DE102014226976A1 - An input device comprising a device for generating haptic feedback - Google Patents

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Abstract

Bei einer Eingabevorrichtung aufweisend eine Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen, wobei die Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen einen Permanentmagneten und eine erste Spule aufweist, wobei der Permanentmagnet mit einer Eingabefläche verbunden ist und wobei der Permanentmagnet durch ein Bestromen der Spule antreibbar ist und so die Eingabefläche bewegbar ist und so eine haptische Rückmeldung für eine Bedienperson der Eingabevorrichtung erzeugbar ist, ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen einen Integrator und eine zweite Spule aufweist, die in räumlicher Nähe zur ersten Spule angeordnet ist, dass bei einer von der Bedienperson verursachten Bewegung der Eingabefläche durch den Permanentmagnet in der zweiten Spule eine Spannung induzierbar ist, dass die induzierte Spannung in dem Integrator integrierbar ist, dass aus der integrierten Spannung der von dem Permanentmagneten zurückgelegte Weg ermittelbar ist.In an input device comprising a device for generating haptic feedback, wherein the device for generating haptic feedback comprises a permanent magnet and a first coil, wherein the permanent magnet is connected to an input surface and wherein the permanent magnet is driven by energizing the coil and thus the input surface movable and thus a haptic feedback for an operator of the input device is generated, it is provided that the device for generating haptic feedback has an integrator and a second coil, which is arranged in spatial proximity to the first coil, that in a movement caused by the operator the input surface through the permanent magnet in the second coil, a voltage is inducible, that the induced voltage is integrable in the integrator, that from the integrated voltage of the distance traveled by the permanent magnet path can be determined.

Description

Die Erfindung betrifft eine Eingabevorrichtung, aufweisend eine Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen. Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen bekannt, die einen Permanentmagneten und eine erste Spule aufweisen, wobei der Permanentmagnet mit einer Eingabefläche verbunden ist und wobei der Permanentmagnet durch ein Bestromen der ersten Spule antreibbar ist und so die Eingabefläche bewegbar ist und so eine haptischen Rückmeldung für eine Bedienperson der Eingabevorrichtung erzeugbar ist. So kann beispielsweise eine Bedienperson auf die Eingabefläche drücken. Hierbei bewegt sich die Eingabefläche im Allgemeinen in einer Richtung senkrecht zur Eingabefläche. Wenn nun gewünscht ist, haptische Rückmeldungen zu erzeugen, welche den Betätigungseindruck eines herkömmlichen mechanischen Tasters realistisch nachbilden, wird nicht nur eine Berührungserkennung als solche, sondern auch ein Wegesignal benötigt, welches dem von der Eingabefläche zurückgelegten Weg entspricht. The invention relates to an input device, comprising a device for generating haptic feedback. Devices for generating haptic feedback are known from the prior art, which have a permanent magnet and a first coil, wherein the permanent magnet is connected to an input surface and wherein the permanent magnet is driven by energizing the first coil and so the input surface is movable and so a haptic feedback for an operator of the input device is generated. For example, an operator may press on the input surface. Here, the input surface generally moves in a direction perpendicular to the input surface. If it is now desired to produce haptic feedback which realistically simulates the impression of the effect of a conventional mechanical feeler, not only a touch detection as such, but also a path signal is required, which corresponds to the path traveled by the input surface.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kostengünstige Vorrichtung zu Erzeugung haptischer Rückmeldungen anzugeben, die auch einfach aufgebaut ist. The object of the invention is therefore to provide a cost-effective device for generating haptic feedback, which is also simple.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen einen Integrator und eine zweite Spule aufweist, die in räumlicher Nähe zur ersten Spule angeordnet ist, dass bei einer von der Bedienperson verursachten Bewegung der Eingabefläche durch den Permanentmagneten in der zweiten Spule eine Spannung induzierbar ist, dass die induzierte Spannung in dem Integrator integrierbar ist und dass aus der integrierten Spannung der von dem Permanentmagneten zurückgelegte Weg ermittelbar ist. Beispielsweise kann die Vorrichtung derart aufgebaut sein, dass ein Bediener durch ein Drücken auf die Eingabefläche die Eingabevorrichtung betätigt. Durch die Bewegung der Eingabefläche wird der Permanentmagnet bewegt und induziert in der zweiten Spule eine Spannung, die über den Integrator und eine Auswerteeinrichtung in dem zurückgelegten Weg der Eingabefläche ermitteln kann, da gilt: U = –N·B· dA / dt v ∝ U(t) s ∝ ∫U(t)dt This object is achieved in that the device for generating haptic feedback having an integrator and a second coil, which is arranged in spatial proximity to the first coil, that when caused by the operator movement of the input surface by the permanent magnet in the second coil, a voltage is inducible that the induced voltage is integrable in the integrator and that from the integrated voltage of the distance traveled by the permanent magnet path can be determined. For example, the device may be configured such that an operator actuates the input device by pressing on the input surface. As a result of the movement of the input surface, the permanent magnet is moved and induces in the second coil a voltage which can be determined via the integrator and an evaluation device in the path traveled by the input surface, as follows: U = -N · B · dA / dt v α U (t) s α ∫U (t) dt

Mit der er mittelten Wegstrecke kann dann ein gewünschtes Gefühl an der Eingabefläche dadurch erzeugt werden, dass die erste Spule mit einer Spannung oder einem Spannungsprofil mit wechselnden Spannungen ansteuerbar ist, so dass bei einer Bedienperson der Eindruck entsteht, man würde beispielsweise die Schaltschwelle eines Tasters überwinden. With the he-averaged distance then a desired feeling at the input surface can be generated by the fact that the first coil with a voltage or a voltage profile with varying voltages can be controlled, so that when an operator creates the impression, one would overcome, for example, the switching threshold of a button ,

Besonders einfach aufgebaut ist die Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen dann, wenn die erste und zweite Spule auf einen gemeinsamen Wickelkörper gewickelt sind. Hierdurch wird ein besonders einfacher Aufbau realisiert und es kann weiterhin besonders gut mit der zweiten Spule der zurückgelegte Weg der Eingabefläche ermittelt werden. The device for generating haptic feedback is particularly simple when the first and second coils are wound on a common winding body. As a result, a particularly simple structure is realized and it can also be determined particularly well with the second coil of the covered path of the input surface.

Wenn die erste und die zweite Spule galvanisch getrennt sind, ist eine Beeinflussung der Spulen untereinander ausgeschlossen. Weiterhin kann dadurch mittels der zweiten Spule ein Kurzschluss in der ersten Spule erkannt werden. Wenn die Eingabevorrichtung einen ferromagnetischen Topf aufweist, der mit dem Permanentmagneten direkt verbunden ist und die Spulen in einer Endposition zumindest teilweise umschließt, wird ein besonders starkes System realisiert, welches im Umkehrschluss dann besonders klein aufgebaut sein kann, um die erforderlichen gewünschten Kräfte erzeugen zu können. Die Eingabevorrichtung kann beispielsweise mehrere Eingabeflächen aufweisen, die jeweils von einer Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen antreibbar sind. Hierdurch kann eine Eingabevorrichtung mit einer Vielzahl von Tasten realisiert werden. If the first and the second coil are galvanically isolated, influencing the coils is excluded. Furthermore, by means of the second coil, a short circuit in the first coil can be detected. If the input device has a ferromagnetic pot, which is directly connected to the permanent magnet and at least partially surrounds the coils in an end position, a particularly strong system is realized, which in turn can then be made particularly small in order to generate the required desired forces , By way of example, the input device can have a plurality of input surfaces which can each be driven by a device for generating haptic feedback. As a result, an input device having a plurality of keys can be realized.

Es ist auch möglich, dass die Eingabefläche von mehreren Vorrichtungen zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen antreibbar ist. Hierbei kann beispielsweise eine Eingabefläche Verwendung finden, auf der mehrere Tasten ständig nachgebildet sind, beispielsweise durch Bedruckung oder Gravur. Bei einer Eingabefläche, die ein elektrooptisches Display aufweist, können je nach Eingabefunktion der Eingabevorrichtung unterschiedliche Tasten nachgebildet werden. So kann beispielsweise die Eingabefläche derart ausgestaltet sein, dass sie beispielsweise eine Telefontastatur mit den Ziffern 0 bis 9 und zwei Sonderzeichen nachbildet. Hierbei kann beispielsweise die Eingabefläche nur von einer einzigen Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen angetrieben sein, es ist aber auch beispielsweise möglich, an jeweils einer Ecke der Eingabefläche eine derartige Vorrichtung vorzusehen, dass statt bei einer Vorrichtung mit 12 Einzeltasten und jeweils separaten Vorrichtungen zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen nur vier Vorrichtungen mit jeweils zwei Spulen und einem Permanentmagneten erforderlich sind. It is also possible that the input surface of several devices for generating haptic feedback is driven. In this case, for example, an input surface can be used, on which several keys are constantly reproduced, for example by printing or engraving. In an input surface having an electro-optical display, depending on the input function of the input device, different keys can be replicated. Thus, for example, the input surface can be configured such that it emulates, for example, a telephone keypad with the digits 0 to 9 and two special characters. In this case, for example, the input surface can be driven only by a single device for generating haptic feedback, but it is also possible, for example, to provide at each corner of the input surface such a device that instead of a device with 12 individual keys and each separate devices for generating haptic Feedback only four devices with two coils and a permanent magnet are required.

Besonders einfach ist die Eingabevorrichtung dadurch zu realisieren, wenn die Eingabefläche oder die Eingabeflächen senkrecht zur ihrer Oberfläche bewegbar sind. Es ist aber auch beispielsweise vorstellbar, dass die Bewegungsrichtung eine andere ist, beispielsweise teilkreisförmig. The input device can be realized in a particularly simple manner if the input surface or the input surfaces are movable perpendicular to their surface. But it is also for example conceivable that the direction of movement is another, for example, part-circular.

Besonders einfach ausgestaltet ist die Eingabevorrichtung, wenn die Eingabefläche oder die Eingabeflächen eben ausgestaltet sind. The input device is particularly simple if the input surface or the input surfaces are just configured.

Ein besonders wertiger Eindruck der Eingabevorrichtung kann beispielsweise erreicht werden, wenn die Eingabeflächen gewölbt ausgestaltet sind. A particularly valuable impression of the input device can be achieved, for example, if the input surfaces are curved.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Show it

1 eine Aufsicht und einen Teilschnitt eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen, 1 a plan view and a partial section of a particularly preferred embodiment of a device for generating haptic feedback,

2 das Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels aus 1, 2 the block diagram of the embodiment 1 .

3 ein weiteres besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit einer Eingabefläche, die mittels vierer Permanentmagneten und Spulen bewegbar ist. 3 a further particularly preferred embodiment with an input surface which is movable by means of four permanent magnets and coils.

In 1 erkennt man eine Eingabefläche 1, einen Permanentmagneten 2, einen ferromagnetischen Topf 3, ein Verbindungselement 4, einen Spulenkörper 5, eine erste Spule 6, eine zweite Spule 7, eine elektronische Ansteuervorrichtung 8, die über Anschlussleitungen 9 mit der ersten und zweiten Spule 6, 7 verbunden ist und einer Leiterplatte 10. Der Permanentmagnet 2 ist innerhalb der Spule in Richtung eines Pfeiles A beweglich. Eine Lagerung der Eingabefläche und/oder des Permanentmagneten 2 oder des ferromagnetischen Topfs 3 ist nicht dargestellt. Beispielsweise ist es möglich, nur die Eingabefläche mit einer beweglichen Lagerung zu versehen und somit auch die Lage des Permanentmagneten 2 und des ferromagnetischen Topfs 3 zu bestimmen. Beispielsweise kann die Eingabefläche aus einem Kunststoff hergestellt sein, der in einem Randbereich eine wesentlich geringere Dicke aufweist und somit unter Umständen eine Bewegung in Richtung des Pfeiles A zulässt. Es sind aber auch andere Lagerungsmöglichkeiten denkbar. Beispielsweise kann zwischen den Permanentmagneten 2 und der Leiterplatte 10 ein elastisches Element, beispielsweise in Form einer Schraubenfeder oder Blattfeder vorgesehen sein. Der ferromagnetische Topf 3 umschließt die erste und zweite Spule 6, 7 zumindest teilweise in einer Endposition. Im vorliegenden Beispiel wird eine Endposition dann erreicht, wenn der ferromagnetische Topf 3 auf dem Spulenkörper 5 aufliegt. Anders als dargestellt, kann das Verbindungselement 4 einstückig mit der Eingabefläche ausgestaltet sein. Je nach anliegender Stromrichtung und Stromstärke wird der Permanentmagnet zur Leiterplatte 10 hingezogen oder von der Leiterplatte 10 weggedrückt und somit auch die Eingabefläche 1. So können durch sich ändernde Ströme unterschiedliche Kräfte auf den Finger F einer Bedienperson ausgeübt werden. Im Ausführungsbeispiel ist die zweite Spule 7 direkt auf dem Spulenkörper 5 aufgewickelt, und auf die zweite Spule 7 ist die erste Spule 6 aufgewickelt. Es ist aber auch möglich, die erste Spule 6 direkt auf den Spulenkörper 5 aufzuwickeln und die zweite Spule 7 entsprechend anschließend auf die erste Spule 6 aufzuwickeln. In 1 you recognize an input area 1 , a permanent magnet 2 , a ferromagnetic pot 3 , a connecting element 4 , a bobbin 5 , a first coil 6 , a second coil 7 , an electronic drive device 8th , which have connection lines 9 with the first and second coil 6 . 7 is connected and a circuit board 10 , The permanent magnet 2 is movable within the coil in the direction of an arrow A. A storage of the input surface and / or the permanent magnet 2 or the ferromagnetic pot 3 is not shown. For example, it is possible to provide only the input surface with a movable storage and thus also the position of the permanent magnet 2 and the ferromagnetic pot 3 to determine. For example, the input surface may be made of a plastic which has a substantially smaller thickness in an edge region and thus may permit movement in the direction of arrow A. But there are also other storage options conceivable. For example, between the permanent magnets 2 and the circuit board 10 an elastic element, for example be provided in the form of a coil spring or leaf spring. The ferromagnetic pot 3 encloses the first and second coil 6 . 7 at least partially in an end position. In the present example, an end position is reached when the ferromagnetic pot 3 on the bobbin 5 rests. Other than shown, the connecting element 4 be configured integrally with the input surface. Depending on the applied current direction and current strength of the permanent magnet to the circuit board 10 attracted or from the circuit board 10 pushed away and thus the input surface 1 , Thus, different forces can be exerted on the finger F of an operator by changing currents. In the embodiment, the second coil 7 directly on the bobbin 5 wound up, and on the second spool 7 is the first coil 6 wound. But it is also possible, the first coil 6 directly on the bobbin 5 to wind up and the second coil 7 accordingly afterwards on the first coil 6 wind.

In dem Blockschaltbild in 2 erkennt man neben der ersten Spule 6 und der zweiten Spule 7 und elektrischen Ansteuervorrichtung 8 einen Integrator 11, einen Signalverstärker 12 und einen Leistungsverstärker 13. Wenn beispielsweise eine Bedienperson mit ihrem Finger auf die Eingabefläche drückt, wird in die zweite Spule 7 eine Spannung induziert, welche im Integrator 11 integriert und mittels des Signalverstärkers 12 verstärkt wird und dann in der Ansteuervorrichtung 8 ausgewertet wird und ein entsprechendes Ansteuersignal an dem Leistungsverstärker 13 gegeben wird, der dann die erste Spule 6 entsprechend ansteuert, so dass eine Kraft auf den Permanentmagneten 2 und damit auch die Eingabefläche 1 ausgeübt wird, die für die Bedienperson mit ihrem Finger F wahrnehmbar ist. Es ist auch möglich, beispielsweise die elektrische Ansteuervorrichtung 8 derart vorzusehen, dass sie bereits den Integrator 11, den Signalverstärker 12 und den Leistungsverstärker 13 oder einzelne dieser Teile beinhaltet. Zum besseren Verständnis der Schaltung wurden diese Teile aber separat dargestellt. In the block diagram in 2 can be recognized next to the first coil 6 and the second coil 7 and electric drive device 8th an integrator 11 , a signal amplifier 12 and a power amplifier 13 , For example, when an operator pushes the input surface with his finger, the second coil is inserted 7 induces a voltage in the integrator 11 integrated and by means of the signal amplifier 12 is amplified and then in the drive device 8th is evaluated and a corresponding drive signal to the power amplifier 13 is given, then the first coil 6 correspondingly activates, so that a force on the permanent magnet 2 and thus also the input area 1 is exercised, which is perceptible to the operator with her finger F. It is also possible, for example, the electric drive device 8th to provide such that they already have the integrator 11 , the signal amplifier 12 and the power amplifier 13 or single of these parts. For a better understanding of the circuit, these parts were shown separately.

In 3 erkennt man wieder eine Eingabefläche 1, die über vier Verbindungselemente 4 mit den ferromagnetischen Töpfen 3 und damit den in 3 nicht wahrnehmbaren Permanentmagneten 2 verbunden sind. Weiterhin erkennt man in 3 noch jeweils die ersten Spulen 6 und die Leiterplatte 10. Besonders bevorzugt ist es, die Eingabefläche 1 derart zu lagern, dass sie nur senkrecht zu ihrer Oberfläche bewegbar ist. Dann müssen alle ersten Spulen 6 gleichmäßig angesteuert werden, damit sich die Eingabefläche 1 nicht verkanten kann. Es ist aber auch möglich, beispielsweise die Lagerung der Eingabefläche 1 derart vorzusehen, dass beispielsweise jeweils zwei benachbarte erste Spulen 6 gleichmäßig angesteuert werden, so dass sich die Eingabefläche 1 nicht unbedingt senkrecht zu ihrer Oberfläche bewegen muss, sondern auch abgekippt werden kann. Hierdurch lassen sich besondere haptische Effekte erzielen. Die Verbindungselemente 4 sind in 1 der besseren Übersichtlichkeit besonders lang ausgestaltet dargestellt. In der Realität ist es durchaus möglich, die Verbindungselemente 4 wesentlich kürzer auszugestalten. In 3 you recognize again an input surface 1 that have four connectors 4 with the ferromagnetic pots 3 and thus the in 3 imperceptible permanent magnets 2 are connected. Furthermore one recognizes in 3 still each the first coils 6 and the circuit board 10 , It is particularly preferred, the input surface 1 store so that it is movable only perpendicular to its surface. Then all first coils must 6 be controlled evenly, so that the input surface 1 can not tilt. But it is also possible, for example, the storage of the input surface 1 to provide such that, for example, two adjacent first coils 6 be controlled evenly, so that the input surface 1 does not necessarily have to move perpendicular to its surface, but can also be tilted. As a result, special haptic effects can be achieved. The connecting elements 4 are in 1 shown for better clarity particularly long designed. In reality, it is quite possible the fasteners 4 much shorter.

Claims (9)

Eingabevorrichtung aufweisend eine Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen, wobei die Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen einen Permanentmagneten (2) und eine erste Spule (6) aufweist, wobei der Permanentmagnet (2) mit einer Eingabefläche (1) verbunden ist und wobei der Permanentmagnet (2) durch ein Bestromen der ersten Spule (6) antreibbar ist und so die Eingabefläche bewegbar ist und so eine haptische Rückmeldung für eine Bedienperson der Eingabevorrichtung erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen einen Integrator (11) und eine zweite Spule (7) aufweist, die in räumlicher Nähe zur ersten Spule (6) angeordnet ist, dass bei einer von der Bedienperson verursachten Bewegung der Eingabefläche (1) durch den Permanentmagnet (2) in der zweiten Spule (7) eine Spannung induzierbar ist, dass die induzierte Spannung in dem Integrator (11) integrierbar ist, dass aus der integrierten Spannung der von dem Permanentmagneten (2) zurückgelegte Weg ermittelbar ist.An input device comprising a device for generating haptic feedback, wherein the device for generating haptic feedback comprises a permanent magnet ( 2 ) and a first coil ( 6 ), wherein the permanent magnet ( 2 ) with an input surface ( 1 ) and wherein the permanent magnet ( 2 ) by energizing the first coil ( 6 ) is drivable and so the input surface is movable and so a haptic feedback for an operator of the input device is generated, characterized in that the device for generating haptic feedback an integrator ( 11 ) and a second coil ( 7 ), which are in spatial proximity to the first coil ( 6 ) is arranged such that in the case of a movement of the input surface caused by the operator ( 1 ) by the permanent magnet ( 2 ) in the second coil ( 7 ) a voltage is inducible that the induced voltage in the integrator ( 11 ) is integrated, that from the integrated voltage of the permanent magnet ( 2 ) distance can be determined. Eingabevorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Spule auf einen gemeinsamen Spulenkörper (5) gewickelt sind.Input device according to claim 1, characterized in that the first and second coil on a common bobbin ( 5 ) are wound. Eingabevorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Spule (6, 7) galvanisch voneinander getrennt sind.Input device according to claim 1, characterized in that the first and second coil ( 6 . 7 ) are galvanically separated from each other. Eingabevorrichtung nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen ferromagnetischen Topf (3) aufweist, der mit dem Permanentmagneten (2) direkt verbunden ist und die Spulen (6, 7) in einer Endposition zumindest teilweise umschließt. Input device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that it comprises a ferromagnetic pot ( 3 ), which is connected to the permanent magnet ( 2 ) is directly connected and the coils ( 6 . 7 ) in an end position at least partially encloses. Eingabevorrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Eingabeflächen (1) aufweist, die jeweils von einer Vorrichtung zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen antreibbar sind.Input device according to one of the preceding claims, characterized in that it has several input surfaces ( 1 ), each of which is drivable by a device for generating haptic feedback. Eingabevorrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Eingabefläche (1) aufweist, die von einer Mehrzahl von Vorrichtungen zur Erzeugung haptischer Rückmeldungen antreibbar sind.Input device according to one of the preceding claims 1-4, characterized in that it has an input surface ( 1 ) drivable by a plurality of haptic feedback generating devices. Eingabevorrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabefläche (1) oder Eingabeflächen senkrecht zu ihrer Oberfläche bewegbar sind.Input device according to one of the preceding claims, characterized in that the input surface ( 1 ) or input surfaces are perpendicular to their surface movable. Eingabevorrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabefläche (1) eben ausgestaltet ist.Input device according to one of the preceding claims, characterized in that the input surface ( 1 ) is just designed. Eingabevorrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabefläche (1) gewölbt ausgestaltet ist.Input device according to one of the preceding claims 1-7, characterized in that the input surface ( 1 ) is designed arched.
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