DE102021104082A1 - Stator eines Elektromotors und Elektromotor - Google Patents

Stator eines Elektromotors und Elektromotor Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1,10) für einen Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Statorblechpaket (2,11) und mit einer Vielzahl von haarnadelähnlichen Elementen (3,12), welche jeweils aus einem metallischen Material bestehen mit zwei Längsschenkeln (4,13) und einem Verbindungsabschnitt (5,14) zwischen den Längsschenkeln (4,13), wobei das Statorblechpaket (2,11) eine Vielzahl von Nuten (6,15) aufweist, wobei jeder der Längsschenkel (4,13) der haarnadelähnlichen Elemente (3,12) in einer Nut (6,15) aufgenommen ist, wobei die Verbindungsabschnitte (5,14) der haarnadelähnlichen Elemente (3,12) einen Ringbereich (7,16) bilden, wobei die haarnadelähnlichen Elemente (3,12) mit ihren beiden Längsschenkeln (4,13) jeweils eine Ebene (18,19) definieren, wobei der Verbindungsabschnitt (5,14) des jeweiligen haarnadelähnlichen Elements (3,12) aus der Ebene (18,19) herausgekippt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Stator eines Elektromotors und einen Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrtzeug.
  • Bei Kraftfahrzeugen sind Elektromotoren bekannt, welche einen Stator mit einer Anzahl von haarnadelähnlichen Elementen aufweisen, welche aus einem metallischen Element bestehen mit zwei Längsschenkeln und einem Verbindungsabschnitt zwischen den Längsschenkeln. Diese Elemente werden mit ihren Schenkeln in Nuten eines Statorblechpakets eingesteckt und an den Enden der Schenkel mittels eines Wickelkopfes elektrisch verbunden. Dabei liegen die beiden Schenkel und der Verbindungsabschnitt in einer Ebene und definieren so das haarnadelähnliche Element. Nach der Montage der haarnadelähnlichen Elemente mit dem Statorblechpaket ragen die Verbindungsabschnitte in einer axialen Richtung ab und bilden einen Ring von Verbindungsabschnitten. Solche haarnadelähnlichen Elemente, auch als Hairpin-Leiter bekannt, sind durch die DE 10 2016 124 799 A1 oder durch die DE 10 2017 103 128 A1 bekannt. Diese haarnadelähnlichen Elemente können dabei aus einem einteiligen Blech- bzw. Drahtteil gebildet sein oder aus mehreren Metalllitzen, die miteinander verbunden ausgebildet sind. Dabei bildet die Gesamtheit der Verbindungsabschnitte der haarnadelähnlichen Elemente zusammen betrachtet einen Ring, der in axialer Richtung des Stators absteht. Weiterhin zeigt sich, dass das Einstecken der haarnadelähnlichen Elemente in das Statorblechpaket sehr schwierig ist, weil die Verbindungsabschnitte beim Einsetzen der haarnadelähnlichen Elemente stören.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stator und einen Elektromotor mit einem Stator zu schaffen, welche einfach und bauraumsparend herstellbar sind. Auch ist es die Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Stators zu schaffen.
  • Die Aufgabe zu dem Stator wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Stator für einen Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Statorblechpaket und mit einer Vielzahl von haarnadelähnlichen Elementen, welche jeweils aus einem metallischen Material bestehen mit zwei Längsschenkeln und einem Verbindungsabschnitt zwischen den Längsschenkeln, wobei das Statorblechpaket eine Vielzahl von Nuten aufweist, wobei jeder der Längsschenkel der haarnadelähnlichen Elemente in einer Nut aufgenommen ist, wobei die Verbindungsabschnitte der haarnadelähnlichen Elemente einen Ringbereich bilden, wobei die haarnadelähnlichen Elemente mit ihren beiden Längsschenkeln jeweils eine Ebene definieren, wobei der Verbindungsabschnitt des jeweiligen haarnadelähnlichen Elements aus der Ebene herausgekippt ist. Dadurch wird erreicht, dass die axiale Länge des Stators kürzer wird, so dass weniger Bauraum für den Stator benötigt wird. Auch wird dadurch die Montage erleichtert, wenn durch das Abkippen eine bessere Zugänglichkeit zu den Nuten gewährleistet wird, um die Längsschenkel in die Nuten einzuführen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, wenn die haarnadelähnlichen Elemente mit ihren beiden Längsschenkeln jeweils eine Ebene definieren, wobei der Verbindungsabschnitt des jeweiligen haarnadelähnlichen Elements in einem ersten Winkel aus der Ebene herausgekippt ist. Damit wird eine abgewinkelte Gestalt erreicht, die einfach in der Herstellung ist und die eine deutliche Reduzierung in der axialen Ausdehnung erreicht.
  • Auch ist es zweckmäßig, wenn der erste Winkel ein spitzer Winkel ist, insbesondere von 5° bis 60°, vorzugsweise von 10° bis 40°, insbesondere von 15° bis 25°. Damit wird eine abgewinkelte Gestalt erreicht, die einfach in der Herstellung ist und die eine deutliche Reduzierung in der axialen Ausdehnung erreicht.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn der Verbindungsabschnitt durch zwei Querschenkel gebildet ist, wobei die beiden Querschenkel in einem zweiten Winkel zueinander angeordnet sind. Auch dadurch werden eine vereinfachte Herstellung und eine einfache Gestaltung erreicht.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn der zweite Winkel ein Winkel ist von 75° bis 150°, vorzugsweise von 90° bis 130°, insbesondere von 100° bis 110°. Dadurch wird auch Material eingespart, indem der Verbindungsabschnitt nicht allzu lang ausfällt.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn das haarnadelähnliche Element aus einem Blechstreifen, aus einem Drahtelement oder aus einer Vielzahl von Blechstreifen oder Drahtelementen besteht, also beispielsweise auch aus einem Bündel von Einzeldrähten, beispielsweise als Litzenleitern. So kann das haarnadelähnliche Element aus einem geeigneten Material ausgewählt werden, das an die Leistungsdaten des Elektromotors angepasst sein kann.
  • Die Aufgabe zu dem Elektromotor wird mit den Merkmalen von Anspruch 7 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Stator und mit einem Rotor, wobei der Stator erfindungsgemäß ausgebildet ist.
  • Die Aufgabe zu dem Verfahren wird mit den Merkmalen von Anspruch 8 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für einen Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit den Schritten:
    1. a. Bereitstellen eines Statorblechpakets mit einer Vielzahl von Nuten,
    2. b. Bereitstellen einer Vielzahl von haarnadelähnlichen Elementen, welche jeweils aus einem metallischen Material bestehen mit zwei Längsschenkeln und einem Verbindungsabschnitt zwischen den Längsschenkeln,
    3. c. Einfügen der Längsschenkel der haarnadelähnlichen Elemente in jeweils eine Nut des Statorblechpakets, derart, dass die Verbindungsabschnitte der haarnadelähnlichen Elemente einen Ringbereich bilden,
    4. d. Kontaktieren der Enden der Längsschenkel,

    wobei
    die haarnadelähnlichen Elemente mit ihren beiden Längsschenkeln jeweils eine Ebene definieren, wobei der Verbindungsabschnitt des jeweiligen haarnadelähnlichen Elements aus der Ebene herausgekippt sind.
  • Damit wird ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Stators erreicht.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die beiden Längsschenkel der haarnadelähnlichen Elemente in einer Ebene liegen. Dabei können die beiden Längsschenkel parallel zueinander ausgerichtet sein oder auch nicht.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn das Herauskippen des Verbindungsabschnitts aus der Ebene der Längsschenkel vor und/oder nach dem Einfügen der Längsschenkel in die Nuten erfolgt. Damit können die haarnadelähnlichen Elemente bereits mit einem Verkippen vorgefertigt und montiert werden oder sie können teilweise vorgekippt hergestellt sein und dann nach dem Montieren erfolgt die finale Verkippung oder alternativ kann das Verkippen erst nach dem Einfügen der Längsschenkel in die Nuten erfolgen.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt das Herauskippen nach dem Einführen der Längsschenkel mittels eines Richtkonus. Dies hat den Vorteil, dass alle Verbindungsabschnitte gleichzeitig verkippt werden können, so dass nur ein Arbeitsschritt dazu benötigt wird.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • 1 eine schematische Ansicht eines Stators nach dem Stand der Technik,
    • 2 eine schematische Ansicht eines haarnadelähnlichen Elements nach dem Stand der Technik,
    • 3 eine weitere schematische Ansicht des haarnadelähnlichen Elements gemäß 2,
    • 4 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Stators,
    • 5 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen haarnadelähnlichen Elements,
    • 6 eine weitere schematische Ansicht des erfindungsgemäßen haarnadelähnlichen Elements gemäß 5,
    • 7 eine weitere schematische Ansicht des erfindungsgemäßen haarnadelähnlichen Elements gemäß 5,
    • 8 eine weitere schematische Ansicht des erfindungsgemäßen haarnadelähnlichen Elements gemäß 5,
    • 9 eine weitere schematische Ansicht des erfindungsgemäßen haarnadelähnlichen Elements gemäß 5,
    • 10 eine schematische Ansicht des Verfahrensschritts des Verkippens der Verbindungsabschnitte mittels eines Konus.
  • Die 1 zeigt in einer schematischen Ansicht einen Stator 1 nach dem Stand der Technik. Der Stator 1 nach dem Stand der Technik ist ein Stator 1 eines Elektromotors. Der Stator 1 weist ein Statorblechpaket 2 und eine Vielzahl von haarnadelähnlichen Elementen 3 auf.
  • Dabei zeigen die 2 und 3 eine entsprechende Teilansicht eines haarnadelähnlichen Elements 3 nach dem Stand der Technik. Das haarnadelähnliche Element 3 besteht aus einem metallischen Material und weist zwei Längsschenkel 4 und einen Verbindungsabschnitt 5 zwischen den Längsschenkeln 4 auf.
  • Das Statorblechpaket 2 weist eine Vielzahl von Nuten 6 auf. Die Nuten sind optional mit einer Nutisolation 6a versehen, wie ausgekleidet. Dabei sind die haarnadelähnlichen Elemente 3 derart angeordnet, dass jeder der Längsschenkel 4 der haarnadelähnlichen Elemente 3 in einer Nut 6 aufgenommen ist und die Verbindungsabschnitte 5 der haarnadelähnlichen Elemente 3 einen Ringbereich 7 ausbilden, welcher in axialer Richtung 8 des Stators 1 abragt.
  • Die 2 und 3 zeigen, dass das haarnadelähnliche Element 3 mit ihren beiden Längsschenkeln 4 und dem Verbindungsabschnitt 5 jeweils eine Ebene definieren und entsprechend etwa eben ausgebildet sind. Die haarnadelähnlichen Elemente 3 haben dabei eine dreidimensionale Form, wobei der Verbindungsabschnitt entsprechend dem Nutdurchmesser gebogen ist.
  • Dabei kann es jedoch vorkommen, dass das Material der haarnadelähnlichen Elemente 3 in sich verwunden ist, um eine Anpassung der Vielzahl von haarnadelähnlichen Elementen zur Bildung des Stators zu erreichen. Die Längsschenkel 4 und der Verbindungsabschnitt 5 definieren dabei jedenfalls im Groben betrachtet eine gemeinsame Ebene mit geringen Abweichungen aus der Ebene.
  • Die 4 zeigt in einer weiteren schematischen Ansicht einen erfindungsgemäßen Stator 10. Der erfindungsgemäße Stator 10 ist dabei ein Stator 10 eines Elektromotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Der Stator 10 weist ein Statorblechpaket 11 und eine Vielzahl von haarnadelähnlichen Elementen 12 auf. In 4 sind dabei jedoch nicht alle haarnadelähnlichen Elemente 12 montiert, weshalb man nur einen Teil der haarnadelähnlichen Elemente 12 erkennt. Wenn alle haarnadelähnlichen Elemente 12 montiert sind, bilden sie einen Ringbereich aus, ähnlich wie es auch in 1 für den Stand der Technik zu erkennen ist.
  • Dabei zeigen die 5 bis 9 eine entsprechende Ansicht bzw. Teilansicht eines erfindungsgemäßen haarnadelähnlichen Elements 12. Das haarnadelähnliche Element 12 besteht aus einem metallischen Material und weist zwei Längsschenkel 13 und einen Verbindungsabschnitt 14 zwischen den Längsschenkeln 13 auf. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung aus einem Bündel von Einzeldrähten.
  • Das Statorblechpaket 11 weist eine Vielzahl von Nuten 15 auf, die mit einer Nutisolation 15a ausgekleidet sind. Dabei sind die haarnadelähnlichen Elemente 12 derart angeordnet, dass jeder der Längsschenkel 13 der haarnadelähnlichen Elemente 12 in einer Nut 15 aufgenommen ist und die Verbindungsabschnitte 14 der haarnadelähnlichen Elemente 12 einen Ringbereich 16 ausbilden, welcher in axialer Richtung 17 des Stators 10 abragt.
  • Die 5 bis 9 zeigen, dass das haarnadelähnliche Element 12 mit ihren beiden Längsschenkeln 13 eine erste Ebene 18 ausbildet und der Verbindungsabschnitt 14 aus dieser ersten Ebene 18 herausgekippt ist. Dabei definiert auch der Verbindungsabschnitt eine zweite Ebene 19, die gegenüber der ersten Ebene 18 verkippt ist. Dabei kann es ebenso auch vorkommen, dass das Material der haarnadelähnlichen Elemente 12 in sich verwunden ist, um eine Anpassung der Vielzahl von haarnadelähnlichen Elementen 12 zur Bildung des Stators 10 zu erreichen.
  • Dabei definieren die haarnadelähnlichen Elemente 12 mit ihren beiden Längsschenkeln 13 jeweils eine erste Ebene 18, wobei der Verbindungsabschnitt 14 des jeweiligen haarnadelähnlichen Elements 12 in einem ersten Winkel α1 aus der Ebene 18 herausgekippt ist.
  • Bevorzugt und optional ist der erste Winkel α1 ein spitzer Winkel, insbesondere ein Winkel von 5° bis 60°, vorzugsweise von 10° bis 40°, insbesondere von 15° bis 25°.
  • Die 5, 6, 7 und 9 zeigen auch, dass der Verbindungsabschnitt 14 durch zwei Querschenkel 20 gebildet ist, wobei die beiden Querschenkel 20 in einem zweiten Winkel a2 zueinander angeordnet sind. Der zweite Winkel a2 ist bevorzugt und optional ein Winkel im Bereich von 75° bis 150°, vorzugsweise von 90° bis 130°, insbesondere von 100° bis 110°.
  • Dabei kann das erfindungsgemäße haarnadelähnliche Element 12 aus einem Blechstreifen, aus einem Drahtelement oder aus einer Vielzahl von Blechstreifen oder Drahtelementen, wie Litzen, bestehen.
  • Die 10 deutet ein Verfahren zur Herstellung eines Stators 10 für einen Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, an. Das Verfahren weist dabei die Schritte auf:
    1. a. Bereitstellen eines Statorblechpakets 11 mit einer Vielzahl von Nuten 15,
    2. b. Bereitstellen einer Vielzahl von haarnadelähnlichen Elementen 12, welche jeweils aus einem metallischen Material bestehen mit zwei Längsschenkeln 13 und einem Verbindungsabschnitt 14 zwischen den Längsschenkeln 13,
    3. c. Einfügen der Längsschenkel 13 der haarnadelähnlichen Elemente 12 in jeweils eine Nut 15 des Statorblechpakets 11, derart, dass die Verbindungsabschnitte 14 der haarnadelähnlichen Elemente 12 einen Ringbereich 16 bilden, und
    4. d. Kontaktieren der Enden der Längsschenkel 13.
  • Dabei sind die haarnadelähnlichen Elemente 12 mit ihren beiden Längsschenkeln 13 derart ausgebildet, dass die haarnadelähnlichen Elemente 12 jeweils eine Ebene 18 definieren, wobei der Verbindungsabschnitt 14 des jeweiligen haarnadelähnlichen Elements 12 aus der Ebene 18 herausgekippt ist.
  • Dabei kann das Herauskippen des Verbindungsabschnitts 14 aus der Ebene 18 der Längsschenkel 13 vor und/oder nach dem Einfügen der Längsschenkel 13 in die Nuten 15 erfolgen.
  • Die 10 deutet an, dass das Herauskippen nach dem Einführen der Längsschenkel 13 in die Nuten 15 mittels eines Richtkonus 21 erfolgt. Dabei wird in der linken Darstellung der 10 der Stator montiert, wobei die Verbindungsabschnitte 14 noch in der Ebene 18 angeordnet sind und so den Ringbereich 16 bilden, der weit in axialer Richtung abragt. In der mittigen Darstellung wird auf diesen Ringbereich 16 ein Richtkonus 21 aufgesetzt, um die Verbindungsabschnitte 14 zu verbiegen und aus der Ebene 18 heraus zu kippen. Dabei sind in der rechten Darstellung der 10 die Verbindungsabschnitte 14 aus der Ebene 18 verkippt, so dass sie den Ringbereich 16 bilden, der abgeflacht ist und weniger weit in axialer Richtung abragt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Stator
    2
    Statorblechpaket
    3
    Element
    4
    Längsschenkel
    5
    Verbindungsabschnitt
    6
    Nut
    6a
    Nutisolation
    7
    Ringbereich
    8
    axiale Richtung
    10
    Stator
    11
    Statorblechpaket
    12
    Element
    13
    Längsschenkel
    14
    Verbindungsabschnitt
    15
    Nut
    15a
    Nutisolation
    16
    Ringbereich
    17
    axiale Richtung
    18
    erste Ebene
    19
    zweite Ebene
    20
    Querschenkel
    21
    Richtkonus
  • 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 102016124799 A1 [0002]
    • DE 102017103128 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Stator (1,10) für einen Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Statorblechpaket (2,11) und mit einer Vielzahl von haarnadelähnlichen Elementen (3,12), welche jeweils aus einem metallischen Material bestehen mit zwei Längsschenkeln (4,13) und einem Verbindungsabschnitt (5,14) zwischen den Längsschenkeln (4,13), wobei das Statorblechpaket (2,11) eine Vielzahl von Nuten (6,15) aufweist, wobei jeder der Längsschenkel (4,13) der haarnadelähnlichen Elemente (3,12) in einer Nut (6,15) aufgenommen ist, wobei die Verbindungsabschnitte (5,14) der haarnadelähnlichen Elemente (3,12) einen Ringbereich (7,16) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die haarnadelähnlichen Elemente (3,12) mit ihren beiden Längsschenkeln (4,13) jeweils eine Ebene (18,19) definieren, wobei der Verbindungsabschnitt (5,14) des jeweiligen haarnadelähnlichen Elements (3,12) aus der Ebene (18,19) herausgekippt ist.
  2. Stator (1,10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die haarnadelähnlichen Elemente (3,12) mit ihren beiden Längsschenkeln (4,13) jeweils eine Ebene (18,19) definieren, wobei der Verbindungsabschnitt (5,14) des jeweiligen haarnadelähnlichen Elements (3,12) in einem ersten Winkel aus der Ebene (18,19) herausgekippt ist.
  3. Stator (1,10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Winkel ein spitzer Winkel ist, insbesondere von 5° bis 60°, vorzugsweise von 10° bis 40°, insbesondere von 15° bis 25°.
  4. Stator (1,10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (5,14) durch zwei Querschenkel (20) gebildet ist, wobei die beiden Querschenkel (20) in einem zweiten Winkel zueinander angeordnet sind.
  5. Stator (1,10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Winkel ein Winkel ist von 75° bis 150°, vorzugsweise von 90° bis 130°, insbesondere von 100° bis 110°.
  6. Stator (1,10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das haarnadelähnliche Element (3,12) aus einem Blechstreifen, aus einem Drahtelement oder aus einer Vielzahl von Blechstreifen oder Drahtelementen, insbesondere aus einem Bündel von Einzellitzen, besteht.
  7. Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Stator (1,10) und mit einem Rotor, wobei der Stator (1,10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Stators (1,10) für einen Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit den Schritten: a. Bereitstellen eines Statorblechpakets (2,11) mit einer Vielzahl von Nuten (6,15), b. Bereitstellen einer Vielzahl von haarnadelähnlichen Elementen (3,12), welche jeweils aus einem metallischen Material bestehen, mit zwei Längsschenkeln (4,13) und einem Verbindungsabschnitt (5,14) zwischen den Längsschenkeln (4,13), c. Einfügen der Längsschenkel (4,13) der haarnadelähnlichen Elemente (3,12) in jeweils eine Nut (6,15) des Statorblechpakets (2,11), derart, dass die Verbindungsabschnitte (5,14) der haarnadelähnlichen Elemente (3,12) einen Ringbereich (7,16) bilden, d. Kontaktieren der Enden der Längsschenkel (4,13), dadurch gekennzeichnet, dass die haarnadelähnlichen Elemente (3,12) mit ihren beiden Längsschenkeln (4,13) jeweils eine Ebene (18,19) definieren, wobei der Verbindungsabschnitt (5,14) des jeweiligen haarnadelähnlichen Elements (3,12) aus der Ebene (18,19) herausgekippt sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Herauskippen des Verbindungsabschnitts (5,14) aus der Ebene (18,19) der Längsschenkel (4,13) vor und/oder nach dem Einfügen der Längsschenkel (4,13) erfolgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Herauskippen nach dem Einführen der Längsschenkel (4,13) mittels eines Richtkonus (21) erfolgt.
DE102021104082.5A 2021-02-22 2021-02-22 Stator eines Elektromotors und Elektromotor Pending DE102021104082A1 (de)

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