DE102004038709A1 - Mehrreihiges Schrägkugellager - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein doppelseitig belastbares mehrreihiges Schrägkugellager (1), das zur Abstützung der Hauptlast ein Hauptlager (2) mit wenigstens zwei Kugelkränzen (9, 10) aufweist, dem zur Einstellung einer axialen Vorspannung ein Vorspannungslager (3) mit wenigstens einem Kugelkranz (11) mit entgegengesetztem Druckwinkel zugeordnet ist. DOLLAR A Dieses Lager zeichnet sich dadurch aus, das ein Lagerinnenring (5) und ein Lageraußenring (4) des Hauptlagers (2) je eine die Kugelkränze (9, 10) trennende, in radialer Richtung sich gegenüberliegende erste Schluter (4.1, 5.1) und je eine an einem äußeren oder einem inneren Ende sich diametral gegenüberliegende zweite Schulter (4.2, 5.2) aufweisen, wobei wenigstens einer der wobei wenigstens einer der Lagerringe (4, 5) aus einem Wälzlagerstahl durch einen spanlosen Formgebungsprozess hergestellt ist.

Description

  • Anwendungsgebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein doppelseitig belastbares mehrreihiges Schrägkugellager, das zur Abstützung der Hauptlast ein Hauptlager mit wenigstens zwei Kugelkränzen aufweist, denen zur Einstellung einer axialen Vorspannung ein Vorspannungslager mit wenigstens einem Kugelkranz mit entgegengesetztem Druckwinkel zugeordnet ist.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Ein derartig gattungsgemäß ausgebildetes Lager ist aus der WO 03/089798 A1 vorbekannt. In 18 dieses Dokumentes ist die Lagerung einer Kegelritzelwelle für ein Verteilergetriebe eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Das Lager ist dreireihig mit einem einstückigen Lageraußenring und einem zweiteiligen Lagerinnenring ausgebildet, wobei die Lagerinnenringe eine bzw. zwei Schultern aufweisen. Dadurch ist es möglich das Lager einfach zu montieren, indem die Lagerinnenringe beidseitig in axialer Richtung von außen nach innen auf die Kugelkränze aufgeschoben werden. Der einstückige Lageraußenring weist Laufbahnrillen auf, in denen die Kugelkränze angeordnet sind. Das die Hauptkräfte der Kegelritzelwelle aufnehmende Hauptlager ist zweireihig ausgebildet, während das zugehörige Vorspannungslager einreihig ist. Die Einstellung der Vorspannung erfolgt derart, dass der Innenring des Vorspannungslagers in axialer Richtung durch ein Stellelement auf das Hauptlager zubewegt wird. Die beiden Teillager sind mit einem entgegengesetzten Druckwinkel zueinander angeordnet, d. h., die Kugeldrucklinien beider Lager verlaufen jeweils schräg von innen nach außen.
  • Nachteilig dabei ist zum einen, dass während des Transportes die Lageranordnung in ihre Einzelbestandteile zerfallen kann. Da aber in der Regel die einzelnen Lagerbestandteile einander zugemessen sind, kann dies zu Problemen führen, wenn in einer Verpackungseinheit eine Vielzahl von Kugellagern untergebracht ist. Zum anderen ist nachteilig, dass diese Schrägkugellager massiv gefertigt sind und aufgrund ihrer Ausdehnung einen größeren radialen Bauraum benötigen. Dem Fachmann ist in diesem Zusammenhang auch bekannt, dass die spanende Fertigung von Lagerringen relativ aufwändig und damit teuer ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Wälzlager so weiterzuentwickeln, dass dessen Zusammenhalt verbessert ist und dass es sich einfacher fertigen lässt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass ein Lagerinnenring aus zwei durch einen Spalt voneinander beabstandete Teilringe gebildet ist, der Teilring und ein Lageraußenring des Hauptlagers je eine die Kugelkränze trennende, in radialer Richtung sich gegenüberliegende erste Schulter und je eine an einem äußeren und einem inneren Ende sich diametral gegenüberliegende zweite Schulter aufweisen, wobei wenigstens einer der Lagerringe aus einem Wälzlagerstahl durch einen spanlosen Formgebungsprozess hergestellt ist.
  • Durch diese Anordnung der Schultern an den Lagerringen des Hauptlagers ist sichergestellt, dass dieses in axialer Richtung nicht zerfallen kann. Ein weiterer Vorteil liegt in der spanlosen Herstellung der Lagerringe, da diese in ihrer Fertigungsweise wesentlich vereinfacht hergestellt werden können. Unter Berücksichtigung des zur Verfügung stehenden Bauraumes können spanlos die verschiedensten Varianten von Lagerringen hergestellt werden, die auch in einfacher Weise der jeweiligen Anschlusskonstruktion anpassbar sind. Auch wird durch deren geringe radiale Ausdehnung Bauraum eingespart. Es ist auch von Vorteil, dass durch die geringere Masse der spanlos gefertigten Lagerringe Gewicht einsparbar ist.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • So geht aus Anspruch 2 hervor, dass die Kugellaufbahnen des Hauptlagers einen gleichen oder einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Nach einem weiteren Merkmal gemäß der Erfindung Anspruch 3 sollen die Kugellaufbahnen des Vorspannungslagers einen gleichen oder einen größeren Durchmesser als die Kugellaufbahnen des Hauptlagers aufweisen. Nach Anspruch 4 ist vorgesehen, dass die Lagerkugeln des Vorspannlagers einen gleichen oder einen kleineren Durchmesser als die Lagerkugeln des Hauptlagers besitzen. Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 5 soll der Lageraußenring einstückig ausgebildet sein. Eine weitere Variante der Erfindung ist in Anspruch 6 beschrieben. Danach soll der Lageraußenring zweistückig ausgebildet sein und von einer seine Mantelfläche umfassenden Hülse umgriffen sein. Nach Anspruch 7 ist vorgesehen, dass der Außenring durch eine radiale Doppelung verstärkt ist, die in axialer Richtung verlängert ist und eine Außenlaufbahn für das Vorspannungslager bildet. Nach einem anderen Merkmal gemäß Anspruch 8 ist vorgesehen, dass das Kugellager als eine unverlierbare Baueinheit ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der Kugelkränze des Lagerinnenrings und/oder des Lageraußenringes des Vorspannungslagers durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Schnappstufe verliersicher gehalten ist. Aus Anspruch 9 geht hervor, dass das Kugellager als eine unverlierbare Baueinheit ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der Kugelkränze des Lagerinnenrings und/oder des Lageraußenringes des Hauptlagers durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Schnappstufe verliersicher gehalten ist. Nach Anspruch 10 ist vorgesehen, dass die Lagerringe einem Wärmebehandlungsverfahren zur Steigerung der Härte unterworfen sind. Je nach dem verwendeten Material kann das beispielsweise ein Durchhärten oder auch ein Einsatzhärten der Lagerringe sein. Als vorteilhafte Verfahren bieten sich hier insbesondere das verzugsarme Laserhärten oder Induktionshärten an. Auch geht aus den Ansprüchen 11 und 12 die Verwendung des erfindungsgemäßen Kugellagers hervor. Danach soll dieses Kugellager zur Lagerung einer Welle in einem Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug oder zur Lagerung einer Kegelritzelwelle in einem Achsverteilergetriebe eingesetzt sein.
  • Schließlich ist nach Anspruch 13 vorgesehen, dass die Kugellaufbahnen des Hauptlagers und/oder des Vorspannungslagers mit einer Hartstoffbeschichtung versehen sind. Derartige Beschichtungen bewirken einerseits eine hohe Oberflächenhärte und sorgen so für eine Erhöhung der Verschleißfestigkeit. Andererseits bewirkt die Hartstoffschicht auch eine Verminderung der Reibung, wobei die Reibungsverhältnisse über die gesamte Lebensdauer der Lage nahezu konstant sind. Als Hartstoffschichten eignen sich beispielsweise modifizierte Kohlenstoffschichten (Diamond like Carbon) oder Nitride von Titan und Niob, die sich durch eine hohe Härte, hohe Verschleißbeständigkeit und reibungsmindernde Eigenschaften auszeichnen, wobei insbesondere die Notlaufeigenschaften des Lagers bei Mangelschmierung verbessert werden.
  • Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die 1 bis 10 zeigen unterschiedliche Ausführungsvarianten der Erfindung im Längsschnitt.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Das in 1 dargestellte und mit dem Bezugszeichen 1 versehene dreireihige Schrägkugellager setzt sich aus dem Hauptlager 2 und dem Vorspannungslager 3 zusammen. Hauptlager deshalb, weil es die in Pfeilrichtung dargestellten axialen Kräfte aufzunehmen hat, die größer sind, als in umgekehrter axialer Richtung. Vorspannungslager deshalb, weil mit dessen Hilfe die Vorspannung des Gesamtschrägkugellagers 1 eingestellt wird. Der Lageraußenring 4 ist einteilig ausgebildet und ist im Bereich des Hauptlagers 2 mit der radial einwärts gerichteten ersten Schulter 4.1 versehen, die die Kugelreihen 9, 10 voneinander trennt. Links davon folgt die zweite Schulter 4.2, die die Kugelreihen 10, 11 voneinander trennt. Der Lagerinnenring 5 ist zweiteilig ausgebildet und besteht aus dem Teilring 5.3, der dem Hauptlager 2 zugeordnet ist und dem Teilring 5.4, der zum Vorspannungslager 3 gehört. Beide Teilringe 5.3, 5.4 sind in axialer Richtung durch den Spalt s voneinander beabstandet. Durch die gezielte Vorwahl des Spaltes s ist sichergestellt, dass nach dem Einbau und axialem Verspannen der Teilringe 5.3, 5.4 eine im engen Toleranzbereich liegende Lagervorspannung eingestellt werden kann, wobei der Spalt s bis zu einem Wert Null abfallen kann. Der Teilring 5.3 weist in seiner Mitte die radial nach außen gerichtete erste Schulter 5.1 auf, die der Schulter 4.1 gegenübersteht. Am rechtsseitigen Ende weist der Teilring 5.3 die zweite Schulter 5.2 auf, die die Kugelreihen 9, 10 voneinander trennt und der zweiten Schulter 4.2 des Lageraußenringes diametral gegenüberliegt. Zwischen den Lagerringen 4, 5 wälzen in Käfigen 6, 7, 8 geführte Lagerkugeln 9, 10, 11 ab, die sich an den Schultern 4.1, 5.2, 4.2, 5.1, 4.2 und 5.4.2 abstützen. Hauptlager 2 und Vorspannlager 3 weisen eine demnach einen entgegengesetzten Druckwinkel auf, d. h., sie sind zueinander in O-Stellung angestellt, wie die zugehörigen Kugeldrucklinien zeigen. Das Schrägkugellager 1 ist im Gehäuse 12 zur Lagerung der Welle 13 angeordnet. Die Lagervorspannung wird nun derart eingestellt, dass der Teilring 5.4 des Innenringes 5 in axialer Richtung nach rechts verschoben wird. Die Figur zeigt weiter, dass sich ein solches Lager in einfacher Weise montieren lässt. Dies erfolgt derart, dass der Teilring 5.3, der gleichzeitig die Kugelreihe 9 trägt, von rechts nach links eingeschoben wird, bis seine Schulter 5.1 am Kugelkranz 10 zur Anlage kommt, der wiederum vom Lageraußenring 4 getragen ist. Das Vorspannlager 3 wird durch Aufschieben des Teilringes 5.4 in Richtung des Teilringes 5.3 komplettiert. Um ein Zerfallen der Gesamtlageranordnung in ihre Einzelbestandteile zu verhindern, ist der Teilring 5.3 im Bereich des Kugelkranzes 10 mit der Schnappstufe 5.3.1 und im Bereich des Kugelkranzes 11 sind der Lageraußenring 4 mit der Schnappstufe 4.3 und der Teilring 5.4 mit der Schnappstufe 5.4.1 versehen. Im Sinne der Erfindung ist unter Schnappstufe ein radial nach außen oder ein radial nach innen weisender Vorsprung zu verstehen, dessen Außen- bzw. Innendurchmesser von der Lagerkugel beim Aufschieben des Lagerringes überwunden werden muss. Dies erfolgt derart, dass die Lagerkugel den Lagerring elastisch zusammenpresst oder elastisch aufweitet bis sie ihre endgültige Lage eingenommen hat. Nach Einnehmen der Endlage der Lagerkugel sorgt der in seine Ausgangslage zurückkehrende Lagerring dafür, dass die Lagerkugeln durch die Schnappstufe gehindert ist, vom Lagerring in axialer Richtung abzugleiten.
  • Die in 2 dargestellte Lageranordnung unterscheidet sich von der in 1 lediglich dadurch, dass die Laufbahnen der Lagerkugeln 11 des Vorspannungslagers 3 einen größeren Durchmesser aufweisen als die Laufbahnen der Lagerkugeln 9, 10 des Hauptlagers 2. Erreicht wird dies dadurch, dass der Lageraußenring 4 im Anschluss an seine Schulter 4.2 mit einer radialen Verlängerung 4.4 versehen ist, die in die Schulter 4.5 übergeht.
  • Die in den 3 und 4 dargestellte Lageranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lagerkugeln 11 des Vorspannungslagers 3 einen kleineren Durchmesser als die Lagerkugeln 9, 10 des Hauptlagers 2 und gegenüber diesen im Durchmesser größere Kugellaufbahnen besitzen. Beide Lagerringe 4, 5 sind als dünnwandige spanlos hergestellte Teile ausgebildet, wobei gemäß 4 der axiale Abstand zwischen Hauptlager 2 und Vorspannlager 3 vergrößert ist. Zwischen den Teilringen 5.3, 5.4 ist wiederum zur Einstellung der Lagervorspannung der Spalt s angeordnet.
  • Die in den 5 und 6 gezeigte Lageranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass der Lageraußenring 4 des Hauptlagers 2 durch eine Doppelung 4.6 verstärkt ist, die sich über den gesamten Laufbahnbereich der Lagerkugeln 9, 10 erstreckt. Diese Doppelung 4.6 ist in axialer Richtung über die Schulter 4.5 verlängert und bildet so die Laufbahn für die Lagerkugeln 11 des Vorspannungslagers 3. Die Einstellung der Lagervorspannung erfolgt über den zwischen den beiden Teilringen 5.3, 5.4 angeordneten Spalt s.
  • In den 7 bis 10 sind erfindungsgemäße Lagervarianten dargestellt, bei denen der Lageraußenring 4 zweistückig ausgebildet ist und von einer seine Mantelfläche umfassenden Hülse 14 umschlossen ist.
  • Wie aus 7 erkennbar, ist das Vorspannungslager 3 doppelreihig ausgebildet, wobei der Teilring 5.4 mit der mittig angeordneten Schulter 5.4.3 und der linksseitig davon angeordneten Schulter 5.4.2 versehen ist. Der zugehörige Lageraußenring 4.7 weist die mittig angeordnete Schulter 4.7.1 und die rechtsseitig davon angeordnete Schulter 4.7.2 auf, die der Schulter 5.4.2 diametral gegenüberliegt. Hauptlager 2 und Vorspannungslager 3 sind in axialer Richtung voneinander beabstandet, wobei zwischen ihnen entweder die plastisch verformbare Hülse 15 oder der Abstandsring 16 angeordnet ist. Sowohl Hauptlager 2 als auch Vorspannungslager 3 sind von der Hülse 14 umschlossen, die am rechtsseitigen äußeren Ende entweder in das Gehäuse 12 eingreift oder den Lageraußenring 4 an seiner Stirnfläche hintergreift. Der zur Einstellung der Lagervorspannung erforderliche Spalt s wird im oberen Teil der Figur durch den Abstand zwischen den Teilringen 5.3, 5.4 bestimmt, wobei nach erreichter Vorspannung die zwischen bei der angeordnete Hülse 15 radial nach außen verformt ist. Im unteren Bildteil ist der zur Einstellung der Vorspannung erforderliche Spalt s zwischen dem Abstandsring 16 und dem Teilring 5.3 vorhanden.
  • Gemäß 8 sind sowohl das Hauptlager 2 als auch das Vorspannungslager 3 mit gleichem Durchmesser versehen und sind von der Hülse 14 umfasst, wobei der Abstand zwischen den äußeren Lagerringen 4 und 4.7 durch eine Ein bauchung 14.1 der Hülse 14 eingestellt ist. Die Teilringe 5.3, 5.4 liegen, wie aus dem oberen Bildteil ersichtlich, entweder nahezu aneinander an oder sind, wie aus dem unteren Bildteil ersichtlich, durch den Abstandsring 16 voneinander getrennt, wobei der zur Einstellung der Vorspannung erforderliche Spalt s zwischen den beiden Teilringen 5.3, 5.4 oder zwischen Teilring 5.4 und Abstandsring 16 angeordnet ist. In der unteren Bildhälfte ist ein weiterer Abstandsring 17 erkennbar, die äußeren Lagerringe 4 und 4.7 voneinander getrennt, wobei die Einbauchung 14.1 der Hülse 14 in eine nicht bezeichnete Ausnehmung dieses Abstandsringes 17 eingepresst ist oder durch einen Rolliervorgang eingeformt ist.
  • Die in 9 dargestellte Lageranordnung zeichnet sich gegenüber der in 8 gezeigten dadurch aus, dass bei der Hülse 14 auf die Einbauchung 14.1 verzichtet ist. Wie erkennbar, wird im oberen Bildteil der Spalt s zwischen den Teilringen 5.3, 5.4 und im unteren Bildteil zwischen dem Teilring 5.4 und dem Abstandsring 16 gebildet.
  • Schließlich ist in 10 eine Lageranordnung gezeigt, bei der beide Lager 2, mit ihren Lageraußenringen 4, 4.7 unmittelbar aneinander anliegen und von der Hülse 14 an ihren Mantelflächen umfasst sind, während der Spalt s zur Einstellung der Vorspannung zwischen den Teilringen 5.3, 5.4 gebildet ist.
  • Zur Einstellung der gewünschten Vorspannung ist es denkbar, den piezoelektrischen Effekt zu nutzen. Durch Beschichten von Lagerringen und/oder Anschlussteilen mit bestimmten Kristallarten entsteht bei Ausübung von Druck auf diese Kristalle eine elektrische Spannung, die als Meßgröße für die richtige Einstellung der Lagervorspannung verwendbar ist.
  • 1
    Schrägkugellager
    2
    Hauptlager
    3
    Vorspannungslager
    4
    Lageraußenring
    4.1
    erste Schulter
    4.2
    zweite Schulter
    4.3
    Schnappstufe
    4.4
    Verlängerung
    4.5
    Schulter
    4.6
    Doppelung
    4.7
    Lageraußenring
    4.7.1
    Schulter
    4.7.2
    Schulter
    5
    Lagerinnenring
    5.1
    erste Schulter
    5.2
    zweite Schulter
    5.3
    Teilring
    5.3.1
    Schnappstufe
    5.4
    Teilring
    5.4.1
    Schnappstufe
    5.4.2
    Schulter
    5.4.3
    Schulter
    6
    Käfig
    7
    Käfig
    8
    Käfig
    9
    Lagerkugel
    10
    Lagerkugel
    11
    Lagerkugel
    12
    Gehäuse
    13
    Welle
    14
    Hülse
    14.1
    Einbauchung
    15
    Hülse
    16
    Abstandsring
    17
    Abstandsring
    s
    Spalt

Claims (13)

  1. Doppelseitig belastbares mehrreihiges Schrägkugellager (1), das zur Abstützung der Hauptlast ein Hauptlager (2) mit wenigstens zwei Kugelkränzen (9, 10) aufweist, dem zur Einstellung einer axialen Vorspannung ein Vorspannungslager (3) mit wenigstens einem Kugelkranz (11) mit entgegengesetztem Druckwinkel zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagerinnenring (5) aus zwei durch einen Spalt (s) voneinander beabstandete Teilringe (5.3, 5.4) gebildet ist, der Teilring (5.3) und ein Lageraußenring (4) des Hauptlagers (2) je eine die Kugelkränze (9, 10) trennende, in radialer Richtung sich gegenüberliegende erste Schulter (5.1, 4.1) und je eine an einem äußeren oder einem inneren Ende sich diametral gegenüberliegende zweite Schulter (5.2, 4.2) aufweisen, wobei wenigstens einer der Lagerringe (4, 5) aus einem Wälzlagerstahl durch einen spanlosen Formgebungsprozess hergestellt ist.
  2. Kugellager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugellaufbahnen des Hauptlagers (2) einen gleichen oder einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen.
  3. Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugellaufbahnen des Vorspannungslagers (3) einen gleichen oder einen größeren Durchmesser als die Kugellaufbahnen des Hauptlagers (2) aufweisen.
  4. Kugellager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkugeln (11) des Vorspannungslagers (3) einen gleichen oder einen kleineren Durchmesser als die Lagerkugeln (9, 10) des Hauptlagers (2) aufweisen.
  5. Kugellager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (4) einstückig ausgebildet ist.
  6. Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (4) zweistückig ausgebildet ist und von einer seine Mantelfläche umfassenden Hülse (14) umgriffen ist.
  7. Kugellager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (4) durch eine Dopplung (4.6) verstärkt ist, die in axialer Richtung verlängert ist und eine Außenlaufbahn für das Vorspannungslager (3) bildet.
  8. Kugellager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als eine unverlierbare Baueinheit ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der Kugelkränze (11) des Lagerinnenringes (5) und/oder des Lageraußenringes (4) des Vorspannungslagers (3) durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Schnappstufe (5.4.1, 4.3) verliersicher gehalten ist.
  9. Kugellager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als eine unverlierbare Baueinheit ausgebildet ist, wobei wenigstens einer der Kugelkränze (9, 10) des Lagerinnenringes (5) und/oder des Lageraußenringes (4) des Hauptlagers (2) durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Schnappstufe (5.3.1) verliersicher gehalten ist.
  10. Kugellager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerringe (4, 5) einem Wärmebehandlungsverfahren zur Steigerung der Härte unterworfen sind.
  11. Kugellager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Lagerug einer Welle (13) in einem Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug eingesetzt ist.
  12. Kugellager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Lagerung einer Kegelritzelwelle in einem Achsverteilergetriebe eingesetzt ist.
  13. Kugellager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugellaufbahnen des Hauptlagers (2) und/oder des Vorspannungslagers (3) mit einer Hartstoffbeschichtung versehen sind.
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