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Verfahren zur Herstellung einer Mehrfachglasscheibe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Mehrfachscheiben. Mehrfachscheiben aus
Flachglas bestehen im allgemeinen aus zwei oder mehr Glasscheiben, die in einem bestimmten Abstand voneinander gegenüberliegend angeordnet und miteinander über ihre Randteile gänzlich verschmolzen sind, so dass zwischen ihnen ein hermetisch abgeschlossener Luftraum entsteht. Dank insbesondere ihrer isolierenden und kondensationsverhindernden Eigenschaften haben sich solche Einheiten vor allem zur Ver- wendung als Fenstergläser in Gebäuden, Auslagen, Fahrzeugen u. dgl. besonders bewährt.
Bei der Herstellung einer aus mehreren Glasscheiben bestehenden Einheit, welche die gewünschten wärmeisolierenden und kondensationsverhindernden Eigenschaften aufweist, kommt der Verfahrensstufe der Entfeuchtung des Raumes zwischen den Glasscheiben eine besondere Bedeutung zu. Üblicherweise wird entfeuchtet, indem die normale luftenhaltende Feuchtigkeit aus dem Inneren der Einheit verdrängt und trockene Luft oder Gas unter Druck eingeführt wird. Dieser Vorgang kann durch eine vor der Einlei- tung des trockenen Gases oder der trockenen Luft vorzunehmende teilweise Evakuierung der Einheit beschleunigt werden.
Nach erfolgtem Verschmelzen der Scheiben ist es zwecks Entfernung der feuchten Luft aus dem von den Scheiben eingeschlossenen Raum und der Zuführung von trockener Luft erforderlich, einen Zutritt, d. h. eine Entfeuchtungsöffnung zu diesem Raum zu schaffen. Sobald entfeuchtet ist, muss die Öffnung hermetisch abgeschlossen werden, damit der Raum entfeuchtet bleibt.
Es wurden verschiedene Verfahren zur Herstellung solcher zu dem von den Glasscheiben eingeschlossenen Raum führenden Öffnungen vorgeschlagen. So kann z. B. eine solche Öffnung gebohrt oder in die Frontseiten der Glasscheiben eingeschnitten oder in einer Seitenwand während deren Herstellung ausgebildet werden.
Unabhängig davon, wo in der Einheit die Öffnungen angebracht sind, muss eine bestimmte Art eines bleibenden Verschlusses vorgesehen werden, der die Öffnung hermetisch abschliesst. Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung eines solchen Verschlusses besteht darin, mit einem kapillarartigen Einsatzstück und den Glasscheiben einen reinen Glasverschluss zu bilden. In das Einsatzstück kann ein Füllstück aus Metall eingeführt werden, das jedoch vorzugsweise während des Zuschmelzens des Kapillarendes aus der Kapillare herausgezogen wird.
Erfindungsgemäss wird von dem verglichen mit diesem Verfahren einfacheren Verfahren ausgegangen, nach welchem voneinander in Abstand gehaltene Glasscheiben miteinander über ihre Randteile unter Ausbildung eines von ihnen eingeschlossenen Raumes, der in den Randteilen eine hermetisch verschliessbare Entfeuchtungsöffnung aufweist, verschmolzen werden, wobei in diese Entfeuchtungsöffnung eine mit einem Glasüberzug versehene Metallhülse eingesetzt bzw. eingeschmolzen wird, deren Öffnung dann mit einem Verschluss abgeschlossen wird.
Zur Verbindung der Metallhülse mit den Glasscheiben wurde bisher ein niedrigschmelzendes Bindeglas oder Email verwendet ; hiebei wurden jedoch keine zufriedenstellenden Resultate erzielt, da bei der zum Einschmelzen des mit dem Glas oder Email beschichteten Metallhülse oder Metalleinsatzes in das Glas erforderlichen Erhitzung die in dem niederschmelzenden Bindematerial vorhandenen Materialien, wie z. B. Bleioxyd oder Boroxyd, dazu neigen einen"sprudelnden"Zustand hervorzurufen und die Öffnung nicht dauernd verschlossen bleibt. Ausserdem wird die erforderliche Hitze das eingesetzte Bindemittel
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auch in anderer Hinsicht beeinflussen und dessen physikalische Merkmale und Eigenschaften ändern.
Zum
Beispiel werden die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Glases oder Emaile, welches ursprünglich im
Hinblick darauf ausgewählt wurde, dass dessen Ausdehnungskoeffizienten genau auf die der Glasscheiben abgestimmt sind, durch ein rasches und/oder starkes Erhitzen beträchtlich beeinflusst, so dass der Ver- schluss einer plötzlichen Temperatureinwirkung nicht standhält.
Es wurde nunmehr festgestellt, dass diese Nachteile überwunden werden können, wenn vor dem Ein- setzen bzw. Einschmelzen die Aussenfläche der Metallhülse mit einer Schicht aus einem Glas versehen wird, das die gleichen Bestandteile in im wesentlichen den gleichen Anteilen enthält wie die Glasschei- ben.
Das erfindungsgemäss zur Beschichtung der Metallhülse dienende Glas ist im Gegensatz zu dem oben erwähnten niedrigschmelzenden Bindeglas ein hartes Glas, d. h. ein Glas das bei Raumtemperatur hart und starr ist. Bisher war man der Meinung, dass man zum Einschmelzen von Glas auf Metall ein niedrigschmelzendes Glas verwenden müsse.
Die Glasbeschichtung erfolgt vorzugsweise, indem Teilchen aus hartem Glas in die Oberfläche der Metallhülse eingebettet werden, worauf diese Teilchen unter Bildung einer kontinuierlichen einheitlichen Glasschicht auf der Hülse erhitzt werden. Man verlässt sich gemäss diesem Verfahren nicht auf ein völliges Verschmelzen des Metalls mit dem Glas, sondern gewährleistet einen sicheren Verschluss durch eine physikalische Verankerung der Beschichtung an der Metalloberfläche. Die physikalische Verankerung kann so erreicht werden, dass die Metallhülse und das Glas Schlag- und Stosseinwirkungen unterworfen werden, wonach die Teilchen, die an der Oberfläche der Hülse hängen, erhitzt und so zu einer kontinuierlichen Schicht verschmolzen werden.
Dieses Verfahren eignet sich, insbesondere auf Grund der Einfachheit, mit der die physikalische Verankerung von Glas auf Metall erzielt wird, wie noch näher ausgeführt werden soll, zur Massenproduktion.
Da das zur Beschichtung verwendete Glas im wesentlichen dieselbe Zusammensetzung aufweist, wie die Glasscheiben, werden dessen Eigenschaften denen der Glasscheiben gleichen und demgemäss die Haftfestigkeit zwischen zur Beschichtung verwendetem Glas und den Glasscheiben besonders gut sein. Das Einbetten der Glasteilchen in die Metalloberfläche durch den Stossvorgang bewirkt dann noch eine mechanische Verankerung, die auch nach dem Schmelzen des Glases aufrechterhalten wird.
Die beschichtete Metallhülse kann in die Kantenwandung während der Bildung derselben eingeschmolzen werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsweise des erfindungsgemässen Verfahrens wird die mit Glas beschichtete, vorzugsweise gereinigte und vorerhitzte Metallhülse während des Verschmelzens der Glasscheiben zwischen den gegenüberliegenden Kanten derselben gehalten und auf diese Weise der Kantenwandung einverleibt. Hiedurch werden die Verfahrensstufen eingespart, die zur Bildung einer zur Aufnahme der Hülsen bestimmten Öffnung in der Seitenwandung erforderlich wären. Gemäss bekannten Verfahren werden diese Öffnungen durch z. B. Bohren ausgebildet ; durch diese gesonderte Verfahrensstufe wird das Herstellungsverfahren der Glaseinheiten kompliziert.
Das Reinigen der Metallhülse vor deren Beschichtung mit dem Glas dient zurerwiesenermassenvorteilhaftenEntfernungvonFremdsubstanzenaus der Oberfläche der Metallhülse und von Gasen.
Das Erhitzen der beschichteten Metallhülse unmittelbar vor dem Einschmelzen in die Seitenwandung ist von Vorteil, da hiedurch ein besserer und einfacherer Verschluss zwischen der Hülse und der Seitenwand ei-
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tur des Glases gelegen ist, erhitzt wird, die Hülse leichter in die Seitenwandung eingeschmolzen und es wird zum Erhitzen der Hülse weniger Wärme von der Seitenwandung abgezogen werden.
Erfindungsgemäss braucht ein Spezialglas nicht verwendet zu werden ; es kann ein einfaches Ma 0-CaO-SiO-Glas sowohl für die Einheit als auch für die Glasbeschichtung der Hülse eingesetzt werden.
Die Verwendung einer Metallhülse aus einer Nickel-Eisen-Legierung hat sich als vorteilhaft erwiesen, da diese Legierung einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der annähernd dem des verwendeten 31ases entspricht und daher die Verschweissung der Glasschicht mit der Hülse sowie auch die Verschwei- 3ung der Hülse mit den Glastafeln durch eine Ausdehnung oder Kontraktion der Metallhülse nicht nachräglich beeinflusst wird.
Es wurde ferner festgestellt, dass die Verbindung zwischen Metall und Glas noch weiter verbessert , verder kann, wenn dem zur Beschichtung dienenden Glas eine geringe, d. h. die Anteile der übrigen GlasBestandteile im wesentlichen nicht ändernde Menge eines weiteren Metalloxydes, insbesondere eines Dxydes von Kolbalt, Nickel oder Mangan, zugesetzt wird.
In den Zeichnungen stellt Fig. 1 eine perspektivische Ansicht von Mehrfachscheiben aus Glas dar,
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auf die sich die Erfindung insbesondere bezieht ; Fig. 2 ist ein Querschnitt durch diese Scheiben nach der
Linie 2-2 der Fig. 1, in welcher der neuartige Einsatz in einer Seitenwand gezeigt ist ; Fig. 3 stellt eine schematische Ansicht verschiedener Teile einer Vorrichtung zur Herstellung von Mehrfachscheiben mit dem erfindungsgemässen Einsatz dar ;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Taumelkammer oder
Kugelmühle, die zum Auftragen von Glas auf den Metalleinsatz dient, Fig. 5 eine stark vergrösserte Teil- ansicht im Schnitt eines Einsatzes mit dem darauf befindlichen Glas, Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Verfahrensstufe bei der Herstellung einer Glasbeschichtung des Metalleinsatzes und schliesslich Fig. 7 eine stark vergrösserte Teilansicht im Schnitt des Metalleinsatzes mit der Glasbeschichtung.
In den Fig. 1 und 2 ist eine aus Glasscheiben bestehende Einheit 10 gezeigt, die einen zylindrischen metallischen Einsatz 11 enthält, welcher in der erfindungsgemässen Weise beschichtet ist. Der durchgängige Einsatz 11 bildet die erforderliche, zu dem Innenteil 12 der Einheit führende Öffnung, die zur Entfeuchtung derselben dient ; nach durchgeführter Entfeuchtung kann der Einsatz mittels eines Lötmaterial 13 zwecks hermetischen Abschlusses der Einheit verschlossen werden.
Fig. 3 zeigt schematisch vertahrellsmassnahmen, nach welchen die in Fig. 1 gezeigte Einheit mit dem in dieser eingeschlossenen beschichteten Einsatz 11 hergestellt werden kann. Ein Paar einander gegenüberliegende Glasscheiben 14,15 werden bei Brennern 16 vorbeigeführt, welche die Randteile der Scheiben tortschreiLld erhitzen, bis diese biegsam werden. Die erhitzten Ränder werden dann über zwei Formwalzen 17 geführt, wobei die Ränder allmählich miteinander in Kontakt gebracht werden und eine abgeschlossene Seitenwandung hergestellt wird. Während der allmählichen Ausbildung der Seitenwandung wird der Einsatz 11 durch den Arm 18 vor den Formwalzen 17 zwischen die Glasscheibenränder gebracht.
Während dann der Einsatz sich mit den Scheiben zu und in Kontakt mit den Formwalzen bewegt, werden die Glasränder um den Einsatz geschmolzen und schliessen ihn dann in der Seitenwandung ein. Vorzugsweise wird die Herstellung der Mehrfachscheiben in einem Ofen vorgenommen, der bei einer erhöhten Temperatur (ungefähr 538 C) gehalten wird.
Obzwar der Einsatz 11 in die Seitenwandung, wie oben beschrieben, ohne spezielle Vorbereitung eingebracht werden kann, wurde festgestellt, dass eine festere Verbindung hergestellt wird, wenn der Einsatz knapp bevor er in die Seitenwandung eingeführt wird, bis zur"Röte"vorerhitzt wird. Gemäss Fig. 3 wird dies mittels eines Brenners 19 bewerkstelligt. Um die Möglichkeit einer Verunreinigung der Oberfläche des Einsatzes mit Kohlenstoffteilchen herabzusetzen, welche die Bindung des Einsatzes an das Glas beeinträchtigen könnten, ist die Flamme des Brenners 19 vorzugsweise eine Wasserstoffflamme.
Bei dem oben beschriebenen Verbinden von Glas mit metallischen Einsätzen konnte auf Grund von Versuchen festgestellt werden, dass es zur Aufrechterhaltung einer geeigneten Bindung von Bedeutung ist, dass die Wärmedehnungszahlen des Metalls nahe den diesbezüglichen Werten des Glases liegen. Zum Beispiel wurden Einsätze aus Nickel-Eisen-und Nickel-Eisen-Kobalt-Legierungen mit zufriedenstellenden Resultaten verwendet.
Jedoch wurden die besten Resultate mit Einlagen erzielt, die aus einer der zwei speziellen Nickel-Eisen-Legierungen ungefähr folgender Zusammensetzungen gebildet waren :
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<tb>
<tb> Legierung <SEP> Nr. <SEP> 1 <SEP> Legierung <SEP> Nr. <SEP> 2
<tb> Ni <SEP> 47, <SEP> 66 <SEP> 50 <SEP> bis <SEP> 51 <SEP> (Spuren <SEP> von <SEP> Co <SEP> und <SEP> Cu) <SEP>
<tb> Si <SEP> 0, <SEP> 30 <SEP> 0, <SEP> 20 <SEP> bis <SEP> 0, <SEP> 35 <SEP>
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 014 <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> max <SEP>
<tb> P <SEP> 0, <SEP> 021 <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP> max <SEP>
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 22 <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> bis <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP>
<tb> C <SEP> 0, <SEP> 039 <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> max <SEP>
<tb> Fe <SEP> Rest <SEP> Rest
<tb>
Von Vorteil ist eine Vorbehandlung des Metalls, die folgende Behandlungen miteinschliessen kann :
1.
Waschen der Einsätze in einem Waschmittel oder einem organischen Lösungsmittel, z. B. Aceton, zwecks Entfernung von Öl, Fett und anderer an der Oberfläche haftender Fremdteile.
2. Waschen der Einsätze in heisser Salzsäure (ungefähr 25% wässerige Lösung) während einer 1/2 h '1ei häufigem Rühren, zwecks Entfernung von Schleifmitteln, die in der Oberfläche eingebettet sein können.
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3. Zumindest 4-stündiges Erhitzen der Einsätze in nassem Wasserstoffgas bei einer Temperatur von ungefähr 927 C, zwecks Entkohlung des Metalls.
4. Erhitzen der Einsätze auf eine Temperatur von ungefähr 6710C während 16 Stunden bei einem Druck von weniger als 2 x 10-5 mm Hg, zwecks Entfernung gelöster oder eingeschlossener Gase.
Die meisten Mehrfachglasscheiben der Art, auf die sich die Erfindung bezieht, sind aus gewöhnlichen Soda-Kalk-Kieselsäure-Platten oder Fensterglas hergestellt. Lediglich zum Zwecke der Erläuterung soll im folgenden die ungefähre Zusammensetzung des üblichen Fensterglases angegeben werden :
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<tb>
<tb> SiO. <SEP> 72, <SEP> 6% <SEP>
<tb> AlP <SEP> ! <SEP> 0, <SEP> 9
<tb> CaO <SEP> 9, <SEP> 1 <SEP>
<tb> MgO <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP>
<tb> NaO <SEP> 13, <SEP> 3
<tb> Unbedeutende <SEP> Oxyde <SEP> 0, <SEP> 6 <SEP>
<tb> CoO <SEP> 0
<tb> NiO <SEP> 0
<tb> 100, <SEP> 0 <SEP> % <SEP>
<tb>
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sammensetzung aufweist, wurden besonders zufriedenstellende Resultate erzielt, wenn zur Beschichtung ein Glas obiger Zusammensetzung verwendet wurde.
Es wurde jedoch festgestellt, dass bei Einverleibung von z. B. Kobalt-, Nickel- und Manganoxydeninein Glas oder eine Glaszusammensetzung dieses die Tendenz aufweist, die Eigenschaft des Materials am Metall zu "kleben" zu verbessern; die Einverleibung solcher Oxyde in die erfindungsgemässe Glasschichte vergrössert die Haftfestigkeit oder Bindung zwischen dem Metall und dem Glas.
Folglich kann die Zusammensetzung der Glasbeschichtung gegenüber der Zusammensetzung der verwendeten Glasscheiben, zwecks Verbesserung der Haftfestigkeit, geringfügig modifiziert werden, wobei der Ausdehnungskoeffizient der Glasscheiben auf den der modifizierten Zusammensetzung der Glasschicht, die zur Fixierung der Metalleinsätze in den Scheiben verwendet wird, abgestimmt sein soll.
So hat sich z. B. die folgende modifizierte Glaszusammensetzung zur Verwendung als Beschichtung für in Mehrfachglasscheiben obiger Zusammensetzung einzuschmelzende Metalleinlagen besonders bewährt :
Modifizierte Zusammensetzung von Fensterglas, verwendet für glasbeschichtete Durchführungen
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<tb>
<tb> SiO <SEP> 2 <SEP> 66, <SEP> 7 <SEP> lu <SEP>
<tb> Al <SEP> 0, <SEP> 8
<tb> CaO <SEP> 7, <SEP> 7 <SEP>
<tb> MgO <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Nap <SEP> 12, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Unbedeutende <SEP> Oxyde <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP>
<tb> CoO <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP>
<tb> NiO <SEP> 8, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 100, <SEP> 0 <SEP> 0/0 <SEP>
<tb>
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<tb>
<tb> Sand <SEP> 100 <SEP> Gew.
<SEP> - <SEP> Teile <SEP>
<tb> Dolomit-Kalkstein <SEP> 21, <SEP> 48 <SEP>
<tb> Kalzium-Kalkstein <SEP> 9, <SEP> 24 <SEP>
<tb> Soda <SEP> (soda <SEP> ash) <SEP> 31, <SEP> 2 <SEP>
<tb> Salzkuchen <SEP> (salt <SEP> cake) <SEP> 0, <SEP> 97 <SEP>
<tb> Kobaltoxyd <SEP> (CoO,) <SEP> 1, <SEP> 36 <SEP>
<tb> Aluminiumhydroxyd <SEP> 1, <SEP> 89 <SEP>
<tb> Nickeloxyd <SEP> (NiO) <SEP> 12, <SEP> 28 <SEP>
<tb>
Erfindungsgemäss können die Metalleinsätze durch Schlag- und Stosseinwirkung des aufzutragenden Glases in fester Form auf die Oberfläche der Metalleinsätze beschichtet werden. Selbstverständlich kann ein solches Beschichten verschiedenartig bewerkstelligt werden ; praktisch bewahrt hat sich, in eine Taumelvorrichtung Metalleinsätze und harte Glasstücke der gewünschten Zusammensetzung einzubringen.
Nachdem das Glas und die Einlage genügend lang (ungefähr 5 Stunden) herumgewälzt worden sind, wird das Glas pulverisiert sein und ferner festgestellt werden können, dass die Einsätze nicht nur vollständig mit den Glasteilchen oder dem Glaspulver beschichtet sind, sondern dass auch kleine Glasteilchen teilweise in der Metalloberfläche eingebettet sind.
Beispielsweise wurden auch zufriedenstellende Resultate gemäss vorliegendem Verfahren erzielt :
1. Füllen der Kammer einer Kugelmühle ungefähr 3/4 voll mit geschnittenen Quadraten aus geeignetem Glas (ungefähr 4, 76-5, 56 mm dick, 12, 7-19, 5 mm Quadrate).
2. Zusatz mehrerer Metalleinsätze in die Kammer, in der die Glasstücke enthalten sind, und ungefähr 5-stündiges Herumwälzen.
3. Aussieben der mit gepulvertem Glas beschichteten Einsätze.
Eine Ausführungsform einer Taumelvorrichtung oder Kugelmühle ist in Fig. 4 mit 20 bezeichnet ; sie besteht aus einer im wesentlichen zylindrischen an einem Ende offenen Kammer 21, über deren Öffnung ein entfernbarer Deckel 22 dicht abschliessend angebracht ist. Die Kammer 21 wird von einer zu dieser in diagonaler Ausrichtung angeordneten Achse 23 getragen. Die Enden der Achse werden in zwei Stützen 24 geführt und über eine Rolle mittels eines Motors (nicht gezeigt) angetrieben. Durch Drehung der Welle oder Achse 23 wird der Inhalt der Kammer 21 herumgewälzt oder hin-und hergeschüttelt, wodurch ein fortwährendes Aufschlagen der Einsätze auf das Glas erzielt wird.
In Fig. 5 wird ein Metalleinsatz gezeigt, der in obiger Vorrichtung behandelt worden war. Es sei insbesondere darauf hingewiesen, dass kleine Teilchen von Glas teilweise in der Metalloberfläche eingebettet oder verankert sind ; dies ist ein wichtiger Faktor für die verbesserte Bindung der neuartigen Glasbeschichtung auf dem Einsatz.
Die nächste Verfahrensstufe besteht darin, die mit dem Glaspulver 26 bedeckten Einsätze zu erhitzen, um das Glas zum Schmelzen zu bringen und eine glatte, fest anhaftende Beschichtung (Fig. 6 und 7) zu erhalten. Dies kann erreicht werden, indem in der Taumelvorrichtung behandelte Einsätze auf einen Draht 28 aufgelegt werden und durch eine Flamme 29 geführt werden. Durch die Flamme wird das gepulverte Glas unter Bildung der Glasschichte 27 zum Schmelzen gebracht. Nachdem die Einsätze auf diese Weise erhitzt worden waren, werden sie abkühlen gelassen ; nach Entfernung von dem Draht 28 können sie entweder aufbewahrt oder sofort verwendet werden. Ein anderes Verfahren besteht darin, die gepulverte Glasschicht in einem elektrischen Ofen unter geregelten Temperatur- und atmosphärischen Bedingungen zu schmelzen.
Obzwar es möglich ist, die Öffnung des Einsatzes gemäss einem der verschiedenen bekannten Verfah- ren abzuschliessen, besteht das bevorzugte Verfahren, mit welchem besonders befriedigende Resultate erzielt werden, darin, einen Tropfen eines Lötmetalls in die äussere Öffnung der Einlage aufzutragen, wie dies am besteh aus Fig. 2 ersichtlich ist.
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