DE102005029938B3 - Piston/cylinder shock absorber, with a coil spring, has a second coil spring in the spaces between its coils of a radially elastic rubber material - Google Patents

Piston/cylinder shock absorber, with a coil spring, has a second coil spring in the spaces between its coils of a radially elastic rubber material Download PDF

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Abstract

The spring for a piston/cylinder assembly (1), as a shock absorber, is a coil spring (13) combined with a second coil spring (15) in the spaces (17) within the coils of the first spring, supported on a limit stop (7) at the piston rod (5). The second spring is of a radially elastic rubber material. The second spring comes into friction contact with the cylinder (3) and/or piston rod after the first spring has been forced to a given length. The cylinder is filled with a damper medium, contained within the hollow chamber formed by the cross section of the second spring and delivered on a compression.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zusatzfeder gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The The invention relates to an additional spring according to the preamble of claim 1.

Die DE 28 06 541 A1 beschreibt ein Kolben-Zylinderaggregat in der Bauform eines Schwingungsdämpfers, in dessen Zylinder eine Zusatzfeder in der Bauform einer Schraubenfeder angeordnet ist. An einer axial beweglichen Kolbenstange ist ein Anschlag befestigt, der ab einer definierten Hublage der Kolbenstange mit der Schraubenfeder zusammenwirkt und der Ausfahrbewegung eine Gegenkraft entgegensetzt. Diese Federn sind bei Schwingungsdämpfern sehr verbreitet, jedoch besteht ein wesentliches Problem darin, dass die Schraubendruckfedern nicht mit der Kolbenstange und/oder der Innenwandung des Zylinders in Kontakt kommen dürfen, um eine Oberflächenbeschädigung zu vermeiden, die wiederum zu Undichtigkeiten im Bereich der Kolbenstangenführung oder zur Spanbildung und Verschluss der Dämpfventile führen können.The DE 28 06 541 A1 describes a piston-cylinder unit in the construction of a vibration damper, in whose cylinder an additional spring is arranged in the form of a coil spring. On an axially movable piston rod, a stop is attached, which cooperates with the helical spring from a defined stroke position of the piston rod and opposes the extension movement with a counterforce. These springs are very common in vibration dampers, but a significant problem is that the helical compression springs must not come into contact with the piston rod and / or the inner wall of the cylinder in order to avoid surface damage, which in turn leads to leaks in the piston rod guide or Chip formation and closure of the damping valves can result.

Aus der DE 44 20 134 C1 ist eine Zusatzfeder bekannt, die mehrfach konisch ausgeführt ist, insbesondere um keinen Kontakt mit der Innenwandung des Zylinders auftreten zu lassen. Des weiteren lässt sich eine derartige Feder auch leichter konstruktiv mit dem Ziel auslegen, dass die Feder nicht auf Blocklänge gestaucht wird. Eine auf Blocklänge gestauchte Feder weist eine erheblich kürzere Dauerfestigkeit auf.From the DE 44 20 134 C1 is known an additional spring, which is designed to be conical several times, in particular to make no contact with the inner wall of the cylinder. Furthermore, such a spring can also be designed more easily constructively with the aim that the spring is not compressed to block length. A compressed up to block length spring has a significantly shorter fatigue strength.

Generell sind die gewünschten Anschlagfederkräfte so groß, dass eine reine mechanische Federkraft nicht ausreicht. Deshalb werden Zusatzfedern nach dem Bauprinzip der DE 28 06 541 A1 häufig mit einem hydraulischen Anschlag kombiniert.In general, the desired stop spring forces are so great that a mere mechanical spring force is insufficient. Therefore, additional springs according to the construction principle of DE 28 06 541 A1 often combined with a hydraulic stop.

Die DE 102 47 640 A1 beschreibt eine Zusatzfeder in der Bauform eines hülsenförmigen elastomeren Federkörpers, der eine Kolbenstange eines Kolben-Zylinderaggregats einhüllt. In dem Federkörper ist eine ringförmige Nut eingeformt, in der ein Bremskörper angeordnet ist. Der Bremskörper weist die Bauform einer geschirmten Tellerfeder auf. Bei einer axialen Stauchung des Federkörpers wird auch die ringförmige Nut axial komprimiert, so dass der Bremskörper plan gedrückt wird und mit seinem Innendurchmesser auf der Kolbenstange zur Anlage kommt. Die Zusatzfeder und die Kolbenstange sind an einem Fahrzeugaufbau befestigt, so dass nur dann, wenn die Zusatzfeder wirksam wird, eine Relativbewegung zwischen der Zusatzfeder und der Kolbenstange auftritt. Damit ist jedoch der Effekt verbunden, dass die Bremswirkung der Zusatzfeder nur auf eine sehr begrenzte Hublänge der Kolbenstange beschränkt ist. Das Diagramm nach 2 bestätigt die beschriebene Wirkungsweise.The DE 102 47 640 A1 describes an additional spring in the design of a sleeve-shaped elastomeric spring body, which envelops a piston rod of a piston-cylinder unit. In the spring body an annular groove is formed, in which a brake body is arranged. The brake body has the design of a shielded plate spring. In an axial compression of the spring body and the annular groove is axially compressed, so that the brake body is pressed flat and comes with its inner diameter on the piston rod to the plant. The auxiliary spring and the piston rod are attached to a vehicle body, so that only when the additional spring is effective, a relative movement between the auxiliary spring and the piston rod occurs. However, this has the effect that the braking effect of the additional spring is limited only to a very limited stroke length of the piston rod. The diagram after 2 confirms the described mode of action.

Die gattungsbildende CH 408 541 beschreibt ein Maschinenelement zur Übertragung von linear wirkenden Kräften mit einer Zusatzfeder in der Bauform einer Schraubenfeder, die eine Kolbenstange eines Kolben-Zylinderaggregates einhüllt und von einem Anschlagelement der Kolbenstange in ihrer Länge gespannt wird, wobei die Schraubenfeder mit einer zweiten Schraubenfeder in der Form kombiniert ist, dass die zweite Schraubenfeder in den Freiräumen zwischen den Windungen der ersten Schraubenfeder angeordnet ist, wobei die zweite Schraubenfeder aus einem radial elastischen Werkstoff besteht und ab einer definierten Federlänge der ersten Schraubenfeder mit einem Bauteil des Kolben-Zylinderaggregates in Reibkontakt tritt. Die zweite Schraubenfeder besteht aus einem konventionellen Federdraht.The generic CH 408 541 describes a machine element for transmitting linearly acting forces with an additional spring in the form of a coil spring, which engages a piston rod of a piston-cylinder unit and is stretched by a stop element of the piston rod in length, wherein the coil spring is combined with a second coil spring in the mold in that the second helical spring is arranged in the free spaces between the turns of the first helical spring, wherein the second helical spring consists of a radially elastic material and comes in frictional contact with a component of the piston-cylinder assembly from a defined spring length of the first helical spring. The second coil spring consists of a conventional spring wire.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zusatzfeder für ein Kolben-Zylinderaggregat zu realisieren, die große Kräfte gegen eine Bewegungsrichtung der Kolbenstange erzeugen kann.task The present invention is an auxiliary spring for a piston-cylinder unit to realize the big one personnel can generate against a direction of movement of the piston rod.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention Problem solved by the features of claim 1.

Der große Vorteil besteht darin, dass die zweite Schraubenfeder keine Federvolumenverluste bei der ersten Schraubenfeder mit sich bringt. Es wird auch kein zusätzlicher Bauraum benötigt. Des weiteren steht eine Vielzahl von Reibflächen zur Verfügung, da jede Einzelwindung der zweiten Schraubenfeder als eine Reibfläche zu bewerten ist und damit die erreichbare Reibkraft im Vergleich zum genannten Stand der Technik deutlich gesteigert werden kann.Of the size The advantage is that the second coil spring no spring volume losses at brings the first coil spring with it. It will not be additional Space required. Furthermore, a variety of friction surfaces is available because evaluate each individual coil of the second coil spring as a friction surface is and thus the achievable frictional force in comparison to the above State of the art can be significantly increased.

Es ergibt sich zusätzlich zu der mechanischen Reibarbeit eine hydraulische Dämpfwirkung der Schraubenfederkombination.It results in addition to the mechanical friction work a hydraulic damping effect of Coil spring combination.

Die zweite Schraubenfeder kann auch aus einem porösen Werkstoff, z. B. einem offenporigen Elastomerschaum bestehen. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann die hydraulische Dämpfung der Schraubenfederkombination präziser den Erfordernissen angepasst werden. Insbesondere im Hinblick auf eine lange Lebensdauer ist es vorteilhaft, wenn die zweite Schraubenfeder aus einem Gummiwerkstoff besteht.The second coil spring can also be made of a porous material, for. B. one consist of open-pore elastomer foam. In such an embodiment can the hydraulic damping the coil spring combination more precise adapted to the requirements. Especially with regard to a long life, it is advantageous if the second coil spring made of a rubber material.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Zusatzfeder innerhalb eines Zylinders des Kolben-Zylinderaggregates, in dem die Kolbenstange eine Axialbewegung ausführt, angeordnet. Damit besteht die Möglichkeit, dass die zweite Schraubenfeder ab ihrem Einsatzpunkt mit der Innenwandung des Zylinders und/oder der Mantelfläche der Kolbenstange in Reibkontakt tritt. Insbesondere durch den gleichzeitigen Reibkontakt mit der Kolbenstange und dem Zylinder kann die Reibkraft nochmals gesteigert werden.In a further advantageous embodiment, the additional spring within a cylinder of the piston-cylinder unit, in which the piston rod performs an axial movement, arranged. This gives the possibility that the second Schraubenfe from its point of use with the inner wall of the cylinder and / or the lateral surface of the piston rod comes into frictional contact. In particular, by the simultaneous frictional contact with the piston rod and the cylinder, the frictional force can be increased again.

Eine weitere Möglichkeit der Reibkrafterhöhung kann darin bestehen, dass die zweite Schraubenfeder mit schräg zur Längsachse des Kolben-Zylinderaggregates verlaufenden Auflageflächen für die Windungen der ersten Schraubenfeder ausgeführt ist. Die dadurch vorliegende Radialkraftkomponente bewirkt einen zusätzlichen Vorspannweg, der wiederum zu einer Reibkraft führt. Des weiteren stützt sich die erste Feder an den Auflageflächen ab, so dass ein Kontakt der ersten Schraubenfeder mit dem Zylinder oder der Kolbenstange verhindert wird. Die zweite Schraubenfeder zentriert die erste Schraubenfeder.A another possibility the Reibkrafterhöhung may be that the second coil spring obliquely to the longitudinal axis the piston-cylinder unit extending bearing surfaces for the turns the first coil spring is executed. The resulting radial force component causes an additional Vorspannweg, which in turn leads to a frictional force. Furthermore, the relies first spring on the bearing surfaces starting, allowing a contact of the first coil spring with the cylinder or the piston rod is prevented. The second coil spring centers the first coil spring.

Eine weitere Möglichkeit zur Ausnutzung der hydraulischen Dämpfwirkung kann darin bestehen, dass die zweite Schraubenfeder in Richtung einer Reibkontaktfläche des Kolben-Zylinderaggregates eine profilierte Oberfläche aufweist, das Dämpfmedium im entspannten Zustand der zweiten Feder kammert und bei Kompression abgibt.A another possibility to exploit the hydraulic damping effect may be that the second coil spring in the direction of a friction contact surface of Piston-cylinder unit has a profiled surface, the damping medium in the relaxed state of the second spring clings and in compression emits.

Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch weist die zweite Schraubenfeder ein Führungsprofil für die erste Schraubenfeder auf. Es soll verhindert werden, dass die erste Feder ausknickt und mit dem Kolben-Zylinderaggregat in Kontakt kommt. Eine einfache und wirkungsvolle Ausführung besteht darin, dass das Führungsprofil von einer Rinne gebildet wird.According to one advantageous subclaim has the second coil spring Leadership profile for the first Coil spring on. It should prevent the first spring kinks and comes into contact with the piston-cylinder unit. A simple and effective execution is that the guide profile is formed by a gutter.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.Based The following description of the figures, the invention will be explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

1 Ausschnitt aus einem Kolben-Zylinderaggregat 1 Detail of a piston-cylinder unit

2 Zweite Schraubenfeder im komprimierten Zustand 2 Second coil spring in compressed state

3 Zweite Schraubenfeder mit Hohlkammerprofil 3 Second coil spring with hollow chamber profile

4–5 Zweite Schraubenfeder mit profilierter Oberfläche 4 - 5 Second coil spring with profiled surface

Die 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Kolben-Zylinderaggregat 1, z. B. einem Schwingungsdämpfer beliebiger Bauart. In einem Zylinder 3 des Schwingungsdämpfers ist eine Kolbenstange 5 axial beweglich geführt. An der Kolbenstange ist ein Anschlag 7 befestigt, der ab einer bestimmten Hublage an einer Zusatzfeder 9 zur Anlage kommt und diese bei einer weiterführenden Kolbenstangenausfahrbewegung axial komprimiert. Dabei stützt sich die Zusatzfeder axial an einer Kolbenstangenführung 11 ab. Eine Presspassung zur Innenwandung sorgt dafür, dass die Zusatzfeder auch im entspannten Zustand keine Eigenbewegung im Zylinder ausführt.The 1 shows a section of a piston-cylinder unit 1 , z. B. a vibration damper of any design. In a cylinder 3 The vibration damper is a piston rod 5 guided axially movable. There is a stop on the piston rod 7 attached, which from a certain stroke position on an additional spring 9 comes to rest and compresses them axially in a further piston rod extension movement. In this case, the additional spring is supported axially on a piston rod guide 11 from. A press fit to the inner wall ensures that the additional spring performs no proper movement in the cylinder even in the relaxed state.

Die Zusatzfeder 9 umfasst eine erste und eine zweite Schraubenfeder 13; 15, wobei die zweite Schraubenfeder in Freiräumen 17 zwischen den Windungen der ersten Schraubenfeder angeordnet ist. Bei der ersten Schraubenfeder handelt es sich um eine handelsübliche Ausführung bevorzugt aus einem Federstahlwerkstoff. Die zweite Schraubenfeder besteht aus einem radial und axial elastischen Werkstoff, z. B. einem Gummi oder einem Kunststoff (PA 66).The additional spring 9 includes a first and a second coil spring 13 ; 15 , wherein the second coil spring in free spaces 17 is arranged between the turns of the first coil spring. The first coil spring is a commercially available design preferably made of a spring steel material. The second coil spring consists of a radially and axially elastic material, for. As a rubber or plastic (PA 66).

Bei einer Hubbewegung der Kolbenstange in Richtung Kolbenstangenführung kommt der Anschlag 7 ab einer bestimmten Hublage mit der Zusatzfeder 9 zur Anlage und führt zu einer Längenverkürzung beider Federn 13; 15. In diesem Hubbereich tritt nur eine von der steigenden Vorspannung der Federn verursachte Gegenkraft zur Kolbenstangenbewegung auf. Bei weiterer Kolbenstangenbewegung verringert sich die axiale Ausdehnung der Freiräume 17 bis beide Schraubenfedern 13; 15 zur Anlage kommen. Danach wird die zweite Schraubenfeder axial komprimiert und tritt mit einem Bauteil des Kolben-Zylinderaggregats, wie die 2 zeigt, mit dem Innendurchmesser an der Kolbenstange 5 und mit dem Außendurchmesser an der Innenwand des Zylinders 3 in Reibkontakt.When a stroke of the piston rod in the direction of the piston rod guide comes the stop 7 from a certain stroke position with the additional spring 9 to the plant and leads to a length shortening of both springs 13 ; 15 , In this stroke range, only a force caused by the increasing bias of the springs counterforce to the piston rod movement occurs. Further piston rod movement reduces the axial extent of the free spaces 17 until both coil springs 13 ; 15 come to the plant. Thereafter, the second coil spring is axially compressed and occurs with a component of the piston-cylinder unit, such as 2 shows, with the inner diameter on the piston rod 5 and with the outer diameter on the inner wall of the cylinder 3 in frictional contact.

Durch schräg zur Längsachse des Kolben-Zylinderaggregates verlaufende Auflageflächen 19 für die Windungen der ersten Schraubenfeder kann die radiale Vorspannung der zweiten Schraubenfeder auf die Innenwandung des Zylinders verstärkt werden.By extending obliquely to the longitudinal axis of the piston-cylinder unit bearing surfaces 19 for the turns of the first coil spring, the radial bias of the second coil spring can be reinforced on the inner wall of the cylinder.

In der 3 ist ein Kolben-Zylinderaggregat 1 dargestellt, dessen Zylinder 3 mit einem Dämpfmedium gefüllt ist, z. B. einem Öl. Die Ausführung der zweiten Schraubenfeder 15 zeichnet sich dadurch aus, dass sie das Öl in Grenzen aufnehmen und bei Kompression wieder abgeben kann. Generell denkbar wäre z. B. ein offenporiger Werkstoff für die zweite Schraubenfeder 15. Hinsichtlich der Werkstoffauswahl ist man jedoch freier, wenn die zweite Schraubenfeder im Querschnitt ein Hohlkammerprofil mit mindestens einer Dämpfmediumkammer 21 aufweist. (4) Alternativ oder ergänzend kann die zweite Schraubenfeder 15 auch in Richtung einer Reibkontaktfläche mit einer profilierten Oberfläche 23, z. B. mit elastischen Stegen 23a versehen sein.In the 3 is a piston-cylinder unit 1 shown, its cylinder 3 is filled with a damping medium, for. As an oil. The execution of the second coil spring 15 is characterized by the fact that it can absorb the oil in limits and release it during compression. Generally conceivable would be z. B. an open-pored material for the second coil spring 15 , With regard to the selection of materials, however, one is freer when the second coil spring in cross-section a hollow chamber profile with at least one Dämpfmediumkammer 21 having. ( 4 Alternatively or additionally, the second coil spring 15 also in the direction of a friction contact surface with a profiled surface 23 , z. B. with elastic webs 23a be provided.

Bei einer Kompression der zweiten Feder, 5, wird das in den Dämpfmediumkammern 21 enthaltene Dämpfmedium verdrängt, wobei neben der Federkraft und der Reibkraft zwischen der zweiten Schraubenfeder und der Kolbenstange 5 und/oder dem Zylinder 3 noch eine hydraulische Dämpfwirkung genutzt werden kann. Auch das von der profilierten Oberfläche 23 zur Innenwand des Zylinders gekammerte Ölvolumen wird bei der Kompression der zweiten Schraubenfeder verdrängt.In a compression of the second spring, 5 , that will be in the damping medium chambers 21 contained damping medium displaced, wherein in addition to the spring force and the frictional force between the second coil spring and the piston rod 5 and / or the cylinder 3 still a hydraulic damping effect can be used. Also from the profiled surface 23 the chamber volume chambered to the inner wall of the cylinder is displaced during the compression of the second coil spring.

Aus der Zusammenschau der 4 und 5 ist zusätzlich ersichtlich, dass die zweite Schraubenfeder in ihren Auflageflächen 19 ein Führungsprofil in Form einer umlaufenden Rinne 25 für die erste Schraubenfeder 13 aufweist. Dieses Führungsprofil verhindert ein radiales Ausknicken der ersten Schraubenfeder und damit einen Kontakt zur Kolbenstange oder dem Zylinder.From the synopsis of 4 and 5 In addition, it can be seen that the second coil spring in their bearing surfaces 19 a guide profile in the form of a circumferential groove 25 for the first coil spring 13 having. This guide profile prevents a radial buckling of the first coil spring and thus a contact with the piston rod or the cylinder.

Claims (8)

Zusatzfeder in der Bauform einer Schraubenfeder (13), die eine Kolbenstange eines Kolben-Zylinderaggregates (1) einhüllt und von einem Anschlagelement (7) der Kolbenstange (5) in ihrer Länge gespannt wird, wobei die Schraubenfeder (13) mit einer zweiten Schraubenfeder (15) in der Form kombiniert ist, dass die zweite Schraubenfeder (15) in den Freiräumen (17) zwischen den Windungen der ersten Schraubenfeder (13) angeordnet ist, wobei die zweite Schraubenfeder (15) aus einem radial elastischen Werkstoff besteht und ab einer definierten Federlänge der ersten Schraubenfeder (13) mit einem Bauteil (3; 5) des Kolben-Zylinderaggregates (1) in Reibkontakt tritt, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (3) mit einem Dämpfmedium gefüllt ist, das von der zweiten Schraubenfeder (15), die im Querschnitt ein Hohlkammerprofil mit mindestens einer Dämpfmediumkammer (21) aufweist, aufgenommen und bei Kompression abgegeben werden kann.Additional spring in the form of a coil spring ( 13 ), the piston rod of a piston-cylinder unit ( 1 ) and a stop element ( 7 ) of the piston rod ( 5 ) is tensioned in its length, wherein the coil spring ( 13 ) with a second coil spring ( 15 ) is combined in the form that the second coil spring ( 15 ) in the open spaces ( 17 ) between the turns of the first coil spring ( 13 ), wherein the second coil spring ( 15 ) consists of a radially elastic material and from a defined spring length of the first coil spring ( 13 ) with a component ( 3 ; 5 ) of the piston-cylinder unit ( 1 Occurs characterized) in frictional contact, that the cylinder ( 3 ) is filled with a damping medium, which from the second coil spring ( 15 ), which in cross section a hollow chamber profile with at least one Dämpfmediumkammer ( 21 ), and can be released during compression. Zusatzfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder (9) innerhalb eines Zylinders (3) des Kolben-Zylinderaggregates (1), in dem die Kolbenstange (5) eine Axialbewegung ausführt, angeordnet ist.Additional spring according to claim 1, characterized in that the additional spring ( 9 ) within a cylinder ( 3 ) of the piston-cylinder unit ( 1 ), in which the piston rod ( 5 ) performs an axial movement, is arranged. Zusatzfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schraubenfeder (15) ab ihrem Einsatzpunkt mit der Innenwandung des Zylinders (3) und/oder der Mantelfläche der Kolbenstange (5) in Reibkontakt tritt.Additional spring according to claim 2, characterized in that the second coil spring ( 15 ) from its point of use with the inner wall of the cylinder ( 3 ) and / or the lateral surface of the piston rod ( 5 ) comes in frictional contact. Zusatzfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schraubenfeder (15) mit schräg zur Längsachse des Kolben-Zylinderaggregates (1) verlaufenden Auflageflächen (17) für die Windungen der ersten Schraubenfeder (13) ausgeführt ist.Additional spring according to claim 2, characterized in that the second coil spring ( 15 ) obliquely to the longitudinal axis of the piston-cylinder unit ( 1 ) running bearing surfaces ( 17 ) for the turns of the first coil spring ( 13 ) is executed. Zusatzfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schraubenfeder (15) in Richtung einer Reibkontaktfläche des Kolben-Zylinderaggregates (1) eine profilierte Oberfläche (23) aufweist.Additional spring according to claim 1, characterized in that the second coil spring ( 15 ) in the direction of a friction contact surface of the piston-cylinder unit ( 1 ) a profiled surface ( 23 ) having. Zusatzfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schraubenfeder (15) ein Führungsprofil (25) für die erste Schraubenfeder (13) aufweist.Additional spring according to claim 1, characterized in that the second coil spring ( 15 ) a leadership profile ( 25 ) for the first coil spring ( 13 ) having. Zusatzfeder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsprofil von einer Rinne (25) gebildet wird.Additional spring according to claim 6, characterized in that the guide profile of a channel ( 25 ) is formed. Zusatzfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schraubenfeder aus einem Gummiwerkstoff besteht.Additional spring according to claim 1, characterized that the second coil spring is made of a rubber material.
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