AT524094A1 - Elektromagnetisch betätigbares Ventil - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Ventil (200) umfassend ein Gehäuse (1) mit Zu- (1a) und Ablauf (1b) und Ventilsitz (1c), eine Magnetspule (2), einen zylinderförmigen Dichtkörper (4) mit Hauptdichtfläche (4b) und Vorsteuerdichtfläche (4d) und einen Anker (5). Der Dichtkörper (4) ist am Anker (5) in Richtung der Längsachse verschiebbar mit Hilfe eines Clipmechanismus angebracht. Der Clipmechanismus umfasst mehrere in Radialrichtung nach außen gerichtete, elastisch verformbare Greifarme (4h) am Dichtkörper (4), die mit einem radialen Einstich (5d) am Anker (5) zusammenwirken.
Description
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verschlusssystem für ein elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbesondere für ein indirekt gesteuertes elektromagnetisches Absperrventil für Gase und/oder Flüssigkeiten nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
In einem Kraftstoffversorungssystem für gasförmige Kraftstoffe wie z.B. Erdgas oder Wasserstoff mit Speicherdrücken bis 700 bar und Arbeitsdrücken des Verbrauchers bis ca. 20 bar sind sowohl auf der Hochdruckseite als auch auf der Niederdruckseite vorgesteuerte elektromagnetische Absperrventile verbaut, wobei das elektromagnetische Absperrventit den Betankungsund/oder den Entnahmeweg im bestromten Zustand öffnet oder stromlos
verschließt.
Ein elektromagnetisches Absperrventil besteht i. A. aus einem Gehäuse mit zumindest einem Strömungsweg zwischen einem Zulauf und einem Ablauf, einem Verschlusssystem zum Verschließen bzw. zur Freigabe des zumindest einen Strömungsweges und einer Magnetspule zur Lagebeeinflussung des Verschlusssystems, wobei das Verschlusssystem einen Dichtkörper, einen Anker und wahlweise eine Schließfeder umfasst. Derartige Verschlusssysteme für indirekt gesteuererte elektromagnetische Absperrventil sind u.a. aus US6142128, EP000002857727 oder EP2743555 bekannt: US6142128 zeigt ein vorgesteuertes Ventil mit einem Querstift als Mitnehmerverbindung zwischen Anker und Dichtkörper. Nachteilig sind der Bauaufwand für den zusätzlichen Querstift und die Bohrungen, der Hubverlust durch das erforderliche Spiel am
Querstift und die kurze Führungslänge des Dichtkörpers am Anker.
2/27,
Grundkörpers relativ zum Ende der Greifarme.,
Technische Aufgabe
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines universell einsetzbaren Verschlusssystems aus zumindest einem Anker und einem mit dem Anker verbundenen Dichtkörper zum bevorzugten Einsatz in einem vorgesteuerten elektromagnetischen Absperrventil für Hoch- und/oder Niederdruckanwendungen mit stabiler Führung des Dichtkörpers im Anker sowie die Möglichkeit einer kostengünstigen Großserienproduktion durch
Spritzgießen.
Technische Lösung
Die Aufgabe wird durch eine handhabbare Baugruppe aus einem Dichtkörper, einem Anker und wahlweise einer Schließfeder mit einem einfachen Mitnehmer als Bautellkopplung zwischen dem Dichtkörper und dem Anker in Form eines Clipmechanismus aus einem oder mehreren in Radialrichtung nach außen gerichteten, elastisch verformbaren Greifarmen am Dichtkörper, die mit einer ringförmigen Nut am Anker zusammenwirken und einrasten, gelöst, wobei die Länge der elastisch verformbaren Greifarme des Dichtkörper begrenzt ist und die Greifarme zwischen den beiden Stirnflächen des
zylinderförmigen Dichtkörpers angeordnet sind,
Ausführungsform
Die Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
einer möglichen Ausführungsform und anhand der Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt ein elektromagnetisch betätigbares Absperrventil mit einem
Verschlusssystem im geschlossenen Zustand
Fig. 2 zeigt das Absperrventil und das Verschlusssystem aus Fig 1 mit
geöffnetem Vorsteuersitz
Fig. 3 zeigt das Absperrventil und das Verschlusssystem aus Fig. 1 mit
geöffnetem Hauptsitz Fig. 4 zeigt den Dichtkörper des Verschlusssystems aus Fig. 1 Fig. 5 zeigt eine zweite mögliche Ausführungsform des Dichtkörpers
Fig. 1 zeigt ein Verschlusssystem (100) und einen Ausschnitt des Verschlusssystems (100) im geschlossenen Zustand in einem
elektromagnetischen Durchgangsventil (200) zum beidseitigen Anschluss einer
des Arms (4i) nach außen gerichteten und in radialer Richtung aus dem Arm
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einem oder mehreren Ausschnitten (5g) sowie Querbohrungen (5h) und einer
Gegenpo! des Magnetkreislaufs.
Gemäß Fig. 1 drückt im geschlossenen Zustand bei unbestromter Magnetspule (2) die Schließfeder (6) den Anker (5) mit seiner Dichtfläche (5b) gegen die Vorsteuerdichtfläche (4d} des Dichtkörpers (4) und somit den Dichtkörper (4) mit seiner Hauptdichtfläche (4b) gegen den Ventilsitz (1c) des Gehäuses (1) und verschließt somit die beiden Strömungswege zwischen dem Zulauf (1a) und dem Ablauf (1b), d.h. der Dichtkörper (4) und das Gehäuse (1) verschließen den ersten Strömungsweg zwischen der Hauptdichtfläche (4b) des Dichtkörpers (4) und dem Ventilsitz (1c) des Gehäuses (1), der Anker (5) und der Dichtkörper (4) verschließen den zweiten Strömungsweg über die Vorsteuerbohrung (4e) zwischen der Vorsteuerdichtfläche (4d) des Dichtkörpers (4) und der Dichtfläche (5b) des Ankers (5). Der Greifer (4j) des Mitnehmers (4g) hat im geschlossenen Zustand In axialer und in radialer Richtung keinen Kontakt zu den drei Begrenzungsflächen des Einstichs (5d) und ermöglicht dadurch die Abdichtung zwischen der Vorsteuerdichtfläche (4d} des Dichtkörpers (4) zur der Dichtfläche (5b) des Ankers (5). Die Dichtwirkung wird durch den
Differenzdruck am Dichtkörper (4) und am Anker {4) verbessert.
Gem. Fig. 2 zieht bei bestromter Magnetspule (2) die axial wirkende Magnetkraft den Anker {5} in axialer Richtung zum als Gegenpol wirkenden Zulauf (1a) und hebt den Anker (5) mit seiner Dichtfläche (5b) von der Vorsteuerdichtfläche (4d) des Dichtkörpers (4) ab, sobald die Magnetkraft größer als die Summe aus der in Schließrichtung wirkenden Differenzdruckkraft am Anker (5) und der in Schließrichtung wirkenden Kraft der Schließfeder (6)
ist, sodass der Anker (5) mit seiner Stützfläche (5e) an der Stützfläche (41) des
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Dichtkörper (4), wenn der Entnahmeweg stromabwärts verschlossen ist.
Gem. Fig 3. zieht bei bestromter Magnetspule (2) die axial wirkende Magnetkraft den Anker (5) in axialer Richtung zum als Gegenpol wirkenden Zulauf (1a) und hebt durch die Bauteilkopplung zwischen dem Anker (4) und dem Dichtkörper (4) bei ständigem Kontakt der Stützfläche (41) des Dichtkörpers (4) mit der Stützfläche (5e) des Ankers (4) den Dichtkörper (4) mit der Hauptdichtfläche (4b) vom Ventilsitz (1c) des Gehäuses {1} ab, sobald die Druckdifferenz am Dichtkörper (4) soweit abgebaut ist, dass die Magnetkraft größer als die Summe aus der in Schließrichtung wirkenden Differenzdruckkraft am Dichtkörper (4) und der in Schließrichtung wirkenden Kraft der Schließfeder {6) ist. In diesem Betriebszustand ist der erste Strömungspfad über die Hauptdichtfläche (4b) geöffnet und der zweite Strömungspfad über die Vorsteuerdichtfläche (4d) geöffnet, wobei der Anker (5) vorzugsweise am als Gegenpol des Magnetkreises wirkenden Zulauf (1a) und die Stützfläche (41) des
Dichtkörpers (4) an der Stützfläche (5e) des Ankers (5) anliegt.
Fig. 4 zeigt den Dichtkörper (4) des Verschlusssystems (100) aus Fig. 1, wobei die die Elastizität bzw. Nachgiebigkeit des Mitnehmers (4g) durch zusammenhängende Ausnehmungen (40, 4p) zwischen den einzelnen Greifarmen (4h) zur Freistellung der einzelnen Greifarme (4h) entsteht. Die
Freistellung um den Greifarm (4h) ermöglicht die zur Montage des Dichtkörpers
(4) im Anker (5) erforderliche elastische Verformung des Greifarms (4h) in radialer Richtung, wobei die Außenfläche (4k) des Mitnehmers (4g) bei der Montage innerhalb des Durchmessers der Führungsfläche (5c) des Ankers (5) liegt, d.h. die radiale Breite der ersten Ausnehmung (40) entspricht zumindest dem Abstand zwischen der Außenfläche (4k) des Mitnehmers (4g) und der Führungsfläche (5c) des Ankers (5).
Fig. 5 zeigt eine zweite mögliche Ausführungsform des Dichtkörpers (4) , wobei die Elastizität des Mitnehmers (4g}) durch nicht zusammenhängende Ausnehmungen {4q} zwischen allen Greifarmen (4h) zur Freistellung der einzelnen Greifarme (4h) entsteht, wodurch die radiale Führungsfläche (4f) des Dichtkörpers {4} verlängert ist. Die Freistellung um den Greifarm (4h) ermöglicht die zur Montage des Dichtkörpers (4) im Anker (5) erforderliche elastische Verformung des Greifarms (4h) in radialer Richtung, wobei die Außenfläche (4k) des Mitnehmers (4g) bei der Montage innerhalb des Durchmessers der Führungsfläche (5c) des Ankers (5) liegt, d.h. die radiale Breite der Ausnehmung (4q) entspricht zumindest dem Abstand zwischen der
Außenfläche (4k) des Mitnehmers (4g) und der Führungsfläche (5c) des Ankers (5).
Der nominale Ventilhub als axialer Abstand zwischen der Hauptdichtfläche (4b) und dem Ventilsitz (1c) im geöffneten Zustand entspricht der nominalen Hubhöhe als axialer Abstand zwischen dem Anker (5) und dem als Gegenpo! wirkenden Zulauf (1a) im geschlossenen Zustand abzüglich dem nominalen Vorsteuerhub als axialer Abstand zwischen zwischen der Stützfläche (41) des Dichtkörpers (4) und der Stützfläche (5e) des Ankers (5) im geschlossenen Zustand. Der nominale Vorsteuerhub als axialer Abstand zwischen der Vorsteuerdichtfläche (4d) des Dichtkörpers (4) und der Dichtfläche (5b) des
Ankers {5} bei geöffneter Vorsteuerdichtfläche (4d) und geschlossener
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geschlossenen Zustand.
Die federnden, hakenförmigen Greifarme (4h) am Dichtkörper (4) als Mitnehmer (4g} im Zusammenwirken mit dem Einstich (5d) am Anker {5) stellen eine fertigungs- und montagefreundliche Bauteilkopplung dar. Die Lage der Vorsteuerdichtfläche (4d) hinter dem Mitnehmer (4g) gewährleistet eine einfache Fertigung des Dichtkörpers (4) und des Ankers {5). Die große Führungslänge zwischen Dichtkörper (4) und Anker (5) ergibt ein stabiles
Verschlusssystem (100).
Bevorzugt ist der Dichtkörper (4) einteilig ausgeführt, wahlweise ist der
Dichtkörper (4) mehrteilig ausgeführt.
Bevorzugt ist die Endfläche (4n) des Mitnehmer (4g) in axialer d.h. in Längsrichtung des Dichtkörpers (3} zwischen der ersten Stirnfläche (4a) bzw. der Hauptdichtfläche (4b) und der zweiten Stirnfläche (4c} bzw. der Vorsteuerdichtfläche (4d} des Dichtkörpers (4) ausgeführt. Wahlweise ist die Endfläche (4n} bündig mit der zweiten Stirnfläche (4c) oder in Richtung von der ersten Stirnfläche (4a) zur zweiten Stirnfläche (4c) hinter der zweiten Stirnfläche (4c) ausgeführt, wobei der Anker {5} einen axialen Einstich zur
Aufnahme des Mitnehmers (4g) oder von Teilen des Mitnehmers (4g) umfasst.
Bevorzugt ist der Dichtkörper (4) im Bereich der Führungsfläche (4f) mit einem konstanten Außendurchmesser ausgeführt, wahlweise ist der Dichtkörper (4)
an der Außenseite im Bereich der Führungsfläche (4f) gestuft ausgeführt.
Bevorzugt ist die Querschnittsfläche bzw. der Außendurchmesser der ersten Stirnfläche (4a) des Dichtkörpers (4) größer als die Querschnittsfläche bzw. der
Außendurchmesser der zweiten Stirnfläche (4c) des Dichtkörpers (4),
zweiten Stirnfläche (4c) des Dichtkörpers (4).
Bevorzugt sind die Greifarme (4h) gleichmäßig am Dichtkörper (4) verteilt,
wahlweise sind die Greifarme (4h) unregelmäßig am Dichtkörper (4) verteilt.
Bevorzugt sind drei bis sechs Greifarme (4h) am Dichtkörper (4) ausgeführt, wahlweise ist zumindest ein Greifarme (4h} oder eine beliebige Anzahl von
Greifarmen (4h}) am Dichtkörper (4) ausgeführt.
Bevorzugt beträgt die Länge der Greifarme (4h) 10% bis 90% der Gesamtlänge des Dichtkörpers (4), besonders bevorzugt beträgt die Länge der Greifarme {(4h) 25% bis 50% der Gesamtlänge des Dichtkörpers (4).
Bevorzugt beträgt die nominale radiale Breite der Stützfläche (41) des Greifarms (4h) 0,1 mm bis 1 mm, besonders bevorzugt beträgt die nominale
radiale Breite der Stützfläche (4} 0,25 mm bis 0,5 mm.
Bevorzugt beträgt der Winkel zwischen der Führungsfläche (4f) und der Stützfläche {41} 90°, wahlweise ist jeder Winkel zur Erfüllung der
Mitnehmerfunktion möglich.
Bevorzugt ist der radiale Abstand der Außenflächen (4k) aller Greifarme (4h) zur Bewegungsachse des Dichtköpers(4) konstant, wahlweise ist der radiale
Abstand der Außenflächen (4k) der Greifarme (4h} zur Bewegungsachse des
Dichtköpers{4} ungleich, wobei eine oder mehrere Außenflächen (4k) in eine Nut oder Bohrung des Ankers (5) eingreifen und ein Verdrehen des
Dichtkörpers (4} im Anker (5) verhindern.
Bevorzugt ist der radiale Abstand des Außendurchmessers des Arms (4i) von
der Bewegungsachse des Dichtkörpers (4) ident mit dem radialen Abstand des
Bewegungsachse des Dichtkörpers (4).
Wahlweise erhöht ein radialer Einstich an der Führungsfläche (4f) vor den Greifarmen (4h}) oder am Anfang des Greifarms (4h) des Dichtkörpers (4) die Elastizität der Greifarme (h) und/oder verhindert eine Verformung des Dichtkörpers (4) im Bereich der Führungsfläche (4f) und/oder reduziert den
Reibungswiderstand zwischen den beiden Führungsflächen (4f, 5c).
Wahlweise ist die erste Stirnfläche (4a) des Dichtkörpers (4) eine Stützfläche zur Vermeidung einer unzulässigen Verformung der Hauptdichtfläche (4b) bei
großen Differenzdrücken am Dichtkörper (4).
Wahlweise ist die zweite Stirnfläche (4c) des Dichtkörpers (4) eine Stützfläche zur Vermeidung einer unzulässigen Verformung der Vorsteuerdichtfläche (4b)
bei großen Differenzdrücken am Dichtkörper (4).
Bevorzugt ist die Hauptdichtfläche (4a) parallel! und/oder konzentrisch zur Vorsteuerdichtfläche (4b) ausgeführt, wahlweise ist die Form der
Hauptdichtfläche (4a) unterschiedlich zur Form der Vorsteuerdichtfläche (4b).
Bevorzugt sind die Hauptdichtfläche (4a) und/oder die Vorsteuerdichtfläche (4b) eben, wahlweise ist die Form der Hauptdichtfläche (4a) und/oder die Form
der Vorsteuerdichtfläche (4b) abweichend von der ebenen Form.
Wahlweise sind am Dichtkörper (4) Abflachungen an der Führungsfläche (4f) zur Vermeidung eines Grates im Bereich der Schließkante des Spritzgusswerkzeuges oder zur Entformung aus einem Spritzgusswerkzeug
ausgeführt.
Dichtkörper (4).
Wahlweise sind die Ausnehmungen (40, 4p, 4q) oder Teile der Ausnehmungen (40, 4p, 4q) mit einem elastischen Material oder einem elastischen Element gefüllt oder nehmen ein elastisches Material! oder einem elastisches Element
auf.
Bevorzugt ist der Dichtkörper (4) aus einem polymeren Werkstoff gefertigt,
wahlweise ist der Dichtkörper (4} aus einem metallischen Werkstoff gefertigt.
Bevorzugt ist der Anker (5) einteilig ausgeführt, wahlweise ist der Anker (5)
mehrteilig ausgeführt.
Bevorzugt ist die Bohrung (5a) im Anker (5) und/oder die Führungsfläche (4f)} des Dichtkörpers (4) mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgeführt. Wahlweise ist der Querschnitt der Bohrung (5a} und/oder die Führungsfläche (4f) des Dichtkörpers (4) nicht kreisförmig ausgeführt, wobei der Dichtkörper (4) im Bereich seiner radialen Führung im Anker einen korrespondierenden
Querschnitt aufweist.
Bevorzugt ist der Einstich (5d} am Anker (5) mit einem rechteckigen Querschnitt ausgeführt, wahlweise ist der Einstich (5d) am Anker {5} mit einem beliebigen Querschnitt, der die Mitnehmerfunktion erfüllt, ausgeführt, wobei
der Greifer (4j) wahlweise einen korrespondierenden Querschnitt aufweist.
Bevorzugt beträgt der Winkel zwischen der Führungsfläche (5c) und der Stützfläche (5e) 90°, wahlweise ist jeder Winkel, der die Mitnehmerfunktion
erfüllt, möglich.
durchgehend als Strömunggspfad zur Dichtfläche (5b) ausgeführt sind.
Bevorzugt ist die Schließfeder (6) am Anker (5) befestigt, wahlweise ist die Schließfeder (6) als eigenständiger Bauteil kein Bestandeil des
Verschlusssystems (100).
Wahlweise wird der Anker (5) nicht durchströmt und sowohl die Zulauf- als auch die Ablaufbohrung sind im Gehäuse (1) im Bereich des Dichtkörpers (4)
ausgeführt.
Bevorzugt erfolgt die Strömung vom Zulauf (1a) zum Ablauf (1b) über die Vorsteuerdichtfläche (4d) durch den radialen Spalt zwischen der Führungsfläche (4f) des Dichtkörpers (4) und der Führungsfläche (5c) des Ankers (5), wahlweise erfolgt die Strömung vom Zulauf (1a) zum Ablauf (1b) über die Vorsteuerdichtfläche (4d) durch eine Bohrung oder einen Kanal im
Anker (5).
Bevorzugt beträgt der nominale Ventilhub 0,3 mm bis 3 mm, besonders
bevorzugt beträgt der nominale Ventilhub 0,5 mm bis 1,2 mm.
Bevorzugt beträgt der nominale Vorsteuerhub 0,05 mm bis 1 mm, besonders
bevorzugt beträgt der nominale Varsteuerhub 0,1 mm bis 0,3 mm.
Wahlweise wird das Gehäuse (1 ) oder ein Teil des Gehäuses (1) durch ein
Behälterventil gebildet.
€ eo
Bevorzugt ist das Verschlusssystem In einem indirekt gesteuerten und elektromagnetisch betätigbaren Absperrventil verbaut, wahlweise ist das Verschlusssystem in einem indirekt gesteuerten und elektromagnetisch betätigbaren Ventil wie z.B. in einem elektromagnetisch betätigten
Druckregelventil verbaut,
Bezugszeichenliste
1 Gehäuse 1a Zulauf 1b Ablauf 1c Ventilsitz 1d Rückschluss
2 Magnetspule 2a Spulenkörper 2b Wicklung
3 Dichtung
4 Dichtkörper 4a Erste Stirnfläche 4b Hauptdichtfläche 4c Zweite Stirnfläche 44 Vorsteuerdichtfläche 4e Vorsteuerbohrung 4f Führungsfläche 4g Mitnehmer
4h Greifarm 4i Arm 4} Greifer
Claims (1)
- 2. Verschlusssystem (100} für ein elektromagnetisch betätigbares Ventil (200), wobei das elektromagnetisch betätigbare Ventil (200) ein Gehäuse (1) mit einen Zulauf (1a) und einen Ablauf (1b), zwischen denen ein erster Strömungspfad definiert ist, eine Im ersten Strömungspfad angeordnete Dichtfläche (1c), eine Magnetspule (20) und ein Verschlusssystem (100) mit einem zwischen einer Offenposition und einer Schließposition beweglichem, zylinderförmigen Dichtkörper (4} mit einer Hauptdichtfläche (4b) angeordnet im Bereich einer ersten Stirnfläche (4a) und einer Vorsteuerdichtfläche (4d) angeordnet im Bereich einer gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche (4c), zwischen denen eine Vorsteuerbohrung (4e) als zweiter Strömungspfad definiert ist, einem Anker (13) mit einer Dichtfläche (5b) und wahlweise eine Schließfeder (17) umfasst, wobei der Dichtkörper (4} dazu ausgebildet ist, in der Schließposition durch Anlagern des Hauptdichtfläche (4b) an den Ventilsitz (1c) den ersten Strömungspfad zu verschließen, durch Anlagern der Dichtfläche (5b) an der Vorsteuerdichtfläche (4d) den zweiten Strömungspfad zu verschließen und in der Offenposition zumindest die Hauptdichtfläche (4b) vom Ventilsitz (1c) beabstandet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (4) am Anker {5) so angebracht ist, dass er relativ zum Anker (5) in Richtung der Längsachse des Ankers (5) verschiebbar ist und der Dichtkörper (4) durch eine Verbindung mit dem Anker (5) eine handhabbaren Baugruppe bildet, wobei die Verbindung zwischen dem Dichtkörper (4) und dem Anker (5) einen Mitnehmer (4g) am Dichtkörper (4) und einen radialen Einstich(5d) am Anker (5) umfasst, wobei der Mitnehmer (4g) am Dichtkörper (4)gehalten und synchron mit dem Anker (5) bewegt wird. . Verschlusssystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassder Mitnehmer (4g) in Längsrichtung des Dichtkörpers (4) zwischen der Hauptdichtfläche (4b) und der Vorsteuerdichtfläche (4c} angeordnet ist.Vorsteuerdichtfläche (4c) angeordnet ist.4. Verschlusssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Ausnehmungen (40, 4p) die einzeinen Greifarme (4h} umfassen und freistellen und die Ausnehmungen (40, 4p}benachbarter Greifarme (4h) miteinander in Verbindung stehen.5, Verschlusssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Ausnehmungen (4q) die einzelnen Greifarme (4h) umfassen und freistellen und die Ausnehmungen (4q)benachbarter Greifarme (4h) nicht miteinander in Verbindung stehen.
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