CN113363769A - 用于传输电流的部件的布置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从电流馈入部件传输电流到电流放电部件的部件(10、20)的布置(1)，包括第一部件(10)，所述第一部件为馈入电流到所述布置(1)的部件或从所述布置(1)使电流放电的部件，其中，所述第一部件(10)包括第一金属材料(11)，并且在至少一个表面上具有至少一个弹簧片层(3)，所述弹簧片层由所述第一金属材料(11)构成并且在所述表面处由所述第一金属材料(11)加工而成，其中，所述至少一个片层(3)在所述第一部件(10)的表面由所述第一金属材料(11)加工而成，使得所述片层在连接区域(31)中整体地连接到所述第一部件(10)，并且从所述连接区域(31)开始延伸远到自由端(32)，并且，当沿朝所述第一部件(10)的表面的方向偏离出其静止位置时，所述片层施加被导向远离所述部件(10)的表面的弹簧力，以及第二部件(20)，其与所述第一部件(10)的所述至少一个片层(3)直接接触。

Description

用于传输电流的部件的布置

技术领域

本发明涉及一种用于从第一部件传输电流到第二部件的系统，其中，所述第一部件与所述第二部件电接触。例如，这些接触系统用在电池模块的互连中。在这种情况下，接触系统必须被配置，使得它们能够在没有很大电压降的情况下传输具有高达500A的电流强度的电流。因此，接触系统的总电阻必须尽可能低。

这两个部件通常具有必须由接触元件桥接的间隙。为了确保该接触元件和一部件之间的传输电阻尽可能低，必须用最小的力将接触元件挤压在该部件的表面上。接触元件因此经常具有确保在接触元件和部件之间所需的接触压力的弹簧机构。在系统的整个使用寿命期间必须保持接触压力，以确保避免了接触电阻上升。此外，接触元件必须能够衡消这些部件中的制造公差，并补偿热膨胀和振动。

从根本上，当这些部件彼此分离时，应该可以再次释放由这些部件之间的接触系统所提供的电连接。然而，在某些情况下，其目的是当这些部件改变其彼此相对的位置时，特别地当这些部件之间的间隙由于不必要的外部影响而增加时，应该保持电连接。在这些情况下，这些部件之间的连接应该几乎不可能释放，即，仅需要相当大的努力才能再次释放所述连接。

背景技术

DE 148 159 A公开了一种用于产生电线的可释放连接的装置。在待连接的线路之间提供一种由柔性材料构成并设置有多个凸起部分的板。该凸起部分可具有隆起的形式。

DE 34 12 849 A1公开了一种具有压力加载的中间接触层的电接触装置。中间接触层具有突出部分，并且可具有波纹状或拱形形状。中间接触层由一种具有弹簧硬度的材料构成。

此外，EP 0 202 564 A2公开了一种具有至少两个接触体和至少一个片层体的电接触装置。片层体包括通过狭槽彼此分离的多个拱形片层。片层根据板簧的原理工作。

被安装作为两个部件之间的额外部件的这种类型的弹簧元件的缺点是，电流必须首先从第一部件传输到弹簧元件，然后从弹簧元件传输到第二部件。因此，接触系统具有至少两个带有相当大传输电阻的接触点。

发明内容

本发明的基本目的是提出一种用于在载流部件之间进行接触，即用于从第一部件传输电流到第二部件的改进系统。特别地，所述系统应该适用于10A到500A之间的电流强度，具有低传输电阻，并且能够以简单和低成本的方式产生。

根据权利要求1的特征描述了本发明。另外，从属权利要求涉及本发明的有利实施例和发展。

本发明包括一种用于从电流馈入部件传输电流到电流放电部件的部件的布置。所述布置包括第一部件，所述第一部件为馈入电流到所述布置的部件或从所述布置使电流放电的部件。所述第一部件包括第一金属材料，并且在至少一个表面上具有至少一个弹簧片层，所述弹簧片层由所述第一金属材料构成并且在所述表面处由所述第一金属材料加工而成，特别地由所述第一金属材料成形。所述至少一个片层在所述第一部件的表面由所述第一金属材料加工而成，使得所述片层在连接区域中整体地连接到所述第一部件，并且从所述连接区域开始延伸远到自由端。如果所述片层沿垂直于所述第一部件的表面的方向偏离出其静止位置，则所述片层施加远离所述部件的表面的弹簧力。

该弹簧力包括被导向垂直于所述第一部件的表面的分量，即法向弹簧力。此外，所述布置包括第二部件，所述第二部件与所述第一部件的所述至少一个片层紧邻地，即，直接接触。因此，第一部件不仅具有将所述布置连接到并不属于所述布置的电路的进一步部件的功能，而且同时用于通过至少一个弹簧片层与所述第二部件建立电接触。

为了描述本发明，当关于其位置或对准，相对于所述第一部件的表面设置所述第一部件的所述至少一个片层，如果移除了所述至少一个片层，则第一部件的外表面将被理解为所述第一部件的表面。

片层可以是指一种具有厚度D、宽度B和长度L的带形、条形或板形材料突出部。这里，沿连接区域测量了片层的长度L，在所述连接区域中片层整体地连接到第一部件。从连接区域到片层的自由端测量了片层的宽度B。垂直于片层的表面，即垂直于长度和宽度，测量了厚度D。通常，宽度B和长度L每个都大于厚度D。片层的厚度D可以是0.05mm至0.6mm，优选地0.1mm至0.3mm。片层从第一部件的表面突出，即在所述第一部件的表面上抬升。片层的高度可被限定为在片层连接到第一部件的点与其自由端之间的距离，其中，垂直于第一部件的表面测量了该距离。片层的高度为0.1mm至5mm，优选地0.2mm至2.5mm。

因此，本发明涉及通过至少一个弹簧接触元件直接从第一部件传输电流到第二部件，所述第一部件为馈入电流到所述系统的部件或从所述系统使电流放电的部件，所述弹簧接触元件以片层的形式由所述第一部件的表面加工而成。所述弹簧接触元件整体地连接到所述第一部件。因此，其为所述第一部件的整体组成部分。因此，在所述第一部件和所述片层之间不存在电传输电阻。如果所述第一部件在具有至少一个片层的表面处与所述第二部件接触，所述弹簧片层沿朝所述第一部件的方向偏离其静止位置。作为反作用，其对所述第二部件施加法向弹簧力。由此，在所述第一部件和所述第二部件之间通过所述片层建立力致动的电接触。可以通过片层的几何形状、其相对于第一部件表面的倾斜夹角以及片层材料的选择设置法向弹簧力的大小。具有高弹性模量的金属材料特别地适合用作片层的材料。

该部件布置的特别优点是，通过将片层弹簧接触元件集成到第一部件内，避免了在所述部件和接触元件之间的传输电阻，并且因此明显降低了布置的总电阻。此外，不再需要将单独的接触元件，例如片层条插入在第一和第二部件之间。因此，减少了所需部件的数量，从而降低了工作量和成本。所述第一部件已包括用于与第二部件接触的接触元件。由于单独的接触元件不再需要插入在这些载流部件之间并且因此也不会意外地被忘记或脱落，整个布置更容易安装并且其功能更可靠。此外，该布置的特征在于结构紧凑和空间要求小。

在与另一部件的接触点区域中，所述两个部件的至少一个可有利地具有金属涂层，其可例如包括银、金、锡和/或镍。通过这种涂层，减小了这些部件之间的传输电阻。摩擦力和磨损也同样最小化。此外，涂层防止在部件表面的腐蚀，并且其还可以用作该部件的金属基材的扩散屏障。

特别地，所述第一部件可以是母线。母线是一种由导电材料(特别地由金属)构成的刚性的、优选地一体的部件，其用于传输和分配电流。例如，母线可以是平直的扁平型材，但其也可以是弯曲或有角度的扁平型材。然而，母线的外形也可具有其它形状，例如U形或L形，或者其也可以是圆形。母线具有至少两个接触区域，即用于电流馈入的至少一个接触区域以及用于电流放电的至少一个接触区域。如果母线用作根据本发明的布置中的第一部件，则所述母线在其至少一个接触区域中具有上述类型的至少一个弹簧片层。通过该片层，建立了与第二部件的接触，所述第二部件同样可以是母线。母线的另一接触区域可具有与不属于该布置的另一电部件进行接触的任何所需设备，例如夹持装置、凹槽或孔，其可以任选地具有内螺纹。作为特定的优选，母线可具有多个接触区域，其每个都具有至少一个弹簧片层。这种母线可用于例如在功率存储装置中分配电流，从而将局部电流分配到各个存储模块中。

在本发明的优选实施例中，仅所述第一部件和第二部件可能定位在所述布置的电流路径中。所述布置因此不包括在电流路径中的进一步部件：所述第一部件是馈入电流到该布置的部件或从该布置使电流放电的部件，而所述第二部件是在电流方面与第一部件互补的电流放电或电流馈入部件。关于载流部件，所述布置仅包括所述第一和第二部件。换句话说，在该实施例中的布置内的电流路径仅包括所述第一部件和所述第二部件。通过这种布置，提供了用于在电流路径中仅具有一个机械接触点的两个载流部件之间进行接触的系统。

然而，在本发明的该优选实施例的情况下，不排除整体布置包括电流路径之外的进一步部件(例如用于定位和安装所述第一和第二部件的装置)的可能性。同样，所述第一或第二部件可以在布置外侧连接到其它电部件或电子部件，例如电阻器、开关、继电器或接触器。

通过分离工艺，特别地切割、凿削、剥离、犁削或犁沟工艺，以及通过弯曲工艺，至少一个片层可以有利地由第一部件的第一金属材料加工而成。所述片层由材料层形成，所述材料层已通过适当的分离工艺由所述第一部件的原始表面加工而成，使得所述材料层未从所述表面完全地分离，而在连接区域中与所述第一部件保持整体的连接。该材料层通过弯曲工艺从所述第一部件的表面抬升，因为该材料层绕一种沿连接区域延伸的假想轴线弯曲。也可以在单一工作步骤中实施所述分离和弯曲工艺。因此，所述片层由在第一部件表面处的材料形成并形成材料突出。该实施例的优点是，由于例如在弹簧片层的生产中没有冲孔废料，因此实现了高材料利用率。

在该有利实施例的情况下，在所述至少一个片层由第一部件的材料加工而成之前，可以将所述部件的上述金属涂层在接触表面的区域中施加到第一部件的表面。

在本发明的该有利实施例的一种具体配置的情况下，此外所述第一部件的第一金属材料可能在连接区域中具有与在连接区域外侧相比更大的硬度。连接区域也可以称为片层的基部。由于在片层的加工过程中的分离和弯曲工艺，材料已经塑性地变形。这导致连接区域中材料的局部硬化。因此该材料具有局部地更高的强度和更高硬度。更高的强度具有以下优点，片层可以在不发生塑性变形的情况下施加更高的弹簧力。因此改进了弹簧效应，并且降低了接触区域中的传输电阻。

在本发明的另一有利实施例中，所述至少一个片层可以以小于80°的夹角α倾斜地延伸到处于静止位置的第一部件的表面。在第一部件的表面的片层的原点，即在连接区域中处测量倾斜夹角α。片层相对于部件表面的倾斜布置能够有效地实现片层的弹簧效应。

在该实施例的一种特定配置的情况下，片层在静止位置中相对于第一部件的表面延伸的夹角α可以是40°至70°。如果夹角α小于40°，片层脱离其静止位置的最大偏转太小，以至于无法产生足够高的弹簧力。如果夹角α大于70°，垂直于第一部件表面的弹簧力的分量相对很小，因此对于片层的很小偏转，仅很小的法向弹簧力起作用。

在本发明的一个特别有利实施例中，所述至少一个片层可以在片层的连接区域和自由端之间在其背向所述第一部件的表面的侧面上具有凸面轮廓。特别地，所述片层可具有凸曲率或导致片层的凸面外轮廓的扭折。对于片层的凸曲率，片层的切线与第一部件的表面一起形成的夹角被修改，使得该夹角随着与片层基部的距离增加而变得更小。对于凸扭折，在扭折与片层的自由端之间区域中的切向角小于在片层的基部和扭折之间区域中的切向角。片层的凸面轮廓扩大了以下面积，通过所述面积片层可与第二部件接触。因此，该实施例的优点是片层的高弹簧力同时结合与第二部件的大接触面积。

在另一个优选实施例中，所述至少一个片层可以从其自由端开始被划分，特别是横向地划分，成多个分段。以这种方式形成的分段沿片层的纵向方向彼此相邻地布置。在与第二部件的表面接触时，各个分段可以从其各自的静止位置偏离不同的量。通过将片层划分成相邻的分段，因此与未划分的片层的情况相比，可以更有效地补偿第二部件表面中的不规则性。

所述第一部件可有利地至少部分地由金属复合材料组成，所述金属复合材料包括所述第一金属材料和第一第二金属材料，其中所述第二金属材料具有与所述第一金属材料相比更高的导电性。对于这种类型的复合材料，通过使用不同的材料辅助了所述第一部件的两种功能，一方面即电流传输，以及另一方面提供弹簧接触元件。形成所述第一部件的外层的第一金属材料具有良好的强度和弹簧性能，并且因此被优化用于弹簧片层的功能。第一部件的主要比例的体积包括第二金属材料。由于其高导电性，该材料有助于该布置的低电阻。由于弹簧片层并未由该第二材料形成，如果其强度和弹簧性能与第一金属材料相比更差，则可以接受。第一金属材料特别地可以是专门的铜合金，而第二金属材料特别地可以是高纯度的铜或铝。

此外，金属复合材料的特征在于，所述第一和第二材料彼此连接，使得，当电流经由这两种材料之间的界面流动时，在界面处不存在明显的电阻。特别地，所述第一和第二金属材料可以通过材料粘合的方式连接。例如，这可以通过电镀工艺实现。为了降低在第一和第二金属材料之间的传输电阻，此外可以提供一种例如包括银、金、锡和/或镍的涂层。

在本发明的一种有利实施例中，所述第一部件可具有电绝缘层，其在背向所述第一部件的表面的片层侧面上被至少部分地移除。通过这种类型的绝缘层，第一部件在其表面的大部分上电绝缘，并且仅暴露了与第二部件接触的在第一部件表面上的那些位置。因此改进了总体布置的安全性。为了生产这种实施例，例如可以使用预绝缘型材或预绝缘母线。

在本发明的一个优选实施例中，所述第二部件可以至少部分由金属材料组成，并且在至少一个表面上可具有由金属材料组成的至少一个弹簧片层。在这种情况下，片层在第二部件的表面由金属材料加工而成，使得片层在连接区域中整体地连接到第二部件，并且从连接区域开始延伸远到自由端。第二部件的所述至少一个片层与第一部件的所述至少一个片层接触。因此，在该实施例中，第一部件和第二部件每个都具有用于与另一部件接触的至少一个弹簧片层。这两个部件的相互相对的片层可以电接触。以这种方式，与仅一个部件具有弹簧片层相比，形成了更大的弹簧行程。以这种方式，也可以可靠地桥接在所述第一和第二部件之间的很大间隙。关于第二部件的至少一个弹簧片层的配置，明确地注意到所述第一部件的所述至少一个弹簧片层的实施例。

在本优选实施例的一个特定配置的情况下，所述第一部件的所述至少一个片层可以与所述第二部件的所述至少一个片层接触，使得当这些部件改变它们彼此相对的位置时，特别地当这些部件之间的间隙增加时，第一部件保持连接到所述第二部件。在这种情况下，所述片层被配置，使得所述第一部件连接到所述第二部件，使得实际不可能释放或几乎不可能释放，即，仅能以相当大的努力才可以被释放。例如，这两个部件的片层可彼此闩锁或彼此钩住。该具体实施例的优点是以特别可靠的方式保持所实施第一和第二部件之间的电接触。由于外部影响，例如振动或热膨胀，在所述第一和第二部件之间的间隙可能会意外地增加。在本发明的该具体实施例中，即使在这些情况下，也保持了这两个部件之间的电接触。

附图说明

关于根据本发明的布置的进一步技术特征和优点，在此明确地注意附图，附图的描述和说明性实施例。

通过示意图更详细地解释了本发明的说明性实施例。在图中：

图1示意性地示出了具有线性片层的第一部件。

图2示出了具有线性片层的第一部件的侧视图。

图3示出了第一部件和第二部件的布置。

图4示出了具有片层的第一部件的侧视图，所述片层具有扭折。

图5示出了具有凸面地弯曲的片层的第一部件的侧视图。

图6示意性地示出了具有分段的片层的第一部件。

图7示出了具有横向延伸片层的第一部件的平面视图。

图8示出了具有纵向延伸片层的第一部件的平面视图。

图9示出了具有倾斜延伸片层的第一部件的平面视图。

在所有附图中，相互对应的部件具有相同的附图标记。

附图标记列表

1 布置

10 第一部件

11 第一金属材料

12 第二金属材料

13 复合材料

20 第二部件

3 片层

31 连接区域

32 自由端

33 分段

B 片层宽度

D 片层厚度

L 片层长度

α 夹角

具体实施方式

图1示意性地示出了具有六个片层3的第一部件10。部件10包括由第一金属材料11和第二金属材料12组成的金属复合材料13。这两种材料11和12可以通过辊压接合彼此连接。第二金属材料12具有与第一金属材料11相比更高的导电性并且占第一部件10的主要比例的体积。仅在第一部件10的表面存在第一金属材料11层。片层3由该第一金属材料11加工而成。片层3每个都在连接区域31连接到第一部件10，并且从第一部件10的表面延伸到自由端32。片层3相对于第一部件10的表面倾斜。片层3的倾斜与其自由端32保持相同。片层既不具有扭折也不具有弯曲。因此，它们以线性的方式延伸。

片层3每个都具有条形形状，并且具有长度L、宽度B和厚度D。在连接区域31处从片层3的基部到其自由端32测量该宽度B。片层3在部件10的整体宽度上延伸。可以通过相邻片层3之间的距离设置弹簧接触的载流容量。不考虑片层3的精确实施例，相邻片层之间的距离可以是0.1mm到15mm。

第一部件10还具有其中不存在片层的区域。在该区域中，可以存在与其它电导体接触的设备(未示出)，例如带有螺钉紧固件的孔。

图2示出了根据图1的第一部件10的侧视图。倾斜片层3与平行于第一部件10表面的假想线一起形成的夹角α为大致45°。不存在作用在片层3上的力。它们处于静止位置。

图3示出了包括第一部件10和第二部件20的布置1的侧视图。第一部件10对应于图2所示的第一部件10。第一部件10的片层3与第二部件20接触。第二部件20沿第一部件10的方向在片层3上施加力。片层3因此偏离了其静止位置。与图2的情况相比，它们现在朝第一部件10的表面跟急剧地倾斜，并且它们与第一部件10的表面一起形成的夹角与在静止位置中相比更小。由于偏离了静止位置，片层3在第二部件20上施加弹簧力。该弹簧力使片层3对第二部件20表面产生接触压力。接触压力越高，片层3和第二部件20之间的电传输电阻越低。因为片层3为第一部件10的整体组成部分，在第一部件10和片层3之间不存在明显的电阻。

图4示出了具有片层3的第一部件10的侧视图，所述片层具有扭折。片层3以与图2所示的第一部件10上的片层3相同的倾斜夹角α在第一部件10的表面处开始。在大致一半的其宽度处，片层3具有扭折。定位在片层3的扭折和自由端32之间的片层3的该部分与第一部件10的表面一起在片层3的基部形成小于倾斜夹角α的夹角。如果以这种方式形成的片层3通过第二部件20偏离出其静止位置，则定位在扭折和自由端32之间的片层3的该部分非常良好地紧靠第二部件20的表面。因此增大了可用于电流传输的接触面积。

图5示出了具有凸面地弯曲的片层3的第一部件10的侧视图。片层3以与图2所示的第一部件10上的片层3相同的倾斜夹角在第一部件10的表面处开始。借助于片层3的凸曲率，片层表面的切线与第一部件10的表面一起形成的夹角连续地变化。该夹角逐渐地变得更小。在片层3的自由端32处，该夹角的大小与图4所示的具有扭折的片层3的情况下的相应夹角大致相同。结合图4描述的效果和优点也适用于图5所示的实施例。

图6示意性地示出了具有分段的片层3的第一部件10。这里示出的部件10可被视为图1所示的部件10的发展。从片层3的自由端32开始，通过切口或狭槽将片层3每个都划分成多个相互相邻的分段33。切口或狭槽优选地可以在片层的基部延伸到连接区域31内。各个分段33可以彼此独立地偏离出其各自的静止位置。这使得片层3能够更好地适于第二部件20的表面中的不规则性。因此，接触面积变得变大。

图7、8和9每个都示出了第一部件10的平面视图。这些图中的相应第一部件10在片层3相对于第一部件10的纵向范围的对准方面不同，例如，所述第一部件10在图7、8和9中体现为母线。在图7所示的示例性实施例中，片层3相对于母线的纵向范围横向地布置。在图8所示的示例性实施例中，片层3平行于母线的纵向范围布置。在图9所示的示例性实施例中，片层3相对于母线的纵向范围倾斜地布置。图示的说明性实施例示出了用于从第一部件传输电流到第二部件的根据本发明的布置的极大灵活性。

Claims (12)

1.一种用于从电流馈入部件传输电流到电流放电部件的部件(10、20)的布置，包括

第一部件(10)和第二部件(20)，

所述第一部件为馈入电流到所述布置(1)的部件或从所述布置(1)使电流放电的部件，其中，所述第一部件(10)包括第一金属材料(11)，并且在至少一个表面上具有至少一个弹簧片层(3)，所述弹簧片层由所述第一金属材料(11)构成并且在所述表面处由所述第一金属材料(11)加工而成，其中，所述至少一个片层(3)在所述第一部件(10)的表面由所述第一金属材料(11)加工而成，使得所述片层在连接区域(31)中整体地连接到所述第一部件(10)，并且从所述连接区域(31)开始延伸远到自由端(32)，并且，当沿朝所述第一部件(10)的表面的方向偏离出其静止位置时，所述片层施加被导向远离所述部件(10)的表面的弹簧力。

所述第二部件(20)与所述第一部件(10)的所述至少一个片层(3)直接接触。

2.根据权利要求1所述的布置(1)，其特征在于，仅所述第一部件(10)和第二部件(20)定位在所述布置(1)的电流路径中。

3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，通过分离工艺，特别地切割、凿削、剥离、犁削或犁沟工艺，以及通过弯曲工艺，所述至少一个片层(3)由所述第一部件(10)的第一金属材料(11)加工而成。

4.根据权利要求3所述的布置(1)，其特征在于，所述第一部件(10)的第一金属材料(11)在连接区域(31)中具有与在连接区域(31)外侧相比更大的硬度。

5.根据权利要求1至4任一项所述的布置(1)，其特征在于，所述至少一个片层(3)相对于在静止位置的所述第一部件(10)的表面以小于80°的夹角(α)倾斜地延伸。

6.根据权利要求5所述的布置(1)，其特征在于，所述至少一个片层(3)相对于在静止位置的所述第一部件(10)的表面以40°到70°的夹角(α)倾斜地延伸。

7.根据权利要求5或6所述的布置(1)，其特征在于，所述至少一个片层(3)在片层(3)的连接区域(31)和自由端(32)之间在其背向所述第一部件(10)的表面的侧面上具有凸面轮廓。

8.根据前述权利要求任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述至少一个片层(3)从其自由端(32)开始被划分成多个分段(33)。

9.根据前述权利要求任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述第一部件(10)至少部分地由金属复合材料(13)组成，所述金属复合材料(13)包括所述第一金属材料(11)和第二金属材料(12)，其中，所述第二金属材料(12)具有与所述第一金属材料(11)相比更高的导电性。

10.根据前述权利要求任一项所述的布置(1)，其特征在于，所述第一部件(10)具有电绝缘层，所述电绝缘层在背向所述第一部件(10)的表面的片层(3)侧面上被至少部分地移除。

11.根据前述权利要求任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述第二部件(20)至少部分由金属材料组成，并且在至少一个表面上，所述第二部件具有由金属材料组成的至少一个弹簧片层，其中，所述片层在第二部件(20)的表面由金属材料加工而成，使得片层在连接区域中整体地连接到第二部件(20)，并且从连接区域开始延伸远到自由端，并且，第二部件(20)的所述至少一个片层与第一部件(10)的所述至少一个片层(3)接触。

12.根据权利要求11所述的布置(1)，其特征在于，所述第一部件(10)的所述至少一个片层(3)与所述第二部件(20)的所述至少一个片层接触，使得当这些部件(10、20)改变它们彼此相对的位置时，所述第一部件(10)保持连接到所述第二部件(20)。

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