JP2021144932A - 接触要素および締結要素を有する電気スイッチングデバイス、特にコンタクタまたはリレー - Google Patents

接触要素および締結要素を有する電気スイッチングデバイス、特にコンタクタまたはリレー Download PDF

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Abstract

【課題】重量、設置空間、および/またはコストを節約することが可能な電気スイッチングデバイスを提供する。【解決手段】コンタクタまたはリレーである電気スイッチングデバイス1は、電気導体を締結する締結要素と、締結要素から導電要素22の接点20に延びる導電性接触要素18とが接続部4に位置し、導電要素は、締結要素から隔置され、電気スイッチングデバイスの内側部6に延び、締結要素の機械的強度は接触要素よりも大きく、接触要素は導電性を有する。このようにして、特に締結要素に対する材料の選択を機械的要件に単独で適合させることができる。【選択図】図1

Description

本発明は、電気スイッチングデバイス、たとえば、排他的ではないが自動車工学における高電圧応用例向けの、特にコンタクタまたはリレーに関する。
通常、電気スイッチングデバイス、特にコンタクタおよびリレーは、電気工学の分野において、無数のデバイスおよびシステムで電気回路を開閉するための主として電気機械的に作用するスイッチとして使用される。その目的は、比較的弱い制御電流によって比較的強い電流の流れに影響を与えることである。
自動車工学の分野では、エレクトロモビリティの進化とともに、電流に影響を与えるためにそのようなスイッチを必要とする応用例の数が増えつつある。しかし、車両でスイッチを使用するには、重量、必要とされる設置空間、電気安全性、実現可能なスイッチングサイクル、および生産コストに関して、特別な要件が実現される必要があるが、これらの要件は必ずしも一般的な電気工学の応用例に当てはまらない。
したがって、本発明は、重量関連、幾何形状、安全性関連、および/または経済性の側面に関して電気スイッチングデバイス、特にコンタクタおよびリレーを改善するという目的に基づいている。
この目的は、電気導体を締結し、かつ、電気導体に接触する接続部を有する電気スイッチングデバイスによって達成され、電気導体を締結する締結要素と、締結要素から導電要素の接点に延びるたとえば別個の導電性接触要素とが接続部に位置し、導電要素は、締結要素から隔置され、電気スイッチングデバイスの内側部に延び、締結要素の機械的強度は接触要素よりも大きく、接触要素は導電性を有し、たとえば締結要素よりも導電率が大きい。
本発明には、機械的要件に単独で適合するように締結要素を構成することができるという特定の利点がある。電流を伝導する機能は、接触要素および導電要素によって与えられる。特に、締結要素は、実質的に導電タスクを実現する必要がなく、したがって締結要素において、高純度銅または他の貴金属などの十分な強さと同時に十分な伝導性を有する高価な材料を不要とすることができる。代わりに、排他的に高い機械的強度を特徴とし、好ましくは同時に低体積要件を有する材料を、締結要素として選択することができる。電気スイッチングデバイス、特にコンタクタまたはリレーを本発明による構成で利用することによって、重量、空間要件、および/またはコストを節約することができる。
本発明は、以下の実施形態によってさらに改善することができ、これらの実施形態は、それ自体が有利であり、互いに任意に組み合わせることができる。
本発明の一実施形態によれば、締結要素は、電気導体を受け取るための挿入開口または電気導体の固定要素をそれぞれ有することができる。たとえば、バナナプラグまたは留めねじを固定要素として使用することができる。締結要素は特に、六角形の外側形状を有するねじナットとして構成することができ、挿入開口は、留めねじに整合するめねじを備えることができる。この結果、必要とされるときは解除可能な電気スイッチングデバイスの接続部に電気導体を締結することが可能になる。ねじナットとして構成された締結要素のめねじは、締結要素の材料の選択によって、十分に高い機械的強度を示すことができる。
任意選択で、ねじナットとして構成された締結要素の材料の熱膨張係数は、留めねじの材料の熱膨張係数に対応することができる。ねじナットとして構成された締結要素および留めねじは、特に同じ材料、たとえば鋼から形成することができる。このとき、動作温度が上昇した場合でも、ねじナットとして構成された締結要素と留めねじとの間のねじ接続に熱膨張による望ましくない緩みが生じることを防止することができる。
本発明のさらなる実施形態によれば、接触要素は、挿入開口と位置合わせされた開口、たとえば接触要素の接触面を通過する孔を備えることができる。このようにして位置決めされた孔により、電気導体が締結要素に締結されているとき、同時に接触要素を電気導体に接触させることが可能になる。たとえば、ハトメを備えたケーブルラグを電気導体に装着することができ、ハトメは、締結要素の挿入開口と位置合わせして配置され、留めねじによって取り付けることができ、接触要素の接触面に触れることができる。
さらなる実施形態では、電気スイッチングデバイスは、締結要素を受け取るための凹部を有するハウジングをさらに備えることができる。締結要素は特に、凹部内へ、好ましくは取外し可能に配置することができる。これは、締結要素の設置位置が凹部によって事前定義されるため、締結要素を設置するときの支援になる。ねじナットとして構成された締結要素の場合、凹部は、ねじナットに相補形の形状を有することができる。したがって、ねじナットとして構成された締結要素は、回転モーメントを吸収することができ、それによって何より、留めねじがねじ込まれるとき、ねじナットとして構成された締結要素の望ましくない同時回転を防止することができる。
締結要素は、任意選択で、接触要素によって固定することができる。接触要素は、締結要素を凹部に特に係留により保持することができ、したがって締結要素を失うリスクが低減される。
接触要素は、締結要素を少なくとも部分的に、好ましくは外側に向かって覆うことができる。その結果、接触要素、特に接触要素の接触面のアクセス性を向上させることができ、同時に締結要素を係留により保持することを確実にすることができる。
接触要素は、任意選択で、クランプ状になるように構成することができる。たとえば、接触要素は、締結要素の周りに平行に延びる2つの脚部によって係合、好ましくは固定するU字形クランプとすることができる。このようにして構成された接触要素によって、締結要素を係留により取り付けることを簡単に実施することができる。
製造コストを節約するために、接触要素は、薄板金属材料から製作することができる。接触要素は特に、型打ちして曲げ加工を施した部材とすることができる。結果として得られる接触要素のほぼ平坦な幾何形状もまた、電気スイッチングデバイスに対する設置空間の節約に寄与する。別法として、接触要素はまた、鋳造および/または鍛造部材とすることもできる。
本発明のさらなる実施形態によれば、接触要素は、好ましくはハウジングの受取りスロットに少なくとも部分的に突出することができる。たとえば、接触要素は、受取りスロットに導入され、差し込まれ、または押し込まれる。受取りスロットを使用することで、電気スイッチングデバイスのハウジングへの接触要素の取付け中の複雑なオーバーモールドプロセスを不要にすることが可能になる。これにより、製造コストを低減させることが可能になる。
電気スイッチングデバイスの小型の設計は、受取りスロットが任意選択で、接続部と内側部との間または締結要素と導電要素との間にそれぞれ配置されたときに得られる。
導電要素の接点は、導電要素の組立て中の接点のアクセス性を改善するために、受取りスロットに配置することができる。
導電要素は、接触要素に締結することができ、たとえばスクリュヘッドまたはリベットヘッドとして形成することができる。その結果、導電要素の接点でポジティブフィット接続を得ることができ、これはそれぞれその解放性および気密性によって、本発明による電気スイッチングデバイスにとって有利である。
加えて、導電要素のコンタクト部材は、接点とは反対側を向いている導電要素の端部に配置することができ、相補形のスイッチング機構要素、すなわち電気スイッチング機構、たとえばコンタクトブリッジの補完体に対向して配置することができる。したがって、電気スイッチングデバイスが一体化された電気回路は、コンタクト部材でそれぞれ開閉することができる。
本発明のさらなる実施形態によれば、接続部は、ハウジングの隆起部に配置することができる。隆起部は、特にハウジングの外面、好ましくはハウジングの上面に位置することができる。隆起部に接続部を配置することで、接続部で電気導体を締結して接触させるときの接続部のアクセス性が改善される。
アクセス性を改善する目的で、締結要素を受け取るための凹部も隆起部に形成することができる。したがって、締結要素は、隆起部に容易に位置決めすることができる。
接触要素は、隆起部とスイッチングデバイスの残り部分との間に、任意選択で受取りスロットに、少なくとも部分的に挿入することができる。したがって、接触要素は、電気スイッチングデバイスの内側部に接続部を接合することができる。
根本的な目的はまた、電気スイッチングデバイス、特にコンタクタ、たとえばDCコンタクタもしくはACコンタクタ、またはリレーによって達成することができ、電気スイッチングデバイスは、内側部に電気スイッチング機構を備え、導電要素は、電気スイッチング機構の一部である。電気スイッチング機構は、好ましくは、ハウジングの気密内部に配置される。
本発明による電気スイッチングデバイスは、任意選択で、複数の接続部を有するように構成することができる。各接続部に電力ケーブルを設けることができ、関連する接続部でその電力ケーブルを締結して接触させることができる。電気スイッチングデバイスは特に、複数の締結要素、接触要素、および/または導電要素を備えることができる。すでに説明した利点によれば、特に設置空間を節約する電気スイッチングデバイスが得られ、そのような電気スイッチングデバイスには、接触を確立する目的で、いくつかの電力ケーブルを締結することができる。
任意選択で、少なくとも2本の電力ケーブルを電気スイッチングデバイスに対で締結することができる。したがって、対の導電要素は、ハウジングの気密内部にある電気スイッチング機構の一部とすることができる。電気スイッチングデバイスのそれぞれの接続部は、好ましくは、アクセス性を改善する目的で、ハウジングの同じ外面に配置され、任意選択で、リブ状のウエブによって互いに空間的に分離される。
本発明による電気スイッチングデバイスのさらなる実施形態では、節約された設置空間を使用して、まず電気スイッチングデバイスの外寸を低減させることができる。代替または追加として、節約された設置空間を使用して、ハウジングの内部にチャンバを配置することができ、スイッチング機構が取り外されたときに生じる電気アークは、このチャンバ内へ伝播することができる。したがって、本発明による電気スイッチングデバイスのスイッチオフ能力を向上させることができる。
本発明について、以下、図面を参照しながら、いくつかの実施形態を使用してより詳細に説明するものとし、これらの実施形態の異なる特徴は、上記の内容に応じて互いに任意に組み合わせることができる。
例示的な実施形態による本発明の電気スイッチングデバイスの概略側面図である。 さらなる例示的な実施形態による本発明の電気スイッチングデバイスのハウジングおよび締結要素の概略斜視図である。 さらなる例示的な実施形態による本発明の電気スイッチングデバイスのハウジングおよび接触要素の概略斜視図である。 さらなる例示的な実施形態による本発明の電気スイッチングデバイスのハウジングおよび導電要素の概略斜視図である。 さらなる例示的な実施形態による本発明の電気スイッチングデバイスの概略斜視図である。 図5に示す本発明による電気スイッチングデバイスの概略断面図である。
本発明による電気スイッチングデバイス1の概略的な構成について、図1〜図6を参照して説明する。
図1に示すように、本発明による電気スイッチングデバイス1は、接続部4および内側部6を備えることができる。接続部4に締結要素8が位置することができる。締結要素8は、任意選択で、締結要素8を通って挿入方向15に沿って延びる挿入開口14を備える。図示の挿入開口14は、円形の断面を有しており、電気導体26または電気導体26の固定要素28をそれぞれ受け取る働きをする(図5参照)。別法として、これはまた、スロット状、三角形、四角形、五角形、六角形、または多角形の挿入開口とすることができる。
図示の例示的な実施形態では、締結要素8は、ねじナット10として構成される。ねじナット10は特に、六角形の外側形状12と、挿入開口14のめねじ16とを有する。
さらに、接続部4には導電性接触要素18を配置することができ、接触要素18は、締結要素8から少なくとも導電要素22の接点20まで延び、導電要素22は、締結要素8から隔置され、内側部6に延びる。
接触要素18は、クランプ状になるように構成することができる。図1に示すように、接触要素18は特に、平行に延びる2つの脚部32a、32bを有するU字形クランプ30として形成することができる。脚部32a、32bの間隔34は、好ましくは、クランプ30として構成された接触要素18が締結要素8の周りに係合することができるように選択される。
脚部のうちの少なくとも1つの脚部32aに、接触要素18は、挿入方向15に挿入開口14と位置合わせされた開口36aを備えることができる。図示の実施形態では、接触要素18の接触面38を通過する孔40によって、位置合わせされた開口36aが実現されている。
他方の脚部32bも同様に、挿入方向15に挿入開口14と位置合わせされるか否かにかかわらず、開口36bを備えることができる。開口36bに接点20を配置することができる。図1に示すように、導電要素22は特に、リベットヘッド44として構成することができ、接点20で接触要素18に締め付けることができる。別法として、導電要素22はまた、スクリュヘッドによって実施することができる(図示せず)。
接点20とは反対側を向いている導電要素22の端部46に、コンタクト部材48が位置することができる。コンタクト部材48は、特に相補形のスイッチング機構要素50、たとえばコンタクトブリッジ52に対向して配置することができ、電気スイッチング機構110をともに形成することができる。この配置の結果、電気スイッチングデバイス1が一体化された電気回路をそれぞれ開閉することができる分離点54が得られる。
接触要素18は、薄板金属材料から製作することができる。接触要素18は、任意選択で、型打ちして曲げ加工を施した部材56である。別法として、接触要素18はまた、鋳造または鍛造部材とすることもできる。
接触要素18の孔40を通って締結要素8の挿入開口14に、電気導体26の固定要素28を挿入することができる。ここで電気導体26は、接触要素18の接触面38に触れることができる。これは、図6に示されている。
図5から予想して見て取ることができるように、留めねじ58を、電気導体26に対する固定要素28として使用することができる。この目的で、電気導体26は、たとえば図示のように、ハトメ62を有するケーブルラグ60を備えることができ、ケーブルラグ60は、電気導体26の一方の端部64に取り付けられる。
留めねじ58は、ねじナット10として構成された締結要素8のめねじ16に適合したおねじ66を備えており、これを使用して、解除可能なねじ接続68を確立することができる。留めねじ58に対する代替として、たとえば、バナナプラグ(図示せず)を電気導体26に対する固定要素28として使用し、挿入開口14に挿入することもできる。それに応じて、バナナプラグは、ハトメ62の代わりにケーブルラグ60の一部として、電気導体26の端部64に取り付けることができる。
締結要素8は、好ましくは、接触要素18よりも大きい機械的強度を有する。加えて、接触要素18は、導電性を有することができ、好ましくは締結要素8より大きい導電率を示すことができる。締結要素8は特に、電気スイッチングデバイス1の所期の電流路24の外側に配置される。
締結要素8および接触要素18は、互いに取り外すことができる別個の構成要素とすることができる。別法として、締結要素8と接触要素18との間には、恒久的な接続部、たとえば溶接、はんだ付け、または接着された接合部を設けることもできる。
図2へ進むと、電気スイッチングデバイス1はまた、ハウジング70を備えることができる。ハウジングは、締結要素8を受け取るための少なくとも1つの凹部72を備えることを見て取ることができる。図示の実施形態では、2つの凹部72が設けられており、各凹部72にはねじナット10として構成された締結要素8を、好ましくは挿入方向15とは反対の方向に取外し可能に挿入することができる。凹部72は、締結要素8に相補形の形状を有することができる。締結要素8が六角形の外側形状12を有するねじナット10として構成されることによって、凹部72は、六角形の外側形状12に整合する六角形の内側形状74を有する。これは、凹部72が各々、より低い六角形の底面76と、6つの側面78とからなり、各側面78が底面76の縁部に当接することを意味する。2つの反対の側面78同士の間の間隔は、六角形の外側形状12の平らな面の幅に対応する。
任意選択で、凹部72は、挿入方向15に直交して延びる横からのアクセス80を有することができる。これは、図2に1つの凹部72に関して破線で示されている。アクセス80は、任意選択で、両方の凹部72を互いに接続することができる。
同じく図2から明らかなように、ハウジング70は、少なくとも1つの受取りスロット82を備えることができる。少なくとも1つの受取りスロット82は、矩形の断面84を有することができ、挿入方向15に直交してハウジング70を通って延びることができる。特に、少なくとも1つの受取りスロット82は、凹部72のうちの1つおよび凹部72に入れられた締結要素8に重複して、挿入方向15に延びることができる。言い換えれば、少なくとも1つの受取りスロット82は、任意選択で、接続部4と内側部6との間に、より厳密には締結要素8と導電要素22との間に配置される(図6参照)。
クランプ30として構成された接触要素18は、一方の脚部32a、32bとともに少なくとも1つの受取りスロット82へ突出することができる。有利には、開口36bを有する脚部32bが、少なくとも1つの受取りスロット82に導入され、差し込まれ、または押し込まれる。これは図3に示されており、図3によれば、クランプ30として構成された接触要素18は、締結要素8を少なくとも部分的に覆っており、他方の脚部32aは外側を向いている。したがって、締結要素8は、接触要素18によって対応する凹部72に固定または保持することができる。接続部4、特に接触要素18の接触面38は、たとえば電気導体26に接触するために、外側からアクセス可能である。
図3は、ハウジング70の隆起部86に接続部4を配置することができることを示す。隆起部86は、特にハウジング70の外面88、好ましくは挿入方向15とは反対の方向を向いているハウジング70の上面90に位置することができる。さらに、少なくとも1つの凹部72および少なくとも1つの受取りスロット82は、隆起部86に形成することができる。
図4は、ハウジング70の底面図を示し、図4から、開口36cを介して少なくとも1つの受取りスロット82をハウジング70の内部94に接続することができることを見て取ることができる。開口36cは、有利には、開口36bを有する脚部32bが少なくとも1つの受取りスロット82に挿入され、差し込まれ、または押し込まれたとき、脚部32bの開口36bと位置合わせされる。図示の実施形態では、リベットヘッド44として構成された導電要素22が、部分的に開口36cを通って開口36bに突出することができ、これを接触要素18に締め付けることができる。したがって、少なくとも1つの受取りスロット82に接点20を配置することができる。これは、たとえば図6に示されている。同じく図6に見ることができるように、接触要素18は、接続部4をハウジング70の内部94に接続することができる。
例として図5にコンタクタ2として示す電気スイッチングデバイス1は、少なくとも1つの接続部4を備えることができる。好ましくは、電気スイッチングデバイス1、特に電気スイッチングデバイス1のハウジング70に、少なくとも2つの接続部4が対で設けられる。さらに、電気スイッチングデバイス1は、シェル状のハウジングカバー98を備えることができ、ハウジングカバー98は、補完体96として構成されたハウジング70に接続することができ、したがって好ましくは気密性のある内部100が、電気スイッチングデバイス1の内側102に形成される。
各接続部4に対して、電気スイッチングデバイス1は、好ましくは、電力ケーブル104を備えており、電力ケーブル104は、関連する接続部4に締結されて接触される。この取付けは、電気導体26に関して上記ですでに説明したように行うことができる。接続部4は、好ましくは、ハウジング70の同じ外面88に配置されており、ハウジング70から挿入方向15とは反対の方向に突出するリブ状のウエブ106によって、互いに分離される。
図示の実施形態では、リブ状のウエブ106が、端部間の(end−to−end)リブ108として示されている。締結要素8を凹部72に入れるプロセスを簡略化するために、リブ108は、中心に配置された切れ目(図示せず)を備えることができる。電気安全性の理由で、電力ケーブル104が切れ目を通過する可能性がないように、切れ目は電力ケーブル104より細いことを確実にしなければならない。
電気スイッチングデバイス1の内部100では、対になった導電要素22を、電気スイッチング機構110の一部とすることができる。この目的で、相補形のスイッチング機構要素50、たとえばコンタクトブリッジ52が、電気スイッチングデバイス1の内部100で、それぞれのコンタクト部材48に対向して配置される。コンタクトブリッジ52は、同様に電気スイッチングデバイス1の内部100に位置する作動コイル112によって、入ってくるスイッチングコマンドに応じて動かされる。
図6の断面図では、ハウジング70内で挿入方向15に直交して受取りスロット82の隣に、チャンバ114を形成することができることを見て取ることができる。チャンバ114は、電気スイッチングデバイス1の内部100に延び、したがって内部100は、電気スイッチング機構110の分離プロセス中にコンタクト部材48とコンタクトブリッジ52との間に生じるアークを拡大させるための追加の空間を提供する。
コンタクタ2として示す電気スイッチングデバイスは、DCコンタクタまたはACコンタクタとすることができる。別法として、本発明はまた、リレーまたは類似の電気スイッチで使用することもできる。
1 電気スイッチングデバイス
2 コンタクタ
4 接続部
6 内側部
8 締結要素
10 ねじナット
12 六角形の外側形状
14 挿入開口
15 挿入方向
16 めねじ
18 接触要素
20 接点
22 導電要素
24 電流路
26 電気導体
28 固定要素
30 クランプ
32 脚部
34 間隔
36a、36b、36c 開口
38 接触面
40 孔
44 リベットヘッド
46 端部
48 コンタクト部材
50 スイッチング機構要素
52 コンタクトブリッジ
54 分離点
56 型打ちして曲げ加工を施した部材
58 留めねじ
60 ケーブルラグ
62 ハトメ
64 端部
66 おねじ
68 ねじ接続
70 ハウジング
72 凹部
74 六角形の内側形状
76 底面
78 側面
80 アクセス
82 受取りスロット
84 断面
86 隆起部
88 外面
90 上面
94 内部
96 補完体
98 ハウジングカバー
100 内部
102 内側
104 電力ケーブル
106 ウエブ
108 リブ
110 スイッチング機構
112 作動コイル
114 チャンバ

Claims (15)

  1. 電気導体(26)を締結し、かつ、前記電気導体(26)に接触する接続部(4)を有する電気スイッチングデバイス(1)であって、前記電気導体(26)を締結する締結要素(8)と、前記締結要素(8)から導電要素(22)の接点(20)に延びる導電性接触要素(18)とが前記接続部(4)に位置し、前記導電要素(22)は、前記締結要素(8)から隔置され、前記電気スイッチングデバイス(1)の内側部(6)に延び、前記締結要素(8)の強度は前記接触要素(18)よりも大きく、前記接触要素(18)は導電性を有する、電気スイッチングデバイス(1)。
  2. 前記締結要素(8)は、前記電気導体(26)を受け取るための挿入開口(14)を備える、請求項1に記載の電気スイッチングデバイス(1)。
  3. 前記接触要素(18)は、前記挿入開口(14)と位置合わせされた開口(36)を備える、請求項2に記載の電気スイッチングデバイス(1)。
  4. 前記電気スイッチングデバイス(1)は、前記締結要素(8)を受け取るための凹部(72)を有するハウジング(70)をさらに備える、請求項1から3のいずれか一項に記載の電気スイッチングデバイス(1)。
  5. 前記締結要素(8)は、前記接触要素(18)によって固定されている、請求項1から4のいずれか一項に記載の電気スイッチングデバイス(1)。
  6. 前記接触要素(18)は、前記締結要素(8)を少なくとも部分的に覆っている、請求項1から5のいずれか一項に記載の電気スイッチングデバイス(1)。
  7. 前記接触要素(18)は、クランプ状になるように構成されている、請求項1から6のいずれか一項に記載の電気スイッチングデバイス(1)。
  8. 前記接触要素(18)は、受取りスロット(82)に少なくとも部分的に突出している、請求項1から7のいずれか一項に記載の電気スイッチングデバイス(1)。
  9. 前記受取りスロット(82)は、前記接続部(4)と前記内側部(6)との間に配置されている、請求項8に記載の電気スイッチングデバイス(1)。
  10. 前記接点(20)は、前記受取りスロット(82)に配置されている、請求項8または9に記載の電気スイッチングデバイス(1)。
  11. 前記導電要素(22)は、前記接触要素(18)に締結されたスクリュヘッドまたはリベットヘッド(44)である、請求項1から10のいずれか一項に記載の電気スイッチングデバイス(1)。
  12. 前記接続部(4)は、前記ハウジング(70)の隆起部(86)に配置されている、請求項4から11のいずれか一項に記載の電気スイッチングデバイス(1)。
  13. 前記接触要素(18)は、前記隆起部(86)と前記スイッチングデバイスの残り部分との間に少なくとも部分的に挿入されている、請求項12に記載の電気スイッチングデバイス(1)。
  14. 前記電気スイッチングデバイス(1)は、前記内側部(6)に電気スイッチング機構(110)を備え、前記導電要素(22)は、前記電気スイッチング機構(110)の一部である、請求項1から13のいずれか一項に記載の電気スイッチングデバイス(1)。
  15. 複数の接続部(4)を有する、請求項1から14のいずれか一項に記載の電気スイッチングデバイス(1)。
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