CN115003942A - 隔膜和隔膜阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于隔膜阀的隔膜(300)。隔膜(300)具有功能区域(302)和围绕功能区域(302)的紧固部分(304)。在松弛状态(306)下，功能区域(302)包括：中心部分(308)，该中心部分在隔膜(300)的湿侧(390)上突出；侧面部分(310)，该侧面部分在隔膜(300)的干侧(392)上突出，侧面部分(310)至少部分地朝向隔膜(300)的干侧(392)弯曲；以及中间部分(312)，该中间部分布置在中心部分(308)与侧面部分(310)之间，并且至少部分地朝向隔膜(300)的湿侧(390)弯曲。

Description

隔膜和隔膜阀

技术领域

本发明涉及一种用于隔膜阀的隔膜、阀体以及隔膜阀。

背景技术

已知用于隔膜阀的隔膜会受到磨损。由于使用寿命的降低，这种磨损增加了隔膜的维护和更换周期。

因此，本发明的目的是减少对隔膜阀的隔膜的磨损并且从而增加隔膜的使用寿命。

发明内容

本发明的目的通过根据独立权利要求1的隔膜、根据独立权利要求的阀体以及根据另外独立权利要求的隔膜阀来实现。有利的进一步改进在从属权利要求中说明并且可以在说明书和附图中找到。

本说明书的第一方面涉及一种用于隔膜阀的隔膜，该隔膜具有功能区域和围绕该功能区域的紧固部分，松弛状态下的功能区域包括：中心部分，该中心部分在隔膜的湿侧上突出；侧面部分，该侧面部分在隔膜的干侧上突出，侧面部分至少部分地朝向隔膜的干侧弯曲；以及中间部分，该中间部分布置在中心部分与侧面部分之间，并且至少部分地朝向隔膜的湿侧弯曲。

通过中间部分和侧面部分的相反的曲率，可以实现功能区域的、特别是向外的平缓的卷曲或挠曲。另外，松弛状态表示隔膜的打开位置与闭合位置之间的松弛中间位置。这减少了在运动期间出现的材料应力。特别地，这防止了隔膜在定位过程期间屈曲。屈曲通过减少材料的径向压缩和径向膨胀得以防止。相反，可以实现隔膜的材料友好的卷曲或挠曲运动。隔膜的使用寿命增加，同时维护周期延长。

一个有利的示例的特征在于，在包括中间部分和侧面部分的区域中，隔膜厚度至少部分地朝向紧固部分减小。

隔膜在隔膜的功能区域的边界区域中的卷曲或挠曲运动有利地由厚度的减小支持。

一个有利的示例的特征在于，中间部分至少部分地遵循具有第一半径的圆弧。

一个有利的示例的特征在于，侧面部分至少部分地遵循具有第二半径的圆弧，并且第二半径小于第一半径。

这种半径向外的减小导致隔膜被迫进入挠曲运动。

一个有利的示例的特征在于，第二半径与第一半径的比率在0.40与0.85之间，特别是在0.55与0.75之间。

第二半径的这个最小尺寸迫使隔膜在侧面部分的区域中以最大可能的挠曲半径进入所希望的挠曲运动。当隔膜被拉离阀座时，防止了侧面区域折断。

一个有利的示例的特征在于，第一半径在大于座直径的1/10的范围内，特别是在座直径的1/17与1/5之间的范围内，特别是在座直径的1/11与1/7之间的范围内。

由此，侧面区域以如下这种方式与座直径匹配：隔膜被迫运动，该运动不会落在侧面区域的最小挠曲半径以下，该半径取决于所使用的材料和隔膜的厚度。因此，隔膜材料上的应力减小。

一个有利的示例的特征在于，隔膜的松弛状态对应于隔膜的未加载中间位置，该未加载中间位置在打开位置与闭合位置之间。

有利地，未加载的中间位置的产生减少了在放置隔膜时产生的径向张力和压缩力，这延长了隔膜的使用寿命。

一个有利的示例的特征在于，中心部分包括湿侧密封腹板。

一个有利的示例的特征在于，密封腹板在垂直于其走向的截面中被两个凹部包围。

以这种方式暴露的密封腹板改进了闭合过程。

一个有利的示例的特征在于，中间部分的湿侧轮廓相对于定位轴线旋转对称地构造，并且密封腹板过渡到旋转对称地构造的湿侧轮廓中。

有利地，一方面，足够的力可以在中心施加在阀体的密封腹板上。另一方面，密封腹板过渡到旋转对称的中间部分中允许边界纤维膨胀朝向侧面部分减小。

本说明书的第二方面涉及一种隔膜阀，该隔膜阀包括根据第一方面的隔膜，该隔膜被支撑在阀体与驱动体之间。

一个有利的示例的特征在于，隔膜的功能区域的纵截面轮廓的长度比阀体的密封腹板的纵截面轮廓短，特别是短1-4％，特别是短2-3％。

这种纵截面轮廓调节有利地支持不低于在功能区域的侧面区域中的最小挠曲半径。

一个有利的示例的特征在于，阀体包括用于隔膜的紧固部分，用于与隔膜的功能区域相互作用的密封腹板布置在紧固部分内，阀体的密封腹板的密封轮廓包括在密封腹板的纵截面中的两个凸形弯曲接触部分，接触部分各自向内抵接紧固部分。

本说明书的第三方面涉及一种用于隔膜阀的阀体，该阀体包括用于隔膜的紧固部分，用于与隔膜的功能区域相互作用的密封腹板布置在紧固部分内，密封腹板的密封轮廓包括在密封腹板的纵截面中的两个凸形弯曲的接触部分，接触部分各自向内抵接紧固部分。

凸形接触部分防止隔膜在运动期间屈曲。相反，接触部分使隔膜过渡到卷曲或挠曲运动，特别是当其被拉离阀座时，从而保护径向外部区域中的隔膜材料。这在隔膜上施加了较小的应变。另外，所提出的密封轮廓允许隔膜在密封轮廓上被更均匀地挤压。因此，隔膜的使用寿命以几种方式增加。

与现有技术相比，座几何形状实际上界定了较小的截面积。然而，上述卷曲运动和由此引起的隔膜负载的减小允许阀升程增加。由于阀具有比现有技术中更大的开口截面部分，所以增加的阀升程甚至过度补偿了较小的座截面积。因此，可以提供相对较大的流速。

一个有利的示例的特征在于，凸形弯曲接触部分至少部分地遵循圆弧，该圆弧的半径在大于座直径的1/10的范围内，特别是在座直径的1/17与1/5之间的范围内，特别是在座直径的1/11与1/7之间的范围内。

凸形弯曲接触部分的半径值的这个范围有利地提供了在隔膜上平缓的并且支持卷曲运动的座轮廓。隔膜纵截面中的卷曲或弯曲半径在隔膜的运动期间不低于最小值，这意味着隔膜不会屈曲，而是隔膜例如在阀打开时过渡到卷曲运动。打开运动总是在隔膜上施加大量应变，因为压力件的轮廓仅能在有限程度上支持该过程。为凸形弯曲接触部分选择的半径减轻了上述应力问题。

一个有利的示例的特征在于，密封轮廓在拐点处的假想切线与定位轴线形成在40°与52°之间的范围内、特别是在44°与50°之间的范围内、并且特别是在47°与49°之间的范围内的角度。

该假想切线有利地提供了阀座，该阀座一方面允许增加的座深度，并且同时还允许隔膜被充分地压靠在阀座上，以便保持隔膜阀牢固地闭合。

一个有利的示例的特征在于，垂直于定位轴线的凸形弯曲接触部分占据密封腹板的座直径的1/20至1/5，特别是座直径的1/15至1/6。

有利地，凸形接触部分由此突出到阀座开口中足够远，使得有利地支持隔膜的展开。

一个有利的示例的特征在于，密封轮廓的至少一个在密封腹板的纵截面中凹形弯曲的接触部分向内抵接对应的凸形弯曲接触部分，凹形弯曲部分的弯曲程度小于凸形弯曲部分。

有利地，凸形弯曲接触部分过渡到凹形弯曲的接触部分中，由此允许隔膜无缝地压到密封腹板上。凹形弯曲部分的不太明显的曲率确保提供足够大的流动截面。

一个有利的示例的特征在于，凸形弯曲部分的曲率中心和凹形弯曲部分的曲率中心位于假想的公共线上，该假想的公共线与定位轴线形成在45°与70°之间的范围内、特别是在65°与50°之间的范围内的角度。

本说明书的第五方面涉及一种用于隔膜阀的隔膜，该隔膜包括紧固部分，用于与阀体的密封腹板相互作用的功能区域布置在紧固部分内，在隔膜的闭合状态下形成的功能区域的闭合轮廓包括在功能区域的纵截面中的两个凹形弯曲的接触部分，每个接触部分向内抵接紧固部分。

本说明书的第六方面涉及一种隔膜阀，该隔膜阀包括根据第一方面的阀体和根据第二方面的隔膜。

隔膜阀的一个有利示例的特征在于，当隔膜阀处于闭合状态时，隔膜的凹形弯曲接触部分各自抵接阀体的相关联凸形弯曲接触部分。

附图说明

在附图中:

图1以分解图示出了隔膜阀的一部分；

图2是阀体的密封腹板的示意纵截面；

图3和图4是隔膜的各个纵截面；

图5以示意截面示出了隔膜和相关联的阀体；

图6以示意形式示出了隔膜的各种位置；

图7是隔膜的中心部分的示意截面；以及

图8是隔膜的湿侧的视图。

具体实施方式

图1以分解图示出了隔膜阀100的一部分。沿着定位轴线102示出了阀体200、第一隔膜300和第二隔膜400。两个隔膜300和400形成两部分隔膜结构104，其中，第一隔膜300可被指定为隔膜护罩，而隔膜400可被指定为支撑隔膜。隔膜300、400包括湿侧390、490和干侧392、492，干侧392、492背向阀体200，湿侧390、490面向阀体200。

在一个示例中，第一隔膜300包括聚四氟乙烯PTFE或全氟烷氧基聚合物PFA，而第二隔膜400包括弹性体，诸如硫化的三元乙丙橡胶EPDM。在另一个示例中，材料的选择有所不同。在另外的示例中，仅使用包括PTFE、PFA或EPDM的单个隔膜。

固定地连接到第一隔膜300的销330延伸穿过第二隔膜400的中心开口430并且连接到阀杆(未示出)。阀杆由驱动器(未示出)驱动，以便使隔膜330沿着定位轴线102移动。

阀体200包括两个过程流体连接件230、232。特定的流体通道从对应的过程流体连接件230、232通向密封腹板206，该密封腹板可经由阀体200的开口234可触及。

阀结构104插入开口234中并且以液密方式夹紧在阀体200与驱动体之间的对应的侧面紧固部分中。在调节方向106上，驱动器将隔膜结构104压到密封腹板206上，以便防止流体通道之间的流体流动。当隔膜结构104被提升离开密封腹板206时，开口截面被打开，从而允许流体在两个流体通道之间流动。

在本情况下，隔膜结构104包括两个隔膜300、400。当然，在本说明书中公开的方面也可以转移到具有单个隔膜或多于两个隔膜的隔膜结构。

图2示出了阀体200的密封腹板206的示意纵截面。密封腹板206相对于定位轴线102镜像对称地构造，这就是为什么在图2中仅示出阀体200的一半的原因。

阀体200包括外紧固部分204，其用于抵接图1的隔膜300并用于支撑图1的隔膜结构104。密封腹板206布置在紧固部分204内，以便与隔膜300、400的功能区域相互作用。

密封腹板206的密封轮廓包括两个接触部分210，其在密封腹板260的纵截面yz中凸形地弯曲并且各自朝向定位轴线102向内抵接相关联的紧固部分204。密封腹板206的密封轮廓沿着密封腹板206的表面延伸并且与密封腹板206的纵截面yz有关。

凸形弯曲接触部分210至少部分地遵循圆弧，该圆弧的半径R10在某一范围内大于座直径d0的1/10，特别是在座直径d0的1/17与1/5之间的范围内，并且特别是在座直径d0的1/11与1/7之间的范围内。

在拐点216处，密封轮廓的假想切线214与定位轴线102形成在40°与52°之间的范围内、特别是在44°与50°之间的范围内、并且特别是在47°与49°之间的范围内的角度α。在围绕拐点216的部分240中，密封腹板206遵循切线214，由此，截面yz中的部分240在假想的截锥表面内，该假想的截锥表面以定位轴线102作为锥体轴线。

凸形弯曲接触部分210垂直于定位轴线102占据密封腹板206的座直径d0的1/20至1/5，特别是座直径d0的1/15至1/6。

密封腹板206包括在密封腹板206的纵截面yz中凹形弯曲的至少一个接触部分212。密封腹板206的密封轮廓的内部区域被两个凸形弯曲的接触部分210包围，其中该密封轮廓包括至少一个凹形弯曲的接触部分212。凹形接触部分212朝向定位轴线102向内抵接对应的凸形弯曲接触部分210。在本情况下，密封腹板206包括中心平坦的平台部分224。也可省略平台部分224，从而产生单个凹形弯曲的接触部分212。凹形弯曲部分212的弯曲程度小于凸形弯曲部分210。

凸形弯曲部分210的曲率中心218和凹形弯曲部分212的曲率中心220位于假想的公共线222上。线222与定位轴线102形成在45°与70°之间的范围内、特别是在65°与50°之间的范围内的角度β。

凹形接触部分212至少部分地遵循具有第二半径R12的圆形路径，第一半径R10大于第二半径R12的六分之一并且小于第二半径R12的一半，特别是大于第二半径R12的四分之一并且小于第二半径R12的一半。

图3示出了隔膜300的纵截面，并且图4示出了隔膜400的纵截面。下面一起描述两个隔膜400。

隔膜300、400包括功能区域302、402和围绕功能区域302、402的紧固部分304、404。隔膜300、400被示出为处于松弛状态，这意味着没有力施加在隔膜300、400上。特别地，在所示的松弛状态下，隔膜300、400没有被夹紧在阀中或连接到驱动器。

处于松弛状态306、406的功能区域302、402包括：中心部分308、408，其在隔膜300、400的湿侧390、490上突出；侧面部分310、410，其在隔膜300、400的干侧392、492上突出，侧面部分310、410至少部分地朝向隔膜300、400的干侧392、492弯曲；以及中间部分312、412，其布置在中心部分308、408与侧面部分310、410之间，该中间部分至少部分地朝向隔膜300、400的湿侧390、490弯曲。

定位轴线102的第一竖直平面340、440延伸穿过紧固部分304、404。定位轴线的第二竖直平面342、442从外部界定侧面部分310、410。第三竖直平面344、444从外部界定中心部分308、408。第一竖直平面340、440位于第二竖直平面342、442与第三竖直平面344、444之间。

在包括中间部分312、412和侧面部分310、410的区域中，隔膜300、400的隔膜厚度或壁厚度朝向紧固部分304、404至少部分地减小。在另外示例中，在包括中间部分312、412和侧面部分310、410的区域中的隔膜300、400的隔膜厚度或壁厚度被选择为基本恒定。

中间部分312、412至少部分地遵循具有第一半径R1_3、R1_4的圆弧314、414。侧面部分310、410至少部分地遵循具有第二半径R2_3、R2_4的圆弧316、416。第二半径R2_3、R2_4被选择为小于第一半径R1_3、R1_4。特别地，第二半径R2_3、R2_4与第一半径R1_3、R1_4的比率在0.40与0.85之间，特别地在0.55与0.75之间。第一半径R1_3、R1_4在大于座直径d0的1/10的范围内，特别地在座直径d0的1/17与1/5之间的范围内，且特别地在座直径d0的1/11与1/7之间的范围内。

图5以示意截面示出了隔膜300和相关联的阀体200。紧固部分204和304以液密方式抵接彼此。隔膜300被示意性地示出为处于松弛状态。在隔膜300与密封腹板206之间形成开口截面520，开口过程流体可以流过该开口截面。

如果隔膜300被压到密封腹板206上，则这致使在隔膜300的这种闭合状态下形成功能区域302的闭合轮廓，该闭合轮廓具有两个接触部分510，其在功能区域302的纵截面yz中凹形地弯曲并且各自向内抵接紧固部分304。功能区域302的闭合轮廓指代隔膜300的湿侧表面，具体是在相关联的密封腹板206的纵截面xy中。当隔膜阀100处于闭合状态时，隔膜300的凹形弯曲接触部分510各自抵接阀体200的相关联凸形弯曲接触部分210。

图3或图4的隔膜300、400的功能区域302、402的纵截面轮廓的长度比阀体200的密封腹板206的纵截面轮廓短，特别是短1-4％，特别是短2-3％。纵截面轮廓指代隔膜300、400的湿侧表面，特别是在相关联的密封腹板206的纵截面中。

图6以截面yz以示意形式示出了隔膜的各种位置。图3和图4的隔膜300、400的未在图6中示出的松弛状态306、406对应于隔膜300、400的未加载中间位置，该未加载中间位置位于打开位置602与闭合位置604之间。在打开位置602与闭合位置604之间产生最大开口截面610。

当隔膜300、400被提升离开密封腹板206并朝向打开位置602移动时，到达隔膜300、400的所示位置606。由于在本说明书中解释的隔膜300、400的构造，在包括定位轴线102的截面中的位置606中达到侧面弯曲608。凸出部608朝向对应的湿侧开口。弯曲608包括最小挠曲半径Rw，当经过从位置604到位置602的位置时不低于该最小挠曲半径。

图7示出了隔膜300的中心部分的示意截面。中心部分308包括湿侧密封腹板702。密封腹板702在垂直于密封腹板702的走向的截面xz中被两个凹部704、706围绕。

在一个替代示例中，省略了密封腹板702和对应的凹部704、706。在该示例中，中心部分308的湿侧表面相对于定位轴线108旋转对称。

图8示出了在z方向上的隔膜300的湿侧的视图。隔膜300包括中间部分312的湿侧表面轮廓，该轮廓设计为相对于定位轴线102旋转对称。在区域802和804中，密封腹板702连续地过渡到中间部分312的旋转对称湿侧表面轮廓中。

Claims (22)

1.一种用于隔膜阀(100)的隔膜(300；400)，其中，所述隔膜(300；400)具有功能区域(302)和围绕所述功能区域(302；402)的紧固部分(304；404)，松弛状态(306；406)下的所述功能区域(302；402)包括：

(i)中心部分(308；408)，所述中心部分(308；408)在所述隔膜(300；400)的湿侧(390；490)上突出；

(ii)侧面部分(310；410)，所述侧面部分(310；410)在所述隔膜(300；400)的干侧(392；492)上突出，所述侧面部分(310；410)至少部分地朝向所述隔膜(300；400)的所述干侧(392；492)弯曲；以及

(iii)中间部分(312；412)，所述中间部分(312；412)布置在所述中心部分(308；408)与所述侧面部分(310；410)之间，至少部分地朝向所述隔膜(300；400)的所述湿侧(390；490)弯曲。

2.根据权利要求1所述的隔膜(300；400)，其中，在包括所述中间部分(312；412)和所述侧面部分(310；410)的区域中的隔膜厚度至少部分地朝向所述紧固部分(304；404)减小。

3.根据权利要求1或2所述的隔膜(300；400)，其中，所述中间部分(312；412)至少部分地遵循具有第一半径(R1_3；R1_4)的圆弧(314；414)。

4.根据权利要求3所述的隔膜(300；400)，其中，所述侧面部分(310；410)至少部分地遵循具有第二半径(R2_3；R2_4)的圆弧(316；416)，并且其中，所述第二半径(R2_3；R2_4)小于所述第一半径(R1_3；R1_4)。

5.根据权利要求3或4所述的隔膜(300；400)，其中，所述第二半径(R2_3；R2_4)与所述第一半径(R1_3；R1_4)的比率在0.40与0.85之间，特别是在0.55与0.75之间。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的隔膜(300；400)，其中，所述第一半径(R1_3；R1_4)在大于座直径(d0)的1/10的范围内，特别是在所述座直径(d0)的1/17与1/5之间的范围内，并且特别是在所述座直径(d0)的1/11与1/7之间的范围内。

7.根据前述权利要求中任一项所述的隔膜(300；400)，其中，所述隔膜(300；400)的所述松弛状态(306；406)对应于所述隔膜(306；406)的未加载中间位置，所述未加载中间位置在打开位置(602)与闭合位置(604)之间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的隔膜(300)，其中，所述中心部分(308)包括湿侧密封腹板(702)。

9.根据权利要求8所述的隔膜(300)，其中，所述密封腹板(308)在垂直于其走向的截面(xz)中被两个凹部(704、706)围绕。

10.根据权利要求8或9所述的隔膜(300)，其中，所述中间部分(310)的湿侧轮廓相对于定位轴线(102)旋转对称，并且其中，所述密封腹板(702)过渡到所述旋转对称的湿侧轮廓中。

11.一种隔膜阀(100)，其包括根据前述权利要求中任一项所述的隔膜(300；400)，其中，所述隔膜(300；400)支撑在阀体(200)与驱动体之间。

12.根据权利要求11所述的隔膜阀(100)，其中，所述隔膜(300；400)的所述功能区域(302、402)的纵截面轮廓的长度比所述阀体(200)的所述密封腹板(206)的纵截面轮廓短，特别是短1-4％，特别是短2-3％。

13.根据权利要求11或12所述的隔膜阀(100)，其中，所述阀体(200)包括用于所述隔膜(300；400)的紧固部分(204)，用于与所述隔膜(300；400)的所述功能区域(302；402)协作的密封腹板(206)布置在所述紧固部分(204)内，所述阀体(200)的所述密封腹板(206)的密封轮廓包括两个接触部分(210)，其在所述密封腹板(260)的纵截面(yz)中凸形地弯曲，并且各自向内抵接所述紧固部分(204)。

14.一种用于隔膜阀(100)的阀体(200)，其中，所述阀体(200)包括用于隔膜(300；400)的紧固部分(204)，用于与功能区域(302；402)协作的密封腹板(206)位于所述隔膜(300；400)的所述紧固部分(204)内，所述密封腹板(206)的密封轮廓包括两个接触部分(210)，其在所述密封腹板(206)的纵截面(yz)中凸形地弯曲并且各自向内抵接所述紧固部分(204)。

15.根据权利要求14所述的阀体(200)，其中，所述凸形弯曲接触部分(210)至少部分地遵循圆弧，所述圆弧的半径(R10)在大于座直径(d0)的1/10的范围内，特别是在所述座直径(d0)的1/17与1/5之间的范围内，并且特别是在所述座直径(d0)的1/11与1/7之间的范围内。

16.根据权利要求14或15所述的阀体(100)，其中，所述密封轮廓在拐点(216)处的假想切线(214)与定位轴线(102)形成在40°与52°之间的范围内、特别是在44°与50°之间的范围内、并且特别是在47°与49°之间的范围内的角度(α)。

17.根据前述权利要求14至16中任一项所述的阀体(200)，其中，垂直于定位轴线或所述定位轴线(102)的所述凸形弯曲接触部分(210)占据所述密封腹板(206)的座直径(d0)的1/20至1/5，特别是所述座直径(d0)的1/15至1/6。

18.根据前述权利要求14至17中任一项所述的阀体(200)，其中，所述密封轮廓的在所述密封腹板(206)的所述纵截面(yz)中凹形弯曲的至少一个接触部分(212)向内抵接所述对应凸形弯曲接触部分(210)，所述凹形弯曲部分(212)的弯曲程度小于所述凸形弯曲部分(210)。

19.根据权利要求18所述的阀体，其中，所述凸形弯曲部分(210)的曲率中心(218)和所述凹形弯曲部分(212)的曲率中心(220)位于假想的公共线(222)上，所述假想的公共线(222)与定位轴线或所述定位轴线(102)形成在45°与70°之间的范围内、特别是在65°与50°之间的范围内的角度(β)。

20.一种用于隔膜阀(100)的隔膜(300；400)，其中，所述隔膜(300；400)包括紧固部分(304；404)，用于与阀体(200)的密封腹板(206)协作的功能区域(302；402)布置在所述紧固部分(304；404)内，在所述隔膜(300；400)的闭合状态下形成的所述功能区域(302；402)的闭合轮廓包括在所述功能区域(302；402)的纵截面(yz)中的两个凹形弯曲的接触部分(510)，所述接触部分(510)各自向内抵接所述紧固部分(304；404)。

21.一种隔膜阀(100)，其包括根据权利要求14至19中任一项所述的阀体(200)和根据权利要求20所述的隔膜(300；400)。

22.根据权利要求21所述的隔膜阀(100)，其中，当所述隔膜阀(100)处于闭合状态时，所述隔膜(300)的所述凹形弯曲接触部分(510)各自抵接所述阀体(200)的相关联的凸形弯曲接触部分(210)。

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