CH630157A5 - Poulie dentee cooperant avec une courroie dentee et flexible. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne une poulie dentée coopérant avec une courroie dentée et flexible.
Dans le brevet US n° 2 507 852 de R. Y. Case, est décrite une courroie de transmission de puissance comprenant un organe inextensible de traction avec des dents collées d'un côté et une enveloppe protectrice en étoffe couvrant les dents. Les dents sont de préférence faites en un élastomère, comme du caoutchouc, et la courroie peut également comporter une couche d'appui en un matériau identique ou semblable à celui dont sont faites les dents.
De nombreux élastomères différents ont été utilisés pour la construction de courroies faites selon le brevet de Case, certains des matériaux les plus courants étant le néoprène et le polyuréthane. Ces courroies sont étudiées pour venir en prise avec des poulies dentées construites en un matériau ayant un module de Young plus élevé que celui de l'élastomère utilisé pour la construction de la courroie. La courroie dentée classique, décrite dans le brevet de Case, a une configuration en section transversale des dents qui est essentiellement trapézoïdale et très semblable à une dent de crémaillère classique. De nombreuses tentatives ont été faites pour modifier les configurations des dents de la courroie et de la poulie pour supprimer le problème de la rupture de la courroie. Dans ces courroies à dents trapézoïdales, la rupture courante est celle du cisaillement des dents du fait de la concentration des contraintes. En cherchant à réduire le cisaillement des dents, le brevet US n° 3 756 091 de H. Miller, révèle des dents de courroie ayant une configuration en section transversale qui s'approche du contour d'une frange isochromatique d'un demi ordre dans une dent de courroie sous une charge nominale et définie. Les gorges de la poulie selon le brevet de Miller sont en engagement correspondant et sont sensiblement conjuguées avec les dents de la courroie. La courroie ayant des dents sensiblement curvilignes selon le brevet de Miller permet de réduire un cisaillement des dents et d'augmenter la capacité de puissance. Une rupture de la configuration de courroie selon Miller peut se produire du fait de l'usure des plats de la courroie, en particulier avec des poulies de petit diamètre. L'usure des plants entre les dents de la courroie est due à l'abrasion de la couche protectrice et à une exposition de l'organe de traction par action de la dent de la poulie contre la courroie. Cette usure des plats conduit à une rupture prématurée due à un détachement des dents de l'organe de traction et/ou une rupture de l'organe de traction.
Hoback, dans le brevet US n° 4 037 485, propose une solution au problème de l'usure des plats. Comme cela et révélé dans le brevet de Hoback, la relation dimensionnelle des dents et des gorges de la courroie et des dents et des gorges de la poulie est telle que sur l'étendue longitudinale de la courroie entre les poulies, la hauteur des dents de la courroie est supérieure à la profondeur des gorges de la poulie tandis que, quand la courroie passe sur la poulie, les parties extrêmes des dents de la courroie faisant face vers l'extérieur, qui font face à la poulie, viennent en contact avec le fond des gorges de la poulie. En même temps, Hoback révèle que les dents de la courroie sont comprimées pour réduire leur hauteur, ainsi les sommets des dents de la poulie viennent en contact avec les fonds des gorges de la courroie.
Relativement précocément dans la durée opérative d'une courroie et d'une poulie dentées de transmission de puissance comme cela est révélé par Hoback, l'engagement de compression des dents en élastomère contre le fond de la gorge de la poulie provoque une déformation sensiblement permanente de la dent de la courroie. Cette déformation est accélérée aux températures élevées de fonctionnement pouvant se rencontrer dans des domaines automobiles. La déformation provoque une diminution importante et permanente de la hauteur de la dent. Les dents déformées ne supportent plus l'organe de traction comme le souhaite Hoback. Subséquem-ment, le même type d'usure se développe dans l'entraînement à courroie et poulie dentées selon Hoback que dans la configuration de transmission de puissance à dents selon le brevet de Miller.
Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients.
La poulie dentée selon l'invention est définie par la revendication indépendante 1.
L'invention sera mieux comprise au cours de la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels:
- la fig. 1 est une vue en coupe transversale d'un entraînement par poulie et courroie;
- la fig. 2 est une vue en coupe fragmentaire de la poulie selon le mode de réalisation préféré;
- la fig. 3 est une vue en coupe fragmentaire de la poulie de la fig. 2, superposée sur une vue d'une poulie conjuguée correspondante selon le brevet de Miller; et
- la fig. 4 est une vue en coupe fragmentaire de la poulie de la fig. 2 en engagement de correspondance avec une courroie construite selon le brevet de Miller, en condition de repos.
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Comme on peut le voir sur la fig. 1, la courroie sans fin 10 engage les poulies menante et menée 11 et 12. La courroie 10 est pourvue d'un organe de traction 13 comprenant plusieurs spires d'un brin continu d'un matériau filamentaire.
L'organe de traction 13 supporte sensiblement toute la charge de travail imposée sur la courroie 10, et jusqu'à la charge maximum pour laquelle la courroie est étudiée, l'organe 13 est sensiblement inextensible. Les brevets ci-dessus cités de Case et de Miller peuvent être consultés pour une description plus détaillée des principes de ces entraînements à courroies et poulies dentées. La courroie comporte de plus une couche d'appui 14 et une enveloppe de protection (non représentées) s'étendant sur toute la surface dentée de la courroie. Une couche mince d'un élastomère ou autre matériau (non représentée) entre l'enveloppe et l'organe de traction 13 peut être ajoutée pour améliorer l'adhérence dans les zones des plats de la courroie. La courroie peut être faite de nombreuses façons, mais il est préférable d'utiliser la méthode décrite dans le brevet US n° 3 078 206 de W. Skura. Une autre méthode de fabrication est décrite dans le brevet de Case cité ci-dessus.
Chaque poulie 11 et 12 de la figure 1, comme on peut le voir sur la figure 2, comprend une partie formant corps 20 ayant des dents curvilignes 21 séparées par des cavités curvilignes 22. Le bout 23 de la dent en regardant en coupe transversale longitudinale a une configuration externe qui se compose de deux arcs de cercle 24 et 25 ayant des centres de courbure 26 et 27 décalés par rapport à la ligne centrale ou axe 28 du bout de la dent. Les arcs 24 et 25 ont deux rayons égaux 29 et 30, les centres de courbure 26 et 27 étant décalés de quantités égales sur des côtés opposés de l'axe 28 de la dent 21,
mais du même côté que leur arc correspondant. Les deux centres de courbure sont dans la dent de la poulie. Les arcs 24 et 25 ne se coupant pas sont connectés par un segment de ligne 31. L'arc 24 s'étend du point A au point B. L'arc 25 s'étend du point C au point D. Les centres 26 et 27 se trouvent à des distances égales d'une tangente au diamètre externe de la poulie sur l'axe 28 de la dent, se trouvent à des distances égales sur des côtés opposés de l'axe 28 et se trouvent à des distances radiales égales du centre de la poulie. Le segment de ligne 31 fait partie d'un arc de cercle ayant un rayon tracé à partir d'un centre se trouvant sur l'extension de l'axe 28. Le centre de courbure de la ligne 31 peut se trouver sur l'axe 28, c'est-à-dire dans le corps de la poulie. Le centre de courbure du segment 31 peut également se trouver sur une extension de l'axe 28 qui se trouve à l'extérieur du corps de la poulie. Le segment de ligne 31 est illustré comme étant une ligne droite, mais il peut être concave ou convexe par rapport au corps de la poulie.
La figure 3 montre une vue en coupe transversale longitudinale fragmentaire et agrandie de la poulie de la figure 2 superposée sur une vue d'une poulie conjuguée correspondante selon le brevet de Miller. Cette figure permet de remarquer la différence des profils en section transversale longitudinale des gorges et dents des poulies respectives. La figure 3 montre la cavité 22 de la poulie correspondant à l'invention, formée par l'arc de rayon 32 à un centre de courbure 33. Les arcs 24 et 25 qui forment partiellement le bout des dents de la poulie sont générés par des rayons respectifs 29 et 30 ayant des centres de courbure en 26 et 27. Le segment de ligne formant la partie la plus externe du bout de la dent et reliant les arcs 24 et 25 a une longueur égale à la distance entre les points B et C. L'arc formant la cavité 22 peut couper les arcs 24 et 25 aux points A et D.
Au contraire, la poulie conjuguée selon Miller, a une cavité 41 formée par un arc ayant un rayon 40 et un centre de courbure 39. Les arcs 46 et 47 qui forment partiellement le bout de la dent de la poulie selon le brevet de Miller sont générés par des rayons respectifs 44 et 45 ayant des centres de courbure en 42 et 43. Le segment de ligne formant la partie la plus externe du bout de la dent et reliant les arcs 46 et 47 a une longueur égale à la distance entre les points E et F. L'arc formant la cavité 41 coupe les arcs 46 et 47 aux points G et H.
La longueur du segment de linge BC de la poulie de la présente invention est supérieure à celle du segment de ligne EF du bout de dent de poulie selon le brevet de Miller. Les centres de courbure 26 et 27 selon la présente invention sont décalés sur des côtés opposés de l'axe 28, d'une distance supérieure au déclalage des centres de courbure 42 et 43 du bout de dent de poulie selon Miller. La zone hachurée 48 représente le matériau supplémentaire présent dans le profil de la gorge et du bout de la dent de la poulie selon l'invention en comparaison avec le même profil selon le brevet de Miller.
La figure 4 est une vue en coupe longitudinale fragmentaire et agrandie de la poulie de la figure 2 en engagement correspondant avec une courroie construite selon le brevet de Miller en condition de repos. En coupe longitudinale, chaque dent 49 de la courroie 50 se compose de deux arcs de cercle 51 et 52 ayant des rayons égaux 53 se coupant en un point 55 sur l'axe 34. Les centres de courbure 56 et 57 d'où sont tracés les arcs 51 et 52 sont placé sur une ligne 58 comme cela est indiqué dans le brevet de Miller. L'étendue des arcs 51 et 52 est telle qu'ils s'étendent jusqu'à la ligne 58. Les centres de courbure 56 et 57 des arcs 51 et 52 sont décalés sur des côtés opposés de l'axe 34 par rapport à leurs arcs correspondants d'une quantité qui est généralement égale ou légèrement inférieure à 10% du rayon de courbure des arcs 51 et 52.
La profondeur de la gorge entre des dents adjacentes de la poulie selon l'invention est inférieure à la profondeur de la gorge dans la poulie conjugée, et est ainsi inférieure à la profondeur d'une dent de la courroie. Cela est clairement illustré sur la figure 4, où le bout de la dent de la courroie est illustré comme recouvrant la base de la gorge de la poulie. Il est évident que cela ne peut se produire dans la pratique et que la dent de la courroie est déformée par son contact avec la gorge de la poulie. Il est préférable que la profondeur de la gorge de la poulie ait de 1 à 15% de moins que la profondeur de la dent de la courroie.
Il est souhaitable que le rapport de contanct de surface de la largeur de la dent de la courroie (la largeur représentée par la longueur de la ligne interrompue 59 entre les points J et K de la figure 4) à la longueur du segment de ligne 31 (la largeur représentée par la longueur de la ligne BC sur la figure 2) soit compris entre 20:1 et 1:1 et avantageusement entre 15:1 et 3:1.
La configuration en section transversale de la cavité 22 a un rayon 32 bien plus grand que les rayons 29 et 30 et a un centre 33 qui est à l'extérieur du corps de la poulie et sur un axe 34. Les centres des rayons 26,27 et 33 sont placés sur le même cercle ou des cercles légèrement espacés 35 et 36 concentriques et dans un cercle reliant les segments de ligne les plus externes 31 des bouts des dents. Les cercles 35 et 36 sont espacés de ce cercle radialement vers l'intérieur d'une distance égale ou inférieure à 30% de la profondeur totale de la dent. La profondeur totale de la dent est la distance radiale entre l'intersection du segment de ligne 31 et de l'axe 28, c'est-à-dire un point sur la ligne de couronne 37 et un cercle connectant les points les plus internes de la cavité 22. Le point le plus interne de la cavité 22 est à l'intersection de l'arc généré par le rayon 32 et la ligne centrale 34, c'est-à-dire un point sur le creux 38.
La cavité 22 est formée par un arc de cercle ayant un rayon 32 tracé à partir d'un centre 33 sur la ligne 34. L'arc formant la cavité 22 peut couper l'arc 24 d'un côté du profil général de la gorge de la poulie et couper l'arc 25 de l'autre côté du profil. Le profil de la gorge de la poulie à partir de l'intersection du segment 31 et de la ligne 28 jusqu'à une intersection
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correspondante de la dent adjacente suivante se répète sur toute la circonférence de la poulie pour définir les autres dents et gorges.
La profondeur totale de la gorge de la poulie est égale à la distance mesurée le long de la ligne 34 entre les intersections de la ligne 34 et de la ligne de couronne 37 et du creux 38. Comme on peut le voir sur la figure 2, la profondeur totale de la gorge de la poulie est la somme de la longueur du rayon 32 et de la distance d. De préférence, la profondeur totale de la gorge de la poulie ne représente pas plus que 15% de moins que la profondeur de la dent de la courroie engageant la gorge de la poulie. En conséquence, la dent de la courroie peut être en engagement de compression avec la cavité 22. Alternativement, la relation dimensionnelle entre la profondeur de la gorge de la poulie et la profondeur de la dent de la courroie peut être telle que décrite dans le brevet de Miller.
En étudiant la forme de la gorge et de la dent de la poulie, il est souhaitable que l'arc formant la cavité 22 coupe régulièrement les arcs 24 et 25. Cependant, afin d'obentir une transition douce ou régulière de l'arc formant la cavité 22 aux arcs 24 ou 25 formant une partie du bout de la dent de la poulie, il peut être souhaitable de prévoir une ligne de connexion.
Cette ligne de connexion peut être semblable au segment de ligne 31.
Afin de comparer les performances des transmissions de puissance avec des poulies ayant la nouvelle relation dimensionnelle selon l'invention à celles ayant des relations dimen-sionnelles classiques, on a suivi le processus qui suit. Plusieurs échantillons de courroies d'entraînement ont été fabriqués par des méthodes classiques en utilisant des matériaux traditionnels bien connus. Toutes les courroies furent formées en une composition de caoutchouc de néoprène ayant un revêtement en étoffe de nylon sur les dents de la courroie, et comprenant un organe de traction en cordes de fibres de verre disposé sensiblement sur la ligne de creux des dents de la courroie. Les échantillons de courroies, après fabrication, furent essayés dynamiquement sur des poulies dentées ayant des dimensions et configurations appropriées comme on le décrira ci-après.
On essaya trois transmissions de puissance. Ces combinaisons sont identifiées par A, B et C:
La combinaison A comprend des courroies et poulies fabriquées strictement selon le brevet de Miller. Ces courroies et poulies sont vendues commercialement par UNIRÒ YAL, Ine, ayant un écartement de 8 mm, Powergrip HTD (marque déposée).
Les dix huit échantillons de courroies produits avaient les dimensions qui suivent, mesurées sur l'étendue longitudinale de la courroie entre les poulies: écartement entre les dents de la courroie de 8 mm; largeur des dents de la courroie de 6,6 mm; distance entre les dents de la courroie de 1,4 mm; profondeur des dents de la courroie de 2,43 mm. Les courroies avec 15 mm et 936 mm de longueur primitive.
Les poulies avaient une profondeur des dents de 3,6 mm et étaient sensiblement conjuguées avec les dents de la courroie. Comme cela est enseigné dans le brevet de Miller, les bouts des dents avaient un contour en section transversale longitudinale composé de deux arcs de cercle connectés par un segment de ligne. La longueur du segment de ligne était de 0,28 mm. Dans la transmission de puissance résultante, le segment de ligne représente 4,2% de la largeur de la dent de la courroie.
La combinaison B se compose d'une transmission de puissance exactement comme on peut la trouver dans la combinaison. A à l'exception que la profondeur des dents de la courroie avait été augmentée de 0,3 mm (8,9%) à 3,73 mm. Cela correspond aux enseignements du brevet US n° 4037 485 de Hoback. Sept échantillons furent préparés.
La combinaison C comprend une transmission de puissance utilisant la poulie selon la présente invention. La courroie avait les mêmes dimensions que la courroie de la combinaison A. Les dents de la poulie avaient une profondeur de 3,3 mm; la cavité de la poulie avait un rayon de courbure de 2,69 mm. La longueur du segment de ligne était de 0,51 mm.
Le tableau I est une comparaison des dimensions principales des combinaisons A, B et C et de la compression résultante des dents de la courroie.
Tableau I
Combinaisons ABC
Largeur de la dent de la courroie
6,6
6,6
6,6
Prondodeur de la dent de la
courroie
3,43
3,73
3,43
Profondeur de la dent de la poulie
3,6
3,6
3,3
Longueur du segment de ligne
0,28
0,28
0,51
Longueur du segment de ligne
(pourcentage de la largeur de la
dent de la courroie)
4,2 %
4,2 %
7,7
Pourcentage de compression de la
dent de la courroie
0 %
3,4 %
3,7
(profondeur dent courroie - profondeur dent poulie) profondeur dent poulie
Chaque échantillon de courroie fut monté sur un dispositif d'examen de flexion à poids mort ayant un agencement à deux poulies se composant d'une poulie menante et d'une poulie menée ayant chacune un diamètre externe de 54,86 mm. La poulie menante était entraînée à 350 t/mn avec une force entre les centres des arbres des poulies de 113,5 kg. L'essai fut entrepris à température ambiante. Les courroies furent essayées jusqu'à la rupture à moins que cela ne soit indiqué autrement. Le temps écoulé à l'heure près de chaque groupe d'échantillons de courroies jusqu'à la rupture est indiqué au tableau II.
Tableau II. Durée de l'essai, heures
A
B
C
83,4
59,0
298,4 (essai suspendu)
46,9
117,2
690,7
65,5
99,1
187,6
75,7
120,8
233,4
54,2
258,5
Moyenne 65,1
99,0
345,1
Les essais furent répétés dans une chambre environnementale maintenue à 88°C. Les résultats sont indiqués au tableau III.
s
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Tableau III. Durée de l'essai, heures
A
B
C
93,0
118,2
196,2
87,9
98,5
105,7
82,0
117,5
129,3
103,4
171,8
Moyenne 91,6
111,4
162,0
Les résultats des tableaux II et III montrent clairement que la combinaison poulie-courroie C ayant la relation poulie à courroie selon l'invention procure une durée de vie considérablement améliorée de la courroie par rapport aux combinaisons A et B. Cette amélioration est montrée sur les essais faits à la température ambiante et sur les essais accélérés faits à 88°C.
La seule variable importante dans les essais de comparaison était la relation des dimensions des poulies aux dimensions des courroies. La combinaison B avait des dents de la courroie plus profondes que la profondeur des gorges correspondantes de la poulie. La combinaison C avait également des dents de la courroie plus profondes que la profondeur des gorges de la poulie correspondante. Cependant, la longueur du segment de ligne de la poulie de la combinaison C était sensiblement supérieure à celle des segments de ligne de la combinaison A ou de la combinaison B. Les poulies des combinaisons A et B selon l'art antérieur avaient des longueurs des segments de ligne inappropriées, forçant la courroies à être soumise à une contrainte excessive sur les organes de traction. Cette contrainte excessive provoquait une abrasion de la courroie entre ses dents et la rupture provenait principalement d'une usure excessive dans cette zone.
Dans les poulies de la combinaison C, la longueur du segment de ligne était suffisamment importante pour distribuer la charge sur une aire plus importante et réduire ainsi la contrainte dans l'aire entre les dents de la courroie. En conséquence, l'usure dans l'aire de la courroie entre les dents était réduite et la durée de vie de la courroie était considérablement accrue aussi bien aux températures ambiantes qu'élevées.
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La poulie décrite ici peut être utilisée avec des courroies dentées autres que celles révélées dans les brevets de Case, Miller et Hoback. Le contour en section transversale longitudinale des dents individuelles de la courroie peut être trapézoïdal, curviligne ou en forme de coin ou une combinaison ou une modification de ces contours. La courroie peut également avoir des dents des deux côtés de l'organe de traction.
La poulie décrite permet donc de réduire le problème de l'usure des zones des plats entre les dents de la courroie en changeant la configuration de la poulie pour augmenter l'aire de contact entre les bouts des dents de la poulie et la zone des plats des dents de la courroie. Cela permet d'alléger encore la pression dans la zone des plats des dents de la courroie en prévoyant un support pour la dent de la courroie dans la gorge de la poulie. La poulie a une forme non conjuguée par rapport à la courroie.
Chaque gorge de la poulie est formée sensiblement par un arc de cercle reliant les bout de dents adjacentes de la poulie. Les dents de la courroie, tandis qu'elle passe autour de la poulie, sont en engagement de compression avec la gorge de la poulie. Chaque bout de dent de la poulie a un contour en section transversale longitudinale généralement tel que révélé par Miller, et se compose partiellement sensiblement de deux arcs de cercle ayant des centres de courbure décalés l'un de l'autre. Les centres de courbure sont placés du même côté du bout de la dent que l'arc respectif. Les arcs du bout de la dent sont connectés par un segment de ligne qui est sensiblement droit ou légèrement courbé. Le segment de ligne définit la largeur du bout de la dent de la poulie.
Le rapport de contact de surface de la largeur de la dent de la courroie au segment de ligne est compris entre 20:1 et 1:1. La longueur de ce segment de ligne est comprise entre 5% et 100% de la largeur de la dent de la courroie sur la courroie avec laquelle la poulie doit être utilisée, et de préférence entre 6% et 33% de la largeur de la dent de la courroie.
L'engagement de compression de la dent de la courroie avec la gorge de la poulie et le rapport de contact de surface tels que définis, agissent individuellement pour réduire l'usure des plats de la courroie. Cependant, en combinaison, comme cela sera mieux décrit ci-après, ils réduisent l'usure des plats de la courroie à un point plus important que la somme de leurs effets individuels.
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25
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AS
B
1 feuille dessins
Claims (10)
1. Poulie dentée coopérant avec une courroie dentée et flexible, caractérisée en ce que les dents (21) de la poulie sont connectées par des cavités (22) et ont un contour en section transverale partiellement composé de deux arcs de cercle (24, 25) ayant des centres de courbure (26,27) décalés l'un de l'autre, le centre de courbure de chaque arc étant placé du même côté de l'axe (28) que son arc respectif, le sommet de la dent joignant les deux arcs formant une ligne (31), dont la longueur est comprise entre 5 et 100% de la largeur de la dent de la courroie.
2. Poulie selon la revendication 1, caractérisée en ce que la distance entre le sommet de la dent et la partie la plus interne de l'entre-dents est inférieure à la profondeur de la dent de la courroie.
2
REVENDICATIONS
3. Poulie selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la longueur de la ligne est comprise entre 6% et 33% de la largeur de la dent de la couroie.
4. Poulie selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la ligne est un arc de cercle ayant un rayon égal à la distance entre le sommet de la poulie et le centre de poulie.
5. Poulie selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les arcs sont tangents à la ligne à leurs points d'intersection.
6. Poulie selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la ligne est une ligne droite.
7. Poulie selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le contour en section transversale de la cavité se compose d'un arc de cercle.
8. Poulie selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la distance entre le sommet de la dent et la partie la plus interne de la cavité de l'entre-dents est au plus 15% de moins que la profondeur de la dent de la courroie.
9. Poulie selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les dents de la courroie sont en engagement de compression avec la cavité de la poulie.
10. Poulie selon l'une quelconque des revendications 1,2 et 9, caractérisée en ce que les dents de la courroie sont curvilignes en contour en section transversale.
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