DE2053517A1 - Device for feeding a gas and / or vapor discharge lamp - Google Patents

Device for feeding a gas and / or vapor discharge lamp

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DE2053517A1 DE19702053517 DE2053517A DE2053517A1 DE 2053517 A1 DE2053517 A1 DE 2053517A1 DE 19702053517 DE19702053517 DE 19702053517 DE 2053517 A DE2053517 A DE 2053517A DE 2053517 A1 DE2053517 A1 DE 2053517A1
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Description

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-■■ · PHN- 4415- ■■ PHN- 4415

Anmeldung vom» 30. Okt. 1970Registration dated »Oct. 30, 1970

Vorrichtung zur Speisung einer Gas- und/oder Dampfentladungslampe Device for supplying a gas and / or vapor discharge lamp

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Niederdruck-Gas- und/oder Dampfentladungslampe, wobei zwei Eingangsklemmen der Vorrichtung durch eine Reihenschaltung mindestens der Lampe und eines Schaltelementes verbunden sind und das Schaltelement mit einer Steuervorrichtung verbunden ist, die dieses Schaltelement derart steuert, daß ein intermittierender Strom durch die Lampe fließt, wobei einem Zeitintervall von ¥ Sekunden, während dem die Lampe von Strom durchflossen wird, ein wenigstens gleich langes, praktisch stromloses Zeitintervall von R Sekunden folgt. "The invention relates to a device with a low pressure gas and / or vapor discharge lamp, two input terminals of the device being connected in series at least the lamp and a switching element are connected and the switching element is connected to a control device which controls this switching element in such a way that an intermittent current flows through the lamp, with a time interval of ¥ seconds, during which the lamp is traversed by current, at least one an equally long, practically currentless time interval of R seconds follows. "

Unter Niederdruck wird hier ein Druck von maximal 150 Torr verstanden.Low pressure is understood here to mean a pressure of a maximum of 150 Torr.

Eine bekannte Vorrichtung der erwähnten Art ist z. B. in der französischen Patentschrift 1 456 460 beschrieben. Ein Vorteil dieser bekannten Vorrichtung ist eine verhältnismäßig hohe Lichtausbeute (z. B. in Lumen/Watt). In der in dieser französischen Patentschrift beschriebenenA known device of the type mentioned is, for. B. in French patent 1,456,460. One advantage of this known device is a relatively high light output (e.g. in lumens / watt). In that described in this French patent

PHN 4415PHN 4415

Xr -Z-Xr -Z-

109821/1323109821/1323

AusfUhrungsforra 1st die Zeit W gleich der Zeit R. WennExecution form is the time W equal to the time R. If

W zur Erhöhung der Lichtausbeute das Verhältnis kleiner als 1/2 gewählt werden würde, während die Larapenleistung (in Watt) konstant gehalten wird, könnten die Stromspitzen eine so hohe Intensität aufweisen, daß Material von den Lampenelektroden schnell zerstäuben würde, wodurch die Lebensdauer der Lampe beeinträchtigt werden würde.W to increase the light output, the ratio would be chosen to be less than 1/2, while the larapen output (in watts) is kept constant, the current peaks could have such a high intensity that material would quickly sputter off the lamp electrodes, affecting the life of the lamp would.

Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die Lichtausbeute der Entladungslampe sehr hoch ist und die Lebensdauer dieser Lampe lang ist.The aim of the invention is to create a device in which the light output of the discharge lamp is very high and the life of this lamp is long.

Eine Vorrichtung eingangs erwähnter Art ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzielen einer die Lichterzeugung günstigen Bedingung der Druck in dem Entladungsraum mindestens 4 Torr beträgt und außerdem so hoch 1st, daß die Bedingung Cg < &D erfüllt wird, wobei das Verhäktnis W/(W + R) < 0,4 ist und die Dauer einer Periode W + R der Lampenspeisung einen Wert zwischen 2 π . Zg und 2 π . T^ aufweist, wobei Tg die Energierelaxationszeit (in Sekunden) und Lj3 die Diffusionszeit (in Sekunden) der Elektronen Im Entladungsraum darstellen.According to the invention, a device of the type mentioned at the beginning is characterized in that, in order to achieve a condition favorable to light generation, the pressure in the discharge space is at least 4 Torr and, moreover, is so high that the condition Cg <& D is met, the ratio W / (W + R) <0.4 and the duration of a period W + R of the lamp supply has a value between 2 π. Zg and 2 π. T ^, where Tg represents the energy relaxation time (in seconds) and Lj 3 represents the diffusion time (in seconds) of the electrons in the discharge space.

Unter Energierelaxationszeit wird hier verstanden: Ä . B , wobei A = der mittlere, fraktionelle Energieverlust pro Zusammenstoß eines Elektrons (unter fraktionell wird hier verstanden, daß der Energieverlust in der Energie des Elektrons vor dem Zusammenstoß ausgedrückt ist) und B = die mittlere Anzahl von Zusammenstößen eines Elektrons mit anderen Nichtelektronenteilchen im Entladungsraum pro Sekunde ist.Energy relaxation time is understood here to mean: Ä. B, where A = the mean, fractional energy loss per collision of an electron (under fractional becomes here understood that the energy loss is expressed in the energy of the electron before the collision) and B = the mean number of collisions of an electron with other non-electron particles in the discharge space per second is.

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Unter Diffusionszeit wird hier die Zeit (in Sekunden) verstanden, die ein Elektron durchschnittlich braucht, um die Wand des Entladungsraums zu erreichen.Diffusion time is understood here as the time (in seconds) that an electron needs on average, to reach the wall of the discharge space.

Ein Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung ist der, daß die Lichtausbeute sehr hoch sein kann infolge des verhältnismäßig geringen Wertes des Verhältnisses zwischen der Stromführungszeit (W) und der praktisch stromlosen Zeit (R) einerseits und infolge eines bestimmten Bereichs der Periodendauer (W + R) andererseits und dabei dann auch eine Lampe mit einem verhältnismäßig hohen Druck im Entladungsraum zu benützen. Ein weiterer Vorteil ist, daß der verhältnismäßig hohe Druck im Entladungsraum der Zerstäubung der Elektroden entgegenwirkt. Dadurch kann bei einer Vorrichtung nach der Erfindung die Lampe auch eine lange Lebensdauer haben.An advantage of the device according to the invention is that the light output can be very high as a result of the relatively low value of the ratio between the current conduction time (W) and the practically currentless Time (R) on the one hand and as a result of a certain range of the period duration (W + R) on the other hand and then also to use a lamp with a relatively high pressure in the discharge space. Another advantage is that the relatively high pressure in the discharge space counteracts the sputtering of the electrodes. This can in a device according to the invention, the lamp also have a long service life.

Der Erfindung unterliegt weiterhin die Erkenntnis, daß bei der gewählten Periodendauer W + R das Elektronengas während des stromlosen Zeitintervalles infolge Zusammenstöße abkühlt, bis es die Temperatur des neutralen Gases erreicht hat, während in diesem Zeitintervall die Elektronenkonzentration nur wenig verringert ist. Das Maß der Konzentrationsverringerung wird durch die Diffusionszeit bestimmt, die langer ist als das ZeitintervallThe invention is also based on the knowledge that with the selected period W + R the electron gas cools during the currentless time interval as a result of collisions until it has reached the temperature of the neutral gas, while the electron concentration is only slightly reduced in this time interval. The degree of the reduction in concentration is determined by the diffusion time L · which is longer than the time interval

W + R
, während das Maß der Verringerung der mittleren Elektronenernergie durch die Energierelaxationszeit Cg bestimmt wird, die kürzer ist als das Zeitintervall
W + R
, while the amount of decrease in the mean electron energy is determined by the energy relaxation time Cg, which is shorter than the time interval

W + R
2 η *
W + R
2 η *

Der einem stromlosen Zeitintervall folgende Stromimpuls erhitzt das Elektronengas wieder und es zeigt sich dabei, daß eine verhältnismäßig große Anzahl schneller ElektronenThe current pulse following a currentless time interval heats the electron gas again and it is shown that that a relatively large number of fast electrons

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erhalten wird, d. h., eine größere Anzahl als unter einem entsprechenden Verhältnis bei Gleichstrombetrieb der Lampe durch den gleichen mittleren Strom. Der Wirkungsgrad einer Gasentladung wird bei der Anwesenheit einer verhältnismäßig größeren Anzahl schneller Elektronen günstig beeinflußt.is obtained, d. i.e., a greater number than under one corresponding ratio for direct current operation of the lamp by the same average current. The efficiency of a Gas discharge is favorably influenced in the presence of a relatively large number of fast electrons.

Der Entladungsraum kann z. B. ein Edelgas, z. B. Argon, und/oder ein Metall, z. B. Quecksilber, enthalten.The discharge space can, for. B. a noble gas, e.g. B. argon, and / or a metal, e.g. B. mercury.

Bei einer vorteilhaften AusfUhrungsform der Erfindung, bei der das Gas im Entladungsraum Neon ist, beträgt der Neondruck 5 bis 25 Torr und ist das Verhältnis maximal 0,3 und liegt die Dauer W + R einer Perlode der Lampen-In an advantageous embodiment of the invention, at which is the gas in the discharge space is neon, the neon pressure is 5 to 25 Torr and the ratio is maximum 0.3 and the duration W + R of a perlode of the lamp

—5 —5 speisung zwischen 4.10 ^ und 50.10 ^ see.—5 —5 feeding between 4.10 ^ and 50.10 ^ see.

Diese bevorzugte Vorrichtung hat den Vorteil, daß die erzielbare Lichtausbeute bei einem passend gewählten Druck sogar sechsmal die einer Lampe mit Gleichstromspeisung betragen kann (bei gleicher Lampenleistung).This preferred device has the advantage that the achievable light output with a suitably selected Pressure can even be six times that of a lamp with direct current supply (with the same lamp power).

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the drawing; show it:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung einer Vorrichtung nach der Erfindung;1 shows a circuit arrangement of a device according to the invention;

Fig. 2 eine andere AusfUhrungsform des SchaltteiJLes der Vorrichtung;Fig. 2 shows another embodiment of the switching part of the Contraption;

Fig. 3 eine weitere Ausbildung des Schaltteiles £er Vorrichtung. Fig. 3 shows a further embodiment of the switching part £ he device.

In Fig. 1 bezeichnen 1 und 2 Anschlußklemmen für Gleichspannungsquelle von z. B. 200 V. Die Klemmten 1In Fig. 1 1 and 2 designate terminals for DC voltage source of z. B. 200 V. The clamped 1

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eineone

und 2 sind durch eine Reihenschaltung einer Entladungslampe 3, eines Vorschaltwiderstandes 4 und der Hauptelektroden eines Transistors 5 miteinander verbunden. Die Basis des Transistors ist mit einem Impulsgenerator verbunden. Auch ein Verbindungspunkt der Lampe 3 und des Emitters des Transistors 5 ist mit dem Impulsgenerator 6 verbunden. Der Impulsgenerator 6 wird über Anschlußklemmen 7 und 8 gespeist, die an ein Wechselstromnetz von 220 V, 50 Hz angeschlossen sind.and 2 are connected in series with a discharge lamp 3, a ballast resistor 4 and the main electrodes of a transistor 5 connected to one another. The base of the transistor is connected to a pulse generator tied together. There is also a connection point between the lamp 3 and the emitter of the transistor 5 and the pulse generator 6 tied together. The pulse generator 6 is fed via terminals 7 and 8, which are connected to an alternating current network from 220 V, 50 Hz are connected.

Der Impulsgenerator 6 ist derart eingestellt, daß Impulse mit einer Dauer von etwa 25/usec erzeugt werden, wobei λ jedem Impuls eine Ruhezeit von etwa 100/usec folgt.The pulse generator 6 is set in such a way that pulses with a duration of about 25 / usec are generated, with λ each pulse being followed by a rest time of about 100 / usec.

Die Lampe 3 ist eine Neonlampe mit einer Brennspannung von etwa 150 V (bei Gleichspannungsspeisung). Die Länge dieser Lampe ist etwa 750 mm und der Durchmesser ist 36 mm. Der Druck des Neongases ist etwa 10 Torr. Das Elektrodenmaterial ist Wolfram mit einem Bariumoxydüberzug. The lamp 3 is a neon lamp with an operating voltage of about 150 V (with direct voltage supply). The length this lamp is about 750mm and the diameter is 36mm. The pressure of the neon gas is about 10 torr. That The electrode material is tungsten with a barium oxide coating.

In diesem praktischen Falle ist die Frequenz etwa 8000 Hz. Tn ist in diesem Falle etwa 1000/usec und TE etwa 2,5/Usec. Die Summe W + R ist etwa 125/Usec. Die Bedingung, daß W + R zwischen 2 π . Tn und 2 π . L „ liegenIn this practical case, the frequency is about 8000 Hz. In this case, T n is about 1000 / usec and T E is about 2.5 / usec. The sum W + R is about 125 / Usec. The condition that W + R is between 2 π. T n and 2 π. L "lie

w soll, wird somit erfüllt. Ferner ist = 0,2. w soll is thus fulfilled. Furthermore = 0.2.

Zum Vergleich mit anderen Speisungen der Lampe zeigt die untenstehende Tabelle die Daten einer normalen Gleichstromapeisung und eines Zustandes, bei dem =0,5 ist, und schließlich eines Zustandes, bei dem = 0,2. Letzterer Fall ist ein Beispiel entsprechend der Erfindung. Die Tabelle zeigt die Resultate, bei einer Lampe mit einem Druck des Neongases von 10 Torr und beiFor comparison with other sources of the lamp, the table below shows the data for a normal DC current supply and a state in which = 0.5, and finally a state in which = 0.2. The latter case is an example according to the invention. The table shows the results for a Lamp with a pressure of neon gas of 10 torr and at

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einer vergleichbaren Lampe mit einem Druck des Neons von 5 Torr. Die Zahlen der Tabelle zeigen die relativen Lumenwerte der Lampe bei den unterschiedlichen Zuständen in Prozentsätzen des Lumenwertes der 5-Torr Lampe mit Gleichstrombetrieb. (Der Lumenwert letzterer Lampe bei Gleichstromspeisung war etwa 540 Lumen bei einer aufgenommenen Lampenleistung von 45 Watt). Die Frequenz der in den beiden rechten Spalten angegebenen Fällen war stets 8 KHz. In allen in der Tabelle angegebenen Fällen war die Lampenleistung 45 Watt.a comparable lamp with a print of neon from 5 torr. The numbers in the table show the relative lumen values of the lamp in the different states as a percentage of the lumen value of the 5-Torr lamp with direct current operation. (The lumen value of the latter lamp at Direct current feed was about 540 lumens with a consumed lamp power of 45 watts). The frequency of the the cases given in the two right-hand columns were always 8 KHz. In all cases indicated in the table the lamp power was 45 watts.

Druckpressure GleichstromspeisungDC power supply WW. WW. WW. W n o W no 5 Torr
10 Torr
5 torr
10 torr
100
50
100
50
+ R 0>5 + R 0> 5 + R u'*-+ R u '* -
120
180
120
180
200
300
200
300

Aus diesen Resultaten ergibt sich, daß eine Lampe nach der Erfindung (siehe letzte Spalte) eine höhere Lichtausbeute (z. B. in Lumen/Watt) aufweist. Weiter zeigt diese Tabelle, daß bei einem höheren Druck die Zunahme der Lichtausbeute noch größer ist als bei einem niedrigen Druck. Dieser höhere Druck bringt weiterhin eine geringere Zerstäubung von Elektrodenmaterial der Lampe mit sich.From these results it can be seen that a lamp according to the invention (see last column) has a higher luminous efficiency (e.g. in lumens / watt). This table also shows that the higher the pressure, the higher the pressure the light output is even greater than at a low pressure. This higher pressure still brings a lower one Sputtering of electrode material of the lamp with it.

Die Lebensdauer der Lampen in einer Vorrichtung nach der Erfindung war nicht kurzer als die übliche Lebensdauer bekannter Entladungslampen bei Gleichstrombetrieb.The life of the lamps in a device according to the invention was not shorter than the usual life known discharge lamps with direct current operation.

Wenn die Lampe durch ein Niederfrequenz-Wechselstromnetz gespeist werden soll, kann der Transistor 5' in eineWhen the lamp through a low-frequency alternating current network is to be fed, the transistor 5 'can be converted into a

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Gleichrichterbrücke (Dioden 10 bis 13) nach Fig. 2 aufgenommen werden. In Fig. 2 bezeichnet 31 die zu speisende Lampe und 61 den Impulsgenerator.Rectifier bridge (diodes 10 to 13) according to FIG. 2 are included. In Fig. 2, 3 1 denotes the lamp to be fed and 6 1 the pulse generator.

Bei Speisung aus einem Niederfrequenz-Wechselstromnetz könnten auch zwei Transistoren verwendet werden, die in zueinander parallele Zweige aufgenommen sind und entgegengesetzte Durchlaßrichtungen aufweisen. Dies ist in Fig. veranschaulicht. Die Transistoren sind mit 15 und 16 bezeichnet. In Reihe mit dem Transistor 15 ist eine Diode 17 und in Reihe mit dem Transistor 16 eine Diode 18 eingeschaltet. Die Basen der Transistoren 15 und 16 sind mit a einem Impulsgenerator 6!l verbunden. Auch die Emitter der beiden Transitoren sind mit dem Impulsgenerator 6'' verbunden. Die zu speisende Lampe ist mit 311 bezeichnet. Die Dioden 17 und 18 dienen zum Schützen der Transistoren.When feeding from a low-frequency alternating current network, two transistors could also be used which are accommodated in branches parallel to one another and have opposite forward directions. This is illustrated in FIG. The transistors are labeled 15 and 16. A diode 17 is switched on in series with transistor 15 and a diode 18 in series with transistor 16. The bases of transistors 15 and 16 are connected to a l a pulse generator 6!. The emitters of the two transistors are also connected to the pulse generator 6 ″. The lamp to be powered is labeled 3 11. The diodes 17 and 18 serve to protect the transistors.

In den Fällen nach den Fig. 2 und 3 folgt einer Anzahl von Stromimpulsen mit darauf erfolgenden RuheIntervallen durch die Lampe in einer Richtung eine Anzahl von Stromimpulsen mit darauf erfolgenden Ruheintervallen durch die Lampe in der anderen Richtung. Dies ist darauf zurückzuführen, daß hier der Strom von einer Niederfrequenz-Wechselstromquelle' mit einer Frequenz von weniger als 100 Hz geliefert wird; die Impulsgeneratoren aber be- ( In the cases of Figures 2 and 3, a number of current pulses followed by rest intervals through the lamp in one direction are followed by a number of current pulses followed by rest intervals through the lamp in the other direction. This is due to the fact that here the power is supplied by a low frequency AC power source with a frequency of less than 100 Hz; but the pulse generators load (

treiben die Transistoren mit einer erheblich höheren Frequenz (etwa 8000 Hz).drive the transistors at a much higher frequency (around 8000 Hz).

In den beschriebenen Beispielen betreibt ein Impulsgenerator stets einen Lampenkreis. Es ist jedoch möglich, einen Impulsgenerator mehr als einen Lampenkreis (z. B. durch die Reihenschaltung 1, 4, 5, 3, 2 in Fig. 1 angegeben) betreiben zu lassen, so daß zur Speisesteuerung einer Gruppe von Lampen nur ein Impulsgenerator benutzt wird.In the examples described, a pulse generator always operates a lamp circuit. However, it is possible a pulse generator more than one lamp circuit (e.g. indicated by the series connection 1, 4, 5, 3, 2 in Fig. 1) operate so that only one pulse generator is used to control the supply of a group of lamps will.

Patentansprüche: 109821/1323 Claims : 109821/1323

Claims (4)

PatentansprücheClaims ί\ϊ Vorrichtung mit einer Niederdruck-Gas- und/oder Dampfentladungslampe, wobei zwei Eingangsklemmen der Vorrichtung durch eine Reihenschaltung mindestens der Lampe und eines Schaltelementes verbunden sind und das Schaltelement mit einer Steuervorrichtung verbunden ist, die dieses Schaltelement derart steuert, daß die Lampe von einem intermittierenden Strom durchflossen wird, wobei einem Zeitintervall von W Sekunden, während dem die Lampe von Strom durchflossen wird, ein wenigstens,gleich langes, praktisch stromloses Zeitintervall von R Sekunden folgt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzielen einer die Lichterzeugung günstigen Bedingung der Druck im Entladungsraum mindestens 4 Torr beträgt und außerdem so hoch ist, daß die Bedingung T„ < tD erfüllt wird, wobei das Verhältnis ί \ ϊ Device with a low-pressure gas and / or vapor discharge lamp, wherein two input terminals of the device are connected by a series connection of at least the lamp and a switching element and the switching element is connected to a control device that controls this switching element in such a way that the lamp of an intermittent current is flowed through, with a time interval of W seconds, during which the lamp is flowed through by current, followed by an at least equally long, practically currentless time interval of R seconds, characterized in that to achieve a condition favorable to light generation, the pressure im Discharge space is at least 4 Torr and is also so high that the condition T "< t D is met, where the ratio kleiner als 0,4 ist und die Dauer einer Periodeis less than 0.4 and the duration of one period w + Rw + R W + R der Lampenspeisung einen Wert zwischen 2 π . L- und 2 π . LD aufweist, wobeiW + R of the lamp supply has a value between 2 π. L- and 2 π. L D , where TE die Energierelaxationszeit (in Sekunden) und ~D die Diffusionszeit (in Sekunden) der Elektronen im Entladungsraum darstellen.T E is the energy relaxation time (in seconds) and ~ D is the diffusion time (in seconds) of the electrons in the discharge space. 2. Vorrichtung mit einer Entladungslampe nach Anspruch 1, wobei das Gas im Entladungsraum Neon ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Neons etwa 5 bis 25 Torr beträgt und maximal 0,3 ist und die Dauer W + R einer Periode der Lampenspeisung zwischen 4.1O-5 und 5Ο.1Ο"5 see. liegt.2. Device with a discharge lamp according to claim 1, wherein the gas in the discharge space is neon, characterized in that the pressure of the neon is about 5 to 25 Torr and is a maximum of 0.3 and the duration W + R of a period of lamp supply between 4.1 O -5 and 5Ο.1Ο " 5 see. 3. Vorrichtung mit einer Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2 zum Anschluß an ein Wechselspannungsnetz3. Device with a discharge lamp according to claim 1 or 2 for connection to an AC voltage network 1 0982 1/13231 0982 1/1323 mit einer Frequenz von weniger als 100 Hz, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement aus einem Transistor (5f) besteht, der in eine Diagonale einer Gleichrichterbrücke (10 bis 13) eingeschaltet ist.with a frequency of less than 100 Hz, characterized in that the switching element consists of a transistor (5 f ) which is connected in a diagonal of a rectifier bridge (10 to 13). 4. Vorrichtung mit einer Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2 zum Anschluß an ein Wechselspannungsnetz mit einer Frequenz von weniger als 100 Hz, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement aus der Kombination von zwei Transistoren (15,16) besteht, welche in zwei parallele Zweige aufgenommen sind und eine entgegengesetzte Durchlaßrichtung aufweisen. "4. Device with a discharge lamp according to claim 1 or 2 for connection to an AC voltage network with a frequency of less than 100 Hz, characterized in that the switching element consists of the combination of two transistors (15,16), which in two parallel branches are added and have an opposite direction of passage. " 109821/1323109821/1323 tata LeerseiteBlank page
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