CN107567559B - 多通阀以及包括该多通阀的致动器 - Google Patents

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Abstract

根据第一个方面，本发明涉及多通阀，其包括控制压力通道(5)、在第一开口(12)和所述控制压力通道(5)之间延伸的第一控制流体通道(11)、在第二开口(14)和所述控制压力通道(5)之间延伸的第二控制流体通道(13)、布置在所述第一控制流体通道(11)和所述第二控制流体通道(13)中的阀本体布置结构(15)、以及具有驱动构件(7)和电枢(8)的电控装置(6)。所述电枢能够在所述驱动构件(7)的作用下在非活动位置和活动位置之间来回移动，其中所述多通阀(1)被构造成通过所述电枢(8)从非活动位置到活动位置的运动来将阀本体布置结构(15)移动到第一控制流体通道(11)关闭并且第二控制流体通道(13)打开的活动位置，并且电控装置(6)还包括连接到所述电枢(8)的驱动本体(17)和布置在所述电枢(8)和所述驱动本体(17)之间的弹簧构件(18)。多通阀的特征在于，当电枢(8)位于活动位置时，驱动本体(17)构造成邻接阀本体布置结构(15)和处于压缩状态的弹簧构件(18)。根据第二个方面，本发明涉及包括这种多通阀的致动器。

Description

多通阀以及包括该多通阀的致动器
技术领域
本发明整体上涉及多通阀，其被构造成将至少一个可调节的控制压力传递到一件设备、机器、装置等。本发明具体涉及用于服务致动器的多通阀，该致动器适用于物体的轴向位移。
本发明的多通阀包括控制压力通道、在第一开口和所述控制压力通道之间延伸的第一控制流体通道、在第二开口和所述控制压力通道之间延伸的第二控制流体通道、布置在所述第一控制流体通道和所述第二控制流体通道中的阀本体、以及具有驱动构件和电枢的电控装置。所述电枢能够在所述驱动构件的作用下在非活动位置和活动位置之间来回移动，其中所述多通阀被构造成通过所述电枢从非活动位置到活动位置的运动来将所述阀本体布置结构移动到所述第一控制流体通道关闭并且所述第二控制流体通道打开的活动位置，并且所述电控装置还包括连接到所述电枢的驱动本体和布置在所述电枢和所述驱动本体之间的弹簧构件。
根据第二方面，本发明涉及一种用于物体的轴向位移的致动器。致动器特别建议用作内燃机的气体交换阀致动器，其中致动器驱动一个或多个入口阀或出口阀，入口阀或出口阀相应地控制空气相对于内燃机气缸的供应和排出。因此，本发明的致动器特别适用于驱动发动机阀，从而消除对内燃机中的一个或多个凸轮轴的需要。
背景技术
具有通过电控装置移位的阀本体布置结构的多通阀在多种应用中是已知的。在多通阀的第一状态下，第一开口与控制压力通道流体连通，并且在多通阀的第二状态下，第二开口与控制压力通道流体连通。以这种方式，可以在两个不同的控制压力水平之间进行交替。
例如可以参考文献US2007/193639，其公开了这种具有滑阀类型的阀本体布置结构的多通阀。然而，这种多通阀不适用于具有较高控制流体压力的应用，例如20-25巴，这是因为控制流体不经意的渗漏通过阀本体布置结构导致控制压力驱动/服务于设备、机器、设备等的不精确水平。
文献DE3621559中公开了试图掌握泄漏问题的尝试，该文献描述了具有座阀类型的阀本体布置结构的多通阀。具有座阀类型的阀本体布置结构的已知多通阀的一个很大的缺点是螺线管的电枢和阀本体布置结构的整个质量在与状态变化相关的长时间段内抵抗阀座而反弹，导致状态不正确的变化和状态泄漏的变化/通风，继而导致控制压力驱动/服务于设备、机器、设备等的不精确水平。
US4611631公开了一种多通阀，其包括控制压力通道和两个控制流体通道，阀本体由驱动单元驱动，驱动单元包括电枢和驱动构件，驱动构件被构造成使电枢来回移动。驱动单元包括连接到所述电枢的驱动本体以及布置在电枢和驱动本体之间的弹簧构件。密封/引导构件应设置在阀本体和驱动本体之间。该多通阀包括非常大而重的阀本体，在阀本体被移动到各个死点后将需要很长时间才能停止。驱动本体和弹簧的目的仅仅是补偿电枢行程长度与阀本体行程长度之间的公差偏差。
发明内容
本发明的目的在于消除上述已知的适用于服务于用于物体轴向位移的致动器的多通阀的缺点和缺陷，并提供改进的多通阀。本发明的一个基本目的是提供一种初始限定类型的改进的多通阀，其具有阀本体布置结构状态的明显变化，这进而导致多通阀所服务的设备、机器、装置的精度提高。
本发明的另一个目的是提供一种多通阀，其使得阀本体布置结构具有较短的行程长度，这进一步导致更紧凑的设计，并且使得阀本体布置结构具有更快和更明显的状态变化以及电控装置的较低能量消耗。
本发明的另一个目的是提供一种对阀本体布置结构具有较低公差要求的多通阀。
根据本发明，至少基本目的通过初始限定的多通阀和致动器来实现，其具有在独立权利要求中限定的特征。在从属权利要求中进一步限定了本发明的优选实施例。
根据本发明的第一个方面，提供一种初始限定类型的多通阀，其特征在于驱动本体设置在所述第一控制流体通道中，驱动本体被构造成邻接阀本体布置结构，并且当电枢位于活动位置时，弹簧构件处于压缩状态。根据本发明的第二个方面，提供一种适用于物体的轴向位移的致动器，其特征在于致动器包括本发明的多通阀。
因此，本发明基于以下认识：通过减小当多通阀从非活动状态改变为活动状态时关闭第一控制流体通道的部件(即电枢和阀本体布置结构)的质量，随时间的变化会成比例地下降。此外，当多通阀从活动状态变为非活动状态时，随时间的变化也将减少。
在驱动本体和阀本体之间不具有中间元件是有利的。中间元件增加了应该移动的重量，并且在移动后首先快速停止。具有布置在第一控制流体通道中的驱动本体使得当电枢和驱动构件应当被移动时，驱动构件不必抵抗存在于第一控制流体通道中的压力。
根据本发明的优选实施例，电枢在其自由端部中包括容纳所述驱动本体和所述弹簧构件的腔体。
根据优选实施例，阀本体布置结构包括布置在所述第一控制流体通道中的第一阀本体和布置在所述第二控制流体通道中的第二阀本体，其中所述多通阀被构造成通过所述电枢从非活动位置到活动位置的运动而将所述第一阀本体移动到所述第一控制流体通道关闭的活动位置并将所述第二阀本体移动到所述第二控制流体通道打开的活动位置。
本发明的其它优点和特征从其他从属权利要求和优选实施方案的以下详细描述中是显而易见的。
现有技术的进一步阐述
文献US3799203公开了一种多通阀。多通阀包括阀壳体，其包括从阀壳体的外表面延伸到中心孔的多个流体端口。互连的阀本体布置结构(包括阀芯、阀构件和弹簧壳体)被布置成通过两个可互换启用的螺线管在中心孔中来回移动。每个螺线管包括电枢，并且弹簧构件设置在阀本体布置结构和电枢之间。
附图说明
参考附图，对本发明的上述和其它特征和优点的更完整的理解将从以下对优选实施例的详细描述中变得显而易见，其中：
图1是本发明的多通阀、致动器和气体交换阀的示意图，
图2是根据第一实施例的多通阀的示意图，其中多通阀处于非活动状态，
图3是根据图2的多通阀的示意图，其中多通阀处于活动状态,
图4是根据第二实施例的多通阀的示意图，其中多通阀处于活动状态，
图5是根据第三实施例的多通阀的示意图，其中多通阀处于活动状态，以及
图6是根据第四实施例的多通阀的示意图，其中多通阀处于活动状态。
具体实施方式
本发明涉及整体上用1表示的多通阀，其适用于致动器2，以便提供物体3的轴向位移，并且涉及包括这种多通阀1的致动器2。
首先参考图1，其示意性地公开了本发明的多通阀1的第一实施例、致动器2和内燃机的气体交换阀3。要指出的是，这些单元的相互尺寸并非按照比例绘制的。还应该指出的是，尽管多通阀1被绘制成位于致动器2的外侧，这是完全可以想到的，但仍然优选的是使多通阀1完全或部分地位于致动器2内。
多通阀1被构造成将可调节的控制压力传递到致动器2(或任何其他合适的设备、机器、装置等)，由此致动器2执行物体3(例如，发动机阀)的位移。多通阀1也称为先导阀。致动器2优选地是由气体或气体混合物驱动的所谓的气动致动器。
现在将参考图2和3描述多通阀1的基本特征，图2和3分别公开了处于非活动状态和处于活动状态的多通阀1的第一实施例。
多通阀1是电控制的，并且包括阀壳体4和从所述阀壳体4延伸并且被构造为连接到致动器2的控制压力通道5。多通阀1被构造成经由所述控制压力通道5传递可调节的控制压力(CP)。当多通阀1处于第一状态时，第一控制压力被传递到控制压力通道5，并且当多通阀1处于第二状态时，第二控制压力被传递到控制压力通道5。从而获得两个不同控制压力水平之间的交替。通过电控制意味着多通阀1包括整体上用6表示的电控装置。电控装置优选由诸如螺线管的电磁装置或诸如压电单元的机电装置构成。电控装置包括驱动构件7和电枢8，电枢8可在所述驱动构件7的作用下在非活动位置(图2)和活动位置(图3)之间来回移动。当电控装置6的驱动构件7不活动时，电枢8位于非活动位置，当驱动构件7活动时，电枢8移动到活动位置。在电磁装置的实施例中，驱动构件7由线圈构成，并且，电枢8可以在当电流通过线圈传导时所产生的磁场的作用下相对于所述线圈7移动。因此，电枢8由磁性材料制成。在机电装置(未公开)的实施例中，驱动构件7例如由压电构件构成，并且电枢8可通过所述压电构件移动，因为其由于施加的电流而改变形状，从而使电枢8机械地移动。在下文中，将描述包括电磁装置6的多通阀，而不限于此。
根据所公开的实施例的电枢8具有：第一边缘/凸缘9a，其在电枢8位于非活动位置时邻接第一止动表面10a；以及第二边缘/凸缘9b，其在电枢8位于活动位置时邻接第二止动表面10b，即多通阀1包括用于电枢8的机械死点止动件，以分别提供良好限定的非活动位置和活动位置。橡胶阻尼器(未公开)优选地布置在电枢8的第一边缘9a和第一止动表面10a之间的界面处和/或在第二边缘9b和第二止动表面10b之间的界面处，以便通过防止电枢8反弹而停止电枢8并且使噪声和磨损最小化。此外，弹簧构件(未公开)可以使电枢8沿着朝向其非活动位置的方向偏置，以便当多通阀1无电流/停止时使电枢8返回。弹簧构件优选地布置在电枢8的第二边缘9b和第二止动表面10b之间，并且当电枢8处于活动位置时，弹簧构件到底。然而，可以想到，当多通阀1如图所示取向时，电枢8由于重力而处于其非活动位置。多通阀1还包括在第一开口12和所述控制压力通道5之间延伸的第一控制流体通道11，在第二开口14和所述控制压力通道5之间延伸的第二控制流体通道13。
优选地，第一控制流体通道11由控制流体出口通道构成，第一开口12由控制流体出口构成。第一开口12被构造成连接到压力流体槽(LP)。优选地，第二控制流体通道13由控制流体入口通道构成，第二开口14由控制流体入口构成。第二开口14构造成连接到压力流体源(HP)。压力流体优选为气体或气体混合物，例如空气。
压力流体源可以是属于内燃机的压缩机，具有或不具有附属罐或只有压力罐。压力流体槽可以是压力低于在压力流体源中产生的压力的任何部位，例如通向压缩机的导管，压力流体槽(LP)具有例如4-6巴的压力，压力流体源(HP)具有例如15-25巴的压力。
多通阀1包括总体上标记为15的阀本体布置结构，其布置在阀壳体4中，更精确地布置在所述第一控制流体通道11和所述第二控制流体通道13中。布置在所述第一控制流体通道11中的表达意味着阀本体布置结构15被构造成控制第一控制流体通道11中的控制流体流过阀本体布置结构15的位置的流动，即布置成相应地打开和关闭第一控制压力通道11。应当认识到，这也适用于第二控制流体通道13。阀本体布置结构15优选地由耐酸钢制成，即使具有较高以及较低耐磨性的其它材料也是可以想到的。
多通阀1被构造成通过电枢8从非活动位置到活动位置的运动而将阀本体布置结构15移动到第一控制流体通道11关闭且第二控制流体通道13打开的活动位置。因此，当阀本体布置结构15位于其非活动位置时，第一控制流体通道11打开且第二控制流体通道13关闭，并且当阀本体布置结构15位于其活动位置时第一控制流体通道11关闭且第二控制流体通道13打开。
在所公开的实施例中，阀本体布置结构15沿着朝向非活动位置的方向偏置，在所述非活动位置中，通过弹簧16，第二控制流体通道13关闭且第一控制流体通道11打开。然而，可以想到，当多通阀1如图所示取向时，阀本体布置结构15由于重力而处于其非活动位置。
对于本发明，电控装置6必须包括连接到电枢8的驱动本体17以及布置在电枢8和所述驱动本体17之间的弹簧构件18。当电枢8位于活动位置时，驱动本体17被构造成邻接阀本体布置结构15并且弹簧构件18处于压缩状态。在驱动本体17沿远离电枢8的方向被偏置的同时，弹簧构件18允许在驱动本体17和电枢8之间相互的轴向位移。
当电枢8位于非活动位置时，驱动本体17可以位于离阀本体布置结构15一定距离处。根据未公开的实施例，当电枢8位于非活动位置时，电枢8沿着朝向阀本体布置结构15的方向偏置，即驱动本体17邻接阀本体布置结构15，而不使阀本体布置结构15沿着朝向其活动位置的方向移动。
当电枢8位于非活动位置时，弹簧构件18相对于当电枢8位于活动位置时的压缩状态膨胀，然而弹簧构件18不必膨胀到完全卸载状态。弹簧构件18优选地由螺旋弹簧构成。根据最优选的实施例，当电枢8处于非活动位置并且弹簧元件18处于膨胀状态时，弹簧构件18被偏置。偏置程度应优选足够高，以便在驱动本体17和阀本体布置结构15之间接触时直接移动阀本体布置结构15，而不会使弹簧构件18压缩，并且当阀本体布置结构15处于其活动位置时，弹簧构件15开始压缩。换句话说，当阀本体布置结构15从非活动位置移动到活动位置时，电枢8和驱动本体17具有“实心”单元的作用，并且当阀本体布置结构15处于活动位置时，驱动本体17与电枢8断开，弹簧构件18被压缩。当由驱动本体17驱动的阀本体布置结构15到达第一控制流体通道12关闭的活动位置时，电枢8继续进一步的距离，直到电枢8的第二边缘9b直接或间接地邻接第二止动表面10b，因此弹簧18被拧紧/压缩。电枢8不应该邻接阀本体布置结构15，并且弹簧构件18不应该在底部。
由于驱动本体17的质量远小于电枢8的质量，优选地小于1/30，最优选地小于1/40，所以安置驱动本体17和阀本体布置结构15(即当阀本体布置结构15在活动位置中静止并且第一控制流体通道11关闭时)所需的时间显著减小。因此，通过使用驱动本体17和弹簧18驱动阀本体布置结构15而不是使电枢8直接作用在阀本体布置结构15上，从第一次反弹到静止的时间与驱动本体17和电枢8之间的重量关系成比例地减小。
基于本发明和上述重量关系，第一次反弹到静止的时间在使相同电枢8直接作用在阀本体布置结构15上的应用中的从第一次反弹到静止的时间的1/50-1/30的范围内。另外，根据本发明和上述重量关系，反弹/振幅的高度将显著降低，反弹的高度在使相同电枢8直接作用在阀本体布置结构15上的应用中的反弹高度的1/10-1/5的范围内。另外，反弹频率显著增加。所有这些一起使得明显状态变化和状态泄漏变化在本文中将变得可忽略或完全消除，从而在控制压力通道5中不会产生可察觉的负面影响。
关于多通阀1即将从活动状态变为非活动状态，将发生以下情况。当电控装置6被停用时，即驱动部件7的动力被切断时，电枢8将开始其从活动位置到非活动位置的移动。在电枢8从静止状态加速并且驱动构件8的作用消失的过程中，驱动本体17在弹簧构件18的膨胀期间将阀本体布置结构15保持在活动位置中。在驱动本体17开始从活动位置移动到非活动位置时，电枢8已经获得了显著的速度，这使得驱动本体17从停止状态的加速度远远高于电枢8的初始加速度。这又使得阀本体布置结构15被允许从活动位置更快地返回到非活动位置。因此，明显状态变化和状态泄漏变化在本文中将变得可忽略或完全消除，从而在控制压力通道5中不会产生可察觉的负面影响。
根据优选实施例，如图2和图3所示，阀本体布置结构15包括布置在所述第一控制流体通道11中的第一阀本体19和布置在所述第二控制流体通道13中的第二阀本体20。在公开的实施例中，所述第一阀本体19与所述第二阀本体20分离。因此，多通阀1被构造成通过电枢8从非活动位置到活动位置的运动而将第一阀本体19移动到第一控制流体通道11关闭的活动位置，并且将第二阀本体20移动到第二控制流体通道13打开的活动位置。更精确地，驱动本体17作用在第一阀本体19上，第一阀本体继而作用在第二阀本体20上。在阀本体布置结构15分别由两个彼此断开的阀本体19和20构成的本实施例中，优选的是，当电枢8位于非活动位置时，驱动本体17位于与第二(最远的)阀本体20相距一定距离处，使得第一(最近的)阀本体19不能与驱动本体17以及第二阀本体20接触。取决于多通阀的取向，第一阀本体19可以靠在驱动本体17上或靠在第二阀本体20上，或者松散地位于驱动本体17和第二阀本体20之间。这就使得电枢8和驱动本体17在第二阀本体20被撞击/冲击之前有时间获得速度，从而获得动量，从而加速阀本体布置结构的状态变化。
优选地，第一阀本体19和第二阀本体20分别是球形的。根据替代实施例，第一阀本体19和/或第二阀本体20可呈现截锥形。根据另一替代实施例，第一阀本体19和/或第二阀本体20可以呈现具有半球形端部的长圆形基本形状，如具有圆形端部的杆。具有球形阀本体的优点是允许其在所有方向上自由转动，并且在实践中，每当阀本体接触其对应的座时，球形本体将占据新的位置。这就意味着阀本体和座将被加载并且将均匀地磨损。相对于非球形阀本体，非常高质量的球形阀本体的制造相对便宜。
现在参考公开了多通阀1的第二实施例的图4。将仅描述与其它实施例的不同之处。
在该实施例中，阀本体布置结构15由组合构件构成。阀本体布置结构15的第一阀本体19和第二阀本体20彼此连接并能够共同地移动。在非公开的实施例中，第一阀本体19和第二阀本体20彼此直接连接，类似于8字。在图4所示的实施例中，第一阀本体19和第二阀本体20通过中间杆21彼此间接地连接，类似哑铃。在阀本体布置结构15由一体化本体构成的这些实施例中，优选的是，当电枢8位于非活动位置时，驱动本体17位于离阀本体布置结构15一定距离处。这就使得电枢8和驱动本体17在它们撞击/冲击阀本体布置结构15之前有时间获得速度，从而获得动量，从而加速阀本体布置结构的状态变化。
优选地，电枢8在其自由端部中包括容纳驱动本体17和弹簧构件18的腔体22。腔体22可以例如是电枢8中的孔，如图2和3中所公开的，或者通过附接到电枢8并形成电枢的一部分的套筒23来提供，如图4所示。腔体22被设计成使得当电枢8处于非活动位置时，驱动本体17保持在腔体22中。
根据替代实施例，参见图5，其公开了多通阀1的第三实施例，弹簧构件18连接到电枢8，并且驱动本体17连接到弹簧构件18，例如通过使最外面的弹簧匝/多个弹簧匝相应地按压到电枢8的销24上并且按压到驱动本体17的弹簧25上。根据另一替代实施例，参见图6，其公开了多通阀1的第四实施例，驱动本体17由可伸缩地布置在电枢8的孔26中的杆构成。弹簧构件18位于孔26的底部处。其他等效解决方案也是可以想到的。
本发明可行的修改形式
本发明并不仅仅限于如上所述和如图所示的实施例，这些实施例主要具有图示和示例性的目的。本专利申请旨在涵盖本文所述的优选实施例的所有调节和变型，因此本发明由所附权利要求的措辞限定，并且可以在所附权利要求的范围内以各种方式修改设备。
还应指出的是，所有关于/涉及例如上、下、上方、下方等的术语的信息应当按照附图取向的设备进行理解/阅读，附图取向成能够以正确的方式阅读附图标记。因此，类似的术语仅表示所示实施例中的相互关系，如果根据本发明的设备设置有另外的结构/设计，那么这些关系可以改变。
应当指出的是，即使没有明确地声明将特定实施例的特征与另一个实施例中的特征相组合，这在可能的情况下应被认为是显而易见的。

Claims (13)

1.一种用于致动器的多通阀，所述致动器用于物体的轴向位移，所述多通阀包括控制压力通道(5)，并且被构造成经由所述控制压力通道(5)传递可调节的控制压力，所述多通阀(1)包括：
-第一控制流体通道(11)，所述第一控制流体通道在第一开口(12)和所述控制压力通道(5)之间延伸，
-第二控制流体通道(13)，所述第二控制流体通道在第二开口(14)和所述控制压力通道(5)之间延伸，
-阀本体布置结构(15)，所述阀本体布置结构布置在所述第一控制流体通道(11)和所述第二控制流体通道(13)中，以及
-电控装置(6)，所述电控装置具有驱动构件(7)和电枢(8)，
所述电枢(8)能够在所述驱动构件(7)的作用下在非活动位置和活动位置之间来回移动，其中所述多通阀(1)被构造成通过所述电枢(8)从非活动位置到活动位置的运动来将所述阀本体布置结构(15)移动到所述第一控制流体通道(11)关闭并且所述第二控制流体通道(13)打开的活动位置，并且所述电控装置(6)还包括连接到所述电枢(8)的驱动本体(17)和布置在所述电枢(8)和所述驱动本体(17)之间的弹簧构件(18)，其特征在于，所述驱动本体(17)布置在所述第一控制流体通道(11)中，所述驱动本体(17)被构造成当所述电枢(8)位于活动位置中时邻接所述阀本体布置结构(15)和处于压缩状态的所述弹簧构件(18)。
2.根据权利要求1所述的多通阀，其中所述阀本体布置结构(15)沿着朝向非活动位置的方向偏置，在所述非活动位置中，所述第二控制流体通道(13)关闭并且所述第一控制流体通道(11)打开。
3.根据权利要求1或2所述的多通阀，其中所述第一控制流体通道(11)由控制流体出口通道构成，并且所述第一开口(12)由控制流体出口构成。
4.根据权利要求1或2所述的多通阀，其中所述第二控制流体通道(13)由控制流体入口通道构成，并且所述第二开口(14)由控制流体入口构成。
5.根据权利要求1或2所述的多通阀，其中所述第二开口(14)被构造成连接到控制流体源(HP)，并且其中所述第一开口(12)被构造为连接到控制流体槽(LP)。
6.根据权利要求1或2所述的多通阀，其中所述电枢(8)在其自由端部中包括容纳所述驱动本体(17)和所述弹簧构件(18)的腔体(22)。
7.根据权利要求1或2所述的多通阀，其中所述弹簧构件(18)由螺旋弹簧构成。
8.根据权利要求1所述的多通阀，其中所述阀本体布置结构(15)包括布置在所述第一控制流体通道(11)中的第一阀本体(19)和布置在所述第二控制流体通道(13)中的第二阀本体(20)，其中所述多通阀(1)被构造成通过所述电枢(8)从非活动位置到活动位置的运动而将所述第一阀本体(19)移动到所述第一控制流体通道(11)关闭的活动位置并将所述第二阀本体(20)移动到所述第二控制流体通道(13)打开的活动位置。
9.根据权利要求8所述的多通阀，其中所述第一阀本体(19)是球形的。
10.根据权利要求8或9所述的多通阀，其中所述第二阀本体(20)是球形的。
11.根据权利要求1或2所述的多通阀，其中所述电控装置(6)由电磁装置构成。
12.根据权利要求11所述的多通阀，其中所述电磁装置(6)的驱动构件(7)由线圈构成。
13.一种用于物体的轴向位移的致动器，其特征在于，所述致动器包括根据权利要求1-12中任一项所述的多通阀(1)。
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