DE102005031422B3 - Systemtrenner - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Systemtrenner zum physischen Trennen eines stromaufwärtigen Flüssigkeitssystems von einem stromabwärtigen Flüssigkeitssystem mittels eines Auslaßventils in Abhängigkeit vom Druckgefälle zwischen stromaufwärtigem und stromabwärtigem Flüssigkeitssystem, mit eimem stromaufwärtigen Rückflußverhinderer, einem stromabwärtigen Rückflußverhinderer und einem als Kolben ausgebildeten Auslaßventilkörper, der zwischen den Rückflußverhinderern angeordnet ist, wobei stromaufwärts von dem stromaufwärtigen Rückflußverhinderer ein Eingangsdruck des stromaufwärtigen Flüssigkeitssystems, zwischen dem Auslaßventilkörper und dem stromabwärtigen Rückflußverhinderer ein Mitteldruck in einem Mitteldruckraum und stromabwärts von dem stromabwärtigen Rückflußverhinderer ein Ausgangsdruck des stromabwärtigen Flüssigkeitssystems herrscht, und wobei an dem Auslaßventilkörper die Druckdifferenz zwischen Eingangsdruck und Mitteldruck in Schließrichtung einer in Öffnungsrichtung auf den Auslaßventilkörper wirkenden Belastungsfeder entgegenwirkt.
- Systemtrenner oder Rohrtrenner dienen dazu, einen Rückfluß von Flüssigkeit aus einem stromabwärtigen Flüssigkeitssystem in ein stromaufwärtiges Flüssigkeitssystem sicher zu verhindern. Das stromaufwärtige Flüssigkeitssystem kann dabei ein Trinkwassersystem sein. Das stromabwärtige Flüssigkeitssystem kann z.B. ein Heizungssystem sein. Es muß unbedingt verhindert werden, daß verunreinigtes Wasser aus dem Heizungssystem beim Auf- oder Nachfüllen des Heizungssystems in das Trinkwassersystem zurückfließt, beispielsweise dadurch, daß der Druck im Trinkwassersystem aus irgendeinem Grund zusammenbricht. Es gibt sog. Rückflußverhinderer. Das sind federbelastete Ventile, welche einen Flüssigkeitsdurchfluß nur in einer Richtung, nämlich vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen System zulassen. Solche Rückflußverhinderer können aber undicht werden. Daher ist z.B. bei Trinkwasser und Heizungswasser eine Trennung der Flüssigkeitssysteme allein durch Rückflußverhinderer nicht zulässig. Es muß eine physische Trennung der Flüssigkeitssysteme erfolgen, derart daß im Störfall zwischen den Systemen eine Verbindung zu einem Ablauf und zur Atmosphäre hergestellt wird.
- System- oder Rohrtrenner enthalten einen stromaufwärtigen, an das stromaufwärtige Flüssigkeitssystem angeschlossenen Rückflußverhinderer und einen stromabwärtigen mit dem stromabwärtigen System verbundenen Rückflußverhinderer. Zwischen den Rückflußverhinderern ist ein druckgesteuertes Ablaßventil angeordnet, welches einen Durchgang von dem stromaufwärtigen Flüssigkeitssystem zu dem stromabwärtigen Flüssigkeitssystem herstellt, wenn zwischen den beiden Flüssigkeitssystemen ein ausreichendes Druckgefälle besteht, so daß die Flüssigkeit sicher nur von dem stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Flüssigkeitssystem strömen kann. Wenn dieses Druckgefälle nicht besteht, stellt das Ablaßventil eine Verbindung des Raumes zwischen den Rückflußverhinderern mit der Atmosphäre und einem Ablauf her.
- Aus der
DE 198 54 951 C2 ist eine Anordnung bekannt, bei der der Einlaßseitige Rückflußverhinderer in einem koaxialen Metallbalg sitzt. Bei ansteigendem Eingangsdruck dehnt sich der Metallbalg aus und bewegt das Ablaßventil bis der Ventilsitz abdichtend am Ventilkegel des Ablaßventils sitzt. Erst dann öffnet der einlaßseitige Rückflußverhinderer. - Aus der
DE 199 02 574 C1 ist eine Anordnung bekannt, bei der ein rohrförmiges, federbeaufschlagtes Absperrorgan des Ablaßventils mit einem Kolben gegenüber einem feststehenden Gehäuseboden beweglich geführt ist. Der Kolben dient gleichzeitig zur Druckentlastung des Ablaßventils. - Die
DE 203 20 356 U1 offenbart eine Anordnung mit zwei Rückschlagventilen für ein Hochdruckreinigungsgerät. Bei der Anordnung ist das stromaufwärtige Ventil mit einer Membrandichtung gegenüber dem Gehäuse abgedichtet. Dieses sitzt in einem federbeaufschlagten Ventilkörper. - Bei bekannten Rohrtrennern, wie z.B. auch in der
DE 102 14 747 A1 offenbart, ist das Ablaßventil ein in einem Armaturengehäuse verschiebbarer Kolben. Dieser Kolben weist einen zentralen Durchgang und an seiner stromabwärtigen Stirnfläche einen ringförmigen Ventilsitz auf, der an einer armaturenfesten Ringdichtung axial zur Anlage kommt. Der Durchgang stellt dann eine zur Atmosphäre hin geschlossene Verbindung zwischen stromaufwärtigem und stromabwärtigen Flüssigkeitssystem her. Der stromaufwärtige Rückflußverhinderer sitzt in dem Durchgang. Dadurch wirkt auf den Kolben gegen eine in Öffnungsrichtung wirksame Feder die Druckdifferenz zwischen dem Eingangsdruck im stromaufwärtigen Flüssigkeitssystem und einem Mitteldruck, der sich in einem Mitteldruckraum zwischen Kolben und stromabwärtigen Rückflußverhinderer einstellt. Damit ein Durchfluß zu dem stromabwärtigen System stattfinden kann, muß schon diese Druckdifferenz ein vorgegebenes, durch die Federkraft bestimmtes Maß überschreiten. - Wenn -als Beispiel- ein unter geringem Wasserdruck stehendes Heizungssystem aus einem Trinkwassersystem über den Systemtrenner gefüllt werden soll, wird durch den Eingangsdruck im Trinkwassersystem zunächst der Kolben des Ablaßventils gegen die Wirkung der darauf wirkenden Feder in seine Betriebsstellung gedrückt, in welcher er die Verbindung zur Atmosphäre und zu dem Ablauf unterbricht und eine Verbindung zwischen Trinkwassersystem und Heizungssystem herstellt. Dann werden die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Rückflußverhinderer aufgedrückt. Es strömt Trinkwasser zu dem Heizungssystem und füllen dieses auf oder nach. Das Heizungssystem wird dann auf einen Ausgangsdruck aufgefüllt, der unterhalb des Eingangsdrucks liegt. Im normalen Betrieb wird die Differenz zwischen Eingangsdruck und Ausgangsdruck durch den Druckabfall an den Rückflußverhinderern, also durch die Stärke der Federn der Rückflußverhinderer bestimmt. Der Mitteldruck liegt entsprechend dem Druckabfall an dem stromaufwärtigen Rückflußverhinderer und dem Druckabfall an dem stromaufwärtigen Rückflußverhinderer dazwischen. Die Druckdifferenz zwischen Eingangsdruck und Mitteldruck muß größer sein als ein durch die Belastungsfeder des Ventilkörpers des Ablaßventils bestimmter Grenzwert.
- Der Eingangsdruck kann nun schwanken. Das kann dazu führen, daß die Druckdifferenz zwischen Eingangsdruck und Mitteldruck unter den Grenzwert absinkt. Dann öffnet das Ablaßventil zur Atmosphäre hin. Es fließt eine geringe Menge Wasser aus. Das bewirkt sofort ein Absinken des Mitteldrucks. Das Ablaßventil schließt wieder. Durch die Schwankungen des Eingangsdrucks wird ein Tröpfeln des Ablaßventils hervorgerufen. Dieses Tröpfeln ist unnötig, denn die Druckschwankungen des Eingangsdrucks sind unkritisch. Es fließt über den dichten stromabwärtigen Rückflußverhinderer kein Heizungswasser in das Trinkwassersystem zurück.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein unnötiges Öffnen des Ablaßventils infolge von Druckschwankungen des Eingangsdruckes zu vermeiden.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein den Mitteldruckraum begrenzendes Hubglied, das auf einer Seite von dem Eingangsdruck und auf der anderen Seite von dem Mitteldruck beaufschlagt und von der Druckdifferenz gegen die Wirkung einer Belastungsfeder zwischen zwei Anschlägen beweglich ist.
- Normalerweise wird das Hubglied durch die Druckdifferenz in Anlage an einem mitteldruckseitigen Anschlag gehalten. Bei Absinken des Eingangsdruckes hebt das Hubglied unter dem Einfluß der Belastungsfeder von dem Anschlag ab. Dadurch wird das Volumen des Mitteldruckraumes vergrößert. Da der Mitteldruckraum im stationären Zustand abgeschlossen und die Flüssigkeit inkompressibel ist, bewirkt schon ein geringer Hub des Hubgliedes ein Absinken des Mitteldrucks. Der Mitteldruck folgt in einem gewissen Maße dem absinkenden Eingangsdruck. Durch den Hub wird die Belastungsfeder des Hubgliedes entspannt. Es tritt ein neuer Gleichgewichtszustand ein, bei welchem eine etwas verminderte Druckdifferenz, die aber noch nicht zum Öffnen des Ablaßventils führt, der etwas entspannten Belastungsfeder das Gleichgewicht hält. Bei starkem Absinken des Eingangsdrucks gelangt schließlich das Hubglied an den anderen Anschlag. Ein weiteres Absinken des Eingangsdrucks läßt dann die Druckdifferenz unter den oben erläuterten Grenzwert absinken und bewirkt ein Öffnen des Ablaßventils zur Atmosphäre.
- Wenn der Mitteldruck ansteigt, weil der stromabwärtige Rückflußverhinderer undicht ist, wird das Hubglied an den „äußeren" Anschlag gedrückt. Dann sinkt die Druckdifferenz unter den Grenzwert und das Ablaßventil spricht in üblicher Weise an.
- Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, daß
- (a) der stromaufwärtige Rückflußverhinderer mit einem Gehäuse in dem mit einem zentralen Durchbruch versehenen Ventilkörper sitzt,
- (b) das Hubglied ein Kolben mit einem zentralen Durchbruch ist, der seinerseits zwischen den Anschlägen in dem Gehäuse des stromaufwärtigen Rückflußverhinderers geführt ist,
- (c) ein Ventilsitz des Rückflußverhinderers in dem Kolben sitzt und
- (d) auf dem Ventilsitz ein federbelasteter Ventilschließkörper des Rückflußverhinderers aufsitzt.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
-
1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Rohrtrenner mir einem Kompensationskolben -
2 zeigt eine Ansicht „X" von1 , bei welcher der Kompensationskolben durch die Druckdifferenz an seinen mitteldruckseitigen Anschlag bewegt ist. -
3 zeigt eine Ansicht „X" von1 , bei welcher der Kompensationskolben durch die Druckdifferenz an seinen einlaßdruckseitigen Anschlag bewegt ist. -
4 ist ein Diagramm und veranschaulicht die Wirkungsweise des Rohrtrenners ohne Kompensationskolben. -
5 ist ein Diagramm und veranschaulicht die Wirkungsweise des Rohrtrenners mit Kompensationskolben. - In
1 ist mit10 ein rohrartiges Armaturengehäuse bezeichnet. Das Armaturengehäuse10 ist an seiner einlaßseitigen Ende durch einen Stopfen12 abgeschlossen. Der Stopfen12 weist einen Einlaßstutzen14 auf. Das Armaturengehäuse10 weist am entgegengesetzten Ende ein Auslaßstutzen16 auf. Anschließend an den Stopfen12 sitzt in dem Armaturengehäuse10 sitzt ein Stützkörper18 . Der Stützkörper18 bildet einen ersten Ring20 , der über Stege22 mit einem zweiten Ring24 verbunden ist. Der zweite Ring bildet einen Anschlag für Ventilkörper, der von einem Kolben26 gebildet is. Zwischen den Stegen ist der Einlaßstutzen14 mit einem Prüfanschluß28 mit einem Kugelventil30 verbunden. Über den Prüfanschluß28 kann der Eingangsdruck mittels eines Manometers gemessen werden. - In dem Armaturengehäuse ist eine zylindrische Kammer
32 gebildet. In der Kammer32 ist der Kolben26 geführt. Von der Kammer32 geht ein Ablaß34 ab, welcher einen mit der Atmosphäre verbundenen Ablaufstutzen36 aufweist. - Der Kolben
26 dient als Ventilkörper. Der Kolben26 ist auf seiner Mantelfläche mit einer Dichtung38 abdichtend in der zylindrischen Kammer32 geführt. An seiner stromabwärtigen Stirnfläche bildet der Kolben26 einen ringförmigen Ventilsitz40 . Der Ventilsitz40 liegt in der in1 dargestellten, stromabwärtigen Endstellung an einer Sitzdichtung42 an. Mit der Mantelfläche überdeckt der Kolben26 den Ablaß34 . Das ist ein Ablaßventil35 . - Der Kolben
26 weist einen zentralen Durchgang44 auf. An dem Kolben26 ist an dessen stromaufwärtigem Ende ein nach innen ragender, ringscheibenförmiger Rand46 gebildet. In dem Durchgang sitzt ein stromaufwärtiger Rückflußverhinderer48 . Das Gehäuse50 des Rückflußverhinderers48 (2 ) weist einen kragenförmigen äußeren Mantelteil52 auf. Dieser Mantelteil52 ist an einen Ringkörper54 angeformt. Der Ringkörper54 ist mit einem außermittigen, axialen Durchgang56 versehen. Weiterhin weist der Ringkörper längs seines Umfangs eine Ringnut58 auf. Um einen zentralen Durchbruch60 des Ringkörpers54 herum ist eine weitere Ringnut62 gebildet. Die Ringnuten58 und62 sind zur stromaufwärtigen Seite hin offen. In dem Mantelteil52 ist ein Kompensationskolben64 geführt. Der Kompensationskolben64 ist mittels eines Dichtringes66 gegen die Innenfläche des Mantelteils52 abgedichtet. Der Kompensationskolben64 ist zwischen zwei Anschlägen beweglich. Ein stromabwärtiger Anschlag wird von der Stirnfläche des Ringkörpers54 am Rand der Ringnut58 gebildet. Ein stromaufwärtiger Anschlag wird von dem Rand46 des Kolbens26 gebildet, an welchem der Kompensationskolben64 mit einem Ringvorsprung68 zur Anlage kommt. Der Kompensationskolben64 ist schalenförmig mit einem zylindrischen Mantel und einem zentralen Durchbruch70 . - In dem Kompensationskolben
64 sitzt ein Ventilsitz72 des stromaufwärtigen Rückflußverhinderers. Der Ventilsitz72 wirkt mit einem Ventilschließkörper74 zusammen. Der Ventilschließkörper74 weist einen konischen Kopf76 und einen Schaft78 auf. Der Schaft78 ist in dem Durchbruch60 geführt. Der Schaft78 ist von einer Schraubenfeder80 umgeben. Die Schraubenfeder80 ist mit einem Ende in der Ringnut62 geführt und liegt mit dem anderen Ende an dem Kopf76 an. Eine Schraubenfeder82 ist an einer Schulter84 auf der Innenseite des Armaturengehäuses10 abgestützt und liegt stromabwärts an dem Ringkörper54 an. Dadurch wird über den Rand46 der Kolben26 des Ablaßventils von der Feder belastet. - In der Ringnut
58 des Ringkörpers54 sitzt eine Schraubenfeder86 . Die Schraubenfeder86 liegt an der stromabwärtigen Stirnfläche des Kompensationskolbens64 an. Die Schraubenfeder86 sucht den Kompensationskolben zur stromaufwärtigen Seite hin zu drücken. Der Schraubenfeder86 wirkt die Druckdifferenz zwischen dem Eingangsdruck und dem Druck hinter dem stromaufwärtigen Rückflußverhinderer entgegen. - Stromab von der beschriebenen Anordnung sitzt in dem Armaturengehäuse ein stromabwärtiger Rückflußverhinderer. Der Rückflußverhinderer
88 . Der Rückflußverhinderer88 ist im Prinzip ähnlich aufgebaut wie der stromaufwärtige Rückflußverhinderer48 und daher nicht im einzelnen beschrieben. Beide Rückflußverhinderer48 und88 öffnen nur in Richtung vom Eingangsdruck zum Ausgangsdruck hin. Zwischen dem Kolben26 und dem stromabwärtigen Rückflußverhinderer88 ist ein Mitteldruckraum90 gebildet. Der Mitteldruckraum90 ist über ein Kugelventil92 mit einem Prüfanschluß94 verbunden. Über diesen Prüfanschluß kann ein Mitteldruck gemessen werden. Der Auslaßstutzen16 , in welchem der Ausgangsdruck herrscht, ist über ein Kugelventil96 mit einem Prüfanschluß98 verbunden. - Die Schraubenfeder
80 des Rückflußverhinderers48 ist stärker als die Schraubenfeder82 , die auf den Kolben26 wirkt. Daher öffnet der Rückflußverhinderer erst, wenn der Kolben26 durch die Druckdifferenz zwischen Eingangsdruck und dem im Mitteldruckraum herrschenden Mitteldruck in seine stromabwärtige Endstellung bewegt ist. Wenn auf diese Weise der Durchgang zum Auslaßstutzen gegenüber dem Auslaß34 und der Atmosphäre abgeschlossen ist, werden die Rückflußverhinderer von dem Wasserdruck aufgedrückt. Das Heizungssystem wird auf einen Ausgangsdruck aufgefüllt, der etwas unter dem Eingangsdruck liegt. Der Kompensationskolben64 liegt unter dem Einfluß der Druckdifferenz gegen den Einfluß der Schraubenfeder86 an dem stromabwärtigen Anschlag, d.h. an der Stirnfläche des Ringkörpers54 an, wie in2 dargestellt ist. - Tritt ausgehend von diesem Zustand eine Druckschwankung des Eingangsdrucks ein, so bewegt die Schraubenfeder den Kompensationskolben
64 zur stromaufwärtigen Seite hin. Damit wird das Volumen des Mitteldruckraumes90 vergrößert und der Mitteldruck sinkt ebenfalls ab. Die Schraubenfeder86 wird etwas entspannt. Es stellt sich ein neuer Gleichgewichtszustand ein, bei welchem eine etwas verminderte Druckdifferenz der Federkraft der etwas entspannten Schraubenfeder86 entgegenwirkt. Der Kolben26 wird dadurch noch nicht bewegt. Bei stärkerem Druckabfall des Eingangsdrucks sinkt die Druckdifferenz linear mit der Entspannung der Schraubenfeder aber weniger stark, als der Eingangsdruck sinkt. Schließlich erreicht der Kompensationskolben den stromaufwärtigen Anschlag, indem sich der Ringvorsprung68 an den Rand46 des Kolbens26 anlegt. Jetzt kann ein weiterer Druckabfall des Eingangsdrucks nicht mehr durch Volumenvergrößerung des Mitteldruckraumes90 kompensiert werden. Ein weiterer Druckabfall des Eingangsdruckes bewirkt ein Absinken der Druckdifferenz unter den Schwellwert. Der Kolben26 wird durch die Schraubenfeder82 in seine stromaufwärtige Endstellung gedrückt. Er hebt dann mit dem ringförmigen Ventilsitz40 von der Ringdichtung42 ab und stellt eine Verbindung zum Ablauf34 her. - Das Verhalten des System- oder Rohrtrenners ist anhand von
4 und5 erläutert. Diese Figuren zeigen Diagramme, die mit Rohrtrennern ohne bzw. mit dem beschriebenen Kompensationskolben gemessen wurden. - Man erkennt aus beiden Diagrammen, daß normalerweise der Ausgangsdruck etwas unterhalb des Eingangsdrucks liegt. Die Druckdifferenz zwischen Eingangs- und Mitteldruck liegt zwischen 0,6 und 0,7 bar bzw. etwas über 0,7 bar. Das Ablaßventil mit dem Kolben
26 spricht an, wenn die Druckdifferenz unter etwa 0,4 bar absinkt. Dann „tropft" der Rohrtrenner. Eine relativ kleine Druckschwankung des Eingangsdrucks, wie sie in4 dargestellt ist, führt zu einem schnellen und starken Absinken der Druckdifferenz zwischen Eingangsdruck und Mitteldruck, wie duch die dünn ausgezogene Linie dargestellt ist. Der Rohrtrenner tropft über ein relativ großes Zeitintervall hinweg, bis der Eingangsdruck wieder seinen Normalwert erreicht hat. - In
5 sind die entsprechenden Kurven für einen Rohrtrenner der oben beschriebenen Art dargestellt. Man sieht, daß die Druckdifferenz in dem Bereich von 10 sec bis etwa 32 sec dank des Druckausgleichs mit dem Kompensationskolben mit schwacher Neigung etwa linear absinkt. Erst dann findet ein stärkerer Abfall der Druckdifferenz statt, der ein Tropfen des Rohrtrenners zur Folge hat. - Dadurch wird ein unnötiges Öffnen des Auslaßventils vermieden. Der Druckausgleich bewegt sich jedoch noch in einem unkritischen Druckbereich. Bei einem Rückfluß von Heizungswasser durch einen undichten stromabwärtigen Rückflußverhinderer fährt der Kompensationskolben sofort in seine stromaufwärtige Endstellung. Dann findet kein Druckausgleich statt, und das Auslaßventil spricht sofort an.
Claims (3)
- Systemtrenner zum physischen Trennen eines stromaufwärtigen Flüssigkeitssystems von einem stromabwärtigen Flüssigkeitssystem mittels eines Ablaßventils (
35 ) in Abhängigkeit vom Druckgefälle zwischen stromaufwärtigem und stromabwärtigem Flüssigkeitssystem, mit eimem stromaufwärtigen Rückflußverhinderer (48 ), einem stromabwärtigen Rückflußverhinderer (88 ) und einem als Kolben (26 ) ausgebildeten Ablaßventilkörper, der strömungsmäßig zwischen den Rückflußverhinderern (48 ,88 ) angeordnet ist, wobei stromaufwärts von dem stromaufwärtigen Rückflußverhinderer (48 ) ein Eingangsdruck des stromaufwärtigen Flüssigkeitssystems, zwischen dem Ablaßventilkörper und dem stromabwärtigen Rückflußverhinderer (88 ) ein Mitteldruck in einem Mitteldruckraum (90 ) und stromabwärts von dem stromabwärtigen Rückflußverhinderer (88 ) ein Ausgangsdruck des stromabwärtigen Flüssigkeitssystems herrscht, und wobei an dem Ablaßventilkörper die Druckdifferenz zwischen Eingangsdruck und Mitteldruck in Schließrichtung einer in Öffnungsrichtung auf den Ablaßventilkörper wirkenden Belastungsfeder (82 ) entgegenwirkt, gekennzeichnet durch ein den Mitteldruckraum (90 ) begrenzendes Hubglied (64 ), das auf einer Seite von dem Eingangsdruck und auf der anderen Seite von dem Mitteldruck beaufschlagt und von der Druckdifferenz gegen die Wirkung einer Belastungsfeder (86 ) zwischen zwei Anschlägen (54 ,46 ) beweglich ist. - Systemtrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß (a) der stromaufwärtige Rückflußverhinderer (
48 ) mit einem Gehäuse (52 ) in dem mit einem zentralen Durchgang (44 ) versehenen Ventilkörper (26 ) sitzt, (b) das Hubglied ein Kolben (64 ) mit einem zentralen Durchbruch (76 ) ist und seinerseits zwischen den Anschlägen in dem Gehäuse (52 ) des stromaufwärtigen Rückflußverhinderers (48 ) geführt ist. - Systemtrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß (a) ein Ventilsitz (
72 ) des Rückflußverhinderers (48 ) in dem Kolben (64 ) sitzt und (d) auf dem Ventilsitz (72 ) ein federbelasteter Ventilschließkörper (74 ) des Rückflußverhinderers (48 ) aufsitzt.
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