DE3144029A1 - Vacuum switching tube for interrupting high DC currents - Google Patents
Vacuum switching tube for interrupting high DC currentsInfo
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Abstract
Description
Vakuumschaltröhre zur Unterbrechung hoher Gleichströme.Vacuum interrupter for interrupting high direct currents.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a vacuum interrupter according to the Preamble of claim 1.
Eine derartige Vakuumschaltröhre ist aus der US-PS3950 bekannt.Such a vacuum interrupter is known from US-PS3950.
Elektrochemische Bäder erfordern einen hohen elektrischen Strom bei relativ geringen Spannungen. Gemäß der zitierten Literaturstelle werden bei etwa 5V Ströme bis zu 5000Ampere geschaltet.Electrochemical baths require a high electrical current relatively low tensions. According to the cited reference, approximately 5V currents up to 5000Ampere switched.
Häufig sind jedoch eine Reihe von elektrochemischen Zellen in Serie geschaltet. Zu Wartungszwecken müssen 'die Zellen einzeln stromlos gemacht werden können. Dazu werden die einzelnen Zellen kurzgeschlossen, damit die übrigen, in Serie geschalteten Zellen weiter in Betrieb bleiben können. Dabei treten Betriebsspannungen bis über 50V auf.However, a number of electrochemical cells are often in series switched. For maintenance purposes, the cells must be de-energized individually can. To do this, the individual cells are short-circuited so that the others, in Cells connected in series can continue to operate. Thereby operating voltages occur up to over 50V.
Die DE-OS 2810477 nützt den Potentialanstieg für den Kathodenfall von Vakuumschaltröhren der eingangs beschriebenen Art aus, der bei etwa 20V liegt. Dieser Kathodenfall reicht jedoch zur Abschaltung von Spannungen über 50V nicht aus. Hierzu schlägt die zitierte DE-OS vor, zwei der bekannten Schaltröhren in Serie zu schalten.DE-OS 2810477 uses the potential increase for the cathode fall from vacuum interrupters of the type described above, which is about 20V. However, this cathode drop is not sufficient to switch off voltages above 50V the end. For this purpose, the quoted DE-OS suggests two of the known interrupters in series to switch.
Dadurch verdoppelt sich der Potentialanstieg bzw. die Potentialdifferenz in der unmittelbaren Umgebung der als Kathode anzusehenden Elektrode der Schalter. So wird ein Lichtbogen beim Öffnen der Kontakte vermieden oder zumindest gelöscht.This doubles the potential increase or the potential difference in the immediate vicinity of the electrode to be regarded as the cathode of the switch. This avoids or at least extinguishes an arc when the contacts are opened.
Die genannte DE-OS fordert hierzu einen zweiten parallelen Stromweg, in welchem zumindest ein Vakuumschalter liegt, wobei beim Ausschaltvorgang die zwei in Serie geschalteten Vakuumschalter nach dem parallel liegenden Schalter geöffnet werden.The mentioned DE-OS calls for a second parallel current path, in which there is at least one vacuum switch, the two during the switch-off process Vacuum switch connected in series opened after the parallel switch will.
Infolge des zu schaltenden sehr hohen Gleichstroms ist die Gefahr der Uberhitzung der Schalter sehr groß Insbesondere der Aufbau gemäß dem Stand der Technik ist gegen ÜTberhitzung anfällig, da dort nicht nur die vom Lichtbogen erzeugte Wärme abgeführt werden muß, sondern darüber hinaus die zwei in Serie geschalteten Schalter kurzzeitig den gesamten Bäderstrom aufnehmen müssen Die Aufteilung in zwei oder mehrere Strompfade, von denen nur einer zwei in Serie liegende Schalter aufweist, ist bei den hohen Kosten derartiger Schalter für eine wirtschaftliche Lösung notwendig.As a result of the very high direct current to be switched, there is a danger the overheating of the switches is very great. In particular, the construction according to the prior art Technology is susceptible to overheating, as there is not only that generated by the arc Heat must be dissipated, but also the two connected in series Switches must briefly absorb the entire bath electricity The division into two or several current paths, only one of which has two switches in series, is necessary for an economical solution given the high cost of such switches.
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundiegt, besteht in einer einfacherzuhandhabenden und wirtschaftlicheren Lösung des beschriebenen Schaltproblems Diese Aufgabe wird bei einem Schalter gemäß Oberbegriff durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.The object on which the present invention is based consists in a simpler-to-use and more economical solution to the described switching problem This task is carried out with a switch according to the preamble by the characterizing Part of claim 1 solved.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß man eine einwandfrei arbeitende, kostengünstige Doppelzelle aus zwei als Vakuumschaltröhren arbeitenden Brennkammernherstellen kann und daß die hohe thermische Belastungdurch den Lichtbogen in einer erfindungsgemäßen Anordnung soweit reduziert und so gut abgeführt werden kann, daß die relativ dünne elektrisch leitende Scheibe, die als Mittelelektrode dient, nicht unzulässig erhitzt wird Dabei erfolgt die Wärmeabfuhr eus dieser scheibe im wesentlichen nur über die Elektroden, und zwar wiederum nur bei geschlossenem Schalter. Demgemäß muß die elektrisch leitende Scheibe zumindest die in einem Ausschaltvorgang entstehende Erwärmung speichern können, ohne überhitzt zu werden. Diese Wärmemenge wir\dadurch relativ klein gehalten, daß die Brenndauer für den Lichtbogen möglichst weitgehend verringert wird. Dies erfolgt durch Maßnahmen, die ein gleichzeitiges Abheben der beiden Kontakte von der elektrisch leitenden Scheibe bewirken. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn als Druckfedern Federringe dienen, die auf den beiden Seiten der elektrisch leitenden Scheibe aufgestützt sind und die Kontakte umschließen, wenn die Federringe aus gummielastischem Material gebildet sind und wenn die beiden Federringe gleiche Höhe aufweisen. Ein besonders einfaches Trennen der beim Einschaltvorgang entstehenden geringfügigen Verschweißung der Kontaktflächen wird gewährleistet, indem die Federringe eine entlang ihrem Umfang unterschiedliche Federkraft aufweisen.The invention is based on the knowledge that you have a flawless working, inexpensive double cell consisting of two working as vacuum interrupters Can produce combustion chambers and that the high thermal load caused by the arc in an arrangement according to the invention so far reduced and so well dissipated can that the relatively thin electrically conductive disc, which acts as the center electrode is used, is not heated inadmissibly. The heat is dissipated from this disk essentially only via the electrodes, and again only when it is closed Counter. Accordingly, the electrically conductive disk must at least be in a switch-off process Can store the resulting warming without overheating to become. This amount of heat is kept relatively small because the burning time for the Arc is reduced as much as possible. This is done through measures that a simultaneous lifting of the two contacts from the electrically conductive disk cause. For this purpose, it is advantageous if spring washers are used as compression springs, which are supported on both sides of the electrically conductive disc and the Enclose contacts when the spring washers are made of rubber-elastic material and if the two spring washers have the same height. A particularly simple one Separation of the slight welding of the contact surfaces that occurs during the switch-on process is ensured by the fact that the spring washers are different along their circumference Have spring force.
So wird die Trennung der Kontakte an einer Stelle eingeleitet und breitet sich über eine Keilwirkung sehr schnell über die gesamten Kontaktflächen aus. Die unterschiedliche Federkraft und gleichnäßiSes Abheben der Kontakte wird einfach erreicht, indem die Federringe entlang ihrem Umfang eine unterschiedliche Wandstärke aufweisen und indem die Bereiche gleicher Wandstärke der beiden Federringe in axialer Richtung zueinander fluchtend angeordnet sind.So the separation of the contacts is initiated at one point and spreads very quickly over the entire contact surface via a wedge effect the end. The different spring force and simultaneous lifting of the contacts is easily achieved by the spring washers along their circumference a different Have wall thickness and in that the areas of the same wall thickness of the two spring washers are arranged in alignment with one another in the axial direction.
Die elektrisch leitende Scheibe soll möglichst dünn ausgeführt sein,um einen möglichst kleinen Ubergangswiderstand zu den beiden Elektroden zu gewährleisten. Eine ausreichendeKapazität und ein geringer elektrischer Widerstand des Schalters ist gewährleistet, wenn die elektrisch leiwende Scheibe zwischen 3mm und 6mm stark ist. Die bei 3mm Wand stärke vorhandene Wärmekapazität verhindert bereits eine unzulässige Erwärmung der Scheibe, die einen Löschversagen beim Ausschaltvorgang zur Folge haben könnte.The electrically conductive disk should be made as thin as possible in order to to ensure the smallest possible contact resistance to the two electrodes. Sufficient capacitance and low electrical resistance of the switch is guaranteed if the electrically conductive disc is between 3mm and 6mm thick is. The existing heat capacity at 3mm wall thickness already prevents an impermissible Heating of the pane, which results in failure of the extinguishing system when the system is switched off could.
*Wärme-Eine Schaltröhre der beschriebenen Art läßt sich beispielsweise in einem Vakuumgefäß val:uumdicht verschließen.* Heat-A switching tube of the type described can be used, for example in a vacuum vessel val: u seal tightly.
Für größere Einheiten ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Vakuumröhre außerhalb eines Vakuumgefäßes zusammengebaut werden kann. In diesem Fall wird üblicherweise ein Pumpstengel vorgesehen, durch den die Vakuumkammer des Vakuumschalters nachtrEglich ausgepumpt werden kann.For larger units, however, it is advantageous if the vacuum tube can be assembled outside of a vacuum vessel. In this case, usually an exhaust tube is provided through which the vacuum chamber of the vacuum switch can subsequently be pumped out.
Eine derartige Ausführungsform weist vorteilhaft die Merkmale auf, daß die elektrisch leitende Schicht im außerhalb der Elektroden liegenden Bereich Durchbrüche aufweist. Durch diese Durchbrüche kann die Luft abgepumpt werden. Gemäß unserer Erkenntnis ergibt sich jedoch keine Beeinträchtigung des Schaltvorganges beim Betrieb, es treten keine Entladungen durch diese Durchbrüche hindurch auf, die Spannungsfestigkeit bleibt gewährleistet.Such an embodiment advantageously has the features that the electrically conductive layer is in the area outside the electrodes Has breakthroughs. The air can be pumped out through these openings. According to to our knowledge, however, there is no impairment of the switching process during operation, there are no discharges through these breakthroughs, the dielectric strength remains guaranteed.
Eine besonders kompakte Ausführungsform mit geringem Außendurchmesser ist gegebene indem mit der elektrisch leitenden Schicht zwei isolierende Ringe mechanisch fest und vakuumdicht verbunden sind, indem die isolierenden Ringe über ringförmige gewellte e Membranen mit den Eleko troden vakuumdicht verbunden sind und indem innerhalb dieser Ringe auf beiden Seiten der elektrisch leitenden Schicht Abschirmringe angeordnet sind, welche eine Serie gere Höhe aufweisen, als die isolierenden Ringe Ein gleichzeitiges Abheben der beiden Kontakte von der elektrisch leitfähigen Scheibe ist gewährleistet, indem die Federkraft der Druckfedern so auf die Masse der bei der vorgesehenen Ausschaltungsbewegung zu bewegenden Teile abgestimmt ist, daß beide Kontakte gleichzeitig von der elektrisch leitenden Schicht abheben. Dies kann für den Fall der Bewegung nur eines Kontaktes bedeuten, daß die beiden Druckfedern mit unterschiedlicher Federt kraft ausgebildet sind, da die zu bewegenden Massen in diesem Fall unterschiedlich sind. Besonders vorteilhaft und insbesondere für universellen Einsatz geeignet ist eine Ausführungsform, in der die Masse der elektrisch leitenden Schicht und der mit dieser verbundenen, nicht federnden bzw. nicht gummielastischen Teile gegenüber der Gesamtmasse der Vakuumschaltröhre klein und indem die Vakuumschaltröhre zumindest in bezug auf die Massenverteilung zur elektrisch leitenden Schicht symmetrisch auf- gebaut ist. Bei dieser Ausführungsform spielt die träge Masse der elektrisch leitenden Schicht keine nennenswerte Rolle mehr, ein gleichzeitiges Abheben der Kontakte list sowohl bei Bewegung nur eines Kontaktes als auch bei gleichzeitiger Bewegung beider Kontakte gewährleistet.A particularly compact embodiment with a small outer diameter is given by mechanically insulating two rings with the electrically conductive layer are connected firmly and vacuum-tight by placing the insulating rings over annular Corrugated diaphragms are connected to the electrodes in a vacuum-tight manner and placed inside these rings are arranged on both sides of the electrically conductive layer shielding rings are, which have a series greater than the height of the insulating rings at the same time Lifting of the two contacts from the electrically conductive pane is guaranteed, by applying the spring force of the compression springs to the mass of the intended disconnection movement parts to be moved are matched so that both contacts are electrically connected at the same time Lift off the conductive layer. This can be done in the case of movement of only one contact mean that the two compression springs are formed with different spring force because the masses to be moved are different in this case. Particularly an embodiment is advantageous and particularly suitable for universal use in which the mass of the electrically conductive layer and that connected to it, non-resilient or non-rubber-elastic parts compared to the total mass of the Vacuum interrupter small and by the vacuum interrupter at least with respect to the The mass distribution to the electrically conductive layer is symmetrical built is. In this embodiment, the inertial mass plays the electrically conductive Shift no longer plays a significant role, a simultaneous lifting of the contacts list both when moving one contact and when moving both at the same time Contacts guaranteed.
Eine einfache Ausführungsform mit vorteilhaftem Schaltverhalten und einem hohen Kathodenfall, also einem hohen Potentialanstieg bzw. einer hohen Potentialdifferenz in der unmittelbaren Umgebung der als Kathode anzusehenden Elektrode des Schalters ist gegeben, wenn die Kontaktflächen der Kontakte im wesentlichen aus Kupfer bestehen und ,05% bis 2% Wismut oder Tellur enthalten und wenn die elektrisch leitende Schicht aus Kupfer ohne einen deratrtigen Zusatz besteht und möglichst dünn ausgeführt ist. In diesem Fall kann die hohe elektrische Leitfähigkeitt-des Kupfers voll ausgenützt werden, ohne daß eine Einbuße am Schaltverhalten hingenommen werden muß.A simple embodiment with advantageous switching behavior and a high cathode drop, i.e. a high rise in potential or a high potential difference in the immediate vicinity of the switch's electrode, which is to be regarded as the cathode is given when the contact surfaces of the contacts consist essentially of copper and, 05% to 2% bismuth or tellurium contain and if the electrically conductive layer consists of copper without such an additive and is made as thin as possible. In this case, the high electrical conductivity of copper can be fully utilized without having to accept a loss in switching behavior.
Die Erfindung wird nun anhand einer Figur näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to a figure.
Sie set nicht auf das in der Figur gezeigte Beispiel beschränkt. Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Vakuumschn1tröhre in teilweise geschnittener und gebrochener Ansicht.They are not limited to the example shown in the figure. the Figure shows a vacuum cutting tube according to the invention in partially sectioned and broken view.
Zwei Elektroden 1 und 2 sind zueinander koaxial angeordnet und liegen im eingeschalteten Zustand mit ihren Kontakt:flächen 5 und 6 an den beiden Seiten einer elektrisch leitenden Scheibe 7 an. Mit der elektrisch leitenden Scheibe sind Abschirmringe 9, 10 einstückig und isolierende Ringe 11 und 12 über einen Zwischenring 8 mechanisc-h fest verbunden. Die isolierenden Ringe 11 und 12 bestehen vorzugsweise aus Keramik oder Glas. Der Zwischenring 8 besteht aus einem Metall, welches eine vakuumdichte Werbindung mit den beiden isolierenden Ringen 11 und 12 gewährleistet und mit der elektrisch leitfähigen Scheibe 7 hartverlötet oder verschweißt werden kann. Mit den isolierenden Ringen 11 11 und 12 sind ringförmige gewellte Membranen vakuumdicht verbundene welche ebenfalls vakuumdicht mit den Elektroden 1 und 2 verbunden sind und somit das vakuumdichte Gehäuse vervollständigen.Two electrodes 1 and 2 are arranged coaxially to one another and lie when switched on with their contact: surfaces 5 and 6 on both sides an electrically conductive disk 7. With the electrically conductive disc are Shielding rings 9, 10 in one piece and insulating rings 11 and 12 via an intermediate ring 8 firmly connected mechanically. The insulating rings 11 and 12 are preferably made made of ceramic or glass. The intermediate ring 8 consists of a metal which has a vacuum-tight binding with the two insulating rings 11 and 12 guaranteed and are brazed or welded to the electrically conductive disk 7 can. With the insulating rings 11, 11 and 12 are annular Corrugated membranes connected in a vacuum-tight manner, which are also vacuum-tight with the electrodes 1 and 2 are connected and thus complete the vacuum-tight housing.
Jede der Elektroden 1 und 2 ist in eine ringförmige Anschlußplatte 3 bzw. 4 eingesetzt, vorzugsweise eingepreßt, welche zusammen mit der von außen zugängigen Seite jeder Elektrode eine Anschlußfläche bildet, die eine wesentlich größere Fläche aufweist, als die Kontaktflächen 5 und 6 Dadurch können äußere Anschlüsse mit einer relativ geringen spezifischen Strombelastung der Kontaktflächen angebracht werden.Each of the electrodes 1 and 2 is in an annular terminal plate 3 or 4 used, preferably pressed in, which together with the from the outside accessible side of each electrode forms a pad, which is an essential Has a larger area than the contact surfaces 5 and 6 This allows external connections attached with a relatively low specific current load on the contact surfaces will.
Die ringförmigen Anschlußplatten 3 und 4 sind durch Federringe 15 und 16 aus gummielastischem Material gegen die isolierenden Ringe 11 und 12 und damit auch gegen die elektrisch leitende Scheibe 7 abgestützt. Die Federringe 13 und 14 weisen gleiche Höhe auf und besitzen eine entlang ihrem Umfang unterschiedliche Wandstärke, wobei die Bereiche gleicher Wandstärke in beiden Federringen in axialer Richtung zueinander fluchtend angeordnet sind.The annular connection plates 3 and 4 are secured by spring washers 15 and 16 made of rubber elastic material against the insulating rings 11 and 12 and thus also supported against the electrically conductive disk 7. The spring washers 13 14 and 14 are the same height and different along their circumference Wall thickness, the areas of the same wall thickness in both spring washers in an axial direction Direction are arranged in alignment with one another.
Dadurch entsteht auf einer Seite des Schalters ein erhöhter Federdruck, die beim Einschalten entstehenden geringfügigen Verschweißungen werden in den Umfangbereichen großer Wandstärke der Federringe relativ leicht auseinandergezogen, die so entstehende Keilwirkung gewährleistet ein schnelles Abtrennen der gesamten Kontaktfläche 5 und 6 der Elektroden 1 und 2 von der elektrisch leitenden Scheibe 7.This creates an increased spring pressure on one side of the switch, the slight welds occurring when switching on are in the peripheral areas large wall thickness of the spring washers pulled apart relatively easily, the resulting Wedge effect ensures rapid separation of the entire contact surface 5 and 6 of the electrodes 1 and 2 from the electrically conductive disk 7.
Die elektrisch leitende Scheibe 7 weist eine Stärke zwischen 3mm und 6mm auf Sie verbindet daher einen geringen elektrischen Widerstand mit einer ausreichenden Wärmekapazität zur Aufnahme der beim Ausschalten entstehenden Wärme. Im eingeschalteten Zustand ist ein Abfluß der gespeicherten Wärme über die Elektroden 1 und 2 möglich.The electrically conductive disk 7 has a thickness between 3mm and 6mm on you therefore combines a low electrical resistance with a sufficient one Heat capacity to absorb the heat generated when switching off. Im switched on In this state, the stored heat can flow away via electrodes 1 and 2.
Die Abschirmringe 9 und 10, die mit der elektrisch leitenden Scheibe einstückig verbunden sind, verhindern den Niederschlag von abgedampften Metall auf den isolierenden Ringen 11 und 12 und somit eine Verschlechterung der Isolation im Laufe des Gebrauchs.The shielding rings 9 and 10 with the electrically conductive disc are integrally connected, prevent the deposition of evaporated metal on the insulating rings 11 and 12 and thus a deterioration in the insulation in the course of use.
Die Elektroden 1 und 2 und die elektrisch leitende Scheibe 7 bestehen im wesentlichen aus Kupfer. Lediglich die Kontaktiächen 5 und 6 sind mit 0,5% bis 2% Wismut oder Tellur legiert. Dadurch werden Kontaktverschweißungen beim Einschalten hoher Ströme weitgehend vermieden.The electrodes 1 and 2 and the electrically conductive disk 7 exist essentially made of copper. Only the contact areas 5 and 6 are with 0.5% up to 2% bismuth or tellurium alloyed. This causes contact welds when switching on high currents largely avoided.
Gleichzeitig ergibt sich ein Potentialanstieg für den Kathodenfall von der Größenordnung von 20V. Dadurch bedingt ergibt der gesamte Aufbau eine Spannungsfestigkeit von über 50V.At the same time, there is an increase in potential for the cathode drop of the order of 20V. As a result, the entire structure results in a dielectric strength of over 50V.
Die elektrisch leitfähige Scheibe 7 kann ebenfalls mit Wismut oderTellur dotiert sein. Bei den dünr,en Wandstärken, die erfindungsgemäß bevorzugt werden, ist dies jedoch nicht nötig, die Dotierung der Kontaktflächen der Schaltkontakte reicht für ein einwandfreies Schaltverhalten aus.The electrically conductive disk 7 can also be made with bismuth or tellurium be endowed. With the thin wall thicknesses, which are preferred according to the invention, if this is not necessary, however, the doping of the contact surfaces of the switch contacts is sufficient for perfect switching behavior.
10 Patentansprüche 1 Figur10 claims 1 figure
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19813144029 DE3144029A1 (en) | 1981-11-05 | 1981-11-05 | Vacuum switching tube for interrupting high DC currents |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19813144029 DE3144029A1 (en) | 1981-11-05 | 1981-11-05 | Vacuum switching tube for interrupting high DC currents |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3144029A1 true DE3144029A1 (en) | 1983-05-19 |
| DE3144029C2 DE3144029C2 (en) | 1992-08-20 |
Family
ID=6145729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19813144029 Granted DE3144029A1 (en) | 1981-11-05 | 1981-11-05 | Vacuum switching tube for interrupting high DC currents |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3144029A1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2807810A1 (en) * | 1977-02-23 | 1978-08-24 | Westinghouse Electric Corp | LOW VOLTAGE VACUUM SWITCH |
| DE2936537A1 (en) * | 1978-09-20 | 1980-04-03 | Westinghouse Electric Corp | LOW VOLTAGE VACUUM SWITCH |
-
1981
- 1981-11-05 DE DE19813144029 patent/DE3144029A1/en active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2807810A1 (en) * | 1977-02-23 | 1978-08-24 | Westinghouse Electric Corp | LOW VOLTAGE VACUUM SWITCH |
| DE2936537A1 (en) * | 1978-09-20 | 1980-04-03 | Westinghouse Electric Corp | LOW VOLTAGE VACUUM SWITCH |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3144029C2 (en) | 1992-08-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
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