DE102017210380A1 - Anlaufpilz, as well as electrical machine having such - Google Patents
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Abstract
Anlaufpilz (10) zum axialen Abstützen eine Rotorwelle (58) einer elektrischen Maschine (50), sowie eine elektrische Maschine (50) beinhaltend einen solchen, mit einer Stirnseite (12), an der eine Anlauffläche (14) ausgebildet ist, die in montiertem Zustand mit einer Gegenfläche (60) der elektrischen Maschine (50) zusammenwirkt, und an der Stirnseite (12) radial mittig eine zentrale Aussparung (18) ausgeformt ist, die radial innerhalb der Anlauffläche (14) angeordnet ist, wobei radial beabstandet zu der zentralen Aussparung (18) eine weitere Vertiefung (19) zur Aufnahme von Schmiermittel in der Anlauffläche (18) ausgebildet ist.Starting mushroom (10) for axially supporting a rotor shaft (58) of an electric machine (50), and an electric machine (50) including such, with an end face (12) on which a stop face (14) is formed in mounted State with a mating surface (60) of the electric machine (50) cooperates, and on the end face (12) radially centrally a central recess (18) is formed, which is arranged radially within the contact surface (14), wherein radially spaced from the central Recess (18) is formed a further recess (19) for receiving lubricant in the contact surface (18).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Anlaufpilz, sowie einer elektrischen Maschine aufweisend einen solchen, nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention is based on a starting mushroom, as well as an electric machine having such, according to the preamble of the independent claims.
Mit der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße Anlaufpilz, sowie die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass durch die Anordnung mindestens eines weiteren Schmiermittelreservoirs als Vertiefung innerhalb der Anlauffläche die Haftreibung beim Anlaufen des Rotors deutlich reduziert werden kann. Dabei kann das weitere Schmiermittel-Reservoir beispielsweise ein Fett als feste Trägerstruktur für ein Schmieröl zur Verfügung stellen, so dass das Schmieröl aus dem Reservoir heraus auf die Anlauffläche läuft. Gleichzeitig kann das Schmiermittel-Reservoir auch störende Schmutzpartikel oder Abrieb aufnehmen, um die Reibung zwischen der Anlauffläche und der Gegenfläche am Gehäuse zu reduzieren. Somit steht eine relativ großflächige Anlauffläche über einen großen Radiusbereich zur Verfügung, um die Selbsthemmung zu erhöhen. Durch die Schmierung über die zusätzlichen Schmiermittel-Reservoire kann dabei gleichzeitig für einen ruhigen und leisen Betrieb der elektrischen Maschine gesorgt werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass beim Anlauf aus einem verspannten Zustand, beispielsweise wenn die Fensterscheibe im Rahmen verklemmt ist, der Elektromotor auch mit einer relativ geringen Leistung die Scheibe wieder aus dem Rahmen lösen kann. Dies trifft auch für Situationen zu, bei denen beispielsweise eine Scheibe über einen langen Zeitraum bei hoher Temperatur im Rahmen verspannt bleibt.The starting mushroom according to the invention, as well as the electric machine according to the invention with the features of the independent claims have the advantage that can be significantly reduced by the arrangement of at least one additional lubricant reservoir as a depression within the contact surface, the stiction when starting the rotor. In this case, the further lubricant reservoir can provide, for example, a grease as a solid carrier structure for a lubricating oil, so that the lubricating oil runs out of the reservoir onto the contact surface. At the same time, the lubricant reservoir can also absorb disturbing dirt particles or abrasion in order to reduce the friction between the contact surface and the counter surface on the housing. Thus, a relatively large contact surface over a large radius range is available to increase the self-locking. By lubricating the additional lubricant reservoirs can be provided at the same time for a quiet and quiet operation of the electric machine. It is particularly advantageous that when starting from a strained state, for example when the window pane is jammed in the frame, the electric motor can solve the disc out of the frame with a relatively low power again. This also applies to situations in which, for example, a disc remains clamped in the frame over a long period of time at high temperature.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale möglich. Durch die Ausbildung der inneren zentralen Aussparung ebenfalls als Schmiermittel-Depot ist die Anlauffläche kreisringförmig ausgebildet. Durch die Wahl des inneren und des äußeren Durchmessers des Kreisringes kann einerseits die Größe der Anlauffläche und andererseits der Reibradius festgelegt werden, wodurch die Selbsthemmung für die Antriebseinheit entsprechend designed werden kann. Um diese relativ große - und insbesondere ebene - Anlauffläche genügend zu schmieren, ist in dem Bereich zwischen dem inneren und dem äußeren Durchmesser die mindestens eine weitere Vertiefung als zusätzliches Schmiermittel-Reservoir ausgebildet. Der innere Durchmesser liegt dabei bevorzugt im Bereich von 1 bis 3mm, der äußere Durchmesser im Bereich zwischen 3 und 6 mm. Die weitere Vertiefung liegt dabei bevorzugt in der Mitte zwischen dem inneren und dem äußeren Durchmesser, beispielsweise bei einem Radius von etwa 3mm.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the features specified in the independent claims are possible. Due to the formation of the inner central recess also as a lubricant depot, the contact surface is annular. By the choice of the inner and the outer diameter of the annulus on the one hand, the size of the thrust surface and on the other hand, the friction radius can be set, whereby the self-locking for the drive unit can be designed accordingly. In order to sufficiently lubricate this relatively large-and in particular flat-contact surface, the at least one further recess is formed as an additional lubricant reservoir in the region between the inner and the outer diameter. The inner diameter is preferably in the range of 1 to 3 mm, the outer diameter in the range between 3 and 6 mm. The further recess is preferably in the middle between the inner and the outer diameter, for example at a radius of about 3mm.
Besonders günstig ist es, die weitere Vertiefung als ununterbrochene ringförmige Nut auszubilden, da dadurch das Schmiermittel gleichmäßig über den gesamten Umfang verteilt wird. Dabei kann das Schmiermittel aus der weiteren Vertiefung sowohl radial nach außen fließen, als auch radial nach innen gedrückt werden. Zusammen mit der zentralen Aussparung als Schmiermittel-Depot kann somit die Anlauffläche über den gesamten Radius sehr gut mit Schmiermittel versorgt werden.It is particularly advantageous to form the further recess as an uninterrupted annular groove, as this distributes the lubricant uniformly over the entire circumference. In this case, the lubricant from the further recess both flow radially outward, and be pressed radially inward. Together with the central recess as a lubricant depot, the contact surface over the entire radius can thus be very well supplied with lubricant.
In einer alternativen Ausführung kann die weitere Vertiefung als unterbrochene Ringnut ausgebildet werden, bei der einzelne Ringnuten-Segmente über den Umfang beabstandet voneinander angeordnet sind. Dabei können die Ringnuten-Segmente in ihrer Ausformung auch variieren und als beliebige Sicken ausgebildet werden, die entsprechendes Schmiermittel aufnehmen können. Beispielsweise sind über den Umfang verteilt drei oder vier getrennt voneinander ausgebildete Sicken angeordnet, zwischen denen sich die ebene Anlauffläche erstreckt.In an alternative embodiment, the further recess can be formed as an interrupted annular groove, in which individual annular groove segments are arranged spaced apart from one another over the circumference. The ring groove segments may also vary in their shape and be formed as any beads that can accommodate appropriate lubricant. For example, distributed over the circumference three or four separate beads formed, between which extends the flat contact surface.
Die konkrete Ausformung der weiteren Vertiefung - sei es als ununterbrochene Ringnut oder als mehrere separate Sicken - kann je nach Anforderung unterschiedlich ausgebildet werden. Bei einer ersten Ausführung bildet die Vertiefung eine keilförmige Ausformung, die an ihrem Nutgrund spitzig ausgebildet ist. Eine solche Kerbe erstreckt sich dann über einen Teilumfang oder ununterbrochen über den gesamten Umfang.The concrete shape of the further depression - whether as an uninterrupted annular groove or as a plurality of separate beads - can be designed differently depending on the requirement. In a first embodiment, the recess forms a wedge-shaped formation which is pointed at its groove bottom. Such a notch then extends over a partial circumference or uninterrupted over the entire circumference.
In einer alternativen Ausführung ist der Grund der Vertiefung abgerundet oder gewölbt ausgebildet, so dass sich eine Mulde ohne Kanten ausbildet. Auch dieses über die Radialrichtung gewölbte Profil kann sich über den gesamten Umfang erstrecken oder nur über einen gewissen Winkelbereich des Umfangs.In an alternative embodiment, the bottom of the depression is rounded or arched, so that a hollow forms without edges. This profile arched over the radial direction can also extend over the entire circumference or only over a certain angular range of the circumference.
In einer weiteren Ausführung ist der Grund der Vertiefung als ebene Fläche ausgebildet, die näherungsweise parallel zur Anlauffläche verläuft. Dabei kann der Übergang der ebenen Grundfläche zu den Seitenwänden abgerundet, oder optional eckig ausgebildet sein.In a further embodiment, the bottom of the recess is formed as a flat surface which extends approximately parallel to the contact surface. In this case, the transition of the flat base surface to the side walls may be rounded, or optionally formed angular.
Besonders günstig ist es, den axialen Rand der weiteren Vertiefung zur Anlauffläche hin als abgerundeten Übergang auszubilden, so dass das Schmiermittel leicht aus der Vertiefung heraus fließen kann, ohne über eine Kante zu laufen. Dabei ist der Übergang radial nach außen und radial nach innen besonders vorteilhaft mit einem entsprechenden Radius ausgebildet, so dass die Vertiefung stetig in die Anlauffläche übergeht.It is particularly advantageous to form the axial edge of the further recess towards the contact surface as a rounded transition, so that the lubricant can easily flow out of the recess without passing over an edge. In this case, the transition radially outward and radially inward is particularly advantageously formed with a corresponding radius, so that the recess merges steadily into the contact surface.
Alternativ kann jedoch auch eine Phase anstatt der Radien ausgebildet werden, die den stetigen Übergang zwischen der Vertiefung und der Anlauffläche nur annähern. Diese Abrundung bzw. Anphasung kann bei der Ausbildung von mehreren in Umfangsrichtung beabstandeten Sicken zusätzlich zu den beiden Radialrichtungen auch in beide Umfangsrichtungen ausgebildet sein. Dadurch läuft das Schmiermittel auch leichter in die Umfangsbereiche zwischen den beabstandeten Vertiefungen. Die radiale Erstreckung der Vertiefung liegt dabei bevorzugt unter einem Millimeter, damit die Anlauffläche in Radialrichtung keine zu große Unterbrechung aufweist. Die axiale Tiefe der Vertiefung ist dabei bevorzugt auch kleiner als ein Millimeter.Alternatively, however, a phase may be formed instead of the radii, which only approximate the continuous transition between the depression and the contact surface. This rounding or chamfering can be formed in the formation of a plurality of circumferentially spaced beads in addition to the two radial directions in both circumferential directions. As a result, the lubricant also runs more easily in the peripheral regions between the spaced recesses. The radial extent of the recess is preferably less than one millimeter, so that the contact surface in the radial direction has no great interruption. The axial depth of the recess is preferably also smaller than one millimeter.
Die zentrale Aussparung ist bevorzugt auch als Schmiermittel-reservoir ausgebildet und hat beispielsweise einen Durchmesser von 2 bis 3mm. Auch hierbei ist der Übergang von der zentralen Aussparung in die Anlauffläche kontinuierlich ausgebildet, beispielsweise mit einem Radius oder einer entsprechenden Phase in Radialrichtung. Auch die axiale Tiefe der zentralen Aussparung kann hier größer sein als die der weiteren Vertiefungen, damit ein größeres Volumen für das Schmiermittel zur Verfügung steht. Dabei werden sowohl die zentrale Aussparung, als auch die weiteren Vertiefungen vor dem Einbau in die elektrische Maschine mit Schmiermittel, insbesondere mit Schmierfett, befüllt.. Um einerseits ein ausreichendes Fettreservoir für die gesamte Lebensdauer bereitzustellen und andererseits den axialen Bauraum zu minimieren, bzw. die mechanische Stabilität des Anlaufpilzes nicht zu reduzieren, ist die zentrale Aussparung etwa 0,5 bis 1,5 mm tief bevorzugt kegelförmig ausgebildet.The central recess is preferably also designed as a lubricant reservoir and, for example, has a diameter of 2 to 3 mm. Again, the transition from the central recess in the run-up surface is formed continuously, for example with a radius or a corresponding phase in the radial direction. Also, the axial depth of the central recess may be greater than that of the other wells, so that a larger volume for the lubricant is available. Both the central recess, as well as the other wells prior to installation in the electric machine with lubricant, in particular with grease, filled .. On the one hand to provide a sufficient grease reservoir for the entire life and on the other hand to minimize the axial space, or mechanical stability of the mushroom fungus not to reduce, the central recess is about 0.5 to 1.5 mm deep preferably shaped conical.
In einer alternativen Ausführung kann die Anlauffläche zumindest an ihrem radialen inneren Bereich unter einem Winkel ausgerichtet sein, der von 90° zur Mittelachse des Anlaufpilzes abweicht. Dabei kann die Anlauffläche zur zentralen Aussparung hin leicht geneigt sein und quasi einen flachen Kraterrand für die zentrale Vertiefung bilden. Beispielsweise kann die Anlauffläche an diesem radial inneren Bereich um einen Winkel von 1° bis 10° von der senkrechten Fläche zur Mittelachse abweichen. Diese Ausführung kann auch derart beschrieben werden, dass die zentrale Aussparung eine sehr steile radiale Umfangswand aufweist und am axialen Rand zur Anlauffläche hin eine zweite sehr flache Phase aufweist, die in die Anlauffläche übergeht. Im radialen Bereich der weiteren Vertiefung - insbesondere direkt radial innen und außen anschließend zur Vertiefung - ist die Anlauffläche dann bevorzugt parallel zur der Senkrechten zur Mittelachse ausgerichtet.In an alternative embodiment, the contact surface may be aligned at least at its radial inner region at an angle which deviates from 90 ° to the center axis of the run-up fungus. In this case, the contact surface to the central recess can be slightly inclined and form a quasi shallow crater edge for the central depression. For example, the contact surface at this radially inner region can deviate by an angle of 1 ° to 10 ° from the vertical surface to the central axis. This embodiment can also be described such that the central recess has a very steep radial peripheral wall and at the axial edge to the contact surface has a second very flat phase, which merges into the contact surface. In the radial region of the further depression-in particular directly radially inward and then outward to the depression-the contact surface is then preferably aligned parallel to the perpendicular to the central axis.
Das Schmiermittel-Reservoir der weiteren Vertiefungen ist besonders wichtig bei der Einlaufphase des Motors, damit hier genügend Schmiermittel an der Anlauffläche zur Verfügung gestellt wird. Nach dem Einlaufverhalten wird durch entsprechenden Verschleiß unter Umständen das Volumen der weiteren Vertiefungen reduziert, wobei im Regelfall im eingeschliffenen Zustand dann auch weniger Schmiermittel an der Anlauffläche benötigt wird.The lubricant reservoir of the further recesses is particularly important in the running-in phase of the engine, so here enough lubricant is provided at the contact surface. After the running-in behavior, the volume of the further depressions may be reduced by appropriate wear and, as a rule, less lubricant at the contact surface is then also required in the ground state.
Weist die Anlauffläche an ihrem radial äußeren Rand eine Phase auf, wird verhindert, dass über die Lebensdauer aufgrund der - wenn auch geringen - Abnutzung ein Grat entsteht, der das Reibverhalten ungünstig, da insbesondere undefiniert, beeinflussen würde. Die Phase kann zusammen mit der zentralen Aussparung in einem Prozess-Schritt mit der Herstellung des Anlaufpilzes beispielsweise durch Spritzgießen ohne Zusatzaufwand angeformt werden.If the contact surface has a phase at its radially outer edge, it prevents the formation of a burr over the service life due to the wear, albeit slight, which would adversely affect the friction behavior, in particular in an undefined manner. The phase can be molded together with the central recess in a process step with the production of the toadstool, for example by injection molding without additional effort.
Um den Anlaufpilz auf der Rotorwelle zu befestigen, weist der Anlaufpilz an der der Anlauffläche gegenüberliegenden Rückseite einen axialen Fortsatz auf, der eine Drehsicherung gegenüber der Rotorwelle aufweist. Hierzu ist der Fortsatz bevorzugt als Mehrkant ausgebildet, der in eine axiale Ausnehmung am Ende der Rotorwelle eingreift. Der Fortsatz weist beispielsweise am freien Ende eine Einführphase auf, um einfacher in die Ausnehmung montiert werden zu können.In order to fix the starting mushroom on the rotor shaft, the starting mushroom on the opposite side of the contact surface on an axial extension, which has a rotation with respect to the rotor shaft. For this purpose, the extension is preferably designed as a polygon, which engages in an axial recess at the end of the rotor shaft. The extension has, for example, at the free end an insertion phase in order to be able to be easily mounted in the recess can.
Die ringförmige Anlauffläche und die radiale zentrale Aussparung und der weiteren Vertiefung an der Stirnseite können fertigungstechnisch sehr günstig und variabel mittels Spritzguss-Verfahren hergestellt werden. Wird hierzu ein thermoplastischer Kunststoff verwendet, können sowohl die Reibeigenschaften als auch die Lebensdauer optimiert werden. Insbesondere die Verwendung von Kunststoffen, insbesondere mit Zusatzstoffen, verhindert einen zu großen Abrieb an der ringförmigen Anlauffläche, bei der durch den großen Reibradius größere Reibkräfte wirken. Als Zusatzstoffe kann beispielsweise Kohlefaser und/oder Graphit und/oder PTFE verwendet werden.The annular abutment surface and the radial central recess and the further recess on the front side can be manufactured very inexpensively and variably by means of injection molding process. If a thermoplastic material is used for this purpose, both the frictional properties and the service life can be optimized. In particular, the use of plastics, especially with additives, prevents one from great abrasion on the annular abutment surface, in which act by the large friction radius greater frictional forces. As additives, for example, carbon fiber and / or graphite and / or PTFE can be used.
Von besonderem Vorteil ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Anlaufpilzes für eine elektrische Maschine, die beispielsweise als Getriebe-Antriebseinheit ausgebildet ist, bei der ein Elektromotor ein Drehmoment an eine Getriebeeinheit überträgt. Wird der Anlaufpilz an einem axialen Ende der Rotorwelle drehfest fixiert - beispielsweise durch den Formschluss des axialen Fortsatzes - kann die Selbsthemmung der Getriebe-Antriebseinheit definiert in Abhängigkeit von der auftretenden Axialkraft auf die Rotorwelle eingestellt werden. Durch die als Schmiermitteldepot ausgebildeten weiteren Vertiefungen in der Anlagefläche kann dabei die Geräuschentwicklung und das Losreißmoment bei einem Verspannten Zustand der elektrischen Maschine sehr positiv beeinflusst werden.Of particular advantage is the use of the inventive starting mushroom for an electrical machine, which is designed for example as a transmission drive unit, in which an electric motor transmits a torque to a transmission unit. If the starting mushroom is rotationally fixed at one axial end of the rotor shaft-for example due to the positive connection of the axial extension-the self-locking of the gear drive unit can be set as a function of the axial force occurring on the rotor shaft. By trained as a lubricant depot further depressions in the contact surface while the noise and the breakaway torque can be influenced very positively in a braced state of the electric machine.
In einer bevorzugten Ausführung stützt sich der Anlaufpilz gegen die Innenwand eines Poltopfes des Elektromotors ab. Zur Lagerung der Rotorwelle ist am Poltopf eine Aufnahme für ein Radiallager ausgeformt, in dem ein axiales Ende der Rotorwelle aufgenommen ist. Die Anlauffläche des Anlaufpilzes aus Kunststoff kann sich hier direkt an der axialen Innenfläche der Lager-Aufnahme aus Metall abstützen, ohne dass weitere Anlaufscheiben notwendig wären.In a preferred embodiment, the starting mushroom is supported against the inner wall of a pole pot of the electric motor. For storage of the rotor shaft, a receptacle for a radial bearing is formed on the pole pot, in which an axial end of the rotor shaft is received. The contact surface of the plastic mushroom can be supported here directly on the axial inner surface of the bearing receptacle made of metal, without further thrust was necessary.
Ist auf der Rotorwelle eine Schnecke angeordnet, die mit einem Schneckenrad des Getriebes kämmt, weist die Rotorwelle ein gewisses Axialspiel auf, das insbesondere bei der Drehrichtungsumkehr der Rotorwelle zu einer gewissen axialen Verschiebung der Rotorwelle führt. Zur Dämpfung dieses Axialspiels kann an der dem Anlaufpilz gegenüber liegenden Ende der Rotorwelle axial ein elastisches Element angeordnet werden, das auch einen eventuell auftretenden Abrieb an der Anlauffläche über die Lebensdauer ausgleicht. Durch die definierte Ausbildung von Schmiermitteldepots in der ringförmigen Anlauffläche können störende Betriebsgeräusche und Schwingungen im Normalbetrieb verhindert werden. Durch die relativ große Anlauffläche kann eine hohe Selbsthemmung eingestellt werden, wobei durch die gezielt angebrachten Fettdepots gleichzeitig eine sogenannte Lösespannung beim Anlaufen des Elektromotors aus einem verspannten Zustand reduziert werden kann. Diese Funktion ist beispielsweise bei einer Anwendung für Fensterscheiben, Schiebedächern oder Sitzteilen besonders notwendig.If a worm is arranged on the rotor shaft and meshes with a worm wheel of the transmission, the rotor shaft has a certain axial clearance, which leads to a certain axial displacement of the rotor shaft, in particular when the direction of rotation of the rotor shaft reverses. To damp this axial play, an elastic element can be disposed axially on the end of the rotor shaft opposite the starting mushroom, which also compensates any abrasion occurring on the contact surface over the service life. The defined formation of lubricant deposits in the annular contact surface disturbing operating noise and vibrations can be prevented during normal operation. Due to the relatively large contact surface, a high degree of self-locking can be set, wherein a so-called release voltage at the start of the electric motor can be reduced from a strained state by the targeted fat deposits at the same time. This function is particularly necessary, for example, in an application for window panes, sliding roofs or seat parts.
Figurenlistelist of figures
Ausführungen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigen
-
1 : ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine mit eingebautem Anlaufpilz, und -
2 : einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Anlaufpilzes. -
3 und4 : einen Querschnitt durch die weiteren Vertiefungen von weiteren Ausführungsbeispielen, und -
5 : eine Draufsicht auf die Stirnseite eines weiteren erfindungsgemäßen Anlaufpilzes.
-
1 : An embodiment of an electric machine with built-in toadstool, and -
2 : a cross section of an embodiment of a starting mushroom according to the invention. -
3 and4 a cross section through the further wells of further embodiments, and -
5 : A plan view of the front side of a further inventive mushroom fungus.
In
Wirkt ein lastseitiges Drehmoment über das Abtriebsritzel
In
In einer Variation des Ausführungsbeispiels, die in der unteren Hälfte der
In einem radial mittleren Bereich
Gegenüberliegend zur Anlauffläche
In
In einer weiteren Ausführung gemäß
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise der innere und der äußere Durchmesser
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102013208295 A1 [0002]DE 102013208295 A1 [0002]
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