CN102454471A - 用于调节冷却介质流的装置以及冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种用于调节冷却介质流的装置以及冷却系统，装置(1)用于内燃机(2)的冷却系统，具有阀系统(3)以及构成为叶轮泵的冷却介质泵(8)，其中，所述阀系统(3)包括用于开关至少一个冷却回路(5、6)和/或至少一个旁通回路(7)的转动滑阀(4)，所述冷却介质泵(8)在抽吸侧与所述阀系统(3)连接。根据本发明，所述冷却介质泵(8)具有内置的、在两个端止挡(9、10)之间能轴向移调的、用于关闭和敞开泵出口(12)的导板(11)，其中，用于轴向移调的导板(11)能够间接地通过运动螺纹(13)与所述转动滑阀(4)的驱动轴(14)相联接。所述装置被特别紧凑地构造并确保对冷却介质流的精确调节，并且能够实现调整出零体积流。

Description

用于调节冷却介质流的装置以及冷却系统

技术领域

本发明涉及一种用于调节内燃机的冷却系统中冷却介质流的、具有权利要求1前序部分特征的装置。此外，本发明还涉及具有这种装置的冷却系统。

背景技术

当今，内燃机基本上是用水冷却的。为此，将冷却水借助冷却介质泵或冷却水泵通过气缸区域中的冷却通道而泵入闭合的回路中，以便冷却内燃机，然后将冷却水输送至空气-水-冷却器，在那里，经加温的水借助行驶迎面风(Fahrtwind)再次被冷却下来。用于使水循环所需要的泵优选通过内燃机来驱动。为此，所述泵通常经由皮带与内燃机的曲轴的皮带盘相连。

在此，冷却介质泵与曲轴之间的直接联接负责将泵的转速与内燃机的转速相关。这使得：在内燃机的高转速范围内，通过所述泵提供了相应大的体积流，该体积流在该用以冷却的程度内是不需要的。与之相对照地，在内燃机冷启动的情况下，出现如下问题：已经通过冷却通道进行循环的冷却介质阻碍燃烧室的升温，并因此延迟达到最优运行温度。

为了防止前面所提及的问题，在现代的内燃机中使用的是可调节的冷却介质泵，该冷却介质泵所输送的体积流能够与各自需求相协调。

此外，由现有技术公知如下的冷却介质泵，该冷却介质泵在抽吸侧与阀系统相连接。所述阀系统实现了对冷却系统的不同子回路—例如冷却回路和旁通回路进行开关(schalten)，以便以这种方式达到最优的冷却介质温度。

例如由DE 10 2008 007 766 A1得知一种用于冷却内燃机的装置，所述装置包括：具有冷却介质子回路的冷却介质回路；以及带有转动滑阀的电机械式结构组件，所述转动滑阀用于对彼此分开的冷却介质子回路单独进行开关。所述装置应该实现的是：对冷却介质温度—尤其是冷却水温度进行完全可变的调节以及对变速器油进行加热和冷却。此外，所述装置包括能开关的冷却介质泵—尤其是冷却水泵，用以调节冷却介质体积流。冷却介质流能够以如下方式得到开关，即，在内燃机的热运行阶段期间，冷却回路中的冷却介质能够被调至静止状态。为此，能开关的冷却介质泵与布置在转动滑阀上的锅状件共同作用。在内燃机冷启动时，所述锅状件位于冷却介质泵的叶轮上方，并且负责使内燃机中的冷却介质(具体而言是冷却水)静止，并且进而负责使该内燃机的热运行阶段更短。如果转动滑阀在开始时扭过一确定的转动角，那么压块进行轴向运动达到达梯形螺纹上。此外，弹簧将锅状件从泵的叶轮上挤开，从而所述泵这时能够输送冷却介质。如果压块由于转动滑阀继续转动运动而继续在轴向方向上从所述锅状件运动离开，那么转动滑阀可以再次被扭转，而这不对锅状件产生影响。

发明内容

由前面所提及的现有技术出发，本发明所基于的任务是，提出一种用于调节冷却介质流的装置，所述装置被特别紧凑地构造。同时，所述装置应确保对冷却介质流的精确调节，并且能够实现调整出零体积流。

本发明通过具有权利要求1特征的用于调节冷却介质流的装置以及具有权利要求9特征的冷却系统得到解决。本发明的具有优点的改进方案在相应的从属权利要求中有所说明。

用于调节在内燃机的冷却系统中的冷却介质流的、所提出的装置包括：阀系统，所述阀系统带有用于开关至少一个冷却回路和/或至少一个旁通回路的转动滑阀；以及构成为叶轮泵的冷却介质泵，所述冷却介质泵在抽吸侧与所述阀系统连接。根据本发明，冷却介质泵具有内置的、能在两个端止挡之间轴向移调的、用于关闭和敞开泵出口的导板，其中，用于轴向移调的导板能够间接地通过运动螺纹(Bewegungsgewinde)与转动滑阀的驱动轴相联接。

由于能轴向移调的导板是冷却介质泵的整合式组件，根据本发明的装置特别结构紧凑地构造。此外，导板作为冷却介质泵的整合式组件，受到保护以免受损坏，从而导板的功能性进而还有冷却介质泵的可调节性都尽可能持久地得到保证。此外，导板能在其间轴向移调的端止挡的构造方案预先给定了精确限定的调节区域。当导板贴合在第一端止挡上时，冷却介质泵优选完全关闭，而当导板贴合在第二端止挡上时，冷却介质泵完全打开。

虽然导板是冷却介质泵的整合式组件—也就是说布置在所述泵的内部，但导板仍然能与布置在抽吸侧的转动滑阀相联接。因此，转动滑阀的驱动装置—优选为电动机能够用作共同的驱动装置。在此，所述联接通过运动螺纹来进行，所述运动螺纹将转动滑阀的驱动轴的旋转运动转换成用于轴向移调所述导板的平移运动。优选的是，所述联接以如下方式来构造，即，对转动滑阀的操作以非强制性的方式引起导板的轴向移调。也就是说，导板与转动滑阀在需要时仅暂时进行联接。为了以结构特别紧凑而且简单的方式构造冷却介质泵与转动滑阀的驱动轴之间的联接，所述驱动轴优选与冷却介质泵的支承轴同轴地布置。

根据本发明的优选实施方式，导板具有与冷却介质泵的叶轮匹配的轮廓，所述轮廓带有在外周侧上构成的凸缘，用以关闭和敞开泵出口。匹配的轮廓有助于叶轮与导板的共同作用。例如叶轮可以构成至少一个端止挡。优选的是，两个对冷却介质泵的调节区域进行预先给定的端止挡由叶轮构成。为此，叶轮可以包括在轴向上隔开间距的盖片，所述盖片构成第一端止挡。于是，第二端止挡由本身的叶轮形成。叶轮与盖片之间的轴向间距给出了冷却介质泵的调节区域。为了保证所述轴向间距，叶轮和盖片可以通过至少一个轴向连接片彼此连接。所述轴向连接片被引导穿过导板，从而该导板在通过轴向连接片进行轴向移调时得到引导。在导板上构成的凸缘优选朝向叶轮的方向来定向，以便尤其在冷却介质泵的分部分输送运行

的情况下反作用于涡流形成。

根据本发明的其他优选实施方式，导板具有轴颈状的凸出部，凭借所述轴颈状的凸出部，导板在冷却介质泵的支承轴的钻孔中在轴向上得到引导。可供选择地或者补充地，该轴向引导可以被设置用于通过叶轮的轴向连接片进行引导。此外，冷却介质泵的支承轴的钻孔可以实施为盲孔式钻孔。另外，用于相对于支承轴或相对于与支承轴抗相对转动地连接的叶轮以抗相对转动的方式对导板加以支承的机构设置在导板的轴颈状凸出部上和/或支承轴的钻孔内部。此外，抗相对转动可以通过所述至少一个轴向连接片来产生。

设置用于将导板与转动滑阀的驱动轴相联接的运动螺纹包括梯形螺纹和与所述梯形螺纹保持嵌接的、防止扭转的螺纹套。优选的是，螺纹套作为防止扭转装置具有至少一个在外周侧的展平部，用于支撑在容纳钻孔的钻孔壁部上。螺纹套也可以构成为六角形，并且被置入在具有相应横截面的钻孔中。但是，对螺纹套的支承必须以如下方式构造，即，所述螺纹套保持能轴向推移。则螺纹套的轴向可推移性是如下所述的前提，即：转动滑阀的驱动轴的旋转运动通过运动螺纹转换成平移运动。此外，通过螺纹套能够至少间接地向所述导板施加在轴向方向上起作用的压力和/或牵引力。也就是说，导板的轴向移调可以通过螺纹套来产生，方法是：导板被压向端止挡或者被朝向端止挡的方向牵拉。只要导板与运动螺纹之间的联接以仅能传递一个压力的方式构造，导板的回复就必须以其他方式来实现。例如，所述回复可以借助至少一个回复弹簧来产生。

具有优点地，运动螺纹的螺距以如下方式与转动滑阀的调节迹线相协调，即，在转动滑阀关闭的情况下，冷却介质泵也关闭，和或在转动滑阀打开的情况下，冷却介质泵同样打开。梯形螺纹例如可以构造在转动滑阀的驱动轴的泵侧的端部上，所述端部以能转动的方式支承在阀系统的壳体部件中。为此，壳体部件具有支承钻孔。具有放大的直径的、用于对螺纹套加以容纳和抗相对转动地支承的钻孔可以连接至该支承钻孔上。除了支承钻孔和/或容纳钻孔外，壳体部件还具有至少一个用于冷却介质的通流开口。

具有优点的是，能在轴向上移调的导板借助至少一个压力弹簧的弹簧力朝着端止挡在轴向上被预偏置。因此，为了通过螺纹套在轴向上移调导板，首先必须克服压力弹簧的弹簧力。为了使导板回复，又可以使用压力弹簧的弹簧力。压力弹簧(只要存在的话)可以容纳在冷却介质泵的支承轴的钻孔中，并且一方面支撑在支承轴上，而另一方面支撑在导板的轴颈状的凸出部上。导板通过压力弹簧的弹簧力的回复，还可以有助于实现故障安全功能，就像已经由其他可调节的冷却介质泵所公知的那样。

根据本发明的另一优选实施方式，导板具有锅状嵌件，所述锅状嵌件以能轴向推移的方式支承在导板中，并且借助压力弹簧的弹簧力在轴向方向上被预偏置。不同于前面已经提及的回复弹簧，被设置用于预偏置的其他弹簧用作补偿弹簧(空动弹簧(Lost-Motion-Feder))。所述补偿弹簧应该能够在转动滑阀被连续驱动时实现对导板不连续的轴向移调。也就是说，在达到端止挡之后，螺纹套的运动对导板的轴向位置不再产生影响。在螺纹套继续运动时，仅锅状嵌件相对于导板被轴向推移。如果螺纹套做返回运动，那么补偿弹簧使锅状嵌件与螺纹套保持贴合。因此，补偿弹簧同时也可以充当回复弹簧。

为了锅状嵌件加以容纳以及以能轴向推移的方式支承，导板的轴颈状的凸出部可以至少部分呈空心圆柱形地构成。为了确保对锅状嵌件的引导，还可以设置有引导机构。所述引导机构可以包括至少一个于外周侧构造在锅状嵌件上的凸鼻，所述凸鼻与在导板或者在导板的轴颈状的凸出部中构成的引导槽保持嵌接。优选的是，引导槽呈Z字形地构成。则一方面，基于Z字形状形成在轴向方向上有效的止挡，所述止挡阻止以弹簧加载的锅状嵌件从导板中脱落。另一方面，引导槽的Z字形状简化了锅状嵌件的装入。在此，Z字形状的定向依赖于泵的转动方向。

此外，优选的是，设置用于将锅状嵌件预偏置的压力弹簧的弹簧刚度选择得高于设置用于将导板预偏置的压力弹簧的弹簧刚度。由此保证：只有当导板贴合在端止挡上(也就是说，冷却介质泵完全关闭或打开)时，螺纹套的轴向运动才通过锅状嵌件的轴向推移而得到补偿。

设置用于将锅状嵌件预偏置的压力弹簧和设置用于将导板预偏置的压力弹簧优选同轴地布置在冷却介质泵的支承轴的钻孔内部。这一方面能够实现弹簧的紧凑布置，另一方面能够实现弹簧力在导板或者锅状嵌件上的均匀分布。

为解决开头所提及的任务还需要的、用于内燃机的冷却系统包括：根据本发明的用于调节冷却介质流的装置以及至少一个冷却回路和/或至少一个旁通回路，其中，所述冷却回路具有冷却器，所述旁通回路用于包围所述冷却器。冷却回路和/或旁通回路能够通过阀系统的转动滑阀来开关。因此，通过接通或者断开冷却回路和/或旁通回路可以改变冷却介质温度，并且调整出最优的冷却介质温度。

按照根据本发明的冷却系统的优选的改进方案，至少另一消耗器—例如机油冷却器，和/或热电偶—例如加热装置被连接到所述冷却系统上。于是，通过转动滑阀，能够合乎需要地分配冷却介质流。

附图说明

下面，结合附图对本发明的优选实施方式进行详细阐述。其中：

图1示出根据本发明的冷却系统的示意图；

图2示出根据本发明的装置的剖面；

图3至图6分别示出图2中冷却介质泵与转动滑阀驱动轴的联接区域内的概要图，其中，导板分别占据一不同的轴向姿态；

图7示出图2中冷却介质泵与转动滑阀驱动轴的联接区域内的细节概要图；

图8示出图7的细节概要图的透视图；

图9示出用于示出冷却介质泵调节范围的图线，所述调节范围与驱动轴的旋转运动相关，以及

图10示出根据本发明的装置的另一实施方式。

具体实施方式

根据本发明的冷却系统的图1中示出的示例包括用于调节冷却介质流的装置1，所述装置1首要地能够用于冷却内燃机2。此外，还将作为其他消耗器的机油冷却器26以及加热装置27连接至冷却回路上。此外，可选地可以将其他部件33连接至冷却系统。为了能够实现对冷却介质流的合乎需要的分配，冷却系统还具有不同的冷却回路5、6以及旁通回路7，所述旁通回路7用于在冷却回路5中包围冷却器25。因此，通过旁通回路，已经提供了未经冷却的冷却介质流，所述未经冷却的冷却介质流能够实现调整出最优的冷却介质温度。为此，将来自旁通回路7的冷却介质与来自冷却回路5的冷却介质混合。所述混合通过阀系统3来实现，所述阀系统3是根据本发明的用于调节冷却介质流的装置1的组件。所述装置1还具有冷却介质泵8来作为其他组件，所述冷却介质泵8在抽吸侧与阀系统3连接。冷却介质泵8是可调节的，以便能够例如在内燃机2冷启动时将冷却介质的体积流减少到零。也就是说，不往内燃机2输送冷却介质。内燃机2通过这种方式较快速地达到其最优的运行温度。

为了开关冷却回路5、6和旁通回路7，阀系统3包括转动滑阀4。转动滑阀4的对于开关所需要的转动运动通过电动机28的驱动轴14来产生。

如图2所获悉的那样—图2示出根据本发明的装置1的剖面，驱动轴14的面向冷却介质泵8的端部以能转动的方式支承在壳体部件30的支承钻孔34中，并且设有梯形螺纹20，所述梯形螺纹20与螺纹套21共同作用。由于螺纹套21在与支承钻孔34相邻的钻孔35中抗相对转动地—但能轴向推移地得到支承，通过运动螺纹13(包括梯形螺纹20)和螺纹套21，转动滑阀4的驱动轴14的旋转运动转化成螺纹套21的平移运动。如果螺纹套21朝向冷却介质泵8的方向运动，那么螺纹套21或者安放在螺纹套21上的锅状件29在跨过间隙区域之后，与冷却介质泵8的能轴向移调的导板11或者说导板11的锅状嵌件23发生贴合。在与导板11或者说锅状嵌件23贴合的情况下，螺纹套21可以至少间接经由锅状嵌件23将压力传递到导板11或锅状嵌件23上，这首先引起对导板11的轴向移调，然后引起相对于导板11的轴向推移(依次参见图2至图6)。导板11的移调区域通过两个端止挡9、10来界定，所述端止挡9、10由叶轮15构成。导板11借助压力弹簧22的弹簧力朝着第一端止挡9在轴向上预偏置。为了通过螺纹套21引起导板11的轴向移调，首先必须克服压力弹簧22的弹簧力。当螺纹套21朝向电动机28的方向做返回运动，并且不再有压力施加到导板11上时，压力弹簧22用于使导板11朝着端止挡9回复。

锅状嵌件23还由压力弹簧24的弹簧力来加载。压力弹簧24被容纳在导板11的轴颈状的凸出部17中，凭借所述凸出部17，导板11在冷却介质泵8的支承轴19的钻孔18中得到引导。

锅状嵌件23同样在轴向上得到引导。为此，锅状嵌件23在外周侧上具有多个凸鼻32，所述凸鼻32分别嵌入导板11的轴颈状的凸出部17内的引导槽31中(参见图7)。引导槽31呈Z字形地构成(参见图8)，以便使得锅状嵌件23置入轴颈状的凸出部17中的过程得以简化，并且防止锅状嵌件23脱落。于是，Z字形的引导槽31同时还构成用于以弹簧加载的锅状嵌件23的止挡。

压力弹簧24在此充当补偿弹簧，所述压力弹簧24的弹簧力使锅状嵌件23与止挡保持贴合。为此，压力弹簧24的弹簧刚度选择得大于压力弹簧22的弹簧刚度，压力弹簧22的弹簧力使导板11朝着端止挡9在轴向上预偏置。因而，在通过驱动轴14操作转动滑阀4时，当螺纹套21或者其锅状件29与导板11的锅状嵌件23发生贴合时，首先引起导板11轴向移调。如果导板11已达到端止挡10，那么通过螺纹套21的继续运动来引起锅状嵌件23相对于导板11的轴向推移，也就是说，螺纹套21的运动通过锅状嵌件23逆着压力弹簧24的弹簧力的运动得到补偿。导板11在通过驱动轴14连续驱动的情况下的相应不连续的轴向移调在图9的图线中示出。在此，在X轴上标出的是连续的驱动，而在Y轴上标出的是导板11不连续的运动。在操作驱动轴14的第一阶段Ⅰ期间，螺纹套21或者其锅状件29尚未贴合导板11或者说导板11的锅状嵌件23(相应于图2和图3的状态)。因此，不引起对导板11的轴向移调。首先，必须跨过螺纹套21与导板11之间的间隙。在第二阶段Ⅱ期间，螺纹套21或者锅状件29贴合在导板11或者锅状嵌件23上(相应于图4和图5的状态)。导板11通过螺纹套21逆着压力弹簧22的弹簧力朝向端止挡10的方向运动。第二阶段Ⅱ以达到端止挡10结束。紧接着第二阶段Ⅱ的是阶段Ⅲ，在阶段Ⅲ中，锅状嵌件23对螺纹套21或者驱动轴14的继续运动加以补偿。此外，导板11贴合在叶轮15的端止挡10上。当螺纹套21朝向电动机28的方向做返回运动时，导板11的回复借助压力弹簧22的弹簧力来实现。因而，冷却介质泵8的调节范围仅在阶段Ⅱ中被驶过。在阶段Ⅰ和Ⅲ中，导板11要么贴合在端止挡9上，要么贴合在端止挡10上，也就是说，冷却介质泵8是完全关闭或者完全打开的。

为了打开和关闭冷却介质泵8，导板11具有外周侧的凸缘16，借助所述凸缘16，可以打开或者关闭冷却介质泵8的泵出口12(参见图3至图6)。泵出口12通过叶轮15的至少一个周边侧的开口形成，并且优选与包围叶轮15的环形通道保持连接(未示出)。

根据本发明的用于调节冷却介质流的装置1的可供选择的实施方式应结合图10被详细阐述。在该实施方式中，用于使导板11回复的压力弹簧22是无关紧要的。因为螺纹套21的锅状件29既能够将压力传递到导板11或者说导板11的锅状嵌件23上，又能够将牵引力传递到导板11或者说导板11的锅状嵌件23上，所以所述锅状件29在此不能相对于导板11轴向推移。就这点而言，对转动滑阀4的驱动轴14的操作也总是导致导板11的轴向移调。与此相应地，梯形螺纹的螺距以如下方式与转动滑阀4的调节迹线相协调，即，在转动滑阀4完全关闭的情况下，冷却介质泵8也完全关闭，并且反之在转动滑阀4完全打开的情况下，冷却介质泵8也完全打开。

此外，相应于图10的实施方式，如果确保在冷却介质泵8的运行中液压力导致导板11朝向吸入口的方向移回的话，则可以取消对导板11的强制引导。因此，根据相应于图10中实施方式的可供选择的实施方式，设置为：螺纹套21的锅状件29仅将压力传递到导板11或者说导板11的锅状嵌件23上。

附图标记列表

1        装置

2        内燃机

3        阀系统

4        转动滑阀

5        冷却回路

6        冷却回路

7        旁通回路

8        冷却介质泵

9        端止挡

10       端止挡

11       导板

12       泵出口

13       运动螺纹

14       驱动轴

15       叶轮

16       凸缘

17       轴颈状的凸出部

18       钻孔

19       支承轴

20       梯形螺纹

21       螺纹套

22       压力弹簧

23       锅状嵌件

24       压力弹簧

25       冷却器

26       机油冷却器

27       加热装置

28       电动机

29       锅状件

30       壳体部件

31       引导槽

32       凸鼻

33       部件

34       支承钻孔

35       钻孔

Claims (10)

1.用于调节在内燃机(2)的冷却系统中的冷却介质流的装置(1)，所述装置具有阀系统(3)以及构成为叶轮泵的冷却介质泵(8)，其中，所述阀系统(3)包括用于开关至少一个冷却回路(5、6)和/或至少一个旁通回路(7)的转动滑阀(4)，所述冷却介质泵(8)在抽吸侧与所述阀系统(3)连接，其特征在于，所述冷却介质泵(8)具有内置的、在两个端止挡(9、10)之间能轴向移调的、用于关闭和敞开泵出口(12)的导板(11)，其中，用于轴向移调的所述导板(11)能够间接地通过运动螺纹(13)与所述转动滑阀(4)的驱动轴(14)联接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导板(11)具有与所述冷却介质泵(8)的叶轮(15)匹配的轮廓，所述轮廓带有在外周侧上构成的凸缘(16)，用以关闭和敞开所述泵出口(12)。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述导板(11)具有轴颈状的凸出部(17)，凭借所述轴颈状的凸出部(17)，所述导板(11)在所述冷却介质泵(8)的支承轴(19)的钻孔(18)中在轴向上得到引导。

4.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述运动螺纹(13)包括梯形螺纹(20)和与所述梯形螺纹(20)保持嵌接的、防止扭转的螺纹套(21)，通过所述螺纹套(21)，能够至少间接地向所述导板(11)施加在轴向方向上起作用的压力和/或牵引力。

5.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，能在轴向上得到移调的所述导板(11)借助至少一个压力弹簧(22)的弹簧力朝着端止挡(9、10)在轴向上被预偏置。

6.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述导板(11)具有锅状嵌件(23)，所述锅状嵌件(23)以能轴向推移的方式支承在所述导板(11)中，并且借助压力弹簧(24)的弹簧力在轴向方向上被预偏置。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，设置用于将所述锅状嵌件(23)预偏置的所述压力弹簧(24)的弹簧刚度选择得高于设置用于将所述导板(11)预偏置的所述压力弹簧(22)的弹簧刚度。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，设置用于将所述锅状嵌件(23)预偏置的所述压力弹簧(24)和设置用于将所述导板(11)预偏置的所述压力弹簧(22)同轴地布置在所述冷却介质泵(4)的所述支承轴(19)的所述钻孔(18)内部。

9.用于内燃机(2)的冷却系统，带有根据上述权利要求之一所述的装置(1)以及至少一个冷却回路(5、6)和/或至少一个旁通回路(7)，所述冷却回路(5、6)具有冷却器(25)，所述旁通回路(7)用于包围所述冷却器(25)，其中，所述冷却回路(5、6)和/或所述旁通回路(7)能够通过阀系统(3)的转动滑阀(4)被开关。

10.根据权利要求9所述的冷却系统，其特征在于，至少另一消耗器—例如机油冷却器(26)，和/或热电偶—例如加热装置(27)被连接到所述冷却系统上，并且通过所述转动滑阀(4)能够合乎需要地分配冷却介质流。

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