DE102017105821A1 - Fügevorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Abgassystems - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Fügevorrichtung (10) zum Herstellen eines Abgassystems (12) für einen Verbrennungsmotor beschrieben. Diese umfasst eine Vorrichtungsbasis (14) und einen Rahmen (16), an dem mindestens zwei zeitgleich betreibbare Fügeeinheiten (18a - 18c) befestigt sind. Dabei erstreckt sich der Rahmen (16) ausgehend von der Vorrichtungsbasis (14) im Wesentlichen vertikal (ve). Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen eines Abgassystems (12) beschrieben. Dabei wird mindestens eine Fügeeinheit (18a - 18c) einer Fügevorrichtung (10) an einer Geometrie des herzustellenden Abgassystems (12) ausgerichtet, mindestens drei Bauteile oder Baugruppen des Abgassystems (12) in der Fügevorrichtung (10) positioniert und die Bauteile oder Baugruppen zeitgleich verbunden.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Fügevorrichtung zum Herstellen eines Abgassystems für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Abgassystems für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
- Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei der Herstellung von Abgassystemen Fügeverfahren zu verwenden. Insbesondere werden dabei die Komponenten eines Abgassystems in einer Fügevorrichtung angeordnet und miteinander verbunden.
- Die gängigen Fügeverfahren sind dabei Schweißen und Löten. In diesem Zusammenhang zeigen beispielsweise die
DE 10 2011 106 801 A1 ,DE 10 2004 038 099 A1 undDE 10 2012 000 439 A1 Induktionslötvorrichtungen, mittels derer Komponenten eines Abgassystems gefügt werden können. - Insgesamt wird angesichts des hohen Kostendrucks bei der Herstellung von Abgassystemen angestrebt, die Fügevorrichtungen sowie die Verfahren zum Herstellen von Abgassystemen möglichst effizient zu gestalten. Dies gilt zum einen hinsichtlich der Zeit, die benötigt wird, um ein Abgassystem herzustellen, genauer gesagt, um die Komponenten eines Abgassystems zu fügen. Diese Zeit soll möglichst kurz sein. Zum anderen sollen die Vorrichtungen und Verfahren möglichst geringe Investitions- und Betriebskosten nach sich ziehen. In diesem Zusammenhang sollen Fügevorrichtungen einfach aufgebaut, jedoch gleichzeitig für die Herstellung möglichst vieler Varianten eines Abgassystems geeignet sein.
- Die Aufgabe der Erfindung ist daher, bekannte Fügevorrichtungen und Verfahren zum Herstellen von Abgassystemen weiter zu verbessern. Insbesondere sollen eine Fügevorrichtung und ein Verfahren geschaffen werden, die hinsichtlich der vorgenannten Effizienzkriterien verbessert sind.
- Die Aufgabe wird durch eine Fügevorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die eine Vorrichtungsbasis, die dafür eingerichtet ist, auf einem Hallenboden positioniert zu werden, und einen Rahmen umfasst, an dem mindestens zwei zeitgleich betreibbare Fügeeinheiten befestigt sind, wobei sich der Rahmen ausgehend von der Vorrichtungsbasis im Wesentlichen vertikal erstreckt. Durch das zeitgleiche Betreiben der Fügeeinheiten können mehrere Fügestellen gleichzeitig bearbeitet werden. Im Vergleich zum sukzessiven Fügen kann also das Abgassystem innerhalb einer viel kürzeren Zeit hergestellt werden. Zudem ist bei der erfindungsgemäßen Fügevorrichtung kein Umspannen der zu fügenden Bauteile notwendig. Auch das spart Zeit. Durch die vertikale Anordnung des Rahmens ist ein Abgassystem, das in der Fügevorrichtung bearbeitet wird, auch im Wesentlichen vertikal angeordnet. Somit benötigt die Fügevorrichtung nur eine verhältnismäßig kleine Standfläche. Eine Produktionshalle kann somit effizienter genutzt werden. Durch die vertikale Anordnung des Rahmens können zudem die Fügestellen in einer günstigen Weise zur Schwerkraft positioniert werden. Dies ist insbesondere bei der Verwendung eines Lötverfahrens als Fügeverfahren vorteilhaft, da dann der Lötzusatz schwerkraftunterstützt in die Fügestelle fließen kann.
- Bevorzugt sind die Fügeeinheiten Induktionslöteinheiten. Sie umfassen jeweils einen Induktor. Im Vergleich zum Schweißen können beim Induktionslöten verhältnismäßig kurze Prozesszeiten erreicht werden. Diese sind zudem im Wesentlichen unabhängig von der Länge einer Fügenaht oder einem Durchmesser zu fügender Rohre. Darüber hinaus hat Induktionslöten den Vorteil, dass im Bereich der Fügestelle keine Kerbeffekte geschaffen werden, sodass eine besonders stabile Verbindung entsteht. Zusätzlich entstehen keine Dämpfe, für deren Absaugung gesorgt werden muss. Es werden also Investitionskosten gespart. Ferner ist das Induktionslöten ein sehr zuverlässiges und robustes Verfahren, mit dem Fügenähte von gleichbleibend hoher Qualität gewährleistet werden können.
- Die Fügeeinheiten können jeweils entlang einer Translationsachse oder mehrerer Translationsachsen relativ zum Rahmen positionierbar sein, insbesondere wobei die Fügeeinheiten jeweils über drei senkrecht aufeinander wirkende Linearantriebseinheiten mit dem Rahmen verbunden sind und die Linearantriebseinheiten jeweils eine elektrische Antriebseinheit umfassen. Es handelt sich also um elektrisch betriebene Linearantriebseinheiten. Umgangssprachlich werden diese auch als elektrische Linearachsen bezeichnet.
- Dabei kommen sowohl elektromotorisch betriebene Zahnstangenantriebe als auch rein elektrische Linearantriebseinheiten in Frage. Die Fügeeinheiten können also translatorisch im Raum positioniert werden. Somit sind die Positionen der Fügeeinheiten schnell und einfach an unterschiedliche Positionen von Fügestellen anpassbar. Folglich kann mittels der Fügevorrichtung ein großes Variantenspektrum an Abgassystemen bearbeitet werden. Die Fügevorrichtung ist also sehr flexibel einsetzbar, wodurch sie mit einer hohen Auslastung betrieben werden kann.
- Auch können die Fügeeinheiten jeweils um eine Rotationsachse oder mehrere Rotationsachsen relativ zum Rahmen drehpositionierbar sein, insbesondere wobei die Fügeeinheiten jeweils über drei elektrische Rotationsstellantriebe mit senkrecht aufeinander wirkenden Rotationsachsen mit dem Rahmen verbunden sind. Die hinsichtlich der translatorischen Positionierbarkeit genannten Vorteile und Effekte gelten hier analog. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Fügeeinheiten sowohl translatorisch als auch rotatorisch jeweils in drei Freiheitsgraden positionierbar sind. Dann können die Fügeeinheiten frei im Raum positioniert werden. Es wird eine besonders große Flexibilität der Fügevorrichtung erreicht.
- Vorteilhafterweise sind die Fügeeinheiten in einer vertikalen Richtung im Wesentlichen übereinander angeordnet. Dann ist auch das Abgassystem, genauer gesagt, die zu fügenden Komponenten des Abgassystems, im Wesentlichen vertikal angeordnet. Es wird dadurch nur eine geringe Standfläche der Fügevorrichtung benötigt. Auf einer vorgegebenen Fläche können somit besonders viele Fügevorrichtungen positioniert werden und somit besonders viele Abgassysteme gleichzeitig gefertigt werden. Auch kann durch eine vertikale Anordnung der Fluss des Lötzusatzes in die Fügestelle erleichtert werden.
- Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Fügevorrichtung eine oder mehrere Spanneinheiten, vorzugsweise wobei eine Anzahl an Spanneinheiten mindestens einer Anzahl zu fügender Bauteile oder Baugruppen des Abgassystems entspricht. Über die Spanneinheiten werden die zu fügenden Bauteile des Abgassystems in der Fügevorrichtung gehalten. Damit können die zu fügenden Bauteile derart relativ zueinander positioniert werden, dass Fügestellen von hoher Qualität geschaffen werden können.
- Gemäß einer Variante sind die Spanneinheiten jeweils in drei rotatorischen und drei translatorischen Freiheitsgraden verstellbar. Damit können die Spanneinheiten frei im Raum positioniert werden. Folglich kann die Position und Ausrichtung der Spanneinheiten an unterschiedliche Varianten von zu fertigenden Abgassystemen angepasst werden. Die Fügevorrichtung ist dadurch universell einsetzbar.
- Die Spanneinheiten können elektrisch betätigbar, insbesondere elektrisch aktivierbar und deaktivierbar sein. Im aktivierten Zustand spannen die Spanneinheiten dabei ein Bauteil oder eine Baugruppe. Im deaktivierten Zustand geben sie das Bauteil oder die Baugruppe frei. Die Spanneinheiten können Vakuumspanneinheiten sein. Durch die elektrische Betätigung können die Spanneinheiten gleichzeitig und mit wenig Aufwand geschalten werden. Dadurch kann ein Abgassystem oder dessen Bauteile schnell und einfach in der Fügevorrichtung gespannt werden oder aus dieser entnommen werden.
- In einer Weiterbildung umfasst die Fügevorrichtung einen Lötstromgenerator mit mehreren Lötstromausgängen, wobei jeder Lötstromausgang mit einer Fügeeinheit gekoppelt ist und vorzugsweise eine Anzahl an Lötstromausgängen einer Anzahl an Fügeeinheiten entspricht. Es wird also nur ein einziger Lötstromgenerator benötigt. Trotzdem können mehrere Fügeeinheiten gleichzeitig betrieben werden. Dadurch kann ein Abgassystem in sehr kurzer Zeit hergestellt werden.
- Bevorzugt entspricht eine Anzahl an Fügeeinheiten einer Anzahl an Fügestellen des Abgassystems. Jeder Fügestelle ist dann eine Fügeeinheit zugeordnet. Es können somit alle Fügestellen gleichzeitig bearbeitet werden.
- Die Fügevorrichtung kann drei bis fünfzehn, insbesondere fünf bis zwölf Fügeeinheiten umfassen. Diese Anzahl entspricht der Anzahl an Fügestellen gängiger Abgassysteme. Somit kann die Fügevorrichtung für die Herstellung gängiger Abgassysteme genutzt werden. Alle Fügestellen können gleichzeitig bearbeitet werden.
- Zusätzlich wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Abgassystems für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
- a) elektromotorisches Ausrichten mindestens einer Fügeeinheit einer Fügevorrichtung an einer Geometrie des herzustellenden Abgassystems,
- b) Positionieren von mindestens drei Bauteilen oder Baugruppen des Abgassystems in der Fügevorrichtung, wobei die Bauteile oder Baugruppen zwischeneinander mindestens zwei Fügestellen ausbilden,
- c) zeitgleiches Verbinden der Bauteile oder Baugruppen an den Fügestellen, insbesondere mittels eines Induktionslötverfahrens.
- Dieses Verfahren kann also für eine Vielzahl an unterschiedlichen Abgassystemen angewendet werden. Das Positionieren der Bauteile kann dabei auch das Festlegen der Bauteile in der Fügevorrichtung umfassen. Es kann insbesondere durch das zeitgleiche Fügen ein Abgassystem in einer sehr kurzen Zeit hergestellt werden. Ein Umspannen der zu fügenden Bauteile kann damit entfallen.
- Dabei kann das Ausrichten der Fügeeinheiten entlang einer oder mehrerer Rotationsachsen und/oder einer oder mehrerer Translationsachsen erfolgen, vorzugsweise in sechs Freiheitsgraden im Raum erfolgen.
- Gemäß einer Weiterbildung wird im Schritt a) auch mindestens eine Spanneinheit der Fügevorrichtung entlang einer oder mehrerer Rotationsachsen und/oder einer oder mehrerer Translationsachsen an der Geometrie des herzustellenden Abgassystems ausgerichtet, vorzugsweise in sechs Freiheitsgraden im Raum ausgerichtet.
- Bevorzugt sind die Fügestellen in einer vertikalen Richtung im Wesentlichen übereinander angeordnet.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist. Es zeigen:
- -
1 eine erfindungsgemäße Fügevorrichtung, mit der ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Abgassystems durchführbar ist, und - -
2 die Fügevorrichtung aus1 in einer abstrahierten und leicht modifizierten Prinzipskizze. -
1 zeigt eine Fügevorrichtung10 zum Herstellen eines Abgassystems12 . Dabei ist das Abgassystem12 in der Fügevorrichtung10 angeordnet. - Die Fügevorrichtung
10 umfasst eine Vorrichtungsbasis14 , die dafür eingerichtet ist, auf einem nicht näher dargestellten Hallenboden positioniert zu werden, und einen Rahmen16 , der sich ausgehend von der Vorrichtungsbasis14 im Wesentlichen vertikal erstreckt (siehe ve). - In der dargestellten Ausführungsform sind am Rahmen
16 drei zeitgleich betreibbare Fügeeinheiten18a ,18b ,18c befestigt (vgl.2 ). - Die Fügeeinheiten
18a -18c sind Induktionslöteinheiten und umfassen jeweils einen stilisiert dargestellten Induktor20a ,20b ,20c . - In einer vertikalen Richtung ve sind die Fügeeinheiten
18a -18c im Wesentlichen übereinander angeordnet. - Zum Betrieb der Fügeeinheiten
18a -18c umfasst die Fügevorrichtung10 einen Lötstromgenerator22 mit drei Lötstromausgängen24a ,24b ,24c . - Dabei ist jeder der Lötstromausgänge
24a -24c mit einer der Fügeeinheiten18a -18c gekoppelt. Die Anzahl der Lötstromausgänge24a -24c entspricht in der dargestellten Ausführungsform also der Anzahl der Fügeeinheiten18a -18c . - Die Fügeeinheiten
18a -18c sind jeweils entlang dreier Translationsachsen x, y, z relativ zum Rahmen16 positionierbar. Die Fügeeinheit18a kann dabei entlang der Translationsachsen xa, ya, za, die Fügeeinheit18b entlang der Translationsachsen xb, yb, zb und die Fügeeinheit18c entlang der Translationsachsen xc, yc, zc positioniert werden. - In der
2 sind die Translationsachsen x, y, z jeweils schematisch dargestellt. Diese stehen paarweise senkrecht aufeinander und sind durch nicht näher dargestellte Linearantriebseinheiten mit jeweils einem elektrischen Antrieb realisiert. - Die Fügeeinheiten
18a -18c sind auch um jeweils zugeordnete Rotationsachsen u, v, w relativ zum Rahmen16 drehpositionierbar. - Genauer gesagt, kann die Fügeeinheit
18a um die Rotationsachsen ua, va, wa, die Fügeeinheit18b um die Rotationsachsen ub, vb, wb und die Fügeeinheit18c um die Rotationsachsen uc, vc, wc drehpositioniert werden. - Dafür umfassen die Fügeeinheiten
18a -18c jeweils elektrische Rotationsstellantriebe, die nicht näher dargestellt sind. - Ferner sind in der Fügevorrichtung
10 Spanneinheiten26a ,26b ,26c ,26d ,26e ,26f ,26g ,26h vorgesehen. - Diese sind elektrisch betätigbar, also elektrisch aktivierbar und elektrisch deaktivierbar. In
2 sind sie als stilisierte Vakuumsaugnäpfe dargestellt, wobei selbstverständlich auch andere Spanntechnologien möglich sind. - Entsprechend der Fügeeinheiten
18a -18c sind auch die Spanneinheiten26a -26h jeweils in drei rotatorischen und drei translatorischen Freiheitsgraden verstellbar. - Für die Spanneinheiten
26a -26h ist dies exemplarisch durch die Achsen xd, yd, zd und ud, vd, wd an der Spanneinheit26d dargestellt. Die übrigen Spanneinheiten 26a - 26c und 26e - 26h sind in gleicher Weise verstellbar. - Um das Abgassystem
12 für einen nicht dargestellten Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs herzustellen, werden zunächst die Fügeeinheiten18a -18c der Fügevorrichtung10 an einer Geometrie des herzustellen Abgassystems12 ausgerichtet. - Dies erfolgt entlang einer oder mehrerer der Translations- und/oder Rotationsachsen, also entlang einer oder mehrerer der Achsen xa, ya, za, xb, yb, zb, xc, yc, zc, ua, va, wa, ub, vb, wb, uc, vc, wc.
- Die Ausrichtung der Fügeeinheiten
18a -18c erfolgt also in sechs Freiheitsgraden im Raum. - Gleiches gilt für die Spanneinheiten
26a -26h , die entlang der exemplarischen Achsen xd, yd, zd und um die Achsen ud, vd, wd in sechs Freiheitsgraden im Raum ausgerichtet werden. - Dann werden die Bauteile oder Baugruppen des Abgassystems in der Fügevorrichtung 10 positioniert.
- Die Bauteile oder Baugruppen bilden zwischeneinander Fügestellen aus, wobei in
2 exemplarisch drei Fügestellen28a ,28b ,28c dargestellt sind. - In der gezeigten Ausführungsform sind die Fügestellen
28a -28c im Wesentlichen vertikal übereinander angeordnet. - Sodann werden die Bauteile oder Baugruppen an den Fügestellen
28a -28c mittels eines Induktionslötverfahrens verbunden. - Dabei entspricht die Anzahl an Fügeeinheiten
18a -18c der Anzahl an Fügestellen 28a - 28c. Es können also alle Fügestellen28a -28c gleichzeitig bearbeitet werden. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102011106801 A1 [0003]
- DE 102004038099 A1 [0003]
- DE 102012000439 A1 [0003]
Claims (15)
- Fügevorrichtung (10) zum Herstellen eines Abgassystems (12) für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einer Vorrichtungsbasis (14), die dafür eingerichtet ist, auf einem Hallenboden positioniert zu werden, und einem Rahmen (16), an dem mindestens zwei zeitgleich betreibbare Fügeeinheiten (18a - 18c) befestigt sind, wobei sich der Rahmen (16) ausgehend von der Vorrichtungsbasis (14) im Wesentlichen vertikal (ve) erstreckt.
- Fügevorrichtung (10) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeeinheiten (18a - 18c) Induktionslöteinheiten sind und jeweils einen Induktor (20a - 20c) umfassen. - Fügevorrichtung (10) nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeeinheiten (18a - 18c) jeweils entlang einer Translationsachse oder mehrerer Translationsachsen (xa, ya, za, xb, yb, zb, xc, yc, zc) relativ zum Rahmen (16) positionierbar sind, insbesondere wobei die Fügeeinheiten (18a - 18c) jeweils über drei senkrecht aufeinander wirkende Linearantriebseinheiten mit dem Rahmen (16) verbunden sind und die Linearantriebseinheiten jeweils eine elektrische Antriebseinheit umfassen. - Fügevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeeinheiten (18a - 18c) jeweils um eine Rotationsachse oder mehrere Rotationsachsen (ua, va, wa, ub, vb, wb, uc, vc, wc) relativ zum Rahmen (16) drehpositionierbar sind, insbesondere wobei die Fügeeinheiten (18a - 18c) jeweils über drei elektrische Rotationsstellantriebe mit senkrecht aufeinander wirkenden Rotationsachsen mit dem Rahmen (16) verbunden sind.
- Fügevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeeinheiten (18a - 18c) in einer vertikalen Richtung (ve) im Wesentlichen übereinander angeordnet sind.
- Fügevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine oder mehrere Spanneinheiten (26a - 26h) umfasst, vorzugsweise wobei eine Anzahl an Spanneinheiten (26a - 26h) mindestens einer Anzahl zu fügender Bauteile oder Baugruppen des Abgassystems (12) entspricht.
- Fügevorrichtung (10) nach
Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinheiten (26a - 26h) jeweils in drei rotatorischen und drei translatorischen Freiheitsgraden verstellbar sind. - Fügevorrichtung (10) nach
Anspruch 6 oder7 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinheiten (26a - 26h) elektrisch betätigbar, insbesondere elektrisch aktivierbar und deaktivierbar sind. - Fügevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Lötstromgenerator (22) mit mehreren Lötstromausgängen (24a - 24c) umfasst, wobei jeder Lötstromausgang (24a - 24c) mit einer Fügeeinheit (18a - 18c) gekoppelt ist und vorzugsweise eine Anzahl an Lötstromausgängen (24a - 24c) einer Anzahl an Fügeeinheiten (18a - 18c) entspricht.
- Fügevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl an Fügeeinheiten (18a - 18c) einer Anzahl an Fügestellen (28a - 28c) des Abgassystems (12) entspricht.
- Fügevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügevorrichtung (10) drei bis fünfzehn, insbesondere fünf bis zwölf Fügeeinheiten (18a - 18c) umfasst.
- Verfahren zum Herstellen eines Abgassystems (12) für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit den folgenden Schritten: a) elektromotorisches Ausrichten mindestens einer Fügeeinheit (18a - 18c) einer Fügevorrichtung (10) an einer Geometrie des herzustellenden Abgassystems (12), b) Positionieren von mindestens drei Bauteilen oder Baugruppen des Abgassystems (12) in der Fügevorrichtung (10), wobei die Bauteile oder Baugruppen zwischeneinander mindestens zwei Fügestellen (28a - 28c) ausbilden, c) zeitgleiches Verbinden der Bauteile oder Baugruppen an den Fügestellen (28a - 28c), insbesondere mittels eines Induktionslötverfahrens.
- Verfahren nach
Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichten der Fügeeinheiten (18a - 18c) entlang einer oder mehrerer Rotationsachsen (ua, va, wa, ub, vb, wb, uc, vc, wc) und/oder einer oder mehrerer Translationsachsen (xa, ya, za, xb, yb, zb, xc, yc, zc) erfolgt, vorzugsweise in sechs Freiheitsgraden im Raum erfolgt. - Verfahren nach
Anspruch 12 oder13 , dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) auch mindestens eine Spanneinheit (26a - 26h) der Fügevorrichtung (10) entlang einer oder mehrerer Rotationsachsen (ud, vd, wd) und/oder einer oder mehrerer Translationsachsen (xd, yd, zd) an der Geometrie des herzustellenden Abgassystems (12) ausgerichtet wird, vorzugsweise in sechs Freiheitsgraden im Raum ausgerichtet wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 12 bis14 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fügestellen (28a - 28c) in einer vertikalen Richtung (ve) im Wesentlichen übereinander angeordnet sind.
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