DE10029425B4 - Bohrungsanordnung mit einer aus mindestens drei Bohrungen gebildeten Verschneidung sowie Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Bohrungsanordnung mit einer aus mindestens drei Bohrungen gebildeten Verschneidung sowie Verfahren zu deren Herstellung Download PDF

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Abstract

Bohrungsanordnung mit mindestens einer ersten Bohrung (2), einer zweiten Bohrung (3) und einer dritten Bohrung (4), welche eine Verschneidung (6) bilden, wobei sich die erste (2) und die zweite Bohrung (3) in ihrem Übergangsbereich (7) in einem spitzen Winkel (α) treffen, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Bohrung (4) derart angeordnet ist, dass sie zumindest teilweise in den Übergangsbereich (7) zwischen der ersten (2) und der zweiten Bohrung (3) reicht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bohrungsanordnung mit einer aus mindestens drei Bohrungen gebildeten Verschneidung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Bohrungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13.
  • Bohrungsanordnungen, welche eine aus drei Bohrungen gebildete Verschneidung bilden, sind in unterschiedliche Ausgestaltungen bekannt. Beispielsweise zeigt die DE-198 02 476 A1 eine Pumpenanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem, welche in einem Pumpengehäuse mehrere Pumpenelemente umfaßt. Eine Hochdruckkanalsystem ist vorgesehen, um den mit Druck beaufschlagten Kraftstoff zu einer gemeinsamen Hochdruckanschlußbohrung zu fördern. Dabei sind mehrere Hochdruckkanäle in einer anderen Ebene angeordnet als die gemeinsame Hochdruckanschlußbohrung, in der die Hochdruckkanäle zusammentreffen. Durch die Anordnung der gemeinsame Hochdruckanschlußbohrung in einer anderen Ebene als die Hochdruckkanäle können die Hochdruckkanäle exzentrisch auf die gemeinsame Hochdruckanschlußbohrung treffen.
  • Aus der EP 0 999 361 A2 ist eine Vorrichtung mit einer Bohrungsverschneidung bekannt, bei der außen am Festkörper Druckerzeugungsmittel derart angeordnet sind, dass diese in den Festkörper eine Spannung einbringen, der der von dem Innendruck der Bohrungsverschneidung erzeugten Spannung entgegenwirkt.
  • In 7 ist beispielsweise eine weitere Bohrungsanordnung 1, welche eine Verschneidung 6 gemäß dem Stand der Technik bildet, dargestellt. Die Verschneidung 6 wird durch drei Bohrungen gebildet, nämlich eine erste Bohrung 2, eine zweite Bohrung 3 und eine dritte Bohrung 4, welche in einem Basis element 8 eingebracht sind. Die drei Bohrungen liegen in einer Ebene und die erste Bohrung 2 und die zweite Bohrung 3 bilden an einem Übergangsbereich 7, welcher zwischen den beiden Bohrungen liegt, einen spitzen Winkel α. Aufgrund der Ausbildung des spitzen Winkels α im Übergangsbereich zwischen der ersten und der zweiten Bohrung, treten hohe Spannungen an diesem Bereich auf. Dies kann, insbesondere bei Einsatz der Bohrungsanordnung in einem Hydraulikkreis mit hohen Drücken, zur Rissbildung und zu Leckagen am Hydraulikkreis führen. Daher mussten bisher bei Vorhandensein von spitzen Winkeln bei einer Verschneidung von Bohrungen Werkstoffe mit einer hohen Festigkeit verwendet werden, welche sehr teuer sind. Eine andere Möglichkeit zur Verhinderung der Risse besteht darin, die innen liegenden Kanten der Bohrungen abzurunden, was sehr arbeitsintensiv und daher ebenfalls sehr teuer ist.
    •
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bohrungsanordnung, welche eine Verschneidung mit einem spitzen Winkel aufweist, bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit das Auftreten von Spannungen und Rissen an der Verschneidung verhindert. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer Verschneidung mit einem spitzen Winkel ohne Auftreten von Spannungen oder Rissen bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Bohrungsanordnung bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß wird somit eine Bohrungsanordnung mit mindestens einer ersten Bohrung, einer zweiten Bohrung und einer dritten Bohrung vorgeschlagen, wobei die Bohrungen eine Verschneidung bilden, bei der sich die erste und die zweite Bohrung in ihrem Übergangsbereich in einem spitzen Winkel treffen. Dabei ist die dritte Bohrung derart angeordnet, dass sie zumindest teilweise in den Übergangsbereich zwischen der ersten und der zweiten Bohrung reicht. Mit anderen Worten ist die dritte Bohrung derart eingebracht, dass durch die dritte Bohrung das den spitzen Winkel bildende Material zwischen der ersten und der zweiten Bohrung abgetragen ist. Dadurch wird der Übergangsbereich zwischen der ersten und der zweiten Boh rung nicht mehr durch die Mantelflächen der ersten und zweiten Bohrungen gebildet, sondern durch einen Abschnitt der Aussenfläche, d.h. der Mantelfläche oder der (z.B. kegelförmige) Spitzenfläche, der dritten Bohrung. Dadurch treten an der Verschneidung mit mindestens zwei Bohrungen, die in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind, keine hohen Spannungen mehr auf, welche zu Rissen o.ä. führen können. Daher kann als Material für ein Basiselement, in welchem die Bohrungen eingebracht sind, auf teuere Materialien oder auf eine aufwendige Nacharbeitung verzichtet werden. Im Vergleich mit dem Stand der Technik kann somit die Hochdruckfestigkeit der Verschneidung um mehrere Prozentpunkte (< 10%) gesteigert werden.
  • Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Bohrungsanordnung der Übergangsbereich zwischen der ersten Bohrung und der zweiten Bohrung im Schnitt V-förmig ausgebildet, wodurch der Übergangsbereich mit zwei stumpfen Winkeln ausgebildet ist. Eine derartige Verschneidung kann beispielsweise durch Anordnen der dritten Bohrung in einer Ebene mit den beiden Bohrungen, welche den spitzen Winkel bilden, erreicht werden, wobei die Achse der dritten Bohrung unmittelbar durch die Spitze des spitzen Winkels oder etwas von der Spitze versetzt eingebracht wird. Besonders bevorzugt sind die beiden stumpfen Winkel des Übergangsbereichs gleich groß, da dann symmetrische Spannungsverhältnisse vorliegen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Übergangsbereich zwischen der ersten Bohrung und der zweiten Bohrung im Schnitt kreissekforförmig ausgebildet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die dritte Bohrung senkrecht zu den beiden anderen Bohrungen eingebracht wird. Dabei bildet dann ein Mantelbereich der dritten Bohrung einen kreissektorförmigen Teil des Übergangsbereichs zwischen der ersten und der zweiten Bohrung. Die Länge des Kreissektors ist abhängig von der Position der dritten Bohrung relativ zum spitzen Winkel zwischen der ersten und der zweiten Bohrung. Besonders bevorzugt ist der Übergangsbereich im Schnitt als Halbkreis ausgebildet.
  • Vorzugsweise steht die dritte Bohrung um eine bestimmte Länge über den fiktiven Schnittpunkt der Mantelflächen der ersten und der zweiten Bohrung, welche den spitzen Winkel bilden, vor. Durch die vorstehende Länge kann dabei die Geometrie des Übergangsbereichs bestimmt werden. Vorzugsweise ist dabei die Länge um so grösser, je grösser der Durchmesser der Bohrungen ist, welche den spitzen Winkel bilden. Beispielsweise beträgt die Länge bei einem Bohrungsdurchmesser von ca. 2 mm bis 5 mm ungefähr 0 mm bis 1 mm.
  • Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Bohrungsanordnung derart ausgebildet, dass die erste, die zweite und die dritte Bohrung in einer Ebene liegen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Bohrung der Bohrungen senkrecht zu mindestens zwei anderen Bohrungen angeordnet. Dadurch kann ein Übergangsbereich mit einem aus einem Kreissektor gebildeten Abschnitt einfach erhalten werden.
  • Vorzugsweise weist die Bohrungsanordnung vier Bohrungen auf, wobei drei Bohrungen in einer Ebene liegen und die vierte Bohrung senkrecht zu der Ebene angeordnet ist.
  • Um besonders geringe Spannungen am Übergangsbereich zu erhalten, ist die erste Bohrung zur zweiten Bohrung in Axialrichtung der dritten Bohrung versetzt angeordnet.
  • Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Bohrungsanordnung in einer Radialkolbenpumpe z.B. für den Common-Rail-Bereich eines Dieselmotors eingesetzt.
  • Weiter wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung einer Bohrungsanordnung bereitgestellt, bei dem eine erste Boh rung und eine zweite Bohrung in Basiselement eingebracht werden, wobei die beiden Bohrungen derart eingebracht werden, dass sie eine Verschneidung in einem spitzen Winkel bilden. Weiter wird mindestens eine dritte Bohrung eingebracht, welche derart angeordnet ist, dass das den spitzen Winkel bildende Material an einem Übergangsbereich zwischen der ersten und der zweiten Bohrung abgetragen wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit Verschneidungen hergestellt werden, welche trotz einer Verschneidung zweier Bohrungen in einem spitzen Winkel am Übergangsbereich zwischen den beiden Bohrungen nur geringe Spannungen aufweisen. Dadurch können aufwendige Nachbearbeitungen der Bohrungsverschneidung entfallen und die Bohrungen trotzdem in einem kostengünstigen Werkstoff mit relativ geringer Festigkeit eingebracht werden.
    •
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
  • 1 eine Bohrungsanordnung mit einer Verschneidung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Bohrungsanordnung mit einer Verschneidung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine vergrößerte Darstellung des Übergangsbereichs der in 2 dargestellten Verschneidung;
  • 4 eine Bohrungsanordnung mit einer Verschneidung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine vergrößerte Darstellung des Übergangsbereichs der in 4 dargestellten Verschneidung;
  • 6 eine Radialkolbenpumpe mit der in den 4 und 5 dargestellten Bohrungsanordnung und
  • 7 eine Bohrungsanordnung mit einer Verschneidung gemäß dem Stand der Technik.
  • 1 zeigt eine Bohrungsanordnung 1 mit einer Verschneidung 6 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei sind in einem Basiselement 8 vier Bohrungen eingebracht, nämlich eine erste Bohrung 2 mit einem Durchmesser d1, eine zweite Bohrung 3 mit einem Durchmesser d2, eine dritte Bohrung 4 mit einem Durchmesser d3 und eine vierte Bohrung 5. Die erste, zweite und dritte Bohrung 2, 3, 4 liegen in einer Ebene. Die vierte Bohrung 5 ist senkrecht zu dieser Ebene eingebracht.
  • Die erste und die zweite Bohrung 2 und 3 sind derart angeordnet, dass sie zwischen sich einen spitzen Winkel α bilden. Hierbei treffen sich die Mantelflächen der ersten und der zweiten Bohrung in einem Punkt P (vgl. 1). Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Punkt P auf der Mittelachse der dritten Bohrung 4. Um nun zu verhindern, dass ein Übergangsbereich 7, welcher zwischen der ersten und der zweiten Bohrung 2, 3 liegt, als spitzer Winkel ausgebildet ist, in welchem hohe Spannungen auftreten können, ist die dritte Bohrung 4 um eine Länge s über den Schnittpunkt P geführt (vgl. 1).
  • Dadurch wird der Übergangsbereich 7 durch die Bohrerspitze des Bohrers gebildet, welcher die dritte Bohrung 4 erzeugt. Somit weist der Übergangsbereich 7 im Schnitt einen ersten stumpfen Winkel β1 und einen zweiten stumpfen Winkel β2 auf (vgl. 1). Um zu verhindern, dass im Übergangsbereich durch den Bohrer der dritten Bohrung 4 die Bohrung fortgesetzt wird, sollte die Länge s immer kleiner als der Durchmesser d3 der dritten Bohrung 4 sein.
  • Beispielsweise wird die erfindungsgemäße Verschneidung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel derart hergestellt, dass zuerst die erste Bohrung 2 und die zweite Bohrung 3 gebohrt werden. Dabei bleibt zwischen den beiden Bohrungen ein Materialbereich in Form eines spitzen Winkels α stehen. Anschließend wird die dritte Bohrung 4 gebohrt. Dabei wird die dritte Bohrung 4 so tief gebohrt, dass die Materialspitze mit dem spitzen Winkel α durch den Bohrer der dritten Bohrung 4 abgetragen wird. Der Bohrer wird dabei so weit eingeführt, bis die Länge s seines Mantelbereichs über den fiktiven Schnittpunkt P hinausragt. Dadurch wird der Übergangsbereich 7 mit zwei stumpfen Winkeln β1 und β2 (im Schnitt) gebildet. Im Dreidimensionalen ist der Übergangsbereich 7 durch eine kegelförmige Aussparung gebildet, welche der Form der Bohrerspitze für die dritte Bohrung 4 entspricht.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Hierbei sind gleiche bzw. funktional ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Da das zweite Ausführungsbeispiel im wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, werden nachfolgend nur Unterschiede im Detail erläutert.
  • Wie im ersten Ausführungsbeispiel sind im zweiten Ausführungsbeispiel vier Bohrungen (eine erste Bohrung 2, eine zweite Bohrung 3, eine dritte Bohrung 4 und eine vierte Bohrung 5) ausgebildet. Die Bohrungen 2, 3 und 4 liegen wieder in einer Ebene und die vierte Bohrung 5 ist senkrecht zu der Ebene gebildet.
  • Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist jedoch die vierte Bohrung 5 derart am Übergangsbereich 7 zwischen der ersten Bohrung 2 und der zweiten Bohrung 3 gebildet, dass der Übergangsbereich 7 teilweise auch durch zwei Kreissektoren 5a und 5b der Mantelfläche der vierten Bohrung 5 gebildet wird (vgl. 3). Somit besteht der Übergangsbereich 7 des zweiten Ausführungsbeispiel aus zwei Mantelbereichen 5a und 5b der vierten Bohrung 5 sowie einen im Vergleich mit dem ersten Ausführungsbeispiel kleineren Bereich (Flächen 4a und 4b), welcher durch die Spitze der dritten Bohrung 4 gebildet wird (vgl. vergrösserte Detailansicht in 3).
  • Durch diese Ausgestaltung des Übergangsbereichs 7 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel werden noch geringere Spannungen am Übergangsbereich erhalten, da die durch die Tangenten der Kreissektoren am Übergang zum Bohrungsrand und den Bohrungen 2 und 3 gebildeten Winkel β1 und β2 noch stumpfer sind als die durch die Bohrungsspitze der Bohrung 4 gebildeten Winkel.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 4 bis 6 ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Hierbei sind gleiche bzw. funktional ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Da das dritte Ausführungsbeispiel im wesentlichen dem ersten bzw. dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht, werden nachfolgend nur Unterschiede im Detail erläutert.
  • Wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wird die Verschneidung 6 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel durch eine erste Bohrung 2, eine zweite Bohrung 3, eine dritte Bohrung 4 und eine senkrecht zu den Bohrungen 2, 3 und 4 angeordnete vierte Bohrung 5 gebildet.
  • Im Gegensatz zum zweiten Ausführungsbeispiel wird jedoch der Übergangsbereich 7 zwischen der ersten und der zweiten Bohrung 2 und 3 vollständig durch die Mantelfläche der vierten Bohrung 5 gebildet (vgl. vergrösserte Detailansicht in 5). Hierbei ist die vierte Bohrung 5 derart angeordnet, dass sie nach dem Einbringen der ersten und der zweiten Bohrung 2, 3 den spitzen Winkel α abträgt. Somit wird der Übergangsbereich 7 im Schnitt vollständig durch einen Kreisabschnitt gebildet. Im Dreidimensionalen wird der Übergangsbereich 7 durch einen rohrförmigen Abschnitt gebildet, dessen Durchmesser dem des Bohrers für die vierte Bohrung 5 entspricht. Die Winkel β1 und β2 werden dabei durch die Kreistangenten am Bohrungsrand und die Mantelflächen der ersten und zweiten Bohrung 2 und 3 gebildet (vgl. 5).
  • In 6 ist Einbausituation der Bohrungsanordnung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt. Wie in 6 dargestellt, ist die Bohrungsanordnung 1 in einer Radialkolbenpumpe 9 eingebracht. Dabei sind die erste, zweite und dritte Bohrung 2, 3 und 4 jeweils mit einem Kompressionsraum der Pumpe in Verbindung. Die vierte Bohrung 5 verbindet die drei Bohrungen 2, 3 und 4 über Steuereinrichtungen mit dem Common Rail eines Dieselmotors.
  • Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Bohrungsanordnung 1 mit mindestens einer ersten Bohrung 2, einer zweiten Bohrung 3 und einer dritten Bohrung 4. Die Bohrungen 2, 3, 4 bilden eine Verschneidung 6, bei der sich die erste und die zweite Bohrung 2, 3 in ihrem Übergangsbereich 7 in einem spitzen Winkel α treffen. Dabei ist die dritte Bohrung 4 derart angeordnet, dass sie zumindest teilweise in den Übergangsbereich 7 zwischen der ersten und der zweiten Bohrung 2, 3 reicht. Dadurch können zu grosse Spannungen am Übergangsbereich 7 verhindert werden und die Bohrungsanordnung kann z.B. bei einer Pumpe für ein Common Rail eingesetzt werden.
  • Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne. den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.

Claims (14)

  1. Bohrungsanordnung mit mindestens einer ersten Bohrung (2), einer zweiten Bohrung (3) und einer dritten Bohrung (4), welche eine Verschneidung (6) bilden, wobei sich die erste (2) und die zweite Bohrung (3) in ihrem Übergangsbereich (7) in einem spitzen Winkel (α) treffen, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Bohrung (4) derart angeordnet ist, dass sie zumindest teilweise in den Übergangsbereich (7) zwischen der ersten (2) und der zweiten Bohrung (3) reicht.
  2. Bohrungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (7) zwischen der ersten Bohrung (2) und der zweiten Bohrung (3) im Schnitt V-förmig mit zwei stumpfen Winkeln (β1, β2) ausgebildet ist.
  3. Bohrungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden stumpfen Winkel (β1, β2) gleich groß sind.
  4. Bohrungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (7) zwischen der ersten Bohrung (2) und der zweiten Bohrung (3) im Schnitt kreissektorförmig ausgebildet ist.
  5. Bohrungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Bohrung (4) um eine Länge (s) über einen fiktiven Schnittpunkt (P) der Mantelflächen der ersten und der zweiten Bohrung (2, 3) vorsteht.
  6. Bohrungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (s) desto grösser ist, je grösser der Durchmesser der ersten (2) und der zweiten Bohrung (3) ist.
  7. Bohrungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (s) bei einem Bohrungsdurchmesser von 2 mm bis 5 mm ungefähr 0 mm bis 1 mm beträgt.
  8. Bohrungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, die zweite und die dritte Bohrung (2, 3, 4) in einer Ebene liegen.
  9. Bohrungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bohrung (5) der Bohrungen senkrecht zu mindestens zwei anderen Bohrungen (2, 3) angeordnet ist.
  10. Bohrungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungsanordnung (1) vier Bohrungen (2, 3, 4, 5) aufweist, wobei drei Bohrungen (2, 3, 4) in einer Ebene liegen und die vierte Bohrung (5) senkrecht zu der Ebene angeordnet ist.
  11. Bohrungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bohrung (2) zur zweiten Bohrung (3) in Axialrichtung der dritten Bohrung (4) versetzt angeordnet ist.
  12. Radialkolbenpumpe (9) mit einer Bohrungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
  13. Verfahren zur Herstellung einer Bohrungsanordnung (1), dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Bohrung (2) und eine zweite Bohrung (3) in ein Basiselement (8) eingebracht werden, wobei die beiden Bohrungen (2, 3) derart eingebracht werden, dass sie eine Verschneidung (6) in einem spitzen Winkel (α) bilden, und dass mindestens eine dritte Bohrung (4) eingebracht wird, welche derart angeordnet ist, dass das den spitzen Winkel (α) bildende Material an dem Übergangsbereich (7) zwischen der ersten (2) und der zweiten Bohrung (3) abgetragen wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bohrungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt wird.
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