DE102018007084A1 - Verbindungsvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Verbindungsvorrichtung zum Verbinden einer Werkzeugaufnahme (4) mit einer Antriebseinheit (2), die an einander benachbart gegenüberliegenden Anlageflächen mit jeweils einer in Eingriff miteinander bringbaren Verzahnung (124, 56) versehen sind und mit einer Einzugseinrichtung (90, 118), die einen axialen Abstand zwischen den Verzahnungen (124, 56) bis zu deren Anlage miteinander verringert.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden einer Werkzeugaufnahme mit einer Antriebseinheit, die an einander benachbart gegenüberliegenden Anlageflächen mit jeweils einer in Eingriff miteinander bringbaren Verzahnung versehen sind.
- Verbindungseinrichtungen dieser Art sind Stand der Technik. Mit besonderem Vorteil kommen solche Vorrichtungen für das Verbinden von Werkzeugaufnahmen, die als Halter für rotatorisch anzutreibende Werkzeuge dienen, mit Antriebseinheiten von Werkzeugmaschinen zum Einsatz, namentlich bei Werkzeugrevolvern. Beispielhaft zeigt diesbezüglich die
DE 42 28 946 A1 bei einem Spindelkopf für Werkzeugrevolver eine an gegenüberliegenden Anlageflächen ausgebildete Verzahnung in Form eines Keilwellenprofils, das beim Verbindungsvorgang in Verzahnungseingriff kommt. Die bekannten Verbindungsvorrichtungen werden den im Betrieb zu stellenden Anforderungen nicht in vollem Maße gerecht. Um Spielfreiheit der Kraftübertragung zu gewährleisten, sind für die Passung der Verzahnungen enge Toleranzen vorzusehen. Dies erschwert wiederum das schnelle und sichere Ineingriffbringen der Verzahnung. - Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Verbindungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die sich durch ein demgegenüber optimiertes Betriebsverhalten auszeichnet.
- Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Verbindungsvorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
- Demgemäß sieht die Erfindung für das Zustandebringen des Verzahnungseingriffs eine Einzugseinrichtung vor, die einen axialen Abstand zwischen den Verzahnungen bis zu deren Anlage miteinander verringert. Dadurch, dass dergestalt der Verbindungsvorgang mechanisiert erfolgt, ist die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung auch bei für Spielfreiheit ausgelegter Passung der Verzahnungen problemlos betätigbar.
- Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen bestehen die Verzahnungen jeweils aus einer Hirth-Verzahnung, die zum Erreichen eines vollständigen Kraftschlusses unter Anlage miteinander mittels der Einzugseinrichtung axial gegeneinander verspannt sind. Dies ermöglicht die restlose Beseitigung eines Flankenspiels, so dass die völlige Spielfreiheit der Kraftübertragung gewährleistet ist.
- Mit Vorteil kann die Anordnung so getroffen sein, dass die Einzugseinrichtung ein mittels einer Betätigungseinrichtung drehbares Einzugsteil aufweist, das in Eingriff mit einem zugeordneten stationären Einziehteil bringbar ist.
- Mit Vorteil ist die Anordnung hierbei so getroffen, dass das drehbare Einzugsteil Bestandteil der Antriebseinheit ist, während das stationäre Einziehteil Bestandteil der Werkzeugaufnahme ist. Dadurch ist die Drehbetätigung für das Einzugsteil in vorteilhafter Weise aufseiten der Antriebseinheit ausbildbar.
- Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen weisen sowohl das Einzugsteil als auch das Einziehteil ein mehrgängiges Gewinde auf, die in und außer Eingriff miteinander bringbar sind. Der Gewindeeingriff erfolgt hierbei durch die Drehbetätigung des in der Antriebseinheit drehbar gelagerten Einzugsteils. Durch das Verdrehen von in Eingriff befindlichen Gewinden sind große Einzugskräfte erzeugbar.
- Das Einzugsteil weist bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen eine Gewindebuchse mit einem Innengewinde auf, die drehbar in einer Aufnahme der Antriebseinheit geführt ist, wobei die Betätigungseinrichtung ein Antriebsrad, insbesondere in Form eines Kegelrades, aufweist, das drehbar in der Antriebseinheit geführt mit seiner Radverzahnung in Eingriff mit einer Stirnverzahnung der Gewindebuchse ist. Da die Gewindebuchse zum Erzeugen eines axialen Einzugs koaxial zur Achse der Antriebseinheit gelagert und mittels eines Kegelradgetriebes drehbar ist, ergibt sich für das betätigende Kegelrad eine zur Antriebsachse senkrechte Drehachse. In vorteilhafter Weise kann dadurch das Kegelrad an der Antriebseinheit seitlich außerhalb zugänglich und für den Einzugsvorgang von außen manuell drehbar sein.
- Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die drehbar geführte Gewindebuchse in Richtung der Werkzeugaufnahme von Ringsegmenten abgestützt, von denen das an der Stelle des Kegelrades befindliche eine Auslassung für den Durchgriff des Kegelrades aufweist.
- Mit Vorteil sind die jeweiligen Ringsegmente auf ihrer der Gewindebuchse abgekehrten Seite von einem Festlegering in der Aufnahme der Antriebseinheit gehalten und von mindestens einem Gewindestift gegen Verdrehen gesichert. Für die axiale Abstützung des Festlegeringes kann an der Aufnahme der Antriebseinheit eine den Festlegering übergreifende Stufe gebildet sein, wobei der Festlegering, um das Einlegen unter die Stufe zu ermöglichen, als geschlitzter Ring ausgebildet sein kann.
- Zum Antrieb einer Werkzeugaufnahme, die für ein Rotationswerkzeug, wie Bohrer oder Fräser, vorgesehen ist, kann die Antriebseinheit eine in einem Gehäuse drehbar gelagerte Antriebsspindel aufweisen, die das Einzugsteil aufweist und die an ihrer freien Stirnseite eine der Hirth-Verzahnungen trägt.
- Für den Einsatz bei einem Werkzeugrevolver kann das Gehäuse eine Anlagefläche aufweisen, die an der Aufnahmefläche an einer Arbeitsstation einer betreffenden Werkzeugscheibe festlegbar ist, wobei ein von der Anlagefläche axial vorstehender Hohlschaft vorgesehen ist, durch den hindurch sich die Antriebsspindel bei an der Werkzeugscheibe angebrachter Position ins Innere der Werkzeugscheibe erstreckt und mit deren Innenantrieb in Antriebsverbindung kommt.
- Die Werkzeugaufnahme ist über ihre Hirth-Verzahnung von der Antriebsspindel her über deren Hirth-Verzahnung drehend antreibbar. Dabei ist das Gewinde der Werkzeugaufnahme in Form eines Außengewindes zumindest teilweise in Eingriff mit dem Innengewinde der Gewindebuchse der Antriebseinheit.
- Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert.
Es zeigen: -
1 eine mit zentraler Vertikalebene aufgeschnitten gezeichnete perspektivische Schrägansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung, wobei die schematisch vereinfacht dargestellte Werkzeugaufnahme in von der Antriebseinheit abgehobener Position gezeigt ist und die Antriebseinheit abgebrochen dargestellt ist; -
2 eine vergrößert, abgebrochen und entsprechend der1 aufgeschnitten gezeichnete Darstellung des oberen Teils des Ausführungsbeispiels, wobei die Werkzeugaufnahme in mit der Antriebseinheit verbundener Position dargestellt ist; -
3 eine den1 und2 entsprechend aufgeschnittene Darstellung, wobei die Antriebseinheit zur Gänze dargestellt ist; und -
4 einen Teillängsschnitt des Ausführungsbeispiels, wobei lediglich der obere Endbereich der Antriebseinheit mit in verbundener Position befindlicher Werkzeugaufnahme gezeigt ist. - Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel ist für die Verbindung einer Antriebseinheit
2 mit einer Werkzeugaufnahme4 für ein rotatorisch antreibbares Werkzeug, wie Bohrwerkzeug oder Fräswerkzeug (nicht dargestellt), vorgesehen. In den1 bis3 ist die Werkzeugaufnahme4 in vereinfachter Form ohne den Halter für das aufzunehmende Werkzeug dargestellt. Lediglich die4 zeigt diesbezüglich einen in üblicher Bauweise ausgebildeten Werkzeughalter6 mit Innenkonus8 . Wie am besten der3 entnehmbar ist, in der die Antriebseinheit2 zur Gänze dargestellt ist, weist diese ein Gehäuse10 mit einem oberen Gehäusehauptteil12 auf, das die Form eines Kubus besitzt. Mit seiner ebenflächigen Unterseite bildet das Hauptteil12 eine Anlagefläche14 , mit der das Gehäuse10 an der Aufnahmefläche einer Werkzeugstation an der nicht gezeigten Werkzeugscheibe eines Werkzeugrevolvers festlegbar ist. Von der Anlagefläche14 erstreckt sich zur Vorrichtungslängsachse16 (3 ) koaxial ein Hohlschaft18 weg, der bei an einer Werkzeugscheibe angebrachter Position ins Innere der Werkzeugscheibe ragt. Ausgehend von einer Öffnung20 in seiner ebenflächigen Oberseite22 weist das Gehäusehauptteil12 einen zur Achse16 koaxialen Innenzylinder24 auf, der an seinem unteren Ende durch eine in einer Radialebene liegende Bodenfläche26 begrenzt ist, in der eine Öffnung28 , deren Durchmesser geringer ist als derjenige der oberen Öffnung20 , den Übergang vom Innenzylinder24 zum Inneren des Hohlschaftes18 bildet. Eine im Hauptteil12 drehbar gelagerte Antriebsspindel30 erstreckt sich mit ihrem antriebsseitigen Wellenzapfen32 durch die untere Öffnung28 und das Innere des Hohlschaftes18 hindurch bis über dessen freies Ende34 hinaus. Ein am vorstehenden Spindelende befindliches Kupplungsteil36 kommt in der bei Werkzeugrevolvern üblichen Weise bei an der Werkzeugscheibe angebrachter Position mit dem Werkzeugantrieb in Kupplungseingriff. - Wie
3 zeigt, ist der Außendurchmesser des Wellenzapfens32 im Hohlschaft18 geringer als der Durchmesser des sich im Hauptteil12 anschließenden Teils der Antriebsspindel30 . In Entsprechung zu dieser Durchmesserverringerung ist die Öffnung28 durch eine Stufe38 im Innendurchmesser verjüngt. Diese Stufe38 bildet den Sitz für eine Wellendichtung40 , die die Gehäuseabdichtung der Antriebsspindel30 am Übergang zu ihrem Wellenzapfen32 bildet. Der Durchmesser des Innenzylinders24 im Hauptteil12 ist ebenfalls gestuft und weist in einem axialen Abstand von der Bodenfläche26 , der in etwa 1/6 der axialen Tiefe des Innenzylinders24 entspricht, eine Stufenfläche42 auf, an der sich der Innendurchmesser zum Durchmesser der Bodenfläche26 verringert. Beim Zusammenbau der Antriebseinheit2 wird die Antriebsspindel30 zusammen mit Präzisions-Wälzlagern44 ,46 von der oberen Öffnung28 her in den Innenzylinder24 eingesetzt. - Die Antriebsspindel
30 weist vor dem Übergang zum verjüngten Wellenzapfen32 ein Außengewinde48 für einen Gewindering50 auf, mit dem die Präzisions-Wälzlager44 ,46 mit ihren Innenringen52 gegen eine Stufenfläche54 verspannt sind. Diese bildet an der Antriebsspindel30 den Übergang zu weiteren Stufen, mit denen sich die Antriebsspindel30 sowohl im Innendurchmesser als auch in ihrem Außendurchmesser bis zum oberen Ende hin erweitert, an dem die Antriebspindel30 mit der Stirnseite an ihrem oberen Ende eine Hirth-Verzahnung56 bildet, wie am deutlichsten der1 entnehmbar ist. Nach dem Einsetzen in den Innenzylinder24 ist die Baueinheit aus Antriebsspindel30 mit auf ihr festgelegten Wälzlagern44 ,46 in ihrer Einbauposition durch einen weiteren Gewindering58 gesichert, der in ein Innengewinde60 im Hauptteil12 eingeschraubt ist, wobei ein Dichtring62 die Abdichtung bildet. Der am Außenring des Wälzlagers44 anliegende Gewindering58 hält für die Sicherung der Einbauposition den Außenring des Wälzlagers46 in Anlage an der Stufenfläche42 des Gehäusehauptteils12 . - Der Außenumfang der Antriebsspindel
30 ist in dem Bereich zwischen Außengewinde48 und der Stufenfläche54 , an der der Innenring52 des Wälzlagers44 anliegt, zylindrisch. Von der Stufenfläche54 nach oben vergrößert sich der Außendurchmesser in weiteren Stufen bis zum Endabschnitt64 , der den größten Außendurchmesser besitzt und kreiszylindrisch ist. Das stirnseitige Ende des Endabschnitts64 bildet, wie am deutlichsten der1 entnehmbar ist, die Hirth-Verzahnung56 in Form eines Kreisringes. Oberhalb der Stufenfläche54 erweitert sich der Außendurchmesser in zwei weiteren, übereinanderliegenden Stufen66 und68 bis zum den größten Außendurchmesser aufweisenden Endabschnitt64 hin, s.2 . Im Bereich zwischen der Stufe66 und der Stufenfläche54 ist im Gewindering58 eine Ausnehmung70 gebildet, die zusammen mit dem unterhalb der Stufe66 gelegenen Umfangsbereich der Spindel30 den Sitz für eine Wellendichtung72 bildet. - Die Antriebsspindel
30 weist einen Innenraum in Form einer koaxialen Sackbohrung74 auf, die vom oberen offenen Ende ausgeht, an dem die stirnseitige Hirth-Verzahnung56 als Verzahnungsring die Öffnung der Bohrung umgibt. Im Innendurchmesser ist die Bohrung74 in ähnlicher Weise gestuft wie die Abstufung des Außendurchmessers der Spindel30 . Die Sackbohrung74 ist zur Aufnahme eines Zapfens76 der Werkzeugaufnahme4 vorgesehen, dessen Außendurchmesser eine zur Abstufung der Sackbohrung74 passende abgestufte Form besitzt. Die Sackbohrung74 besitzt im Abstand vom geschlossenen Bohrungsende einen kreiszylindrischen Bohrungsabschnitt78 , s.1 , in den bei der eingesetzten Position der Zapfen76 der Werkzeugaufnahme4 mit einem kreiszylindrischen Endteil80 passend eingreift, wobei ein Dichtring82 die Abdichtung bildet. - Die passende Führung des Endteils
80 im kreiszylindrischen Bohrungsabschnitt78 bildet die Zentrierung für die Werkzeugaufnahme4 , wenn sie für einen Einziehvorgang in die in der Spindel30 durch die Sackbohrung74 gebildete Aufnahme eingesetzt wird. Oberhalb des Bohrungsabschnitts78 geht die Bohrung74 , wie am deutlichsten die4 zeigt, in einen ersten erweiterten Wandabschnitt84 und an einem darüberliegenden Absatz86 in einen im Innendurchmesser weiter erweiterten Wandabschnitt88 über. Der Absatz86 und die Wandabschnitte88 bilden die Drehlagerung für eine Gewindebuchse90 , die für den Einziehvorgang das Einzugsteil bildet. Die Gewindebuchse90 weist ein Innengewinde92 und am stirnseitigen Außenrand eine Kegelradverzahnung94 auf. Diese kämmt, wie unten ausgeführt, mit der Verzahnung96 eines Kegelrades98 , s.4 . - Wie diese Figur am deutlichsten zeigt, befindet sich im Wandabschnitt
88 eine eine radiale Vertiefung bildende Ringnut100 . Diese dient der axialen Sicherung von drei Ringsegmenten102 (lediglich eines sichtbar), die am Wandabschnitt88 anliegen und einen radial nach außen vorspringenden Ringrand104 besitzen, mit dem sie in die Ringnut100 eingreifen. Der untere Endrand106 der Ringsegmente102 liegt an der Stirnseite der Gewindebuchse90 an und bildet dadurch die Abstützung der Gewindebuchse90 gegen Abheben vom Absatz86 durch in Axialrichtung wirkende Einzugskraft. Als Sicherung, die bei nicht eingesetzter Werkzeugaufnahme4 die Ringsegmente102 in der Ringnut100 hält, ist ein Festlegering108 vorgesehen, der als geschlitzter Ring ausgebildet ist, mit dem der Rand der Ringnut100 untergreifbar ist. Zur Sicherung der Ringsegmente102 gegen Verdrehen ist im Endabschnitt64 eine Gewindebohrung110 für einen Gewindestift112 gebildet, der in eine axial verlaufende Nut im Ringrand104 des betreffenden Ringsegments102 eingreift. - Wie bereits angedeutet, ist zur Betätigung der Gewindebuchse
90 ein Kegelrad98 vorgesehen, das in einer Lagerbuchse114 mit zur Vorrichtungslängsachse16 senkrechter Drehachse drehbar gelagert ist und mit einem Innensechskant116 an der Gehäuseaußenseite zur Drehbetätigung zugänglich ist. Für die Zusammenwirkung mit dem Innengewinde92 der Gewindebuchse90 ist am Zapfen76 der Werkzeugaufnahme4 als Einziehteil der Einzugseinrichtung ein Außengewinde118 vorgesehen, das beim Einsetzen der Werkzeugaufnahme4 mit dem Innengewinde92 der Gewindebuchse90 in Eingriff gelangt. Durch Drehen des Kegelrades98 und die über das Kegelradgetriebe dadurch erzeugte Drehbewegung der Gewindebuchse90 wird das Außengewinde118 am Schaft76 in die Gewindebuchse90 eingeschraubt und damit die Werkzeugaufnahme4 in die Aufnahme der Spindel30 eingezogen. - Die Werkzeugaufnahme
4 ist am Außenumfang kreiszylinderförmig, wobei der Außenumfang durch einen Tragring120 und einen sich daran in Richtung zur Antriebseinheit anschließenden Hirth-Verzahnungsring122 zusammengesetzt ist, der den Außenumfang des Tragringes absatzlos fortsetzt. Der Hirth-Verzahnungsring122 weist an der dem Tragring120 abgewandten Stirnseite eine Hirth-Verzahnung124 auf, die mit der Hirth-Verzahnung56 an der Antriebsspindel30 des Antriebsteils2 korrespondiert. Der Hirth-Verzahnungsring122 kann, wie in4 gezeigt, mit dem Tragring120 verschraubt oder mit diesem verklebt sein. Der Außendurchmesser des Hirth-Verzahnungsringes122 , der dem Außendurchmesser des Endbereichs64 entspricht, wird bei der Einzugsbewegung mit der Einzugskraft, die durch die Drehung der Gewindebuchse30 in Gewindeeingriff mit dem Außengewinde118 der Werkzeugaufnahme4 erzeugt ist, mit ihrer Hirth-Verzahnung124 mit der Hirth-Verzahnung56 der Spindel30 zusammengezogen, wobei durch die erzeugte Einzugskraft das Flankenspiel beseitigt wird und dadurch eine Verbindung gebildet ist, die eine völlig spielfreie Kraftübertragung gewährleistet. In den Figuren ist die erfindungsgemäße Lösung als linearer Gradantrieb dargestellt; es besteht aber auch die Möglichkeit mit dem gleichen Verriegelungs- und Antriebskonzept winkelförmige Werkzeugaufnahmen zu betreiben. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- DE 4228946 A1 [0002]
Claims (10)
- Verbindungsvorrichtung zum Verbinden einer Werkzeugaufnahme (4) mit einer Antriebseinheit (2), die an einander benachbart gegenüberliegenden Anlageflächen mit jeweils einer in Eingriff miteinander bringbaren Verzahnung (124, 56) versehen sind und mit einer Einzugseinrichtung (90, 118), die einen axialen Abstand zwischen den Verzahnungen (124, 56) bis zu deren Anlage miteinander verringert.
- Verbindungsvorrichtung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungen jeweils aus einer Hirth-Verzahnung (124, 56) bestehen, die zum Erreichen eines vollständigen Kraftschlusses unter Anlage miteinander mittels der Einzugseinrichtung (90, 118) axial gegeneinander verspannt sind. - Verbindungsvorrichtung nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einzugseinrichtung ein mittels einer Betätigungseinrichtung (98) drehbares Einzugsteil (90) aufweist, das in Eingriff mit einem zugeordneten stationären Einziehteil (118) bringbar ist. - Verbindungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Einzugsteil (90) Bestandteil der Antriebseinheit (2) und das stationäre Einziehteil (118) Bestandteil der Werkzeugaufnahme (4) ist.
- Verbindungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Einzugsteil (90) als auch das Einziehteil (118) ein mehrgängiges Gewinde aufweisen, die in und außer Eingriff miteinander bringbar sind.
- Verbindungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einzugsteil eine Gewindebuchse (90) mit einem Innengewinde aufweist, die drehbar in einer Aufnahme (74) der Antriebseinheit (2) geführt ist, und dass die Betätigungseinrichtung ein Antriebsrad, insbesondere in Form eines Kegelrades (98), aufweist, das drehbar in der Antriebseinheit (2) geführt mit seiner Radverzahnung in Eingriff mit einer Stirnverzahnung der Gewindebuchse (90) ist.
- Verbindungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbar geführte Gewindebuchse (90) in Richtung der Werkzeugaufnahme (4) von Ringsegmenten (102) abgestützt ist, von denen das an der Stelle des Kegelrades (98) befindliche eine Auslassung für den Durchgriff des Kegelrades (98) aufweist.
- Verbindungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Ringsegmente (102) auf ihrer der Gewindebuchse (90) abgekehrten Seite von einem Festlegering (108) in der Aufnahme (74) der Antriebseinheit (2) gehalten und von mindestens einem Gewindestift (112) gegen Verdrehen gesichert sind.
- Verbindungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (2) eine in einem Gehäuse (10) drehbar gelagerte Antriebsspindel (30) aufweist, die das Einzugsteil (90) aufweist und die an ihrer freien Stirnseite eine der Hirth-Verzahnungen (56) trägt.
- Verbindungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahme (4) über ihre Hirth-Verzahnung (118) von der Antriebsspindel (30) über deren Hirth-Verzahnung (56) drehend antreibbar ist und dass dabei das Außengewinde (118) der Werkzeugaufnahme (4) zumindest teilweise in Eingriff ist mit dem Innengewinde (92) der Antriebseinheit (2).
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