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    • 专利摘要:
    Ein Abgasleitungs-Ventil enthält ein Gehäuse (12), eine Lagerhülse (20), die mit zwei voneinander abgewandten Lagerflächen (22) versehen ist, und eine Ventilspindel (16), die mit einer Ventilplatte (14) versehen ist und sich durch die Lagerhülse (20) erstreckt.
    公开号:DE102004024056A1
    申请号:DE102004024056
    申请日:2004-05-14
    公开日:2005-12-01
    发明作者:Rupert Bisle
    申请人:Arvin Technologies Inc；
    IPC主号:F01N5-02
    专利说明:
    [0001] DieErfindung bezieht sich auf ein Ventil für eine Abgasleitung.
    [0002] Einsolches Ventil füreine Abgasleitung kann viele Anwendungen haben, beispielsweise hinsichtlichder Emissionen, der Motorleistung, der Geräuschentwicklung und beim Wärmemanagement.Das Ventil wird nachfolgend zum Steuern des Strömens des Abgases durch einenAbgas-Wärmetauscherbeschrieben, wie er bei Zusatzheizsystemen verwendet wird.
    [0003] EinZusatzheizsystem wird zunehmend bei Fahrzeugen verwendet, die moderneVerbrennungskraftmaschinen mit geringem Kraftstoffverbrauch haben.Diese Verbrennungskraftmaschinen erzeugen aufgrund ihres hohen Wirkungsgradesnur eine geringe Abwärme,die fürdas Heizsystem des Fahrzeugs zur Verfügung steht. Dies führt zu einerverringerten Heizleistung des Heizsystems, was von den Fahrzeuginsassenals unkomfortabel angesehen wird. Dementsprechend wurden Systemeentwickelt, die einen Wärmetauscherverwenden, der im Abgassystem des Fahrzeugs angeordnet ist. DerWärmetauscherermöglichtes, einen gewissen Anteil der Wärmedes Abgases zu gewinnen, der dann zum Heizen des Innenraums desFahrzeugs zur Verfügungsteht.
    [0004] SolcheSysteme verwenden üblicherweise einenAbgaskanal, in welchem der Wärmetauscher angeordnetist, und einen Bypaß-Kanal.Eine gewünschteHeizleistung des Systems kann dadurch erhalten werden, daß der Anteildes gesamten Abgases gesteuert wird, der durch den Wärmetauscher-Kanalströmt.Zu diesem Zweck wird das Abgasleitungsventil verwendet, das in Abhängigkeitvon externen Parametern gesteuert wird.
    [0005] Nachfolgendwird unter Bezugnahme auf 1 eineAusführungsformeines solchen Systems beschrieben. Das Abgas tritt in der Richtungdes Pfeils P von der bezüglich 1 rechten Seite ein. DasSystem verfügt über einenWärmetauscher-Kanal 5 miteinem Wärmetauscher 7 für das Abgas,und übereinen Bypaß-Kanal 9.Ein Abgasleitungs-Ventil 10 wird dazu verwendet, das Strömen desAbgases durch den Wärmetauscher-Kanal 5 undden Bypaß-Kanal 9 zusteuern.
    [0006] DerGasstrom wird direkt durch Betätigung desVentils 10 gesteuert, so daß entweder die Einlaßöffnung desWärmetauscher-Kanals 5 oderdes Bypaß-Kanals 9 geöffnet odergeschlossen ist. Durch Zwischenstellungen des Ventils 10 kannjeder beliebige gewünschteAnteil der Gasströmungdurch die Kanäleerhalten werden.
    [0007] Beiden Ventilen, die zum Steuern des Abgasstromes durch die Kanäle verwendetwerden, stellen sich zwei Hauptprobleme. Zum einen müssen dieVentile hohen Betriebstemperaturen und starken Anstiegen ihrer Betriebstemperaturen über eineLebensdauer von 10 bis 15 Jahren widerstehen. Zweitens müssen dieVentile jeden Leckstrom von Abgas von der Abgasseite des Ventilszum Außenraumverhindern, da die Ventile üblicherweisevor einem Katalysator verwendet werden, weshalb ein Abgas-Leckstromungereinigt wäre.
    [0008] Aberselbst wenn das Ventil bei anderen Anwendungen verwendet wird, beispielsweisebei Diesel-Wärmegewinnungssystemen,bei denen kein Katalysator verwendet wird, ist die Verhinderungvon Leckströmensehr wichtig, beispielsweise aus Gründen der Geräuschentwicklungund des Wärmemanagements.
    [0009] DieAufgabe der Erfindung besteht darin, ein Abgasleitungs-Ventil zuschaffen, das zuverlässigist, eine lange Lebensdauer aufweist, nur einen geringen Abgas-Leckstromhat und mit geringem Aufwand hergestellt werden kann.
    [0010] ZurLösungdieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Abgasleitungs-Ventil miteinem Gehäuse, einerLagerhülse,die mit zwei voneinander abgewandten Lagerflächen versehen ist, und einerVentilspindel, die mit einer Ventilplatte versehen ist und sichdurch die Lagerhülseerstreckt. Dieses Ventil zeichnet sich durch eine besonders geringeAnzahl von einzelnen Bauteilen aus, so daß sich geringe Herstellungskostenergeben.
    [0011] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform derErfindung ist vorgesehen, daß dieVentilspindel einstückigmit der Ventilplatte ausgebildet ist, beispielsweise indem beideTeile als ein Schmiedeteil, Gußteiloder Sinterteil gebildet sind. Auf diese Weise wird ein zusätzlicherSchritt zur Montage der Ventilplatte an der Ventilspindel eingespart.Außerdemergibt sich eine besonders hohe Festigkeit.
    [0012] Gemäß der bevorzugtenAusführungsform istvorgesehen, daß dieLagerhülsetonnenförmigmit den Lagerflächenan voneinander abgewandten Seiten ausgebildet ist. Eine symmetrischeLagerhülse vereinfachtdie Montage. Außerdemergibt sich ein vergleichsweise großer Abstand zwischen den beidenLagerflächen,was zu einer hohen Stabilitätder Lagerung der Ventilplatte führt.
    [0013] Gemäß der bevorzugtenAusführungsform isteine Lagerschale vorgesehen, die mit einer konischen Widerlagerfläche versehenist und von einer Feder beaufschlagt wird, die sich zwischen einemam Gehäuseangebrachten Druckdeckel und der Lagerschale abstützt. Aufdiese Weise ergibt sich eine elastische Vorspannung der Lagerungder Ventilspindel, so daß zumeinen eine hohe Gasdichtigkeit und zum anderen ein konstantes Reibmomentauch bei auftretenden Wärmedehnungenim Betrieb erhalten wird.
    [0014] DieLagerschale kann gemäß einerAusführungsformder Erfindung aus einem Drahtgestrick bestehen, das mittels einerForm unter Druck in die passende Gestalt gepreßt wurde. Eine solche Lagerschaleverspricht gute Dämpfungseigenschaften.Außerdemkann aufgrund ihrer Eigenelastizität auf die Feder verzichtetwerden; eine Lagerschale aus Drahtgestrick kann die notwendige Vorspannungzwischen Lagerhülseund den Widerlagerflächenaufbringen. Schließlichkönntein den Zwischenräumen desDrahtgestricks ein anderes Material wie Graphit oder Keramik eingebettetwerden, das die Lagereigenschaften verbessert.
    [0015] Gemäß der bevorzugtenAusführungsform derErfindung ist die Lagerhülsespielfrei auf der Ventilspindel angebracht, insbesondere indem dieVentilspindel mit einem unrunden Querschnitt ausgeführt ist,der in einer Mittelöffnungder Lagerhülseaufgenommen ist, die ein daran angepaßtes Profil aufweist. Der unrundeQuerschnitt kann ein Dreikant-, Vierkant- oder Sechskantprofil seinoder auch ein ovales Profil. Durch ein solches Profil wird mit geringemAufwand eine drehfeste Verbindung zwischen der Lagerhülse undder Ventilspindel erhalten.
    [0016] Umdie Dichtqualitätenzwischen der Ventilspindel und der Lagerhülse zu verbessern, kann die Lagerhülse wenigstensteilweise mit einer Keramikbeschichtung versehen sein. Die Keramikbeschichtunggewährleistet,daß sichdie Lagerhülserelativ zum Gehäuse über einelange Lebensdauer und bei hohen Betriebstemperaturen drehen kann,die bis in die Größenordnungvon 800°Creichen. Gleichzeitig führtdie Keramikbeschichtung zu einer niedrigen Oberflächenrauhigkeit,was zu guten Dichteigenschaften führt. Die Keramikbeschichtungenthältvorzugsweise Titan, Aluminium und Chrom. Zusätzlich können Yttrium und Stickstoffvorhanden sein. Weiterhin kann eine zweite Keramikbeschichtung aufder ersten Beschichtung vorgesehen sein, wobei die zweite KeramikbeschichtungTitan, Aluminium und Stickstoff enthält. Da die Lagerhülse für die Ventilspindelein einziges Bauteil ist, läßt sichdie Beschichtung mit sehr geringem Aufwand und daher geringen Kostenaufbringen.
    [0017] DieErfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformenbeschrieben, die in den beigefügtenZeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
    [0018] – 1 schematischein Abgas-Wärmetauschersystem,das ein erfindungsgemäßes Ventilaufweist;
    [0019] – 2 schematischin einem Schnitt entlang der Ebene II-II von 1 ein Ventilgemäß einer erstenAusführungsformder Erfindung;
    [0020] – 3 ineiner schematischen Seitenansicht die Ventilplatte mit Ventilspindeldes Ventils von 2;
    [0021] – 4 ineiner schematischen Seitenansicht die Lagerhülse des Ventils von 2;und
    [0022] – 5 ineiner Ansicht entsprechend derjenigen von 2 ein Ventilgemäß einerzweiten Ausführungsformder Erfindung.
    [0023] 2 zeigtim Detail das von 1 bekannte Ventil 10.Es weist ein Gehäuse 12 auf,in welchem die Eingängezum Wärmetauscher-Kanal 5 undzum Bypass-Kanal 9 ausgebildetsind. Im Gehäuse 12 ist einekonische Widerlagerfläche 13 ausgebildet.
    [0024] DasVentil 10 weist eine Ventilplatte 14 auf, dieeinstückigmit einer Ventilspindel 16 ausgebildet ist (siehe auch 3).Die Ventilplatte dient dazu, mit einem von zwei Ventilsitzen zusammenzuwirken,die am Eingang zum Wärmetauscher-Kanal 5 undzum Bypass-Kanal 9 im Gehäuse 12 ausgebildetsind. Am Übergangvon der Ventilplatte 14 zur Ventilspindel ist ein Absatz 18 ausgebildet.
    [0025] DieVentilspindel 16 und dadurch die Ventilplatte 14 istim Gehäuse 12 mittelseiner Lagerhülse 20 (sieheauch 4) gelagert, die einstückig aus Metall ausgeführt ist.Sie hat eine allgemein tonnenförmigeGestalt und weist auf zwei voneinander abgewandten Seiten jeweilseine Lagerfläche 22 auf. Jede Lagerfläche istkonisch mit einer geraden Mantelfläche ausgebildet; die beidenso gebildeten Kegelstümpfesind so ausgerichtet, daß ihrekleinen Stirnflächeneinen größeren Abstandvoneinander haben als ihre beiden Basen. An jede kleinere Stirnfläche derbeiden Lagerflächen 22 schließt sichein Bund 26 an, der zylindrisch ausgeführt ist. An jede Basis derbeiden Kegelstümpfeschließtsich der Körperder Lagerhülse 20 an.
    [0026] DieLagerhülse 20 istmit einer Mittelöffnung 24 versehen,mittels der sie drehfest auf der Ventilspindel aufgenommen ist.Zu diesem Zweck sind die Ventilspindel 16 und die Mittelöffnung 24 derLagerhülse 20 jeweilsmit einem Querschnitt versehen, der eine drehfeste Verbindung herstellt,beispielsweise ein Vierkantprofil oder ein anderes, unrundes Profile. DieLagerhülse 20 liegtmit der Stirnseite des der Ventilplatte 14 zugewandtenBundes 26 am Absatz 18 zwischen der Ventilplatte 14 undder Ventilspindel 16 an (siehe 2), unddie der Ventilplatte 14 zugewandte Lagerfläche 22 liegtan der Widerlagerfläche 13 imGehäuse 12 an.Zwischen dem Gehäuseund der Außenfläche deszwischen den Lagerflächen 22 liegendenKörpersder Lagerhülse 20 istein Ringspalt gebildet.
    [0027] DieLagerhülsekönntegemäß einernicht dargestellten Variante auch aus mehreren Teilen bestehen,beispielsweise waagrecht in zwei Teile geteilt sein.
    [0028] Ander von der Ventilplatte abgewandten Seite der Lagerhülse 20 isteine Lagerschale 28 angeordnet, die eine Widerlagerfläche 32 aufweist,die an der Lagerfläche 22 derLagerhülse 20 anliegt.Die Lagerschale kann aus Edelstahl oder einem anderen geeignetenMaterial bestehen. Sie ist drehfest im Gehäuse 12 aufgenommen,beispielsweise mittels einer vier- oder sechseckigen Außenkontur.
    [0029] Ander von der Ventilplatte 14 abgewandten Seite des Gehäuses 12 istein Druckdeckel 30 angeordnet, der am Gehäuse befestigtist, beispielsweise verschweißtoder verstemmt oder in eine Nut oder Aussparungen im Gehäuse eingepreßt. Zwischen demDruckdeckel 30 und der Lagerschale ist eine Feder 34 angeordnet,welche die Lagerschale 28 gegen die Lagerhülse 20 beaufschlagt.Auf diese Weise ist die Lagerung der Ventilplatte elastisch vorgespannt. DieFeder 34 kann eine Federscheibe sein, beispielsweise ausInconel, oder auch eine Spiralfeder.
    [0030] Andem von der Ventilplatte 14 abgewandten Ende der Ventilspindel 16 istein Betätigungshebel 36 angebracht,der sich an der entsprechenden Stirnseite des Bundes 26 derLagerhülse 20 abstützt. Aufdas Ende der Ventilspindel 16 ist eine Mutter 38 aufgeschraubt,mittels der die Ventilspindel 16, die Lagerhülse 20 undder Betätigungshebel 36 miteinander verspanntsind. Am Betätigungshebel 36 kannein geeigneter Aktor angreifen, beispielsweise ein Schrittmotoroder ein pneumatisches Stellglied.
    [0031] DasVentil wird in der folgenden Weise montiert: zuerst wird die Ventilspindel 16 mitder Ventilplatte 14 in das Gehäuse 12 eingesetzt.Dann wird die Lagerhülse 20 aufdie Ventilspindel 16 aufgeschoben, bis sie am Absatz 18 anliegt.Anschließendwerden die Lagerschale 28 und die Feder 34 aufgesetzt. Dannwird der Druckdeckel 30 aufgesetzt und am Gehäuse befestigt,so daß dieFeder 34 die Lageschale 28 elastisch gegen dieLagerhülse 20 drückt, diewiederum gegen die Widerlagerfläche 13 imGehäusegedrücktwird. Abschließendwird der Betätigungshebel 36 mittelsder Mutter 38 an der Ventilspindel 16 angebracht,so daß dieVentilspindel 16 mit der Lagerhülse 20 und dem Betätigungshebel 36 verspanntist.
    [0032] ZurVerbesserung der Lagereigenschaften kann die Lagerhülse 20 miteiner Beschichtung aus Keramikmaterial versehen sein, welches Ti,Al, Cr, Y und N enthält.Auf der ersten Beschichtung ist eine zweite Beschichtung vorgesehen,welche Ti, Al und N enthält.Diese Beschichtungen bilden eine glatte, widerstandsfähige Oberfläche, sodaß dieLagerflächezusammen mit den Widerlagerflächen 13, 32 eineDichtung bildet, die einen Leckstrom von Abgas fast vollständig verhindert.Es kann auch vorgesehen sein, daß zusätzlich zur Lagerhülse 20 auchdas Gehäuseim Bereich der Widerlagerfläche 13 sowiedie Lagerschale 28 im Bereich der Widerlagerfläche 32 mit einer solchenKeramikbeschichtung versehen sind.
    [0033] Mittelsder Feder 34 kann die Vorspannung eingestellt werden, diezwischen den Lagerflächen 22 undden Widerlagerflächen 13, 32 wirkt.Dabei wird ein Kompromiß eingestelltzwischen einer guten Abdichtung und einem geringen Leckstrom (alsResultat einer hohen Vorspannung) einerseits und einem geringenReibmoment und damit geringen Betätigungskräften (als Resultat einer niedrigenVorspannung) andererseits. Ein weiterer Vorteil der Feder 34 bestehtdarin, daß sieWärmedehnungender verschiedenen Bauteile des Ventils kompensieren kann; die Vorspannungan den Dichtflächen ändert sichbei einer Erwärmungdes Ventils nicht.
    [0034] In 5 isteine zweite Ausführungsformgezeigt. Fürdie von der ersten Ausführungsformbekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, undes wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
    [0035] Derwesentlichste Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsformbesteht darin, daß beider zweiten Ausführungsformdie Ventilplatte beidseitig gelagert ist und nicht mehr nur einseitigwie bei der ersten Ausführungsform.Auch ist die Ventilplatte 14 nicht mehr einstückig mitder Ventilspindel 16 ausgeführt, sondern auf die Ventilspindel aufgesetzt.Zu diesem Zweck weist die Ventilplatte 14 eine Durchgangsöffnung 40 auf,in der die Ventilspindel 16 aufgenommen ist. In gleicherWeise wie oben fürdie drehfeste Verbindung zwischen der Lagerhülse 20 und der Ventilspindel 16 beschrieben,ist bei der zweiten Ausführungsformauch die Durchgangsöffnungmit einem unrunden Querschnitt versehen, so daß die Ventilspindel drehfestin der Ventilplatte 14 aufgenommen ist. Außerdem sinddie Abmessungen von Ventilspindel 16 und Durchgangsöffnung 40 der Ventilplatte 14 soaufeinander abgestimmt, daß die Ventilspindel 16 spielfreiin der Ventilplatte 14 aufgenommen ist.
    [0036] Anihrem von der Lagerhülse 20 abgewandtenEnde ist die Ventilspindel mit einem Kopf 42 versehen,der zum einen als axialer Anschlag für die Ventilspindel 16 ander Ventilplatte 14 dient. Zum anderen dient der Kopf 42 alszweites Lager fürdie Ventilspindel auf der von der Lagerhülse 20 abgewandtenSeite, indem er in einer Öffnung 44 imGehäuse 12 aufgenommenist. Diese Öffnungist durch einen Deckel 46 gasdicht nach außen verschlossen.
    5 Wärmetauscher-Kanal 7 Wärmetauscher 9 Bypaß-Kanal 10 Abgasleitungs-Ventil 12 Gehäuse 13 Widerlagerfläche 14 Ventilplatte 16 Ventilspindel 18 Absatz 20 Lagerhülse 22 Lagerfläche 24 Mittelöffnung 26 Bund 28 Lagerschale 30 Druckdeckel 32 Widerlagerfläche 34 Feder 36 Betätigungshebel 38 Mutter 40 Durchgangsöffnung 42 Kopf 44 Öffnung 46 Deckel
    权利要求:
    Claims (19)
    [1] Abgasleitungs-Ventil mit einem Gehäuse (12), einerLagerhülse(20), die mit zwei voneinander abgewandten Lagerflächen (22)versehen ist, und einer Ventilspindel (16), die mit einerVentilplatte (14) versehen ist und sich durch die Lagerhülse (20)erstreckt.
    [2] Abgasleitungs-Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß dieVentilspindel (16) einstückig mit der Ventilplatte (14)ausgebildet ist.
    [3] Abgasleitungs-Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß dieVentilplatte (14) unlösbaran der Ventilspindel (16) angebracht ist.
    [4] Abgasleitungs-Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß dieVentilplatte (14) mit der Ventilspindel (16) verschweißt odervernietet ist.
    [5] Abgasleitungs-Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß dieVentilplatte (14) mit der Ventilspindel (16) verschraubtist.
    [6] Abgasleitungs-Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß dieVentilspindel (16) drehfest und spielfrei in die Ventilplatte(14) eingesetzt ist.
    [7] Abgasleitungs-Ventil nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, daß dieLagerhülse(20) tonnenförmigmit den Lagerflächen(22) an voneinander abgewandten Seiten ausgebildet ist.
    [8] Abgasleitungs-Ventil nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, daß sich über dieLagerflächen(22) hinaus ein Bund (26) erstreckt.
    [9] Abgasleitungs-Ventil nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, daß dieLagerflächen(22) konisch sind.
    [10] Abgasleitungs-Ventil nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, daß dasGehäuse(12) mit einer konischen Widerlagerfläche (13) versehenist.
    [11] Abgasleitungs-Ventil nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, daß eineLagerschale vorgesehen ist, die mit einer konischen Widerlagerfläche (32)versehen ist.
    [12] Abgasleitungsventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,daß einDruckdeckel (30) vorgesehen ist, der am Gehäuse (12)angebracht ist und an dem sich eine Feder (34) abstützt, diesich auch an der Lagerschale abstützt.
    [13] Abgasleitungs-Ventil nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, daß dieLagerhülse(20) drehfest auf der Ventilspindel (16) aufgenommenist.
    [14] Abgasleitungs-Ventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,daß dieVentilspindel einen unrunden Querschnitt aufweist und die Lagerhülse (20)eine an diesen Querschnitt angepaßte Mittelöffnung (24) aufweist.
    [15] Abgasleitungs-Ventil nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, daß dasGehäuse(12) wenigstens teilweise mit einer Keramikbeschichtungversehen ist.
    [16] Abgasleitungs-Ventil nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, daß dieLagerhülse(20) wenigstens teilweise mit einer Keramikbeschichtungversehen ist.
    [17] Abgasleitungs-Ventil nach einem der Ansprüche 15 und16, dadurch gekennzeichnet, daß dieKeramikbeschichtung Ti, Al und Cr enthält.
    [18] Abgasleitungs-Ventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,daß dieKeramikbeschichtung außerdemY und N enthält.
    [19] Abgasleitungs-Ventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,daß aufder ersten Beschichtung eine zweite Keramikbeschichtung vorgesehen ist,wobei die zweite Beschichtung Ti, Al und N enthält.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004024056B4|2013-10-31|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-06-09| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2011-06-09| R012| Request for examination validly filed|Effective date: 20110317 |
    2012-10-25| R016| Response to examination communication|
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    2012-12-12| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2014-04-24| R020| Patent grant now final|Effective date: 20140201 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE102004024056A|DE102004024056B4|2004-05-14|2004-05-14|Ventil für eine Abgasleitung|DE102004024056A| DE102004024056B4|2004-05-14|2004-05-14|Ventil für eine Abgasleitung|
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