CN113848692A - 钟表机芯的旋转轮组系统 - Google Patents

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CN113848692A CN202110708425.8A CN202110708425A CN113848692A CN 113848692 A CN113848692 A CN 113848692A CN 202110708425 A CN202110708425 A CN 202110708425A CN 113848692 A CN113848692 A CN 113848692A
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Abstract

钟表机芯的旋转轮组系统。本发明涉及钟表机芯的旋转轮组系统，其包括例如摆轮的旋转轮组，用于旋转轮组的轴的第一和第二枢轴的第一和第二轴承（特别是减震器），轮组包括在其轴的位置上的质心，第一轴承包括托石，托石包括配备有棱锥形腔的主体，腔配置为接收旋转轮组的轴的第一枢轴，该腔具有赋予其棱锥形状的至少三个面，第一枢轴能够与托石的腔配合以便能够在腔中旋转，至少一个接触区在第一枢轴和面之间生成，接触区或多个接触区的法线相对于垂直于枢轴的轴的平面形成接触角，其特征在于，该接触角小于45°，优选地小于或等于30°，或者甚至小于或等于
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。

Description

钟表机芯的旋转轮组系统
技术领域
本发明涉及钟表机芯的旋转轮组系统，特别是谐振器机构。本发明还涉及配备有这样的轮组系统的钟表机芯。
背景技术
在钟表机芯中，旋转轮组的轴通常在其端部处具有枢轴，该枢轴在安装在钟表机芯的板中或夹板中的轴承中旋转。对于一些轮组，特别是摆轮，通常为轴承配备减震机构。实际上，由于摆轮的轴的枢轴通常较细并且摆轮的质量相对大，在没有减震机构的情况下，枢轴可能在震动的作用下断裂。
常规的减震器轴承1的配置表示在图1中。在通常称为镶座的轴承支撑件3中驱动橄榄状穹顶宝石轴承2，托石4安装在镶座3上。通过减震器弹簧6保持镶座3压靠着轴承块5的背部，该减震器弹簧6布置为在托石4的上部分上施加轴向应力。镶座3还包括一个外锥形壁，该外锥形壁布置为对应于设置在轴承块5的背部的周边处的内锥形壁。还存在变型，根据该变型，镶座包括具有凸形状（也就是说穹顶状）的表面。
然而，由于轮组的重量产生的轴上的摩擦力矩根据轮组相对于重力方向的定向变化。特别是，摩擦力矩的这些变化可导致摆轮的振幅变化。实际上，当轮组的轴垂直于重力方向时，轮组的重量置于在宝石轴承孔上，并且由重量产生的摩擦力具有相对于轴的杠杆臂，该杠杆臂等于枢轴的半径。当轮组的轴平行于重力方向时，轮组的重量正好置于枢轴的末端上。在这种情况下，如果枢轴的末端是倒圆的，则由重量产生的摩擦力施加在旋转轴线上，并且因此具有相对于轴线的零杠杆臂。这些杠杆臂差异产生摩擦力矩差异，如果等时性不完美，这还可生成速率差异。
为了控制该问题，设计了另一减震器轴承的配置，其部分地表示在图2中。轴承包括杯状轴承类型的托石7，包括用于接收旋转轮组的轴9的枢轴12的腔8。这样的腔可具有棱锥形状，腔的背部由棱锥的顶点11形成。枢轴12是锥形的用于插入到腔8中，但是枢轴12的立体角小于腔8的立体角。通过假设枢轴12在腔8中总是保持适当居中，该配置使得可在相对于重力的所有定向上使摩擦力的杠杆臂几乎为零。为此，通常需要对系统施加预应力，例如通过安装在弹簧上的轴承，该弹簧永久置于枢轴上。然而，该弹簧增加了轮组的重量，并增加了摩擦。此外，难以保证腔的背部的良好表面条件，因为难以经由抛光装置接近该背部。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提出防止上述问题的钟表机芯的轮组系统。
为此，本发明涉及轮组系统，其包括例如为摆轮的旋转轮组，用于旋转轮组的轴的第一和第二枢轴的第一和第二轴承（特别是减震器），该系统包括在其轴的位置上的质心，第一轴承包括托石，该托石包括配备有棱锥形腔的主体，该腔配置为接收旋转轮组的轴的第一枢轴，第一枢轴能够与托石的腔配合以便能够在腔中旋转，至少一个接触区在第一枢轴和面之间生成，在接触区或多个接触区处的法线相对于垂直于枢轴的轴的平面形成接触角。
系统的特征在于接触角小于45°，优选地小于或等于30°，或者甚至小于或等于
Figure 105602DEST_PATH_IMAGE001
，其基本上等于26.6°。
由于本发明，在相对于重力的水平位置和竖直位置之间的摩擦变化减小。通过选择小于或等于45°，优选地小于或等于30°，或者甚至小于或等于
Figure 350639DEST_PATH_IMAGE002
的接触角，在枢轴与轴承的腔之间的接触处因重量产生的摩擦力矩基本相同，而无论重力的方向如何。实际上，这样的角使得可通过在两个轴承上的摩擦力的不同杠杆臂补偿由于相对于重力的定向改变而产生的接触力变化。
因此，托石的该配置使得可保持托石内部的枢轴的摩擦力矩的低变化，而无论相对于重力方向的轴的位置，例如，这对于时计的机芯的摆轮轴是重要的。腔的棱锥形状以及枢轴的锥体形状，最小化了在相对于重力方向的轴的多种位置之间的摩擦力矩差异。
根据有利实施例，第二轴承与第二枢轴配合，使得旋转轮组能够绕其轴旋转，第二轴承包括第二棱锥形腔，该第二棱锥形腔包括至少三个面，第二枢轴能够与托石的第二腔配合以便能够在第二腔中旋转，至少一个第二接触区在第二枢轴和第二腔的面之间生成，第二接触区的法线相对于垂直于第二枢轴的轴的平面形成接触角，其特征在于，两个枢轴和两个轴承的最小接触角由以下方程限定：
Figure 130376DEST_PATH_IMAGE003
，优选地
Figure 525585DEST_PATH_IMAGE004
，优选地
Figure 339958DEST_PATH_IMAGE005
，或者还
Figure 709890DEST_PATH_IMAGE006
，或者甚至
Figure 976924DEST_PATH_IMAGE007
，其中N是两个棱锥的面的数量。
根据有利实施例，最小接触角
Figure 175824DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 844702DEST_PATH_IMAGE009
由以下方程限定：
Figure 838066DEST_PATH_IMAGE010
其中，其中N是两个棱锥的面的数量，BH是在两个枢轴的端部之间的距离，GH是在与第一轴承接触的第一枢轴的端部与摆轮的质心之间的距离，并且GB是在与第二轴承接触的第二枢轴的端部与摆轮的质心之间的距离。
根据有利实施例，第一接触角
Figure 654712DEST_PATH_IMAGE009
小于或等于
Figure 391724DEST_PATH_IMAGE001
，并且第二接触角
Figure 915110DEST_PATH_IMAGE008
大于或等于
Figure 344954DEST_PATH_IMAGE001
。
根据有利实施例，包括与棱锥形腔的面同样数量的接触区，其中每面一个接触区。
根据有利实施例，腔包括三个或四个面。
根据有利实施例，面是至少部分凹的或凸的。
根据有利实施例，第一枢轴具有锥形形状。
根据有利实施例，两个最小接触角相等。
根据有利实施例，枢轴的端部由在接触处的法线与枢轴的轴之间的交点限定
根据有利实施例，枢轴具有倒圆末端。
根据有利实施例，两个枢轴的倒圆末端具有相同的半径。
本发明还涉及包括板和至少一个夹板的钟表机芯，所述板和/或夹板包括这样的轮组系统。
附图说明
本发明的其他特征和优点将在阅读仅以非限制性示例的方式给出的多个实施例并参考附图后变得显而易见，其中：
- 图1表示根据现有技术的第一实施例的用于旋转轮组的轴的减震器保持件轴承的横向剖面；
- 图2示意性地表示根据现有技术的第二实施例的轴承的托石和旋转轮组的轴的枢轴；
- 图3表示根据本发明的第一实施例的旋转轮组系统的透视图，在此是包括诸如摆轮的旋转轮组的谐振器机构；
- 图4表示根据图3的旋转轮组系统的剖视图；
- 图5表示根据本发明第一实施例的枢轴和轴承；
- 图6示意性地表示根据本发明第一实施例的旋转轮组系统的轴承和枢轴的模型；
- 图7示意性地表示包括带有四个面的棱锥形腔的轴承模型的第一实施例；
- 图8表示示出关于在第一实施例的摆轮的轴上的每个质心位置关于两个轴承和枢轴的优化接触角的图表；
- 图9是示出第一实施例的根据质心位置的两个枢轴的端部的优化半径的差异的图表；
- 图10表示示出关于在第二实施例中的摆轮的轴上的每个质心位置关于两个轴承和枢轴的优化接触角的图表，其中腔具有三个面；
- 图11是示出关于第二实施例的根据质心位置的两个枢轴的端部的优化半径的差异的图表；
- 图12是示出在枢轴的端部相同的第一实施例的配置中，根据质心的相对位置优化角如何变化的图表；
- 图13是示出关于第一实施例的第二配置的根据质心的相对位置的ε的变化的图表；
- 图14是示出在枢轴的端部相同的第二实施例的配置中，根据质心的相对位置优化角如何变化的图表；
- 图15是示出关于第二实施例的第二配置的根据质心的相对位置的ε的变化的图表。
具体实施方式
在描述中，相同的数字用于指示相同的对象。在钟表机芯中，轴承用于保持旋转轮组的轴，例如摆轮轴，这是通过使旋转轮组可绕其轴进行旋转。钟表机芯通常包括板和至少一个夹板（在图中未表示），所述板和/或夹板包括孔口，机芯还包括旋转轮组和插入到孔口中的轴承。
图3和4示出了配备有摆轮13和游丝14的旋转轮组系统，摆轮13包括轴16。轴16包括在每个端部处的枢轴15、17。每个轴承18、20包括配备有基床14的圆柱形轴承块83、布置在基床14中的托石22、以及在轴承18、20的面中操作的开口19，开口19留下用于枢轴15、17插入到轴承中直至托石22的通道。托石22安装在轴承支撑件23上并且包括配备有腔的圆柱形主体，该腔配置为接收旋转轮组的轴16的枢轴15、17。轴16的枢轴15、17插入到基床14中，轴16在能够旋转的同时保持，以使旋转轮组的运动成为可能。
两个轴承18、20是减震器，并且额外包括托石22的弹性支撑件21，以减缓震动并防止轴16断裂。弹性支撑件21例如是带有轴向变形的直片弹簧，托石22组装在弹性支撑件21上。弹性支撑件21开槽到轴承块13的基床14中，并其将托石22保持在基床14中。因此，当时计受到剧烈震动时，弹性支撑件21吸收震动并保护旋转轮组的轴16。
在图5和图6的实施例中，枢轴15、17具有基本圆形第一锥体26的形状，该第一锥体26具有第一张开角31。张开角31是尤其外壁在锥体内部形成的半角。
托石22的腔28具有配备有多个面24的棱锥形状。在图5至7的第一实施例中，棱锥形腔28具有四个面24。在附图中未表示的第二实施例中，棱锥形腔具有三个面。在其他实施例中，棱锥的面的数量可更大（5、6等）。
腔28的背部是平截头的，但根据其它实施例，其可是尖的、倒圆截头的。腔28在顶点处具有第二张开角32。为了使枢轴15、17能够在腔28中旋转，第二张开角32大于第一锥体26的第一张开角31。优选地，腔28的面24具有相对于枢轴的轴相同的定向。换言之，腔28的半张开角对于所有面是相同的。
枢轴15、17和腔28的面配合以形成至少一个接触区29。优选地，枢轴与腔28的所有面24接触，因此与每个面24形成接触区，也就是说，对于第一实施例四个或者对于第二实施例三个。接触区29由与枢轴15、17接触的锥体棱锥的面24的部分限定。在每个接触区29处的法线是垂直于每个接触区29的直线。法线相对于垂直于枢轴的轴的平面形成角，称为接触角。法线对应于垂直于腔28的面的直线。因此，接触角等同于腔28的棱锥的半张开角。
根据本发明，接触角小于或等于45°，优选地小于或等于30°，或者甚至小于或等于
Figure 586579DEST_PATH_IMAGE001
。为此，第二角必须小于或等于90°，优选地小于或等于60°，或者甚至小于或等于
Figure 940331DEST_PATH_IMAGE011
。
这些角的值是根据枢轴和轴承的摩擦模型的方程计算得出的。为了能够描述给出优化角的方程，定义了以下几何结构变量，如图6中示意的：
-
Figure 583802DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 918969DEST_PATH_IMAGE013
是关于底部的轴承和顶部的轴承在腔的面与腔的对称轴之间的角；
- R b 和R h 是在摆轮的轴的底部处和顶部处的枢轴的末端的球形穹顶的半径；
- B和H是在摆轮的轴的底部处和顶部处的枢轴的末端的球形穹顶的中心；
- G是质心的位置，假设在直线BH上（平衡的摆轮）；
-
Figure 647890DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 726705DEST_PATH_IMAGE015
是在底部处和顶部处的摩擦系数。
为了评估根据重力的摩擦差异，角θ在摆轮的轴与重力之间沿整个空间[0°,180°]行进。
施加在轮组系统的几何结构上的两个类型的应力区别为：
C1：在半径R b 和R h 以及角
Figure 21420DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 793067DEST_PATH_IMAGE017
上没有应力，
C2：为便于制造的问题，令
Figure 743705DEST_PATH_IMAGE018
，并假设
Figure 626211DEST_PATH_IMAGE019
，
分别用Mfr,max和Mfr,min分别指示在考虑的所有角θ（即整个空间[0°, 180°]）上的最大和最小摩擦力矩。期望的是最小化由下式定义的最大相对力矩变化：
Figure 978695DEST_PATH_IMAGE020
。
在C1的情况下，对于配备两个枢轴的旋转轮组轴，如图6中图示的，在枢轴-轴承副之间的优化接触角
Figure 999871DEST_PATH_IMAGE021
由以下方程限定：
Figure 437806DEST_PATH_IMAGE022
其中N是在两个棱锥的面的数量，BH是在两个枢轴的端部之间的距离，GH是在与第一轴承18接触的第一枢轴17的端部与摆轮的质心G之间的距离，并且GB是在与第二轴承20接触的第二枢轴15的端部与摆轮2的质心G之间的距离。
这些方程来自在枢轴和托石之间的接触的三维模型，其中枢轴的端部以球体模型。在一般情况下，B和H由在接触处的法线与枢轴的轴之间的交点限定。优选地，枢轴的末端是倒圆的，B和H由球心限定。因此，倒圆末端的半径对应于在接触点与在接触点处的法线和枢轴15、17的轴的交点之间的段。
该关系适用于具有不同形状的枢轴。倒圆末端的半径R b 和R h 可彼此不同。
因此，根据质心G的位置，两个枢轴15、17的第一锥体可具有不同的张开角。但是如果其满足该关系，在竖直和水平位置之间的摩擦变化相对于枢轴和腔的其他几何结构减少。
关于带有四个面的第一实施例，图8的图表示出了关于在摆轮的轴上的每个质心位置，关于两个轴承和枢轴的优化接触角。
特定的情况是，其中质心G在B和H的中点，并且如果在底部和顶部之间的摩擦系数相等，则具有对称的轴承（R b =R h ），其中
Figure 858423DEST_PATH_IMAGE023
和
Figure 330993DEST_PATH_IMAGE024
=约35°。因此，期望的用于棱锥的张开角为约70°。在其他情况下，两个轴承-枢轴副的接触角不同。因此注意的是，总是存在两个接触角中的一个具有的值小于或等于35°，并且另一角具有的值大于或等于35°。另一情况是，其中质心位于第一枢轴的轴的长度三分之一处，该第一枢轴的优化接触角为45°，而第二枢轴具有的优化接触角等于30°。因此，腔具有的张开角等于90°，并且另一个棱锥具有的张开角等于60°。
每个优化接触角都在从20°至90°的空间范围内。最小的接触角是最靠近质心的枢轴的接触角。
图9的图示出了根据质心位置的两个枢轴的端部的优化半径的差异。因此，注意的是，对于在摆轮轴的中点的质心，关于两个端部的半径优选相等。
关于带有三个面的第二实施例，图10的图表示出了关于在摆轮的轴上的每个质心位置，关于两个轴承和枢轴的优化接触角。特定的情况是，其中质心G在B和H的中点，并且如果在底部和顶部之间的摩擦系数相等，则具有对称的轴承（R b =R h ），其中
Figure 444442DEST_PATH_IMAGE023
和
Figure 166411DEST_PATH_IMAGE024
=约45°。因此，期望的用于锥体的张开角为约90°。在其他情况下，两个轴承-枢轴副的接触角不同。因此注意的是，总是存在两个接触角中的一个具有的值小于或基本等于45°，并且另一角具有的值大于或基本等于45°。另一情况是，其中质心位于第一枢轴的轴的长度四分之一处，该第一枢轴的优化接触角为基本65°，而第二枢轴具有的优化接触角基本等于35°。因此，对于锥形腔，锥体具有的张开角等于130°，并且另一个棱锥具有的张开角等于70°。
每个优化接触角都在从27°至90°的空间范围内。最小的接触角是最靠近质心的枢轴的接触角。
图11的图表示出了根据质心位置的两个枢轴的端部的优化半径的差异。因此，注意的是，对于在摆轮轴中点上的质心，半径优选地对于两个端部相等。
在轮组系统的第二配置中，两个枢轴具有的形状与第一模型的形状相同（R b =R h ），类似图4和6的示例。
图12和13的图表示出了关于带有四个面的第一实施例根据质心的相对位置优化角如何变化以及变化
Figure 390718DEST_PATH_IMAGE025
。在该情况下，总是存在两个角中的一个具有的值小于或等于
Figure 593161DEST_PATH_IMAGE001
=约26.6°，并且另一角具有的值大于或等
Figure 424982DEST_PATH_IMAGE001
。在特定的情况下，其中质心G在B和H的中点，并且如果在底部和顶部之间的摩擦系数相等，则轴承具有
Figure 837508DEST_PATH_IMAGE023
和
Figure 865507DEST_PATH_IMAGE017
=
Figure 47090DEST_PATH_IMAGE001
=约26.6°。
图14和15的图表示出了关于带有三个面的第二实施例根据质心的相对位置优化角如何变化以及变化
Figure 236763DEST_PATH_IMAGE025
。在该情况下，总是存在两个角中的一个具有的值小于或等于
Figure 198903DEST_PATH_IMAGE001
=约26.6°，并且另一角具有的值大于或等
Figure 765013DEST_PATH_IMAGE001
。在特定的情况下，其中质心G在B和H的中点，并且如果在底部和顶部之间的摩擦系数相等，则轴承具有中
Figure 66682DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 427256DEST_PATH_IMAGE017
=
Figure 814375DEST_PATH_IMAGE001
=约26.6°。
无论实施例，两个枢轴和两个轴承的最小接触角，两个枢轴15、17和两个轴承18、20的最小接触角
Figure 997226DEST_PATH_IMAGE026
，由以下方程限定：
Figure 887821DEST_PATH_IMAGE003
，优选地
Figure 684876DEST_PATH_IMAGE004
，优选地
Figure 293712DEST_PATH_IMAGE005
，或者还
Figure 529521DEST_PATH_IMAGE027
，或者甚至
Figure 540202DEST_PATH_IMAGE007
，其中N是两个棱锥的面的数量。实际上，为了获得关于与两个轴承的摩擦力矩相关的最佳结果，最小接触角
Figure 508158DEST_PATH_IMAGE026
必须满足这些方程。
自然，本发明不限于参考附图描述的实施例，并且在不背离本发明的范围的情况下可设想多种变型。

Claims (12)

1.一种钟表机芯的旋转轮组系统（10），所述系统（10）包括：例如为摆轮（13）的旋转轮组，用于所述旋转轮组的轴（16）的第一和第二枢轴（15、17）的第一和第二轴承（18、20），第一和第二轴承（18、20）特别地为减震器，所述轮组包括在其轴（16）的位置上的质心（G），所述第一轴承（18、20）包括托石（22），所述托石（22）包括配备有棱锥形腔（19）的主体，所述腔（19）配置为接收所述旋转轮组的所述轴（16）的所述第一枢轴（17），所述腔具有赋予其棱锥形状的至少三个面，所述第一枢轴（17）能够与所述托石（22）的所述腔（19）配合以便能够在所述腔（19）中旋转，至少一个接触区（29）在所述第一枢轴（17）和面（24）之间生成，在所述接触区或多个接触区（29）处的法线相对于垂直于所述枢轴（17）的所述轴（16）的平面形成接触角（
Figure 284268DEST_PATH_IMAGE001
），其特征在于，所述接触角（
Figure 201408DEST_PATH_IMAGE001
）小于45°，优选地小于或等于30°，或者甚至小于或等于
Figure 981145DEST_PATH_IMAGE002
。
2.根据权利要求1所述的轮组系统，其特征在于，所述第二轴承（20）与所述第二枢轴（15）配合，使得所述旋转轮组能够绕其轴（16）旋转，所述第二轴承（20）包括第二棱锥形腔（89），第二棱锥形腔（89）包括至少三个面（24），所述第二枢轴（15）能够与所述托石（22）的第二腔（89）配合以便能够在所述第二腔（89）中旋转，至少一个第二接触区（90）在所述第二枢轴（17、30）和所述第二腔（89）的面之间生成，所述第二接触区（90）的法线相对于垂直于所述第二枢轴（15）的所述轴的平面形成第二接触角（
Figure 438671DEST_PATH_IMAGE003
），其特征在于，两个枢轴（15、17）和两个轴承（18、20）的最小接触角（
Figure 253044DEST_PATH_IMAGE004
）由以下方程限定：
Figure 75506DEST_PATH_IMAGE005
，优选地
Figure 342539DEST_PATH_IMAGE006
，或者还
Figure 541440DEST_PATH_IMAGE007
，或者甚至
Figure 23368DEST_PATH_IMAGE008
，其中N是两个棱锥的面的数量。
3.根据权利要求1或2所述的轮组系统，其特征在于，所述最小接触角（
Figure 16731DEST_PATH_IMAGE004
）由以下方程限定：
Figure 771061DEST_PATH_IMAGE009
其中，N是两个棱锥的面的数量，BH是在两个枢轴的所述端部之间的距离，GH是在与所述第一轴承（18）接触的所述第一枢轴（17）的所述端部与所述摆轮的所述质心（G）之间的距离，并且GB是在与所述第二轴承（20）接触的所述第二枢轴（15）的所述端部与所述摆轮2的所述质心（G）之间的距离。
4.根据前述权利要求中任一项所述的轮组系统，其特征在于，第一接触角（
Figure 508073DEST_PATH_IMAGE010
）小于或等于
Figure 31458DEST_PATH_IMAGE002
并且第二接触角（
Figure 523619DEST_PATH_IMAGE011
）大于或等于
Figure 765245DEST_PATH_IMAGE002
。
5.根据前述权利要求中任一项所述的轮组系统，其特征在于，所述轮组系统包括与所述棱锥形腔的面（24）同样数量的接触区（29、90），其中每面（24）一个接触区（24）。
6.根据前述权利要求中任一项所述的轮组系统，其特征在于，所述腔（28）包括三个或四个面（24）。
7.根据前述权利要求中任一项所述的轮组系统，其特征在于，所述第一枢轴（17）具有锥形形状。
8.根据前述权利要求中任一项所述的轮组系统，其特征在于，所述面（24）是至少部分凹的或凸的。
9.根据前述权利要求中任一项所述的轮组系统，其特征在于，两个接触角（
Figure 40368DEST_PATH_IMAGE012
）相等。
10.根据前述权利要求中任一项所述的轮组系统，其特征在于，所述枢轴（15、17）的所述端部由在接触处的所述法线与所述枢轴（15、17）的所述轴之间的交点限定。
11.根据前述权利要求中任一项所述的轮组系统，其特征在于，所述枢轴（15、17）具有倒圆末端，两个枢轴（15、17）的所述倒圆末端具有相同的半径（R b 、R h ）。
12.一种包括板和至少一个夹板的钟表机芯，所述板和/或所述夹板包括孔口，其特征在于，所述钟表机芯包括根据前述权利要求中任一项所述的旋转轮组系统（10）。
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