DE3212939A1 - Axial face seal - Google Patents

Axial face seal

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Abstract

In axial face seals with pairs of rings, in which one ring revolves with the shaft and slides with one front face against the front face of another, non-revolving ring, the revolving slip ring of a pair of rings is made axially displaceable by means of a piston which does not revolve with it and can be displaced axially under the action of a gaseous or liquid pressure medium. Compared with an older proposal, in which the non-revolving supporting ring itself was designed as a piston of this kind, this makes possible the use of inexpensive, commercially available, standard axial face seal elements at least in the region of the stationary supporting ring. <IMAGE>

Description

Axiale GleitringdichtungAxial mechanical seal

Axiale Gleitrinqdichtuna Die Erfindung betrifft axiale Gleitringdichtungen, insbesondere für gegen hohe Betriebsdrücke zu dichtende Wellen, mit Ringpaaren, deren jeweils einer Ring mit der Welle mitläuft und mit seiner einen Stirnfläche an der Stirnfläche eines jeweils anderen, nicht umlaufenden Ringes gleitet.Axial sliding ring seals The invention relates to axial sliding ring seals, especially for shafts to be sealed against high operating pressures, with pairs of rings, one ring of which runs with the shaft and with its one end face slides on the face of a respective other, non-rotating ring.

In der älteren, noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 31 20 185.7 desselben Anmelders ist vorgeschlagen worden, in einer solchen Gleitringdichtung den nicht umlaufenden Grundring eines Ringpaares als unter der Wirkung eines gasförmigen oder flüssigen Druckmittels in einem Dichtungsgehäuse axial verschiebbaren Kolben auszubilden, der den Laufdruck erzeugt. Mit dieser Bauart wurde die Aufgabe gelöst, eine Gleitringdichtung zu schaffen, die für die Abdichtung sowohl von Rührwerkswellen wie von Pumpenwellen auch gegen höchste Drücke geeignet ist, in der Regel schon bei nur einfacher bzw. einfach Axiale Gleitringdichtung einwirkung die Verwendung wesentlicher genormter, auf dem Markt befindli(her Gleitringdichtungsbestandteile, besonders hinsichtlich des nicht mitumlaufenden Grundringes zu ermöglichen, und zwar unter Beibehaltung der Vorteile der erwähnten älter-en Bauart.In the older, not yet published German patent application P 31 20 185.7 by the same applicant has been proposed in such a mechanical seal the non-rotating base ring of a pair of rings than under the action of a gaseous one or liquid pressure medium in a seal housing axially displaceable piston train that generates the running pressure. With this design, the task was solved to create a mechanical seal that is used for sealing both agitator shafts as is usually the case with pump shafts, even against the highest pressures with only simple or simple axial mechanical seal impact the use of essential standardized mechanical seal components that are on the market, especially with regard to the non-rotating base ring, and while maintaining the advantages of the older design mentioned.

Die Lösung dieter Aufgabe liegt gemäß der Erfindung darin, daß bei einer Exialen Gleitringdichtung der erwähnten-Gattung der umlaufende Gleitring eines Ringpaares mittels eines unter der Wirkung eines gasförmigen oder flüssigen Druckmittels axial verschieblichen, nicht mitumlaufenden Kolbens axial verschiebbar ausgebildet ist.The solution dieter object is according to the invention that in an exial mechanical seal of the type mentioned, the rotating seal ring of a Ring pair by means of a pressure medium under the action of a gaseous or liquid pressure medium axially displaceable, non-rotating piston designed to be axially displaceable is.

Hierin ist die Erkenntnis verkörpert, daß der Kolben auch dann nur axial verschieblich und nicht mitumlaufend ausgebildet zu werden braucht, wenn er zur axialen Verschiebung eines umlaufenden Gleitringes und zur Lieferung des dichtenden Laufdruces für diesen benutzt wird. Zweckmäßig ist der Kolben als koaxial mit dem umlaufenden Gleitring angeordneter Ringkolben ausgebildet.This embodies the knowledge that even then the piston only axially displaceable and does not need to be designed to rotate if he for the axial displacement of a rotating slide ring and for the delivery of the sealing one Barrel pressure is used for this. The piston is expedient as being coaxial with the circumferential sliding ring arranged annular piston formed.

Daß der die Axillbewegung oder den Laufdruck des umlaufenden Gleitringes liefernde Ringkolben nicht mit umzulaufen braucht, wird dadurch erreicht, daß zwischen den Ringkolben und den umlaufenden Gleitring ein Lager, das in Weiterbildung der Erfindung ein Lager für die Welle ist, und zwar vorzugsweise ein radial und axial belastbares Wälzlager, eingebaut ist. Von besonderem Vorteil ist es, dieses Lager dem umlaufenden Gleitring unmittelbar benachbart anzuordnen. Hierdurch werden nämlich den miteinander zusammenwirkenden Laufflächen des umlaufenden Gleitringes einerseits und des ortsfesten Grundringes andererseits von der Welle sonst ausgehende, in Querrichtung wirkende Vibrationen ferngehalten, so daß die Abnutzung der Laufflächen verringert, die Lebensdauer der Ringe also erhöht wird.That the axillary movement or the running pressure of the rotating seal ring supplying ring piston does not need to circulate, is achieved by the fact that between the annular piston and the rotating seal ring a bearing, which in development of the Invention is a bearing for the shaft, preferably a radial and axial resilient roller bearing is installed. It is of particular advantage to have this camp to be arranged immediately adjacent to the rotating seal ring. This will namely the interacting running surfaces of the rotating seal ring on the one hand and the stationary base ring on the other hand, otherwise proceeding from the shaft, in the transverse direction acting vibrations kept away, so that the wear of the running surfaces is reduced, the service life of the rings is thus increased.

Die Axialverschiebung des umSaufenden Gleitringes ist hinsichtlitl-ì der Abdicharkeit ei-) problentlos gen-tacht, daß nicht der Ring selbst unmittelbar axial verschoben wird, sondern daß er mit einer Wellenschonhülse, die ihrerseits axial verschieblich auf der Welle gelagert ist und auf der auch der innere Ring des erwähnten, dem umlaufenden Gleitring benachbarten Lager sitzt, zu einer Einheit verbunden ist, auf welche die Axialbewegunq des Kolbens übertragen wird. Der umlaufende Gleitring und der innere Ring des Wälzlagers sind auf einer auf der Rührwerkswelle drehfest, aber axial verschieblich gelagerten Schonhülse mitumlaufend angeordnet und der äußere Lagerring des Wälzlagers sitzt in einem zylindrischen, hülsenförmigen Ansatz des Ringkolbens. Die Verschiebebewegung und der Laufdruck werden also über das Lager übertragen, das insoweit auch axial belastbar sein muß.The axial displacement of the rotating seal ring is in terms of ì the obscurability without any problems, that not the ring itself is shifted immediately axially, but that it is fitted with a shaft protection sleeve, which in turn is axially displaceable on the shaft and on which the inner ring of the aforementioned bearing, which is adjacent to the rotating slide ring, is seated too a unit is connected to which the axial movement of the piston is transmitted will. The rotating slide ring and the inner ring of the rolling bearing are on one On the agitator shaft non-rotatably, but axially displaceably mounted protective sleeve arranged in a rotating manner and the outer bearing ring of the rolling bearing sits in a cylindrical, sleeve-shaped approach of the annular piston. The shifting movement and the running pressure are thus transmitted via the bearing, which must also be able to withstand axial loads.

Zweckmäßig ist das Lager innerhalb eines über den umlaufenden Gleitring geleiteten drucklosen Schmiermittelkreislaufes angeordnet, wobei das Schmiermittel zugleich Kühlmittel ist. Die Flächen, mit denen der Gleitring und der Grundring aufeinander gleiten, werden dagegen von einer Druckschmierleitung her über mindestens eine im Grundring angeordnete Schmierbohrung qeschmiert, welche in eine oder mehrere ringförmige Schmiernuten führt.The bearing is expedient within a rotating slide ring guided pressureless lubricant circuit arranged, the lubricant is also the coolant. The surfaces with which the sliding ring and the base ring slide on each other, on the other hand, from a pressure lubrication line over at least a lubrication hole arranged in the base ring is qeschmiert, which in one or more annular oil grooves leads.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer gemäß der Erfindung ausgebildeten axialen Gleitringdichtung im Schnitt durch die in der Abb. linke Dichtungshälfte; die rechte Hälfte ist weggelassen.The drawing shows an embodiment of one according to the invention formed axial mechanical seal in section through the seal half on the left in the illustration; the right half is left out.

Bei dem gezeichneten Beispiel weist das im wesentlichen zylindrische Dichtungsgehäuse 3 einen dicht aufgeschraub-(Montageflanche) ten Deckel 2 und eine Bodenplatte/89 auf. Mit dem Deckel ist eine Ilülse 4 verschraubt, die illit dem Mantel des Gehciuss 3 eine ringförmige Druckkammer 57 bildet. Durch e3ciDichtungehäuse ist eine Rührwerkswelle 11 in unten näher el-läutcal-tor Weise hindurchgeführt, die bei dem gezeichneten Bei spiel in senkrechter wichtung verläuft; im Gegensatz zu der gezeichneten Stellung könnte die Welle mit dem Dichtungsgehäuse je nach den Anwendungsfall auch geneigt oder wçiagerecht liegen. In eine innere ringförmige Aussparung der Bodenplatte 89 des Dichtungsgehäuses ist der ortsfeste (,rundring 45 eingesetzt.In the example shown, it is essentially cylindrical Seal housing 3 a tightly screwed (mounting flange) th cover 2 and a Base plate / 89 on. A sleeve 4 is screwed to the cover, which illit the The casing of the housing 3 forms an annular pressure chamber 57. With e3ci seal housing an agitator shaft 11 is passed through in the el-läutcal-tor manner closer below, which runs in the drawn example in vertical weighting; in contrast to the position shown, the shaft with the seal housing could depending on the Use case too lie inclined or straight. In an inner the annular recess of the bottom plate 89 of the seal housing is the stationary one (, round ring 45 inserted.

Auf der Welle 11. ist eine Wellenschonhülse 10 drehfest, aber axial verschieblich angebracht. Sie ist gegenüber der Welle durch 0-Binge 53 gedichtet. Mittels eines an ihrem unteren Ende befestigten Endstückes 87 ist der mitumlaufende Gleitring 7 auf ihr gehalten. Der Gleitring ist gegenüber der Hülse durch 0-Ringe 81 zusätzlich abgedichtet.On the shaft 11, a shaft protection sleeve 10 is rotationally fixed, but axially movably attached. It is sealed against the shaft by 0-binge 53. By means of an end piece 87 attached to its lower end, the rotating Slip ring 7 held on her. The sliding ring is opposite the sleeve by O-rings 81 additionally sealed.

Gegenüber der helle 11 sind in der unteren Stirnfläche der Schonhülse 10 und in der oberen Fläche des Endstückes 87 zueinander passende Ringnuten ausgespart, in welche ein Manschettenring 72 eingesetzt ist, der der Abdichtung gegen einen im Rührbehälter etwa angewendeten Druck dient.Opposite the light 11 are in the lower end face of the protective sleeve 10 and recessed in the upper surface of the end piece 87 matching annular grooves, in which a cuff ring 72 is used, the seal against a Any pressure applied in the stirred tank is used.

Mit der Grundplatte 89 ist das Dichtungsgehäuse auf den Rührbehälter, z. B. einen Hochdruckkessel, ggfs. unter Zwischenschaltung weiterer Teile dicht aufgesetzt.With the base plate 89, the seal housing is on the stirred tank, z. B. a high pressure boiler, if necessary. With the interposition of other parts tight put on.

In die ringförmige Druckkammer 57 ist ein ebenfalls ringförmiger Blähkörper 1 eingesetzt, welcher Klemmleisten 59 und 60 aufweist, mit denen er zwischen dem Deckel 2 und sowohl im Gehäuse 3 als auch in der Hülse 4 vorgesehene Schulter-Ringnuten eingeklemmt ist. Durch den Deckel 2 führt eine Druckmittel zuleitung 14 hindurch, durch welche in Richtung des Pfeil es 29 gasförmiges oder flüssiges Druckmittel in den Innenraum 58 des Blähkörpers 1 eingeleitet werden kann. In den zwischen der inneren Mantelfläche des Gehäuses 3 und der äuP<eren Mantelfläche der Hülse 5 gebildeten Ringraum greift von unten her ein zwischen den Wandungen dieses Ringraumes geführter Ringkolben 83 ein, aus welchem zwecks Material- und Gewichtsersparnis ein Hohlraum 84 ausgespart ist. Der Blähkörper 1 liegt an der Stirnfläche des Ringkolbens 83 an. Nach dem mittleren Bereich hin bildet der Ringkolben 83 einen in die Hülse 4 eingreifenden, ebenfalls hülsenförmigen Ansatz 88.In the annular pressure chamber 57 is a likewise annular inflatable body 1 used, which has terminal strips 59 and 60, with which he between the Lid 2 and both in the housing 3 and in the sleeve 4 provided shoulder annular grooves is jammed. A pressure medium supply line 14 leads through the cover 2, by which in the direction of the arrow it 29 gaseous or liquid pressure medium can be introduced into the interior 58 of the inflatable body 1. In the between the inner jacket surface of the housing 3 and the outer jacket surface of the sleeve 5 formed annular space engages from below between the walls of this annular space guided annular piston 83, from which to save material and weight a cavity 84 is recessed. The inflatable body 1 lies on the end face of the annular piston 83 at. Towards the middle area, the annular piston 83 forms a hole in the sleeve 4 engaging, likewise sleeve-shaped projection 88.

In den zwischen dem Innenmantel des Ringkolbenansatzes 80 und dem Außenmantel der Schonhülse 10 oberhalb eines Bundes 82 der letzteren gebildeten Ringraum ist ein Wälzlager 71 eingesetzt. Dieses Wälzlager ist zweckmäßig ein kombiniertes Axial-Radial-Lager, z. B. ein Pendelrollenlager oder ein Kegelrollenlager; e: kann jedoch auch als Rillenkugellager radial und axial belastbar sein. Der Ansatz 88 ist durch einen Seeger-Ring 85 mit dem Außenring des Wälzlagers 71 fest verbunden und in axialer Richtung gesichert. Der Innenring des Wälzlagers 71 ist auf der Schonhülse 10 auf deren Bund 82 mittels eines Seeger-Ringes 77 befestigt. Der Ringkolben 83, das Lager 71, die Schonhülse 10 mit dem Endstück 87 und der mitumlaufende Gleitring 7 bilden also eine auf der Welle 11 in Achsrichtung verschiebbare Einheit. Im Betriebs zustand liegt der umlaufende Gleitring 7 mit seiner Lauffläche 6 auf der Oberfläche des Grundringes 45 auf. Der dichtende Laufdruck wird über die beschriebene axial verschiebliche Einheit von Blähkörper 1 her übertragen. Solange noch ein Verschiebungsspiel vorhanden ist, bewegt sich diese Einheit bezogen auf die Abb. vertikal nach unten, wenn über die Druckmittel zuleitung 14 im Innenraum 58 des Blähkörpers 1 Überdruck erzeugt wird. Der Blähkörper dehnt sich dann und drückt den Kolben 83 nit den mit iLm verbundenen Teilen nach unten, bis der Gleitring 7 mit seiner Lauffläche 6 unter dem gewünschten dichtenden Laufdruck auf der Oberfläche des Grundringes 45 aufliegt. Beim Nachlassen des Druckes ist eine entlastende Rückbewegung möglich, die auch dadurch eingeleitet werden karn, daß der Innenraum 58 des Blähkörpers 1 unter Unterdruck gesetzt wird.In the between the inner jacket of the annular piston extension 80 and the Outer jacket of the protective sleeve 10 is formed above a collar 82 of the latter A roller bearing 71 is used in the annular space. This roller bearing is expediently a combined one Axial-radial bearings, e.g. B. a spherical roller bearing or a tapered roller bearing; e: can however, it can also be loaded radially and axially as a deep groove ball bearing. Approach 88 is firmly connected to the outer ring of the roller bearing 71 by a Seeger ring 85 and secured in the axial direction. The inner ring of the roller bearing 71 is on the protective sleeve 10 attached to the collar 82 by means of a Seeger ring 77. The annular piston 83, the bearing 71, the protective sleeve 10 with the end piece 87 and the rotating slide ring 7 thus form a unit that can be displaced on the shaft 11 in the axial direction. In operation state is the rotating seal ring 7 with its running surface 6 on the surface of the base ring 45. The sealing running pressure is above the axial pressure described transferring displaceable unit of inflatable body 1 ago. While there is still a shift game is present, this unit moves vertically downwards in relation to the figure, if via the pressure medium supply line 14 in the interior 58 of the inflatable body 1 overpressure is produced. The inflatable body then expands and presses the piston 83 with the iLm connected parts down until the sliding ring 7 with its running surface 6 below the desired sealing running pressure rests on the surface of the base ring 45. When the pressure is released, a relieving return movement is possible, as well can thereby be initiated that the interior space 58 of the inflatable body 1 is under negative pressure is set.

Statt des im Beispiel gezeichneten Blähkörpers 1 aus elastischem Werkstoff können fllähkc-rper abgewandelter Formgebunq oder durch Zusammensetzung von Teilen, z. B.Instead of the inflatable body 1 made of elastic material shown in the example can be expanded through a modified shape or through the assembly of parts, z. B.

WellI-inclen, gebildete 131 ähkörper verwendet werden entsprechend den für solche Blåhkörper in der erwähnten älteren Patentanlrlc21dung dargestellten und beschriebenen Beispielen; wie dort ebenfalls drgeellt, kann der Ring- kolben auch -einerseits abgedichtet geführt sein, so daß dann die Druckkammer 57 ohne Zwischenschaltung eines Blähkörpers unmiiteibar beaufschlacTt werden kann. Das Material der Manschetienringe 72 wird je nach den Erfordernissen aus gegen der Angriff von Chemikalien widerstandsfähigem Material und je nach den aus dem Druckraum eines Rührwerksbehälters zu erwartenden Beanspruchungen ausgewählt.WellI-inclen, formed 131 sewing bodies are used accordingly the one shown for such inflatable bodies in the earlier patent application mentioned and examples described; as is also shown there, the ring Pistons also be performed on the one hand sealed, so that then the pressure chamber 57 without interposition an inflatable body can be unmiiteibar inflated. The material of the cuff rings 72 becomes more resistant to the attack of chemicals depending on the requirements Material and depending on what can be expected from the pressure chamber of an agitator tank Stresses selected.

Das Lager 71 ist innerhalb eines über den umlaufenden Gleitring 7 geleiteten drucklosen Schmiermittelkreislaufes angeordnet. Das durch diesen Kreislauf geleitete Schmiermittel dient zugleich als Kühlmittel. Es wird in einen den Gleitring 7 umgebenden, über der Bodenplatte 89 befindlichen Füllraum 86 drucklos durch eine Bohrung 73 eingeleitet und oberhalb des Lagers 71 in Richtung des Pfeiles 80 abJeleitet. Von der Ableitung her gelangt das Kühl- bzw. Sclunier3nedium in einen Kühlbehälter, aus welchem es der Bohrung 73 wieder zufließt. Die Anordnung wird zweckmäßig so getroffen, daß die Bewegung des Mediums unter der Wirkung der mit der Temperaturänderung auftretenden Schwerkraftunterschiede selbsttätig erfolgt, wie bei Schwerkraft-sserheizungen. Der Füllraum 86 ist gegen die Atmosphäre mit einem Simmerring 12 abgedichtet. Die Lauffläche 6 wird über eine Schmierbohrung 51 geschmiert, der über eine in der Bodenplatte angeordnete Druckschmierleitung 74 ein unter Druck stehendes Schmiermittel z. B. von einen hydraulische31 Druckaggregat her zugeführt wird. Die Drucksehmieruiig der Lauffläche verhindert eine unzulässige Erwärniung und sorgt für längere Lebensdauer der aufeinander aleitenden Ringe.The bearing 71 is within a sliding ring 7 that runs around it directed pressureless lubricant circuit arranged. That through this cycle Conducted lubricant also serves as a coolant. It is in one of the slip ring 7 surrounding, located above the bottom plate 89 filling space 86 pressureless by a Bore 73 initiated and diverted above the bearing 71 in the direction of arrow 80. The coolant or scavenging medium arrives at the outlet in a cooling container, from which it flows back to the bore 73. The arrangement is expediently so taken that the movement of the medium is under the action of the temperature change occurring differences in gravity takes place automatically, as with gravity heaters. The filling space 86 is sealed off from the atmosphere with a Simmerring 12. the Running surface 6 is lubricated via a lubrication hole 51, which is via one in the base plate arranged pressure lubrication line 74 a pressurized lubricant z. B. is supplied from a hydraulic31 pressure unit. The Drucksehmieruiig the running surface prevents inadmissible heating and ensures a longer service life of the successive rings.

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Claims (6)

Patentansprüche laie l4/Gleitringdiehtung, insbesondere für gegen hohe Betriebsdrücke zu dichtende Wellen, mit Ringpaaren, deren jeweils einer Ring mit der Welle mitläuft und mit seiner einen Stirn-läche an der Stirnfläche eines jeweils anderen, nicht urnlaufenden Ringes gleitet, dadurch gekennzeichnei, daß der umlaufende Gleitring (7) eines Ringpaares 7, 45) mittels eines unter der Wirkung eines gasförmigen oder flüssigen Druckmittels axial verschieblichen, niclt mitumlaufenden Kolbens (83) axial verschiebbar alsgebildet ist. Claims laie l4 / mechanical seal, especially for against high operating pressures to be sealed shafts, with pairs of rings, each with one ring runs with the shaft and with its one end face on the end face of one each other, non-rotating ring slides, characterized in that the rotating slide ring (7) of a pair of rings 7, 45) by means of one under the action of a gaseous or liquid pressure medium which is axially displaceable and does not circulate Piston (83) is formed as axially displaceable. 2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben als koaxial mit dem umlaufenden Gleitring (7) angeordneter Ringkolben (83) ausgebildet ist.2. Mechanical seal according to claim 1, characterized in that the piston as an annular piston arranged coaxially with the rotating slide ring (7) (83) is formed. 3. Gleitringdichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ringkolben (83) und den umlaufenden ,Gleitring (7) ein Lager (71) für die Welle (11), vorzugsweise ein radial und axial belastbares Wälzlager, eingebaut ist.3. Mechanical seal according to claim 1 and 2, characterized in that that between the annular piston (83) and the rotating sliding ring (7) a bearing (71) for the shaft (11), preferably a roller bearing that can be loaded radially and axially, is installed is. 4. Gleitringdictung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (71) dem umlaufenden Gleitring (7) unmittelbar benachbart angeordnet ist.4. sliding ring seal according to claim 1 to 3, characterized in that that the bearing (71) is arranged immediately adjacent to the rotating slide ring (7) is. 5. Gleitringdicltung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß das Lager (71) innerhalb eines über den umlaufen.len Gleitring (7) geleiteten drucklosen Schmiermittekreislaufes (73, 86, 80) angeordnet ist.5. Gleitringdicltung according to claim 1 to 4, characterized that the bearing (71) within a guided over the circumferential slip ring (7) unpressurized lubricant circuit (73, 86, 80) is arranged. 6. Gleitringdichtung nach Anspruch 1 bis 5, mit einem einen äußeren und einen inneren Lagerring aufweisenden Wälzlager, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Gleitring (7) und der innere Ring des Wälzlagers (71) auf einer auf deI Rührwerkswelle (11) drehfest, aber axial verschieblich angebrachten Schorhülse (1O) mitumlaufend angeordnet sind und daß der äußere Lagerring des Wälzlagers (71) in einem zylindrischen, hülsenförmigen Ansatz (88) des Ringkolbens (83) sitzt.6. Mechanical seal according to claim 1 to 5, with an outer one and a roller bearing having an inner bearing ring, characterized in that the rotating slide ring (7) and the inner ring of the roller bearing (71) on one the agitator shaft (11) rotatably but axially movably attached Schor sleeve (1O) are arranged in a rotating manner and that the outer bearing ring of the roller bearing (71) sits in a cylindrical, sleeve-shaped extension (88) of the annular piston (83).
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