DE4130770C2 - LOW-LOSS CIRCUIT ARRANGEMENT FOR CONTROLLING A LOW-VOLTAGE RELAY SUPPLIED FROM THE AC POWER SUPPLY - Google Patents
LOW-LOSS CIRCUIT ARRANGEMENT FOR CONTROLLING A LOW-VOLTAGE RELAY SUPPLIED FROM THE AC POWER SUPPLYInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine verlustarme Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines aus dem Wechselstromnetz gespeisten Niedervolt-Relais gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a low-loss circuit arrangement to control one fed from the AC network Low voltage relay according to the features of the preamble of Claim 1.
In der elektrotechnischen Arbeitswelt ist oft der Einsatz ei nes Schalters notwendig, der in Abhängigkeit von der Höhe ei ner Netzwechselspannung geschaltet wird. Als Beispiel sei die Netzspannungsumschaltung bei Netzteilen erwähnt. Bei solchen Schaltern kann es sich um einen Relaiskontakt eines Nieder volt-Relais handeln, der durch Ansteuern des Niedervolt-Relais betätigt wird. Das Ansteuern des Niedervolt-Relais ist über eine Schaltungsanordnung möglich, die einen in Abhängigkeit von der Höhe der Netzwechselspannung gesteuerten Schalter auf weist, der schließlich das Niedervolt-Relais entsprechend schaltet. Da diese Schaltungsanordnung permanent mit der Netz wechselspannung versorgt werden muß, ist es günstig, wenn die se Schaltungsanordnung verlustarm arbeitet.In the electrotechnical world of work, the use of egg is often Nes switch necessary, depending on the height ei AC mains voltage is switched. Take the example Mains voltage switching mentioned in power supplies. In such Switches can be a Nieder relay contact volt relay act by driving the low voltage relay is operated. The control of the low-voltage relay is over a circuit arrangement possible, depending on switch controlled by the level of the AC line voltage points, which ultimately corresponds to the low-voltage relay switches. Since this circuit arrangement is permanently connected to the network AC voltage must be supplied, it is beneficial if the se circuit arrangement works with little loss.
Eine verlustarme Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines aus dem Wechselstromnetz gespeisten Niedervolt-Relais, dessen Kon takte eine Spannungsbereichsumschaltung für angeschlossene Ge räte durchführen können, ist beispielsweise aus DE 39 34 144 A1 bekannt. Die Schaltungsanordnung hat aber den Nachteil, daß es zu einem ungewollten Schalten des Niedervolt-Relais und damit zu einem ungewollten Umschalten des Spannungsbereichs aufgrund von Netzspannungsstörungen kommen kann. Ein mit der Netzwech selspannung des umgeschalteten Spannungsbereichs betriebenes Gerät kann dann leicht zerstört werden.A low-loss circuit arrangement for driving one out the low-voltage relay fed to the AC network, the con clock a voltage range switchover for connected Ge can perform councils, for example from DE 39 34 144 A1 known. The circuit arrangement has the disadvantage that it to an unwanted switching of the low-voltage relay and thus to an unwanted switching of the voltage range due to can come from mains voltage interference. One with the network switch operating voltage of the switched voltage range The device can then be easily destroyed.
Als Beispiel sei folgender Fall erwähnt: Das betriebene Gerät ist ein 220-Volt-Gerät und die Netzwechselspannung beträgt regulär 220 Volt. Der Relaiskontakt des Niedervolt-Relais, der zwischen einem Spannungsbereich von 110 Volt und 220 Volt umschaltet, soll so eingestellt sein, daß das ange schlossene Gerät mit 220 Volt Netzwechselspannung arbei tet. Liegt eine 110-Volt-Netzwechselspannung vor, soll der Relaiskontakt so eingestellt sein, daß die Netzwechselspan nung durch eine Spannungsverdoppelungsschaltung auf 220 Volt hochgesetzt wird und das angeschlossene Gerät wieder mit einer 220-Volt-Netzwechselspannung arbeitet. Tritt nun eine Störung bei der Netzwechselspannung in der Weise auf, daß die Netzwechselspannung auf 110 Volt absinkt, wird das Niedervolt-Relais über den von der Netzwechselspannung ge steuerten Schalter in den 110-Volt-Betriebszustand geschal tet. Steigt plötzlich die Netzwechselspannung wieder auf den ursprünglichen Wert von 220 Volt an, so kann unter Um ständen durch den durch die Höhe der Netzwechselspannung gesteuerten Schalter das Niedervolt-Relais nicht mehr schnell genug in den 220-Volt-Betriebszustand zurückge schaltet werden. Das zu betreibende Gerät liegt dann wegen der noch wirksamen Spannungsverdoppelungsschaltung kurz zeitig an einer zu hohen Netzwechselspannung an, die das Gerät zerstören kann.The following case may be mentioned as an example: The operated device is a 220 volt device and the AC voltage is regular 220 volts. The relay contact of the low voltage relay, that between a voltage range of 110 volts and 220 Volt switches, should be set so that the ange closed device with 220 volts AC working tet. If there is a 110 volt AC mains voltage, the Relay contact must be set so that the AC voltage voltage through a voltage doubler circuit to 220 volts is raised and the connected device again a 220 volt AC mains voltage works. Now kick a disturbance in the AC line voltage in such a way that the AC mains voltage drops to 110 volts, it will Low-voltage relay via the ge from the AC line voltage controlled switches in the 110 volt operating mode tet. If the AC voltage suddenly rises again the original value of 220 volts, so under Um by the level of the AC voltage controlled switch no longer the low-voltage relay returned to the 220-volt operating state quickly enough be switched. The device to be operated is then due the still effective voltage doubling circuit briefly at a too high AC voltage, which the Can destroy the device.
Aus Schaaf, Relais-, Schutz- und Elektroniksteuerungen, 1976, Leuchtturm-Verlag, Seite 120, ist die Arbeitsweise eines Thyristors bekannt. Insbesondere ist daraus bekannt, daß der Thyristor nach erfolgter Zündung durchgeschaltet bleibt, bis die zwischen der Anode und der Katode anlie gende Hauptspannung auf Null zurückgegangen ist. Der Lite raturstelle ist ferner zu entnehmen, daß dem Thyristor ein Lastwiderstand in Serie vorgeschaltet ist, mit dem zusam men er an eine Spannungsquelle angeschlossen ist. Der Thyristor arbeitet hier somit als Ein- bzw. Ausschalter des in Serie geschalteten Lastwiderstandes und beispiels weise nicht als Kurzschließer der Spannungsquelle, wobei er durch das Kurzschließen der Spannungsquelle ein an die Spannungsquelle parallel angeschlossenes Niedervolt-Relais ein- und ausschaltet.From Schaaf, relay, protection and electronics controls, 1976, Leuchtturm-Verlag, page 120, is the way of working of a thyristor known. In particular, it is known that the thyristor is switched through after ignition remains until the between the anode and the cathode main voltage has dropped to zero. The lite raturstelle can also be seen that the thyristor Load resistor is connected in series with which men it is connected to a voltage source. The The thyristor thus works as an on / off switch of series connected load resistance and example not as a short circuit of the voltage source, whereby by shorting the voltage source to the Low-voltage relay connected in parallel switches on and off.
Aus Kammerer u. a., Elektronik III, Grundschaltungen, Seiten 494 und 495, ist eine Anwendung eines Thyristors als Nullspannungsschalter bekannt. Der Thyristor ist über einen seriellen Lastwiderstand an eine eine pulsierende Gleichspannung liefernde Gleichspannungsquelle angeschlos sen. Der Thyristor arbeitet hier somit wieder als Ein- bzw. Ausschalter des in Serie geschalteten Lastwiderstan des und beispielsweise wieder nicht als Kurzschließer der Spannungsquelle, wobei er durch das Kurzschließen der Spannungsquelle ein an die Spannungsquelle parallel ange schlossenes Niedervolt-Relais ein- und ausschaltet. Zur Steuerung des Thyristors ist neben einem Schalter, der eine Zündspannung an den Steuereingang des Thyristors wei terleitet, ein Transistor vorgesehen, der über eine unab hängig vom Schaltzustand des Schalters arbeitende span nungsempfindliche Steuerschaltung gesteuert wird. Hier durch wird erreicht, daß die Zündspannung über den ge schlossenen Schalter erst am Thyristor wirksam wird, wenn die Gleichspannungsquelle kaum eine Spannung liefert.From Kammerer u. a., Electronics III, basic circuits, pages 494 and 495, is an application of a thyristor as Zero voltage switch known. The thyristor is over one serial load resistance to a pulsating DC voltage source supplying DC voltage connected sen. The thyristor works here again as a or switch of the load resistor connected in series des and for example not as a short circuiter of the Voltage source, by shorting the Voltage source on parallel to the voltage source closed low-voltage relay switches on and off. For Control of the thyristor is next to a switch that an ignition voltage to the control input of the thyristor white terleitet, a transistor is provided, which has an unab depending on the switching state of the switch working span voltage-sensitive control circuit is controlled. Here is achieved by that the ignition voltage over the ge closed switch is only effective at the thyristor when the DC voltage source hardly supplies any voltage.
Die Thyristorschaltungen gemäß der genannten Dokumente sind nicht geeignet, in einer verlustarmen Schaltungsan ordnung der eingangs beschriebenen Art eingesetzt zu wer den, um ein durch Kurzschluß über einen Schalter bewirktes Abfallen eines aus einem Wechselstromnetz gespeisten Nie dervolt-Relais derart abzusichern, daß ein Wiederanziehen des Niedervolt-Relais bei einem dem Schließen folgenden Öffnen des Schalters verhindert wird. Erstens arbeiten sie wegen des seriell zum Thyristor angeordneten Lastwiderstan des nicht verlustarm und zweitens bleibt der Thyristor nach seiner Zündung durch Schließen des entsprechenden Schalters nicht gezündet, wenn der Schalter wieder öffnet.The thyristor circuits according to the mentioned documents are not suitable in a low-loss circuit order of the type described in the introduction to who the one caused by a short circuit via a switch A never fall off an AC power supply to secure dervolt relays in such a way that they can be re-tightened of the low-voltage relay during a closing Opening of the switch is prevented. First, they work because of the load resistance arranged in series with the thyristor not low loss and secondly the thyristor remains after its ignition by closing the corresponding one Switch not fired when the switch opens again.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Schaltungsan ordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der ein über einen Schalter bewirktes Kurzschließen und dadurch hervorgerufenes Abfallen eines aus einem Wechselstromnetz gespeisten Niedervolt-Relais derart abgesichert wird, daß ein Wiederanziehen des Niedervolt-Relais bei einem dem Schließen folgenden Öffnen des Schalters verhindert wird.The object of the invention is therefore a circuit order of the type mentioned at the beginning short-circuiting caused by a switch and thereby dropping caused by an AC network fed low-voltage relay is secured in such a way that a tightening of the low-voltage relay at one Closing following opening of the switch is prevented.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen den Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Durch eine Schaltungsanordnung mit Thyristor-Eigenschaften als Kurzschlußschaltung wird ein stabiler Betriebszustand beim Niedervolt-Relais bewerkstelligt, der einem kriti schen Spannungsbereich zugeordnet werden kann. Bezogen auf das oben beschriebene Beispiel ist das der 220-Volt-Be triebszustand. Ein Absinken der Netzwechselspannung mit nachfolgendem plötzlichen Wiederansteigen hat dann keine Auswirkungen mehr auf die angeschlossenen Geräte, weil sich der Betriebszustand des Niedervolt-Relais in diesem kritischen Fall nicht mehr ändert.According to the invention, this object is characterized by the solved the part of claim 1 specified features. Through a circuit arrangement with thyristor properties as a short-circuit circuit is a stable operating state accomplished with the low-voltage relay, which is critical voltage range can be assigned. Related to the example described above is that of the 220 volt Be drive state. A drop in the AC line voltage with subsequent sudden rise then has none Impact more on that connected devices because the operating state of the Low-voltage relay no longer changes in this critical case.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen. Danach wird ein Thyristor zum Bewerkstelligen des parallelen Kurzschlusses verwendet, weil es eine Eigen schaft des Thyristors ist, nach seinem Durchschalten durchge schaltet zu bleiben, auch wenn kein Steuersignal mehr anliegt. Die Durchschaltung bleibt automatisch solange erhalten, bis der über ihn fließende Strom einen Mindestwert unterschreitet. Das ist in der Regel erst dann der Fall, wenn die Netzwechsel spannung komplett wegfällt. Es genügt damit eine einfache Steuerschaltung für die Durchschaltung des Thyristors. Eine Schaltung zum Abschalten des Thyristors ist nicht notwendig. Ebenso wenig ist eine Schaltung notwendig, durch die der Thy ristor im durchgeschalteten Zustand gehalten wird. Der Aufwand zur Ansteuerung des Thyristors ist deshalb gering.Advantageous embodiments of the invention are the subject of Subclaims. Then a thyristor becomes manageable of the parallel short circuit used because it is a eigen shaft of the thyristor is, after its switching through remains switched even if there is no longer a control signal. The circuit is automatically maintained until the current flowing through it falls below a minimum value. This is usually only the case when the network change tension is completely eliminated. A simple one is sufficient Control circuit for switching the thyristor. A Circuit to turn off the thyristor is not necessary. A circuit by which the Thy ristor is kept in the switched-on state. The effort to control the thyristor is therefore low.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is described below a drawing explained in more detail.
Die in der Figur dargestellte Schaltungsanordnung weist ein gangsseitig einen Vorschaltkondensator C1 und einen Netzgleich richter GL auf. Der Vorschaltkondensator C1 und der Netzgleich richter GL sind zueinander in Serie geschaltet und zusammen an eine Netzwechselspannung AC angeschlossen. An die Gleichstrom ausgänge des Netzgleichrichters GL ist ein Siebkondensator C2 angeschlossen, der die von dem Netzgleichrichter GL gleichge richtete Spannung glättet. Parallel zum Siebkondensator C2 ist eine Kurzschlußschaltung angeordnet, auf die später noch näher eingegangen wird. Parallel zur Kurzschlußschaltung ist schließ lich ein über ein Steuersignal St gesteuerter Schalter S und ein Niedervolt-Relais REL angeschlossen.The circuit arrangement shown in the figure has on the output side a ballast capacitor C1 and a mains equal straighten up GL. The ballast capacitor C1 and the same mains judges GL are connected to each other in series and together an AC mains voltage is connected. To the direct current outputs of the mains rectifier GL is a filter capacitor C2 connected, which is equalized by the mains rectifier GL straightened tension smoothes. Is parallel to the filter capacitor C2 a short circuit arranged on the later in more detail is received. Parallel to the short circuit is closing Lich a switch S and controlled by a control signal St a low-voltage relay REL connected.
Der Schalter S kann beispielsweise als gesteuerter Halbleiter schalter ausgebildet sein. Das Steuersignal St für den Schal ter S kann beispielsweise über einen Komparator erzeugt wer den, der die Höhe der Netzwechselspannung überwacht. The switch S can be used, for example, as a controlled semiconductor be trained switch. The control signal St for the scarf ter S can be generated via a comparator, for example the one who monitors the level of the AC mains voltage.
Die Wicklung des Niedervolt-Relais REL bildet im wesentlichen zusammen mit dem Vorschaltkondensator C1 bei geöffnetem Schal ter S einen Spannungsteiler, der über den Vorschaltkondensator C1 so eingestellt ist, daß bei der minimalen Netzwechselspan nung AC am Niedervolt-Relais REL mindestens die garantierte Anzugsspannung abfällt.The winding of the low-voltage relay REL essentially forms together with the series capacitor C1 when the scarf is open ter S a voltage divider that is connected across the ballast capacitor C1 is set so that at the minimum grid change AC at the low-voltage relay REL at least the guaranteed Tightening voltage drops.
Für das Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß beim Anlegen der Schaltungsanordnung an eine Netzwechselspannung AC von 110 Volt das Niedervolt-Relais REL durch den in diesem Fall geöffneten Schalter S anzieht. Beim Anlegen der Schaltungsan ordnung an eine Netzwechselspannung von 220 Volt dagegen schließt der Schalter S, so daß das Niedervolt-Relais über brückt wird und abfällt. Der Relaiskontakt ist dabei in der Weise angeschlossen, daß bei angezogenem Relais eine Span nungsverdoppelungsschaltung für die Netzwechselspannung akti viert wird, so daß für die angeschlossenen Geräte wieder die ursprüngliche Netzwechselspannung von 220 Volt zur Verfügung steht.For the embodiment it is assumed that when creating the circuit arrangement to an AC mains voltage of 110 volt the low-voltage relay REL through the in this case open switch S attracts. When creating the circuit against an alternating voltage of 220 volts the switch S closes so that the low-voltage relay over is bridged and falls off. The relay contact is in the Way connected that a Span voltage doubling circuit for the AC mains voltage acti fourth, so that for the connected devices again original AC voltage of 220 volts available stands.
Die zwischen dem Siebkondensator C2 einerseits und dem ge steuerten Schalter S und dem Niedervolt-Relais REL anderer seits angeordnete Kurzschlußschaltung besteht aus einem pa rallel zum Siebkondensator C2 angeordneten Thyristor THYR mit zugehöriger Steuerschaltung zum Durchschalten des Thyristors THYR in dem Fall, daß der gesteuerte Schalter S durchschaltet. Die Steuerschaltung wiederum besteht aus einer Serienschal tung, gebildet aus der gesteuerten Strecke eines Transistors T und zwei Widerständen R3 und R4 sowie einem Basiswiderstand R2 und einem Längswiderstand R1. Bei dem Thyristor THYR kann es sich um einen Baustein als solchen aber auch um jede andere Anordnung mit Thyristor-Eigenschaften handeln. Die beiden in der Serienschaltung angeordneten Widerstände R3 und R4 weisen einen Mittelabgriff auf, der mit einem Steuereingang des Thy ristors THYR verbunden ist. Die Anschlußpunkte der Serien schaltung sind mit den einen Eingangs- und einen Ausgangsan schluß aufweisenden Elektrodenanschlüssen des Thyristors THYR verbunden. Der Thyristor THYR ist in Durchlaßrichtung gepolt angeordnet, wobei die Anode den Eingangs- und die Kathode den Ausgangsanschluß des Thyristors THYR bildet. Die gesteuerte Strecke des Transistors T ist in der Weise angeordnet, daß der Emitter mit dem Eingangsanschluß des Thyristors THYR und der Kollektor mit dem ersten der beiden in Serie geschalteten Wi derstände R3 verbunden ist. Der zweite der beiden in Serie geschalteten Widerstände R4 ist mit dem Ausgangsanschluß des Thyristors THYR verbunden.The one between the filter capacitor C2 and the ge controlled switch S and the low-voltage relay REL other arranged short circuit consists of a pa with thyristor THYR arranged parallel to the filter capacitor C2 associated control circuit for switching the thyristor THYR in the event that the controlled switch S turns on. The control circuit in turn consists of a series scarf device formed from the controlled path of a transistor T. and two resistors R3 and R4 and a base resistor R2 and a series resistor R1. With the thyristor THYR it can a building block as such, but also any other Act arrangement with thyristor properties. The two in the resistors R3 and R4 arranged in the series circuit a center tap, which is connected to a control input of the Thy ristors THYR is connected. The connection points of the series circuit with one input and one output closing electrode connections of the thyristor THYR connected. The thyristor THYR is polarized in the forward direction arranged, the anode the input and the cathode Output terminal of the thyristor THYR forms. The controlled one Route of the transistor T is arranged in such a way that the Emitter with the input terminal of the thyristor THYR and the Collector with the first of the two Wi connected in series R3 is connected. The second of the two in series switched resistors R4 is connected to the output terminal of the Thyristors THYR connected.
Der Längswiderstand R1 ist seriell in den Ausgangsstromkreis des Netzgleichrichters GL geschaltet, so daß bei geöffnetem gesteuerten Schalter S ein Strom über diesen Widerstand und das Niedervolt-Relais REL und bei geschlossenem gesteuerten Schalter S ein Strom nur über diesen Widerstand fließt. Im einzelnen ist das eine Ende des Längswiderstandes R1 mit dem Eingangsanschluß des Thyristors THYR und der gesteuerten Strecke des Transistors T und das andere Ende mit einem vom Transistor T abgewandten Ende des Basiswiderstandes R2 und einem Eingangsanschluß des gesteuerten Schalters S verbunden.The series resistor R1 is serial in the output circuit of the mains rectifier GL switched so that when open controlled switch S a current through this resistor and the low-voltage relay REL and when the controlled closed Switch S a current only flows through this resistor. in the individual is one end of the series resistor R1 with the Input connection of the thyristor THYR and the controlled Route of transistor T and the other end with one of the End of the base resistor R2 and transistor T facing away an input terminal of the controlled switch S connected.
Bei einer 220-Volt-Netzwechselspannung wird der Schalter S ge schlossen und das Niedervolt-Relais REL fällt ab. Am Längswi derstand R1 fällt gegenüber vorher eine erhöhte Spannung ab, die größer ist als die Basis-Emitter-Spannung des Transistors T. Die gesteuerte Strecke des Transistors T wird dadurch durch geschaltet. Damit erhöht sich über den durch die Widerstände R3 und R4 gebildeten Spannungsteiler die Steuerspannung am Steuereingang des Thyristors THYR und auch der Thyristor THYR schaltet durch. Sobald der Thyristor THYR durchgeschaltet hat, ist der Stromfluß über den Längswiderstand R1 unterbrochen und der Transistor T schaltet seine gesteuerte Strecke in den hochohmigen Zustand. Der Thyristor THYR bleibt aber aufgrund seiner Eigenschaften durchgeschaltet. Bricht nun die Netzwech selspannung auf einen Wert von z. B. 110 Volt zusammen, bleibt das Niedervolt-Relais REL trotzdem abgefallen, also im 220- Volt-Betriebszustand, weil das Niedervolt-Relais REL durch den Thyristor THYR kurzgeschlossen bleibt. Das Öffnen des ge steuerten Schalters S in diesem Fall hat keine Bedeutung mehr. Es besteht für die angeschlossenen Geräte deshalb keine Gefahr mehr, wenn die Netzwechselspannung dann plötzlich wieder auf 220 Volt ansteigt.With a 220 volt AC mains voltage, the switch S is ge closed and the low-voltage relay REL drops out. At the Längenwi the level R1 drops compared to a higher voltage, which is greater than the base-emitter voltage of the transistor T. The controlled path of the transistor T is thereby switched. This increases above that through the resistors R3 and R4 formed voltage divider the control voltage on Control input of the thyristor THYR and also the thyristor THYR switches through. As soon as the thyristor THYR has switched through, the current flow through the series resistor R1 is interrupted and the transistor T switches its controlled path in the high impedance condition. The thyristor THYR remains due its properties switched through. Now breaks the network switch sel voltage to a value of z. B. 110 volts together remains the low-voltage relay REL nevertheless fell off, i.e. in the 220- Volt operating state because the low-voltage relay REL through the Thyristor THYR remains short-circuited. Opening the ge controlled switch S in this case has no meaning. There is therefore no danger for the connected devices more when the AC line voltage suddenly turns up again 220 volts increases.
Dies gilt im übrigen auch wenn die Netzwechselspannung erstma lig an die Schaltungsanordnung angelegt wird. In diesem Fall ist das Niedervolt-Relais REL trotz geöffnetem Schalter S zu nächst einmal abgefallen. Bei einer 220-Volt-Netzwechselspan nung bleibt das Niedervolt-Relais REL dann durch Schließen des gesteuerten Schalters S und Durchschalten des Thyristors THYR abgeschaltet, während es bei einer 110-Volt-Netzwechselspan nung durch Offenlassen des gesteuerten Schalters S aktiviert wird.Incidentally, this also applies when the AC mains voltage first occurs lig is applied to the circuit arrangement. In this case the low-voltage relay REL is closed despite the open switch S. fell off next time. With a 220-volt AC power supply The low-voltage relay REL remains then by closing the controlled switch S and turning on the thyristor THYR turned off while it is on a 110 volt AC power voltage activated by leaving the controlled switch S open becomes.
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