DE2849641A1

DE2849641A1 - Waage

Info

Publication number: DE2849641A1
Application number: DE19782849641
Authority: DE
Inventors: Donald Butler Curchod
Original assignee: NORTRON CORP
Current assignee: NORTRON CORP
Priority date: 1977-11-30
Filing date: 1978-11-16
Publication date: 1979-05-31
Also published as: GB2009429A; JPS5485066A; US4174760A

Description

PATENTANWAL T E

J. RICHTER F. WERDERMANN

DIPL.-ING. D1PL.-IN6.

R. SPLANEMANN dr. B. REITZNER

DIPL.-INS. DIPL.-CHEM. ZUSEL. VERTRETER BEIM EPA - PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE EPO ■ MANDATAIRES ASREES PRES L'OEB

HAMBURG

•τ-

MÖNCHEN

ZOOO HAMBURG 36 ι den 9. 11. 1978 NEUER WALL1O TEL. (040) 34ΟΟ45 34ΟΟΞ6 TELEGRAMME: INVENTIUS HAMBURG

: N.3465-1-78624 Fl

IHR ZEICHEN:

PATENTANMELDUNG

PRIORITÄT:

30. November 1977

V.St.A.

Ser. No. 855 894

BEZEICHNUNG: Waage

ANMELDER: Nortron Corporation 1150 Morse Avenue Sunnyvale
Kalif. 94086 V.St.A.

ERFINDER: Donald Butler Curchod 23555 Mt. Eden Road Saratoga
Kalif. 95070 V.St.A.

Ingenieur

909822/0607

Konten: Deutsche Bank AQ Hamburg (BLZ 20070000) Konto-Nr. 6/10055 · Postscheckamt Hamburg (BLZ 20010020) Konto-Nr. 262080-201

Die Erfindung betrifft eine Waage, bei der als Meßwertgeber sogenannte Dehnungs- oder Spannungsmesser benutzt werden.

Bekannte, z.B. als Personenwaagen geeignete Waagen mit digitaler Gewichtsanzeige sind problembehaftet. Die meisten der bekannten Waagen dieser Art zeichnen sich durch eine große Anzahl von Dehnungsmessern und einen verwickelten mechanischen Aufbau aus, so daß sie dementsprechend auch hohe Gestehungskosten verursachen.

Außerdem wurde beobachtet, daß je nachdem, an welcher Stelle der Wiegebühne das Gewicht zur Einwirkung gebracht wird, so z.B. in Eckbereichen oder entlang Rändern der Wiegebühne, unterschiedliche Gewichtsanzeigen erhalten werden, d.h. daß die Waagen astabil oder unzuverlässig sind. Dieses Problem konnte bis jetzt bei bekannten Waagen mit Dehnungsmessern als Meßwertgeber nicht ausgeräumt werden.

Durch die Erfindung soll daher eine verbesserte Waage unter Verwendung von Dehnungsmessern als Meßwertgeber geschaffen werden, die unabhängig davon, an welcher Stelle der Wiegebühne das Wiegegutgewicht einwirkt, stets gleichbleibend einen stabilisierten, richtigen Meßwert anzeigt.

Die zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Waage ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch zwei sich mit Abstand überlagernde, in einem gegenseitigen Abstand befindliche Lastaufnahmeebenen bildende Tragkörper, zwischen den beiden Tragkörpern unter einem Winkel zu den beiden Lastaufnahmeebenen ausgerichtete, unter Krafteinwirkung eines auf den oberen Tragkörper aufgebrachten Wiegeguts eine seitliche und zueinander hin gerichtete Verlagerung des einen Tragkörpers in bezug auf den anderen Tragkörper gestattende Biegeglieder, zwischen den beiden Lastaufnahmeebenen angeordnete Dehnungsmesser und durch eine mit den Dehnungsmessern gekoppelte, zur Ermittlung des Gewichts eines auf den oberen Tragkörper auf-

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gesetzten Wiegeguts dienende Gewichtsanzeigevorrichtung.

Bei der vorgeschlagenen Waage werden unterschiedliche Wiegemeßwerte aufgrund der Konstruktion der Waage ausgeschaltet. Das gemessene, tatsächliche Gewicht wird elektrisch oder elektronisch vermittels einer Dxgitalsichtanzexge angezeigt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann außerdem eine Nulleinstellung vorgesehen sein, vermittels welcher die Wiegesichtanzeige bei NichtVorhandensein von Wiegegut auf der Wiegebühne auf den Anzeigewert null einstellbar ist.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Waage wird im nachfolgendem anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung ist bzw. sind

Fig. 1 eine schematische, schaubildliche Ansicht

einer erfindungsgemäß ausgebildeten Waage mit digitaler Sichtanzeige,

Fig. 2 ein den Aufbau der Waage von Fig. 1 veranschaulichender seitlicher Aufrißquerschnitt,

Fig. 3 ein Aufrißquerschnitt eines Endabschnitts der Waage im entspannten oder wiegegutfreien Zustand,

Fig. 4 ein Fig. 3 entsprechender Aufriß der aus

Gründen der Anschaulichkeit im Überlastungszustand dargestellten Waage,

Fig. 5 ein schematisches Schaubild der in Fig. 2 dargestellten Teile der Waage,

Fig. 6 eine schematische Schaltung für die Waage, Fig. 7 ein Teil der Schaltung für die Waage,

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Fig.8A und 8B schematische Seitenansichten weiterer

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Waage,

Fig. 9 eine schaubildliche Schnittansicht der in

Fig. 10 dargestellten weiteren Ausführungsform,

Fig. 10 eine schaubildliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform, und

Fig. 11, 12 "und 13 schematische, endseitige Aufrißansichten verschiedener, mit Dehnungsmessern versehener Biegeglieder.

Die in Fig. 1 im zusammengebauten Zustand dargestellte Waage 10 umfaßt eine schalenförmige äußere Abdeckung 11, welche die nachfolgend beschriebenen Waagenteile übergreift und abdeckt. Die Waage 10 umfaßt außerdem ein Fenster für die Digitalsichtanzeige 12, vermittels welcher das Gewicht eines auf die Waage aufgebrachten Wiegeguts zur Anzeige gebracht wird.

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich, umfaßt die Waage 10 zwei Tragkörper, welche beispielsweise aus biegesteifen Platten 13 und 14 bestehen, die sich mit geringem Abstand überlagern, wobei die obere Platte in bezug auf die untere Platte seitlich versetzt ist. Verhältnismäßig schmale Biegeglieder 16, 17, die normalerweise aus Stahl hergestellt sind, sind vermittels Bolzen oder anderer Befestigungsmittel starr mit den schräg verlaufenden, einander parallelen Plattenendflächen 18, 19 und 21, 22 verbunden, wobei die Biegeglieder 16, 17 in im wesentlichen zueinander parallelen Ebenen und unter einem Winkel zu den einander parallelen Lastaufnahmeebenen der Platten 13, 14 verlaufen. Die Platte 13 trägt dann die auf sie aufgesetzte schalenförmige Abdeckung 11.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, weisen die Biegeglieder 16, 17 eine verhältnismäßig geringe Breite χ in bezug auf die Breite

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γ und die Länge ζ der Platten 13, 14 auf, so daß die Biegeglieder 16, 17 eine möglichst geringe Verwindeneigung aufweisen und normalerweise nur eine Biegung in der Ebene des gebildeten Parallelogramms ausführen können. Die Breite χ der Biegeglieder 16, 17 beträgt großenordnungsmäßig weniger als die halbe Breite y und/oder die halbe Länge ζ der Platten 13, 14 und verhindert somit ein Verwinden oder Verkippen, so daß die Platte 13 in bezug auf die Platte 14 nur eine Parallelverlagerung ausführen kann. Bei ihrer Biegebewegung wirken die Biegeglieder 16, 17 auf die Dehnungsmesser 23, 24 ein, welche an dem Biegeglied 17 angeordnet sind.

Die Dehnungs- oder Spannungsmesser wie z.B. die Dehnungsmesser 23, 24 sind auf der Außenseite eines der beiden Biegeglieder 16, 17 angebracht und dienen dazu, bei Einwirkung eines Gewichts über die Abdeckung 11 auf die obere Platte 13 ein entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen.

Eine mit den Dehnungsmessern 23, 24 gekoppelte Gewichtsanzeigevorrichtung dient in der nachstehend beschriebenen Weise zur Ermittlung des Gewichts eines auf der oberen Platte 13 befindlichen Wiegeguts. Die Gewichtsanzeigevorrichtung umfaßt eine Digitalsichtanzeige 12, vermittels welcher die Größe des gemessenen Gewichts dem Benutzer der Waage sichtbar angezeigt wird.

Da sich die Biegeglieder 16, 17 wie aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich unter einem Neigungswinkel in bezug auf die Lastaufnahmeebenen der Platten 13, 14 befinden, sind die Biegeglieder wie z.B. das Biegeglied 17 im unbelasteten Zustand, d.h. bei NichtVorhandensein von Wiegegut auf der Wiegebühne, wie dargestellt entspannt. Bei Einwirkung eines Gewichts auf die obere Platte 13 verursacht jedoch die in Pfeilrichtung 26 wirkende Kraftkomponente, daß sich das obere Ende des Biegeglieds 17 in der dargestellten Weise nach rechts verlagert.

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so daß das Biegeglied 17 im Bereich der Dehnungsmesser 23, 24 eine S-förmige Formgebung annimmt.

Unter Krafteinwirkung der hier beschriebenen Art liefern Dehnungsmesser bekanntlich analoge elektrische Signale, deren Größe von ihrem Verformungsgrad abhängig ist.

Der in Fig. 6 dargestellte Schaltkreis 25 umfaßt eine Spannungsquelle 27, die z.B. aus Trockenbatterien besteht und über die Leitungen 28 und 29 mit der Schaltung verbunden ist. Leitungen 29, 30 führen zu einer Brückenschaltung 32, wobei ein in an sich bekannter Weise ausgebildeter Schalter 31 die Leitung 30 bei Aufbringen eines Wiegeguts auf die obere Platte 13 mit der Leitung 28 verbindet und somit den Schaltkreis 25 einschaltet .

In zwei Zweigen der Brückenschaltung 32 liegen die Dehnungsmesser 23, 24, und die beiden anderen Zweige weisen die Widerstände 33, 34 auf. Der Widerstand 34 ist dabei als Regelwiderstand ausgebildet zum Zwecke der Nulleinstellung bei Nichtvorhandensexn von Wiegegut auf der Waage.

Entsprechend der Darstellung von Fig_e 7 kann auch eine Abgleichsbrückenschaltung 47 mit in zwei Brückenzweigen angeordneten Dehnungsmessern 48, 49 vorgesehen sein, wobei die Enden der anderen beiden Brückenzweige über ein Potentiometer

50 miteinander verbunden sind. Durch Verstellen des Abgreifers

51 läßt sich somit die durch den Buchstaben V angedeutete Brückenausgangsspannung verändern. Diese Abgleichsbrückenschaltung 47 kann anstelle der Brückenschaltung 32 im Schaltkreis 25 eingesetzt werden. Die Spannung wird an die Brückenschaltung 47 über die Leitungen 3 0" und 29' angelegt.

Das Ausgangssignal der Brückenschaltung 32 erscheint an den Leitungen 36, 37 und wird entsprechend Fig. 6 über eine Leitung

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38 und einen Verstärker 39 einem Analog-Digital-Wandler 41 von bekannter Ausführung zugeführt. Das Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 41 in der Leitung 42 ist dann ein das auf der Waage befindliche Gewicht anzeigendes Digitalsignal. Dieses Ausgangssignal wird einer Kodierschaltung 43 bekannter Ausführung zugeführt, vermittels welcher das digitale Eingangssignal kodiert und in Leitung 44 ein entsprechendes Ausgangssignal zur Ansteuerung eines elektrischen Digitalsichtanzeigeelements 46 erhalten wird. Das Digitalsichtanzeigeelement 46 kann aus einem 3-1/2-stelligen Siebensegment-Halbleiter-Bauelement bestehen.

Vermittels des Regelwiderstands 34 läßt sich die Waage wie oben erwähnt auf null einstellen. Vermittels eines von Hand betätigbaren Schalters 52 kann die Leitung 28 mit der Brückenschaltung 32 verbunden werden, um den Schaltkreis auch dann einzuschalten, wenn sich kein Gewicht auf der oberen Platte 13 befindet, damit das Digitalsichtanzeigeelement 46 vermittels des Regelwiderstands 3 4 auf den Anzeigewert null eingestellt werden kann.

Die Dehnungsmesser 23, 24 befinden sich an entgegengesetzten Enden des Biegebereichs des Biegeglieds 17, so daß sich Ausgangssignale von der Kraftkomponente in Pfeilrichtung 53 von Fig. 4 aufheben. Die Dehnungsmesser 23, 24 können auch auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sein und zusammen wie ein einzelner Dehnungsmesser eingesetzt werden. Der vorstehend beschriebene einfache Aufbau verleiht der Waage eine besonders hohe Steifigkeit, die bei bekannten Waagen dieses Typs nicht anzutreffen ist. Außerdem bildet die Waage eine stabile Wiegebühne, bei der das Wiegegut an jeder beliebigen Stelle auf die Oberseite der Platte 13 aufgesetzt werden kann, ohne daß sich dadurch die Anzeige des Digitalsichtanzeigeelements 46 verändern würde. Die als Verbindungen dienenden Biegeglieder 16, 17 bewirken eine Biegesteifigkeit in seit-

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licher Richtung, so daß sich die obere Platte in bezug auf die untere Platte nicht verwinden oder verkippen kann, wobei sich die beiden Biegeglieder aufgrund der Parallelogrammanordnung gemeinsam verbiegen. Die einzige Wirkkraft beim Wiegevorgang ist daher die durch den Pfeil 26 angedeutete Kraftkomponente, durch welche die Biegeglieder 16, 17 ab- oder durchgebogen werden.

Aufgrund der Verwendung der verhältnismäßig schmalen Biegeglieder 16; 17, deren Breite χ größenordnungsmäßxg weniger als die halbe Breite y oder die halbe Länge ζ der Platten 13, 14 beträgt, ist möglich, die Waage an nur einem Biegeglied mit Dehnungsmessern zu versehen und dabei trotzdem und unabhängig davon, an welcher Stelle sich das Gewicht oder Wiegegut auf der Platte 13 befindet, eine genaue Gewichtsmessung zu erzielen.

In jedem Falle sollten die Biegeglieder 16, 17 im Vergleich zur Breite der Platten 13, 14 verhältnismäßig schmal ausgebildet seih. . Ein bevorzugtes Breitenverhältnis ist beispielsweise eine Breite von etwa 5 cm für die Biegeglieder 16, 17 und eine Breite von etwa 20 cm für die Platte 13. Vorzugsweise beträgt außerdem der Neigungswinkel der Biegeglieder 16, 17 gegenüber der Senkrechten größenordnungsmäßxg 30°. Je größer dieser Winkel gemacht wird, desto empfindlicher wird die Waage.

Entsprechend der in Fig. 8A dargestellten Ausführungsform sind zwei Tragkörper 53, 54 endseitig vermittels Biegegliedern 56, 57 zu einer Parallelogrammanordnung verbunden, wobei sich die Lastaufnahmeebene 58 unter Gewichtseinwirkung näher zur Tragkörperebene 59 des Tragkörpers 54 hin verlagert.

Die Biegeglieder 56, 57 sind auch hier wiederum zwischen der Lastaufnahmeebene 58 und der in einem Abstand von dieser, darunter befindlichen Tragkörperebene 59 angeordnet, wobei

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. 43-

sich die eine Ebene 58 unter der Einwirkung eines Gewichts oder Wiegeguts auf den oberen Tragkörper 53 in seitlicher Richtung und näher zu dem anderen Tragkörper 54 hin verlagert.

Bei der in Fig. 8A dargestellten Ausführung sind die Dehnungsmesser nicht an den Biegegliedern 56, 57, sondern zwischen den Ebenen 58, 59 angeordnet. Zu diesem Zweck ist ein einen Dehnungsmesser 62 tragendes Biegeelement 61 zwischen den beiden Ebenen 58, 59 frei vorkragend an einer blockförmigen Halterung 63 gehalten, wobei ein von dem oberen Tragkörper 53 nach unten vorstehender, feststehender Stößel 64 zur Verformung des Biegelements 61 und Beaufschlagen des Dehnungsmessers 62 dient.

Bei der abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 8B ist der Dehnungsmesser 62' ebenfalls zwischen den beiden Tragkörpern 53' und 54' an einem von einer Halterung 63' vorstehenden Biegeelement 61' gehalten. Das Biegeelement 61' erstreckt sich im entspannten Zustand in einer etwa dem Biegeglied 56' parallelen Richtung und ist durch einen vom oberen Tragkörper 53' schräg nach unten vorstehenden, etwa senkrecht zur Ebene des Biegeelements 61' ausgerichteten Stößel 64' beaufschlagbar.

Die Waage entsprechend der in den Figuren 9 und 10 dargestellten Ausführungsform weist eine obere und eine untere Abdeckung 67 bzw. 68, die jeweils mit einem umlaufenden Seitenflansch versehen sind, auf. Das Wiegegut wirkt auf die jeweils obere Abdeckung ein. Die Abdeckungen 67 , 68 werden vermittels des Waagenkörpers 69 in einem gegenseitigen Abstand gehalten. Der Waagenkörper 69 besteht aus einem einzigen Körper von parallelogrammförmiger Formgebung mit zwei Tragkörperabschnitten 71, 72 und zwei Biegegliedabschnitten 73, 74. Ein am Ende des Biegeglieds 73 angeordneter Dehnungsmesser 76 liefert die Information über den Verforaungsgrad des Biegeglieds 73 bei Aufbringen eines Wiegeguts auf die obere Abdeckung 67.

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Es wurde festgestellt, daß die Biegeglieder wie z.B. die Biegeglieder 17, 56 auch unterschiedliche Formgebung wie z.B. entsprechend den Darstellungen in den Figuren 11, 12 und 13 aufweisen können, wobei jedoch erforderlich ist, daß die Biegeglieder symmetrisch zu ihrer Längsmxttelebene 81 ausgebildet sind. Diese Biegeglieder 77, 78 und 79 weisen wie dargestellt jeweils Dehnungsmesser auf, die sich praktisch gleich weit zu beiden Seiten der zu den Biegegliedern senkrechten Längsmittelebene erstrecken.

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Claims

Patentansprüche :

Waage , gekennzeichnet durch zwei sich mit Abstand überlagernde, in einem gegenseitigen Abstand befindliche Lastaufnahmeebenen bildende Tragkörper (13, 14; 53, 54; 71, 72), zwischen den beiden Tragkörpern unter einem Winkel zu den beiden Lastaufnahmeebenen ausgerichtete, unter Krafteinwirkung eines auf den oberen Tragkörper aufgesetzten Wiegeguts eine seitliche und zueinander hin gerichtete Verlagerung des einen Tragkörpers in bezug auf den anderen Tragkörper gestattende Biegeglieder (16, 17; 56, 57; 73, 74; 77, 78, 79), zwischen den beiden Lastaufnahmeebenen angeordnete Dehnungsmesser (23, 24; 62; 76) und durch eine mit den Dehnungsmessern gekoppelte, zur Ermittlung des Gewichts eines auf den oberen Tragkörper aufgesetzten Wiegeguts dienende Gewichtsanzeigevorrichtung (12, 25).
2. Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Tragkörper aus biegesteifen Platten (13, 14) bestehen, die endseitig mit den Biegegliedern (16, 17) in Form eines mit den Lastaufnahmeebenen im Aufriß parallelogrammförmigen Gebildes verbunden sind, und die Dehnungsmesser (23, 24) an einem Biegeglied (17) angeordnet sind.

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Konten: Deutsche Bank AG Hamburg (BLZ 20070000) Konto-Nr. 6/10055 · Postscheckamt Hamburg (BLZ 20010020) Konto-Nr. 262080-201
3. Waage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeglieder (16, 17) eine Breite in der Größenordnung von weniger als der halben Breite der mit diesen verbundenen Plattenendflächen (18, 19, 21, 22) aufweisen.
4. Waage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Platte (13) als Wiegegutbühne ausgebildet ist, beide Platten (13, 14) zueinander verlaufende, einen Winkel mit der Waagerechten einschließende Endflächen aufweisen, die Biegeglieder mit diesen Endflächen verbunden sind, und die mit den Dehnungsmessern gekoppelte Gewichtsanzeigevorrichtung eine Digitalsichtanzeige (12) für das Gewicht eines auf die obere Platte aufgesetzten Wiegeguts umfaßt.
5. Waage nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtsanzeigevorrichtung (12, 25) zur Nulleinstellung der Digitalsichtanzeige (12, 46) bei Nichtvorhandensein von Wiegegut auf dem oberen Tragkörper dienende Schaltungsmittel (34, 50, 52) umfaßt.
6. Waage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nulleinstellung eine Brückenschaltung (32, 47) mit in ihren Zweigen geschalteten Dehnungsmeßelementen (23, 24; 48, 49) und einem zur Veränderung der Brückenausgangsspannung (V) dienenden Potentiometer (34, 50) umfaßt.
7. Waage nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtsanzeigevorrichtung zur Ermittlung des Wiegegutgewichts dienende elektrische Schaltungselemente (41, 43) umfaßt.
8. Waage nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden biegesteifen Platten (13, 14) in einem kleinen gegenseitigen Abstand gehalten sind, wobei die obere Platte (13) in bezug auf die untere Platte (14) seit-

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lieh versetzt angeordnet ist.
9. Waage nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einen elektrischen Schaltkreis (25) umfassende Gewichtsanzeigevorrichtung vermittels eines bei Aufbringen von Wiegegut auf den oberen Tragkörper, insbesondere die obere Platte, in die Schließstellung, und bei Wegnehmen des Wiegeguts in die Öffnungsstellung betätigbaren Schalters (31) mit einer Spannungsquelle (27) verbindbar bzw. diese Verbindung unterbrechbar ist.
10. Waage nach einem der Ansprüche 2 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmesser(62) nicht an einem Biegeglied (56, 57), sondern zwischen den Tragkörpern (53, 54) angeordnet sind.
11. Waage nach einem der Ansprüche 1 -10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Tragkörper (71, 72) mit den Biegegliedern (73,-74) zu einem einzigen Waagenkörper (69) von parallelogrammförmiger Formgebung zusammengefaßt sind.

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