CN112203869A - 包括波状沟槽和刀槽的轮胎胎面 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种胎面(1)，所述胎面(1)包括至少两个纵向定向的沟槽(31、41、42)，其中至少一个波形沟槽(31)在胎面的胎面表面(10)上开口，至少一个以胎面的纵向方向定向的肋部(21)由至少一个所述波状沟槽界定，每个波状沟槽(31)包括在胎面表面上开口的外部空腔(311)和隐藏在胎面厚度中的内部空腔(312)，在处于崭新状态下的胎面表面(10)上开口的每个波状沟槽(31)的外部空腔(311)具有轮廓(310)，所述轮廓(310)间隔最远的端点A和B的距离为Lm，宽度为Ln的肋部(21)包括多个以平均间距Pi定位的横向刀槽(5)，该胎面满足：‑外部空腔(311)的轮廓(310)的长度Lm等于或大于间距Pi的整数N倍直至至多等于该间距Pi的整数N倍的25％的数，‑在处于崭新状态下，同一肋部(21)的N+1个横向刀槽(5)通向与所述肋部接壤的每个开口空腔(311)，这些横向刀槽中的一个(51)在接近于轮廓(310)的端点A在距该点A的距离D1处开口，另一个横向刀槽(52)在接近于轮廓(310)的另一个端点B在距该点B的距离D2处开口，这两个距离D1和D2之间的差值最多等于5mm。

Description

包括波状沟槽和刀槽的轮胎胎面
技术领域
本发明涉及轮胎胎面，更具体地涉及这些胎面的胎面花纹，所述胎面在雨天排水方面的性能更持久，这些胎面还具有改进的磨损性能；本发明还涉及设置有这种胎面的轮胎。
背景技术
以已知的方式，重型负载车辆在雨天中行驶的条件需要快速清除在轮胎(更具体地轮胎胎面)与道路表面接触的区域中可能存在的水，从而确保制成胎面的材料确实与该道路表面接触。没有在轮胎前方和侧面被推走的水流进或部分地收集在轮胎胎面中形成的切口或空隙中。
在轮胎的整个使用寿命中，在其崭新状态与由于磨损达到制造商根据现行法规设定的极限而将其去除之间，这些切口或空隙形成的流动网络需要持久，也就是说，能够保持有效。
对于旨在用于重型负载车辆的转向车轴或荷载车轴的轮胎，通常的实践是在这些轮胎的胎面上形成周向沟槽(或纵向沟槽)，其深度等于胎面的总厚度(该总厚度未考虑可以为通过称为再开槽的操作而使沟槽部分翻新而设置的厚度)。由此，无论该胎面的磨损程度如何，都可能获得排水性能总是在最小性能(称为安全性能)之上的胎面。
对于现有技术的轮胎，按通常的规律，在崭新状态时的总空隙体积介于旨在于行驶期间磨损的胎面的总体积的10％和25％之间(总体积对应于材料的体积加上所述总空隙体积)。已发现这些轮胎在接地面中的可用空隙体积在崭新状态中相对较高(可用空隙体积意指该体积潜在地能够部分地或完全地充满道路表面上存在的水)。当轮胎受到其特别地由欧洲E.T.R.T.O.标准定义的标称充气和荷载条件时，评估在接地面中在胎面表面上开口的空隙体积。
虽然切口(或更一般地，空腔)对于在与道路表面接触的接地面中排出水是不可或缺的，但是所导致的胎面上材料体积的减少可能明显地影响该胎面的磨损性能，并且由于所述胎面的磨损率上升，结果可能缩短轮胎的使用寿命。
在可以在胎面中模制的切口之中，在沟槽和刀槽之间进行区分，刀槽不同于沟槽，当处于接地面中时，刀槽的宽度适于使限定刀槽的相对的壁至少部分地相互接触。沟槽导致压缩和剪切刚度的降低，这是因为，与由刀槽(当处于接地面中时，其壁相互抵靠)限定的部分相比，这些沟槽限定的材料部分能够变形。当存在沟槽时，刚度的这种降低导致变形增大，并且易于使得胎面的磨损性能下降。在设定的行驶距离内观察到更大的磨损，这对应于胎面磨损率的增大。此外，由于与制成胎面的材料的变形循环相关的滞后性损失增加，因此观察到装备有这种轮胎的车辆的滚动阻力的增大，并因此燃料消耗增大。
为了限制与存在沟槽而相关的刚度的降低，已经提出了专利公开WO 2011/039194中描述的解决方案。根据该解决方案，提出了形成一种旨在用于重型负载车辆的轮胎的胎面，该胎面设置有多个波状沟槽，这些沟槽在胎面的厚度上起伏，并在崭新胎面表面上以规则或不规则的间隔不连续地开口。每个波状沟槽具有多个在胎面表面上开口的外部空腔，这些外部空腔在波状沟槽的主要方向上相互间隔开。波状沟槽的主方向对应于在覆盖有水的地面上行驶时沟槽中水的流动方向。除外部空腔之外，所述波状沟槽还包括多个在胎面内部形成的内部空腔，这些内部空腔位于外部空腔之间，在径向上且完全地位于处于崭新状态的胎面表面的内侧。内部空腔可以设计成位于胎面厚度中的不同深度水平。
此外，通过连结空腔或中间空腔的存在，确保了水(或更通常的流体)在每个崭新波状沟槽中的连续流动，每个连结空腔将外部空腔连接至内部空腔。每个连结空腔具有两个端部，这些端部中的一个连接至内部空腔，另一个端部连接至外部空腔。
提供了刀槽以将内部空腔和连结空腔连接至崭新胎面表面；这些刀槽使得在胎面的胎面表面下方形成的空腔更易于模制和脱模。
由于这些连结空腔(连接内部空腔和外部空腔)的存在，当行驶在覆盖有水的道路表面上时，可以确保水从外部空腔循环至内部空腔，由此获得合适的排水和胎面的良好热通风。另外，由于这种胎面结构，与完全向崭新胎面表面开口的沟槽相比，所有腔的体积都减小了，这些沟槽的深度对应于内部空腔的底部。因此，这种波形沟槽使得可以限制与沟槽的存在直接相关的崭新胎面的刚度的降低。
这种类型的波形沟槽当然可以与至少一个沟槽组合使用，所述沟槽在其整个长度上从崭新胎面开始在胎面表面开口。
这种类型的波形沟槽可以被描述为崭新胎面表面上不连续开口的崭新沟槽。
已经发现，仅波形沟槽的单独存在不能实现在某些重型负载车辆的牵引和制动下达到所需的抓地力水平，因此有必要在胎面表面上具有多个新的刀槽开口以对这些沟槽进行补充，从而产生额外的边缘角长度，以有利于在所谓的“湿滑”条件(特别是在覆盖有水的地面上)下获得良好的牵引力和良好的抓地力。
还发现，这些刀槽与波形沟槽(特别是在崭新时包括开口空腔和隐藏空腔的波形沟槽)的组合，如果上述组合管理不当，可能会导致不均匀磨损。在此，所谓不均匀磨损是指并非均匀地分布在整个胎面表面上的磨损，而是与其他区域相比，其中某些区域变得更加磨损。这种不均匀磨损可能导致轮胎过早地从车辆上去除以便更换崭新的轮胎，这大大增加了单位行驶距离的行驶成本。
定义：
每个外部空腔包括相对的壁，这些壁通过形成外部空腔的底部的底部连接在一起。相对的壁之间的距离定义外部空腔的最大宽度。外部空腔的底部最远离胎面内侧的点与崭新胎面表面的点之间的距离定义了外部空腔的深度。每个外部空腔在胎面表面上具有最大的开口长度，该长度当所述外部空腔是崭新的时在边缘角轮廓的最远间隔的点之间进行测量。
胎面的胎面表面对应于当配备有这种胎面的轮胎行驶时可以与道路表面接触的胎面的所有基本表面。
在本文中，径向方向意指垂直于轮胎的旋转轴线的方向(该方向对应于胎面的厚度的方向)。
横向方向或轴向方向意指平行于轮胎的旋转轴线的方向。
周向方向或纵向方向意指与以旋转轴线为中心的任何圆相切的方向。该方向垂直于轴向方向和径向方向。
在设置有该胎面的轮胎的赤道正中平面上，在崭新状态中，在胎面表面与胎冠增强件的径向最外部分之间，测量胎面的总厚度。
在行驶期间，胎面具有待磨损的材料的最大厚度，通常，该待磨损的材料的最大厚度小于胎面的总厚度。
赤道正中平面是垂直于旋转轴线的平面，将轮胎分为两个相等的两半。
轮胎的通常行驶条件或使用条件由用于在欧洲行驶的E.T.R.T.O.标准定义；这些使用条件规定了与轮胎的承载能力(如轮胎的负载指数和速度额定值所示)相对应的参考充气压力。这些使用条件也称为“标称条件”或“工作条件”。
发明内容
本发明的目的是提出一种胎面，所述胎面包括至少一个纵向定向的波状沟槽(即，在设置有所述胎面的轮胎上周向的沟槽)，该胎面具有适当的抓地力水平，特别是在覆盖有水的地面上，不会产生不均匀磨损，同时限制了行驶噪音。对于该胎面，还减少了由于夹带石头或过度局部变形而引起开裂的风险。
为此，根据本发明的胎面包括胎面表面，在行驶期间待磨损的材料的厚度，该厚度垂直于胎面表面延伸。该胎面设置有胎面花纹，该胎面花纹由在胎面的胎面表面上开口的至少两个纵向定向的沟槽形成，并且其中至少一个是波状沟槽。该胎面包括至少一个肋部，该肋部沿胎面的纵向方向定向并且由至少一个所述波形沟槽界定。每个波状沟槽包括在胎面表面上开口的外部空腔和隐藏在胎面厚度内的内部空腔。
每个波形沟槽的外部空腔在崭新胎面表面上开口，外部空腔轮廓的间隔最远的端点A和B由纵向距离Lm间隔开，该距离Lm为每个外部空腔的轮廓在纵向方向上的最大长度。每个外部空腔具有深度Ho。
宽度为Ln(等于界定所述肋部的沟槽之间的距离中的最短距离)的肋部包括以平均间距Pi形成的多个横向刀槽(也就是说，刀槽以与纵向方向成45度或更大的角度定向)。刀槽的深度至少等于界定所述肋部的波形沟槽的外部空腔的深度Ho。
所述胎面的特征在于：
-外部空腔的轮廓的纵向长度Lm等于或大于间距Pi的整数N倍直至至多等于该间距Pi的整数N倍的25％的数，
-当崭新时，同一肋部的N+1个刀槽通向与所述肋部接壤的每个开口空腔，这些刀槽中的一个刀槽在轮廓的端点A附近在距该点A的距离D1处开口，第二个刀槽在轮廓的另一端点B附近在距该点B的距离D2处开口，两个距离D1和D2之间的差值至多等于5mm。
优选地，崭新时的总空隙体积比至多等于13％，并且更优选地至多等于10％。通过考虑胎面中形成的所有空隙来计算该比值。
在本发明的变体中，胎面包括多个中间肋部和边缘肋部，边缘肋部在轴向上位于中间肋部的侧面。每个中间肋部由至少一个波形沟槽界定，并设置有多个横向刀槽。有利地，在每个中间肋部上：
-每个外部空腔在胎面表面上的开口的轮廓的纵向长度Lm等于或大于间距Pi的整数N倍直至至多等于该间距Pi的整数N倍的25％的数，
-当崭新时，同一肋部的N+1个刀槽通向与所述肋部接壤的每个开口空腔，这些刀槽中的一个刀槽在轮廓的端点A附近在距该点A的距离D1处开口，第二个刀槽在轮廓的另一端点B附近在距该点B的距离D2处开口，两个距离D1和D2之间的差值至多等于5mm。
优选地，对于所有的中间肋部，倍数N均相同。以此方式，减小了在周向方向上质量分布不均匀的可能性，以及在行驶期间胎面的某些部分更加明显磨损的可能性。
优选地，距离D1和D2相等，并且对于所有的肋部都是这种情况。
有利地，波形沟槽的开口空腔是偏移的，从而它们不会同时与道路表面接触。
优选地，中间肋部上的刀槽和波状沟槽的开口空腔以适合于使刀槽和这些开口空腔相继与道路表面接触的方式位于胎面上。
此外，并且当从崭新胎面表面观察时，为了减小每个外部空腔的开口的表面积，形成至少一个橡胶材料的薄片，每个薄片附接至界定每个外部空腔的至少一个壁。
在本说明书中，薄片是指由制成胎面的材料生产的橡胶材料制成的片，该薄片具有较小但不一定恒定的厚度。较小厚度应理解为是指在覆盖有水的道路表面上行驶期间适合使薄片朝向空腔内部弯曲的厚度。
有利地，每个薄片的厚度至多等于3mm，以允许在波形沟槽中的液体流的作用下弯曲。甚至更优选地，每个薄片的厚度至多等于2mm。
由于该后一种布置，并且结合所建议的在外部空腔轮廓的端部附近开口的刀槽的布置，可以显著降低行驶噪音。
由于这些薄片的柔韧性，在覆盖有水的道路上行驶期间不会过多地阻碍水的循环。
本发明还涉及一种设置有如上所述的胎面的用于重型负载车辆的轮胎。
通过以下参考附图的描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，所述附图通过非限制性示例示出了本发明主题的实施方案。
附图说明
图1示出了本发明第一变体的重型负载车辆的胎面的表面的视图，其中N等于1；
图2示出了在图1中标识为II-II的线的平面上的截面图；
图3示出了在图1中标识为III-III的线的平面上的截面图；
图4示出了根据本发明的用于重型负载车辆的轮胎的胎面的另一变体的表面的视图，其中N等于2。
具体实施方式
为了使附图更容易理解，可以使用相同的附图标记来描述本发明的不同变体，其中这些附图标记是指相同种类的元件，无论是在结构上还是在功能上。
参考图1，本发明的第一变体描述了一种胎面1，其具有旨在在设置有所述胎面的轮胎行驶时与道路表面接触的胎面表面10。该胎面1在行驶期间具有待磨损的材料的厚度，在该厚度中形成切口、沟槽或刀槽。
图1示出了该胎面的胎面表面10的视图，该胎面包括三个周向定向的沟槽31、41、42(在由线XX’指示的周向方向上行驶)。这三个沟槽界定两个中间周向肋部21、22和在轴向上位于外侧的两个边缘肋部20、25。这两个沟槽41、42是在崭新胎面的胎面表面上整个沟槽长度上开口的切口。这两个沟槽41、42具有相同的平均宽度La和深度Ha(在图3中可见)。这两个沟槽在第三波状沟槽31的侧面，所述第三波状沟槽31波状地延伸至胎面的厚度中。
该波状沟槽31包括在胎面表面10上开口的外部空腔311和隐藏在胎面厚度内的内部空腔312。内部空腔312通过连结空腔313而连接至开口外部空腔311(在图2中可见)，从而确保在崭新的情况下直至在达到预定的部分磨损水平之前，沟槽中流体流动的连续性。
每个波形沟槽的外部空腔311在崭新胎面表面10上开口，并由在周向方向上延伸的矩形轮廓310界定，轮廓310间隔最远的端点A和B由纵向距离Lm间隔开，该距离Lm为每个外部空腔311的矩形轮廓在纵向上的最大长度。每个外部空腔311具有平均宽度Lo和深度Ho，所述平均宽度Lo在所描述的变体中等于其他沟槽的宽度La，所述深度对应于外部空腔311消失的胎面磨损水平。
为了便于胎面的模制和脱模，计划形成周向刀槽314，该周向刀槽在胎面表面10上开口并通向隐藏的空腔312和通向连结空腔313。
胎面的两个中间肋部21、22中的每一个都由在其整个长度上开口的沟槽41或42以及波形沟槽31界定。
中间肋部21、22具有相同的宽度Ln，该宽度Ln为限定中间肋部21、22的沟槽之间的最短宽度。这些中间肋部的最大宽度等于该最短宽度与外部空腔311的宽度的一半之和。
而且，每个中间肋部21、22设置有多个横向刀槽5，在此情况下，横向刀槽5与周向方向XX’形成90度的角度。这些刀槽5以相同的平均间距Pi布置在每个中间肋部21、22上。这些刀槽的深度等于波形沟槽的隐藏空腔的最大深度Hc。隐藏空腔312的该最大深度Hc等于开口沟槽41、42的深度Ha。在该变体中，两个刀槽5通向每个开口空腔。
此外，所述胎面满足：
-在该示例中，波形沟槽31的每个外部空腔的轮廓的纵向长度Lm略大于(大约10％)横向刀槽5的间距Pi；
-当崭新时，同一中间肋部21、22的两个刀槽51，52通向与所述肋部接壤的每个开口空腔311，刀槽51在矩形轮廓310的对应于所述矩形的拐角的一个端部A的附近(即距该点A的非零距离D1)开口，另一刀槽52在矩形轮廓的另一端点B的附近(距该点B的非零距离D2)开口。在所描述的示例中，距离D1和D2相等并且它们的和等于间距Pi的10％。
图2示出了在图1中标识为II-II的线的平面上的截面图。
图3示出了在图1中标识为III-III的线的平面上的截面图。
在该第一变体中，每个中间肋部上的刀槽相对于波形沟槽的外部空腔具有相同的布局。
通过横向刀槽51、52和波状沟槽31的外部空腔311的这种布置，可以产生具有令人满意的抓地力水平的胎面，特别是当在覆盖有水的地面上行驶时，并且不会产生不均匀磨损，同时限制了行驶噪音。此外，该胎面降低了与夹带石头相关的引起开裂的风险。
图4示出了尺寸为315/70R 22.5的重型负载轮胎的胎面1的胎面表面。
该胎面1的宽度W等于265mm，待磨损的材料的厚度等于11mm；其设置有由五个周向定向的沟槽和倾斜定向的刀槽形成的胎面花纹。
该胎面在其厚度上包括三个波形沟槽31、32、33，并且在这些波形沟槽之间插入两个开口沟槽41、42，所述两个开口沟槽41、42在崭新胎面表面10上在其整个长度上开口。
在其整个长度上开口的开口沟槽41、42具有12mm的深度和等于8mm的宽度。
波形沟槽31、32、33包括在崭新胎面表面上开口的外部空腔311、321、331，以及隐藏在胎面内的内部空腔，这些外部空腔和内部空腔通过连结空腔而彼此连接。这些空腔的平均宽度等于8mm。每个外部空腔311、321、331具有等于6mm的深度。此外，宽度为0.6mm的刀槽314、324、334将每个隐藏空腔连接至在该隐藏空腔的每一侧上形成的连结空腔。波形沟槽的最内点的深度等于12mm。
在其他波形沟槽32、33上也可以找到波形沟槽31的尺寸。外部空腔311在崭新胎面表面10上具有以最大长度Lm(在该变体中等于77mm)延伸的矩形形状的轮廓310(该长度为点A和点B之间的距离，所述点A和点B位于该轮廓的端部，对应于与周向刀槽314连接的点)。这些外部空腔311在周向方向上以等于154mm的间距布置。
因此，胎面的胎面花纹界定了四个中间肋部21、22、23、24和两个边缘肋部20、25，这些边缘肋部在轴向上限制了胎面的宽度W。每个中间肋部由波形沟槽和在其整个长度上开口的沟槽限定。
以这样的方式布置沟槽，使得中间肋部全部具有等于34mm的相同的最小宽度Ln。
该胎面崭新时的体积空隙率为12.5％。
此外，每个中间肋部包括多个整体倾斜取向的刀槽5，它们在同一肋部上相互平行并且以平均间距Pi(对应于在周向方向上测量的两个刀槽之间的平均距离)布置；在此情况下，该间距Pi等于33mm。
刀槽5的整体取向由穿过刀槽端点的一段直线与横向方向(在图4的平面中由轴线YY’表示)形成的角度而获得。这些刀槽5以整体取向形成在所有中间肋部上，该整体取向使得相对于横向方向的平均角度(就绝对值而言)等于15度。此外，这些刀槽5布置在中间肋部上，从而赋予胎面1的胎面花纹定向性，在胎面一半上的刀槽5具有相同的取向，而在另一半上的取向角具有相反的值。
为了获得良好的抓地力方面的性能水平，特别是在覆盖有水的地面上，而不会出现不均匀磨损并同时限制行驶噪音，三个刀槽5在波形沟槽的每个外部空腔311上开口。在这三个刀槽5中，最靠近每个外部空腔311的轮廓的端部A和B的两个刀槽51、52分别距所述端部A和B的距离D1等于7.1mm，D2等于3.9mm。
通过将这些刀槽51、52定位成尽可能靠近每个外部空腔311的轮廓310的端部A和B，并且通过限制这些距离之间的差值，出人意料地，可以解决上述问题并且还可以限制夹带石头引起开裂的风险。
在两个变体的支持下描述本发明当然不仅仅限于这些变体，而是可以对其进行同时仍然保持在权利要求所限定的范围内的各种修改。

Claims (9)

1.轮胎胎面(1)，其包括胎面表面(10)，在行驶期间待磨损的材料的厚度，该胎面设置有由至少两个在胎面的胎面表面(10)上开口的纵向定向的沟槽(31、41、42)形成的胎面花纹，并且其中至少一个是波状沟槽，该胎面包括至少一个以胎面的纵向方向定向并且由所述至少一个波状沟槽界定的肋部(21)，每个波状沟槽包括在胎面表面上开口的外部空腔(311)和隐藏在胎面厚度内的内部空腔(312)，在崭新胎面表面(10)上开口的每个波状沟槽(31)的外部空腔(311)具有轮廓(310)，所述轮廓(310)纵向间隔最远的端点(A、B)以纵向距离Lm间隔开，该距离Lm为每个外部空腔的轮廓的最大纵向长度，每个外部空腔(311)的深度为Ho，宽度为Ln的肋部(21)包括多个以平均间距Pi形成的横向刀槽(5)，即刀槽以相对于纵向方向成45度或更大的角度定向，这些横向刀槽(5)的深度至少等于限定所述肋部的波形沟槽(31)的外部空腔(311)的深度Ho，该胎面的特征在于：
-外部空腔(311)的轮廓(310)的纵向长度Lm等于或大于间距Pi的整数N倍直至至多等于该间距Pi的整数N倍的25％的数，
-当崭新时，同一肋部(21)的N+1个横向刀槽(5)通向与所述肋部接壤的每个开口空腔(311)，这些横向刀槽中的一个横向刀槽(51)在轮廓(310)的端点A附近在距该点A的距离D1处开口，另一个横向刀槽(52)在轮廓(310)的另一端点B附近在距该点B的距离D2处开口，这两个距离D1和D2之间的差值至多等于5mm。
2.根据权利要求1所述的胎面，其特征在于，崭新时的总空隙体积比至多等于13％，并且更优选地至多等于10％。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的胎面，其特征在于，所述胎面包括多个中间肋部(21、22)和边缘肋部(20、25)，所述边缘肋部(20、25)在轴向上位于所述中间肋部的侧面，每个中间肋部由至少一个波状沟槽(31)界定，并在每个中间肋部(21、22)上设置有多个横向刀槽(5)：
-每个外部空腔(311)在胎面表面(10)上的开口的轮廓的纵向长度Lm等于或大于横向刀槽(5)的间距Pi的整数N倍直至至多等于该间距Pi的整数N倍的25％的数，
-当崭新时，同一肋部的N+1个横向刀槽(5)通向与所述肋部接壤的每个开口空腔(311)，这些横向刀槽中的一个(51)在轮廓的端点A附近在距该点A的距离D1处开口，另一个刀槽(52)在轮廓的另一端点B附近在距该点B的距离D2处开口，两个距离D1和D2之间的差值至多等于5mm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的胎面，其特征在于，对于所有的中间肋部，倍数N均相同。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的胎面，其特征在于，对于所有的肋部，距离D1等于距离D2。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的胎面，其特征在于，波状沟槽(31)的开口空腔(311)彼此偏移，从而这些外部空腔不会同时与道路表面接触。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的胎面，其特征在于，在中间肋部上的横向刀槽(5)和在波状沟槽(31)上的开口空腔(311)以适合于使横向刀槽(5)和这些开口空腔(311)相继进入接地面的方式偏移。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的胎面，其特征在于，在外部空腔(31)的轮廓(310)的端部处形成至少一个橡胶材料的薄片，每个薄片附接至限定每个外部空腔的至少一个壁。
9.用于重型负载车辆的轮胎，其设置有根据权利要求1至8中任一项所述的胎面。
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