DE102011012773A1 - Gasgenerator, Gurtstraffer mit einem Gasgenerator und Modul mit einem Gasgenerator - Google Patents
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Abstract
Ein Gasgenerator, insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, hat eine Brennkammer (14), in der ein gaserzeugender Treibstoff (18) aufgenommen ist, wobei die Brennkammer (14) durch eine Brennkammerwand begrenzt ist, in der eine Schwächungszone (22) vorgesehen ist. Ein Frühzündmittel (20), das eine niedrigere Zündtemperatur aufweist als der Treibstoff (18) und das so ausgewählt und so angeordnet ist, dass es sich bei einer vordefinierten, von außen auf es einwirkenden Hitzeeinwirkung selbst entzündet, zerstört durch seinen Abbrand die Schwächungszone (22) in der Brennkammerwand zur Freilegung einer Öffnung (24), bevor sich der Treibstoff (18) entzündet. Ein gurtstraffer umfasst einen solchen Gasgenerator. Ein Modul beinhaltet einem solchen Gasgenerator, einem von dem Gasgenerator aufblasbaren Gassack und einer Befestigungseinrichtung zur Anbringung des Moduls, insbesondere im Innenbereich eines Fahrzeuges.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator wie er beispielsweise für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem eingesetzt werden kann, etwa um einen Gurtstraffer anzutreiben oder zum Befüllen eines Gassacks. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Gurtstraffer mit einem solchen Gasgenerator. Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Modul mit einem solchen Gasgenerator zum Befüllen eines Gassacks.
- Derartige Gasgeneratoren weisen in der Regel eine oder mehrere Brennkammern auf, in denen ein gaserzeugender Treibstoff aufgenommen ist, der bei bestimmungsgemäßer Auslösesituation, also einer normalen Aktivierung des Gasgenerators im Rückhaltefall, unter Gasentwicklung abbrennt und damit den nötigen Druck zur Bewegung eines Gurtstraffers oder die nötige Füllgasmenge zum Befüllen eines Gassacks liefert. Weit verbreitet ist es, als Treibstoff einen Festtreibstoff zu verwenden, der beispielsweise in einer gepressten Tablettenform, als Granulat oder als Extrusionskörper in der Brennkammer vorliegen kann.
- Ferner sind Lösungen bekannt, die bei nicht bestimmungsgemäßer Auslösesituation, wie einer Hitzeeinwirkung von außen, beispielsweise durch einen Fahrzeugbrand, gewährleisten, dass der Treibstoff auch in einer solchen Ausnahmesituation auf eine für Fahrzeuginsassen und Retter unschädliche Art und Weise abbrennt. Zu diesem Zweck wird oft ein Frühzündmittel im Gasgenerator angeordnet, das eine niedrigere Zündtemperatur hat als der vorgenannte, eigentliche Treibstoff. Im Fall der beschriebenen Hitzeeinwirkung, die im Rahmen eines sogenannten Bonfire-Tests simuliert wird, entzündet sich dann das Frühzündmittel, um durch Überzünden auf den Treibstoff einen kontrollierten Abbrand dieses Treibstoffes auszulösen. Das Entzünden des eigentlichen Treibstoffs ist dabei stets direkt auf den Abbrand des Frühzündmittels zurückzuführen, im Normalfall durch direkte Wärmeübertragung. Hierbei sind Gasgeneratoren bekannt, die eine Brennkammer umfassen, in der ein gaserzeugender Treibstoff aufgenommen ist, wobei die Brennkammer durch eine Brennkammerwand begrenzt ist, in der eine Schwächungszone vorgesehen ist, wobei ein Frühzündmittel vorgesehen ist, das eine niedrigere Zündtemperatur aufweist als der Treibstoff, und wobei das Frühzündmittel durch eine vordefinierte, von außen einwirkende Hitzeeinwirkung entzündbar ist.
- Aufgabe der Erfindung ist es, eine andere Lösung für den Fall einer Hitzeeinwirkung von außen auf einen Gasgenerator zu schaffen, um dessen kontrollierbaren Abbrand zu gewährleisten, ihn also „unscharf” zu machen. Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Gasgenerator mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
- Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung einen Gurtstraffer mit einem solchen Gasgenerator zur Verfügung zu stellen. Hinsichtlich des Gurtstraffers wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst. Vorzugsweise umfasst ein solcher Gurtstraffer ferner weitere Bauteile, wie zum Beispiel ein Straffergehäuse, eine Befestigungseinrichtung zur Anbringung des Straffergehäuses an einem Fahrzeug, insbesondere an einer Fahrzeugchassis oder einem Fahrzeugsitz, einen in einem Straffergehäuse bewegbaren Kolben und/oder eine zweite Befestigungseinrichtung zur Befestigung eines Gurtschlosses an dem Kolben.
- Zudem ist es Aufgabe der Erfindung ein Modul mit einem solchen Gasgenerator, zum Befüllen eines Gassacks, zur Verfügung zu stellen. Hinsichtlich des Moduls wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.
- Erfindungsgemäß ist bei einem Gasgenerator der vorgenannten Art die Schwächungszone bereits durch einen zumindest teilweisen Abbrand des Frühzündmittels zerstörbar.
- Die Wirkung des Abbrands des Frühzündmittels besteht darin, dass die Schwächungszone in der Brennkammerwand zerstört wird und damit die geometrischen Verhältnisse und damit die Druckverhältnisse in der Brennkammer und im Gasgenerator gegenüber der normalen Aktivierung des Gasgenerators (ohne Hitzeeinwirkung von außen) verändert werden. Auf diese Weise lässt sich gewährleisten, dass bei einer Entzündung des eigentlichen Treibstoffs dessen Abbrand wesentlich langsamer und moderater erfolgt und sozusagen der Treibstoff nur noch raucht oder kokelt und damit auf kontrollierbare Art „unscharf” gemacht werden kann. Gemäß einer Ausführungsform entsteht durch den Abbrand des Frühzündmittels nicht genug Wärme, um den Treibstoff direkt zu entzünden. Die Schwächungszone ist damit vorzugsweise bereits ohne Entzündung des Treibstoffes zerstörbar.
- Bei dieser Ausführungsform ist bei einer Hitzeeinwirkung von außen der Treibstoff durch die Hitzeeinwirkung von außen und nicht zwingend durch das Frühzündmittel entzündbar, wenn die Zündtemperatur des Treibstoffs erreicht ist. Es findet also hier durch das Frühzündmittel keine direkte Anzündung des Treibstoffes oder Überzündung auf den Treibstoff statt.
- Bei einer weiteren, bevorzugten, Ausführungsform wird der Treibstoff zwar vom Frühzündmittel aktiviert, also angezündet, jedoch erst nach der Zerstörung der Schwächungszone durch den zumindest teilweisen Abbrand des Frühzündmittels.
- Durch die Zerstörung der Schwächungszone ist bevorzugt das Volumen der Brennkammer vergrößerbar, oder die Brennkammer ist dadurch in Strömungsverbindung, direkt oder indirekt, mit der Umgebung bringbar. Auf diese Weise ändern sich die Druckverhältnisse im Gasgenerator bei Aktivierung des Treibstoffs, was das Abbrandverhalten des Treibstoffs in Richtung eines langsameren Abbrands beeinflusst.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Gasgenerator außerhalb der Brennkammer eine weitere Kammer auf, die mit der Brennkammer über eine freigelegbare Öffnung in Strömungsverbindung bringbar ist, wobei insbesondere das Frühzündmittel in der separaten, an die Brennkammer angrenzenden Kammer aufgenommen ist. Diese weitere Kammer stellt ein Zusatzvolumen dar. In diesem Fall ist die Schwächungszone vorteilhaft in einer Trennwand zwischen den Kammern vorgesehen.
- Die Schwächungszone kann beispielsweise durch eine Sollbruchstelle in der Brennkammerwand gebildet sein. Die Hitzeeinwirkung und/oder die Krafteinwirkung durch den Abbrand des Frühzündmittels sind ausreichend, um die Sollbruchstelle aufzubrechen.
- Die Schwächungszone kann auch durch eine Folie oder eine Membran gebildet sein, die die Öffnung abdeckt. In diesem Fall wird durch den Abbrand des Frühzündmittels die Membran bzw. die Folie durch Hitze und/oder Druckeinwirkung zerstört und so die Öffnung freigegeben.
- Das Frühzündmittel kann in der Brennkammer selbst aufgenommen sein, beispielsweise in Form von gepressten Tabletten, Granulat oder Extrusionskörpern, die mit den Treibstoffpellets gemischt sind.
- Es ist auch denkbar, Frühzündmittel sowohl in der Brennkammer als auch in einer separaten Kammer vorzusehen.
- Das Frühzündmittel besteht vorteilhaft aus einem Material beispielsweise auf Basis von Nitrozellulose oder Chloraten oder aus Nitrotriazolon (NTO). Bevorzugt ist auch ein Frühzündmittel, das unter hoher Gasentwicklung bei relativ niedriger Temperatur abbrennt. Das Frühzündmittel und/oder der Treibstoff liegen in Festkörperform, insbesondere als Granulat, gepresste Tablette oder als Extrusionskörper vor.
- Vorzugsweise beträgt die Zündtemperatur des Frühzündmittels etwa 150°C, wogegen die Selbstentzündungstemperatur des Treibstoffs größer gleich 200°C beträgt.
- Vorteilhaft weist der Gasgenerator eine Brennkammer auf, in der ein gaserzeugender Treibstoff aufgenommen ist, wobei die Brennkammer durch eine Brennkammerwand begrenzt ist, in der eine Schwächungszone vorgesehen ist, wobei ein Frühzündmittel vorgesehen ist, das eine niedrigere Zündtemperatur aufweist als der Treibstoff und wobei das Frühzündmittel so ausgewählt und angeordnet ist, dass es sich bei einer vordefinierten, von außen einwirkende Hitzeeinwirkung selbst entzündet und durch seinen Abbrand die Schwächungszone in der Brennkammerwand zur Freilegung einer Öffnung zerstört, bevor sich der Treibstoff entzündet.
- Im Folgenden wird ein Verfahren zur Aktivierung eines vorgenannten Gasgenerators bei einer Hitzeeinwirkung von außen auf den Gasgenerator beschrieben, wobei insbesondere ein kontrollierbarer Abbrand des Treibstoffes erreicht wird. Das Verfahren weist zumindest einen der folgenden Schritte auf:
- – Auswählen des Frühzündmittels derart, dass es sich bei einer vordefinierten, von außen einwirkenden Hitzeeinwirkung selbst entzündet und durch seinen Abbrand eine Schwächungszone in einer Brennkammerwand eines Gasgenerators zur Freilegung einer Öffnung zerstören kann.
- – Einbringen eines Frühzündmittels im Bereich einer Brennkammer eines Gasgenerators oder in einer separaten, an die Brennkammer angrenzenden Kammer, wobei das Frühzündmittel eine niedrigere Zündtemperatur aufweist als ein Treibstoff des Gasgenerators.
- – Bereitstellen eines Gasgenerators, der eine Brennkammer aufweist, in der ein gaserzeugender Treibstoff aufgenommen ist, wobei die Brennkammer durch eine Brennkammerwand begrenzt ist, in der eine Schwächungszone vorgesehen ist.
- – Bereitstellen einer Hitzeeinwirkung von außen auf den Gasgenerator, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 2000°C bis 2500°C, so lange, bis das Frühzündmittel entzündet wird und durch seinen Abbrand die Schwächungszone in der Brennkammerwand zur Freilegung einer Öffnung zerstört wird, ohne, dass der Treibstoff entzündet wird.
- – Fortsetzung der Bereitstellung einer Hitzeeinwirkung von außen auf den Gasgenerator, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 2000°C bis 2500°C, so lange bis der Treibstoff durch diese Hitzeeinwirkung entzündet wird und kontrolliert, insbesondere ohne Fragmentierung des Außengehäuses des Gasgenerators, abbrennt.
- Der Gasgenerator lässt sich vorteilhaft in einem Gurtstraffer einsetzen, ist aber auch für andere Anwendungszwecke, wie zum Einsatz in einem Modul zur Befüllung eines Gassackes (eines sogenannten. Airbags) verwendbar.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
-
1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gasgenerators gemäß einer ersten Ausführungsform; -
2 eine schematische Ansicht einer ersten Ausbildung einer Schwächungszone der Brennkammerwand eines erfindungsgemäßen Gasgenerators; -
3 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausbildung einer Schwächungszone einer Brennkammerwand eines erfindungsgemäßen Gasgenerators; und -
4 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gasgenerators gemäß einer zweiten Ausführungsform. - Der in
1 dargestellte Gasgenerator10 entspricht in seinem Aufbau im Wesentlichen dem eines klassischen Festtreibstoffgenerators. Ein Gehäuse12 , in dem eine Brennkammer14 ausgebildet ist, ist an einer Stirnseite durch einen Anzünder16 abgeschlossen, der auf bekanntem Weg bei einer normalen Aktivierung, also bei einer bestimmungsgemäßen Auslösesituation, wie sie bei einem Crash-Fall vorliegen kann, den Gasgenerator10 zündet. - In der Brennkammer
14 ist eine Treibladung aus einem gaserzeugenden Treibstoff18 aufgenommen, der in Form von Pellets vorliegt. Dieser Treibstoff18 brennt nach einer normalen Aktivierung ab und sorgt so für die Erzeugung des notwendigen Gases, beispielsweise zum Betrieb eines Gurtstraffers oder zum Befüllen eines Gassacks. - Außerdem ist ein Frühzündmittel
20 vorgesehen, hier ebenfalls in Form von Pellets. Das Frühzündmittel20 ist in dieser Ausführungsform in der Brennkammer14 aufgenommen und mit dem Treibstoff18 vermischt. Es besteht beispielsweise aus einem Material auf Basis von Nitrozellulose oder Chloraten oder aus Nitrotriazolon (NTO) und weist eine Zündtemperatur auf, die um wenigstens 50 K unter der des Treibstoffs18 liegt. Das Frühzündmittel20 ist so gewählt, dass es unter einer möglichst hohen Gasentwicklung bei einer relativ geringen Temperatur abbrennt. - Die Brennkammer
14 ist von einer Brennkammerwand21 begrenzt, die hier abschnittsweise durch das Gehäuse12 gebildet ist. In einem Abschnitt der Brennkammerwand21 ist eine Schwächungszone22 vorgesehen, hier an der dem Anzünder16 gegenüberliegenden Stirnseite. - Bei Öffnung der Schwächungszone
22 wird eine Öffnung24 (siehe3 ) freigelegt, die eine Strömungsverbindung zu einem weiteren Volumen, hier der Umgebung des Gasgenerators10 herstellt. - Die Schwächungszone
22 kann beispielsweise durch eine Sollbruchstelle26 in Form eines Abschnitts mit verringerten Wandstärke (siehe2 ) oder in Form von einer oder mehreren Öffnungen24 , die durch eine Folie28 oder eine Membran verschlossen sind (siehe3 ), gebildet sein. Das Freigeben der Öffnung24 erfolgt dann entweder durch Zerstörung der Sollbruchstelle26 mit der geringeren Wandstärke oder durch Zerstörung der Folie28 bzw. Membran. Natürlich können auch mehrere Schwächungszonen22 vorgesehen sein, die auch unterschiedlich ausgebildet sein können. - Wird der Gasgenerator
10 einer Hitzeeinwirkung von außen ausgesetzt, beispielsweise im Fall eines Fahrzeugbrands oder im Rahmen einer diesbezüglichen Simulation in Form eines Bonfire-Tests, so wird das Frühzündmittel20 thermisch entzündet, sobald eine vordefinierte Temperatur, die Zündtemperatur des Frühzündmittels20 , im Inneren der Brennkammer14 erreicht ist. Das Frühzündmittel20 brennt unter hoher Gasentwicklung, aber unter geringer Temperaturentwicklung ab. Durch die Gasentwicklung, welche eine hohe Druckentwicklung zur Folge hat, wird die Schwächungszone22 zerstört und die Öffnung24 freigegeben. Auf diese Weise wird das Volumen der Brennkammer14 vergrößert. - Die Temperaturentwicklung durch den Abbrand des Frühzündmittels
20 reicht in diesem Fall nicht aus, um den eigentlichen Treibstoff18 zu entzünden. Es findet also keine Überzündung von dem Frühzündmittel20 auf den Treibstoff18 statt. - Bei einer weiteren Hitzeeinwirkung auf den Gasgenerator
10 von außen und einem damit verbundenen Temperaturanstieg im Inneren des Gasgenerators10 entzündet sich der Treibstoff18 , wenn dessen Zündtemperatur erreicht ist. Da die Öffnung24 freigegeben ist, weist der Gasgenerator10 andere geometrische Verhältnisse im Bereich der Brennkammer14 auf als bei einer normalen Aktivierung, bei der die Schwächungszone22 in der Brennkammerwand21 geschlossen und die Öffnung24 gasdicht verschlossen ist. - Aufgrund der geänderten geometrischen Verhältnisse und der damit verbundenen anderen Druckverhältnisse brennt der Treibstoff
18 langsamer und moderater ab als bei der normalen Aktivierung. Im Idealfall wird der Treibstoff nur noch rauchen oder kokeln, nicht aber unter einer schnellen Gasentwicklung, wie bei einer normalen Aktivierung des Gasgenerators im Rückhaltefall, abbrennen. -
4 zeigt eine zweite Ausführungsform. Der Gasgenerator100 unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Gasgenerator10 der ersten Ausführungsform dadurch, dass das Frühzündmittel20 in einer eigenen Kammer30 aufgenommen ist. Die Brennkammer14 , die Kammer30 und der Anzünder16 sind axial hintereinander angeordnet, wobei die Brennkammer14 vom Anzünder16 durch die Kammer30 getrennt ist. Die Schwächungszone22 ist in dem Abschnitt der Brennkammerwand21 angeordnet, der die Brennkammer14 von der Kammer30 trennt. - Bei einer Hitzeeinwirkung von außen entzündet sich, wie im Rahmen der ersten Ausführungsform beschrieben, bei einer vorbestimmten Temperatur das Frühzündmittel
20 und zerstört durch seine Gasentwicklung die Schwächungszone22 . Diese kann wie oben beschrieben ausgebildet sein. Dadurch vergrößert sich das Volumen der Brennkammer14 zumindest um das Volumen der Kammer30 , und, wenn die Zündtemperatur des Treibstoffs18 erreicht ist, wird dieser langsam und moderat abbrennen, da auch hier geänderte geometrischen Verhältnisse und damit verbundene andere Druckverhältnisse vorliegen. - Weiterhin kann ein nichtdargestellter Gurtstraffer einen oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Gasgenerator (
10 ;100 ) beinhalten. - Ebenfalls kann ein nichtdargestelltes Modul einen oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Gasgenerator (
10 ;100 ), einem von dem Gasgenerator (10 ;100 ) aufblasbaren Gassack und einer Befestigungseinrichtung zur Anbringung des Moduls, insbesondere im Innenbereich eines Fahrzeuges, beinhalten.
Claims (10)
- Gasgenerator, insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, mit einer Brennkammer (
14 ), in der ein gaserzeugender Treibstoff (18 ) aufgenommen ist, wobei die Brennkammer (14 ) durch eine Brennkammerwand begrenzt ist, in der eine Schwächungszone (22 ) vorgesehen ist, wobei ein Frühzündmittel (20 ) vorgesehen ist, das eine niedrigere Zündtemperatur aufweist als der Treibstoff (18 ), und wobei das Frühzündmittel (20 ) durch eine vordefinierte, von außen einwirkende Hitzeeinwirkung entzündbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwächungszone (22 ) bereits durch einen zumindest teilweisen Abbrand des Frühzündmittels (20 ) zerstörbar ist. - Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwächungszone (
22 ) ohne Entzündung des Treibstoffs (18 ) zerstörbar ist, und/oder dass bei einer Hitzeeinwirkung von außen der Treibstoff (18 ) durch die Hitzeeinwirkung von außen und nicht durch das Frühzündmittel (20 ) entzündbar ist. - Gasgenerator nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Zerstörung der Schwächungszone (
22 ) das Volumen der Brennkammer (14 ) vergrößerbar ist, oder dass die Brennkammer in Strömungsverbindung, direkt oder indirekt, mit der Umgebung bringbar ist. - Gasgenerator nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasgenerator (
10 ) außerhalb der Brennkammer (14 ) eine weitere Kammer (30 ) aufweist, die mit der Brennkammer (14 ) über eine freilegbare Öffnung (24 ) in Strömungsverbindung bringbar ist, wobei insbesondere das Frühzündmittel (20 ) in der separaten, an die Brennkammer (14 ) angrenzenden Kammer (30 ) aufgenommen ist. - Gasgenerator nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwächungszone (
22 ) durch eine Sollbruchstelle (26 ) und/oder durch eine Folie (28 ) oder eine Membran gebildet ist, die die Öffnung (24 ) abdeckt. - Gasgenerator nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Frühzündmittel (
20 ) in der Brennkammer (14 ) aufgenommen ist. - Gasgenerator nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Frühzündmittel (
20 ) aus einem Material besteht, das unter hoher Gasentwicklung bei relativ niedriger Temperatur abbrennt, wobei das Frühzündmittel (20 ) vorzugsweise aus einem Material auf Basis von Nitrozellulose oder Chloraten oder aus Nitrotriazolon (NTO) besteht und/oder das Frühzündmittel (20 ) und/oder der Treibstoff (18 ) in Festkörperform, insbesondere als Granulat, gepresste Tablette oder Extrusionskörper, vorliegt. - Gasgenerator, insbesondere gemäß zumindest einem der voranstehenden Ansprüche für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, mit einer Brennkammer (
14 ), in der ein gaserzeugender Treibstoff (18 ) aufgenommen ist, wobei die Brennkammer (14 ) durch eine Brennkammerwand begrenzt ist, in der eine Schwächungszone (22 ) vorgesehen ist, wobei ein Frühzündmittel (20 ) vorgesehen ist, das eine niedrigere Zündtemperatur aufweist als der Treibstoff (18 ), und wobei das Frühzündmittel (20 ) so ausgewählt und angeordnet ist, dass es sich bei einer vordefinierten, von außen einwirkende Hitzeeinwirkung selbst entzündet und durch seinen Abbrand die Schwächungszone (22 ) in der Brennkammerwand zur Freilegung einer Öffnung (24 ) zerstört, bevor sich der Treibstoff (18 ) entzündet. - Gurtstraffer mit einem Gasgenerator (
10 ;100 ) nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche. - Modul mit einem Gasgenerator (
10 ;100 ), einem von dem Gasgenerator (10 ;100 ) aufblasbaren Gassack und einer Befestigungseinrichtung zur Anbringung des Moduls, insbesondere im Innenbereich eines Fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasgenerator (10 ;100 ) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
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