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【発明の名称】 同軸芯上にあり相対して軸対称な部品断面間のパッキン構造
【発明者】 【氏名】カルロ・ブルクハルト

【氏名】ベルント・ゼーガー

【氏名】ベルント・カルファス

【氏名】ウルリッヒ・シャイヒング

【要約】 【課題】ガス浸透耐性、高温領域までの温度耐性、耐圧性、さらに特に二酸化炭素形態の冷媒に対する溶剤耐性を備えたパッキン構造を提供する。

【解決手段】パッキンリング10が、少なくとも2個の波形山部分12と、それらの互いに向かい合う側面同士をつなぐ波形移行部11とからなる金属波形部材から構成され、波形山部分が、非圧縮性フレキシブル固形物13で完全に充満され、波形部材が、軸方向圧縮及びそれによって生じるパッキンリングの軸方向及び径方向の変形とによって、パッキンケース5の、それぞれ対応するとともに径方向に互いに離れた壁部8,9と密接状態になる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 対向した部品(1,2,22,23)における、互いに同軸芯上で軸対称的な部品断面間のパッキン構造であって、その際これらの部品(1,2,22,23)が協働して、径方向及び軸方向に互いに離れた金属製壁部(6,7,8,9,27,28,29,30)によって形成されるパッキンケース(5,26)を作り出すとともに、前記パッキンケース(5,26)内部を密封するため、前記壁部(6,7,8,9,27,28,29,30)に接当するパッキンリング(10,31)が配設されているものにおいて、前記パッキンリング(10,31)が、少なくとも2個の波形山部分(12,33)ないしは谷部分と、それらの互いに向かい合う側面同士をつなぐ波形移行部(11,32)とからなる金属波形部材(10,31)から構成され、前記波形山部分(12,33)ないしは谷部分が、非圧縮性フレキシブル固形物(13,34)で完全に充満され、前記波形部材(11,12,32,33)が、軸方向圧縮及びそれによって生じるパッキンリング(10,31)の軸方向及び径方向の変形とによって、少なくとも前記パッキンケース(5,26)の、それぞれ対応するとともに径方向に互いに離れた壁部(8,9,29,30)と密接状態になることを特徴とするパッキン構造。
【請求項2】 向かい合った側面(14,37)及び波形移行部(11)によって区画された空間が、同様に非圧縮性のフレキシブル固形物(13,34)で完全に充満されていることを特徴とする請求項1記載のパッキン構造。
【請求項3】 波形山部分(12,33)ないしは谷部分が、軸方向の圧縮によって、部分的変形状態から最終的変形状態になることを特徴とする請求項1又は2記載のパッキン構造。
【請求項4】 波形移行部(11,32)と波形山部分(12,33)ないしは谷部分が、その最終的な変形状態で、パッキンケースの対応する壁部(9,8,29,30)とほぼ直線的な接当状態となることを特徴とする請求項3記載のパッキン構造。
【請求項5】 波形移行部(11,13)を規定する波形部材側面(14,37)の間隔が、波形山部分ないしは谷部分を規定する側面(14,15と14、16と37、35と37、36)の間隔より小さいことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のパッキン構造。
【請求項6】 金属波形部材(10,31)を規定する外側側面(15,16,35,36)が、それと径方向に隣接したパッキンケース(5)の壁部(9,30)に実質的に直線的で径方向に延びて、またここで終端するように形成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のパッキン構造。
【請求項7】 金属波形部材(10,31)が耐熱性及び耐腐食性を有する金属からなることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のパッキン構造。
【請求項8】 金属波形部材(10,31)が特殊鋼からなることを特徴とする請求項7記載のパッキン構造。
【請求項9】 非圧縮性固形物(13,34)が耐熱性及び腐食抵抗力を有するエラストマーであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のパッキン構造。
【請求項10】 前記部品が媒体用流れ断面を有する第1管(1)と第2管(2)であり、パッキンケース(5)が、第1管(1)の端部を形成するとともに軸芯に平行な外側壁部(8)と、壁部(8)から径方向に離れた、同様に軸に平行な第2管(2)の内側壁部(9)と、軸芯に平行な壁部のそれぞれの自由端から軸方向に間隔をあけて、これらとつながっている径方向内方に延びた壁部(6)と径方向外方に延びた壁部(7)とによって作り出されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のパッキン構造。
【請求項11】 前記部品が媒体用流れ断面を有する第1管(22)と第2管(23)であり、パッキンケース(26)が、第1管(22)の端部を形成するとともにその自由端から円錐状に先細に延びる外側の第1壁部(29)と、第2管(23)の、第一壁部(29)から径方向に離れてその自由端から円錐状に広まって延びるとともに第1壁部にほぼ平行な内側の第2壁部(30)と、円錐状に走る壁部のそれぞれの自由端から軸方向に距離を保持して、これらとつながっている径方向内側と外側の壁部(27,28)とによって作り出されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のパッキン構造。
【請求項12】 第2管(2)の径方向外方に延びた壁部の外径が、第1管(1)の軸芯に平行な壁部(8)の内径よりも小さいことを特徴とする請求項10記載のパッキン構造。
【請求項13】 前記第2管(2,23)の径方向外方に延びた壁部(7,28)が、第1管(1,22)の軸に平行な又は円錐状に延びる壁部(8,29)の自由端と軸方向に間隔をあけていることを特徴とする請求項10、11又は12記載のパッキン構造。
【請求項14】 第2管(2,23)の内部の軸芯に平行な又は円錐状に延びる壁部(9,30)が、第1管(1,22)の外径に対応する内部断面(3,24)内に挿入され、その際その内部断面がパッキンケース(5,26)に軸方向で接続していることを特徴とする請求項10〜13記載のパッキン構造。
【請求項15】 波形移行部分(11,32)が、挿入される部品(2,23)の軸芯に平行な又は円錐状に延びる壁部(9,30)に接当することを特徴とする請求項14記載のパッキン構造。
【請求項16】 前記対向した部品(1,2,22,23)が、パッキンリング(10,31)の軸方向圧縮方向に延びる固定手段(17,18,19)によって互いに固定されることを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載のパッキン構造。
【請求項17】 前記部品(1,2,22,23)が、径方向の壁部(6,7,27,28)を押さえ込むフランジ(17,18)と、これらに設けられた孔(20,21)を差し込まれた締結ねじによって締め付けられることを特徴とする請求項14記載のパッキン構造。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、対向した部品に対する、特にその端部が対向している管路部品の、互いに同軸芯上で軸対称的な部品断面間のパッキン構造であって、その際これらの部品が協働して、径方向及び軸方向に互いに離れた金属製壁部によって形成されるパッキンケースを作り出すとともに、前記パッキンケース内部を密封するため、前記壁部に接当するパッキンリングが配設されているものに関する。
【0002】
【従来の技術】管路のような2個の部品の間の分離継目を密封するためのパッキンリングは、その都度設定されている物理的、化学的、機械的要求事項に合わせて適合される。低及び標準圧力領域では、管路端部間の分離継目がしばしば、ゴム又はエラストマー製のパッキンリングで密封されている。もちろん、耐熱性又は媒体耐性に関する高度の要求、さらにパッキンの密封性に関する高度の要求が設定される場合、このような材料は使用されない。
【0003】例えば、空調機器では、パッキンリングは、上記の特性に加えて、冷媒に対する耐性、冷媒密封性、また耐油性を備えていなければならない。使用される冷媒や油によってパッキン材は溶出してはならないし、高い膨潤度を有してはならず、できるだけ溶出物は少なくしなければならない。環境保護の理由により、空調機器では、今日、冷媒として二酸化炭素を使用する傾向が増えている。これは液体状態と気体状態で使用されるので、200バールまでの高い圧力条件での使用を考慮する必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような緒条件の下で、ゴムやエラストマーのパッキン材を使用すれば、これら材料は特に、二酸化炭素の浸透に対して密封性を有しておらず、これにより十分な冷媒密封性を確保できないと云う問題がある。さらに、冷媒の温度が冷媒管路内で200℃まで達することがあるため、このような用途への周知のゴムやエラストマーのパッキン材の使用は、非常に制限される。
【0005】上記実状に鑑み、本発明の課題は、ガス浸透耐性、高温領域までの温度耐性、耐圧性、さらに特に二酸化炭素形態の冷媒に対する溶剤耐性を備える冒頭で述べたタイプのパッキン構造を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によれば、パッキンリングが、少なくとも2個の波形山部分(別の方向から見れば谷部分となる)と、それらの互いに向かい合う側面同士をつなぐ波形移行部とからなる金属波形部材から構成され、前記波形山部分(谷部分)が、非圧縮性フレキシブル固形物で完全に充満され、かつ前記波形部材が、軸方向圧縮及びそれによって生じるパッキンリングの軸方向及び径方向の変形とによって、少なくとも前記パッキンケースの、それぞれ対応するとともに径方向に互いに離れた壁部と密接状態になるようなパッキン構造によって解決される。
【0007】本発明の利点に関する以下の説明では、特に、2個の管路端部間のパッキン構造に関連している。しかし、本発明のパッキン構造は、例えば、弁でハウジングに対して操作スピンドルを密封する弁座のパッキングとして利点をもって使用できるものである。
【0008】本発明の構造は、パッキンリングの軸方向圧縮によって、非圧縮性のフレキシブルな固形物で満たされた波形山部分(パッキンリングを逆に組み込んだ場合波形谷部分)が、軸方向に縮小され、それにより固形物が径方向に広がり、また波形山(谷)部分が、それに対応した、例えばパッキンケースの軸芯平行な壁部に圧力を加えるという作用を用いている。さらなる軸方向圧縮(締め付け)により、上記の作用に対向する力が生じ、この力がその対応する軸芯平行な壁部に対して密封状態となるように継ぎ目の波形移行部を押し付ける。金属波形部材を規定している波形の外側側面が、パッキンケースの径方向壁部と密封接触状態にされることによって、この径方向壁部にパッキン効果が生ずる。
【0009】全体として、このパッキン構造は、特に耐熱性と浸透密封性を有している金属パッキン材を使用していることに特徴がある。その上に、密封押し付け、すなわち、有効に作用する密封力を、軸方向に圧縮力がかかることによって調整でき、これにより、密封が高圧領域の種々の圧力仕様に適合しうる。少なくとも波形山部分(谷部分)に対応する、例えば軸芯平行な壁部で、パッキンリングとパッキンケースとの間に多重接当状態が形成されることによって、さらに、特に高い密封作用が得られる。
【0010】本発明の好適な実施形態の1つでは、向かい合った側面及び波形移行部によって区画された空間が、同様に非圧縮性のフレキシブル固形物で完全に充満される。
【0011】さらに、波形山部分(谷部分)が、パッキンリングの軸方向の圧縮によって、部分的変形状態から最終的変形状態になるようにするならば、好都合である。この場合、部分的に変形された出発状態で、波形山部分(谷部分)が径方向にゆるんでおり、そして、非圧縮性の固形物が径方向に広がる力により、波形山部分(谷部分)がパッキンケースの対応した壁部と密接する。これによって、パッキンリングが確実に空間にぴったりと入り込むことが実現され、従ってある程度の範囲でパッキンケースの径方向寸法が異なっていてもしっかりと密封できる。
【0012】特に好適な実施形態として、波形移行部と波形山部分(谷部分)が、その最終的な変形状態で、パッキンケースの対応する壁部とほぼ直線的な接当状態となるような構造が提案される。この場合、波形移行部だけでなく波の山や波の谷間も、最終的完全状態で、それぞれに対応するパッキンケースの壁部にほぼ線形に接触する時、特に有利なものとして推薦される。これによって、面的接触状態に比較して、同一力作用で、より高い押し付け圧が得られる。
【0013】さらに好適な実施形態の1つでは、、波形移行部を規定する波形部材側面の間隔が、波形山分(谷部分)を規定する側面の間隔より小さくなっている。パッキンリングの軸方向圧縮が、実質的に波形移行部の幅の減少に結びつかず、波形山部分(谷部分)に結びつくことによって保証される。従って、非圧縮性のフレキシブル固形物に使用されている空間の幅が限定されていることで、結果的に固形物に作用する径方向力が、波形山部分が最終的変形状態になり、また十分な密封加圧が保証されるためには、十分となる。
【0014】さらに、別な実施形態の1つでは、金属波形部材を規定する外側側面が、それと径方向に隣接したパッキンケースの壁部に実質的に直線的で径方向に延びて、またここで終端するように形成されている。これにより、外部側面が、僅かな軸方向圧縮で既に、外部側面に対応する壁部に密封状態で接当する。これに対して、軸方向圧縮の過程で、径方向壁部まで延びる外部側面では、外部側面の密封状態の接当が達成できるまで、さらなる軸方向反力に打ち勝たなければならない。
【0015】金属波形部材が温度耐性及び耐腐食性の金属からなることが望ましく、これにより、高温と腐食環境の条件でも、例えば、密封しなければならない腐食性媒体を使用する場合でも、長い運転持続時間の過程でも、パッキンリングは当初の最適な密封が維持される。このためには、特殊鋼が特に最適と見られる。
【0016】固形物に関しては、当然ながら高い温度及び腐食条件にさらされても、高い耐熱性及び腐食抵抗性を有するエラストマーを使用することが望ましい。
【0017】密封対象となる部品が媒体用流れ断面を有する第1管と第2管である場合、パッキンケースが、第1管の端部を形成するとともに軸芯に平行な外側壁部と、壁部から径方向に離れた、同様に軸に平行な第2管の内側壁部と、軸芯に平行な壁部のそれぞれの自由端から軸方向に間隔をあけて、これらとつながっている径方向内方に延びた壁部と径方向外方に延びた壁部とによって作り出される。また、パッキンケースが、第1管の端部を形成するとともにその自由端から円錐状に先細に延びる外側の第1壁部と、第2管の、第一壁部から径方向に離れてその自由端から円錐状に広まって延びるとともに第1壁部にほぼ平行な内側の第2壁部と、円錐状に走る壁部のそれぞれの自由端から軸方向に距離を保持して、これらとつながっている径方向内側と外側の壁部とによって作り出されてもよい。パッキンケースのこの形状は、軸芯平行な壁部により形成されたパッキンケースに比較して、密封作用をさらに改善する。
【0018】この場合、第2管(第2部品)の径方向外方に延びた壁部は、壁部がパッキンリングに対して軸方向に押し付けられるので、パッキンリングの圧縮作用が生じる。好適な実施形態として、第2管の径方向外方に延びた壁部の外径が、第1管の軸芯に平行な壁部の内径よりも小さくされるなら、この壁部が−必要な密封加圧がなお、達せられないとすれば−第1軸の軸芯平行な壁部と衝突しない。
【0019】また、パッキンリングの望ましい密封加圧では、前記第2管の径方向外方に延びた壁部が、第1管の軸に平行な又は円錐状に延びる壁部の自由端と軸方向に間隔をあけるように、パッキンリングの軸方向圧縮能力とパッキンケースを設計することは、確実に有効である。これにより、使用中、密封加圧が十分でない場合、軸向き圧縮と結果的に密封加圧が引き上げることができるようになる。
【0020】この実施形態でさらに有効なのは、第2管の内部の軸芯に平行な又は円錐状に延びる壁部が、第1管の外径に対応する内部断面内に挿入され、その際その内部断面がパッキンケースに軸方向で接続している構成である。つまり、特に、管又は他の部品のマッフル結合(差し込み結合)が採用され、そこで、第1管(第1部品)の上述した壁部形状が、例えば孔としてこの部品内に形成される。それから、両管(部品)の結合のため、第2軸(第2部品)では、上述の軸芯平行な内側壁部形状を突起として形成することができる。
【0021】金属波形部材の波形移行部に関しては、波形移行部分が挿入される部品の軸芯平行な又は円錐状に延びる壁部に接当し、パッキンリングが径方向外方を向いた波形山部分を有すると好都合である。これによって、固形物が完全に包み込まれることが保証される。これに対して、径方向内方を向いた波形谷部分を有するパッキンリングを組み込む場合、固形物が軸芯平行な外側壁部に流出する可能性がある。
【0022】さらに、部品(管)が、径方向の壁部を押さえ込むフランジと、これらに設けられた孔に差し込まれた締結ねじによって締め付けられる。これによって、部品は互いに向かい合った位置で固定され、同時に、パッキンリングのための一定の密封押し付けが維持される。
【0023】本発明によるその他の特徴及び利点は、以下図面を用いた実施例の説明により明らかになるだろう。
【0024】
【発明の実施の形態】図1は2個の管端部、つまり第1管1と第2管2の連結を示す。ここで、第2管2は、第2管2の外径に対応した第1管1の内部断面3に挿入されている。この適切な内部断面3は、管端部1が第2管2の挿入領域内で径方向外方を向いた湾曲4を備えることによって、得られる。図面から明らかなように、両管端部は、軸対称的な断面−このケースでは、円形断面−に関して同軸芯となっている。
【0025】両管端部1,2は環状パッキンケース5を形成している。このパッキンケース5は、それぞれの径方向の壁部6,7と、第1や第2管端部の軸芯平行な外側・内側壁部8,9から、形成される。この場合、管端部2の折り出しにより形成された径方向壁部7の外径は、軸平行壁部8のほぼ外径に対応する。
【0026】パッキンケース5の内部には、パッキンリング10が配置される。パッキンリング10は、図3からはっきりと判明するように、金属波形部材の、波形移行部11によりつながれた2個の波形山部分12から構成されている。ここで、波形山部分12は、非圧縮性フレキシブル固形物13、特にエラストマーによって、完全に充満されている。波形移行部に比べて波形山部分の寸法に関しては、波形移行部を規定する隣り合う波形部材の側面14同士の距離は、波形山部分を限定する側面14,15又は14,16の距離より小さい。
【0027】パッキンリング10はパッキンケース5内に配置されるので、波形移行部11と固形物13が第2軸2の軸芯平行な壁部9と接触しており、波形山部分12が径方向外方へ向いている。波形山部分12が部分的変形状態であるので、すなわち、その径方向の外面は、ほぼ軸芯に平行に延びるので、軸芯平行な壁部8から径方向に間隔をあけている。そして、組み付け時に、第1管1内への第2管2の摩擦無しの挿入が可能である。さらに明らかなのは、パッキンリング10の一方の外部側面15が、それに対応した径方向の壁部7から軸方向に間隔をあけており、また、他方の外部側面16が、それに対応する径方向の壁部6に接当する。さらに、両外部側面15,16は軸平行壁部9を直線的に径方向に延びており、これで終端している。
【0028】胴側面14と波形移行部11により区画された空間を、同様に非圧縮性フレキシブル固形物13で完全に満たすのがよいということが、ここで判明する。
【0029】両管端部1,2の締め付けのため、径方向の壁部6,7を押さえ込んでいるフランジ17,18及び孔20,21に挿通した締結ねじ19が、設けられている。
【0030】図2は、フランジ17に設けられた孔20内のねじ部19に螺合することによってもたらされた締め付け状態での、両管端部1,2を示し、両管端部1,2が軸上で互いに接近移動している。この場合、第2管2の径方向の壁部7は、パッキンリング10の外側側面15に押し付けられ、パッキンリンクはこれにより、軸方向に圧縮される。この加圧のために、エラストマーで満たされた空間の幅は減少するので、エラストマーが径方向外方に広がらねばならず、この場合図1に示した部分的変形状態の波形山部分が最終的変形状態となる。
【0031】この最終状態で、波形山部分12と波形移行部11は、それぞれに対応した軸芯平行な壁部8,9に対して、ほぼ直線状に延びる接当状態となる。同様に、パッキンリング10の外部側面15,16は、それぞれに対応する径方向の壁部7,6に密接状態となる。
【0032】締め付け状態でもまだ軸芯平行な壁部8と径方向の壁部7との間に軸方向の隙間があると、すでに述べたように使用時にパッキン圧が不十分であると確認されたときには、軸方向の圧縮とそれに伴うな密封圧力を高めることにより圧力不足を是正できるとともに、このような隙間の存在は好ましくないと考えられている。
【0033】上述した実施形態は2個の相互に連結した管端部に関するものであるが、もちろん、管端部の代わりに、このようなパッキンケースを形成する他の部品にも同様に適用できる。そこで、このようなパッキンケースが、例えば弁構造内に適用される場合、弁箱から出てくる操作スピンドルとこの操作スピンドルと同軸芯の弁座によって、形成されることになる。
【0034】図4は、本発明の他の実施形態を示す。この場合、2個の管端部22,23の連結が示されている。ここで、第2管23は、その外径に対応した、第1管22の内部断面24内に挿入される。このため、管端部22は、第2管23の挿入領域内に、径方向外方を向いた拡径部を有する。
【0035】図4からさらに明らかなように、両管端部22,23は、図1〜3の実施例の場合のように、環状の、いずれにしてもここでは円錐状に延びるパッキンケース26を作り出す。これは、それぞれの径方向の壁部27,28と、第1ないしは第2管端部の円錐状に延びる外側・内側壁部29,30により、形成される。この場合、壁部29はその自由端部側から見て、円錐状に先細になるように延びており、これに対して、その平行で間隔をあけている壁部30は自由端部側から見て、円錐状に末広がりで延びている。
【0036】パッキンケース26の内部に、パッキンリング31が配置されている。パッキンリング31は、波形移行部32により結合された金属波形部材の2個の波形山部33からなる。この場合、パッキンリング31の外部輪郭はパッキンケース26の円錐状の延び形状と適合しており、すなわち、外部輪郭は相似した円錐状に延びている。図1〜3の実施形態と違って、ここではもちろん、波形山部分33が、非圧縮性フレキシブル固形物34−例えば、エラストマー−により、満たされているだけでなく、波形移行部32とこれに相対する波形山部分33の側面37によって区画される空間も満たされている。この場合、この空間は、隣接した波形山部分33の高さまで、その固形物で満たすことができる。
【0037】パッキンリングは、波形移行部32と波形山部分33内の固形物34が、第2管23の円錐状に延びる壁部30で接当するように、パッキンケース26内に配置されている。従って、波形山部分33は径方向外方に広がっている。波形山部分33の外周面は平坦にされ、このため、壁部29から均等な距離となっている。パッキンリング31の両外側側面35,36は第2管23の円錐状に延びる壁部30上に向かって径方向に直線的に延びて、そこで終端している。
【0038】この実施形態でも、密封作用は、両管端部22,23が軸芯上を相互に接近移動することによって、もたらされ、その際パッキンリング31がほぼ軸方向に圧縮され、それから、固形物34がほぼ径方向に広げられ、そして、波形山部分33ができあがる、それによって、波形山部分33と壁部29との間の金属対金属の密封が生ずる。さらに続いて、波形部材の側面35,36と波形移行部32は、加圧の結果、それぞれに対応する壁部と接当する。
【0039】十分大きな押し付け力を得るために、組み付け前に、管22の端部と管23の径方向の壁部28が、図4に示すように、互いに十分大きな軸方向の間隔をあけておくことが必要である。
【0040】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造に限定されるものではない。
【出願人】 【識別番号】597051023
【氏名又は名称】ヴィッツェンマン・ゲー・エム・ベー・ハー メタルシュラウホ‐ファブリーク・プフォルツハイム
【氏名又は名称原語表記】WITZENMANN GMBH METALLSCHLAUCH‐FABRIK PFORZHEIM
【住所又は居所原語表記】OESTLICHE KARL‐FRIEDRICH‐STRASSE 134, D‐75175 PFORZHEIM, BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
【識別番号】500510973
【氏名又は名称】キューナー・ゲー・エム・ベー・ハー・ウント・コンパニー
【氏名又は名称原語表記】KUEHNER GMBH & CIE.
【住所又は居所原語表記】TALSTRASSE 6, D‐71570 OPPENWEILER, BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
【出願日】 平成12年11月6日(2000.11.6)
【代理人】 【識別番号】100107308
【弁理士】
【氏名又は名称】北村 修一郎
【公開番号】 特開2001−173855(P2001−173855A)
【公開日】 平成13年6月29日(2001.6.29)
【出願番号】 特願2000−336857(P2000−336857)