CN108391461B - 用于太阳能板的枢转展开驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于太阳能板(2)的枢转展开驱动器(3)，具有底座支承部(9)；旋转台(12)，该旋转台绕基本竖直的第一轴线(6)枢转安装在所述底座支承部(9)上；转盘(16)，该转盘绕基本水平的第二轴线(7)枢转安装在所述旋转台(12)上，以及展开轴(18)，该展开轴绕第三轴线(5)枢转安装在所述转盘(16)上，并且所述太阳能板(2)可以绕前述第三轴线(5)安装在所述展开轴上，使得所述太阳能板能够叠合或展开，其中，所述旋转台(12)绕前述第二轴线(7)承载所述转盘(16)的一端(15)，并且与该一端相间隔一定距离地承载至少一个曲柄(20)，所述曲柄经由连杆(23)与所述转盘(16)的另一端(24)联接以形成四连杆机构。

Description

用于太阳能板的枢转展开驱动器
技术领域
本发明涉及一种用于太阳能板的枢转展开驱动器，其具有底座支承部；旋转台，该旋转台以绕基本竖直的第一轴线枢转的方式安装在所述底座支承部上；转盘，该转盘以绕基本水平的第二轴线枢转的方式安装在所述旋转台上；以及展开轴，该展开轴以绕第三轴线枢转的方式安装在所述转盘上，并且所述太阳能板可以安装在该展开轴上以使其能够绕所述第三轴线叠合和展开。
背景技术
能够利用这种驱动器展开并能够根据太阳位置调整的太阳能板从例如同一申请人的AT 509.886 B1,AT 512.680 B1 and AT 513.875 B1中获知。通过转动在其上安装有太阳能板的展开轴，可以将上述文献中的太阳能板从受保护位置展开至展开的运行位置，反之亦然，其中，在所述受保护位置中，各个太阳能板一上一下基本叠合地码垛。为此，该堆码中最上面(或最下面)的太阳能板非转动连接于所述展开轴，而余下的太阳能板可转动地布置在该展开轴上，并且，在展开和叠合操作过程中利用棘爪(dogs)带动下一太阳板——其继而带动再下一太阳板，以此类推。在该展开的操作位置，太阳能板可以通过枢转所述旋转台和转盘按照方位角和仰角来对准太阳。
发明内容
本发明的目的在于，创造一种枢转展开驱动器，用于这种太阳能板，其比已知设计结构简单、占地较小且较少出故障。
该目的通过在本介绍中所描述类型的枢转展开驱动器来实现，根据本发明，该枢转展开驱动器的特征在于，旋转台安装有绕前述第二轴的所述转盘的一端，并且与该一端相间隔一定距离地安装有至少一个曲柄，该曲柄利用连杆与所述转盘的另一端联接以形成曲柄摇杆机构。
由旋转台、转盘、曲柄和连杆构成的曲柄摇杆机构的结构产生了非常紧凑省空间的设计，该设计中所述转盘可以转入例如出于保护目的的静止位置，在该位置，该转盘可以基本平行于所述旋转台并在该旋转台的上方放置。出于传输目的，可以将转盘转出到大致竖直的端部位置，所述曲柄和所述连杆在该位置中优选基本上是延伸的。例如展开头部受到的冲击引起的力作用在轴线轴承上而不作用在更灵敏的曲柄轴线处的曲柄摇杆机构部分上。同时，它仅仅需要极其少的部件，尤其是曲柄和连杆，以便为转盘构造枢转装置，从而简化制造。对转盘的曲柄摇杆机构的使用也引起极其不易出故障的操作，因为曲柄完全保持能够转动，因此驱动曲柄的电动机的意外超速无论如何都不能使电动机或机构变得受阻或损坏。
曲柄的安装轴线在旋转台上的位置优选比第二轴线低，通过确定曲柄、连杆的合适尺寸和距离旋转台和转盘的有效连接距离，所述机构可以用于将转盘例如从水平静止位置，通过任意倾斜位置，枢转到竖直端部位置，从而转盘可以跟随太阳的位置。
根据本发明的优选特征，当旋转台具有两个向上突出的轴承臂，在所述轴承臂之间安装有前述转盘的一端时，则提供了一种特别强健且省空间的实施方式。出于同样的原因，两个曲柄优选分别设置有一个连杆，在连杆之间安装有前述的转盘的另一端。
在优选的实施方式中，所述曲柄可以坐落在共同轴上，该轴安装在旋转台的轴承座中，从而两个曲柄可以仅仅需要一个驱动器。在此，如果旋转台设置轴承臂和轴承座的话，旋转台特别可以一件式、优选作为铸造件来制造，这显著简化了制造时驱动器的最后装配。
本发明的枢转展开驱动器可以人工驱动。然而，电动机运行的设计，更特别地，太阳能板面向太阳位置的全自动调整的设计以及例如为了在夜间或风雨时将其带入受保护的叠合位置而对太阳能板全自动叠合和展开的设计是优选设计。
为此目的利用本领域已知的任何驱动器来实施绕前述三个轴线的枢转运动，例如，液压或气压驱动器或电动伺服电动机，例如缓慢转动或齿轮减速电动机或步进电动机。在此，本领域已知的任何齿轮机构，例如行星齿轮系和例如行星斜齿轮的斜齿轮可以用作为齿轮机构。
在本发明的优选实施方式中，使用具有减速蜗轮传动装置的电动机，即，优选经由第一蜗轮传动装置由安装在旋转台上的第一电动机来驱动一个或多个所述曲柄；和/或经由第二蜗轮传动装置由安装在底座支承部上的第二电动机来驱动所述旋转台；和/或经由第三蜗轮传动装置由安装在转盘上的第三电动机来驱动展开轴。
根据本发明的另一方面，代替为展开轴提供专门的第三驱动器，可以额外为该目的使用另两个驱动器中的一个：通过将展开轴选择性联接至旋转台或其驱动器，或联接至转盘或其驱动器，可以在旋转台方位角旋转或转盘仰角枢转期间使太阳能板展开或收起。按所期望的对太阳能板展开或收起之后，可以再次释放所述联接器，并且可以仅仅为了方位角和仰角调整而再次使用旋转台的驱动器和转盘的驱动器。
如果具有以下特征则是尤其有利的：所述旋转台的驱动器被共用于对所述展开轴的驱动，即所述展开轴可以经由联接器由旋转台或其驱动器驱动，同时所述联接器通过转盘的枢转而被自动致动。特别是，因此在所述转盘的静止位置上将所述联接器关闭，在转盘的偏离静止位置的转动位置上将其打开。例如，转盘的静止位置是其水平位置，在所述旋转台上方平行并相对于所述旋转台叠合而放置，在该位置上所述联接器关闭。现在，所述旋转台驱动器可以用于展开太阳能板，于是，利用所述转盘驱动器使这些太阳能板在其仰角上与太阳对准，然后释放联接器并使旋转台驱动器仅仅为方位角调整时可再次使用。
本发明的优选实用实施方式的特征在于，由小齿轮和齿圈形成联接器，所述小齿轮经由齿轮轴被旋转台驱动，所述齿圈坐落在展开轴上，当所述转盘被枢转进入静止位置时，所述齿圈与所述小齿轮啮合，并且当所述转盘被枢转离开静止位置时，所述齿圈与所述小齿轮分离。这产生了在转盘枢转时旋转台驱动器和展开轴之间联接器的自动啮合和分离。
为了防止在操作过程中一旦为分离方位角和仰角驱动器而释放了前述联接器就发生展开轴的意外旋转，根据本发明的另一优选特征，可以相对于转盘经由另一联接器选择性旋转性固定该展开轴。该另一联接器还可以随转盘的转动运动而被自动致动，更特别地，尤其是该另一联接器在转盘的静止位置上打开，在转盘的偏离静止位置的转动位置上关闭。在该变形例的优选实施例，用于该目的的所述另一联接器可以是旋转性固定在展开轴并被弹簧加载抵在转盘的制动表面上的制动盘，并且在将转盘枢转到静止位置上时可以通过旋转台的致动构件使所述制动盘远离制动表面，从而能使该第二联接器以不易出故障的方式自动致动。可替换性地，另一联接器为弹簧加载的制动小齿轮时也能够实施，该制动小齿轮旋转性固定在转盘上，但轴向可移动，并且其具有用于与齿圈啮合的制动齿，并且，当转盘枢转至静止位置时，所述制动小齿轮克服弹簧负载而被压迫与所述齿圈脱离。
附图说明
以下参考附图所显示的示例性实施方式，更详细地解释本发明。
图1和2均从斜上方观察以示意透视图方式示出了具有能展开的太阳能板的、分别在两个不同运行位置上的太阳能模块。
图3和4根据本发明、特别是以从斜上方观察的透视图的方式(图3)，以从斜下方观察的透视图的方式(图4)示出了用于图1和2的在两个不同运行位置上的太阳能模块的枢转展开驱动器。
图5至7以侧视图(图5)、俯视图(图6)、后视图(图7)方式示出图3和4的所述枢转展开驱动器；以及
图8至11以截面的方式示出了图3至7的枢转展开驱动器分别在两个不同运行位置上的两种可替换实施方式的变形例。
具体实施方式
图1和2示出了太阳能模块1具有多重薄片状太阳能板2，所述太阳能板2安装在锚固件4，使其能利用枢转展开驱动器3被旋转和展开。太阳能板2则可以从图1所示的第一叠合位置展开成图2所示的展开位置，在所述第一叠合位置，太阳能板2基本以堆码方式一上一下地叠合布置，在所述第二展开位置，太阳能板2可以绕共同的展开轴线5展开，然后进入使它们基本相邻布置的位置中，反之亦然。在此，借助于所述枢转展开驱动器3，可以在方位角上绕第一基本竖直轴线6、在仰角上绕第二基本水平轴线7调整所述展开轴线5，以便将展开的太阳能板2与太阳对准并追踪太阳。如所显示的，锚固件4可以为任何类型，例如为所示的柱或支架，但也可以为建筑部分、地板锚固件、轮船部分、车辆、集装箱等等。
如所显示的，该太阳能板2例如具有优选带有圆角的圆形段的形式(“花瓣形”)，并且优选在其展开位置(图2)上彼此补充成完整的圆——虽然并非必须这样。例如，设置了十二个太阳能板2，圆形段角度均大致为30°，其中太阳能板2相对于其相邻太阳能板2的展开或枢转角度相应地为大致30°。
每个太阳能板2在其上侧具有例如以晶体状或有机形态或使用薄膜技术生产的光伏电池8的平面阵列。为清楚起见，太阳能板2和太阳能电池8的电气连接件和电路未示出；例如，太阳能板2经由锚固件4上或枢转展开驱动器3上的柔性连接缆线或环路触体或硬质触环而被接触，并且与另外的电力传输电气系统连接。
图3至9详细示出了用于太阳能板2的枢转展开驱动器3。枢转展开驱动器3包括在此是环形凸缘形式的底座支承部9，例如可以利用孔10将底座支承部9拧入锚固件4的上端上。旋转台12经由滚珠轴承11安装在底座支承部9上，使得该旋转台至少能够枢转，优选能够完全绕轴线6旋转。
旋转台12在其一端13处具有两个轴承臂14，所述轴承臂14向上突出并彼此间隔一定距离，并且转盘16的一端15以绕轴线7枢转的方式安装在两个轴承臂之间。转盘16也可以按另一种方式安装在旋转台12上使其能够枢转，例如可以借助于铰链安装。应当注意的是，术语“旋转台”和“转盘”并不按字面与台子和盘子的形状相关，而是与特殊组件的功能相关，即旋转台12也可以具有不同于台子形状的形状，例如可以具有毂形、轴连接片形、块形等；转盘16还可以具有不同于盘子形状的形状，例如毂形、连接片形、块形或任意形状的支承部。
展开轴18经由滚珠轴承17安装在转盘16上或转盘16中，使得该展开轴至少能够枢转，优选能够完全绕展开轴线5旋转。只在图3至9中(以环形凸缘形式)显示了展开轴18的驱动侧一端，并且该展开轴18的其余部分(图2中可见)可以经由孔19用凸缘安装至所述端部并携带太阳能板2。通过旋转展开轴18，将太阳能板2从叠合位置(图1)带入展开位置(图2)，反之亦然。为此，堆码(图1)的最上面(最下面)的太阳能板2例如可以不可转动地连接于展开轴18，而最下面(最上面)的太阳能板2可以不可转动地连接于转盘16，其中在展开或叠合操作过程中，每个太阳能板2利用拖轨、拖钩、棘爪等带动相邻的太阳能板2，直到所有的太阳能板2已经展开或收起。
可以利用太阳能板2在这种拖动中一个滑动越过另一个从而清洁所述太阳能板2。为此，每个太阳能板2(除最下面的太阳板2之外)在其后侧设置有清扫唇边，当太阳能板展开时该清扫唇边清扫在下方布置的相应太阳能板2。例如，清扫唇边可以是橡胶唇边或刷子唇边并且同时可以形成拖轨。
转盘16借助于至少一个(在此为两个)曲柄20相对于旋转台12枢转，所述曲柄20坐落在共同轴21上，并且安装在旋转台12的轴承座22中，更特别地，使得轴21的轴线21’与转盘16的枢转轴线7平行且相间隔一定距离放置。轴承座22可以由轴承臂14的脚步区域形成或与该区域分开形成。
曲柄20利用连杆23在其远离轴21的端分别联接于转盘16在铰链轴线25处的与端15相对的另一端24。
由旋转台12、转盘16、曲柄20和连杆23构成的四部分形成了四连杆机构，更特别地，形成了曲柄摇杆机构，其“曲柄”由曲柄20形成，其“摇杆”由转盘16形成，其“机架”由旋转台2形成，并且其“联接构件”由连杆23形成。轴线21’和转动轴线7之间的机架长度、转动轴线7和铰链轴线25之间的摇杆长度以及曲柄20和连杆23的有效长度决定了曲柄摇杆机构的运动学特性，这是本领域所公知的。前述的各个长度优选(但不是必然地)选定为使得转盘16从大致水平的静止位置(图3)向大致竖直的结束位置(图4)进行大致90°的枢转运动，并在曲柄20执行全程旋转时返回。
在此，曲柄20的轴线21’优选与转轴7偏置并在该转轴7的下方放置，以便于当曲柄20和连杆23在其最大缩短位置中时，在静止位置(图3)上的所述转盘16大致平行于旋转台12并在旋转台12上方放置。这在静止位置(图3)上产生了非常小的空间需求。在图4的最大转出端位置上，曲柄20和连杆23处于其最大延伸位置。
在最简单的情况下，枢转展开驱动器3绕轴线5、6、7的一个或多个轴线的运动可以人工进行。然而，优选通过相应的驱动器，例如液压缸或气缸、伺服电动机、步进电机等来产生绕轴线5、6、7的一个或多个轴的运动。第一实施方式在图3至7中示出，其中为三个运动的每一个运动提供齿轮减速电动驱动器。
为此，具有用凸缘安装的斜齿轮27的第一电动机26安装于旋转台12上，并且利用第一蜗轮传动装置28驱动其中一个曲柄20或其轴21。第一蜗轮传动装置28例如包括利用斜齿轮27被电动机26驱动的蜗杆，所述蜗杆接合于坐落在曲柄20或轴21上的蜗轮中。
具有凸缘安装的斜齿轮30的第二电动机29安装在底座支承部9上并利用第二蜗轮传动装置31驱动旋转台12，所述第二蜗轮传动装置31例如包括接合于旋转台12的蜗轮中的蜗杆。
具有凸缘安装的斜齿轮33的第三电动机32安装在转盘16上并例如还是借助于接合于连接至展开轴18的蜗轮中的蜗杆，利用第三蜗轮传动装置34来驱动展开轴18。
应当理解的是，代替一个或多个蜗轮传动装置，也可以使用其它合适的齿轮机构，例如直齿圆柱齿轮、行星齿轮系或诸如锥齿轮、冠齿轮或行星斜齿轮的斜齿轮，更特别地，均以一个或多个齿轮级的方式使用上述齿轮机构。
图8至11示出了用于展开轴18的驱动器的第二实施方式变形例，其中，更特别地，并不为其提供独立的电动驱动器，而是为此选择性地共用旋转台12的驱动器。为此，具有大致竖直转动轴线的齿轮轴35安装在旋转台12和/或其轴承座22之一上的轴承36、37中。齿轮轴35在其下端具有小齿轮38，该小齿轮与齿圈39啮合，该齿圈在底座支承部9的凸缘40的外圆周上形成。当旋转台12相对于底座支承部9或其凸缘40旋转时，齿轮轴35则被设定为旋转。
在其上端，齿轮轴35携带另一小齿轮41，该小齿轮在转盘16的向下枢转位置(图8和10)与齿圈42啮合，所述齿圈在所述展开轴18的外圆周上形成。在该位置，所述第二电动机29则既驱动旋转台12，又经由小齿轮41和齿圈42的啮合来驱动展开轴18，使得在绕轴线6的旋转发生的同时太阳能板2绕轴线5展开或叠合。
小齿轮41和齿圈42则在旋转台12或其驱动器和展开轴18之间形成联接器，所述联接器在图8和10中显示的转盘16的静止位置中关闭。当所述转盘被向上枢转，该联接器打开(见图9和11)，即，小齿轮41和齿圈42分离，从而所述电动机29现在可以仅仅用于绕轴线6的旋转驱动而被再次使用，即，用于对太阳能板2的方位角调整。
当转盘16分别向下或向里枢转到静止位置(图8和10)时，再次关闭联接器41、42，并且电动机29则此外再次用于例如太阳能板2的叠合。
如果需要，堆码的太阳能板2可以在叠合位置通过绕转轴7旋转而向下枢转，使得太阳能板采用如图1所示向下悬挂的位置，在这一位置保护太阳能板免受风和天气影响。
应当注意的是，代替旋转台驱动器的第二电动机29，用于转盘的第一电动机26也可以被共用以用于展开轴18的选择性驱动，在这种情况下，在转盘16或其驱动器26和展开轴18之间设置类似的联接器。
当在偏离静止位置(图8和10)的位置上释放展开轴18的联接器41、42时，另一联接器可以被用于暂时将所述展开轴18相对于转盘16旋转性固定，以避免对太阳能板2的叠合或展开位置的意外改变，尤其在其方位角和仰角调整的过程中。图8和9的变形例中的另一联接器包括制动盘45，该制动盘不可转动地连接于展开轴18并被弹簧44弹簧加载抵在转盘16的制动表面43上。当向下枢转所述转盘16进入静止位置时，利用安装在旋转台12上的致动构件46使制动盘45远离制动表面43，见图8。当向上枢转所述转盘16时，致动构件46变为与制动盘45分离，使得制动盘被弹簧44压在制动表面43上，从而相对于转盘16旋转性固定展开轴18。因此，在转盘16的静止位置打开另一联接器43-46，并且在偏离转盘16的其转动位置上关闭另一联接器43-46。
代替所示出的联接器43-46的制动盘/制动表面设计，也可以使用使展开轴18能如所示暂时固定的任何其它种类的联接器。
例如，根据图10和11所示的变形例，所述另一联接器的制动功能可替换地通过具有制动齿48的制动小齿轮47等来获得，在图10所示的位置上，所述制动小齿轮47例如与所述齿轮轴35相一致地、不可转动但轴向可移动地，即，图10中描述的竖直可移动地安装在转盘16上，所述制动小齿轮47被弹簧49向下弹性加载。当转盘16向上枢转(图11)时，以被弹簧加载的方式压迫该制动小齿轮47，其制动齿48与齿圈42相啮合，从而该制动小齿轮47转动性固定所述齿圈。在转盘16的静止位置(图10)，所述制动小齿轮克服其弹簧加载从齿轮轴35滑动脱离，从而释放所述齿圈42。
应当注意的是，联接器41、42和43-49也能够人工或利用例如可以由电子设备单元控制的电动驱动构件来驱动，所述电子设备单元也相应控制电动机26和29。
本发明不限于所呈现的实施方式，而是包括落入所有由所附权利要求的范围内的所有变形、修改和组合。

Claims (15)

1.一种用于太阳能板(2)的枢转展开驱动器(3)，包括
底座支承部(9)，
旋转台(12)，该旋转台以绕基本竖直的第一轴线(6)枢转的方式安装在所述底座支承部(9)上，
转盘(16)，该转盘以绕基本水平的第二轴线(7)枢转的方式安装在所述旋转台(12)上，以及
展开轴(18)，该展开轴以绕第三轴线(5)枢转的方式安装在所述转盘(16)上，并且所述太阳能板(2)在所述展开轴上是可安装的绕前述第三轴线(5)叠合或展开，其特征在于，
所述旋转台(12)安装有绕前述第二轴线(7)的所述转盘(16)的第一端(15)，并且与该第一端相间隔一定距离地安装有至少一个曲柄(20)，所述曲柄利用连杆(23)与所述转盘(16)的第二端(24)联接以形成曲柄摇杆机构，其中，所述展开轴(18)经由联接器被所述转盘(16)或其驱动器(26-28)驱动，或经由联接器(41,42)被所述旋转台(12)或其驱动器(29-31)驱动。
2.根据权利要求1的枢转展开驱动器，其特征在于，所述至少一个曲柄(20)的安装轴线(21’)在所述旋转台(12)上的位置位于所述第二轴线(7)下面。
3.根据权利要求1的枢转展开驱动器，其特征在于，所述旋转台(12)具有两个向上突出的轴承臂(14)，所述转盘(16)的前述第一端(15)安装在所述轴承臂之间。
4.根据权利要求1的枢转展开驱动器，其特征在于，所述至少一个曲柄(20)包含两个曲柄(20)，该两个曲柄(20)分别设置有对应的连杆(23)，所述转盘(16)的前述第二端(24)安装在所述连杆(23)之间。
5.根据权利要求4的枢转展开驱动器，其特征在于，所述两个曲柄(20)安装于共同轴(21)，该共同轴安装在所述旋转台(12)的轴承座(22)中。
6.根据权利要求1的枢转展开驱动器，其特征在于，所述旋转台(12)以一件式来制造。
7.根据权利要求1的枢转展开驱动器，其特征在于，所述至少一个曲柄(20)经由第一蜗轮传动装置(28)被安装在所述旋转台(12)上的第一电动机(26、27)驱动。
8.根据权利要求1的枢转展开驱动器，其特征在于，所述旋转台(12)经由第二蜗轮传动装置(31)被安装在所述底座支承部(9)上的第二电动机(29、30)驱动。
9.根据权利要求1的枢转展开驱动器，其中，所述展开轴(18)经由联接器(41、42)被所述旋转台(12)或其驱动器(29-31)是可驱动的，其特征在于，所述联接器(41、42)通过所述转盘(16)的枢转来致动。
10.根据权利要求9的枢转展开驱动器，其特征在于，所述联接器(41、42)在所述转盘(16)的静止位置上关闭，并在所述转盘(16)的偏离所述静止位置的转动位置上打开。
11.根据权利要求10的枢转展开驱动器，其特征在于，由小齿轮(41)和齿圈(42)形成联接器(41、42)，所述小齿轮经由齿轮轴(35)被旋转台(12)驱动，所述齿圈(42)坐落在所述展开轴(18)上，当所述转盘(16)被枢转进入静止位置时，所述齿圈(42)与所述小齿轮(41)啮合，并且当所述转盘(16)被枢转离开静止位置时，所述齿圈(42)与所述小齿轮分离。
12.根据权利要求1的枢转展开驱动器，其中，所述展开轴(18)经由联接器(41,42)被所述旋转台(12)或其驱动器(29-31)是可驱动的，其特征在于，所述展开轴(18)利用另一联接器(43-49)相对于所述转盘(16)旋转性固定。
13.根据权利要求12的枢转展开驱动器，其特征在于，所述另一联接器(43、49)在所述转盘(16)的静止位置上打开，并在所述转盘(16)的偏离所述静止位置的转动位置上关闭。
14.根据权利要求13的枢转展开驱动器，其特征在于，所述另一联接器是制动盘(45)，所述制动盘(45)与所述展开轴(18)旋转性固定并被弹簧加载抵在所述转盘(16)的制动表面(43)上，并且当所述转盘(16)被枢转到静止位置上时可以通过所述旋转台(12)的驱动构件(46)使所述制动盘(45)远离所述制动表面(43)。
15.根据权利要求13的枢转展开驱动器，其特征在于，所述另一联接器(43-49)为弹簧加载的制动小齿轮(47)，该制动小齿轮(47)在所述转盘(16)上旋转性固定但轴向可移动，并且其具有用于与所述展开轴(18)上的齿圈(42)啮合的制动齿(48)，并且，当所述转盘(16)枢转至静止位置上时，所述制动小齿轮受压以克服弹簧负载而与所述齿圈(42)脱离。
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