JP2008525728A - 回転速度を制限する流体静力学的駆動装置 - Google Patents

回転速度を制限する流体静力学的駆動装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、流体静力学的駆動装置に関する。
【解決手段】本発明は、駆動機(2)により駆動され、かつ、少なくとも第1作用管路(4)に吐出する液圧ポンプ(3)と、駆動機(2)の回転速度によって決まる供給量が流れる圧力管路(18)とを有する流体静力学的駆動装置に関する。圧力管路(18)内の差圧制限値が超える場合に、圧力媒体は、第1作用管路(4)から除去されることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、流体静力学的駆動装置(hydrostatic drive)に関する。
流体静力学的駆動装置の場合、例えば、可動機械で閉回路に配置される液圧ポンプで使用され、通常、駆動機によって駆動される。液圧ポンプは、通常、2つの作用管路により液圧モータに接続される。特定の走行状況では、液圧モータが閉流体回路内に圧力媒体を吐出する場合がある。この場合、液圧ポンプは、モータとして作動し、ポンプに送られる圧力媒体によって作動する。この場合、もし駆動モータの制動荷重が限度を超えると、制動荷重が各回転速度に対応して駆動機の回転速度が増加する。従って、駆動機の回転速度が許容範囲を超えて増加し、結果的に駆動機が破壊するのを防ぐために、適切な測定が液圧駆動装置によりもたらされなければならない。
特許文献1は、液圧モータから下流側に配置される作用管路に絞り弁を提供することを開示する。この弁により、作用管路内の体積流量を絞ることができる。このため、絞り弁の位置は作動ピストンに影響される。他方で、作動ピストンの位置は、絞り弁から下流側に配置される作用管路の圧力、及び駆動モータの回転速度に依存する圧力によって決まる。
提案された駆動装置の場合、吐出量全体が絞り箇所を通過して吐出されなければならないことが欠点である。この場合、圧力媒体内が相当な温度に達する。さらに、調整絞り弁の制御は、相当なコストを必要とすることが欠点である。さらに、作動シリンダに加えて作動弁が必要とされる。
独国特許出願公開第10241950号明細書
本発明は、簡単な手段を使って駆動機の回転速度の増加を制限可能な流体静力学的駆動装置を作製する目的に基づく。
目的は、請求項1の特徴を有する本発明による流体静力学的駆動装置によって達成される。
本発明の流体静力学的駆動装置が使用される場合、圧力管路内、例えば、供給圧管路を流れる供給量は駆動機の回転速度によって決まる。従って、差圧値は圧力管路内の供給量に対して決めることができ、この差圧値が制限を超える場合、圧力媒体が作用管路から除去される。作用管路から圧力媒体が除去されると、液圧モータによって作用管路に吐出された圧力媒体の一部だけが、液圧ポンプに戻り続ける。駆動機の許容範囲を超える回転速度を防ぐように、液圧ポンプを通る圧力媒体の流量が減少する。流体静力学的駆動装置は、特に、圧力管路内の比較的低圧だけが制御に使用される利点がある。結果的に、システムの安全性が向上し、コストが削減される。
本発明による流体静力学的駆動装置の有利な展開を従属項に記載する。特に、駆動機が液圧ポンプと一緒に駆動する供給ポンプを使用して、回転速度に依存する圧力の生成に有利である。供給ポンプは、通常、固定容量型ポンプとして実現されるため、このポンプにより吐出される供給量は、いずれの場合にも、駆動モータの回転速度に対応する。
さらに、作用管路から圧力媒体を除去するために、作用管路内の最大許容作動圧力を制限する目的で、どのような場合でも必要とされる高圧制限弁を使用することが有利である。この目的のため、各圧力管路内で制限値を超えると、作用管路内の圧力次第で高圧制限弁が開き、高圧制限弁を介して作用管路から圧力媒体を除去できる。
特に、差圧制御弁により、圧力管路から直接的に高圧制限弁が作動する特に簡単な様式で、過剰な回転を防ぐ流体静力学的駆動装置が実現できる。差圧制御弁は、圧力管路内の供給量の増加を認識し、高圧制限弁の方向に貫流可能な相互接続を解放する。圧力管路内の圧力が高圧制限弁の測定面に作用して高圧制限弁を開く。結果として、貫流可能な相互接続は、作用管路から、例えば、タンク容積の方向に開く。
さらに、第1作用管路が、液圧ポンプが2つの作用管路を介して液圧モータに接続する閉流体回路の一部である場合は、特に有利である。この場合、前進及び後進するための駆動機の過度な回転速度の防止が、簡単な様式で実現可能である。この目的のために、高圧制限弁が2つの作用管路それぞれに配置され、2つの高圧制限弁は、各走行方向次第で単独で、又は圧力管路内での過剰な圧力に対して一緒に開く。
さらに、2つの高圧制限弁が、それぞれ、第1作用管路の供給弁ユニットの一部、及び第2作用管路の供給弁ユニットの一部である場合は、1つの作用管路の開いた高圧制限弁を介して、及びもう1つの作用管路の供給弁ユニットを介して流体回路を短絡させるのに有利である。このように、2つの流体回路が実現され、そのうちの1つだけが液圧ポンプを介して通じる。このように圧力媒体の流量が分離されるので、駆動機の回転速度が許容範囲を超えて増加しない。
本発明による流体静力学的駆動装置の好適な実施形態は、図面、及び以下の記載を参照して説明される。
図1は、本発明の流体静力学的駆動装置1の第1実施形態を示す。流体静力学的駆動装置は駆動機2を有する。駆動機2は、好ましくはディーゼルモータである。駆動機2は、液圧ポンプ3を駆動する。液圧ポンプ3は、好ましくは、2方向に回転可能な流体静力学的なアキシャルピストンマシンである。液圧ポンプ3を駆動するために、液圧ポンプ3は駆動軸23を介して駆動機2に接続される。
液圧ポンプ3は吐出量に関して調整可能であり、第1作用管路4又は第2作用管路5のいずれかに吐出可能である。液圧ポンプ3により吐出された圧力媒体は、液圧モータ22を駆動し、駆動軸24を介して車両を駆動する。調整装置6は、液圧ポンプ3を吐出方向及び吐出量に関して設定するために提供される。調整装置6は、作動ピストン7が配置される作動シリンダを有する。作動ピストン7は、作動シリンダを第1作動圧力室8及び第2作動圧力室9に分割する。
作動ピストン7は、第1作動圧力室8及び第2作動圧力室9それぞれに作動圧を広げるために液圧力で作動する。さらに、センタリングばねが第1作動圧力室8及び第2作動圧力室9にそれぞれ配置され、第1作動圧力室8及び第2作動圧力室9での圧力が均衡な場合に、ばねが作動ピストン7を中央位置にリセットする。調整機構が作動ピストン7に連結する液圧ポンプ3では、この中央位置の場合に、吐出量が0に設定される。
圧力が、作動圧制御弁10により、第1作動圧力室8及び第2作動圧力室9に設定される。2つの接続部11'、12'により、作動圧制御弁10は、第1作動圧管路11を介して第1作動圧力室8に接続され、及び第2作動圧管路12を介して第2作動圧力室9に接続される。
作動圧制御弁10の位置は、第1ソレノイド13及び第2ソレノイド14により調整可能である。図1は、作動圧制御弁10が中立位置を示す。作動圧制御弁10が中立位置の場合、第1作動圧管路11及び第2作動圧管路12のどちらも作動圧供給管路15及びリリーフ管路16によりそれぞれ絞られている。
最大可能作動圧が、作動圧供給管路15を介して、作動圧制御弁10の入力部15’に印加される。作動圧制御弁10の出力部16’は、リリーフ管路16を介してタンク容積17に接続される。前記作動圧制御弁10の中央位置では、作動圧制御弁10の4つの接続部すべてが絞られた様式で相互接続され、第1ソレノイド13又は第2ソレノイド14に制御電流を印加することで、作動圧制御弁10は中立位置から移動可能である。例えば、電流が第1ソレノイド13に印加される場合、作動圧制御弁10は第1端部位置方向に移動する。
作動圧制御弁10の第1端部位置において、作動圧供給管路15は第1作動圧管路11に接続され、作動ピストン7の側面が第1作動圧力室8の方向を向くことで、作動圧供給管路15内の圧力が作動ピストン7に作動する。同時に、第2作動圧管路12は、リリーフ管路16を介してタンク容積17に接続される。異なる作動圧が、第1作動圧力室8及び第2作動圧力室9内に生成されるため、作動ピストン7が図1中で右に移動する。
反対に、第2ソレノイド14が作動圧制御弁10を第2端部位置方向に移動するように作動信号を、第2ソレノイド14に印加することができる。作動圧制御弁14の第2端部位置において、作動圧管路15が第2作動圧管路12に接続され、リリーフ管路16は第1作動圧管路11に接続される。従って、第1作動圧力室8がタンク容積17の方向に解放されると同時に第2作動圧力室9が加圧される。結果として、作動ピストン7が図1中で左に移動する。
作動信号が第1ソレノイド13又は第2ソレノイド14のいずれかに印加されなければ、作動圧制御弁10は、作動圧制御弁10を中立位置の方向にリセットする2つのセンタリングばね力だけで作動する。中立位置において、第1作動圧力室8内の圧力及び第2作動圧力室9内の圧力が均一になるように、作動圧制御弁10の4つの接続部すべてが、再び相互接続される。作動圧力室8,9にばねが配置され、同様に、作動ピストン7を中央位置に戻す。作動ピストン7の移動は、連結棒33を介して作動圧制御弁10に伝わる。
作動ピストン7の過度な急速運動を防ぐために、作動圧制御弁10及び調整装置6の間の第1作動圧管路11及び第2作動圧管路12にそれぞれ絞り弁が配置される。作動圧測定接続部11”及び12”は、作動室8及び9それぞれに作動する作動圧を監視するために、作動圧管路11,12から外側へ導かれる。
2つのソレノイド13,14により、作動圧制御弁10を2つの端部位置間のいずれかの位置に配置できる。よって、単に減圧した作動圧が、作動圧力室8及び9それぞれに供給可能である。作動圧供給管路15内の圧力は、調整可能な作動圧の上限を形成する。作動圧供給管路15に圧力を印加するために、作動圧管路15は、供給圧管路18に接続される。作動圧絞り弁25’が、供給圧管路18を作動圧供給管路15に接続する作動圧管路25に配置される。
フィルター20及び吸込み管路21を介してタンク容積17から圧力媒体を吸込み、供給圧管路18に吐出する供給ポンプ19が、供給圧管路18を加圧するために提供される。この場合、供給ポンプ19は、好ましくは、駆動軸部23’を介して駆動機2により駆動される。供給ポンプ19は、一方向だけに吐出するように提供され、好ましくは、固定容量型ポンプとして実現される。よって、供給ポンプ19により吐出される供給量は、駆動機2の回転速度によって直接的に決まる。
液圧作用回路が2つの作用管路4,5から加圧されない限り、供給ポンプ19は、圧力媒体を作用回路に吐出する。この目的のため、供給圧管路18は、一方が供給ポンプ19の吐出側に接続し、他方が第1接続管路27に接続する。第1接続管路27は、第1作用管路4を第2作用管路5に接続する。
第1供給弁ユニット28は、第1作用管路4と供給圧管路18の第1接続管路27への開口部との間に位置する。同様に、第2供給弁ユニット29は、第2作用管路5と供給圧管路18の第1接続管路27への開口部との間に位置する。第1供給弁ユニット28は、逆止め弁30、及び平行に配置される高圧制限弁31を有する。逆止め弁30は、第1作用管路4に向かって開くように位置する。従って、第1作用管路4内の圧力よりも供給圧管路18内の圧力が高ければ、供給ポンプ19は、供給圧管路18及び第1接続管路27を介して第1作用管路4を加圧する。第1作用管路4内の圧力が供給圧管路18の圧力を超える場合、逆止め弁30は閉じる。
第1作用管路4に生じる臨界圧を防ぐために、第1作用管路4から圧力媒体が流出可能であるように、高圧制限弁31は臨界圧を超える場合に開く。この目的のため、第1設定ばね32が高圧制限弁31に力を印加する。反対方向に、圧力測定面で第1作用管路4の圧力が高圧制限弁31に作用し、圧力が第1側路34を介して圧力測定面に供給される。
実施形態において、高圧制限弁31は、圧力制限弁として実現される。接続管路27、すなわち供給圧管路18内の液圧力は、第1設定ばね32の力として、同じ方向で高圧制限弁31の更なる圧力測定面に作用する。この目的のため、接続管路27は、第2側路35を介して高圧制限弁31の更なる測定面に接続される。
第2供給弁ユニット29の構造もまた、上記の第1供給弁ユニット28の構造と同様である。これは、第1作用管路4の圧力が臨界値よりも大きい場合、第1供給弁ユニット28の高圧制限弁31が開くため、第1作用管路4が供給圧管路18の方向に解放されることを意味する。第2作用管路5の圧力が供給圧管路18の圧力水準よりも低い場合、第2供給弁ユニット29の逆止め弁が開き、第1作用管路4の第1供給弁ユニット28を介して除去された圧力媒体が、第2供給弁ユニット29を介して第2作用管路5に流れ込む。しかしながら、第2作用管路5の圧力が供給圧管路18の圧力よりも高い場合に、供給圧管路18を保護するために供給圧制限弁36が提供される。
供給圧制限弁36も、同様に、ばね荷重式圧力制限弁である。供給圧管路18内の供給圧は、ばね力に反して供給圧制限弁36に作用する。供給圧が臨界値を超える、例えば、25barの場合、供給圧制限弁36は、開位置の方向に設定される。開位置の場合、供給圧制限弁36は、供給圧管路18をタンク容積17に接続する。
第1作用管路4は、臨界圧のため、第1供給弁ユニット28、すなわち高圧制限弁31により解放され、除去された圧力媒体は供給圧管路18に放出され、供給制限弁36を開くきっかけとなる制限値を超えた圧力の増加、例えば、25barを超える圧力の増加が供給圧管路18内で阻止される。従って、第1作用管路4から除去された圧力媒体は、接続管路27及び供給圧管路18を介して、並びに供給圧制限弁36を介してタンク容積17に解放される。
高圧制限弁31は、また、第1作用管路4内及び第3測定管路37内の圧力に応じて開位置となり、第1作用管路4から供給圧管路18の方向に貫流を可能にする接続位置となり得る。この目的のため、高圧制限弁31は、制御圧測定面37’を有し、第1設定ばね32の力に反して作用する液圧力が高圧制限弁31に印加可能である。この目的のため、制御圧は、第3測定管路37を介して、高圧制限弁31の制御圧測定面37’に印加可能である。差圧制御弁38の出力は、高圧制限弁31から離隔した第3測定管路37の端部に接続される。
第1ばね39は、差圧弁38に対して、差圧弁38の中立位置方向に力を印加する。第2ばね40の力は、差圧弁38に対して、反対方向に作用する。第1ばね39の力と同じ方向に、液圧力が、吐出圧力測定面に対して、差圧弁38の中立位置方向に作用する。吐出圧力測定面は、吐出圧力測定管路41を介して、供給圧管路18に接続される。供給ポンプ19の吐出側出力の圧力は、吐出圧力測定管路41を介して作用する。吐出圧力測定管路41への分岐から下流側の供給圧管路18で、供給圧絞り弁26が機能する。差圧弁38の供給圧入力42は、供給圧絞り弁26から下流側で供給圧管路18に接続される。同様に、供給圧絞り弁26から下流側の供給圧管路18から供給圧測定管路43が分岐し、第2ばね40と同じ方向に、供給圧絞り弁26から下流側の供給圧管路18内の供給圧を差圧弁38のさらなる測定面に印加する。
駆動機2の回転速度、従って、供給ポンプ19の回転速度が減少する場合、供給圧絞り弁26を通る体積流量もまた減少する。結果として、吐出圧力測定管路41及び供給圧測定管路43を介して各測定面に印加される圧力は、差圧弁38で均一にされる。差圧弁38で得られる液圧力は、それぞれ力を受ける測定面の大きさによって決まる。相互の関連で面積比を適切に選択することで、差圧弁38が開く供給量を設定可能である。
供給ポンプ19により生成される供給量は、供給ポンプ19がしっかりと機械的に連結される駆動機2の特定の回転速度に対応する。定義された差圧制限値に達する場合、差圧弁38が作動され、供給圧入力42が第3測定管路37に徐々に接続される。
第1設定ばね32の力に反して作用する液圧力は、第3測定管路37を介して高圧制限弁31に印加される。これは、高圧制限弁31が、第1作用管路4内の作動圧によって、及び第3測定管路37内の圧力によって開き、この圧力は回転速度によって決まることを意味する。そして、高圧制限弁31が開くことで、圧力媒体を第1作用管路4から除去できる。ポンプとしてオーバーランで操作される液圧モータ22により第1作用管路4に吐出された圧力媒体の流量は、液圧ポンプ3の方向に向かう第1部分流、及び高圧制限弁31を介して分離する第2部分流に分かれる。高圧制限弁31を介して離れる体積流量は、既に記載のとおり第2作用管路5の方向に、第2供給弁ユニット29の逆止め弁を介して分離され、高圧制限弁31及び第2供給弁ユニット29により作用管路4及び5の流体回路を短絡させる。駆動機2は、作用管路での減圧から減少するより低いトルクによってだけ駆動し続ける。駆動機2は、過剰回転しない。
駆動機2の回転速度が臨界範囲内でなければ、供給ポンプ19の供給量は、供給圧絞り弁26で差圧制限値を超える差圧を生成しないため、差圧弁38は使用されない。その場合、高圧制限弁31の機能だけが、第1作用管路4を保護する。
圧力遮断弁ユニット44は、作用管路4及び5のいずれか1つが臨界圧となる場合、傾いた液圧ポンプ3を戻すために付加的に提供される。
圧力遮断弁ユニット44により、作動圧供給管路15は、作動圧供給管路15がタンク容積17の方向に解放するように、タンク容積17に接続可能である。結果として、作動圧力室8,9のいずれか1つで利用可能な作動圧をさらに必要とせず、作動圧力室8,9はどちらも同じ低圧水準である。そして、作動ピストン7が圧縮ばねによりセンタリングされ、液圧ポンプ3は、減少している吐出量の方向に移動する。
この目的のため、圧力遮断弁ユニット44は、圧力遮断弁44を有し、圧力遮断弁45を介して作動圧供給管路15をタンク容積17に接続可能である。この中立位置において、圧力遮断弁45は、設定可能な圧縮ばねにより閉位置で保持され、作動圧供給管路15とタンク容積17との間の貫流が可能となる接続位置はない。作用管路の圧力は、設定可能なばね力に反して、圧力遮断弁45に印加できる。作用管路の圧力を、シャトル弁46を介して、圧力遮断弁45に印加する。シャトル弁46は、それぞれ内部がより高圧である作用管路4又は5の圧力遮断弁45の各測定接続部に接続する。この目的のため、シャトル弁46は、第2接続管路47に配置される。シャトル弁46の出力は、圧力遮断弁45の測定接続部に接続される。
吸込み管路21に配置されるフィルタ20が十分でない場合に備えて、フィルタ入力管路49が提供される。圧力媒体は、供給ポンプ19を介してフィルタ入力管路49に供給され、フィルタ入力管路49にさらにフィルタを接続可能であり、その出力はフィルタ出力管路50に接続される。追加のフィルタが用いられる場合、供給ポンプ19により吐出される圧力媒体もまた、追加のフィルタを介して実質的に貫流させるため、栓52が供給圧管路18に提供される。追加のフィルタが詰まった場合の、さらに可能な安全防護対策として、フィルタの勾配圧力が臨界値を超える場合、追加のフィルタの内側に接続可能である圧力リリーフ管路51が提供される。圧力リリーフ管路51が供給ポンプ19の吸込み側に接続される。
図2に示す実施形態は、第1供給弁ユニット28が、第1作用管路4内の圧力によって作動可能な高圧制限弁31を有さないだけでなく、第2供給弁ユニット29もまた対応する高圧制限弁31’を有する点が、図1の実施形態とは異なる。対応する高圧制限弁31’は、同様に、第2圧力作用管路5から圧力媒体の除去が可能であるように第2作用管路5内の圧力によって開くことができる。
従って、第2供給弁ユニット29は、第1供給弁ユニット28と構造が同一である。第3測定管路37を介して、駆動機2の回転速度に応じて、高圧制限弁31及び第2供給弁ユニットの高圧制限弁31’に対して圧力が印加される。第3圧力測定管路37の一部37aを介して第2供給弁ユニット29の対応する高圧制限弁31’の制御圧測定面37a’に圧力を印加する。
この目的のため、第3測定管路37の一部37aは、高圧制限弁31から高圧制限弁31’の対応する制御圧測定面37a’に接続する。図1の実施形態とは違って、駆動機2はどちらの走行方向も保護する。
高圧制限弁31と第2供給弁ユニット29の対応する高圧制限弁31’との同時作動が、駆動機2の過度な高速回転の発生防止に十分である。いずれの場合も、液圧モータ22から下流側の作用管路4又は5のそれぞれから、第1供給弁ユニット28又は第2供給弁ユニット29を介して圧力媒体が除去されるため、体積流量が液圧ポンプ3を通るものと、除去部分とに分離することを常に確実にする。駆動機2を過度の回転速度から保護する目的のため、他の供給弁ユニットがそれぞれ同様に開くかどうかは無関係である。
一方で、液圧モータ22の下流側に位置する作用管路に配置された高圧制限弁31又は31’だけが、いずれの場合も走行方向に応じて開かれる場合、弁が提供され、第3測定管路37内の圧力が高圧制限弁31又は対応する高圧制限弁31’のいずれかに供給される。この弁は、例えば、3/2方弁であり、走行方向に応じて2つの操作位置間で及び/又は2つの作用管路4及び5間の圧力勾配に応じて調整される。
本発明は示された実施形態のみに限定されない。むしろ、実施形態の全ての特徴を相互に組み合わせることができる。
実施形態に示す高圧制限弁により圧力媒体を除去する代わりに、作用管路4又は5から絞り弁、すなわち流量制御弁により圧力媒体の除去が達成されてもよい。そして、作動させるため、流量調整器、すなわち絞り弁が第3測定管路37に適宜接続される。
図1は、本発明による流体静力学的駆動装置の第1の実施形態を示す。 図2は、本発明による流体静力学的駆動装置の第2の実施形態を示す。
符号の説明
1 流体静力学的駆動装置
2 駆動機
3 液圧ポンプ
4 第1作用管路
5 第2作用管路
18 圧力管路
19 供給ポンプ
22 液圧モータ
31,31’ 高圧制限弁
38 差圧弁

Claims (9)

  1. 駆動機(2)により駆動され、かつ、少なくとも第1作用管路(4)に吐出する液圧ポンプ(3)と、前記駆動機(2)の回転速度によって決まる供給量が流れる圧力管路(18)とを有する流体静力学的駆動装置であって、
    前記圧力管路(18)内の差圧制限値を超える場合に、圧力媒体が前記第1作用管路(4)から除去されることを特徴とする流体静力学的駆動装置。
  2. 前記第1作用管路(4)から圧力媒体を除去するために、前記第1作用管路(4)を過剰な作用圧力から保護する高圧制限弁(31)が開位置になる請求項1に記載の流体静力学的駆動装置。
  3. 回転速度によって決まる供給量をもたらすために、前記圧力管路(18)が、駆動機(2)により駆動される供給ポンプ(19)に接続される請求項1から2のいずれか1つに記載の流体静力学的駆動装置。
  4. 前記高圧制限弁(31)を開くために、前記高圧制限弁(31)が差圧弁(38)によって前記圧力管路(18)に接続される請求項1から3のいずれか1つに記載の流体静力学的駆動装置。
  5. 前記液圧ポンプ(3)が前記第1作用管路(4)及び第2作用管路(5)を介して液圧モータ(22)に接続される請求項1から4のいずれか1つに記載の流体静力学的駆動装置。
  6. 前記高圧制限弁(31)及び対応する前記第2作用管路(5)の高圧弁(31’)は、それぞれ前記第1作用管路(4)及び前記第2作用管路(5)を過剰圧力から保護する請求項5に記載の流体静力学的駆動装置。
  7. 前記圧力管路(18)内の差圧制限値を超える場合に、前記高圧制限弁(31)及び前記対応する高圧制限弁(31’)が開位置になる請求項6に記載の流体静力学的駆動装置。
  8. 前記第1作用管路(4)から圧力媒体を除去するために、流量調整器を備える請求項1に記載の流体静力学的駆動装置。
  9. 前記第1作用管路(4)から圧力媒体を除去するために、絞り弁を備える請求項1に記載の流体静力学的駆動装置。
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