DE3219232A1 - Circuit arrangement for increasing the ignition current in a brushless rotating welding machine - Google Patents

Circuit arrangement for increasing the ignition current in a brushless rotating welding machine

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    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/06Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
    • B23K9/067Starting the arc

Abstract

The circuit arrangement is provided for the energising machine of a brushless rotating welding machine, each of the two DC voltage terminals of the bridge rectifier being connected to the inverting welding current socket, and a capacitor which is arranged in series with the field winding of the energising machine being looped into one of the two connecting lines. Connected in reverse-parallel with this capacitor are two diodes, one of which is arranged in the charging circuit and the other in the discharging circuit of this capacitor, and, furthermore, a resistor is connected downstream of the diode which is arranged in the charging circuit. This circuit results in a high effective ignition current, as a result of which porosity now no longer forms at the point where the welded seam is applied when using electrode types having a material transfer which is very viscous or forms large drops.

Description

Schaltungsanordnung zur Anhebung des Zündstromes beiCircuit arrangement for increasing the ignition current

einer bürstenlosen rotierenden Schweißmaschine Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Anhebung des Zündstromes bei einer bürstenlosen rotierenden Schweißmaschine, welche eine Wechselstrom-Erregermaschine mit mindestens einer Feldwicklung aufweist, wobei der Feldwicklung ein vom Netz oder einer Hilfsquelle gespeister Transformator unter Zwischenschaltung eines Brückengl ei chrichters vorgeschaltet ist.a brushless rotating welding machine the The invention relates to a circuit arrangement for increasing the ignition current in a brushless rotating welding machine, which is an alternating current exciter having at least one field winding, the field winding one from the network or an auxiliary source-fed transformer with the interposition of a bridge equation a clerk is connected upstream.

Durch den Fortschritt in der Lichtbogenschweißtechnik kamen verschiedene Elektrodentypen zur Abdeckung der unterschiedlichsten Schweißaufgaben auf den Markt. Es sind dabei etliche Elektrodentypen mit sehr zähflüssigem oder grobtropfigem Materialitbergang bekannt. Einige dieser Elektrodentypen sind auch sehr empfindlich auf Poren beim Ansatzpunkt der Schweißnaht. Diese entstehen beim Zünden und zwar wenn der Grundwerkstoff und die Elektrode noch kalt sind. Derartige Elektroden benötigen während des Zündvorganges eine deutlich bis erheblich höhere Energie als währen des späteren kontinuiellichen Abschmelzens. Für die Sch.-we Bsxromquelle bedeutet das einen Zündstrom, der höher sein muß s er Dauerkurzschlußstrom.With the advancement in arc welding technology came different ones Electrode types to cover a wide variety of welding tasks on the market. There are several types of electrodes with a very viscous or coarse droplet material transition known. Some of these types of electrodes are also very sensitive to pores Starting point of the weld seam. These arise when igniting, namely when the base material and the electrode is still cold. Such electrodes require during the ignition process a significantly to considerably higher energy than during the later continuous Melting off. For the Sch.-we Bsxromquelle this means an ignition current that is higher It must be permanent short-circuit current.

Die Schweißstromquelle muß also während des Ausgleichsvorganges einen hohen transienten Strom liefern und diesen eine kurze Zeit aufrecht erhalten.The welding power source must therefore have one during the equalization process deliver high transient currents and maintain them for a short time.

Bei statischen Schwei Bstromquellen, wie transformatorisch gespeisten uzgesteuerten Gleichrichtern, ist der transiente Vorgang beim Zünden unbedeutend und solche Stromquellen sind daher für diese Spezialelektroden ungeeignet. Die Steueranordnungen bei elektrisch geregelten Schweißgleichrichtern sind für die Spezialelektroden jedoch recht gut geeignet, da sie im transienten Vorgang einen hohen Strom liefern. Von diesen Anordnungen haben sich auch etliche in der Praxis bewährt.With static welding current sources, such as transformer-fed Controlled rectifiers, the transient process during ignition is insignificant and such power sources are therefore unsuitable for these special electrodes. The tax orders in the case of electrically controlled welding rectifiers, however, are for the special electrodes quite suitable because they deliver a high current in the transient process. from A number of these arrangements have also proven themselves in practice.

Bei rotierenden Schweißstromquellen war ursprünglich nur der dem Generator eigene transiente Vorgang für eine Zündstromanhebung ausnützbar. Die Kommutatormaschinen der vergangenen Zeit haben in dieser Eigenschaft durchaus brauchbare Werte gebracht.In the case of rotating welding power sources, only that of the generator was originally used own transient process can be used for increasing ignition current. The commutator machines The past times have brought usable values in this capacity.

Die bürstenlosen Schweißgeneratoren, die unbestritten eine Reihe von Vorteilen gegenüber den früheren Kommutatormaschinen aufweisen, reagieren im Ausgleichsvorgang jedoch wesentlich schneller. Das hat den Nachteil, daß die transiente Stromspitze rascher abklingt als bei den Kommutatormaschinen, welche Gleichstrommaschinen sind. Um wieder das gleiche Strom-Zeit-Integral zu erhalten, könnte man theoretisch den Stromscheitelwert erhöhen. Das ist aber schweißtechnisch nicht möglich, da die damit verbundenen hohen Gradienten der Kennlinie eine gesteigerte Unruhe in das Schweißbad bringen und auch den Spritzerauswurf erhöhen. Beides ist sehr nachteilig für die Schweißung.The brushless welding generators that are undisputed a number of Have advantages over the earlier commutator machines, respond in the balancing process but much faster. This has the disadvantage that the transient current peak decays faster than with the commutator machines, which are DC machines. In order to get the same current-time integral again, one could theoretically use the Increase current peak value. But this is not possible from a welding point of view, as it does associated high gradient of the characteristic curve an increased unrest in the weld pool and also increase the spatter emission. Both are very detrimental to them Welding.

Weiters sind auch Ausführungen bekannt geworden, bei denen der Schweißgenerator selbst auf einen hohen transienten Strom ausgelegt wird, der dann aber durch eine Glättungsdrossel im Gleichstromkreis, also nach dem Hauptgleichrichter, auf schweißtechnisch noch brauchbare Werte abgesenkt und gleichzeitig zeitlich gestrs wird. Diese Drosseln, insbesondere Leistungsdrosseln sind sehr groß, teuer, benötigen viel Platz und produzieren außerdem Verlustwärme. Es sind auch elektronische Einrichtungen denkbar, die ähnlich wie bei gesteuerten Gleichrichtern wirken, aber bei den bürstenlosen Schweißmaschinen in den Feldkreis eingreifen und ebenfalls den gewünschten Effekt bringen. Diese sind im Platzbedarf sehr günstig, erfordern aber auch einen gewissen Bauteilaufwand.Furthermore, designs are also known in which the welding generator itself is designed for a high transient current, which is then replaced by a Smoothing choke in the direct current circuit, i.e. after the main rectifier, on welding technology still usable values are lowered and at the same time disturbed. These chokes Power chokes in particular are very large, expensive, require a lot of space and produce also heat loss. Electronic devices that are similar are also conceivable act like controlled rectifiers, but with brushless welding machines Intervene in the field circle and also bring the desired effect. These are very cheap in terms of space, but also require a certain amount of components.

Die Erfindung vermeidet alle Nachteile der oben beschriebenen Anordnungen zur Zündstromanhebung bei bürst enlosen Schwei ßmaschinen.The invention avoids all of the disadvantages of the arrangements described above for increasing the ignition current on brushless welding machines.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Schaltungsanordnung zur Erreichung einer erheblichen Zündstromanhebung zu schaffen, welche mit einem Minimum an Bauelementen auskommt und daher billig ist, keine aktive Elektronik benötigt und außerordentlich einfach ist.The object of the invention is therefore to provide a circuit arrangement to achieve a significant increase in ignition current, which with a Minimum of components and is therefore cheap, no active electronics required and is extraordinarily simple.

Die Aufgabe der Erfindung wird somit dadurch gelöst, daß jeder der beiden Gleichspannungsanschlüsse des Brückengleichrichters mit der invertierenden Schweißstrombuchse verbunden ist, wobei in ine der beiden Verbindungsleitungen ein in Serie zu mindestens einer Feldwicklung der Wechselst rom-Erregermaschine angeordneter Kondensator eingeschleift ist, dem antiparallel zwei Dioden nachgeschaltet sind, von denen eine im Ladekreis und eine im Entladekreis des Kondensators angeordnet ist und daß der im Ladekreis angeordneten Diode ein Widerstand nachgeschaltet ist. Dadurch ist es erstmals möglich, die von der Leerlaufspannung der Schweißmaschine abhängige Ladung des Kondensators beim Zündvorgang als Impuls direkt auf den Feldkreis der Erregermaschine bzw. indirekt auf den Feldkreis des Generators zu schalten. Die Ladung des Kondensators überlagert sich somit beim Zündvorgang dem vorhandenen Feldstrom in der Feldwiokluag der Erregermaschine. Bei mehreren Feldwicklungen wird die Gesamterregung der Erregermaschine kurzzeitig vergrößert.The object of the invention is thus achieved in that each of the two DC voltage connections of the bridge rectifier with the inverting one Welding current socket is connected, ine of the two connecting lines at least one in series looped in a field winding of the alternating current exciter arranged capacitor is, the anti-parallel two diodes are connected downstream, of which one in the charging circuit and one is arranged in the discharge circuit of the capacitor and that in the charge circuit arranged diode is followed by a resistor. This makes it possible for the first time the charge of the capacitor, which depends on the open circuit voltage of the welding machine during the ignition process as a pulse directly on the field circuit of the exciter or indirectly to switch to the field circuit of the generator. The charge of the capacitor is superimposed the existing field current in the field wiokluag of the exciter during the ignition process. With several field windings, the total excitation of the exciter is brief enlarged.

Durch entsprechende Dimensionierung des Widerstandes und Kondensators läßt sich der Gradient, der Scheitelwert und die Zeitdauer des transienten Stromes einstellen bzw. der Schweißaufgabe und der Elektrodentype anpassen. Illit dieser erfindungsgemäßen Anordnung läßt sich die Zündstromanhebung vorteilhaft bis etwa 0,5 s durchführen, damit ist der größte Teil aller Schweißaufgaben, z. B. die Schweißung der Wurzellage von Fallnähten mit Zelluloseelektroden, abgedeckt.By dimensioning the resistor and capacitor accordingly the gradient, the peak value and the duration of the transient current set or adapt to the welding task and the type of electrode. Illit this The arrangement according to the invention can increase the ignition current advantageously up to about Carry out 0.5 s, so that most of all welding tasks, e.g. B. the weld the root layer of vertical sutures covered with cellulose electrodes.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei einem gestörten Zündvorgang, wenn also unmittelbar nach dem ersten Kontakt der Elektrode mit dem Werkstück der Strom die Tendenz zur Unterbrechung hat, durch die Stoßerregung, hervorgerufen durch die Entladung des Kondensators, eine unerhört schnelle Spannungswiederkehr eintritt und der Lichtbogen viel leichter durchzündet als bisher. Weiters ist es auch möglich, mit angebrannten Spezialelektroden, bei denen bisher ein neuerliches Zünden zweifelhaft war und zu schlechten Schweißstellen geführt hat, die Arbeit fortzusetzen, wodurch Material und Kosten eingespart werden. Außerdem kann der Schweißer durch die Wahl der Leerlaufspannung die Zündstromanhebung in weiten Grenzen variieren und sich so der jeweiligen Schweißaufgabe optimal anpassen.Another advantage of the invention is that in a disturbed Ignition process, if so immediately after the first contact of the electrode with the Workpiece the current has the tendency to interrupt, caused by the shock excitation due to the discharge of the capacitor, an incredibly fast voltage recovery occurs and the arc ignites much more easily than before. Furthermore it is also possible with burnt-on special electrodes, which previously had a new one Ignition was dubious and resulted in poor welds doing the job continue, which saves material and costs. In addition, the welder can the ignition current increase can be varied within wide limits by selecting the open circuit voltage and thus optimally adapt to the respective welding task.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist parallel zum Kondensator ein Widerstand angeordnet. Durch diesen Widerstand, welcher hochohmig ist, wird die bürstenlose Schweißmaschine nach dem Abschalten klemmenspannungsfrei gemacht, wodurch sich der Schweißer bei unsachgemäßer Handhabung nicht elektrisieren kann.According to one embodiment of the invention, it is parallel to the capacitor arranged a resistor. This resistance, which is high-resistance, becomes the brushless welding machine made terminal voltage-free after switching off, which means that the welder cannot become electrified if handled improperly.

An Hand eines Schaltbildes und dreier Kennlinien wird die Erfindung nun noch näher erläutert.The invention is based on a circuit diagram and three characteristic curves now explained in more detail.

In Fig. 1 ist der Ausgleichsvorgang beim Zünden der Elektrode einer GleichstromIznmutatorschweißmaschine, in Fig. 2 der Ausgleichsvorgang beim Zünden einer bekannten bürstenlosen Schweißmaschine, in Fig. 3 die erfindungsgemäße Schaltung zur Zündstromanhebung bei einer bürstenlosen Schweißmaschine und in Fig. 4 der durch die Schaltung in Fig. 3 erreichte Ausgleichsvorgang beim Zünden dargestellt.In Fig. 1, the compensation process when igniting the electrode is one DC mutator welding machine, in Fig. 2 the compensation process during ignition a known brushless welding machine, in Fig. 3 the circuit according to the invention for increasing the ignition current in a brushless welding machine and in Fig. 4 by the circuit in Fig. 3 achieved compensation process shown during ignition.

In Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 4 ist auf der Abszisse die Zeit t in Sekunden und auf der Ordinate der Strom 1 in Ampere aufgetragen. Aus allen drei Kennlinien, die den Übergang vom Leerlauf auf den Kurzschluß zeigen ist der Kurzschlußpunkt 1, bei dem die Elektrode auf das Werkstück gesetzt wird, der Punkt 2 bei dem der Schweißstrom sein Maximum erreicht und der Dauerkurzschlußstrom 3 ersichtlich.In FIGS. 1, 2 and 4, the abscissa is the time t in seconds and the current 1 in amperes is plotted on the ordinate. From all three characteristics, which show the transition from idle to short circuit is the short circuit point 1, at which the electrode is placed on the workpiece, point 2 at which the Welding current has reached its maximum and the permanent short-circuit current 3 can be seen.

Das Strom-Zeit-Integral des Ausgleichsvorganges einer Gleichstromkommutatorschweißmaschine ist, wie bei Vergleich von Fig. 1 und Fig. 2 erkennbar, wesentlich größer als bei bekannten bürstenlosen Schweißmaschinen. Der transiente Vorgang einer bürstenlosen Schweißmaschine in Fig. 2 weist zwar einen hohen Scheitelwert auf, der aber sehr schnell abklingt. Dies wirkt sich bei diesen bekannten Schweii3maschinen ungünstig aus.The current-time integral of the compensation process of a direct current commutator welding machine is, as can be seen when comparing FIG. 1 and FIG. 2, significantly larger than at well-known brushless welding machines. The transient process of a brushless The welding machine in FIG. 2 has a high peak value, but it is very quickly subsides. This has an unfavorable effect on these known welding machines the end.

Die Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Schaltung zur Zündstromanhebung bei einer bürstenlosen Schweißmaschine. Dem Einphasentransformator 4 ist ein Brückengleichrichter 5, dessen Gleichspannungsanschlüsse 6 und 7 mit der Feldwicklung 8 der Wechselstrorn-Erregermaschine verbunden sind, nachgeschaltet. Die Ausgangsspannung der Erregermaschine wird durch rotierende Dioden gleichgerichtet und dem Erregerkreis des Schweißgenerators, welcher ein Synchrongenerator ist, zugeführt. Die Ausgangsspannung des Synchrongenerators ist nach Gleichrichtung die Schweißspannung.3 shows the circuit according to the invention for increasing the ignition current with a brushless welding machine. The single-phase transformer 4 is a bridge rectifier 5, its DC voltage connections 6 and 7 with the field winding 8 of the alternating current exciter connected downstream. The output voltage of the exciter is through rotating diodes rectified and the excitation circuit of the welding generator, which a synchronous generator is supplied. The output voltage of the Synchronous generator is the welding voltage after rectification.

Die Feldwicklung 8 wird im stationären Betrieb vom Transformator 4 über den Brückengleichrichter 5 angespeist. Der positive Anschluß 7 des Brückengleichrichters 5 und ein Anschluß der Feldwicklung 8 ist mit der negativen Schweißstrombuchse 9, der negative Anschluß 6 und der zweite Anschluß der Feldwicklung 8 mit einem Kondensator 10, verbunden. Diesem ist eine Diode 11 nachgeschaltet, deren Anode an dem Kondensator 10 und deren Kathode an derpositivenSchweißstrombuchse 12 angeschlossen ist. Der Diode 11 ist eine Serienschaltung aus einem Widerstand 13 und einer Diode 14 parallel geschaltet, wobei die Diode 14 antiparallel zur Diode 11 angeordnet ist.The field winding 8 is in stationary operation by the transformer 4 fed via the bridge rectifier 5. The positive terminal 7 of the bridge rectifier 5 and one connection of the field winding 8 is connected to the negative welding current socket 9, the negative terminal 6 and the second terminal of the field winding 8 with a capacitor 10, connected. This is followed by a diode 11, the anode of which is connected to the capacitor 10 and whose cathode is connected to the positive welding current socket 12. Of the Diode 11 is a series circuit of a resistor 13 and a diode 14 in parallel switched, the diode 14 being arranged anti-parallel to the diode 11.

Beim Leerlauf der bürstenlosen Schweißmaschine wird der Kondensator 10, entsprechend der Leerlaufspannung, über den Widerstand 13 und die Diode 14 geladen. Beim Ansetzen der Elektrode- auf das Werkstück, also beim ZiirÄ-vorgang, gedeutet das für die Schweißtrombuchsen9und 12 eine sehr niederohmige Verbindung. Die von der Leerlaufspannung abhängige Ladung des Kondensators 10 fließt sodann über die Diode 11 durch die Feldwicklung 8 der Wechselstrom-Erregermaschine, wo sie sich gleichsinnig dem ursprünglich kleineren Strom überlagert. Entsprechend den Werten von Spannung und Kapazität im Kondensator 10 und Widerstand und Induktivität in der Feldwicklung 8 ergibt sich in dieser eine Strom-Zeit.-Fuuntion, auf die der ßchweißgenerator mit einer Zündstromanhebung im Schweißkreis zwischen den Buchsen 9 und 12 reagiert. Als Voraussetzung gilt jedoch, daß die Feldspannung zufolge der Leerlauferregung kleiner ist> als die Ladespannung am Kondensator 10. Wenn die Wechselstrom-Erregermaschine mehrere Feldwicklungen 8 besitzt, wird derselbe Effekt erreicht, jedoch muß die Stromrichtung so gewählt werden, daß die Gesamterregung vergrößert wird.When the brushless welding machine is idling, the capacitor 10, corresponding to the open circuit voltage, charged via the resistor 13 and the diode 14. When placing the electrode on the workpiece, i.e. during the ZiirÄ process, interpreted that for the welding current sockets 9 and 12 is a very low-resistance connection. The from the open circuit voltage dependent charge of the capacitor 10 then flows through the Diode 11 through the field winding 8 of the AC exciter, where it is superimposed in the same direction on the originally smaller current. According to the values of voltage and capacitance in capacitor 10 and resistance and inductance in the field winding 8 results in this a Strom-Zeit.-Fuuntion on which the Welding generator with an ignition current increase in the welding circuit between the sockets 9 and 12 respond. As a prerequisite, however, is that the field voltage according to the No-load excitation is less than the charging voltage on the capacitor 10. If the AC exciter machine has multiple field windings 8 will have the same effect reached, but the current direction must be chosen so that the total excitation is enlarged.

Der Ladekreis, welcher aus der Diode 14, die beim Entladen des Kondensators 10 als Sperrdiode wirkt, und dem Widerstand 13 besteht, ist vom direkten Entladekreis über die Sperrdiode 11 getrennt. Für die Qualität des Schweißens ist nämlich eine möglichst unverzagerte Spannungswieder kehr nach einem Kurzschluß überaus wichtig. Es können beim Schweißen mit Elektroden die einen grobtroptigen Materialübergang aufweisen je Sekunde 10 Tropfenkurzschlüsse und mehr eintreten. Würden die beiden Sperrdioden 11 und 14, sowie der Widerstand 13, fehlen, so ergäbe sich gerade im kritischsten Moment durch den Ladestrom ein verzögerter Spannungsaufbau mit gleichzeitiger Feldschwächung, was zu Instabilitäten führen amrde.The charging circuit, which consists of the diode 14, when the capacitor discharges 10 acts as a blocking diode, and the resistor 13 is from the direct discharge circuit separated via the blocking diode 11. For the quality of the welding there is one As undelayed voltage recovery as possible after a short circuit is extremely important. It can be used when welding Electrodes that are grossly troublesome Material transfer have 10 drop short circuits and more occur per second. If the two blocking diodes 11 and 14, as well as the resistor 13, were missing, the result would be Especially at the most critical moment, the charging current causes a delayed build-up of voltage with simultaneous field weakening, which lead to instabilities amrde.

Um die bürstenlose Schweißmaschine nach dem Abschalten klemmenspannungs frei zu machen, ist dem Kondensator 10 noch ein hochohmiger Widerstand 15 parallel geschaltet.To the brushless welding machine after switching off terminal voltage To make it free, the capacitor 10 is also a high-resistance resistor 15 in parallel switched.

In der Fig. 4 ist der transiente Vorgang, beim Übergang vom Leerlauf auf den Kurzschluß, der erfindungsgemäßen Schaltung dargestellt, worin der Kurzschlußpunkt 1, der Punkt 2,wo das Strommaximum erreicht wird,und der Dauerkurzschlußstrom 3 eingezeichnet sind. Es ist ersichtlich, daß das Strom Zeit-Integral sehr ähnlich dem einer Gleichstromkommutatorschweißmaschine ist.In Fig. 4 is the transient process when transitioning from idle on the short circuit, the circuit according to the invention shown in which the short circuit point 1, the point 2, where the current maximum is reached, and the sustained short-circuit current 3 are shown. It can be seen that the current is very similar to time integral that of a DC commutator welding machine.

Claims (2)

ent ansprüche 1. Schaltungsanordnung zur Anhebung des Zündstromes bei einer bürstenlosen rotierenden Schweißmaschine welche eine Wechsel strom-Erregermaschine mit mindestens einer Feldwicklung aufweist, wobei der Peldwicklung ein vom Netz oder einer Hilfsquelle gespeister Transformator unter Zwischenschaltung eines Brückengleichrichters vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Gleichspannungsanschlüsse (6,7) des Brückengleichrichters (5) mit der invertierenden Schwei strombuchse (9, 12) verbunden ist, wobei in eine der beiden Verbindungsleitungen ein in Serie zu mindestens einer Feldwicklung (8) der Wechselstrom-Erregermaschine angeordneter Kondensator (10) eingeschleift ist, dem antiparallel zwei Dioden (11, 14) nachgeschaltet sind, von denen eine im Ladekreis und eine im Entladekreis des Kondensators (10) angeordnet ist und daß der im Ladekreis angecr'eten Diode (14) ein Widerstand (13) nachgeschaltet ist.ent claims 1. Circuit arrangement for increasing the ignition current in the case of a brushless rotating welding machine which an alternating current exciter having at least one field winding, the field winding one from the network or a transformer fed by an auxiliary source with the interposition of a bridge rectifier is connected upstream, characterized in that each of the two DC voltage connections (6,7) of the bridge rectifier (5) with the inverting welding current socket (9, 12) is connected, with one in series in one of the two connecting lines at least one field winding (8) of the alternating current exciter Capacitor (10) is looped in, followed by two anti-parallel diodes (11, 14) of which one in the charging circuit and one in the discharging circuit of the capacitor (10) is arranged and that the diode (14) connected to the charging circuit has a resistor (13) is downstream. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kondensator (10) ein Widerstand (15) angeordnet ist.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that A resistor (15) is arranged parallel to the capacitor (10).
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