CN101203687B - 同步铰接头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种同步铰接头，它包括：接头外部件(2)，该接头外部件在其内圆周上具有球滚道(4)；接头内部件(3)，该接头内部件在其外圆周上具有通过隔板(18)分开的球滚道(5)，其中，所述接头外部件(2)和接头内部件(3)的球滚道(4、5)彼此成对地对置布置；球(6)，这些球被容纳在滚道对中；以及球笼(10)，该球笼设置在接头外部件(2)和接头内部件(3)之间，并且具有用于容纳球(6)的窗口(11)。所述接头内部件(3)仅当其隔板(18)中的至少一个隔板嵌入到球笼(10)的窗口中时才能导入到球笼(10)中。通过遵守滚道角ε与隔板角γ的确定比例，可以得到在大偏转角时具有高断裂强度的同步铰接头(1)，在这种接头中可避免对接头内部件(3)的功能表面的削弱。此外，在滚道端部上可达到对球(6)的大的包容度。这种大的包容度对滚道(4、5)的承载能力是有利的。此外，接头内部件(3)可简单地摆入到球笼(10)中。由于它的形状简单，所以这种球笼是有利的，并且可以小的厚度制造。此外这种同步铰接头(1)还有特别紧凑的结构特点。

Description

同步铰接头
技术领域
本发明涉及一种同步铰接头(Gleichlauffestgelenk)，它包括：接头外部件，该接头外部件在其内圆周上具有球滚道；接头内部件，该接头内部件在其外圆周上具有通过隔板分开的球滚道，其中，所述接头外部件和接头内部件的球滚道彼此成对地对置布置；球，这些球被容纳在滚道对中；以及球笼，该球笼设置在接头外部件和接头内部件之间，并且具有用于容纳球的窗口，其中，为了可安装性，接头内部件的隔板中的至少一个隔板可以导入到球笼的窗口中。
背景技术
这类同步铰接头例如应用在汽车的半轴中。
在同步铰接头中，包容度，也就是传递扭矩的球被所属的球滚道所包围的角度区域，在滚道的长度上变化很大。在接头处于大偏转角时，球达到滚道的边缘区域。在这些边缘区域种，内部件和外部件之间的球的包容度分布情况大多很不均匀。通过外部件的相应的滚道所形成的大包容度面对的是通过内部件的滚道所形成的小包容度，反之亦然。
在大偏转角的情况下传递大的扭矩时，具有小包容度的滚道区域不能足够地容纳球。反而在此会出现塑性变形，在这种塑性变形中，材料沿径向方向被挤压。这种材料阻碍球笼的运动。由此会导致卡住，其结果是球笼断裂。
对于具有不带底切(Hinterschnitt)的滚道的接头，在这些接头中，滚道在接头的开口侧平行于内部件和外部件的中轴线延伸，其优点是具有良好的制造特性，并且也适合用于大于48度的大偏转角。然而在这类接头中，上面提到的内部件和外部件之间的包容度的分布却是特别地不利。
在本申请人的DE 10260172A1中曾介绍过一种同步铰接头。在该接头中，传递扭矩的球在球滚道的临界边缘区域中的包容度得到改进。为此在滚道的朝向结构部件中轴线方向弯曲的端部区段上，与通常使用的滚道形状相比，其曲率半径被扩大。这使得具有48度或者还要更大的偏转角的同步铰接头成为可能。这种接头在大的偏转角时具有高的断裂强度和具有很紧凑的结构。
滚道的构造影响球笼的构造，因为球在沿滚道作径向方向运动时不允许它从球笼窗口跑出来。小的径向通道使得薄的球笼成为可能，但是在这种薄的球笼中强度问题又突显出来。对此，首先是窗口以及在必要时已经存在的安装槽的构造具有重要意义。
在球笼上设置安装槽是为了使接头内部件和接头外部件的总装以及球的装入成为可能。
从这些边界条件中产生部分相矛盾的要求，这些相矛盾的要求并非可以简单地彼此协调一致。
本发明是从本文开头所述的同步铰接头出发。本发明的目的在于，使接头内部件和球笼的简单安装成为可能，同时在前述问题方面又不损害功能表面。
在此本发明基于这样的原理，即将接头内部件摆入到球笼，因为它们两个设置有对应的并且在安装状态下彼此嵌接的球表面，这些球表面不允许轴向安装。为此为将接头内部件导入到球笼中，接头内部件的至少一个隔板至少部分地嵌入到球笼的窗口中，然后提供足够的间隙供使用，以使接头内部件的外部球形状的中心与球笼的内部球形状的中心相重叠。然后在隔板又与窗口脱离嵌接的部位上使接头内部件的轴线对准球笼的轴线。
此外，DE 1298785A和DE 19514868C1公开了这种方案。为了能将隔板导入到球笼窗口中，可至少将球笼窗口相应地扩大。然而这种做法又会减小球笼的承载能力。特别是薄的球笼时这又会导致大偏转角的情况下接头的断裂强度减小。因此，在DE 1298785A和DE 19514868C1中提出在接头的侧面上的一些措施，从而在球笼上保持小的窗口。根据DE 1298785A，将隔板之一沿轴向方向缩短，这样，这个隔板就接合到球笼窗口中。然而，如果将滚道一直继续使用到原来的端部区域，则这又引起接头内部件上有关滚道的削弱。否则会减小最大偏转角，此外在接头中产生不平衡。此外，当仅缩短隔板时，在安装时必须有准确的位置配合，这引起操作费用的提高。根据DE 19514868C1，不缩短接头内部件上的隔板的轴向长度，而是在该隔板上设置倒角。这样，隔板至少部分地可和球笼窗口啮合。然而其结果仍然是削弱了有关的滚道，因为在这个区域中对球的包容度减小了，只要在那里球滚道没有设置比较大的曲率。
此外，EP 0571551B1已知，通过沿着至少一个球滚道的轴向边缘设置的相位来减小接头内部件的宽度，这样，接头内部件就能够以摆动90°的状态导入到球笼中。然而通过这一措施削弱了有关球的包容度，并且因此也削弱了球滚道的承载能力。
也可以例如DE 10032853A1或者DE 10253627A1所建议的，在球笼本身上设置一些安装槽。这种做法除了削弱球笼外，还意味着提高球笼的制造费用。在薄的球笼中这种做法也行不通。
因此面对这种背景，为了避免削弱接头的功能表面，必须采取其它措施。
发明内容
为此，根据本发明提出一种具有权利要求1所述特征的同步铰接头。即本发明提出，通过遵守确定的条件就可以达到上述要求，其措施是通过在接头未偏转的情况下，在与球心相交的平面中，在接头内部件上遵守下述条件：
当PCD小于或等于62mm时：ε/γ大于1.6，以及
当PCD大于62mm时：ε/γ大于1.8。
其中，PCD是穿过球中心点的分度圆直径，ε是基于所述平面与接头轴线的交点，在球直径与假想的内部件外径的交点之间包围着滚道的角度(滚道角)；γ是基于所述平面与接头轴线的交点，在球直径与假想的内部件外径的交点之间包围着隔板的角度(隔板角)。
按照这种方式，就可得到这样的同步铰接头，即它们在大的偏转角时具有高的强度，结构非常紧凑，并且在制造和安装技术方面非常有利。
在权利要求中对本发明的其它有利的方案进行了说明。
此外，在有利的方案中，在接头内部件上遵守下述条件：
当PCD小于或者等于62mm时：t/d大于0.16，以及
当PCD大于62mm时：t/d大于0.168。
其中，PCD为穿过球中心点的分度圆直径，t为滚道的深度，并且d为接头内部件的外径。由此，一方面可将所有的隔板都相同构造为具有足够的功能表面。另一方面又提高球笼的承载能力，因为可以在安装侧扩大球笼的轴向长度。
优选球笼没有用于接头内部件的导入槽。通过这一措施，避免了削弱球笼，这样球笼就可以构造得比较薄一些。此外还节省了球笼侧面的附加加工费用。
此外，在有利的方案中，所有隔板具有相同的轴向长度。这避免了对滚道的任何削弱，并且避免了不平衡以及附加的加工费用。
此外，球笼的所有窗口沿圆周方向具有相同的长度，这使它们的制造更加容易。
在有利的方案中，球笼的所有窗口以相同方式构造，并且均匀分布地设置在球笼的圆周上。通过这一措施避免了球笼特别是局部加强的超尺寸，并且对紧凑结构有利。
此外，球笼窗口中心到安装侧的球笼边缘的轴向距离f与球笼的外径g的比例可以选择得大一些，其中遵守下述条件：
f/g大于0.275。
此外，球笼窗口的倒圆的半径h与球笼窗口的轴向长度i的比例可以选择得很大。为此特别是优选地遵循下述条件：
当PCD小于或者等于62mm时：h/i大于0.4，以及
当PCD大于62mm时：h/i大于0.46。
通过遵守上述条件，避免了在窗口之间在球笼隔板上出现明显的应力集中。
此外，球笼的安装侧的开口直径j与接头内部件的外径d之间的比例可如下地选择得较小：
d/j大于1.11。
特别是不带有底切的滚道的接头，即对于所谓的UF接头，这点是有利的。
原理上球笼的内部球表面和外部球表面的球中心点是可以重合。然而也可以在它们之间设置轴向偏移量。
此外还可以规定，滚道形成由单侧的开口角，该开口角优选地对准接头的开口侧。这样的接头相比于开口角反向对准的接头而言，允许有更大的偏转角度，并且通常具有改进的强度特性的特点。
上述措施主要适用于具有六个或者七个滚道对或者球的接头，使用这种接头，最大偏转度可达到大于45°。
附图说明
下面借助附图所示的实施例对本发明进行更详细的说明。这些附图是：
图1本发明所述同步铰接头的实施例的剖视图，
图2图1所示接头的开口侧或安装侧的视图，
图3接头内部件沿接头轴线方向的视图，以及横交于接头轴线的接头内部件的侧面图，
图4球笼的侧面剖视图，
图5接头内部件导入到球笼中的视图，其中，接头内部件的隔板嵌入到球笼窗口中，
图6在接头内部件导入到球笼中之后，在紧接着摆动到轴向平行的位置上之前，接头内部件和球笼的中心定心时的安装步骤视图，
图7接头内部件上球滚道的曲线。
具体实施方式
在图1中所示的同步铰接头1包括一个接头外部件2和一个接头内部件3。接头外部件2和接头内部件3在它们彼此面对的球形圆周表面上设置有球滚道4或5，这些球滚道分别成对地容纳球6。在此，接头内部件3例如具有一个用于轴的且带有细齿的中心容纳部7，该接头内部件可相对于接头外部件2绕着接头的偏转中心M摆动。球滚道4和5的横截面优选和球6的轮廓相适配。然而也可以如此地构造滚道中的至少一个，使得所属的球6通过两个接触部位被支撑在相应的滚道4或5上。例如椭圆形或者哥特式的滚道就是如此。
按照这个实施例，接头外部件2具有钟罩形的且包围着接头内部件3的形状。钟罩的开口侧形成接头开口9，从该开口将接头内部件3插入到接头外部件2中。在接头开口9的对置侧，在接头外部件2上构造有用于轴的另一接头8。
在接头外部件2和接头内部件3之间设置有一个薄壁的球笼10，在图4中更详细地示出了该球笼。其外部和内部构造为球形的球笼10包围着接头内部件3，并且以球头接头的形式支承在接头外部件2上。在此球笼10的外圆周表面14和内圆周表面15彼此是同心的。球笼外径g与球笼内径g’的比例优选小于1.15，也就是说球笼10具有比较小的壁厚。
此外，球笼10还具有用于对球6进行容纳和导向的窗口11。这些窗口被布置在一个共同的平面E中。当接头1在接头外部件2和接头内部件3的轴线之间偏转了偏转角
Figure G2006800223978D00061
时，该平面E调整了一半角度。
如图4所示，球笼10构造成具有球形的外圆周表面14和内圆周表面15的简单的环体。在此所有窗口11沿圆周方向具有相同的长度b。此外在所示的实施形式中，窗口11均匀地分布在圆周上，并且都具有相同的形状。这有利于很简单和成本有利地生产。由于在球笼10上没有其它沟槽和缺口，可避免附加的加工费用以及避免削弱球笼10，这样就可将球笼构造得较薄。
此外，对此有利的还有：球笼窗口11的倒圆的半径h与球笼窗口11的轴向长度i的比例选择得比较大一些。因为缺口作用被减小，于是这改进了球笼隔板17的承载能力。当接头1的球中心点的分度圆直径PCD小于或者等于62mm时，所述比例为：
h/i大于0.4。
当更大的接头具有大于62mm的分度圆直径PCD时满足：
h/i大于0.46。
此外还规定，应如下地选择球笼窗口11的中心到安装侧的球笼边缘16的轴向距离f与球笼10的外径g的比例：
f/g大于0.275。
在所示实施例的一个改型方案中，球笼10上的球形外表面14和球形内表面15也可以彼此轴向偏置地布置。于是上述的壁厚比例与球在其中通过球笼被导向的平面有关。
为了在接头1上得到大的偏转角，如此地构造滚道对的开口角，即该开口角朝着接头1的开口侧9对准或者敞开。如从图1可看出的那样，通过根据本发明的接头1，接头外部件的接头轴线A和接头内部件3的接头轴线B之间的偏转角
Figure G2006800223978D00062
可达到45°以及更多。
为了在大偏转角
Figure G2006800223978D00063
时改善断裂强度，滚道5在接头内部件3上具有不同曲率的区段，这些区段在图1中用5a和5b表示。这两个区段5a和5b是连续地彼此接合。在图7中示出了所属的球6的相应的滚道曲线。
在此朝着接头1的开口侧9的区段5a具有绕着点P的滚动半径R，这个滚动半径比绕着内部件轴线B上点O的假想圆弧的半径r要大。在图7中，用ΔR表示O和P之间的相应的径向偏移量，于是R＝r+ΔR。区段5a上的滚动半径R小于在接头内部件3上轴向面对的区段5b的滚动半径。后者也可具有无穷大的曲率半径，就是说没有底切部位(Hinterschnittfrei)。
优选区段5a朝着开口侧9具有这样的滚道曲线，这个滚道曲线位于假想的轴向平行的曲线和绕着内部件轴线B上一点半径为r的假想的圆弧之间，其中可以是图7中所示的滚道形状的变型。特别是可以使用在DE 10260172A1中所描述的滚道曲线。
由此就可使用比较薄的球笼10，其在接头转动或者大偏转角时，通过球6的整个在此出现的径向偏移量来确保足够的导向。于是在滚道端部就保证了对球6的良好包容(Umschlingung)，这对球滚道5的承载能力和断裂强度施加有利的作用。上述仅对接头内部件3上的滚道进行了说明。接头外部件2上的滚道曲线镜象地类似形成，从而在大偏转角时也在那里产生滚道4的高承载能力。这样在接头外部件2和接头内部件3上就具有了对应的滚道曲线。
这实际上表明：在图1中，滚道轮廓4或5在其位于接头开口9对面侧的端部上与球6具有高搭接度。通过更薄的球笼11，也可在接头开口9一侧实现具有高搭接度的相应改善的包容。当偏转角为50°时，球6被滚道5包容在一个大于115°的角度范围内。在接头外部件2的滚道4的区段13上，相应的包容角度至少为122°。
关于球笼10的壁厚，在根据本发明的实施例中，其数值小于球6的直径的25％。在此所示的实施例中，这个数值低于21％。然而考虑到球笼10的足够强度，这些数值不应低于10％。
此外薄的球笼10可使接头的结构特别紧凑，因为球中心-分度圆直径PCD可以构造得很小。在一种六球接头中可实现下述比例：
当PCD大于63mm时：(PCD+dk)/dk＜4，以及
当PCD小于或者等于63mm时：(PCD+dk)/dk＜4.25，其中dk表示球的直径。
在滚道的弯曲区段之间可以设置轴向偏移。此外，可以在接头内部件3的球形外表面的中轴线和区段5a的曲率中心点P之间将轴向偏移设置为Stuber-Offset型式。
为了进一步在大偏转角时改善断裂强度，对于前述类型的同步铰接头1，下述措施证明是有利的，通过这些措施，在安装时可将接头内部件3摆入到球笼中，但仍然使功能表面，即尤其是球的滚道在其承载能力方面保持最佳构造。
在图5和图6中示出了这种摆入。如在图5中所示，为此接头内部件3以它的轴线B相对于具有轴线C的球笼11成90°。在图5所示的导入过程中，接头内部件3的在圆周方向上由两个球滚道5所界定的隔板18之一嵌入到球笼10的窗口11中。由此获得这样大的间隙，使得对置的隔板18克服了由球笼11的内圆周的球形形状所形成的底切。为此球笼11在必要时可在它的导入侧16具有比其对面侧更大的开口直径。然后如图6所示，通过使接头内部件3和球笼11上球面的中心点重叠，使得两个结构部件彼此对准。于是这两个部件可以摆入到一个轴向平行的位置中，如图2所示。
在这种安装方案中，为在不损害功能表面的情况有利地更进一步改进断裂强度，当接头不偏转时，在与球中心相交的平面E中，在接头内部件3上遵守下述条件：
当PCD小于或者等于62mm时，ε/γ大于1.6，以及
当PCD大于62mm时，ε/γ大于1.8。
在此，ε是基于所述平面E与接头轴线的交点M，在球直径与假想的内部件外径的交点之间围着滚道5的角度(滚道角)。而γ是基于所述平面E与接头轴线的交点M，在球直径与假想的内部件外径的交点之间围着隔板18的角度(隔板角)。
此外，也代替地或者补充地遵守下述条件：
当PCD小于或者等于62mm时：t/d大于0.16，以及
当PCD大于62mm时：t/d大于0.168。
在此t为滚道5的深度，d为接头内部件3的外径。以这种方式，所有隔板18可以构造得相同。此外，所有隔板都在接头内部件3的外圆周上具有足够的功能表面。此外，还改进了球笼11的承载能力，因为在安装侧19上可以加大球笼11的轴向长度。
可以按照下述关系式如此大地选择球笼窗口11的中心到安装侧16的球笼边缘的轴向距离f与球笼11的外径g的关系：
f/g大于0.275
按照本实施例的前述的同步铰接头1，包括它的一些变型方案，其优点在于，在大偏转角的情况下具有高的断裂强度，因为特别是避免了在接头内部件的功能表面上发生削弱。
采用所示的接头构造，偏转角可达到大于50°。
在滚道末端，球达到了较大的包容度，这对滚道的承载能力是有利的。
此外，接头内部件可简单地摆入到球笼中。此外，由于它的形状简单可有利于生产。此外可构造具有更小厚度的球笼。
此外，所述同步铰接头还具有特别紧凑的结构。
上面借助于实施例对本发明进行了比较详细的说明。然而本发明并不局限于该实施例，而是本发明包括所有通过权利要求所定义的方案。
附图标记列表
1    同步铰接头
2    接头外部件
3    接头内部件
4    接头外部件的球滚道
5    接头内部件的球滚道
5a   球滚道5的外部区段
5b   球滚道5的内部区段
6    球
7    轴容纳部
8    容纳部
9    接头开口
10   球笼
11   窗口
13   接头外部件上的滚道端部区段
14   球笼的外圆周表面
15   球笼的内圆周表面
16   球笼上的导入开口
17   球笼的隔板
18   接头内部件的隔板
a    隔板18的轴向长度
b    球笼窗口在圆周方向上的长度
d    接头内部件的外径(与接头内部件的球中心相交)
dk   球直径
f    球笼上球笼窗口中心至导入开口边缘的距离
g    球笼的外径
g’  球笼的球形内圆周表面的内径
h    球笼窗口的倒圆半径
i    球笼窗口的轴向长度
j    球笼上导入开口的直径
r    半径
t    接头内部件的滚道在平面E中的深度
A    接头外部件的轴线
B    接头内部件的轴线
C    球笼的轴线
E    平面
PCD  在接头未偏转的情况下球中心点的分度圆直径
O    接头内部件的轴线上的点
P    曲率中心点
R    半径
γ   在接头未偏转的情况下，与轴线B成直角相交穿过球中心形
     成的、在接头内部件的外径上的隔板角，其中，该角度基于
     理论球直径与接头内部件的理论外径之间的交点
ε   在接头未偏转的情况下，与轴线B成直角相交穿过球中心形
     成的、在接头内部件的外径上的滚道角，其中，该角度基于
     理论球直径与接头内部件的理论外径之间的交点
Figure G2006800223978D00111
   偏转角度
ΔR  径向偏移量

Claims (14)

1.同步铰接头，它包括：
-接头外部件(2)，该接头外部件在其内圆周上具有球滚道(4)，
-接头内部件(3)，该接头内部件在其外圆周上具有通过隔板(18)分开的球滚道(5)，
-其中，所述接头外部件(2)和接头内部件(3)的球滚道(4、5)彼此成对地对置布置，
-球(6)，这些球被容纳在滚道对中，以及
-球笼(10)，该球笼设置在接头外部件(2)和接头内部件(3)之间，并且具有用于容纳球(6)的窗口(11)，
-其中，为了可安装性，接头内部件(3)的隔板(18)中的至少一个隔板可导入到球笼(10)的窗口(11)中，
其特征在于，在接头(1)未偏转的情况下，在与球中心相交的平面(E)中，在所述接头内部件(3)上遵守下述条件：
当PCD小于或者等于62mm时，ε/γ大于1.6，以及
当PCD大于62mm时，ε/γ大于1.8，
其中，
PCD：穿过球中心点的分度圆直径，
ε：基于所述平面(E)与接头轴线的交点，在球直径与假想的内部件外径的交点之间包围着滚道(5)的角度，
γ：基于所述平面(E)与接头轴线的交点，在球直径与假想的内部件外径的交点之间包围着隔板(18)的角度。
2.根据权利要求1所述的同步铰接头，其特征在于，在所述接头内部件(3)上遵守下述条件：
当PCD小于或者等于62mm时，t/d大于0.16，以及
当PCD大于62mm时，t/d大于0.168，
其中，
PCD：穿过球中心点的分度圆直径，
t：滚道(5)的深度，
d：接头内部件(3)的外径。
3.按照权利要求1或2所述的同步铰接头，其特征在于，所述球笼窗口的中心到安装侧的球笼边缘的轴向距离f与球笼(10)的外径g的关系满足：f/g大于0.275。
4.按照权利要求1所述的同步铰接头，其特征在于，所述球笼(11)遵守下述条件：
当PCD小于或者等于62mm时：h/i大于0.4，以及
当PCD大于62mm时：h/i大于0.46，
其中，
PCD：穿过球中心点的分度圆直径，
h：球笼窗口(10)的倒圆的半径，
i：球笼窗口(10)的轴向长度。
5.按照权利要求1所述的同步铰接头，其特征在于，在所述球笼(10)的安装侧上的开口直径j与接头内部件(3)的外径d的关系满足：d/j大于1.11。
6.按照权利要求1所述的同步铰接头，其特征在于，所述球笼(10)的外部球表面(14)和内部球表面(15)的球中心点具有轴向的偏移。
7.按照权利要求1所述的同步铰接头，其特征在于，所述滚道对(4、5)形成单侧的开口角。
8.按照权利要求1所述的同步铰接头，其特征在于，在所述接头内部件(3)上的球滚道(5)具有不同曲率的并相互融合的区段(5a、5b)，其中端部区段(5a)朝着接头(1)的开口侧(9)方向具有这样的滚道曲线，该滚道曲线位于假想的轴向平行的曲线与绕着接头内部件(3)的轴线(B)上点(O)的假想圆弧之间。
9.按照权利要求1所述的同步铰接头，其特征在于，所述球笼(10)的壁厚小于球(6)的直径的25％。
10.按照权利要求1所述的同步铰接头，其特征在于，在所述球(6)的导向平面中，球笼外径与球笼内径的比例小于1.15。
11.按照权利要求1所述的同步铰接头，其特征在于，所述同步铰接头构造为一种六球接头，其中满足下述关系：
当PCD大于63mm时：(PCD+dk)/dk＜4，以及
当PCD小于或等于63mm时：(PCD+dk)/dk＜4.25，
其中，dk代表球直径，PCD代表球中心点-分度圆直径。
12.按照权利要求1所述的同步铰接头，其特征在于，所述接头外部件(2)上的滚道(4)具有不同曲率的并相互融合的区段，其中，各端部区段(13)在接头(1)的开口侧(9)对面都具有这样的滚道曲线，该滚道曲线位于假想的轴向平行的曲线和绕着接头外部件轴线(A)上的点的假想圆弧之间。
13.按照权利要求1所述的同步铰接头，其特征在于，在运行时最大偏转角大于50°。
14.按照权利要求1所述的同步铰接头，其特征在于，所述球笼(10)的壁厚小于球(6)的直径的21％。
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