus Fig. 6 ist deutlich das Prinzip der
Druckmeßeinrichtung gemäß der alternativen Ausführungsform erkennbar.
Der Kolben 14 ist wiederum im Zylinder 12 praktisch
reibungsfrei geführt und drückt gegen die
Kraftmeßeinrichtung 18. Die Lagerung erfolgt bei dieser Ausführungsform
dadurch, daß anstelle einer Lagerflüssigkeit ein
Lagergas verwendet wird. Die Anordnungen nach den Fig. 4 und 5
vereinfachen sich damit in überraschender Weise, da für
das Perlrohr 58 keine eigene Gasversorgung erforderlich
ist, sondern das aus den Lagern 120 in den Zylinderraum
130 austretende Gas verwendet wird. Das Gas, vorzugsweise
Luft, wird von einer vorzugsweise einstellbaren Gasquelle
152 über die Leitung 126 an die Lager 120 geliefert.
Während Fig. 6 eine Druckmeßeinrichtung mit
Absolutmessung zeigt, veranschaulicht Fig. 7 eine
Differenzdruckmeßeinrichtung 180 in entsprechender Anwendung auf eine
Tankwägeeinrichtung ähnlich derjenigen in Fig. 4. Auch
hier ist eine Ableitung des Lagermediums nicht
erforderlich, da das in den Zylinderraum 130 austretende
Lagergas vorteilhaft für die Versorgung des Perlrohres 58verwendet wird.
Die Ausführungsform nach Fig. 8 entspricht derjenigen
nach Fig. 5 unter Verwendung einer
Differenzdruckmeßeinrichtung 180 mit Gaslagerung.
Gerade die Ausführungsbeispiele nach Fig. 7 und 8 zeigen
die besondere Vereinfachung bei Tankwägeeinrichtungen,
wobei keinerlei zusätzliche Vorkehrungen bezüglich der
Explosionssicherheit erforderlich sind.
Die Ausführungsform nach Fig. 1 läßt sich in gewissen
Fällen weiter dadurch vereinfachen, daß ein geschlossener
Tank 22 verwendet wird und die Leitung 32 den
Zylinderraum 30 direkt mit dem Inneren des Tanks 22 verbindet.
In Höhe des Pegels im Sammelgefäß 34 kann bevorzugt
dadurch auf einen konstanten Wert geregelt werden, daß
das Ventil 42 mehr oder weniger geöffnet wird, so daß
genausoviel Lagerflüssigkeit abfließt, als in den
Zylinderraum 30 eindringt.
Der Pegel im Sammelgefäß 34 wird bevorzugt unter das
Niveau des Zylinderraums 34 gelegt, so daß jegliche in
letzteren eindringende Lagerflüssigkeit abfließt.
Bei Tankwägeeinrichtungen ohne Schwimmdach wird als Gas
bevorzugt ein Schutzgas, bevorzugt Stickstoff, verwendet,
das Explosionen sicher verhindert.
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Anspruch[de] |
- 1. Einrichtung zum Messen eines über ein gasförmiges Medium
auf einen Kolben auf einen Kolben in einem Zylinderraum
ausgeübten Drucks, wobei der Kolben in einem Zylinder
dadurch praktisch reibungsfrei in Lagern geführt ist, daß
die Lager unter Druck mit einem Fluid versorgt werden, und
der Kolben auf eine Kraftmeßvorrichtung wirkt, sowie das in
den Zylinderraum austretende Fluid über eine Leitung
ableitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluid eine
Flüssigkeit verwendet wird, die aus dem Zylinderraum (30)
über die Leitung (32) mit einem Sammelgefäß (34) in
Verbindung steht und dorthin kontinuierlich abläuft, und
daß der Flüssigkeitspegel in dem Sammelgefäß (34) durch
geregeltes Ableiten von Flüssigkeit konstantgehalten wird.
- 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Flüssigkeit zu einem Vorratstank (22) abgeleitet wird.
- 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die aus dem Zylinderraum (30) abgeführte
Flüssigkeit wieder den Lagern (20) kontrolliert
zugeführt wird.
- 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß über eine Pegelstandsanzeige (36) ein
Entleerungsventil (42) in seiner Durchlässigkeit geregelt wird.
- 5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung als
Differenzdruckmeßeinrichtung (60, 80) ausgestaltet
ist, derart, daß ein weiterer Zylinderraum (30, 68)
gebildet ist, in dem ein weiteres Gas, auf das ein
Druck ausgeübt wird, gegen den Kolben in
entgegengesetzter Richtung zum ersten Druck drückt.
- 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Vorratstank (62) für die
Lagerflüssigkeit vorgesehen ist, aus der diese in die
Lager (20) gepumpt wird, daß der Vorratstank (62)
geschlossen ist und der weitere Zylinderraum (68) über
eine Leitung (17) mit ihm in Verbindung steht.
- 7. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die
symmetrische Anordnung zweier Zylinderräume (30) auf
gegenüberliegenden Seiten des Kolbens (14) und je eines
Sammelgefäßes (34) mit einem Vorratstank (22) für die
Lagerflüssigkeit, aus der die Lager (20) versorgt
werden, und in den aus den Sammelgefäßen (34) geregelt
Lagerflüssigkeit abgeführt wird.
- 8. Einrichtung zum Messen eines über ein gasförmiges Medium
auf einen Kolben in einem Zylinderraum ausgeübten Drucks,
wobei der Kolben in einen Zylinder dadurch praktisch
reibungsfrei in Lagern geführt ist, daß die Lager unter
Druck mit einem Fluid versorgt werden, und der Kolben auf
eine Kraftmeßvorrichtung wirkt, sowie das in den
Zylinderraum austretende Fluid über eine Leitung ableitbar
ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid ein Gas ist, das
zum Druckaufbau in der mit dem Zylinderraum (30)
verbundenen Leitung (58) verwendbar ist.
- 9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die
Ausbildung als Differenzdruckmeßeinrichtung (180) mit
einer symmetrischen Anordnung von Zylinderräumen, in
denen je ein unter Druck befindliches Gas auf
gegenüberliegende Seiten des Kolbens drückt.
- 10. Tankwägeeinrichtung unter Verwendung einer
Druckmeßeinrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Zylinderraum (30; 130)
mit einem Perlrohr (58) verbunden ist, dessen
Perlöffnung in Meßtiefe angeordnet ist.
- 11. Tankwägeeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Differenzdruckmeßeinrichtung (80;
180) verwendet wird, deren eine Zylinderkammer (30;
130) mit einem Perlrohr (58) in Verbindung steht,
während der andere Zylinderraum (30; 130) über eine
Leitung (82) bei geschlossenem Tank (50) mit dem
oberhalb der Flüssigkeit sich befindenden Raum (92)
in Verbindung steht.
- 12. Tankwägeeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Differenzdruckmeßeinrichtung (80;
180) verwendet wird, deren eine Zylinderkammer mit
einem ersten Perlrohr (58) in Verbindung steht,
dessen Perlöffnung auf Meßtiefe im Tank (50)
angeordnet ist, während der andere Zylinderraum (30; 130)
mit einer in einem Schwimmdach (94) angeordneten zur
Flüssigkeitsoberfläche hin offenen Kammer (74) über
ein zweites Perlrohr (96) in Verbindung steht, dessen
Perlöffnung im Niveau des Schwimmdachs (94)
angeordnet ist.
- 13. Tankwägeeinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem Perlrohr (58) und
der Leitung (82) bzw. dem weiteren Perlrohr (96) und
dem jeweiligen Zylinderraum (30) je ein Sammelgefäß
(34, 34a) angeordnet ist.
- 14. Tankwägeeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß jedes Sammelgefäß (34, 34a) über je
eine Leitung (84 bzw. 86) mit dem zugeordneten
Zylinderraum (30) verbunden ist, wobei sich die im
jeweiligen Sammelgefäß (34, 34a) befindlichen Enden der
Leitungen (84, 86) auf gleichem Niveau befinden.
- 15. Tankwägeeinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis
14, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer
Flüssigkeit als Lagerfluid eine eigene Gasquelle (52)
zur Versorgung der Perlrohre (58, 96) vorgesehen ist.
- 16. Tankwägeeinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis
14, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines
Gases als Lagerfluid das in die Zylinderräume (130)
austretende Lagergas zur Versorgung der Perlrohre
(58, 96) verwendet wird.
- 17. Tankwägeeinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis
16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des
Druckes in der zu wiegenden Flüssigkeit verwendete
Perlrohr seitlich im unteren Bereich des Tanks (50)
eingeführt ist.
- 18. Tankwägeeinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas ein Schutzgas,
vorzugsweise Stickstoff, verwendet wird.
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Patent Zeichnungen (PDF)
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