DE1940819A1 - Biegsame Welle - Google Patents

Description

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PATENTANWALT DIPL.-ING. R. MOLLER-BORNER PATENTANWALT DIPL-ING. HANS-H. WEY BERLI N-DAHLEM 33 . PODBI E LS KIALLE E 68 8 MÖNCHEN 22 · WIDENM AY ERST RASSE 4» TEL 0311 · 762907 · TELEGR. PROPINDUS · TELEX 0184057 TEL 0811 · 225585 · TELEGR. PROPINDUS . TELEX 0524244

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FLEXADYNE CORPORATION City of Lansdale, Pennsylvania (USA)

Biegsame Welle

Die Erfindung betrifft eine biegsame Welle für die Kupplung und Übertragung von Rotationsbewegungen »wischen zwei rotierbaren Teilen·

Um weit auseinanderliegende drehbare Teile miteinander zu kuppeln werden biegsame Wellen verwendet, wobei das Anwendungsgebiet außerordentlich groß ist. Z. B* werden Ventile, welche nur schwer zugänglich sind, duroh «ine biegsame Welle mit einem Stellrad verbunden, so daß eine Fernbedienung erfolgen kann· Die bisher bekannten biegsamen Wellen sind jedoch nioht geeignet, um sehr nahe

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BAD ORIGINAL

am Stellrad und gedrängt eingebaute Ventile zu betatigen. Daher werden bei industriellen Ausrüstungen mit Flüssigkeitsventilen überwiegend elektrisch oder pneumatisch gesteuerte Ventile verwendet. Wenn dabei das die Ventile steuernde Arbeitsmittel ausfällt, besteht keine manuell zu betätigende Sicherheitseinrichtung, um die normalerweise offenen Ventile zu schließen oder die normalerweise geschlossenen Ventile zu öffnen, da die bisher bekannten biegsamen Wellen nur unzureichende Flexibilität aufwiesen, um derartig eingebaute Ventile von außen her zu steuern. Die bekannten biegsamen Wellen erlauben nur geringfügige Biegungen und dementsprechend ist das Anwendungsgebiet eingeschränkt. Sofern eine grössere Flexibilität vorhanden war, verfügten diese biegsamen Wellen nicht über einrichtungen, die eine feste Lagerung, auch während der Rotation derselben, erlaubten·

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine M. egsam· Welle zu schaffen, mit der die vorstehend beschriebenen Nachteile beseitigt werden. Hierbei sollen sowohl nahe beiainanderliegende wie auch weit auseinanderliegende Stellelemente und Ventile präzise gesteuert werden.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß eine eingangs beschriebene biegsame Welle aus einem Wellenkern besteht, der gegen TorsionsVerdrehung im wesentlichen stabil und axial flexibel und in einem koaxialen, biegsamen Hüllrohr gelagert ist, dessen innerer Durchmesser im gestreckten und gebogenen Zustand im wesentlichen gleich bleibt und daß zwischen dem Wellenkern

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und dem Hüllrohr ein Schmiermittel befindlich ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen) daß an jedem Ende des Wellenkerne eine Hülse angebracht und der Wellenkern rohrartig ausgebildet ist, wobei die Hülse über das Ende des Wellenkerns geschoben und innerhalb des Wellenkerns, im Bereich der Hülse, ein Klemmstift angeordnet ist, gegen den die Hülse angepreßt ist und der den Wellenkern gegen ein Eindrücken abstützt. Hit dieser Maßnahme ist. eine wirksame Befestigung eines Kupplungsstücke auf dem Wellenkern gegeben.

Um den Wellenkern, insbesondere den Zwischenraum zwischen dem Wellenkern und dem Hüllrohr, gegen Eintreten von Schmutzteilchen bzw. gegen Austreten des Schmiermittels zu sichern, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß an jedem Ende des Hüllrohrs eine Dichtungseinrichtung angeordnet ist. Vorteilhafterweise wird dabei die Hülse auf jedem Ende des Wellenkerns so angeordnet, daß diese die Abdichtung unterstützt.

Um eine leichte Rotation des Wellenkerne innerhalb des Hüllrohre, auch im Bereich der Dichtungen, zu gewährleisten, ist vorgesehen, daß zwischen den Dichtungen und den Hülsen je eine Nylonbüchee für die Lagerung dee darin aufliegenden und relativ zum Hüllrohr rotierenden Wellenkerne vorgesehen ist.

Die Diohtungeeinrichtungen umfaeeen vorteilhafterweiee Sicherungeelemente zum Sichern der Dichtung und »um An-

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pressen derselben an den Wellenkern, Dabei kann die Dichtung aus einem O-Ring bestehen, dessen Durchmesser geringfügig größer als der des Wellenkerns ist, und der durch die Dichtungseinrichtung bis in dichtende Anlage mit dem Wellenkern und dem Hüllrohr verformt wird.

Besonders geeignet ist die biegsame Welle für das Verbinden einer Ventilspindel mit einem Ventil, wobei beide Enden des Wellenkerns mit diesen Teilen gekuppelt werden·

Bevorzugterweise besteht der Wellenkern aus einem Innenschlauch und einem Außenschlauch aus Neopren, wobei beide Schläuche durch ein hochgradig reißfestes Drahtgewebe miteinander verbunden sind« Ein geeignetes Hüllrohr ergibt sich aus der Verwendung eines mit einer Beschichtung aus Neopren versehenen MetallSchlauches, wie er zum Verlegen von elektrischen Kabeln verwendet wird.

In den beiliegenden Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel für eine biegsame Welle gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Anhand der nachfolgenden Beschreibung, unter Zugrundelegung der Zeichnungen, ergeben eich weitere Vorteile gemäß der Erfindung. Es zeigent

Flg. 1 eine Aneicht einer Fernbedienungseinrichtung für eine Venti!regulierung)

Fig. 2 einen Schnitt läng· d«r Linie 2-2 in Fig. 1 j Fig. 3 einen Schnitt länge der Lini· 3-3 in Flg. 1I

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Fig. k eine Seitenansicht der biegsamen Welle, wobei

Teile derselben zwecke besserer Darstellung entfernt sind}

Fig· 5 eine Ansicht einea Steuerpults, von dem aus eine Anzahl von Steuervorgängen über biegsame Wellen vorgenommen werden)

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung einer Dichtungseinrichtung} wie sie sich an jedem Ende des Hüllrohrs für die biegsame Welle befindet; und

Fig. 7 eine auseinandergezogene Darstellung der Dichtungse inrichtung.

In Fig, 1 ist eine Vorrichtung zum Fernsteuern eines Ventils mittels einer biegsamen Welle gemäß der Erfindung dargestellt, wobei die Vorrichtung mit 20 bezeichnet ist.

Die Vorrichtung 20 besteht im wesentlichen aus einem manuell einstellbaren Ventil 22, welches mit einem Stellrad 2k über eine biegsame Welle 26 verbunden ist. Das Ventil 22 ist bekannter Bauart und wird durch Verdrehen des Ventilschafts 28 geöffnet oder geschlossen. Die Ventilspindel 28 ist an der flexiblen Welle 26 befestigt, die ihrerseits mit der Stellradwelle des Stellrades 2k verbunden ist. Das Stellrad 2k ist drehbar in einen Lager 32 angeordnet« Aufgab· des Ventil· 22 ist die Steuerung der Strömung durch die Leitungen 3k und 36 in Abhängigkeit der duroh Rotation der Ventilspindel 28 erfolgenden Ventilöffnung, wob·! dl· Rotation duroh das Stellrad 24 vorgegeben wird.

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Wie am besten aus den Fig· 2 und k zu erkennen 1st, weist die biegsame Volle 26 einen langgestreckten Wellenkern 30 aufι der im Inneren der Welle angeordnet ist· Der Wellenkern 33 besteht aus einem hydraulischen Schlauch, der sich aus einem Innenrohr kO und einem Außenrohr 42 aufbaut, vorzugsweise aus Neopren, wobei die beiden Teile durch ein hochgradig zerreißfestes Drahgeflecht 44 verbunden sind« Die äußeren Flächen des Innenrohre wie auch des Außenrohr· 40 bzw.42 sind vorzugsweise mit einem 81-festen Material beschichtet.

Jedes Ende des Wellenkerne 38 ist mit einer Hülse 46 versehen. Eine solche Hülse 46 ist im wesentlichen zylindrisch und weist einen HÜlsenkörper 48 und einen Hülsensockel mit vergrößertem Durchmesser auf. Eine axiale Bohrung durch die Hülse weist einen geringfügig größeren Durchmesser als der Wellenkern 38 auf, um diesen in die Hülse einschieben au können· Ein zylindrischer Klemmstift 52 ist innerhalb des Wellenkerns 38 in dem Bereich angeordnet, der in den Hülsenkörper 48 eingeführt wird.

Der Hülsenkörper 48 ist an den Punkten 54 um seinen Umfang herum gewellt, um durch die dadurch auftretenden Verengungen im Inneren des Hülsenkörpers den Wellenkern festzusetzen. Der Klemmstift 52 bietet dabei ein Widerlager und verhindert ein Ausweichen des Wellenkerns 38 an den Eindruckstellen und dichtet gleichzeitig den Innenraum des Wellenkerne ab, wenn eine Viskoseflüssigkeit darin vorgesehen ist. Wie aus Fig« 2 gut zu erkennen ist, ist der Wellenkern 38 zwischen den eingedrückten Stellen 54 und dem Klemmstift 52 festgehalten, um ein Lösen desselben von der Hülse zu verhindern.

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Der Hülsensockel 50 jeder Hülse 46 weist ebenfalls eine axiale Bohrung auf, in welche eine Ventilspindel 28 oder eine Stellradwelle 30 eingesetzt werden kann. Eine sich radial erstreckende.Bohrung ist in diesem Bereich angeordnet, um mittels eines Sicherungsstiftes oder einer Sicherungsschraube 53 das dort in die Bohrung eingesetzte Bedienungsteil festzuhalten. Die Sicherungsschraube 53 erstreckt sich durch die Hülse 46 und drückt gegen die Außenfläche einer Ventilspindel 28, wodurch diese innerhalb der Hülse festgehalten wird.

Die Hülsen 46 sind gleichartig ausgestaltet, so daß eine derselben die Ventilspindel 28 und die andere die Stellradwelle 30 in gleicher Weise aufnehmen und sichern kann.

Der Wellenkern 38 wird von einem Hüllrohr ^S umgeben, welches vorzugsweise ein für die Kabelverlegung verwendeter Metallschlauch sein kann, der innen eine Neoprenbeschichtung an den einzelnen Windungen 59 des Hüllrohrs aufweist.

Sowohl der Welienkern 38 als auch das Hüllrohr 56 sind, bezogen auf ihre axiale Ausdehnung, flexibel. Der Wellenkern 38 ist dabei jedoch, bezogen auf die Torsionsrichtung, steif. Wenn daher ein Ende des Wellenkerns um 90 gedreht wird, dreht sich das andere Ende ebenfalls um 90° mit, ohne Rücksicht auf die durch den Wellenkern gebildete geometrische Form. Es ist daher ohne Einfluß auf den genauen Grad der Rotation, ob der Wellenkern gestreckt oder in tinem Kreis gemäß Fig. 1 oder in irgendeiner anderen Anordnung zwischen den beiden rotierenden Teilen angeordnet ist, denn beide Enden verdrehen sich gleichmäßig) vor-

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ausgesetzt, daß die Torsionstoeständigkeit des Wellenkerns nicht überschritten wird. Die Torsionsfestigkeit des Wellenkerns kann weiter dadurch gesteigert werden, daß im Inneren des Wellenkerns eine Flüssigkeit mit hoher Viskosität, ζ. Β. ein hydraulisches Arbeitsmittel, angeordnet wird. Dies ist jedoch nur eine zusätzliche Möglichkeit.

Das Hüllrohr 56 behält bei jeder Verformung seinen inneren Durchmesser über die gesamte Länge bei, ganz gleich, ob es bogenförmig oder gestreckt angeordnet wird. Somit kann der Wellenkern 38 innerhalb des Hüllrohrs 56 rotieren. Eine Dichtungseinrichtung 6O ist an jedem Ende des Hüllrohrs 56 angeordnet.

Wie es am besten aus den Fig. 6 und 7 zu erkennen ist, besteht jede dieser Dichtungseinrichtungen im wesentlichen aus einer Überwurfmutter 62, einem Nylon-Klemmring 64, einer Stirnmanschette 66, einem O-Ring 68, einem Schraubmittel 70 und einer zusammengepreßten Nylonbuchse 72. Die Überwurfmutter 62 weist in ihrem Inneren eine kanalartige sich in Längsrichtung erstreckende Bohrung 74 auf, welche mit Gewinde versehen ist und die in Richtung auf die Öffnung 76 zu einer ringförmigen Schulter eingezogen ist.

Der Klemmring 6k besteht Im wesentlichen au· einem ringartigen Körper 80 mit einer Anzahl von eich davon erstrecken» den Zungen 82· Wie aus der weiteren Beschreibung hervorgeht, sichern diese Zungen das Hüllrohr innerhalb der

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Dichtungseinrichtung 6θ_β

Die Stirnmanschette 66 besteht aus einem zylindrischen Teil 86, der im Inneren mit einem Gewinde 84 versehen ist und einen angebogenen Kragen aufweist, wodurch eine kreisringförmige Aufnahme für das Ende des Hüllrohrs gebildet wird· Der Kragen ist an seinem äußersten Ende mit einer Erweiterung 88 versehen, welche das Einführen der Zungen 82 des Klemmrings 64 erleichtert.

Der O-Ring 68 weist kreisförmigen Querschnitt auf. Der innere Durchmesser desselben ist geringfügig größer als der Außendurchmesser des Wellenkerns, so daß der Wellenkern innerhalb des O-Rings gedreht werden kann·

Der Schraubnippel 70 weist einen zylindrischen Teil 90 auf, der an seiner Mantelfläche mit Gewinde versehen ist und im Inneren eine in axialer Richtung verlaufende Bohrung 92 aufweist· Dies· Bohrung 92 ist an ihrem Ende eingezogen und bildet «ine Schulter 94. Die zusammengedrückte Nylonbuchse 72 1st im wesentlichen zylindrisch und weist ebenfalls eine Schulter <?6 auf, welche in die Öffnung der Bohrung 92 des Schraubnipp·Is 70 eingedruckt wird.

Wie sich aus den Fig. 1 und 2 erkennen läßt, ist di· Dichtungeeinrichtung 60 an jedem Snd· das Hüllrohrs 56 aufgebracht* Um di··· Dlchtunge*inrichtung*n an di«s«n Enden zu eiehern wird di· Überwurfmutter 62 Über da· Snd· d·· Hüllrohre geschoben. D»r Klemmring 64 wird dann mit dem sylindrisohvn Teil 80 g«g«n dl· Schulter 78 d«r Über«

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wurfmutter gedruckt. Die Stirnmanscliette 66 wird dann auf das Ende des Hüllrohrs geschraubt, wobei die Gewinde 8k in die Vertiefungen der Hüllrohrwindungen des Hüllrohrs 56 eingreifen.

Der O-Ring 68 wird dann gegen die Schulter 9k des Schraubnippels 70 geschoben und die Nylonbuchse 72 in die Bohrung 92 eingeschoben, bis die Schulter derselben anliegt. Die Überwurfmutter wird dann über den Wellenkern 38 verschoben und der Schraubnippel 70 wird in die Überwurfmutter 62 eingeschraubt. Beim Zusammenschrauben der an diesen Teilen befindlichen Gewinde drückt die Schulter 78 den Klemmring 6k in die Anbiegung 86 der Stirnmanschette 66, Beim weiteren Anziehen der beiden Teile wird der Klemmring durch die Erweiterung 88 der Anbiegung 86 gegen das Hüllrohr gedrückt. Die Stirnfläche 98 der Stirnmanschette 66 verformt dabei den O-Ring 68 gegen die Schulter 9k des Schraubnippels 70, wodurch eine Dichtung zwischen dem Wellenkern und dem O-Ring hergestellt wird. Der O-Ring und der Wellenkern Bind relativ zueinander rotierbar, da der O-Ring nicht bis zu einem Grad verformt werden kann, der diese Drehung behindert, weil eine Bewegung der Stirnmanschette 66 in Richtung auf die Schulter 9^ durch die Anlage der Erweiterung 88 der Anbiegung 86, infolge der Anlage an die Kante des zylindrischen Teils 90 des Schraubnippela 70, begrenzt wird.

Nachdem die Dichtungeeinrichtungen 60 an jedem Ende des Hüllrohrs angeordnet sind, werden die Hülsen k6 Über den Wellenkern 38 geschoben und dabei gegen die Verengungen 96 gedrückt, wenn sie an den Enden des Wellenkerns befestigt werden, wie ·β aus Fig. 2 zu erkennen ist. Di·

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Nylonbuchse und der O-Ring bilden dabei eine gut anliegende Abdichtung, welche den Eintritt von Verunreinigungen in den Raum zwischen dem Hüllrohr und dem Wellenkern verhindern. Ebenso wird das Austreten eines Schmiermittels} welches zwischen dem Hüllrohr und dem Wellenkern angeordnet ist, durch die Dichtungen unterbunden.

Die Hülsen 46 werden dann dazu verwendet, um die biegsame Welle an zwei gemeinsam zu rotierenden Teilen anzubringen,

Das Hüllrohr 56 verhindert eine Querbewegung des Wellenkerns, wenn dieser innerhalb des Hüllrohrs gedreht wird. Darüber hinaus ermöglicht das Hüllrohr die Sicherung der biegsamen Welle, um eine Bewegung derselben innerhalb * einer festgelegten Anordnung zu unterbinden..

Es ist zu bemerken, daß die biegsame Welle gemäß der Erfindung die manuelle Fernsteuerung von Ventilen auch in unübersichtlich oder dicht angeordneten industriellen Systemen ermöglicht. Der Biegeradius des Hüllrohrs und des Wellenkerns 38 sind dabei so gering, daß auch bei völlig unzugänglichen Anordnungen die biegsame Welle 26 um Objekte herumgebogen werden kann, welche andernfalls die manuelle Bedienung unmöglich machen«

Vom einer einzigen Stelle aus kann auch eine Anzahl von j Ventilen bedient werden. Hierfür ist gemäß Fig. 5 ein Steuerstand 100 vorgesehen, welcher mit einer Anzahl von j Stellrädern 102, 104, 106, 108, 110 und 112 versehen let, ! von denen biegsame Wellen 114, Ho, 118, 120, 122 und abzweigen, und zwar zu unterschiedlich manuell zu steuern-

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den Ventilen« Die Kennzeichnungsschilder 126 können zwecks Identifizierung der einzelnen Ventile angeordnet sein. Demzufolge ermöglicht die biegsame Welle gemäß der Erfindung die Zusammenfassung von manuellen Steuerungen sowohl als auch das Steuern von Ventilen, welche in unzugänglichen Anordnungen befindlich sind«

Es ist weiterhin zu bemerken, daß in der Praxis die biegsamen Wellen gemäß der Erfindung das Fernsteuern von Ventilen über eine Distanz von 30 m erlaubt haben. Die Wellenkerne haben im wesentlichen keine Rückfederung. Wenn ein Ende der Welle um 90° gedreht wird, dreht sich auch das andere um 90 · Sofern der Torsionswiderstand des Wellenkerns nicht überschritten wird, ist somit keine Abweichung vom Rotationsbereich am Ende des Wellenkerns eingetreten.

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Claims (1)

1. -13-

   Patentansprüche

   iegsame Welle für die Kupplung und Übertragung von Rotationsbewegungen zwischen zwei rotierbaren Teilen, dadurch gekennzeichnet} daß die Welle aus einem Wellenkern (38) besteht, der gegen TorsionsVerdrehung im wesentlichen stabil und axial flexibel und in einem koaxialen, biegsamen Hüllrohr (56) gelagert ist, dessen innerer Durchmesser im gestreckten und gebogenen Zustand im wesentlichen gleich bleibt und daß zwischen dem Wellenkern (38) und dem Hüllrohr {56) ein Schmiermittel befindlich ist.

   2, Biegsame Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende des Wellenkern· (38) eine Hülse (46) angebracht und der WeHenkern rohrartig ausgestaltet ist, wobei die Hülse (46) über das End· des Wellenkerne (38) geschoben und innerhalb des Wellenkerns, im Bereich der Hülse (46), ein Klemmstift (52) angeordnet ist, gegen den die Hülse (46) angepreßt ist und der den Wellenkern gegen ein Sindrücken abstützt,

   3· Biegsame Welle nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem End· des Hüllrohrβ (56) eine Dichtungseinrichtung (60}, au« Verhindern des Eintretens von Schmutz und des Austreten· des Schmiermittels angeordnet ist«

   4· Biegsame Welle naoh Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,

   egtiat/otit

   -14-

   daß der Wellenkern (38) an Jedem seiner Enden mit einer Hülse (46) versehen ist, die an den Dichtungen (68) zwecks Verbesserung der Abdichtung des Wellenkerns angeordnet ist.

   5. Biegsame Welle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Dichtungen (68) und den Hülsen (46) je eine Nylonbuchse für die Lagerung des darin aufliegenden und relativ zum Hüllrohr rotierenden Wellenkerns (38) vorgesehen ist.

   6» Biegsame Welle nach den Ansprüchen 3t 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtung Sicherungselemente (62,04,66,70,72) zum Sichern der Dichtung (68) am Hüllrohr (56) und zum Anpressen derselben an den Wellenkern (38) umfaßt.

   7· Biegsame Volle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung au* einem O-Ring (68) besteht, dessen Durchmesser geringfügig größer als der des Wellenkerns (38) ist und der durch die Dichtungseinrichtung bis in dichtende Anlage mit dem Wellenkern (38) und dem Hüllrohr (56) verformt wird.

   8. Biegsame Walle nach einem oder mehreren dar Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenkern (38) mit einem Ende mit einer Ventilspindel (28) und mit dem anderen Ende mit einer Steliradwelle (30) gekuppelt ist.

   9· Biegsame Welle nach einem oder mehreren der Ansprüche

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   1 bis 9· dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenkern aus einem Innenschlauch (4o) und einem Außenschlauch (42) aus Neopren besteht, die durch ein hochgradig reißfestes Drahtgewebe (44) miteinander verbunden sind,

   10. Biegsame Welle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (56) ein mit einer Beschichtung aus Neopren versehener Metallschlauch ist.

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