DE1214839B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gehaertetem Glas - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C03b

Deutsche Kl.: 32 a-27/00

Nummer: 1214 839

Aktenzeichen: P 27004 VI b/32 a

Anmeldetag: 20. April 1961

Auslegetag: 21. April 1966

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von gehärtetem Glas und auf aus solchem Glas hergestellte Gegenstände. Ein Hauptziel der Erfindung besteht darin, die Größe der beim Bruch des Glases entstehenden Teilchen in vorbestimmten Grenzen zu halten. Bei Flachglas wird hierfür die Bezeichnung Teilchenzahl verwendet, welche die Zahl der Bruchteilchen je Flächeneinheit des Glases ausdrückt.

Unter der nachfolgend verwendeten Bezeichnung »Glasgegenstand« sind Glas oder Glaswaren von beliebiger Form oder für beliebige Zwecke zu verstehen, vorausgesetzt, daß die Dicke des Glases mindestens in einem Teil des zu härtenden Gegenstandes ausreichend groß ist, damit ein Temperaturunterschied zwischen dem Glaskörper und seiner Oberfläche auftreten kann. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht unbedingt das Härten aller Teile des Glasgegenstandes erforderlich. Das normale Härteverfahren für Glas besteht darin, daß der Glasgegenstand auf die Entspannungstemperatur erhitzt wird, worauf er durch Anblasen während eines gegebenen Zeitraumes und bei einem gegebenen Druck mit Druckluft gekühlt wird. Unter Entspannungstemperatur versteht man jene Temperatur, bei der das Glas so stark erweicht, daß es die aufgenommenen Spannungen verliert. Dieser Kühl- oder Abschreckvorgang führt zu einem Temperaturunterschied zwischen den Oberflächen des Glases und dem zwischen diesen Flächen begrenzten Hauptkörper und insbesondere der Mitte des Körpers. Die Abschreckung muß derart erfolgen, daß ein Temperaturunterschied zwischen den Oberflächen und dem Innern des Glases mindestens so lange aufrechterhalten wird, bis der Gegenstand unterhalb der Entspannungstemperatur abgekühlt ist.

Durch ausgedehnte Versuche wurde festgestellt, daß die Teilchenzahl von der genauen Einhaltung der Bedingungen der Abschreckung abhängt; wenn eine Teilchenzahl von unter etwa 2 je Quadratzentimeter erhalten werden soll, so müssen die Abschreckbedingungen besonders sorgfältig bestimmt und eingehalten werden.

Zu dem Zeitpunkt, bei dem die Abschreckwirkung endet, ist die Temperatur der Oberfläche des Glases unter der Entspannungstemperatur, jedoch kann die Temperatur der Mitte des Glases immer noch wesentlich über der Entspannungstemperatur liegen, so daß die vollen Spannungen, die dem Temperaturunterschied zwischen Oberfläche und Glasmitte entsprechen, nicht erreicht werden. Nachdem die Abschreckung beendet ist, gleicht sich die Temperatur Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von
gehärtetem Glas

Anmelder:

Pilkington Brothers Limited,

Liverpool (Großbritannien)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,

München 27, Gaußstr. 6

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 20. April 1960 (13 904)

des Glaskörpers aus, was zur Folge hat, daß die Temperatur der Oberfläche des Glases ansteigt und sogar bei einer kürzeren Anblasperiode über die Entspannungstemperatur ansteigen kann, so daß die in dem Glas erzielten Endspannungen sehr viel geringer sind als gewünscht oder ganz verschwinden.

Die Teilchenzahl eines Glases steigt etwa proportional mit der Zeitdauer der Abschreckung an, bis zur maximalen Teilchenzahl.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Härten mindestens eines Teils eines Glasgegenstandes dadurch, daß der Glasgegenstand über die Entspannungstemperatur des Glases erhitzt und dann der Abschreckwirkung eines gasförmigen Abschreckungsmediums ausgesetzt wird, das auf den Glasgegenstand gerichtet wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Energie gemessen wird, die von dem zu härtenden erhitzten Glas ausgestrahlt wird, und die Messung verwendet wird, um die Zufuhr des gasförmigen Abschreckungsmediums zu ändern.

Die Erfindung hat besondere Vorteile bei der Herstellung von gehärtetem Flachglas für Windschutzscheiben und Fenstern von Fahrzeugen und bei der Herstellung von Hohlkörpern, z. B. Isolatoren, für das Tragen elektrischer Kabel.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß bei der Änderung der Zufuhr des gasförmigen Abschreckungsmediums nur der Wellenbereich der ausgestrahlten Energie gemessen wird, für den das Glas undurchlässig ist, so daß dadurch eine Anzeige der Oberflächentemperatur des Glases erhalten wird.

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3 - 4

Die Änderung der Zufuhr des gasförmigen Ab- rahmen 2 sind etwa 7,S gm yga d#n jeweiligen Flär

schreckungsmediums geschieht zweckmäßig durch chen der Glasplatte 1 entfernt. In Fig. 2 ist ein

ein Pyrometer, das die Oberflächentemperätur der Motor 3 für den Antrieb einer Pumpe 4 gezeigt,

Glasplatte mißt. welche das gasförmige Abschreckungsmedium, ge-

Gegebenenfalls kann die Änderung der Zufuhr 5 wohnlich Luft, in eisen Aufnahmebehälter § pumpt,

des Abschreckungsmediums durch zwei Pyrometer aus dem es iiber ein Steuerventil (? iji eine jSsrnmel-

geschehen, die auf die Strahlung ansprechen, die von leitung 7 und dann zu den Abschreckrahmen 2

der Oberfläche des Glasgegenstandes bzw. vom strömt. In F i g· 2 ist nur ein Abschreckrahmen 2 ge-

Hauptkörper und dessen Oberfläche ausgesandt wird. zeigt, jedogh jiejtet die Sammelleitung 7 das Kühl-

Das zur Messung der Temperatur der Oberfläche ίο mittel zu den Abschreckrahmen 2 auf beiden Seiten des Glases während der Abkühlung verwendete der zu kühlenden Glasplatte 1, wie in Fig. 1 gePyrometer ist ein optisches Pyrometer, das nur für zeigt.

Strahlungen im Wellenlängsbereich von 5 bis 9 Mi- In einem geeigneten Arbeitsabstand von der Glas-

kron mittels geeigneter optischer Filter empfindlich platte I₁ d. h. entweder am Abschreekrahmen 2 oder

gemacht worden ist. Ein Selenbleifilter ist für diesen 15 hinter diesem ist ein optisches Pyrometer 8 angeord-

Zweck zu bevorzugen. Innerhalb dieses Wellen- net. Das Pyrometer 8 weist ein Selenbleifilter auf und

längenbereiches von 5 bis 9 Mikron ist ein Glas von ist daher nuj für eine Strahlung im Bereich yon § bis

einer Dicke, yon Q,03 mm und mehr undurchlässig, 9 Mikron empfindlich.. D, ag Pyrometer 8 liefert eine

so daß die vom Pyrometer aufgenommene Strahlung Ausgangsgröße, welche vpn der Temperatur der

von der Oberflächenschicht des Glases kommen muß. 20 Oberflächenschicht der Glasplatte J. abhängt. Die

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfin- Ausgangsgröße des Pyrometers 8 wird dem §teuer-

dungsgemäßen Verfahreas zum Härten eines Glas- ventil 6 "zugeführt, we&hes die Strömung der Luft zu

gegenstandes besitzt eine Abschreckeinrichtung, eine dea Aksshreckrahmen 2 in einer vorbestimmten

Pumpe, durch welche das Absghreckmedium durch Weise ändert« Die Änderung der Luftströmung kgan

die Abschreckeinrichtung und auf mindestens einen 25 entweder darin bestehen, daß die Strömung abgestellt

Teil des zu härtenden Gegenstandes gefördert wird, oder die Strömungsgeschwindigkeit verringert wird,

und ein Steuerventil zur Einstellung der Durchfluß- wig sieh aus den fplggnden Beispielen ergibt,

menge des Abschreckmediums. Die Vorrichtung ist Wie in Fig,3 gezeigt, besteht da,s Steuerventile

gekennzeichnet durch ein Strahlungspyrometer zur aus einem Steuergerät 9, das so eingestellt ist, daß es

Messung der vom Glas während des Absehreckens 30 bei einer tetiajmten Ausgaagsspännung des Pyro-

ausgestrahlten Energie und zur Steuerung des Ab- meters 8 arbeitet. Diese Ausgangsspannung ist pro-

schreckvorgangs über ein Steuerventil für das Ab- pprtional .der Temperatur der Glasplatte 1, so daß

schreckmedium, das Steuergerät 9 so eingestellt ist, daß es bei einer

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung besonderen Temperatur der Oberfläche der Glaswird dabei die Zufuhr des gasförmigen Abschreck- 35 platte I arbeitet Das Steuergerät 9 steuert ein Relais mediums durch zwei Strahlungspyrometer verändert, %$_f das anzieht und seinen Kontakt 11 schließt, wovon denen eines nur die von seiner Oberfläche aus- durch ein Stromkreis yon einer ,SpaanungsqueÜe .12 gehende Strahlung und das andere die vom gesamten über ein elektromagnetisch betätigbares Ventil 13 Glasgegenstand einschließlich seiner Oberfläche aus- geschlossen wird. Das elektromagnetisch betätigbare gehende Strahlung mißt. 40 Ventil 13 wird daher- betätigt und verändert die Strö-

Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mungsgeschwindigkeit der Luft in der gewünschten

mit den Zeichnungea näher beschrieben, und zwar besonderen Weise, wie sieh aus den nachfolgenden

zeigt Beispielen ergibt,

pig. 1 eine Glasplatte in einer Kühlungsstellung Während die in "Fig, 2 und 3 gezeigten Anprdzwischen zwei Abschreckrahmeu, 45 nungen ein Pyrometer S aufweisen, das die Ober-

Fjg, 2 in schernatischer BlpckdarsteUung eine fläehentemperäter der Glasplatte. X mißt, ist es natür-

Anordnung für die Zufuhr des Kühlmittels zu einem ' lieh auch, möglich, ein Doppelpyrometer oder zwei

Abschreckranmen, der eine Vorrichtung für die er- gesonderte Pyrometer m verwenden, die gemeinsam

findungsgemäße Änderung der Zufuhr des Kühl- auf oder hinter dem Absehreckrahmen % angeordnet mittels aufweist, " 50 sind» wobei das eine Pyrometer die Oberflächen-

Fig. 3 mit näheren Einzelheiten eine Ausfüh- temperatur der Glasplatte (wie bereits beschrieben)

rungsform der in Fig. 2 gezeigten Verrichtung fiir und das andere Pyrometer die Strahlung im Wellen*

die Änderung der Zufuhr des Kühlmittels, längenbereich vpn 2,75 bis 4,5 vom ganzen Körper

Fig. 4 eine Ausfübrungsform einer Windschutz- einschließlich des Mittelteils mißt Die beiden Pyroscheibe, die aus einer Glasplatte hergestellt ist, von 55 meierköpfe werden dann beide mit dem steuergerät 9

der ein Teil durch ein erfindungsgemä.ße.s Verfahren über einen Umschalter verbunden, der es ermöglicht,

gehärtet worden ist, ' jede Oberftäsbenwäiwe für _§i_Ph ₄jj_ej₀ zur .Betätigung

Fig. 5 eine weitere Ansführungsfprm einer Wind- des Steuergerätes 9 zu verwenden oder beid.e Pyrp-

schutzseheibe aus einer Glasplatte, von der ein Teil meter so miteinander zu verwenden, daß die Aasdurch ein erfindungsgemäßes Verfahren gehärtet 60 gangsgrößen sigh addieren oder zueinander in Oppo-

wordea ist, sjtiön sieben. Die beiden Pyrometer werden mit

Fig. 6 einen Schnitt durch einen Glasisplator, der ihren Ausgangsgrößen » Opppsition verwendet, durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gehärtet wenn der Temj»eraiurun.terschied zwischen der Operworden ist. ' ' aäßhe der .Glasplatte J. und <Je.r Mitte der Glasplatte

In den Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche 65 bestimmt werde» spll, was. besonders vorteilhaft isi,

Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet wenn Versuche zur Bestimmung des optimalen An-

Fig. 1 zeigt eine Glasplatte 1 in der Stellung zm* blasdruckes für besondere Glasplattenproben vorgesehen zwei Äbscfareckrahmen 2. Die Ähschreck- npmmen werden.

Bei dgn folgenden Bespielen wird der Absehreck- _Beispiel. 2

Vorgang mit Flachglas durchgeführt, das eine Ent- ■ "

spannungstemperaiur im Bereich y.on 480 bis 550° C Pie Glasplatte wjrd, in einem Ofen grhjtzj:, bis das

besitzt, Verbuche haben geneigt, daß ,es unwahr- Glas eine Qb&rflächentemp§ratuj· yon 67.0^C hat. scheinjich ist, daß gjne Entspannung der Spannungen 5 Die verwendete Q fentempgratur beträgt zweckmäßig im Glas unter Hgrstglluhgsbedingungen auftritt, etwa 900° .C. Wenn die Glasplatte, aus dein Ofen wenn die Temperatur der "Oberfläche des Glases herausgenommen wird, wird sie sofort mit Luft flb^ unter 480° C liegt. Bei jedem Beispiel hat die ver- geschreckt, fjjg rnit einem Pruck yon .Q,4$ kg/em² wendete Qlasplaite Abme.ssunggn von 45,72 X 3.8,1 zugeführt wird, bis die Oberfl.^efeeatempeiatur des X 0,635 cm. u? Glasesauf 4BQ⁰ Q abgefallenjst, zju welchem Zeitpunkt die Temperatur der Mitte 4es Cjks.es _ßtw.a Beispiel 1 57.0°Q beträgt,.'

Per Pruck 4er Anbjas}uft wir4 dann durch die

Die Glasplatte wjrd in ejnem Ofen auf normale Betätigung des elektromagnetisch gesteuerten Ventils Weise auf ging Temperatur von 670° C erhitzt Das 15 13 auf 0^2,11 kg/em? verringert und das Glas mit Erhitzen wird so lange fortgesetzt, bis der Tempe- Luft von äjesgm Druck angebjasen, bis die. Qbej> raturunterschied jm Glas jjn wesentlichen Null ist, flächentemperatBr 405° C grrekht Zu diesem Zeitd.h. bis dasGla§ durchgehend gleichmäßig ,erhitztist. punkt beträgt die Temperatur 4er Mitte dgs Glases

Die Glasplatte wir4 aus dejn. Ofen herausgenom- annähernd 455^p C, Diese Verringerung im ygrwenmen und sofort zwischen die Absfihrestahmen 2 zp 4eten Luftdruck geizt die KüJilge§ehwiji4igkeit gebracht. Die Bewegung 4er Glasplatte J in 4iese hera^ währen4 4ie Tempef atur 4§s Qißsgs uptpr die Stellung ist zweckmäßig eine senkrechte Bewegung, Ent§p,anpungsi;emperati}r aj?fpt. Die %ei 4iesem Vgfwejche in irgendeiner an sieh bekannten Weise fahren mit einer Glas.pr.obe erhaltene Teiieh^nzgbJ durchgeführt wird. Sodann wird Luft auf den ganzen betrug etwa 2 je Quadlratzentimgier-,
Oberflächenbereicrj 4§r Gla§ptett§ mit einem Druck 35.

von 0,39kg/cm² ge.bla.sgn, wobei 4er Druck in der Beispiel 3

Sammelleitung 2 in einem Absta&d Vion 38,1 cm yon
den Absehreckrahmen 2 gemessen wir4· Die Glasplatte wird wie in den bereits beschrie-

Wenn die Temperatur' der Oberfläche der Glas- benen Beispielen erhitzfc bis dig Qberflächentempeplatte 1 auf 440° C abgefallen ist, löst die Ausgangs- 3s ratw des .GJas.es §7.Q°C bgträgt. Die Glasplatte spannung des Pyrometers § das Steuergerät 9 aus, wir4 darm au§ dem Ofen herausgenominen pnd uud das elektroniagnetiseh betätigbare Ventil 13 wird durch Kühlluft -gekühlt, 4ie yon #n Abs.chre.ckbetätigt, um die Luftströmung abzustellen.. Die rahmen 2 mji eingm Prufik von (0,352 kg/em? ausTemperatur der Mitte 4er Glasplatte zu dem Zeit- tritt, Uß M? Temperatur der Obgrflächg ,des Glases punkt, in weJehern .die Strömung 4es kühlmittels 35 auf 495° C abfällt. Pie Temperatur der Mitte des aufhört, beträgt -etwa .50Q⁰C, Nach dem Au&Ören Glases beträgt 4abei etwa 575° C. pie lejätigung der Strömung des Kühlmittels läßt man die Glas- des elektromagnetisch gesteuerten Ventils 13 zu platte in normaler Weise abkühlen. Obwohl 4ie 4ieaem Zeitpunkt geschieht, um 4en Druck 4er an-Oberflächentemperatur 4er Glasplatte nach dem geblasenen Luft auf 0,49 kg/cm² zu erhöhen, wobei Aufhören des Kühlmittelstroms ansteigt, reicht 4« das Blasen mit diesem Druck so lange fortgesetzt dieses Ansteigen nicht aus, um die Oberflächen- wird, bis die Oberfläche eine Temperatur von 395⁰C temperatur auf die Entspannungstemperatur zu brin- erreicht. Die Temperatur der Mitte der Glasplatte gen, und es wur4e festgestellt, 4aß 4ie Zahl 4er beträgt 4ann etwa 435° C.

Bruchteilchen, 4ie aus 4em in 4er beschriebenen Die im Glas erhaltene Teilchenzahl, 4as auf 4iese

Weise behan4elten Glas erhalten wer4en, etwa 2 je 45 Weise behan4elt worden ist, beträgt etwa 2 je Qua-Quadratzentimeter beträgt. dratzentimeter. Die Erhöhung im Druck der ange-

Wenn die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren blasenen Luft nimmt die Wärme rascher weg und gehärteten Glaspartien gebrochen werden, läßt sich erhöht daher den Unterschied zwischen der Oberfeststellen, daß die Anzahl der je Flächeneinheit fläche und der Mitte, wenn die Glasplatte durch die entstehenden Teilchen in den verschiedenen Glas- 50 Entspannungstempera'tur hindurchgeht,
partien weitgehend übereinstimmt, verglichen mit Bei den drei beschriebenen Beispielen wurde die

den Abweichungen in der Teilchenzahl, die bei Glas- Teilchenzahl über die ganze Glasplatte durch das partien auftreten, welche durch die üblichen Ver- erfindungsgemäße Verfahren geregelt, jedoch kann fahren gehärtet werden. Dies erscheint dadurch be- das Verfahren in gleicher Weise auf einen Teil eines dingt zu sein, daß die Oberflächentemperatur, welche 55 Glasgegenstandes angewendet werden. Beispielsweise für das Einstellen der Abschreckung gewählt wird, kann es bei einer Windschutzscheibe für ein Kraftderart ist, daß bei dem anschließenden Temperatur- fahrzeug wünschenswert sein, daß ein bestimmter ausgleich im Glas eine gewisse Entspannung in dem Teil der Windschutzscheibe beim Bruch derselben in mittleren heißeren Teil des Glases möglich ist. Je weniger kleine Teilchen zerbricht, so daß ein gegrößer der Temperaturunterschied zwischen der 60 wisser Sichtbereich für den Fahrer des Fahrzeugs Oberfläche und der Glasmitte ist, desto größer ist die erhalten bleibt.

mögliche Entspannung, wodurch die in den Gläsern Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform

auftretenden Restspannungen besser miteinander wird das erfindungsgemäße Verfahren auf einen Teil übereinstimmen, da sich dabei Temperatur und 14 einer Wmdscwitzscheibe angewendet, und die Spannung zwischen dem Ende des Abschreckens 65 Teilchenzahl dieses Teiles 14 geregelt, während der und dem Zeitpunkt, an dem die Glasmitte die Ent- Hauptteil 15 der Windschutzscheibe auf die normale Spannungstemperatur erreicht, selbsttätig ausgleichen Weise ohne irgendeine Regelung gehärtet wird und können. beim Bruch sehr kleine Teilchen ergibt.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist derjenige Teil der Windschutzscheibe, der in einer erfindungsgemäß geregelten Weise gehärtet worden ist, der Hauptteil 16, während ein weiterer Teil 17 der Windschutzscheibe nicht gehärtet worden ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Teil 17 während des Abschreckvorgangs abgedeckt wird.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit gehärteten Glasplatten beschrieben worden ist, welche als Fahrzeugwindschutzscheiben oder für die Verglasung von Gebäuden verwendet werden können, kann die Erfindung natürlich auch auf die Herstellung von anderen Gegenständen aus gehärtetem Glas angewendet werden, beispielsweise auf die Herstellung von elektrischen Isolatoren zum Halten von Hoch-Spannungsleitern. Bei solchen Isolatoren kann beispielsweise nur ein Teil des Isolators gehärtet werden, so daß für die Ausbreitung eines Bruches, der in einem Teil des Isolators eingeleitet worden ist, über den ganzen Isolator eine Barriere vorhanden ist.

In Fig. 6 ist beispielsweise ein gehärteter Glasisolator zum Halten von elektrischen Hochspannungsleitern gezeigt, der einen Kopf 18 und einen Mantel 19 aufweist und an der Unterseite des Mantels mit ringförmigen Rippen ausgebildet ist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Härten mindestens eines Teiles eines Glasgegenstandes, der über die Ent-Spannungstemperatur des Glases erhitzt und dann der Abschreckwirkung eines gasförmigen Abschreckungsmediums ausgesetzt wird, das auf den Glasgegenstand gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie gemessen wird, die von dem zu härtenden erhitzten Glas ausgestrahlt wird und die Messung verwendet wird, um die Zufuhr des gasförmigen Abschreckungsmediums zu ändern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur diejenige Energie, die einen Wellenbereich umfaßt, für den das Glas undurchlässig ist, gemessen wird, so daß die Zufuhr des gasförmigen Abschreckungsmediums nur in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur geändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des gasförmigen Abschreckmediums durch ein Strahlungspyrometer verändert wird, das ein Filter aufweist, welches nur Strahlung im Wellenbereich von 5 bis 9 Mikron durchläßt und die Temperatur der Oberfläche des Glasgegenstandes mißt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch ein Strahlungspyrometer zur Messung der vom Glas während des Abschreckens ausgestrahlten Energie und zur Steuerung des Abschreckvorgangs über ein Steuerventil (6) für das Abschreckmedium.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des gasförmigen Abschreckmediums durch zwei Strahlungspyrometer verändert wird, von denen eines nur die von seiner Oberfläche ausgehende Strahlung und das andere die vom gesamten Glasgegenstand einschließlich seiner Oberfläche ausgehende Strahlung mißt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1082295.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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