CN101941361B - 自行车轮胎 - Google Patents
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Abstract
基本环形形状的自行车轮胎(2),所述轮胎包括一滚动带部(12),用于与地面相接触;一基座部(30),用于被固定在自行车的一轮圈(3)的周边部分(6)上;和两侧边部(13),其连接滚动带部(12)和基座部(30),一唇状部(19),具有一大于其厚度e的两倍的高度h,自位于滚动带部(12)附近的两侧边部(13)的每个的高位部分突出;唇状部(19)的高度大于处于充气状态的轮胎(2)的宽度S的15%。所述唇状部(19)可由滚动带部(12)的非贴合的延伸部分、并且尤其是由贴合在轮胎顶部的一层片(32)所组成,并且其边部在大于所述值S的15%的高度上保持自由,或甚至所述唇状部(19)的每个布置在贴合在轮胎侧边部(13)和/或基座部(30)的一中间构件上,所述中间构件可是一环体(17),所述环体(17)包括:向所述环体(17)的周向敞开的一环形沟槽(36),和自所述沟槽(36)的每侧突出的两唇状部(19)。
Description
技术领域
本发明涉及包括一轮圈和一轮胎的自行车车轮。
背景技术
自行车车轮一般地由一刚性部分——轮圈组成,在轮圈上安装一可充气的部分——轮胎。两种类型的轮胎经常性地用于自行车车轮:供赛车用的轻质轮胎(boyaux)和金属丝胎(pneus à tringle),只是经常性地后者被简单叫做轮胎(pneumatique)或车胎(pneus)。本发明涉及这两种类型的轮胎。
人类受限于其可开发出的能力。一自行车运动员的前进速度因而也是受限的。这一速度由在为自行车运动员所开发出的能力和前进的阻力之间的平衡所产生。阻力尤其是包括行驶阻力和空气动力学阻力——正面阻力,行驶阻力是速度的线性函数,而空气动力学阻力是速度平方的函数。
空气动力学的理论教导:围绕运动物体的空气流越是层流的,正面阻力越是弱。这即是为什么寻求这样的几何构造:其避免产生空气细流(filet)的气流分离,或者无论如何,最大化地远离气流分离的限制。
在自行车车轮的情形中,尤其是辐条车轮,由于其环形特征和其在空气中的行进方向包括在其对称面中,轮胎的形状及轮圈的形状对于车轮的空气动力学正面阻力而言是明确的。实际上,根据车轮的行进方向,对于车轮前部,轮胎组成进入空气中的迎流缘,而逸流缘位于轮圈上。相反地,对于车轮后部,迎流缘位于轮圈上而逸流缘位于轮胎上。
很多制造商提出要求减少空气动力学阻力的轮胎模型。例如,专利文献US 5061013描述轮圈最大宽度与轮胎宽度之间的比例大于1的自行车车轮。另一示例为专利文献FR 2555106构成,其描述在轮胎上设置带束层,以将轮胎对中在轮圈上并且减小空气动力学渗入系数。
所有这些尝试并没有带来对减少空气动力学阻力的问题的令人满意的解决方案。经常性地,如在下文中可以看到,对于车轮前后部之一空气动力学正面阻力减少了,而另一个却没有减少。
在专利文献US 5061013中描述的轮圈没有遵照ETRTO(欧洲轮胎与轮圈技术组织)的标准。尤其是,这一标准主张对于具有轻质轮胎的轮圈,轮圈槽不应超过4.5毫米。在这一轮圈中,轮圈槽是特别大的并且这将必定具有要么是在轮胎的安装上要么是在轮胎在轮圈的保持上具有影响。实际上,在外径是一标准轮圈的外径的情形下,轮胎可易于进行安装,不过由于轮圈槽大,一旦在轮圈底部就位,其安装就变得松弛。在是轮圈底端的直径对应欧洲轮胎与轮圈技术组织的主张的情形中,在安装时,将轮胎从轮圈的隆突上方经过必定是很困难的。另一方面,在由于轮圈槽大,背接触(talonnage)的行程将减小的情形下,得到的车轮将不是很舒适的。减小的背接触的行程使轮胎被压挤爆胎和内胎的紧夹的风险加倍。为了减小这一风险,在专利US 5061013中描述的车轮的设计者优先推荐具备厚的和圆形的轮圈上边部。因此轮圈的上边部的厚度具有车轮的外表面在轮胎/轮圈的界面位置的间断性。这一间断性是在空气流中的扰动源并且因此是空气动力学阻力的增加源。这将尤其是用于车轮后部的情形——即当迎流缘是轮圈和轮胎时——是逸流缘。实际上,轮圈的宽度比轮胎的宽度大很多,这增大了正表面。
在专利文献FR 2555106中,提出实施带束层来改善轮圈的脊棱在轮胎上的连接。在这一构造中,轮圈相对于轮胎缩窄,因而使得,对于车轮的前部,空气细流的气流分离的界限将位于轮胎的最大宽度的区域和轮圈之间,引起沿着轮圈侧壁的扰动流。空气细流的气流分离在轮胎的最大宽度附近产生一强减压,这将引起空气动力学正面阻力的增加。在带束层的区域中,空气细流将已被分离,因而这一区域没有任何减小正面阻力的作用。实际上,有或者没有带束层,在该专利文献中描述的车轮将具有几乎相同的空气动力学正面阻力。另一方面,如在这一专利文献中所描述的,带束层包括边缘线,以加固保证连接截面的弹性或塑料材料。这一结构相对地是重的,这是由于其在轻质轮胎的情形中,等于装备了金属丝胎特征的一加固元件,而在金属丝胎的情形中,等于使这一加固结构加倍。因此,即便如果其可具有空气动力学上的改善,它却不利于车轮的重量。
发明内容
本发明的目的在于提供一自行车车轮,其具有小的空气动力学阻力,并且无论相对于自行车的前进方向的表面风力的入射角如何和尤其是当入射角是在0°到35°之间,都具有小的空气动力学阻力。
本发明的目的也在于提供一自行车车轮,其减小了背接触的风险,即轮胎的径向变形的幅度——直到轮胎是完全被挤压并且轮圈与地表相接触——是最大的。
本发明的目的同时在于提供一轻质的自行车车轮。
本发明的目的还在于提供一车轮,对其而言简易化了“轻质轮胎”类型或“金属丝胎”类型轮胎的安装。
本发明的目的还在于提供一自行车车轮,其满足了欧洲轮胎与轮圈技术组织(TETRTO)的建议。
本发明的目的通过提供自行车的车轮,其具有轴线A和直径D,所述车轮包括一轮圈和一轮胎,所述轮圈由一回转体组成,所述回转体的截面包括一主体部分和一周边部分,所述周边部分径向地布置在所述主体部分的外部,并且所述周边部分包括一环形空腔,所述轮胎部分地接纳在所述环形空腔中;所述车轮的外表面为所述轮胎的和轮圈的面向所述车轮外向的部分组成;当所述轮胎处于充气状态时,所述主体部分的宽度L大于所述轮胎的宽度S;一唇状部自两侧边部的每个突出,所述唇状部具有大于所述值S的15%的一高度。
优选地,所述唇状部组成所述车轮的所述外表面的一中间部分;并且,所述唇状部基本上在具有轴线A和直径D1的一内圈C1和具有轴线A和直径D2的一外圈C2之间延伸,所述直径D2大于所述值D减去所述值S的4/3的差:D2>D-×S。
优选地,所述唇状部的内径D1大于所述轮胎的内径D3。
优选地,所述唇状部的截面型体是一曲形部分,其曲度半径总是大于所述值S。
本发明的目的也通过提供一基本环形形状的自行车轮胎得到,所述轮胎包括:一滚动带部,其用于与地面相接触;一基座部,其用于被固定在自行车的一轮圈的周边部分上;和两侧边部,其连接所述滚动带部和所述基座部;一唇状部自所述两侧边部中的每一个突出,所述唇状部具有一高度h,所述高度h大于所述唇状部的厚度e的两倍;并且,所述唇状部在所述滚动带部附近自所述侧边部的高位部分突出。
优选地,所述唇状部的高度大于处于充气状态的轮胎的宽度S的15%。
优选地,所述唇状部自位于滚动带部附近的侧边部的高位部分突出。
优选地,在所述轮圈的上表面、所述唇状部的内表面和在所述唇状部的内邻的轮胎部分之间产生一空洞的空间。
在本发明的一实施方式中,所述唇状部由所述滚动带部的非贴合的延伸部分且尤其是由贴合在轮胎顶部的一材料层片所组成,并且所述所述唇状部的边部在大于所述值S的15%的一高度上保持自由。
在本发明的另一实施方式中,所述唇状部布置在贴合在轮胎侧边部和/或基座部的一中间构件上,所述中间构件可是一环体,所述环体包括向其周向敞开的一环形沟槽,和自所述沟槽的各侧突出的两唇状部。
附图说明
接下来的参照附图、仅以示例性而非限定性的方式给出的描述将展示本发明的其它特征和优点,附图中:
图1是根据本发明的第一实施方式的车轮的透视图。
图2是图1的车轮的局部剖视图。
图3是根据本发明的第二实施方式的车轮的局部剖视图。
图4是图3的车轮的组件之一的局部透视图。
图5是图3的车轮的轮胎的局部剖视图。
图6是根据本发明的第三实施方式的车轮的局部剖视图。
具体实施方式
图1给出了根据本发明的一车轮1的概观。所述车轮1包括一轮圈3,一轮毂5和辐条7,所述辐条连接轮圈与轮毂。车轮1具有:一转动轴线A,围绕该转动轴线车轮转动地安装在自行车车架上;和一对称面P,其垂直于轴线A。当轮胎安装在轮圈上并且充气到推荐的压力时,车轮的总直径D,即轮胎的外径基本上在600到680之间。面向车轮外部并且因此在使用时与空气流相接触的车轮的所有组成件的部分的整体被称之为车轮的外表面,。
尽管这里示出一辐条车轮,当然本发明并不局限于这一类型的车轮。此外,在本展示中,不对使用的辐条类型、其在轮圈和轮毂上的固定进行细述。
轮圈3通过合成材料的本体40的模塑制成,例如使用具有环形形状的碳纤维。
图2示出根据本发明的第一实施方式的车轮的局部型面。其涉及总直径D在600毫米到680毫米之间的车轮。轮圈3包括一主体部分4和一周边部分6,所述周边部分被设置用于接纳轮胎2。轮圈的主体部分4和周边部分6在特定情形中分别地是主体40的低位部分和高位部分。周边部分6限定有一环形空腔,该环形空腔被设置用于接纳轮胎。
车轮包括轻质轮胎类型的一轮胎2。轮胎安置在环形空腔的底部。环形空腔的底部直径称之为轮胎的停息直径D3。当轻质轮胎安装在轮圈上时,直径D3还对应于轻质轮胎的内径。轮胎通过贴合固定在轮圈的周边部分上。贴合在轮圈上的轮胎部分称之为轮胎的基座部30。轮胎包括一滚动带部12,其可与地面(道路,赛道)相接触。滚动带部12和基座部30为侧边部13分隔开。在截面上,轮胎的外形是基本环形的。在充气的状态下,轮胎具有等于23毫米±0.5的宽度S。也可使用具有其它大小尺寸的轮胎,尤其是宽度在18毫米到25毫米之间的轮胎。
本体40包括一空心箱体14,其周向部组成轮圈3的周边部分6。轮圈的外径是欧洲轮胎与轮圈技术组织中主张的值之一。在特定的情形中,这一直径等于633毫米。
轮圈的侧壁16是两个截锥形表面,所述截锥形表面布置在每侧,并且所述截锥形表面与车轮的对称面P形成相对小的角度,例如2°。当车轮安装在自行车上并且处于刹车阶段时,这些侧壁会与刹车块相接触。当然,这里涉及到本发明的一非限定性的特征,实际上,可设计使得这些侧面要么与对称面共面,或者甚至要么本发明实施在不需要轮圈的侧壁的特定几何学的碟刹(freinage à disque)的车轮上。
轮胎2包括一胎架31,所述胎架31已知地为一板片组成,板片的两边部彼此被缝合,一密封带贴合在所述合缝上,并且布置在轮胎的基座部30和内内胎的位置。这些构造的细节没有显示在图2上。
轮胎包括一滚动带部12,其在可与地面接触的区域中贴合在胎架31的顶部。滚动带部为尺寸大于滚动带部的一层片32所实施,并且其边部不贴合在胎架31上。层片32的边部在每侧组成一唇状部19,其自轮胎的侧边部13突出到侧边部的高位部分中。
唇状部19的高度h——如为不贴合在胎架31上的层片的边缘的长度所限定——大于轮胎的宽度S的值的15%。在特定的情形中,这一高度h等于7.7毫米。
唇状部的长度是这样的:唇状部的内径、直径D1大于停息直径D3。
轮圈的周边部分的宽度L是在85%到115%的比例范围内近似轮胎宽度S的值。优选地,为了最大化地减小空气动力学阻力,选择一轮圈,其宽度在101%到110%的比例范围内大于轮胎的宽度。
唇状部19的自由端部34——即唇状部的底端——安置在布置在隆突部37中的一槽腔33中。轮圈的隆突部37是在轮圈3的周边部分的各侧的两脊棱。可设置通过贴合将唇状部19的自由端34连接到轮圈上。可设计这些唇状部以在轻质轮胎被充气时在轮圈的隆突部37上被预应力。
唇状部19保证在轮胎和轮圈之间的“紧绷”的接合。实际上,选择层片34的材料以具有足够的刚性,使得一旦就位,在层片所规定的径向方向上的型面的曲度半径总是大于轮胎的宽度S。
考虑到唇状部19自滚动带部12附近的轮胎的侧边部13突出,可以说,唇状部19自轮胎的最大的宽度的区域——即达到宽度S的区域——延长了滚动带部。另一方面,由于宽度S近似轮圈的宽度,与相近宽度的区域接合的唇状部19组成了基本上与对称面共面的车轮的外表面部分。当然,为了精确,需要用截锥形表面这个词,但这些表面具有大于160°的顶角。在图2上,这对应小于10°的角度α。
当轮胎在轮圈上就位时,唇状部19从轮胎的与唇状部19内邻的部分上脱离,以在唇状部19和轮胎剩余的部分之间限定出一空间42。借助于这一空间42,当经过一障碍物,轮胎需要局部地发生变形时,唇状部19不妨碍轮胎的变形。
在截面中,三角形形状的空心区域,其三边分别地是轮圈的上表面、唇状部的内表面和在唇状部19内邻的轮胎部分。这一三角形形状最优化了空间42的容积以使得轮胎尽可能地轻。
图3示出本发明的第二实施方式的局部截面,在其中唇状部19布置在中间构件上,在接下来的展示中,该中间构件被称之为环17。
在这一实施方式中,轮圈与在前一实施方式中描述的轮圈是一样的,因而不再重新细述。
至于轮胎,是基本上不同的。其在这里还涉及到包括一胎架33、一滚动带部12和一环17的轻质轮胎类型的轮胎。
如在图4上可以看到,环17是具有轴线A的一回转构件。环17包括向其周向开放的一环形沟槽36。当环17安装在胎架31上时,沟槽36组成轮胎的基座部30和侧边部13,或至少侧边部的一大部分。环17至少在基座部30处贴合在胎架31上。优选地,为了使得环17与轮胎的剩余部分更好地相连在一起,将整个沟槽的内表面的表面与基座部30和侧边部13的底部相贴合。
在每侧,一唇状部19自沟槽36突出,以用其自由端部34接合轮圈3。
唇状部组成一柔性的环形部分,其内端部——即自由端部34——适于随循基本上根据轴线A定向的一方向移动。弯曲引起的变形变得可能,尤其是由于唇状部的高度h大于其厚度e,尤其是大于厚度的两倍,优选地大于厚度e的三倍的事实,因而变得可能。
这即是说,出于车轮轻质的原因,优先推荐可达到高度h的五分之一的一厚度。
唇状部19——其高度h自唇状部从沟槽36分离直到自由端34的位置进行测量——大于所述值S的15%,并且在特定的情形中,大约为6.4毫米。在示例中,唇状部的厚度在其整个高度上基本是不变的,然而,可具有一唇状部,其截面自其在侧边部上的锚固处至其自由端变细。为了具有一有效的平均值,在唇状部19中间测量厚度e。在示例的情形中,厚度e大小约为0.4毫米。
图5示出在轮胎没安装在轮圈上之前的一轮胎细部图。由于这一虚线的示意——在安装在轮圈上之后唇状部19的位置,可以理解的是,当轮胎安装在轮圈上时,唇状部19被预应力以支靠在轮圈的隆突部上,以保证在唇状部和轮圈之间的接触。在特定的情形中,设置唇状部的自由端34的1毫米的预应力。唇状部的预应力具有改善空气动力学的效果。实际上,如果发生气流分离,在流动中的扰流会产生正面阻力的增加。
环17在一塑料材料中实施,例如在一热塑性弹性体(TPE)或具有小于1000MPa的弹性系数的聚醚酰胺嵌段共聚物(PEBA)中。可适于环17的实施的材料非限定性地包括嵌段聚醚酰胺树脂(Pebax)、热塑性聚酯弹性体(Hytrel)、先锋霉素IV(Keflex)。选择的材料及环的形状有利于其弹性变形。一方面,当将轮胎在轮圈上布置就位时,另一方面,为了不妨碍在车轮的使用时轮胎的变形时,环的可变形的特征被使用。要注意的是,在轮胎的非常大的压力时——其中承冲击轮胎部分被完全挤压和压平,引起环17的大的变形——例如唇状部19的松开,而环17没有不可逆地损坏。
如有需要时环可由两种或者多种材料实施,例如一种材料用于沟槽而另一种材料用于唇状部。
在根据本发明的一车轮中,外表面——即与空气流相接触的表面——由滚动带部12、侧边部13的高位部分、环17的外表面和轮圈的主体表面4的外壁组成。组成在轮胎和轮圈之间的界面的环17代表这一外表面的一不可忽视的部分。实际上,环17自唇状部19的自由端34径向地延伸,所述自由端位于直径D1的一圆内,直到位于直径D2的一圆的沟槽的周向端部35。直径D1对应略小于如欧洲轮胎与轮圈技术组织主张的轮圈的标准直径的一值,而直径D2相对大,这是由于其大于车轮的总直径D减去4/3的轮胎宽度S的差:D2>D-(4/3)×S。
图6示出本发明的第三实施方式。轮胎2是一金属丝胎。轮胎2包括:一用于与地面相接触的滚动带部12;一基座部30,设置基座部30以保证将轮胎固定在轮圈上;和侧边部13,所述侧边部将滚动带部12与基座部30连接。
与前述实施方式不同,基座部30这里由两个隆突部组成,隆突部每个包括一加强杆41。为这些加强杆加固的隆突部由钩着部23钩引导在轮圈的周边部分上。
两隆突部布置在轮圈的位置。该位置的直径被称之为停息直径D3。在描述的例子中,直径D3等于622毫米。直径D3也是与轮胎的宽度S一起用于辨识符合ISO标准的轮胎的数字之一。停息直径D3也被称之为轮胎的内径。唇状部的内径D1大于轮胎的停息直径D3。因此,当刹车借助于在轮圈上滑动的刹车块进行时,唇状部不影响刹车。
轮胎在如有需要时可配有一独立的内胎(未显示)。
根据本发明,在轮胎的侧边部的每个上,一唇状部19在轴线A的方向上突出。唇状部19通过其锚固区域39连接在轮胎上并且通过其自由端34延长以与轮圈的隆突部37相接触。在锚固区域39和自由端34之间规定的唇状部的高度h大于轮胎的宽度S的15%,优选地,大于该值S的25%。在唇状部的中间部分38中测定的唇状部的厚度“e”,小于高度“h”的一半,优选地小于高度“h”的三分之一。
唇状部19可如第一实施方式,为滚动带部12的延伸部分,或与滚动带部不同的材料组成,并且在轮胎的制造过程中固定在轮胎的其余部分上。
计算唇状部的几何学以使得其被预应力,以紧贴在轮圈的隆突部上。优选地,为了保证车轮的外表面的更好的连续性,唇状部19的自由端34接纳在布置在轮圈的隆突部37中的一槽腔33中。
轮圈3包括一主体部分4和一周边部分6,设置周边部分以接纳轮胎2。轮圈的主体部分4为一铝质型件9的底部分和贴合在型件9的侧壁的底部分上的一合成材料侧板8组成。
与配有一通常的楔边式轮胎的一车轮相比,根据本发明的轮胎包括一界面衬里,其填充了轮胎/轮圈的界面区域。这一界面衬里由自其锚固区域39到其自由端34的一唇状部19组成。界面衬里代表车轮的外表面的不可忽略的一部分。实际上,其组成了由直径D1(唇状部19的自由端34)的一圆和D2(唇状部的锚固区域39)的一圆所界定的一环形表面。直径D1对应略小于根据欧洲轮胎与轮圈技术组织的轮圈的标准的直径值的一值,而直径D2大于车轮的总直径D减去4/3的轮胎宽度S的差:D2>D-(4/3)×S。
Claims (10)
1.基本环形形状的自行车轮胎(2),处于充气状态的所述自行车轮胎的宽度S在18毫米至25毫米之间,所述自行车轮胎包括:一滚动带部(12),其用于与地面相接触;一基座部(30),其用于被固定在自行车的一轮圈(3)的周边部分(6)上;和两侧边部(13),其连接所述滚动带部(12)和所述基座部(30),一唇状部(19)自所述两侧边部(13)中的每一个突出,所述唇状部(19)具有一高度h,所述高度h大于所述唇状部(19)的厚度e的两倍,并且大于所述自行车轮胎的宽度S的15%,
其特征在于,所述唇状部(19)在所述滚动带部(12)附近自所述侧边部的高位部分突出;
并且,所述唇状部(19)的内径D1大于所述自行车轮胎的内径D3。
2.根据权利要求1所述的自行车轮胎(2),其特征在于,所述唇状部自所述自行车轮胎的最大的宽度的区域延长了所述滚动带部。
3.根据权利要求1或2所述的自行车轮胎(2),其特征在于,所述唇状部(19)由所述滚动带部(12)的非贴合的延伸部分组成。
4.根据权利要求3所述的自行车轮胎(2),其特征在于,所述唇状部(19)和所述滚动带部(12)由贴合在所述自行车轮胎(2)顶部的同一材料层片(32)所实施,并且所述层片(32)的边部在一高度上保持自由,该高度大于所述自行车轮胎的宽度S的15%。
5.根据权利要求1或2所述的自行车轮胎(2),其特征在于,所述唇状部(19)布置在一中间构件上,所述中间构件贴合在所述自行车轮胎的侧边部(13)和/或所述基座部(30)上。
6.根据权利要求5所述的自行车轮胎(2),其特征在于,所述中间构件是一环体(17),所述环体(17)包括向所述环体(17)的周向敞开的一环形的沟槽(36),和自所述沟槽(36)的每侧突出的两唇状部(19)。
7.自行车的车轮(1),其具有轴线A和直径D,所述车轮包括一轮圈(3)和根据权利要求1至6中任一项所述的一自行车轮胎(2),所述轮圈(3)由一回转体(40)组成,所述回转体(40)的截面包括一主体部分(4)和一周边部分(6),所述周边部分径向地布置在所述主体部分的外部,并且所述周边部分包括一环形空腔,所述自行车轮胎(2)部分地接纳在所述环形空腔中;所述车轮(1)的外表面为所述自行车轮胎(2)的和轮圈(3)的面向所述车轮外向的部分组成;当所述自行车轮胎处于充气状态时,所述主体部分的宽度L大于所述自行车轮胎(2)的宽度S;
其特征在于,一唇状部(19)自两侧边部(13)的每个突出,所述唇状部(19)具有大于所述自行车轮胎的宽度S的15%的一高度;
并且,在所述轮圈的上表面、所述唇状部(19)的内表面和在所述唇状部(19)的内邻的自行车轮胎部分之间产生一空洞的空间(42)。
8.根据权利要求7所述的车轮,其特征在于,所述空间(42)在截面中具有三角形形状,其三边分别是所述轮圈的上表面、所述唇状部(19)的内表面和在所述唇状部(19)内邻的自行车轮胎部分。
9.根据权利要求7或8所述的车轮,其特征在于,所述唇状部(19)组成所述车轮(1)的所述外表面的一中间部分;并且,所述唇状部(19)基本上在具有轴线A和直径D1的一内圈C1和具有轴线A和直径D2的一外圈C2之间延伸,所述外圈的直径D2大于所述车轮的直径D减去所述自行车轮胎的宽度S的4/3的差:D2>D-(4/3)×S。
10.根据权利要求7或8所述的车轮(1),其特征在于,所述唇状部(19)的截面型体是一曲形部分,其曲度半径总是大于所述自行车轮胎的宽度S。
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