ES2284848T3 - Dispositivo de inyeccion de agua para un aparato para la preparacion de una bebida a partir de una capsula. - Google Patents
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Abstract
Aparato para la preparación de una bebida a partir de una cápsula que contiene el producto a extraer, comprendiendo el aparato un dispositivo de inyección de agua (3) que comprende un cabezal de inyección (18) conectado a un conducto de alimentación de agua (9), y un sistema hidráulico para desplazar el cabezal de inyección hacia un portacápsula (4) posicionado bajo el cabezal de inyección, estando el sistema hidráulico conectado a un conducto de agua de pistón (11) interconectado a través de una válvula de control de bloqueo (12) a una bomba (5), la cual alimenta también el cabezal de inyección, caracterizado porque el dispositivo de inyección de agua (3) comprende un cuerpo (20) y un pistón (19) provisto de una junta anular (21) que cierra un espacio estanco (22), presentando el pistón (19) y la junta (21) una forma y unas dimensiones tales que el pistón pueda adoptar una posición al biés en el cuerpo (20) para causar una pérdida de estanqueidad y una pérdida de presión en el sistema hidráulico.
Description
Dispositivo de inyección de agua para un aparato
para la preparación de una bebida a partir de una cápsula.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de inyección de agua a presión para un aparato destinado
a la preparación de una bebida a partir de una cápsula que contiene
el producto a extraer, según el preámbulo de la reivindicación 1.
Un aparato de este tipo es conocido a partir del documento US nº
4.389.925 A.
Se conocen desde hace un cierto número de años
unas máquinas de café llamadas "espresso" que utilizan unas
cápsulas que contienen unas dosis de café molido para la preparación
de café.
En estos aparatos, se introduce un líquido a
presión en el interior de la cápsula situada en un alojamiento del
aparato por medio de un portacápsulas, y el café líquido es recogido
a la salida del portacápsula.
Estas máquinas de café comprenden generalmente
una bomba para llevar el agua, un sistema de calentamiento para
calentar el agua y un dispositivo de inyección del agua en la
cápsula.
En utilización, se coloca una cápsula en un
portacápsula con empuñadura y se bloquea el portacápsula en la
máquina de café gracias a un sistema de bayoneta efectuando un
movimiento de rotación de la empuñadura, de manera que se coloque
la cápsula en un alojamiento de la máquina.
Cuando tiene lugar esta operación de bloqueo, la
parte superior de la cápsula es perforada por una boquilla de
inyección sobresaliente, y el fondo del cartucho es perforado por
unos elementos sobresalientes situados en el fondo del portacápsula
cuando tiene lugar la puesta a presión.
A continuación, el agua es inyectada a presión
en la cápsula por el dispositivo de inyección y el café extraido es
recogido en una taza dispuesta bajo el portacápsula.
En este tipo de máquina de café, la presión del
agua caliente que sale de la boquilla de inyección puede alcanzar
16 bar de manera que es necesario realizar una estanqueidad perfecta
cuando tiene lugar el bloqueo del portacápsula en la máquina de
café por el sistema de bayoneta, lo que impone un esfuerzo
importante sobre la empuñadura del portacápsula cuando tiene lugar
su apriete por rotación.
Este esfuerzo sobre la empuñadura provoca
generalmente una rotación de la máquina entera, de manera que es
necesario mantener en su lugar la máquina de café con la mano libre.
Por otra parte, este tipo de sistema se presta mal a una
automatización de un procedimiento de carga y de expulsión de las
cápsulas.
Además, este bloqueo puede ser difícil de
realizar por unas personas débiles o que presentan una minusvalía a
nivel de la mano.
La presente invención prevé evitar estos
inconvenientes, proporcionando un dispositivo de inyección de agua
que no necesita ya un bloqueo del portacápsula en la máquina de café
por rotación manual de la empuñadura del portacápsula. Este
objetivo se alcanza mediante por el aparato según la reivindicación
1.
Este aparato comprende un dispositivo de
inyección de agua que comprende un cabezal de inyección conectado a
un conducto de alimentación de agua, un sistema hidráulico para
desplazar el cabezal de inyección hacia un portacápsula posicionado
bajo el cabezal de inyección, estando el sistema hidráulico
conectado a un conducto de agua de pistón interconectado a través
de una válvula de control de bloqueo a una bomba, la cual alimenta
también el cabezal de inyección.
El conducto de agua de alimentación está
conectado al cabezal de inyección y está ventajosamente
interconectado a la bomba a través de una válvula tarada a una
cierta presión, por ejemplo en aproximadamente 4 bar.
El conducto de alimentación de agua puede ser
conectado a un conducto de purga a través de una válvula de purga
para permitir la liberación de presión en el cabezal de inyección al
final del ciclo de extracción de una bebida.
La válvula de control de bloqueo comprende
ventajosamente una posición en la que el conducto de agua de pistón
está conectado a un conducto de retorno para permitir la pérdida de
presión y la evacuación de agua en el sistema hidráulico.
Según la reivindicación 1, el sistema hidráulico
comprende un cuerpo y un pistón provisto de una junta anular que
cierra un espacio estanco conectado al conducto de agua de pistón,
presentando el pistón y la junta una forma y unas dimensiones tales
que cuando el pistón adopta una posición al biés en el cuerpo, causa
una pérdida de estanqueidad y por tanto una pérdida de presión en
el sistema hidráulico.
El cabezal de inyección comprende una pluralidad
de puntas de perforación y de inyección repartidas sobre una
superficie interior para la inyección de agua en la cápsula como una
ducha.
El cabezal de inyección presenta una forma
general de un disco que tiene un diámetro tal que puede ser montado
de forma deslizante en el cuerpo del sistema hidráulico a tope
contra el pistón, siendo el juego radial entre el cabezal de
inyección y el cuerpo tal que el cabezal de inyección puede
inclinarse en un ángulo suficiente para provocar una pérdida de
estanqueidad del pistón.
La placa del cabezal de inyección puede estar
provista de un paso que se extiende entre una parte de racor para
la conexión del conducto de alimentación y un espacio por encima de
una placa multipuntas provista de puntas de perforación y de
inyección, para su alimentación con agua de inyección.
El cabezal de inyección comprende unos medios de
fijación a los cuales están fijados unos resortes de retorno
fijados en el otro extremo a un marco de soporte del dispositivo de
inyección de agua para devolver el pistón y el cabezal de inyección
a su posición de reposo.
Otras características, objetivos y ventajas de
la invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la
descripción siguiente de un ejemplo de realización, indicado a
título no limitativo e ilustrado por los planos anexos, en los
cuales:
la Fig. 1 representa una vista esquemática de un
aparato según la presente invención en posición de reposo;
la Fig. 2 representa una vista esquemática del
aparato al principio del ciclo de funcionamiento;
la Fig. 3 representa una vista esquemática del
aparato durante la fase de inyección de agua y de extracción del
contenido de la cápsula para hacer una bebida;
la Fig. 4 representa una vista esquemática
durante la fase de purga del cabezal de inyección;
la Fig. 5 representa una vista en perspectiva de
un dispositivo de inyección de agua según la presente invención;
la Fig. 6 representa una vista en sección
transversal del dispositivo de inyección de agua representado en la
Fig. 5;
la Fig. 7 representa una vista explosionada del
dispositivo de inyección de agua representado en la Fig. 1;
la Fig. 8 representa una vista detallada de la
ducha dinámica del dispositivo de inyección de agua representado en
las Figs. 5 a 7;
la Fig. 9 representa una vista en sección
transversal de la ducha dinámica representada en la Fig. 8; y
la Fig. 10 representa una vista esquemática del
dispositivo de inyección de agua y de un portacápsula en posición
bajo el dispositivo, que ilustra una función de seguridad del
aparato.
Con referencia a la Fig. 1, un aparato para la
preparación de una bebida 1 a partir de una cápsula 2 comprende un
dispositivo de inyección de agua 3, un portacápsula 4 para alojar la
cápsula y llevarla bajo el dispositivo de inyección de agua, una
bomba de alimentación de agua 5, una fuente de agua 6 tal como una
cubeta de agua, una caldera 7 y una cubeta de recuperación 8
posicionada bajo el dispositivo de inyección de agua 3 del
portacápsula 4.
El dispositivo de inyección 3 está
interconectado por un conducto de alimentación 9 con la bomba 5. El
conducto de alimentación 9 atraviesa la caldera 7 y una válvula 10
que está tarada a una cierta presión, por ejemplo aproximadamente 4
bar, de manera que la alimentación del cabezal de inyección 3 por el
agua de inyección se efectúa solamente cuando se alcanza un cierto
umbral de presión en el sistema de alimentación. El cabezal de
inyección está conectado además a la bomba 5 por un conducto de agua
de pistón 11 a través de una válvula de control de bloqueo 12, por
ejemplo una electroválvula, que permite interconectar el conducto
del pistón 11 con el conducto de salida 23 de la bomba 5 o, en una
segunda posición, con un conducto de retorno 13 a la cubeta de agua
6. La bomba 5 está interconectada con la cubeta de agua 6 por un
conducto de alimentación de agua 14 a través de un caudalímetro 15
que permite mandar automáticamente el volumen de agua a inyectar
para la preparación de una bebida.
Corriente abajo de la válvula tarada 10, el
conducto de alimentación de agua de inyección 9 está conectado a un
conducto de purga 16 que se extiende hasta la cubeta de recuperación
8. El conducto de purga 16 atraviesa una válvula 17 de purga del
agua de inyección, siendo la válvula 17 por ejemplo una
electroválvula con dos posiciones, una posición abierta y una
posición cerrada.
El dispositivo de inyección de agua 3 comprende
un cabezal de inyección amovible 18 y un sistema hidráulico para el
desplazamiento del cabezal de inyección hacia la cápsula 2. En la
forma de realización ilustrada, el sistema hidráulico comprende un
pistón 19 que desliza en un cuerpo 20 del dispositivo de inyección.
El pistón 19 está provisto de una junta 21 de manera que cierra de
forma estanca un espacio 22 entre el pistón y el cuerpo para la
inyección de agua por el conducto de agua de pistón 11 para generar
el desplazamiento del pistón 19. El cabezal de inyección 18 está
apoyado contra el pistón 19 y es por tanto arrastrado por el pistón
cuando se desplaza hacia la cápsula.
Con la ayuda de las Figuras 1 a 4 se describirán
ahora las operaciones que efectúa el aparato para la preparación de
una bebida.
La Fig. 1 muestra la posición de reposo en la
cual la válvula de control de bloqueo 12 está en una primera
posición en la que el conducto de agua de pistón 11 conectada al
dispositivo de inyección 3 está conectada al conducto de retorno
13, de manera que la presión en el espacio 22 del sistema hidráulico
está a la presión atmosférica. El cabezal de inyección 18 y el
pistón 19 están en una posición alta, mantenidos por unos resortes,
por ejemplo, siendo los detalles de construcción descritos más
adelante.
En la posición de reposo según la Fig. 1, la
válvula de purga del dispositivo de inyección está en una primera
posición en la que el conducto de alimentación de agua de inyección
9 está conectado a la cubeta de recuperación 8 por el conducto
16.
Para iniciar el ciclo de preparación de una
bebida, la válvula de control de bloqueo es desplazada hacia su
segunda posición, tal como la ilustrada en la Fig. 2, de manera que
el conducto de agua de pistón 11 está conectado al conducto de
salida 23 de la bomba 5. Además, la válvula de purga de inyección 17
es desplazada a su primera posición de manera que el conducto de
purga 16 ya no está conectado al conducto de alimentación 9.
La presión de agua de alimentación proporcionada
por la bomba desplaza el pistón 19 así como el cabezal de inyección
hacia la cápsula hasta que el cabezal de inyección topa contra la
periferia de la tapa de la cápsula aplicada contra el reborde
superior del portacápsula, tal como se ha representado en la Fig. 3.
En esta posición, las puntas de perforación y de inyección 24
habrán perforado la tapa de la cápsula. El desplazamiento del
pistón y el cabezal de inyección es así bloqueado y hace subir la
presión en el conducto de alimentación 9 hasta que se alcanza el
umbral de presión de la válvula tarada 10, de manera que el agua
alimenta el cabezal de inyección y es inyectada en la cápsula por
unos orificios en las puntas de perforación y de inyección 24.
Evidentemente, durante este ciclo la caldera está en marcha para
calentar el agua a inyectar, en caso necesario.
Preferentemente están previstas una multitud de
puntas de perforación y de inyección 24 repartidas sobre la
superficie del cabezal de inyección de manera que el agua es
inyectada a presión en forma de una ducha, repartida sobre la
superficie superior de la cápsula, de manera que moje bien el café u
otra sustancia para la preparación de bebidas tales como el té o el
caldo, antes de salir de nuevo por las perforaciones formadas en el
fondo de la cápsula. El fondo del portacartucho está provisto de
puntas de perforación y de extracción 25 para perforar la cápsula
cuando se alcanza una cierta presión. Durante el ciclo de inyección,
la presión es mantenida sobre el pistón 19 para asegurar la
estanqueidad del cabezal de inyección a tope contra el reborde
superior del portacápsula para asegurar la estanqueidad en el
interior del portacápsula durante la inyección de agua y del
vapor.
En razón de la válvula tarada, la presión de
aplicación del cabezal de inyección contra el portacápsula está
asegurada por una presión mínima bien definida, de forma que
garantice una estanqueidad buena y fiable.
Por otra parte, dado que sólo hay una bomba que
alimenta paralelamente el pistón y el agua a inyectar en la
cápsula, la presión sobre el pistón es en todo caso siempre más
elevada que la presión en la cápsula de manera que asegura la
estanqueidad del sistema independientemente de las variaciones de
presión, es decir que la fuerza de aplicación del cabezal de
inyección contra el portacápsula sería siempre más elevada que la
fuerza resultante de la presión en la cápsula sobre el cabezal de
inyección.
Además, el sistema es poco complicado y no
necesita ninguna bomba o medio de generación de presión
suplementario para desplazar el cabezal de inyección.
Una vez que la cantidad de líquido deseada para
la preparación de la bebida ha sido suministrada, a consecuencia
del control del caudalímetro, la bomba de alimentación 5 es parada y
la válvula de purga 17 del cabezal de inyección es desplazada a su
primera posición para que la presión en la cápsula 2 y el cabezal de
inyección 18 sea liberada, pudiendo un resto de agua caliente
volver a través de la válvula de purga para fluir a la cubeta de
recuperación 8.
Justo después de la operación de purga del
cabezal de inyección, la válvula de control de bloqueo 12 es
desplazada a su primera posición para permitir el retorno del agua
al espacio del pistón 22 en la cubeta de agua 6.
Una ventaja de este sistema es que el agua
utilizada para desplazar el pistón es agua fría, de manera que no
hay ningún retorno de agua caliente a la cubeta, lo que tendría la
desventaja de favorecer la proliferación de bacterias. Esta última
etapa termina por tanto por la posición de reposo, tal como se ha
representado en la Fig. 1.
Haciendo referencia a las Figuras 5, 6 y 7, el
dispositivo de inyección de agua 3 comprende: un marco de soporte
formado por una placa de base 27, una pared intermedia 28 que puede
por ejemplo formar parte de la caja del aparato, y una placa
superior 29, estando las placas y la pared fijadas juntas, pero
mantenidas separadas unas de las otras por los medios de separación
y de fijación 31, por ejemplo en forma de pilares 32 fijados a las
placas por unos tornillos y unas tuercas 33; un sistema hidráulico
30 fijado bajo la placa superior 29; y el cabezal de inyección
18.
La placa inferior 27 comprende un medio de
guiado 34 en forma de una escotadura que se extiende de su borde
hacia su centro prevista para facilitar la colocación y la
orientación correcta de un portacápsula bajo el cabezal de
inyección 18. El portacápsula comprende un medio de guiado
complementario, por ejemplo en forma de una protuberancia 35 bajo
la cara inferior 36 del lado próximo al mango 37 (véase la Fig.
10).
El sistema hidráulico comprende el cuerpo 20 que
aloja en su parte interior hueca el pistón 19 y el cabezal de
inyección 18 deslizantes.
El cuerpo 20 comprende una parte cilíndrica 38,
hueca, y una parte de tapa 39, comprendiendo esta parte de tapa un
medio de conexión 40 con el conducto de agua de pistón 19. En este
ejemplo, el medio de conexión comprende una parte sobresaliente
asentada en un orificio que atraviesa la placa superior y provista
de un orificio 41 de manera que crea un paso para la inyección de
agua de pistón en el espacio estanco formado por el cuerpo 20 y el
pistón 19.
La parte cilíndrica 39 del cuerpo 20 comprende
tres escotaduras 42 alargadas, repartidas simétricamente y que se
extienden a partir de su borde libre inferior 43 en una cierta
distancia en dirección a la parte de tapa 39.
El pistón 19 comprende una placa gruesa en forma
de disco y una junta anular 21 que presenta una forma esencialmente
en V en sección transversal. La junta está asentada en una ranura 44
en forma de un escalón en la periferia superior de la placa.
La junta 21 permite el contacto estanco entre la
pared interior de la parte cilíndrica del cuerpo 20 y el pistón 19,
en tanto el pistón no está al biés. Sin embargo, se pierde la
estanqueidad cuando el pistón se inclina en un cierto ángulo de su
posición en operación normal, tal como se ha representado en la Fig.
10. Este aspecto de la invención tiene la ventaja de mejorar la
seguridad del aparato, puesto que un objeto encallado entre el
borde superior del portacápsula 4 y el cabezal de inyección 18
inclina el pistón provocando así la pérdida de estanqueidad y por
tanto de presión en el sistema hidráulico, de manera que la fuerza
de descenso del pistón resulta muy débil.
El cabezal de inyección 18, representado en
detalle en las Figs. 8 y 9, comprende una placa 45 en forma de
disco, que presenta un reborde anular superior 46 sobresaliente
hacia arriba, y un reborde anular inferior 47 sobresaliente hacia
abajo. El diámetro de la placa 45 con respecto al diámetro de la
placa cilíndrica hueca 38 del cuerpo 20 está dimensionado de manera
que cree un juego suficiente para permitir la inclinación del
cabezal de inyección, y por consiguiente del pistón 19, en un ángulo
suficiente para asegurar la pérdida de estanqueidad teniendo en
cuenta las características de la junta.
El cabezal de inyección 18 comprende además tres
vástagos 48 que se extienden en una dirección radial de la
superficie cilíndrica exterior 49 de la placa, presentando cada uno
de estos vástagos una posición y un tamaño adaptados para
extenderse a través de una escotadura 42 respectiva del cuerpo 20,
después de inserción del cabezal de inyección en la parte
cilíndrica hueca del cuerpo. Estos vástagos sirven de medios de
fijación para unos resortes de retorno 50 fijados por el otro lado
de la placa superior para el retorno del pistón 19 a su posición
alta después del ciclo de purga de la ducha y durante la posición de
reposo del aparato. Una placa de ducha multipuntas 51 está calada
de forma estanca contra la superficie interior 52 del reborde
inferior 47 de manera que forme un espacio de distribución de agua
de inyección 53 entre la placa de ducha y la parte central de la
placa del cabezal de inyección. La placa del cabezal de inyección 45
está provista de un paso 54 provisto de un racor 55 para ser
conectado con el conducto de alimentación 9 del aparato,
desembocando el paso 54 en el espacio 53 para la inyección de agua.
El agua alimentada en el espacio 53 es inyectada en la cápsula a
través de los orificios 56 que atraviesan las puntas de perforación
24.
El dispositivo de inyección de agua está
provisto asimismo de un captador de presencia 57 que detecta la
presencia o no del portacápsula 4 en su posición correcta bajo el
cabezal de inyección. La puesta en marcha del ciclo de inyección de
agua y de extracción de la bebida es bloqueada en tanto el
portacápsula no está en una posición bien definida con respecto al
captador 57, es decir en su posición correcta bajo el cabezal de
inyección, principalmente por razones de seguridad.
A fin de tener un sistema fiable que no detecte
un objeto distinto de un portacápsula, el portacápsula está
provisto de un imán 58 dispuesto sobre el lado opuesto al mango 37,
que se inserta en una escotadura complementaria 59 del captador de
presencia 57 en la posición de marcha. El captador de presencia 57
es, en este ejemplo, un captador de campo magnético. Otros objetos
no magnéticos o que no tienen la forma apropiada no son detectados
por el captador 57, de manera que se asegura un alto nivel de
seguridad.
El aparato según la invención permitiría
fácilmente automatizar la carga y la expulsión de cápsulas mediante
unos mecanismos relativamente simples, puesto que no es necesario
disponer de un mecanismo que bloquee el portacápsula al dispositivo
de inyección de forma apretada, sino que simplemente coloque el
portacápsula bajo el dispositivo de inyección. Para un sistema de
carga de portacápsula manual tal como el representado en las
figuras, el simple posicionado del portacápsula bajo el cabezal de
inyección permite realizar unos portacápsula ligeros en unos
materiales económicos, tales como materiales plásticos, lo que
permite asimismo proporcionar varios portacápsulas, cada uno para
una bebida diferente, de manera que no se altere el sabor de una
bebida por el sabor de otra.
El aparato según la invención tiene también la
ventaja de disponer de un sistema hidráulico simple, que únicamente
necesita una bomba.
Claims (10)
1. Aparato para la preparación de una bebida a
partir de una cápsula que contiene el producto a extraer,
comprendiendo el aparato un dispositivo de inyección de agua (3)
que comprende un cabezal de inyección (18) conectado a un conducto
de alimentación de agua (9), y un sistema hidráulico para desplazar
el cabezal de inyección hacia un portacápsula (4) posicionado bajo
el cabezal de inyección, estando el sistema hidráulico conectado a
un conducto de agua de pistón (11) interconectado a través de una
válvula de control de bloqueo (12) a una bomba (5), la cual
alimenta también el cabezal de inyección, caracterizado
porque el dispositivo de inyección de agua (3) comprende un cuerpo
(20) y un pistón (19) provisto de una junta anular (21) que cierra
un espacio estanco (22), presentando el pistón (19) y la junta (21)
una forma y unas dimensiones tales que el pistón pueda adoptar una
posición al biés en el cuerpo (20) para causar una pérdida de
estanqueidad y una pérdida de presión en el sistema hidráulico.
2. Aparato según la reivindicación 1,
caracterizado porque el conducto de agua de alimentación
conectado al cabezal de inyección (18) está interconectado con la
bomba (5) a través de una válvula (10) tarada a una cierta
presión.
3. Aparato según la reivindicación 2,
caracterizado porque la válvula (10) está tarada a una
presión de aproximadamente 4 bar.
4. Aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el conducto de alimentación
de agua (9) está conectado a un conducto de purga (16) a través de
una válvula de purga (17) para permitir la liberación de presión en
el cabezal de inyección al final del ciclo de extracción de una
bebida.
5. Aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque la válvula de control de
bloqueo (12) dispuesta entre el sistema hidráulico y la bomba
comprende una posición para el conducto de agua de pistón (11),
conectada a un conducto de retorno (13) para permitir la pérdida de
presión y la evacuación de agua en el sistema hidráulico.
6. Aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el cabezal de inyección (18)
comprende una pluralidad de puntas de perforación y de inyección
repartidas sobre una superficie interior para la inyección de agua
en la cápsula como una ducha.
7. Aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el cabezal de inyección
presenta una forma general de un disco que tiene un diámetro tal
que puede ser montado de forma deslizante en el cuerpo (20) del
sistema hidráulico a tope contra el pistón (19).
8. Aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el juego radial entre el
cabezal de inyección (18) y el cuerpo (20) es tal que el cabezal de
inyección puede inclinarse en un ángulo suficiente para provocar
una pérdida de estanqueidad del pistón (19) a tope contra el cabezal
de inyección.
9. Aparato según una de las tres
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la placa
del cabezal de inyección está provista de un paso (54) que se
extiende entre una parte de racor (55) para la conexión del
conducto de alimentación (9), y un espacio (53) por encima de una
placa multipuntas (51) provista de puntas de perforación y de
inyección (24).
10. Aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el cabezal de inyección (18)
comprende unos medios de fijación (47) a los cuales están fijados
los resortes de retorno fijados por el otro lado a un marco de
soporte del dispositivo de inyección de agua para devolver el pistón
(19) del cabezal de inyección (18) a su posición de reposo.
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