EP1134857B1 - Kohlehalteranordnung - Google Patents

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EP1134857B1
EP1134857B1 EP01106547A EP01106547A EP1134857B1 EP 1134857 B1 EP1134857 B1 EP 1134857B1 EP 01106547 A EP01106547 A EP 01106547A EP 01106547 A EP01106547 A EP 01106547A EP 1134857 B1 EP1134857 B1 EP 1134857B1
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carbon brush
carbon
holder
brush holder
arrangement according
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Diethard Schaut
Günter Schardt
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Schunk Italia Srl
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/38—Brush holders
    • H01R39/41—Brush holders cartridge type
    • H01R39/415—Brush holders cartridge type with self-recoiling spring

Definitions

  • the invention relates to a carbon holder arrangement intended for electric motors, comprising one made of electrically insulating material such as ceramic or plastic material existing carrier such as carrier plate with at least one of these out of metal existing quiver-shaped carbon brush holder, the inner surfaces at least in sections Guides of a carbon brush axially displaceable in the carbon brush holder are, in particular intended for a layered carbon brush, at least two opposite Have inner surfaces of the carbon brush holder electrically insulating material.
  • Coal holder arrangements consist of a carrier plate made of plastic exist, on the case made of brass in particular as carbon brush guides are attached.
  • the choice of material for the carbon brush guides ensures that the carbon brushes are precisely guided and therefore flat to the desired extent rest on a commutator or a slip ring (EP 0 291 765 A2, EP 0 655 169 B1, DE 36 29 634 C2).
  • Coal holder arrangements made of plastic are known for layered carbon brushes.
  • the carbon brush guides can be made of plastic to avoid that cross currents flow between the carbon bars separated by an insulating layer.
  • Then, use of carbon brush guides made of plastic material the Disadvantage that the sections serving as guides are not exactly aligned with one another can be, so that it is not ensured that coal bars in the required Place the circumference flat on a collector. Rather, it can be said that at times only one of the layers touches the collector. However, this changes the interconnection angle a corresponding stratified carbon brush motor.
  • a coal holder arrangement of the type mentioned at the outset is known from EP 0 358 812 A1 remove. All inner surfaces of the carbon brush holder are made of polytetrafluoroethylene coated. A carbon brush on its outer circumference is surrounded by insulation, can be found in DE 1 735 714 U1.
  • the present invention is based on the problem of a carbon holder arrangement at the outset mentioned type so that it is inexpensive to manufacture and at the same time ensures that the carbon brush axially displaceable in the carbon brush holder, in particular Coating carbon brush is guided with sufficient accuracy so that the required contact to a collector or a slip ring.
  • Using short-circuit carbon brushes can be avoided, i.e. a current flow between the carbon bars in the area of their long sides penetrated by the insulating layer be excluded.
  • the problem is essentially solved in that the electrically insulating Material a covering the respective inner surface and in the carbon brush holder strip material to be used.
  • a carbon brush holder made of metal can be used without the Use of carbon brushes to be used must be restricted. Rather there is without further ado the possibility of using layered carbon brushes in the carbon brush holders, without the risk of cross-circuits in the area of the long sides of the carbon brushes, that is, between the carbon bars, which are separated by an insulating layer.
  • the strip material consisting of plastic material has a width that is equal to or approximately equal to the inner surface of the carbon brush holder, along which the cover extends.
  • the strip material - also called cover below - can be cut with the carbon brush or the inner surface connected as glued.
  • the cover is welded to the Komebürstenhatter, in particular ultrasonic welding is to be preferred.
  • the wall of the carbon brush holder to be provided with the cover has at least one receptacle for engaging in this section of the cover facing away from the carbon brush.
  • the receptacle can have an opening such as a hole and the one engaging in it Section be a knob like a cylindrical projection.
  • the wall preferably has several shots and accordingly the cover several protrusions.
  • the wall of the carbon brush holder designed to be electrically insulating or has a cover made of electrically insulating material on which the carbon brush can be supported with its insulating layer and slides, so there is easily the possibility that the carbon brush holder is completely or almost completely corresponding on the inside is trained.
  • the carbon brush holder itself can be made of brass-brass-laminate-aluminum-zinc.
  • FIG. 1 shows, in principle, a collector 10 with fins 12 of an electric motor, on which a carbon brush 14 is supported at a desired connection angle.
  • the Carbon brush 14 is made of a conductive carbon brush holder 16 made of electrically conductive Material guided recorded, which in turn from a quiver-shaped Brush holder housing 18 is made of plastic material.
  • Different designed carriers for Carbon brush holders are also possible, especially carrier plates with a central one Breakthrough which is penetrated by a shaft of an electric motor and on which preferably four carbon brush holders with carbon brushes arranged axially displaceably in these are arranged, as described in EP 0 291 765 A2, EP 0 655 169 B1 or DE 36 29 634 C2 is known.
  • a corresponding carbon brush holder 16 is shown in perspective in FIG. 2 shown, which has in its transverse walls 20, 22 so-called spring bellies 24, 26 to a Take up spring element such as coil spring 28, the plastic or plastic coated metal can exist. In this respect, however, is based on well-known solutions directed.
  • the carbon brush holder 16 is designed such that its longitudinal inner surfaces 30, 32 in their areas or surfaces that come into contact with the carbon brush 14 is electrically isolated. This can be done in that the inner surfaces 30, 32 completely or partly with a corresponding coating consisting of electrically insulating material are provided or are electrically insulating.
  • the inner surface 30, 32 is preferably made of an electrically insulating material Material existing strips 34 covered, as is clear from FIG. 2.
  • the one made of plastic material or other suitable electrically insulating material consisting of strips 34 on its carbon brush remote Surface 36 protruding nub-like projections 38 which like in corresponding recordings Engage holes 40 in the side wall 42, 44 of the carbon brush holder 16.
  • the strip 34 can then optionally be glued to the inner surface 30, 32 or the wall 42, 44 or be welded in particular by means of ultrasound.
  • a solution or construction in this regard is particularly for laminated carbon brushes 46 suitable, which consist of carbon bars 50, 52, which are mutually connected via an insulating layer 48 are separated, as shown in FIGS. 3 to 6.
  • the carbon brush is supported 46 with their corresponding longitudinal surfaces 52, 54, 56, 58 each with one made of electrical insulating material existing cover 60, 62 of the inner surfaces of the longitudinal side walls 64, 66 of a carbon brush holder 68, the structure of which is in principle that of FIGS. 1 and 2 can correspond.
  • FIG. 1 the embodiment of FIG.
  • the covers exist 60, 62 made of electrically insulating strip material, which with the inner surfaces of the Longitudinal walls 64, 66 can be glued or welded. By this measure is ensures that a short circuit between the carbon bars 50, 52 in the area of their Longitudinal surfaces 52, 54, 56, 58 are omitted.
  • Corresponding strip material 34 provided with knob-like projections 38, 74 has 5 on carbon brush holder, the knob-like projections 38, 74 pass through corresponding holes 76, 78 of the longitudinal side walls 64, 66.
  • Fig. 6 is an enlarged section of another to be highlighted Embodiment of a carbon brush holder 80 shown, the longitudinal side wall 82nd is covered on the inside by an insulating layer 84 which corresponds to that previously explained Embodiments formed by, for example, strip material or a coating can be.
  • the longitudinal side wall 82 and the cover 84 in the Area of the insulating layer 48 of the layered carbon brush 50 a slot or channel-shaped Recess 86, which extends to the carbon bars 50, 52.
  • the edge regions of the carbon bars 50, 52 which directly adjoin the insulating layer 48 not in contact with the cover 84. This ensures that abrasion Do not collect coal dust directly between the coal bars 50, 52 and can deposit, which could otherwise lead to an undesirable short circuit.

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  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kohlehalteranordnung bestimmt für Elektromotoren, umfassend einen aus elektrisch isolierendem Material wie Keramik- oder Kunststoffmaterial bestehenden Träger wie Trägerplatte mit zumindest einem von diesem ausgehenden aus Metall bestehenden köcherförmigen Kohlebürstenhalter, dessen Innenflächen zumindest abschnittsweise Führungen einer in dem Kohlebürstenhalter axial verschiebbaren Kohlebürste sind, insbesondere bestimmt für eine Schichtkohlenbürste, wobei zumindest zwei gegenüberliegende Innenflächen des Kohlebürstenhalters elektrisch isolierendes Material aufweisen.
Es sind Kohlehalteranordnungen bekannt, die aus einer aus Kunststoff bestehenden Trägerplatte bestehen, auf der aus insbesondere Messing bestehende Köcher als Kohlebürstenführungen befestigt sind. Durch die Wahl des Materials für die Kohlebürstenführungen ist sichergestellt, dass die Kohlebürsten exakt geführt und damit im gewünschten Umfang flächig auf einem Kommutator oder einem Schleifring aufliegen (EP 0 291 765 A2, EP 0 655 169 B1, DE 36 29 634 C2).
Für Schichtkohlebürsten sind Kohlehalteranordnungen bekannt, die aus Kunststoff bestehen. Dabei können die Kohlebürstenführungen aus Kunststoff hergestellt sein, um zu vermeiden, dass zwischen den durch eine Isolierschicht getrennten Kohleriegeln Querströme fließen. Die Verwendung von aus Kunststoffmaterial bestehenden Kohlebürstenführungen haben jedoch den Nachteil, dass diese in ihren als Führung dienenden Abschnitten nicht exakt aufeinander ausgerichtet werden können, so dass nicht sichergestellt ist, dass Kohleriegel im erforderlichen Umfang flächig auf einem Kollektor aufliegen. Vielmehr ist festzustellen, dass zeitweise nur eine der Schichten den Kollektor berührt. Hierdurch ändert sich jedoch der Verschaltungswinkel eines entsprechenden Schichtkohlebürsten aufweisenden Motors.
Eine Kohlehalterhalteranordnung der eingangs genannten Art ist der EP 0 358 812 A1 zu entnehmen. Dabei sind sämtliche Innenflächen des Kohlebürstenhalters mit Polytetrafluoräthylen beschichtet. Eine Kohlebürste, die auf ihrem äußeren Umfang mit einer Isolation umgeben ist, ist dem DE 1 735 714 U1 zu entnehmen.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Kohlehalteranordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass diese kostengünstig herstellbar ist und gleichzeitig sicherstellt, dass die in dem Kohlebürstenhalter axial verschiebbare Kohlebürste, insbesondere Schichtkohlebürste hinreichend genau geführt wird, so dass der erforderliche Kontakt zu einem Kollektor bzw. zu einem Schleifring gegeben ist. Gleichzeitig sollen bei der Verwendung von Schichtkohlebürsten Querkurzschlüsse vermieden werden, also ein Stromfluss zwischen den Kohleriegeln im Bereich ihrer von der Isolierschicht durchsetzten Längsseiten ausgeschlossen werden.
Erfindungsgemäß wird das Problem im Wesentlichen dadurch gelöst, dass das elektrisch isolierende Material eine die jeweilige Innenfläche abdeckendes und in den Kohlebürstenhalter einzusetzendes Streifenmaterial ist.
Durch die erfindungsgemäße Lehre kann in einer aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Trägerplatte ein Kohlebürstenhalter aus Metall eingesetzt werden, ohne dass die Verwendung von einzusetzenden Kohlebürsten eingeschränkt werden muss. Vielmehr besteht ohne Weiteres die Möglichkeit, in den Kohlebürstenhaltern Schichtkohlebürsten einzusetzen, ohne dass die Gefahr besteht, dass Querkurzschlüsse im Bereich der Längsseiten der Kohlebürsten, also zwischen den Kohleriegeln erfolgt, die von einer Isolierschicht getrennt sind. Dadurch, dass der Kohlebürstenhalter einen aus Metall bestehenden umlaufenden oder im Wesentlichen umlaufenden Körper aufweist, ist eine präzise Geometrie sichergestellt und damit eine exakte Führung gegeben, so dass der gewünschte Kontakt zwischen der Kohlebürste und einem Kollektor bzw. einem Schleifring gegeben ist, ohne dass ein unkontrolliertes Verändern des Verschaltungswinkels erfolgt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das aus Kunststoffmaterial bestehende Streifenmaterial eine Breitenerstreckung aufweist, die gleich oder in etwa gleich der Innenfläche des Kohlebürstenhalters, ist, entlang der sich die Abdeckung erstreckt.
Das Streifenmaterial - nachstehend auch Abdeckung genannt - kann mit dem Kohlebürstenhaher bzw. der Innenfläche verbunden wie verklebt sein. Insbesondere ist jedoch vorgesehen, dass die Abdeckung mit dem Komebürstenhatter verschweißt ist, wobei insbesondere Ultraschallschweißen zu bevorzugen ist.
Um ein sicheres Fixierch zu gewährleisten, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass die mit der Abdeckung zu versehene Wandung des Kohlebürstenhalters zumindest eine Aufnahme für in diese eingreifenden kohlebürstenabgewandten Abschnitt der Abdeckung aufweist. Dabei kann die Aufnahme eine Durchbrechung wie Loch und der in diese eingreifende Abschnitt ein Noppen wie zylinderförmiger Vorsprung sein. Vorzugsweise weist die Wandung mehrere Aufnahmen und entsprechend die Abdeckung mehrere Vorsprünge auf.
Ist insbesondere die Wandung des Kohlebürstenhalters elektrisch isolierend ausgebildet bzw. weist eine aus elektrisch isolierendem Material bestehende Abdeckung auf, auf der die Kohlebürste mit ihrer Isolierschicht abstützbar ist und gleitet, so besteht ohne Weiteres die Möglichkeit, dass der Kohlebürstenhalter innenflächig vollständig oder nahezu vollständig entsprechend ausgebildet ist.
Der Kohlebürstenhalter selbst kann aus Messing-Messing-Laminat-Aluminium-Zink bestehen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1
einen Kollektor mit auf dieser abgestützter Kohlebürste,
Fig. 2
eine auseinandergezogene Darstellung eines Kohlebürstenhalters und
Fig. 3-6
Querschnitte prinzipieller Darstellungen von Kohlebürstenhaltern mit in diesen eingesetzten Schichtkohlebürsten.
In Fig. 1 ist rein prinzipiell ein Kollektor 10 mit Lamellen 12 eines Elektromotors dargestellt, auf den eine Kohlebürste 14 unter einem gewünschten Verschaltungswinkel abgestützt ist. Die Kohlebürste 14 wird von einem köcherförmigen Kohlebürstenhalter 16 aus elektrisch leitendem Material geführt aufgenommen, der seinerseits von einem ebenfalls köcherförmigen Bürstenhaltergehäuse 18 aus Kunststoffmaterial aufgenommen ist. Anders gestaltete Träger für Kohlebürstenhalter sind gleichfalls möglich, insbesondere Trägerplatten mit zentraler Durchbrechung, die von einer Welle eines Elektromotors durchsetzt ist und auf der vorzugsweise vier Kohlebürstenhalter mit in diesen axial verschiebbar angeordneten Kohlebürsten angeordnet sind, wie dies aus den EP 0 291 765 A2, EP 0 655 169 B1 oder DE 36 29 634 C2 bekannt ist.
In perspektivischer Darstellung ist in Fig. 2 ein entsprechender Kohlebürstenhalter 16 dargestellt, der in seinen Querwänden 20, 22 sogenannte Federbäuche 24, 26 aufweist, um ein Federelement wie Schraubenfeder 28 aufzunehmen, das aus Kunststoff oder aus mit Kunststoff ummanteltem Metall bestehen kann. Insoweit wird jedoch auf hinlänglich bekannte Lösungen verwiesen.
Der Kohlebürstenhalter 16 ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass dessen Längsinnenflächen 30, 32 in ihren mit der Kohlebürste 14 in Kontakt gelangenden Bereichen bzw. Flächen elektrisch isqliert ist. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Innenflächen 30, 32 ganz oder teilweise mit einer entsprechenden aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Beschichtung versehen oder elektrisch isolierend ausgebildet sind.
Bevorzugterweise wird jedoch die Innenfläche 30, 32 von einem aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Streifen 34 abgedeckt, wie anhand der Fig. 2 verdeutlich ist. Um ein sicheres Fixieren zu ermöglichen, weist der aus Kunststoffmaterial oder anderem geeigneten elektrisch isolierenden Material bestehende Streifen 34 auf seiner kohlebürstenfernliegenden Fläche 36 abragende noppenartige Vorsprünge 38 auf, die in entsprechende Aufnahmen wie Löcher 40 in der Seitenwandung 42, 44 des Kohlebürstenträgers 16 eingreifen. Der Streifen 34 kann gegebenenfalls sodann mit der Innenfläche 30, 32 bzw. der Wandung 42, 44 verklebt oder insbesondere mittels Ultraschall verschweißt werden.
Eine diesbezügliche Lösung bzw. Konstruktion ist insbesondere für Schichtkohlebürsten 46 geeignet, die aus Kohleriegeln 50, 52 bestehen, die gegeneinander über eine Isolierschicht 48 getrennt sind, wie Fig. 3 bis 6 verdeutlichen sollen. Um Querkurzschlüsse zu unterbinden, also einen unmittelbaren Stromfluss zwischen den Längsflächen 52, 54 und 56, 58 der Kohleriegel 50, 52, die über die Isolierschicht 48 getrennt sind, auszuschließen, stützt sich die Kohlebürste 46 mit ihren entsprechenden Längsflächen 52, 54, 56, 58 an mit jeweils einer aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Abdeckung 60, 62 der Innenflächen der Längsseitenwandungen 64, 66 eines Kohlebürstenträgers 68 ab, dessen Aufbau prinzipiell dem der Fig. 1 und 2 entsprechen kann. Dabei bestehen nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 die Abdeckungen 60, 62 aus elektrisch isolierendem Streifenmaterial, das mit den Innenflächen der Längswandungen 64, 66 verklebt oder verschweißt sein kann. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass ein Querkurzschluss zwischen den Kohleriegeln 50, 52 im Bereich ihrer Längsflächen 52, 54, 56, 58 unterbleibt.
Nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 sind die Längswandungen 64, 66 des Kohlebürstenhalters 68 innenseitig mit einer aus elektrisch isolierendem Material versehenen Beschichtung 70, 72 abgedeckt, die die gleiche Funktion wie die Streifenelemente 34, 60, 62 der Fig. 1 und 2 ausüben.
Entsprechendes mit noppenartigen Vorsprüngen 38, 74 versehenes Streifenmaterial 34 weist der der Fig. 5 zu entnehmende Kohlebürstenträger auf, wobei die noppenartigen Vorsprünge 38, 74 entsprechende Löcher 76, 78 der Längsseitehwandungen 64, 66 durchsetzen.
In Fig. 6 ist in vergrößerter Darstellung ein Ausschnitt einer weiteren hervorzuhebenden Ausführungsform eines Kohlebürstenträgers 80 dargestellt, dessen Längsseitenwandung 82 innenseitig von einer Isolierschicht 84 abgedeckt ist, die entsprechend den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen durch zum Beispiel Streifenmaterial oder eine Beschichtung ausgebildet sein kann. Unabhängig hiervon weist die Längsseitenwandung 82 und die Abdeckung 84 im Bereich der Isolierschicht 48 der Schichtkohlebürste 50 eine schlitz- oder kanalförmige Aussparung 86 auf, die sich bis hin zu den Kohleriegeln 50, 52 erstreckt. Somit gelangen die sich an der Isolierschicht 48 unmittelbar angrenzenden Randbereiche der Kohleriegel 50, 52 nicht in Kontakt mit der Abdeckung 84. Hierdurch ist sichergestellt, dass sich durch Abrieb entstehender Kohlenstaub nicht unmittelbar zwischen den Kohleriegeln 50, 52 ansammeln und ablagern kann, wodurch andernfalls ein unerwünschter Querkurzschluss auftreten könnte.

Claims (8)

  1. Kohlehalteranordnung ,bestimmt für Elektromotoren umfassend einen aus elektrisch isolierendem Material wie Keramik- oder Kunststoffmaterial bestehenden Träger (16) wie Trägerplatte mit zumindest einem von diesem ausgehenden aus Metall bestehende köcherförmigen Kohlebürstenhalter (16, 68), dessen Innenflächen zumindest abschnittsweise Führungen einer in dem Kohlebürstenhalter axial verschiebbaren Kohlebürste (14, 46) sind, insbesondere bestimmt für eine Schichtkohlebürste, wobei zumindest zwei gegenüberliegende Innenflächen (30, 32) des Kohlebürstenhalters elektrisch isolierendes Material aufweisen,
    dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material eine die jeweilige Innenfläche (30, 32) abdeckendes und in den Kohlebürstenhalter (16, 18) einzusetzendes Streifenmaterial (34, 76, 82) ist.
  2. Kohlehalteranordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Streifenmaterial (34, 76, 82) eine Breitenerstreckung aufweist, die gleich oder in etwa gleich der abzudeckenden Innenfläche (30, 32) des Kohlebürstenhalters (16) ist.
  3. Kohlehalteranordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Streifenmaterial (34, 76) mit dem Kohlebürstenhalter (16, 68) bzw. dessen abzudeckender Wandung (42, 44, 64, 66) verklebt ist.
  4. Kohlehalteranordnung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Streifenmaterial (34, 76) mit der Wandung (42, 44, 64, 66) insbesondere mittels Ultraschallschweißen verschweißt ist.
  5. Kohlehalteranordnung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (42, 44, 64, 66) zumindest eine Aufnahme (40, 76, 78) aufweist, und die Aufnahme zumindenst in einen Abschnitt (38, 78) des Streifenmaterials (34, 76) eingreift.
  6. Kohlehalteranordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme eine Durchbrechung wie ein Loch (40, 76, 78) ist und dass der in die Aufnahme eingreifende Abschnitt ein Noppen wie ein zylinderförmiger Vorsprung (38, 74) ist.
  7. Kohlehalteranordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung (42, 44) mehrere Aufnahmen (40) vorhanden sind.
  8. Kohlehalteranordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (48) der Schichtkohlebürste mit ihrer freien Außenfläche auf dem Streifenmaterial (34, 76) aufliegt.
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