DE3306061A1 - Method and device for controlling a drive motor of a wood-processing machine - Google Patents
Method and device for controlling a drive motor of a wood-processing machineInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Antriebs-Method and device for controlling the drive
motors einer Holzbearbeitungsmaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Antriebsmotors des Werkzeugs einer Holzbearbeitungsmaschine in zwei Leistungsstufen.motors of a woodworking machine The invention relates to a method for controlling the drive motor of the tool of a woodworking machine in two Power levels.
Bei Holzbearbeitungsmaschinen, wie beispielsweise Fräsmaschinen zur Bearbeitung der Enden von Fensterprofilen werden das Werkstück und das Werkzeug relativ zueinander bewegt; im allgemeinen wird das Werkstück an dem angetriebenen Fräswerkzeug od.dgl. vorbeibewegt. Bei dem üblichen Arbeitsablauf sind die Zeitabschnitte der Bearbeitung, während denen sich das Werkzeug im Eingriff mit dem Werkstück befindet, verhältnismäßig kurz; die vorangehenden bzw. nachfolgenden Leerlauf-Zeitabschnitte sind dagegen verhältnismäßig lang. Zwischen kurzen Zeitabschnitten, in denen der Antriebsmotor des Werkzeugs mit voller Leistung arbeitet, für die er ausgelegt werden muß, liegen lange Zeitabschnitte, in denen der Antriebsmotor nur mit seiner Leerlaufdrehzahl läuft.In woodworking machines, such as milling machines for Machining the ends of window profiles becomes the workpiece and the tool moved relative to each other; in general, the workpiece is driven on the Milling tool or the like. moved past. In the usual workflow, the time segments are machining during which the tool is in contact with the workpiece, relatively short; the preceding or following idle periods are, however, relatively long. Between short periods of time in which the The drive motor of the tool is working at full power for which it is designed got to, there are long periods of time in which the drive motor is only running at idle speed runs.
Die während des Leerlaufbetriebs auftretenden Verluste sind verhältnismäßig hoch; insbesondere wirkt sich aber die hohe induktive Belastung des Stromnetzes während des Leerlauf des für hohe Leistung ausgelegten Antriebsmotors als störend und kostspielig aus. Schaltungstechnisch wäre es ohne besondere Schwierigkeiten möglich, den Antriebsmotor in den zwischen den Bearbeitungsabschnitten liegenden Zeitspanne abzuschalten; diese Maßnahme wäre aber mit noch größeren Verlusten und unerwünschten Netzbelastungen verbunden, weil der Energieverbrauch und insbesondere die induktive Netzbelastung während des vor jedem Bearbeitungsvorgang erforderlichen Hochlaufs des Antriebsmotors sehr groß sind.The losses occurring during idle operation are proportionate high; In particular, however, the high inductive load on the power grid has an impact during idling of the drive motor designed for high performance as a nuisance and costly. In terms of circuitry, it would be without any particular difficulties possible, the drive motor in the lying between the machining sections Time to switch off; but this measure would involve even greater losses and unwanted network loads connected because of energy consumption and in particular the inductive network load during the required before each machining process Run-up of the drive motor are very large.
Es ist in der Antriebstechnik allgemein bekannt, Elektromotoren in zwei oder mehr Leistungsstufen zu schalten, beispielsweise als Sten-Dreieck-Schaltung eines Asynchronmotors. Diese Schaltungsmaßnahmen werden eingesetzt, um beim Anlauf eines Asynchronmotors die Stromaufnahme und damit die Netzbelastung herabzusetzen.It is well known in drive technology to use electric motors in to switch two or more power levels, for example as a Sten-triangle connection an asynchronous motor. These circuit measures are used to start up of an asynchronous motor to reduce the power consumption and thus the network load.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei denn die Energieverluste und die Netzbelastung während derjenigen Zeitabschnitte wesentlich herabgesetzt werden, während denen keine Bearbeitung des Werkstücks erfolgt.The invention is based on the object of a method of the above mentioned type, because the energy losses and the network load during those time periods during which no processing is significantly reduced of the workpiece.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der- Antriebsmotor mittels einer bei Annäherung eines Werkstück an das Werkzeug ansprechenden Steuerung auf eine Nennlaststufe und nach dem Bearbeitungsvorgang auf eine angenähert die Leerlaufdrehzahl haltende Leerlaufstufe geschaltet wird.This object is achieved according to the invention in that the drive motor by means of an approaching one Workpiece appealing to the tool Control to a nominal load level and after the machining process to an approximated one the idle speed holding the idle speed is switched.
Die Leistungsaufnahme und damit die auftretenden Energieverluste und die Netzbelastung werden in den zwischen den Bearbeitungsvorgängen liegenden Zeitspannen stark herabgesetzt, wobei nur die Leerlaufdrehzahl angenähert aufrechtzerhalten wird. Dadurch wird erreicht, daß es nicht erforderlich ist, unmittelbar vor den Bearbeitungseingriff des Werkzeugs Energie dafür aufzuwenden, das Werkzeug auf die für die Bearbeitung erforderliche Drehzahl zu bringen.The power consumption and thus the occurring energy losses and the network load will be in the time spans between the processing operations greatly reduced, with only approximately maintaining the idle speed will. This ensures that it is not necessary to immediately before the Machining intervention of the tool to use energy for the tool on the to bring the speed required for machining.
Ein Absinken der Drehzahl zu Beginn des Bearbeitungseingriffs wird dadurch verhindert, daß der Antriebsmotor bereits bei der Annäherung des Werkstücks an das Werkzeug auf die Nennlaststufe geschaltet wurde.A decrease in the speed at the beginning of the machining intervention this prevents the drive motor from already approaching the workpiece the tool was switched to the rated load level.
Während das Umschalten auf die Nennlaststufe bei Annäherung des Werkstücks an das Werkzeug erfolgt, beispielsweise durch einen vom Werkstück oder vom Werkstückschlitten betätigten Endschalter, berührungslosen Schalter od.dgl., kann das Umschalten auf die Leerlaufstufe durch eine vom aufgenommenen Strom, der aufgenommenen Leistung oder der Drehzahl des Antriebsmotors abhängige Steuerung erfolgen; stattdessen kann das Umschalten auf die Leerlaufstufe ebenfalls werkstückabhängig bzw. wegabhängig erfolgen.While switching to the nominal load level when the workpiece is approaching takes place on the tool, for example by one of the workpiece or the workpiece slide actuated limit switch, contactless switch or the like. Can switch to the idle stage by one of the consumed current, the consumed power or the speed of the drive motor dependent control take place; instead can switching to the idle level is also workpiece-dependent or path-dependent take place.
Wenn der Antriebsmotor ein mit einer Stern-Dreieck-Schaltung versehener Asynchronmotor ist, kann das Um- schalten zwischen den beiden Leistungsstufen mit sehr geringem Steuerungsaufwand dadurch erfolgen, daß der Antriebsmotor bei Annäherung eines Werkstücks an das Werkzeug auf Dreieckschaltung und nach dem Bearbeitungsvorgang auf Sternschaltung umgeschaltet wird.If the drive motor is provided with a star-delta connection Is an asynchronous motor, the switch between the two power levels take place with very little control effort that the drive motor at Approach of a workpiece to the tool in a delta connection and after the machining process is switched to star connection.
Die Erfindung betrifft weiter vorteilhalfte Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. Damit läßt sich eine besonders große Energieeinsparung und Verminderung der Netzbelastung erreichen.The invention further relates to advantageous devices for implementation of the procedure. This allows a particularly large energy saving and reduction the network load.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Asynchronmotor als Antriebsmotor, der drei Hauptwicklungen im Ständer aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Leerlaufstufe zu jeder Hauptwicklung eine Nebenwicklung in Reihe geschaltet ist und daß in der Nennlaststufe die Nebenwicklungen abgeschaltet bzw. kurzgeschlossen sind. Die Nebenwicklungen können hierbei optimal für die Anforderungen des Leerlaufbetriebs ausgelegt werden, da sie im Nennlastbetrieb nicht eingeschaltet sind.A device for carrying out the method with an asynchronous motor as a drive motor, which has three main windings in the stator, is characterized by that in the idle stage a secondary winding is connected in series with each main winding and that the secondary windings are switched off or short-circuited in the rated load stage are. The secondary windings can be optimal for the requirements of no-load operation designed because they are not switched on in rated load operation.
Diese Schaltung läßt sich in sehr einfacher Weise dadurch verwirklichen, daß mit einem Kurzschlußschalter ein Teil der Ständerwicklung eines Asynchronmotors überbrückt wird. Die vorhandene Ständerwicklung wird -daher durch den Abgriff des Kurzschlußschalters in eine Hauptwicklung und eine Nebenwicklung unterteilt.This circuit can be implemented in a very simple manner by that with a short circuit switch part of the stator winding of an asynchronous motor is bridged. The existing stator winding is -therefore by tapping the Short-circuit switch divided into a main winding and a secondary winding.
Bei einer anderen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß in der Nennlaststufe jeder Hauptwicklung eine Nebenwicklung parallelogeschaltet ist und daß in der Leerlauf stufe jede Hauptwicklung in Reihe mit der zugehörigen Nebenwicklung geschaltet ist.In another device for performing the according to the invention The method provides that each main winding has a secondary winding in the rated load stage is connected in parallel and that in the idle stage each main winding in series is connected to the associated secondary winding.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch dadurch verwirklicht werden, daß die mit dem Antriebsmotor verbundene Werkzeugwelle außerdem mit einem Leerlauf-Antriebsmotor verbunden ist und daß in der Leerlaufstufe nur der Leerlauf-Antriebsmotor eingeschaltet ist.However, the method according to the invention can also be implemented in this way be that the tool shaft connected to the drive motor also with a Idle drive motor is connected and that in the idle stage only the idle drive motor is switched on.
In der Nennlaststufe kann der Leerlauf-Antriebsmotor entweder neben dem Haupt-Antriebsmotor eingeschaltet bleiben oder abgeschaltet werden.In the rated load level, the idling drive motor can either be next to the main drive motor remain switched on or be switched off.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine Schaltung für den Antrieb einer Holzbearbeitungsmaschine mit einem Asynchronmotor, dessen Ständerwicklungen jeweils eine Hauptwicklung und eine Nebenwicklungen aufweisen, Fig. 2 die Schaltung der Ständerwicklungen des Asynchronmotors nach Fig. 1 in Sternschaltung in der Nennlaststufe (a), in Dreieckschaltung der Nennlaststufe (b) und in der Leerlaufstufe (c), Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform der Schaltung der Ständerwicklungen des Asynchronmotors, ebenfalls in Sternschaltung (a) und Dreieckschaltung (b) der Nennlaststufe und in der Leerlaufstufe (c), Fig. 4 eine stark vereinfachte Draufsicht auf eine Holzbearbeitungsmaschine, wobei die Anordnung eines Endschalters zur Betätigung der Schaltungen nach den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, und Fig. 5 eine Schaltung für den Antrieb einer Holzbearbeitungsmaschine, wobei auf der Werkzeugwelle außer dem Antriebsmotor noch ein Leer-Laufantriebsmotor angeordnet ist.Embodiments of the invention are described below with reference to the drawings explained in more detail. It shows: FIG. 1 a circuit for driving a woodworking machine with an asynchronous motor, whose stator windings each have a main winding and have secondary windings, FIG. 2 shows the circuit of the stator windings of the asynchronous motor according to Fig. 1 in star connection in the rated load level (a), in delta connection of the Rated load stage (b) and in the idle stage (c), Fig. 3, a modified embodiment the connection of the stator windings of the asynchronous motor, also in star connection (a) and delta connection (b) of the nominal load stage and in the idle stage (c), Fig. 4 is a greatly simplified plan view of a Woodworking machine, the arrangement of a limit switch for actuating the circuits according to FIGS. 1 to 3 is shown, and FIG. 5 shows a circuit for driving a woodworking machine, with an idle drive motor on the tool shaft in addition to the drive motor is arranged.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung weist ein als Drehstrom-Kurzschlußläufermotor ausgeführter Antriebsmotor 1 drei Ständer-Hauptwicklungen 2 auf, deren eine Seite über ein Netz schütz 3 mit dem Drehstromnetz verbindbar ist. Die andere Seite der Hauptwicklungen 2 ist über Schalter 9, die durch ein Umschaltschütz 4 betätigbar sind, mit einen herkömmlichen Stern-Dreieck-Schalter 5 verbindbar, deren Stern-Dreieck-Schütz 6 die Haupwicklungen 2 entweder im Sternbetrieb mit einem gemeinsamen Sternpunkt 7 (Fig. 2a) oder im Dreieckbetrieb (Fig. 2b) über die Schalter des Netzschützes 3 mit dem Netz verbindet.In the circuit shown in Fig. 1, a three-phase squirrel-cage motor Executed drive motor 1 on three stator main windings 2, one side of which can be connected to the three-phase network via a network contactor 3. The other side of the Main windings 2 can be operated via switches 9, which can be actuated by a changeover contactor 4 are connectable to a conventional star-delta switch 5, their star-delta contactor 6 the main windings 2 either in star operation with a common star point 7 (Fig. 2a) or in triangular mode (Fig. 2b) via the switch of the line contactor 3 connects to the network.
Zu jeder Hauptwicklung 2 ist eine Nebenwicklung 8 im Ständer des Antriebsmotors 1 in Reihe geschaltet.For each main winding 2 there is a secondary winding 8 in the stator of the drive motor 1 connected in series.
Der Läufer des Antriebsmotors 1 ist ein herkömmlicher Kurzschluß-Käfigläufer. Die von dem Umschaltschütz 4 betätigten Schalter 9 überbrücken die Nebenwicklungen 8.The rotor of the drive motor 1 is a conventional squirrel cage rotor. The switches 9 actuated by the changeover contactor 4 bridge the secondary windings 8th.
Wenn die Schalter 9 geöffnet sind, sind die Wicklungen 2 und 8 jeweils in Reihe geschaltet (Leerlaufstufe gemäß Fig. 2c); sind die Schalter 9 geschlossen, so sind die Nebenwicklungen 8 kurzgeschlossen und daher abgeschaltet (Nennlastbetrieb gemäß Fig. 2a beim Anlauf in Sternschaltung bzw. Fig. 2b im Betrieb in Dreieckschaltung). In der Leerlaufstufe sind die in Reihe geschalteten Wicklungen 2 und 8 in Sternschaltung in Fig. 2c gezeigt.When switches 9 are open, windings 2 and 8 are respectively connected in series (idle stage according to FIG. 2c); the switches 9 are closed, the secondary windings 8 are short-circuited and therefore switched off (rated load operation according to Fig. 2a when starting in star connection or Fig. 2b during operation in delta connection). The series-connected windings are in the idle stage 2 and 8 shown in star connection in Fig. 2c.
Das Umschaltschütz 4 wird durch eine Steuerung 10 betätigt, die Steuersignale von einem Endschalter 11 und von einem Strom bzw. Leistungsmesser 12 erhält.The changeover contactor 4 is operated by a controller 10, the control signals from a limit switch 11 and from a current or power meter 12 received.
Wie in Fig. 4 dargestellt, ist der Endschalter 11 am Maschinengestell 13 einer Holzbearbeitungsmaschine angebracht. Auf dem Maschinengestell 13 ist in Führungen 14 ein Werkstückschlitten 15 verfahrbar, der einen Nocken 16 für die Betätigung des Endschalters 11 aufweist.As shown in Fig. 4, the limit switch 11 is on the machine frame 13 attached to a woodworking machine. On the machine frame 13 is in Guides 14 a workpiece slide 15 can be moved, which has a cam 16 for actuation of the limit switch 11.
Im Maschinengestell 13 ist ein Fräswerkzeug 17 gelagert, das durch den Antriebsmotor 1 aus Fig. 1 angetrieben wird. Ein Werkstück 18, beispielsweise ein Fensterprofil, ist auf dem Werkstückschlitten 15 aufgespannt und wird am Fräswerkzeug 17 entlangbewegt.In the machine frame 13, a milling tool 17 is mounted, which by the drive motor 1 from FIG. 1 is driven. A workpiece 18, for example a window profile, is clamped on the workpiece carriage 15 and is on the milling tool 17 moved along.
Sobald der Werkzeugschlitten 15 bei seiner Vorschubbewegung in Richtung des Pfeiles 19 das Werkstück 18 an das Werkzeug 17 annähert, wird der Endschalter 11 betätigt. Während vorher die Haupwicklungen 2 und die Nebenwicklungen 8 vom Strom durchflossen waren und der Antriebsmotor 1 in einer niedrigen Leistungsstufe nur auf seiner Leerlaufdrehzahl gehalten wurde, werden bei Betätigung des Endschalters 11 übcr di Steuerung 10 und das Umschaltschütz 4 die Schalter 9 geschlossen, wodurch die Nebenwicklungen 8 abgeschaltet werden. Der Antriebsmotor 1 arbeitet jetzt mit voller Leistung, während das Werkstück 18 am Werkzeug 17 vorbeibewegt wird.As soon as the tool slide 15 in its feed movement in the direction the arrow 19 approaches the workpiece 18 to the tool 17, the limit switch 11 actuated. While previously the main windings 2 and the secondary windings 8 from the current flowed through and the drive motor 1 in a low power level only was kept at its idle speed when the limit switch is actuated 11 via the controller 10 and the changeover contactor 4, the switch 9 is closed, whereby the secondary windings 8 be switched off. The drive motor 1 now works at full power while the workpiece 18 moves past the tool 17 will.
Sobald das Werkzeug 17 außer Eingriff mit dem Werkstück 18 gelangt, sinkt die Leistungsaufnahme bzw.As soon as the tool 17 disengages from the workpiece 18, the power consumption decreases resp.
Stromaufnahme des Antriebsmotors 1 ab. Dieser Vorgang wird durch den Leistungsmesser bzw. Strommesser 12 erfaßt und als Steuersignal an die Steuerung 10 geleitet, die daraufhin über das Umschaltschütz 4 die Schalter 9 öffnet. Dadurch wird der Antriebsmotor 1 wieder auf seine Leerlaufstufe umgeschaltet.Current consumption of the drive motor 1 from. This process is facilitated by the Power meter or ammeter 12 detected and as a control signal to the controller 10, which then opens the switch 9 via the changeover contactor 4. Through this the drive motor 1 is switched back to its idle level.
Die Hauptwicklungen 2 und die Nebenwicklungen 8 können dadurch geschaffen werden, daß die herkömmlichen Ständerwicklungen eines Asynchronmotors angezapft und dadurch unterteilt werden.The main windings 2 and the secondary windings 8 can thereby be created that the conventional stator windings of an asynchronous motor are tapped and are thereby subdivided.
In Abwandlung der den in Fig. 1 und 2 gezeigten Schaltung kann auf die Nebenwicklungen 8 und das Schütz 4 verzichtet werden; die Wicklungen 2 des herkömmlichen Asynchronmoters 1 können durch die Stern-Dreieck-Schaltung 5 zwischen den beiden Leistungsstufen des Sternbetriebs und Dreiecksbetriebs durch das Schütz 6 umgeschaltet werden. In diesem Falle wird jedoch das Stern-Dreieck-Schütz 6 über eine in Fig. 1 mit gestrichelten Linien dargestellte Leitung durch die Steuerung 10 in der schon beschriebenen Weise in Abhängigkeit von der Betätigung des Endschalters 11 und der Signalabgabe des Leistungsmesser bzw.In a modification of the circuit shown in FIGS. 1 and 2, on the secondary windings 8 and the contactor 4 are dispensed with; the windings 2 of the conventional Asynchronous motor 1 can through the star-delta connection 5 between the two Power levels of star operation and delta operation switched by the contactor 6 will. In this case, however, the star-delta contactor 6 is via a device shown in Fig. 1 line shown with dashed lines through the controller 10 in the already described manner depending on the actuation of the limit switch 11 and the Signal output of the power meter or
Strommessers 12 betätigt.Ammeter 12 operated.
Die in Fig. 3 gezeigte Schaltung der Ständerwicklungen des Motors 1 unterscheidet sich vom vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, daß jeweils die Hauptwicklung 2 und die Nebenwicklung 8 in der Nennlaststufe arallelgeschaltet sind, und zwar sowohl im Sternbetrieb für den Anlauf (Fig. 3a) als auch im Dreieckbetrieb für volle Nennlast (Fig. 3b). In der Leerlauf stufe (Fig. 3c) werden die Hauptwicklung 2 und die Nebenwicklung 8 in Reihe geschaltet; man erkennt durch einen Vergleich mit der Schaltung nach Fig. 2c, daß sich diese beiden Schaltungen entsprechen.The circuit of the stator windings of the motor shown in FIG. 3 1 differs from the previously described embodiment in that each the main winding 2 and the secondary winding 8 connected in parallel in the rated load level are, both in star operation for start-up (Fig. 3a) and in delta operation for full rated load (Fig. 3b). In the idle stage (Fig. 3c) are the main winding 2 and the secondary winding 8 connected in series; one recognizes by a comparison with the circuit of FIG. 2c that these two circuits correspond.
Bei der in Fig. 5 vereinfacht dargestellten Anordnung sind auf einer Antriebswelle 21 des Fräswerkzeugs 17 der Hauptantriebsmotor 1 und ein gesonderter Leerlauf-Antriebsmotor 22 angeordnet. Der Hauptantriebsmotor 1 wird in herkömmlicher Weise über das Netzschütz 3 mit dem Netz verbunden. Das durch die Steuerung 10 in Abhängigkeit vom Endschalter 11 und des Leistungsmessers bzw. Strommessers 12 betätigte Umschaltschütz 4 betätigt hierbei Schalter 23 für den Hauptantriebsmotor 1 und Schalter 24 für den Leerlauf-Antriebsmotor 22 in der Weise, daß entweder die Schalter 23 oder die Schalter 24 geschlossen werden. Dadurch wird abwechselt der Hauptantriebsmotor 1 während des Bearbeitungsvorgangs und der Leerlauf-Antriebsmotor 22 während des Leerlaufbetriebs eingeschaltet.In the arrangement shown in simplified form in FIG. 5 are on a Drive shaft 21 of the milling tool 17 of the main drive motor 1 and a separate one Idle drive motor 22 is arranged. The main drive motor 1 is conventional Way connected to the network via the line contactor 3. The controller 10 in Depending on the limit switch 11 and the power meter or ammeter 12 operated Changeover contactor 4 actuates switch 23 for the main drive motor 1 and switch 24 for the idle drive motor 22 in such a way that either the switches 23 or the switches 24 are closed. This alternates the main drive motor 1 during the machining process and the idle drive motor 22 during the Idle mode switched on.
In zell Fig. 1, 2 und 3 sind die Nebenwicklungen 8 im Verhältnis zu den Hauptwicklungen 2 so ausgelegt, daß die Leistungsaufnahme in der Leerlaufstufe vorzugsweise weniger als 10 % gegenüber der vollen Betriebsleistung trägt. Entsprechend gering wird auch die Leistungsaufnahme des Leerlauf-Antriebsmotors 2 bei der Schaltung nach Fig. 5 gewählt. Bei einer vollen Betriebsleistung während des Bearbeitungsvorgangs von 12,5 kW beträgt die Leistungsaufnahme in der Leerlauf stufe beispielsweise 0,7 kW.In cell Fig. 1, 2 and 3, the secondary windings 8 are in relation to the main windings 2 designed so, that the power consumption in the idle stage is preferably less than 10% compared to the full operating power wearing. The power consumption of the idling drive motor is correspondingly low 2 selected for the circuit according to FIG. At full operating power during of the machining process of 12.5 kW is the power consumption in idle mode level 0.7 kW, for example.
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Owner name: HEMAG MASCHINENFABRIK GMBH & CO KG, 7425 HOHENSTEI |
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