DE3226580A1 - Scheinwerfer fuer kraftfahrzeuge - Google Patents
Scheinwerfer fuer kraftfahrzeugeInfo
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- F21S41/275—Lens surfaces, e.g. coatings or surface structures
Description
R. 17 c^ i.p.
13.7.1982 Hk/Kc
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1
Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge
Stand der Technik
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge nach der Gattung des Anspruchs 1. Ss ist ein
derartiger Scheinwerfer bekannt, dessen Reflektor Teil eines Rotationsellipsoides ist, so daß auch der horizontale
Meridianschnitt des Reflektors eine Ellipse ist. Das von der Sammellinse ausgehende, von einer Streuscheibe
unbeeinflußte Rohlichtbündel wird mithin von im wesentlichen konvergierenden Strahlen gebildet, so daß
auf einem Meßschirm ein krei.s f lächenf örmiger Lichtfleck um den HV-Punkt erscheint.
Um ein derartiges Rohlichtbündel für einen Abblendlichtscheinwerfer
oder Nebelscheinwerfer zu verwenden, sind optisch wirksame Mittel an der den Reflektor abdeckenden
Streuscheibe erforderlich, damit ein horizontal gestreutes
Lichtbündel die Fahrbahn ausleuchtet. Außerdem sind noch optische Mittel notwendig, um denjenigen Teil des Rohlichtbündels
anzuheben, der das Fahrbahnvorfeld ausleuchten würde.
Vorteile der Erfindung
Mit dem Scheinwerfer nach der Erfindung ist das Rohlichtbündel bereits ohne optische Mittel an der Streuscheibe
als ein horizontales Lichtband in die Breite gefächert. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde,
die vom paraboloidförmigen Reflektorabschnitt parallel
zur Reflektorachse ausgesandten Lichtstrahlen über den
zweiten, in Austrittsrichtung des Lichtbündels liegenden Brennpunkt der Sammellinse horizontal zu streuen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Mit Anspruch h wird der
Lichtstrom des Reflektors voll ausgenützt und eine scharfe Helldunkelgrenze gebildet. Mit Anspruch 5 erreicht
man, daß das entstehende Lichtband in voller 3reite genutzt wird.
Mit Anspruch 6 wird die Lichtverteilung in horizontaler
Richtung gestreut und hierdurch die Horizontalstreuung des Lichtbündels vergrößert. Dies läßt sich mit der Weiterbildung
gemäß Anspruch T noch verbessern. Mit Anspruch 11 sind günstige Formen der Zusatzlinse aufgezeigt, wodurch
die Lichtverteilung den gestellten Anforderungen besser angepaßt werden kann.
Vor allem zur günstigen Einpassung in moderne Karosserien
werden Scheinwerfer mit einem großen Breiten-Höhen-Verhältnis gefordert, wobei die Breite zumeist das Zweifache die
Höhe übersteigt. Bei Ellipsoidscheinwerfern oder Parabolellipsoidscheinwerfern
ist jedoch die Reflektorform
durch die geforderten Lichtwerte weitgehend festgelegt. Mit Anspruch 10 wird diese Forderung erfüllt, nämlich
einen Scheinwerfer mit einer großen Breite und geringen Höhe geschaffen. Die Höhe des Scheinwerfers und mithin
die Höhe des Lichtbündels läßt sich mit Anspruch 13 weiter verringern.
Bei Scheinwerfern für das Abblendlicht wird der von der
unteren Reflektorhälfte abgestrahlte Lichtbündelabschnitt
durch die Blende abgeschirmt und ist mithin für die Bildung des Abblendlichtbündels nicht verfügbar. Mit Anspruch
15 wird ein Teil des abgeschirmten Lichtbündelabschnittes vor allem für eine bessere Ausleuchtung unterhalb der
Hell-Dunkel-Grenze herangezogen. Darüber hinaus ist der
Scheinwerfer unempfindlicher gegen große Toleranzen der Glühlampe, und außerdem ist der nutzbare Lichtstrom
des Reflektors größer.
Zeichnung
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
Zeichnung dargestellt und in der Figurenbeschreibung näher erläutert. Ss zeigen unmaßstäblich: Figur 1 einen Reflektor
mit Blende und Sammellinse in raumbildlicher Darstellung; Figur 2 den Reflektor in Figur 1 in Frontansicht mit vier
Reihen als Punkte dargestellter Flächenelemente auf der
Reflexionsfläche; Figur 3 abschnittsweise einen Meßschirm
mit den Wendelabbildungen der Flächenelemente in Figur 2;
Figur k einen Scheinwerfer für eine größere Horisontalstreuung
des Lichtbündels; Figur 5 eine Abwandlung des Scheinwerfers in Figur h; Figuren 6 und 7 den Vertikalschnitt
bzw. Horizontalschnitt eines Scheinwerfers für
ein Lichtbündel mit einem großen 3reiten-Höhen-Verhältnis ;
und Figuren 9 und 10 einen Scheinwerfer für Abblendlicht, bei dem der normalerweise abgeschirmte Lichtstrom
zur Ausleuchtung unterhalb der Hell-Dunkei-Grenze herangezogen wird.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge in Figur T hat einen
Reflektor 10 mit einer Reflexionsfläche 11 und einem
Scheitel 12, in dem der Ursprung eines Koordinatensystems eingezeichnet ist mit der χ-Achse, y-Achse und z-Achse.
Der vertikale Meridianschnitt 13 ist annähernd eine Hälfte einer Ellipse mit dem Scheitel 12 nahen Brennpunkt 13'
und dem äußeren Brennpunkt 131V, die beide auf der x-Achse
liegen. Im Brennpunkt 13' ist eine transversale Glühwendel 1h angeordnet mit zur x-Achse rechtwinkliger
Längsausdehnung. Der horizontale Meridianschnitt 15 ist annähernd eine Parabel, deren nicht gezeichneter
Brennpunkt auf der x-Achse liegt und identisch mit dem Brennpunkt 13' sein kann.
Sine bikonvexe Sammellinse 16 ist derart angeordnet, daß
deren dem Reflektor 10 zugewandte Brennebene den reflektor
scheitelfernen Brennpunkt 13'' enthält, der identisch ist mit dem in der Brennebene liegenden einen Brennpunkt
To' der Sammellinse 16. Der zweite Brennpunkt 16'' der Sammellinse ΐβ liegt auf der x-Achse in Lichtaustrittsöffnung.
Eine 31ende 17 ist in der dem Reflektor 10 zugewandten
Brennebene der Sammellinse 16 und unterhalb der x-Achse des Reflektors 10 angeordnet. Die wirksame Kante 18 der
Blende 17 liegt gerinfügig unterhalb dem Brennpunkt 16'
der Sammellinse 16. Die optische Achse 19 des aus dem
Reflektor IO und der Sammellinse l6 bestehenden gesamten
abbildenden Systems ist bezüglich der x-Achse des Koordi*
natensystems um annähernd zwei Grad um den Koordinatenursprung nach unten geneigt.
Die Reflexionsfläche 11 des Reflektors 10 vird durch
folgende Gleichung beschrieben:
2 2
U fp X (2 a f - f 2) (^ - ^-)
{<~ a 1E E ; la 2 '
Die Kurven, die durch Schnitte von Ebenen senkrecht zur Achse des Reflektors 10 mit der Reflexionsfläche 11
entstehen, sind Ellipsen, deren Halbachsen senkrecht zur Achse des Reflektors stehen, wobei eine Halbachse der
Ellipse in der horizontalen Meridianebene 20 liegt.
Vier von der Glühwendel 1k abgestrahlte Grenzstrahlen
sollen das erzeugte Rohlichtbündel versinnbildlichen:
Die beiden Strahlen 23, 23' werden vom elliptischen Bereich
der Reflexionsfläche 11 des Reflektors TO in den
Brennpunkt 13'' reflektiert und in der Hauptebene der Sammellinse 16 parallel zur x-Achse ausgerichtet. Die
beiden Strahlen 25, 25' hingegen werden vom paraboloiden
Abschnitt der Reflexionsflache 1 1 des Reflektors 10
parallel zur x-Achse reflektiert und in der Hauptebene der Sammellinse 16 in deren Brennpunkt 16I! gesammelt
und danach in horizontaler Richtung gestreut. Die Blende 17 blockiert dabei diejenigen reflektierten Strahlen
der Reflexionsfläche 11, die eine Blendung des Gegenverkehrs
verursachen würden.
Die Frontansicht des Reflektors 10 in Figur 2 zeigt dessen Scheitelöffnung 12', die in der optischen Achse
19 liegenden Brennpunkte 13' und 15' der Ellipse bzw.
Parabel, und die Reflexionsfläche 11 mit fünf Reihen
von Flächenelementen 33, 33"; 31*, 3^' und 35, wobei
jede Reihe zehn als Punkte dargestellte Flächenelemente aufweisen, von denen lediglich jeweils die beiden
äußeren mit Bezugszahlen versehen sind.
Figur 3 zeigt einen Meßschirm mit der vertikalen VV-Linie
und der horizontalen HH-Linie, die sich im HV-Punkt
schneiden. Die Kante I8.der nur angedeuteten
Blende 17 liegt oberhalb der HH-Linie·
Die Flächenelemente 33, 33' bis 35 in Figur 2 ergeben Wendelabbildungen als unterschiedlich große Rechtecke.
Im HV-Punkt sind die Wendelbilder der Flächenelemente 33 und 33' konzentriert. Die Wendelbilder 35 liegen am.
weitesten vom HV-Punkt entfernt, wobei das dem Rand des Refelektors 10 benachbarte Flächenelement 35 die
vom HV-Punkt entfernteste Wendelabbildung bildet. Die Flächenelemente 3*+, 3^' ergeben die schrägliegenden
Wendelabbildungen. Die Wendelabbildungen bilden ein horizontales, annähernd vier Grad hohes Lichtband.
Die optische Achse 19 des aus dem Reflektor 10 und der Sammellinse 16 bestehenden gesamten abbildenden Systems
ist bezüglich der x-Achse des Koordinatensystems um annähernd zwei Grad um den Koordinatenursprung nach unten
geneigt. Wie aus Figur 3 zu entnehmen ist, würde die Blende 17 nur jeweils eine äußere Ecke der schräg liegenden
Wendelbilder abschirmen.
Figur 1+ zeigt von einem Scheinwerfer für Abblendlicht
den horizontalen Meridianschnitt mit dem Reflektor 10, der Reflexionsfläche 11 und dem Scheitel 1.2. Der horizontale
Meridianschnitt 15 ist eine Parabel, deren Brennpunkt 15' auf der x-Achse des Koordinatensystems liegt
und der annähernd identisch ist mit dem scheitelnahen Brennpunkt 13' des eine Ellipse bildenden vertikalen Meridianschnittes.
Die Glühwendel UU ist als Axialwendel ausgebildet und enthält den gemeinsamen Brennpunkt 13 * / 15 ' ·
Die Sammellinse ist als gekrümmte Fresnellinse U6 ausgebildet mit mehreren kreisringflächenförmigen, zur x-Achse
konzentrischen Teilbereichen, von denen zwei Teilbereiche hl und U8 eingezeichnet sind. Reflektorseitig
haben alle Teilbereiche 1+7, U8 einen gemeinsamen Brennpunkt 1+6', der identisch ist mit dem zweiten, scheitelfernen
Brennpunkt 13'' der Ellipse 13. Jedoch ist die Brennweite UT'', 1+8'' bezüglich der radialen Ausdehnung
der Fresnellinse U6 unterschiedlich groß, nämlich zum Rand 1+9 hin abnehmend. Die dem Reflektor 10 abgewandten
Brennpunkte 1+7'» U8 ' der Linse U6 liegen an unterschiedlichen
Orten auf der x-Achse. Die optisch wirksame Kante der Blende 17 liegt geringfügig unterhalb dem gemeinsamen
Brennpunkt 13 '/1+6'. Die Brennpunktstrahlen 7 und 8 treffen
parallel zur x-Achne auf die Teilbereiche 1+7 bzw. U8
und werden zum zugeordneten Brennpunkt 1+7', h& ' abgelenkt.
Da die dem Reflektor 10 abgewandten Brennpunkte aller Teilbereiche näher bei der Linse U6 liegen als der nicht
gezeichnete Brennpunkt des Mittelbereichs . 50, hat das ausgesandte Lichtbündel eine für das Abblendlicht verhältnismäßig
große Horizontalstreuung.
Annähernd die gleiche Wirkung wie der Scheinwerfer in Figur h zeigt die Abwandlung in Figur 5 mit dem Unterschied,
daß eine als ringförmige Zusatzsammellinse 56 ausgebildete Fresnellinse der bikonvexen Sammellinse
16 entgegen Strahlenrichtung vorgesetzt ist. Die Zusatzsammellinse
56 erfaßt im wesentlichen die Randstrahlen des Lichtbündels und bildet mit der Sammellinse 16 ein
System mit einem gemeinsamen Brennpunkt 16 * /56 ' , der
identisch ist mit dem Brennpunkt 16' der Linse 16. Dieser Brennpunkt kann zusammenfallen mit dem scheitelfernen
Brennpunkt 13' (Figur k) der Ellipse 13. Das gemeinsame System
hat die Brennebene 55 und die Brennweite 16/56'' ; mit
i6'r ist die Brennweite der Linse 16 bezeichnet.
Die beiden achsparallelen Strahlen 7 un 8 werden durch
die Teilbereiche 57» 58 zur x-Achse hin gebrochen, danach
durch die Linse T 6 zum Brennpunkt 57' abgelenkt. Den von der Zusatzsammellinse 56 unbeeinflußten Strahl 6 oricht
die Linse 16 zum reflektorfernen Brennpunkt 16', der
einen größeren Abstand von der Linse 16 hat als der Brennpunkt 57 ' .
Auch kann die Zusatzsammellinse aus zwei seitlichen Sektoren oder aus zwei seitlichen Kreisflächenabschnitten
'bestehen, wobei die beiden Sektoren oder Abschnitte zur vertikalen Mittelebene spiegelbildlich angeordnet sind.
Auch kann die Sammellinse als Fresnellinse ausgebildet sein. ·
Figur 6 zeigt den Vertikalschnitt und Figur 7 den Horizontalschnitt
eines Scheinwerfers, bei dem ein System aus einer Streulinse 61 und aus einer Zusatzsammellinse
62 zwischen dem Reflektor 10 und der Sammellinse 1-6 angeordnet
ist. Dabei sind der reflektornahe Brennpunkt 62' der ZusatZ3ammellin3e 62 und der Brennpunkt 61' der
Streulinse 6i identisch; der reflektorferne Brennpunkt
62' der Zusatzsammellinse 62 und der eine Brennpunkt der
Sammellinse 16 sind ebenfalls identisch (oder liegen nahe beeinander); außerdem sind noch identisch der reflektorferne
Brennpunkt 13' der Ellipse des Reflektors 10 und der entsprechende Brennpunkt 6i' der Streulinse
61. Des weiteren ist die Brennweite 16'' der Sammellinse 16 kleiner als die Brennweite 611' der Zusatzsammellinse
Die beiden in der vertikalen Mittelebene liegenden Randstrahlen 1 und 2 verdeutlichen, daß das ausgestrahlte
Lichtbündel in seiner Höhe gegenüber der Höhe des Reflektoraustrittes
kleiner ist und daß die beiden in der horizontalen Mittelebene liegenden Randstrahlen 3 und
k verdeutlichen, daß die Breite des ausgesandten Lichtbündels
gegenüber der Breite der Reflektoröffnung größer
ist. Dabei bestimmt der Abstand 63 der Streulinse 61 zum Reflektor 10 die Höhe des ausgesandten Lichtbündels
und der Abstand 6θ der Zusatzsammellinse 62 zur Streulinse
6i die Breite des ausgesandten Lichtbündels.
Der Vertikalschnitt durch einen Abblendlichtscheinwerfer
in Figur 8 zeigt die Glühwendel fk, die in Strahlenrichtung
vor dem Brennpunkt 13' der Ellipse 13 defokussiert ist. Die Linse "J6 besteht aus einer oberen. Hälfte 77 mit
dem Brennpunkt 77' und der Brennweite 77'', und aus einer
. AS.
unteren Hälfte 78 mit dem Brennpunkt 78' und der Brennweite
T3' ' . Die Brennweite 78'' ist "bezüglich der Brennweite
77'' um den Betrag 75 größer, um den die beiden Grenzstrahlen 72, 73, die von den Enden der Glühwendel
7^ ausgehen.auf der x-Achse voneinander entfernt sind.
Der Brennpunkt 77' der oberen Linsenhälfte -77 und der
reflektorferne Brennpunkt 13' der Ellipse 13 sind identisch.
Figur 9 zeigt die Abwandlung des Scheinwerfers in Figur 8, bei der die Glühwendel 7^ entgegen Strahlungsrichtung defokussiert ist, d.h. der Brennpunkt 13 * liegt
vor der Glühwendel Jh. Hierbei 3ind der reflektorferne
Brennpunkt 13' der Ellipse 13 und der Brennpunkt 78' der unteren Linsenhälfte 78 identisch. Beide Arten der
Defokussierung der Glühwendel 7^ ergeben ein nach unten
gerichtetes, den Gegenverkehr nicht blendendes Lichtbündel
Leerseite
Claims (1)
- R- 175 t 5i.p.13.7· 1982' Hk/KcROBERT BOSCH.GMBH, 7OOO Stuttgart ΓAnsprücheScheinwerfer für Kraftfahrzeuge mit einem Reflektor, dessen vertikaler Meridianschnitt eine Ellipse ist, und mit einer transversalen Glühwendel im Reflektorscheitel nahen Brennpunkt der Ellipse, und mit einer Sammellinse, deren dem Reflektor zugewandter Brennpunkt identisch ist mit dem Reflektorscheitel fernen Brennpunkt der Ellipse, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale Meridianschnitt (15) des Reflektors (10) eine Parabel oder eine Ellipse oder eine der optimalen Parabel ähnliche Ellipse oder Hyperbel ist und daß Kurven, die durch Schnitte von Ebenen - die die Achse (19) des Reflektors (10) rechtwinklig schneiden - mit der Reflexionsflache (11) entstehen, Ellipsen sind, deren Halbachsen senkrecht zur Achse (19) stehen und eine Halbachse in der Meridianebene (2 1) liegt.2. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche (11) des Reflektors (1O) durch folgende Gleichung beschrieben wird:2 2k fP3· Scheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blende (17) in der dem Reflektor (10) zugewandten Brennebene der Sammellinse (1Ö) und unterhalb der Achse (19) des Reflektors (11) angeordnet ist.h. Scheinwerfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch wirksame Kante (18) der Blende (17) geringfügig unterhalb dem einen Brennpunkt (1.6') der Sammellinse ( 1 6 ) liegt.5. Scheinwerfer für Abblendlicht nach Anspruch 3 oder h, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse (19) des aus dem Reflektor (10) und der Sammellinse (16) bestehenden gesamten abbildenden Systems bezüglich der x-Achse um annähernd zwei Grad um den Scheitelpunkt (.12) nach unten geneigt ist.6. Scheinwerfer nach einem der vorgenannten Ansprüche mit einer Axial- oder Transversal-Glühwendel, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite der Sammellinse (U6) bezüglich ihrer radialen Ausdehnung unterschiedlich groß ist und daß alle Teilbereiche (H7> ^8) der Sammellinse (k6) einen gemeinsamen Brennpunkt (1*6·) aufweisen, der identisch ist mit dem Reflektorscheitel fernen Brennpunkt ( 13' ) der Ellipse (13).7. Scheinwerfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite der Sammellinse (h6) zu ihrem Rand (If9) hin abnimmt.8. Scheinwerfer nach Anspruch 6 oder J, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinse (U6) als gekrümmte Fresnellinse ausgebildet ist.17519. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine mindestens einen Teil der äußeren Randstrahlen (7» 8) erfassende Zusatzsammeliinse (56) im Bereich der Sammellinse (16) angeordnet ist und daß der Brennpunkt (161) der Sammellinse (16) und der gemeinsame Brennpunkt (i6'/56') des aus der Sammellinse (16) und der Zusatzsammellinse (56) gebildeten Systems identisch sind.10. Scheinwerfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzsammellinse (56) als Fresnellinse ausgebildet ist.11. Scheinwerfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzsammellinse (56) ringflächenförmige Form hat oder aus zwei seitlichen Sektoren oder aus zwei seitlichen Kreisflächenabschnitrten besteht, wobei die beiden Sektoren oder die beiden Abschnitte bezüglich der Vertikalmittelebene spiegelbildlich angeordnet aind.12. Scheinwerfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einer Streulinse (61) und aus einer Zusatzsammellinse (62) bestehendes optisches System zwischen dem Reflektor (10) und der Sammellinse (16) angeordnet ist, daß der reflektornahe Brennpunkt (62') der Zusatzsammellinse (62) und der reflektornahe Brennpunkt (611) der Streulinse (61) identisch sind, daß der reflektorferne Brennpunkt der Zusatzsammellinse (62') und der eine Brennpunkt (I61) der Sammellinse f16) nahe beieinander liegen, insbesondere identisch sind, und daß der reflektorferne Brennpunkt (13') der Ellipse (13) und der reflektorferne Brennpunkt (611) der Streulinse (61) identisch sind.1751-u-13. Scheinwerfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite (16'') der Sammellinse (16) kleiner ist als die Brennweite (6211) der Zusatzsammellinse (62).1k. Scheinwerfer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (63) zwischen der Streulinse (6i) und dem Reflektor (10) die Höhe des ausgesandten Lichtbündels bestimmt und daß der Abstand (6θ) zwischen der Zusatzsammellinse (62) und der Streulinse (6i) die Breite, des ausgesandten Lichtbündels bestimmt.15- Scheinwerfer nach Anspruch 6, insbesondere nach Anspruch 3 oder h, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinse (76) aus einer oberen Linsenhälfte (77) und aus einer unteren Linsenhälfte (78) besteht und daß die Brennweite (781M der unteren Linsenhälfte (78) bezüglich der Brennweite der oberen Linsenhälfte (77) um den Betrag (75) größer ist als die Brennweite (77'') der oberen Linsenhälfte (77)» um den die beiden Grenzstrahlen (72, 73)5 die von den Enden der Glühwendel (7*0 ausgehen, auf der x-Achse (optische Achse des Systems) voneinander entfernt sind.16. Scheinwerfer nach Anspruch kt dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor aus je zwei Sektoren zweier unterschiedlicher parabol-elliptischer Systeme besteht. - . -17· Scheinwerfer nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor sich aus je zwei Sektoren eines parabol-elliptischen Systems und eines ellipsoiden Systems zusammensetzt.17 5-118. Scheinwerfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Horizontalschnittes der Sammellinse optisch wirksame Mittel angebracht sind, welche die horizontale Lichtstreuung derart beeinflussen, daß dadurch ein größere Lichtstreuung für die Ausleuchtung der Fahrbahnränder vor dem Fahrzeug erfolgt.19. Scheinwerfer nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch wirksamen Mittel Zylinderlinsen sind.
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