DE102017208537A1 - Druckbehälter mit Datenlogger - Google Patents
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Abstract
Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter 100 für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Datenlogger 130, wobei der Datenlogger 130 unmittelbar am Druckbehälter 100 befestigt ist; wobei der Datenlogger 130 eingerichtet ist, mindestens einen Wert aufzuzeichnen, der indikativ ist für die Anzahl an Füllzyklen des Druckbehälters 100; und wobei der Datenlogger 130 eine Ausgabeschnittstelle 132 aufweist, über die zumindest der mindestens eine Wert auswertbar ist.
Description
- Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff, der mindestens einen Datenlogger umfasst. Druckbehälter als solche sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie sind in der Regel für einen vorgegebenen Betankungsdruck und für eine vorgegebene Anzahl an Betankungszyklen ausgelegt. Es kann in der Praxis vorkommen, dass das Kraftfahrzeug bereits zu einem Zeitpunkt stillgelegt wird, an dem der Druckbehälter ohne Probleme weiter verwendet werden könnte. Ein solcher Druckbehälter könnte also weiterhin verwendet werden. Aus der Patentanmeldung mit der Anmeldenummer
DE 10 2015 221397 ist ferner ein Verfahren zur kontinuierlichen Bewertung von Treibstoffdrucktanks für Kraftfahrzeuge und ein Treibstoffdrucktanksystem für Kraftfahrzeuge bekannt. Mit der dort offenbarten Technologie kann die Verwertbarkeit eines Druckbehälters approximiert werden. Das dort offenbarte System hat den Nachteil, dass die dort offenbarte Technologie mit vergleichsweise einfachen Mitteln manipuliert werden könnte. Überdies kann nach dem Ausbau des Druckbehälters aus dem Kraftfahrzeug gegebenenfalls nicht mehr nachvollzogen werden, ob und wie lange der Druckbehälter noch verwendbar ist. Wird ein Druckbehälter im Kraftfahrzeug ausgetauscht, so kann gegebenenfalls der Fall eintreten, dass in der Steuereinheit des Kraftfahrzeugs noch die Bewertung vom alten Druckbehälter abgespeichert ist. Die Steuereinheit würde dann dem neuen Druckbehälter die Restlebensdauer vom alten Druckbehälter zuweisen und schließlich zu früh den Austausch des neuen Druckbehälters anstoßen. - Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Verwendung des Druckbehälters über seiner Lebensdauer sicherer zu gestalten. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
- Die hier offenbarte Technologie betrifft einen Druckbehälter für ein Kraftfahrzeug (z.B. Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge). Der Druckbehälter dient zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen gasförmigen Brennstoff. Der Druckbehälter kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das mit komprimiertem („Compressed Natural Gas“ = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird. Der Druckbehälter kann beispielsweise ein kryogener Druckbehälter (= CcH2) oder ein Hochdruckgasbehälter (= CGH2) sein. Hochdruckgasbehälter sind ausgebildet, im Wesentlichen bei Umgebungstemperaturen Brennstoff dauerhaft bei einem nominalen Betriebsdruck (auch nominal working pressure oder NWP genannt) von ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), ferner bevorzugt von ca. 700 barü oder mehr zu speichern. Ein kryogener Druckbehälter ist geeignet, den Brennstoff bei den vorgenannten Betriebsdrücken auch bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges liegen. Der Druckbehälter kann einen Liner umfassen. Der Liner bildet den Hohlkörper aus, in dem der Brennstoff gespeichert ist. Es kann ebenso auch ein linerloser Druckbehälter vorgesehen sein. Der Druckbehälter kann mindestens eine faserverstärkte Schicht umfassen. Die faserverstärkte Schicht kann einen Liner zumindest bereichsweise bevorzugt vollständig umgeben. Die faserverstärkte Schicht wird oft auch als Laminat bzw. Ummantelung oder Armierung bezeichnet. Als faserverstärkte Schicht kommen i.d.R. faserverstärkte Kunststoffe (auch FVK bzw. FKV abgekürzt) zum Einsatz. Die faserverstärkte Schicht umfasst zweckmäßig in einer Kunststoffmatrix eingebettete Verstärkungsfasern.
- Der Druckbehälter umfasst mindestens einen Datenlogger. Datenlogger als solche sind bekannt. Ein Datenlogger ist eine prozessorgesteuerte Speichereinheit, welche Daten in vorgegebenen Zeitintervallen oder kontinuierlich erfasst und abspeichert. Hierzu umfasst der Datenlogger in der Regel eine elektronische Speichereinheit und mindestens einen Sensor und/oder eine Schnittstelle zur Kommunikation mit einem Sensor. Ein Datenlogger kann insbesondere eine Recheneinheit umfassen, z.B: ein Analog-Digital-Umsetzer, der die erfassten Sensordaten umwandelt in ein Signal, welches sich besser zur Speicherung eignet. Insbesondere ist der Datenlogger eingerichtet, die Daten bzw. Werte so zu speichern, dass die Gefahr eines Datenverlustes vernachlässigbar gering ist. Bevorzugt kann hierzu der Datenlogger autark von allen anderen Systemen des Kraftfahrzeugs betrieben werden. Besonders bevorzugt kann der Datenlogger auch im aus dem Kraftfahrzeug ausgebauten Zustand autark betrieben werden.
- Der Datenlogger ist eingerichtet, mindestens einen Wert aufzuzeichnen, der indikativ ist für die Anzahl an Füllzyklen des Druckbehälters. Ein Füllzyklus ist dabei ein Druckanstieg und/oder Druckabfall im Druckbehälter, der eine Mindestdruckdifferenz übersteigt. Die Mindestdruckdifferenz kann beispielsweise definiert werden
- - durch einen absoluten Betrag;
- - durch einen Prozentwert vom aktuellen Druck oder einem Referenzdruck (z.B. NWP oder dem maximalen Fülldruck); und/oder
- - durch Druckgrenzwerte.
- In der Verordnung (EU) Nr. 406/2010 der Kommission vom 26. April 2010 zur Durchführung der Verordnung (EG) Nr. 79/2009 des Europäischen Parlaments und des Rates über die Typgenehmigung von wasserstoffbetriebenen Kraftfahrzeugen ist ein Füllzyklus definiert als ein Anstieg des Arbeitsdrucks im Behälter um mehr als 25 % aufgrund der Zufuhr aus einer äußeren Wasserstoffquelle.
- In einer bevorzugten Definition kann als Füllzyklus ein Anstieg und ein darauf folgender Abfall des Druckbehälterinnendrucks herangezogen werden. Gleichsam kann ein Druckabfall und ein darauf folgender Druckanstieg als ein Füllzyklus angesehen werden.
- Die vom Datenlogger aufgezeichneten Werte können in einer Ausgestaltung direkt die Werte vom Druckbehälterinnendruck über die Zeit sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird lediglich die Anzahl an Füllzyklen hinterlegt. Gemäß der hier offenbarten Technologie ist der abgespeicherte Wert ein Wert, der direkt als Fortschrittsindikator der Verwendung des Druckbehälters dienen kann. Dabei können zur Bestimmung der Anzahl an Füllzyklen weitere Rechenoperationen notwendig sein, deren Eingangsgröße der aufgezeichnete Wert. Wichtig ist dabei nur, dass aus dem aufgezeichneten Wert die Anzahl an Füllzyklen eindeutig ableitbar ist. Der abgespeicherte Wert ist in der Regel ein elektronisches Signal bzw. eine digitale Information, insbesondere ein Zahlenwert.
- Der Datenlogger kann ferner eingerichtet sein einen Wert aufzuzeichnen, der indikativ für die Druckdifferenz der Füllzyklen ist. Mit anderen Worten können gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung die Füllzyklen nicht nur quantitativ sondern auch qualitativ erfasst werden, wobei die Qualität zur Bestimmung der restlichen Verwendungsdauer vom Druckbehälter herangezogen werden kann. Mit anderen Worten kann in einer Ausgestaltung nicht nur die Anzahl der jeweiligen Füllzyklen zur Bewertung der Lebensdauer des Druckbehälters herangezogen werden, sondern auch deren Qualität, z.B. durch Berücksichtigung der einzelnen Druckdifferenzen der aufgezeichneten Füllzyklen.
- Der Datenlogger weist mindestens eine Ausgabeschnittstelle auf, über die zumindest der hier offenbarte mindestens eine Wert auswertbar ist. In einer Ausgestaltung ist diese Auswerteschnittstelle ein Display, welches unmittelbar am Datenlogger vorgesehen sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteschnittstelle eine Kommunikationsschnittstelle sein. Mittels einer weiteren Vorrichtung zum Auslesen bzw. Auswerten der im Datenlogger gespeicherten Daten bzw. Werte kann dann der mindestens eine Wert ausgewertet werden. Als Kommunikationsschnittstelle kann hierbei jede geeignete kabelgebundene oder kabellose Kommunikationsschnittstelle eingesetzt werden, wie beispielsweise eine serielle Schnittstelle, USB, LAN, Bluetooth, etc. Vorteilhaft lässt sich somit der aufgezeichnete mindestens eine Wert aus dem Datenlogger auswerten.
- Der Datenlogger ist unmittelbar am Druckbehälter befestigt. Die Information über den Verwendungszustand bzw. Gesundheitszustand (=state of health) des Druckbehälters bzw. der Fortschritt bis zur notwendigen Stilllegung des Druckbehälters (=End-of-Life) lässt sich somit leicht auslesen und ist somit unmittelbar verknüpft mit dem Druckbehälter selbst.
- Der Datenlogger kann hierzu mindestens eine Energiequelle (i.d.R. eine Batterie) umfassen, deren Speicherkapazität so bemessen ist, dass die Energiequelle den Datenlogger während des gesamten Lebenszyklus des Druckbehälters ausreichend mit Energie versorgen kann. Bevorzugt kann die mindestens eine Energiequelle innerhalb eines Gehäuses vom Datenlogger aufgenommen sein. Besonders bevorzugt ist die Energiequelle derart im Gehäuse angeordnet, dass die Energiequelle nicht entnommen oder deren Zufuhr an Energie zu den anderen Bauteilen des Datenloggers nicht unterbrochen werden kann, ohne dass diese Entnahme bzw. Unterbrechung irreversibel erkennbar wäre.
- Gemäß der hier offenbarten Technologie umfasst der Datenlogger und/oder der Druckbehälter mindestens eine zusätzliche Maßnahme zur eindeutigen Manipulationserkennung (= tamper detection). Mit anderen Worten ist also mindestens eine Originalitätssicherungsmaßnahme vorgesehen. Die Maßnahme stellt sicher, dass der von Anfang an den Druckbehälter befestigte Datenlogger nicht ausgetauscht und/oder die Daten beeinflusst werden, ohne dass dies von außen anhand des Datenloggers und/oder des Druckbehälters visuell erkennbar wäre. Der guten Form halber sei erwähnt, dass etwaige mechanische Beschädigungen (z.B. Kratzer) an Befestigungsmitteln und/oder Gehäuseteilen eines Datenloggers nicht als Manipulationserkennung dienen, sofern diese in der Produktdokumentation vom Datenlogger, vom Druckbehälter und/oder vom Kraftfahrzeug als zur Manipulationserkennung dienenden Beschädigungen klassifiziert sind, die mit entsprechender Sanktionierung der Verwendung vom Druckerbehälter einhergehen. Bevorzugt sind daher die Maßnahmen zur Manipulationserkennung derart ausgestaltet, dass etwaige mechanische Belastungen, die aus dem bestimmungsgemäßen Betrieb des Druckbehälters und/oder des Kraftfahrzeugs resultieren, nicht zu einer mechanischen Beschädigung vom Datenlogger bzw. Druckbehälter führen, die visuell als Manipulation später klassifiziert wird.
- Bevorzugt ist der Datenlogger derart an dem Druckbehälter befestigt, dass jede Demontage des Datenloggers irreversibel erkennbar ist. Ferner bevorzugt ist der Datenlogger in einem Gehäuse derart aufgenommen, das von außen die Komponenten des Datenloggers nicht beeinflussbar sind, ohne dass eine solche Beeinflussung von außen visuell erkennbar ist.
- Bevorzugt kann der Datenlogger und/oder der Druckbehälter derart ausgebildet sein, dass bei jeder Demontage vom Datenlogger von außen feststellbar der Datenlogger und/oder der Druckbehälter irreversibel zerstört wird/werden.
- In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann der Datenlogger und/oder der Druckbehälter zumindest bereichsweise mit einem Sicherheitssiegel versehen sein. Das Sicherheitssiegel kann insbesondere fälschungssicher ausgebildet sein. Das Sicherheitssiegel kann ferner lediglich autorisierten Personen zugänglich sein, wie beispielweise dem Druckbehälterhersteller. Ist das Sicherheitssiegel zerstört, so ist dies als Indiz für eine Manipulation zu werten, die mit einer entsprechenden Sanktionierung der Verwendung vom Druckbehälter einhergeht. Dies kann beispielsweise in der Produktdokumentation oder in etwaigen Standards entsprechend dokumentiert sein. Ein intaktes Sicherheitssiegel indes kann als Beweis dienen, dass der Datenlogger nicht manipuliert wurde.
- Ein solches Sicherheitssiegel kann beispielsweise eine selbstklebende Folie oder ein Sicherheitslack sein, die/der zumindest bereichsweise an den Druckbehälter und/oder an den Datenlogger angebracht ist. Es sind aber ebenso andere Sicherheitssiegel denkbar. Ebenso ist denkbar, dass der Datenlogger zumindest bereichsweise von einigen Lagen der faserverstärkten Schicht umwickelt ist oder mit der faserverstärkten Schicht der Art stoffschlüssig verbunden ist, dass bei der Demontage des Datenloggers zwangsweise die faserverstärkte Schicht zumindest bereichsweise beschädigt wird.
- Besonders bevorzugt ist der Datenlogger in einem Endstück des Druckbehälters vorgesehen, dass in ein Ende des Druckbehälters eingesetzt und mit dem Druckbehälterinneren I fluidverbunden ist. Insbesondere kann das Endstück das Endstück sein, das zur Befüllung und/oder zur Entnahme des Brennstoffs aus dem Druckbehälter dient. Ein solches Endstück wird in der Regel in ein Ende des Druckbehälters lösbar eingesetzt, i.d.R. verschraubt. Ebenso kann das Endstück aber auch als Blindstopfen oder Boss ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Endstück zumindest bereichsweise aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung ausgebildet. Besonders bevorzugt ist in dem Endstück ein Tankabsperrventil (=shut-off valve) vorgesehen. Das Tankabsperrventil ist das Ventil, dessen Eingangsdruck (im Wesentlichen) dem Behälterdruck entspricht. Das Tankabsperrventil ist insbesondere ein steuerbares bzw. regelbares und insbesondere stromlos geschlossenes Ventil. Ein solches Endstück wird auch als On-Tank-Valve bezeichnet. In der Verordnung (EU) Nr. 406/2010 der Kommission vom 26.
- April 2010 zur Durchführung der Verordnung (EG) Nr. 79/2009 des Europäischen Parlaments und des Rates über die Typgenehmigung von wasserstoffbetriebenen Kraftfahrzeugen wird ein solches Tankabsperrventil auch als erstes Ventil bezeichnet. Besonders bevorzugt ist das Endstück zumindest bereichsweise mit dem Sicherheitssiegel versehen. Somit kann sichergestellt werden, dass zur Manipulation nicht das komplette Endstück gegen ein Endstück mit einem anderen Datenlogger ausgetauscht wird.
- Besonders bevorzugt umfasst der Datenlogger zum Bestimmen des mindestens einen Wertes mindestens einen Sensor. Der Sensor kann eingerichtet sein, einen Druckwert zu erfassen, der indikativ ist für den Innendruck im Druckbehälter.
- Alternativ oder zusätzlich ist vorstellbar, dass der Sensor andere Werte erfasst, die indikativ für den Füllzyklus sind. Beispielsweise könnte auf der in der Druckbehälterwand oder auf einer Oberfläche des Druckbehälters ein Sensor zur Erfassung der Ausdehnung des Druckbehälters, z.B. ein Dehnungsmessstreifen, vorgesehen sein. Aufgrund der Ausdehnung des Druckbehälters könnte somit auf den Druckverlauf und somit auf den Füllzyklus geschlossen werden. Mithin ist also die Ausdehnung des Druckbehälters ebenfalls ein Wert, der indikativ ist für die Anzahl an Füllzyklen des Druckbehälters.
- Bevorzugt können das Endstück und/oder der Datenlogger durch eine Verschraubung befestigt werden, wobei die Verschraubung mit einem entsprechenden Klebstoff verklebt ist, sodass sie nach der Montage nicht mehr zerstörungsfrei demontierbar sind.
- Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der schematischen
1 erläutert. Die1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den hier offenbarten Druckbehälter100 . Der Druckbehälter100 umfasst einen Liner110 , der von der faserverstärkten Schicht120 umgeben wird. Die Wand des Druckbehälters100 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch zur Druckbehälterlängsachse A-A ausgebildet. An einem Ende des Druckbehälters ist ein Endstück170 in ein Boss180 eingeschraubt. Dieses Endstück170 ist als On-Tank-Valve ausgeführt und umfasst das Tankabsperrventil172 . Hier nicht dargestellt sind die zusätzlichen Überdruckventile, die ein solches On-Tank-Valve in der Regel aufweist. Solche Überdruckventile sind aus dem Stand der Technik bekannt. Fluidverbunden mit dem Inneren I des Druckbehälters100 ist hier ferner der Datenlogger130 . Der Datenlogger130 umfasst hier an seinem einen Ende einen Drucksensor (nicht gezeigt), der beaufschlagt ist mit dem Druckbehälterinnendruck. An seinem anderen Ende umfasst der Datenlogger130 die Ausgabeschnittstelle132 , die aus dem Endstück170 vorsteht. An dieser Ausgabeschnittstelle132 kann eine weitere Auswerteeinheit und/oder ein Display angeschlossen werden. Gepunktet gezeigt ist hier eine alternative Ausgestaltung eines Datenloggers130 , der in dem Blindstopfen190 am anderen Ende des Druckbehälters100 vorgesehen ist. Der Datenlogger130 ragt hier direkt in einer Ausnehmung des Liners110 hinein und wird somit beaufschlagt mit dem Innendruck des Druckbehälters100 . Als Datenlogger kann prinzipiell der Datenlogger P-LOG523 der Firma Driesen + Kern GmbH eingesetzt werden. Ein solcher Druck und Temperatur-Datenlogger eignet sich zur Aufzeichnung von Druck und Temperatur in gasförmigen oder flüssigen Medien. Ein solcher Datenlogger würde bevorzugt dahin weiterentwickelt, dass er als Wert die Anzahl an Füllzyklen aufzeichnet. Vorteilhaft lässt sich mit der hier offenbarten Technologie missbrauchssicher ein Wert aufzeichnen, der indikativ ist für die bisherige Verwendung des Druckbehälters. Somit lassen sich verlässlich und fehlersicher Informationen generieren über die noch mögliche Verwendung des Druckbehälters. Die hier offenbarte Lösung verbraucht wenig Bauraum und verursacht wenig zusätzliches Gewicht. Die Integration vom Datenlogger130 in das Endstück170 vereinfacht die Abdichtung des Druckbehälters100 . Hierzu können vorbekannte Dichtkonzepte von etwaigen Ventilen (z.B. Tankabsperrventil) bzw. Dichtkonzepte zur Abdichtung vom Endstück170 selbst gegenüber der Wandung des Druckbehälters100 übernommen werden. - Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102015221397 [0001]
Claims (10)
- Druckbehälter (100) für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Datenlogger (130), - wobei der Datenlogger (130) unmittelbar am Druckbehälter (100) befestigt ist; - wobei der Datenlogger (130) eingerichtet ist, mindestens einen Wert aufzuzeichnen, der indikativ ist für die Anzahl an Füllzyklen des Druckbehälters (100); und - wobei der Datenlogger (130) eine Ausgabeschnittstelle (132) aufweist, über die zumindest der mindestens eine Wert auswertbar ist.
- Druckbehälter nach
Anspruch 1 , wobei der Datenlogger (130) und/oder der Druckbehälter (100) mindestens eine zusätzliche Maßnahme zur Manipulationserkennung umfassen. - Druckbehälter nach
Anspruch 1 oder2 , wobei der Datenlogger (130) derart an dem Druckbehälter (100) befestigt ist, dass jede Demontage des Datenloggers (130) irreversibel erkennbar ist. - Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Datenlogger (130) und/oder der Druckbehälter (100) bei jeder Demontage vom Datenlogger (130) von außen feststellbar zumindest teilweise irreversibel zerstört wird.
- Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Datenlogger (130) und/oder der Druckbehälter (100) zumindest bereichsweise mit einem Sicherheitssiegel versehen sind, und wobei das Sicherheitssiegel derart vorgesehen ist, dass jede Demontage des Datenloggers (130) die Zerstörung des Sicherheitssiegels bewirkt.
- Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Datenlogger (130) eine Energiequelle umfasst, und wobei die Energiequelle innerhalb eines Gehäuses vom Datenlogger (130) aufgenommen ist.
- Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Datenlogger (130) zum Bestimmen des mindestens einen Wertes mindestens einen Sensor umfasst, der eingerichtet ist, einen Druckwert zu erfassen, der indikativ ist für den Innendruck im Druckbehälter (100).
- Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Datenlogger (130) in einem Endstück (170, 180, 190) des Druckbehälters (100) vorgesehen ist, und wobei das Endstück (170, 180, 190) an einem Ende des Druckbehälters (100) vorgesehen ist.
- Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Endstück (170, 180, 190) zumindest bereichsweise mit dem Sicherheitssiegel versehen ist.
- Druckbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Datenlogger (130) eingerichtet ist, einen Wert aufzuzeichnen, der indikativ für die Druckdifferenz der Füllzyklen ist.
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