KR101671829B1 - 기어펌프유닛을 포함하는 유압공급장치, 그리고 이를 포함하는 복합형 유압식 액추에이터 - Google Patents

기어펌프유닛을 포함하는 유압공급장치, 그리고 이를 포함하는 복합형 유압식 액추에이터 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 복합형 유압식 액추에이터는, 구동모터 및 유체가 유동되고, 일측 및 타측에 외부와 연통되는 제1유체이송구 및 제2유체이송구가 형성된 유체유로와, 상기 제1유체이송구 및 상기 제2유체이송구 사이에 구비되어 상기 구동모터에 의해 회전되며, 회전 방향에 따라 유체의 유동 방향을 변화시키는 한 쌍의 이송기어를 포함하는 기어펌프유닛을 포함하는 유압공급장치와, 피스톤 및 상기 피스톤이 상하 이동 가능하게 구비되고, 상기 피스톤의 행정 범위보다 상측에 상기 제1유체이송구가 연통되며, 상기 피스톤의 행정 범위보다 하측에 상기 제2유체이송구가 연통되는 수용공간이 형성된 실린더를 포함하는 실린더장치를 포함하고, 상기 구동모터의 구동력에 의한 유체의 순환에 의해 상기 피스톤을 구동시킨다.

Description

기어펌프유닛을 포함하는 유압공급장치, 그리고 이를 포함하는 복합형 유압식 액추에이터{Feeding Appatarus Having Gear Pump Unit and Combining Form Hydraulic Actuator Having the Same}
본 발명은 유압공급장치 및 이를 포함하는 복합형 유압식 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기어펌프유닛이 구비되어 기계식 액추에이터와 복합식 액추에이터의 장점을 모두 발현할 수 있는 유압공급장치 및 이를 포함하는 복합형 유압식 액추에이터에 관한 것이다.
일반적으로 인력으로 커버가 불가능한 기계적 힘이 요구되는 상황에서는, 다양한 종류의 액추에이터가 적용되고 있다. 상기 액추에이터는 전기, 유압, 압축공기 등의 다양한 요소를 이용하는 원동기로서, 기계식 액추에이터 및 유압식 액추에이터가 가장 널리 사용되고 있다.
다만, 상기 기계식 액추에이터의 경우, 구성요소 간의 직접적 접촉에 의해 구동력을 발생시키므로, 부품 간의 마모가 매우 심하며, 잦은 고장으로 인해 유지보수에 소요되는 비용 및 노력이 막대하다는 문제가 있다.
또한 상기 유압식 액추에이터의 경우, 상기 기계식 액추에이터의 단점을 보완할 수 있으나, 응답성이 크게 떨어져 신속한 반응이 요구되는 장치에는 적용하기가 어렵다는 문제가 있다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 유지보수에 소요되는 비용 및 노력을 최소화하는 동시에, 응답성이 우수한 유압공급장치 및 유압식 액추에이터를 제공하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복합형 유압식 액추에이터는, 구동모터 및 유체가 유동되고, 일측 및 타측에 외부와 연통되는 제1유체이송구 및 제2유체이송구가 형성된 유체유로와, 상기 제1유체이송구 및 상기 제2유체이송구 사이에 구비되어 상기 구동모터에 의해 회전되며, 회전 방향에 따라 유체의 유동 방향을 변화시키는 한 쌍의 이송기어를 포함하는 기어펌프유닛; 을 포함하는 유압공급장치와, 피스톤 및 상기 피스톤이 상하 이동 가능하게 구비되고, 상기 피스톤의 행정 범위보다 상측에 상기 제1유체이송구가 연통되며, 상기 피스톤의 행정 범위보다 하측에 상기 제2유체이송구가 연통되는 수용공간이 형성된 실린더를 포함하는 실린더장치를 포함하고, 상기 구동모터의 구동력에 의한 유체의 순환에 의해 상기 피스톤을 구동시킨다.
그리고 상기 유압공급장치는, 상기 실린더장치와 연결되며, 상기 기어펌프유닛이 안착되는 안착공간이 형성된 안착프레임을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 유압공급장치는, 상기 안착프레임 상에 결합되어 상기 안착공간을 밀폐시키는 실링유닛을 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 안착프레임에는, 상기 수용공간과 상기 제1유체이송구를 연통시키는 제1이송유로 및 상기 수용공간과 상기 제2유체이송구를 연통시키는 제2이송유로가 형성될 수 있다.
또한 상기 실린더장치는, 상기 피스톤과 연결되며, 상기 실린더의 외부로 연장된 로드를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 실린더장치는, 상기 로드와 연결되어, 로드의 변위에 따라 연동 구동되며 상기 피스톤의 행정거리를 산출하는 변위센서를 포함하는 계측유닛을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 실린더장치는, 상기 로드의 상부에 구비되어, 상기 로드에 인가되는 하중을 측정하는 하중센서를 포함하는 계측유닛을 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 계측유닛의 계측 결과에 따라 상기 구동모터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기어펌프유닛을 포함하는 유압공급장치는, 구동모터 및 유체가 유동되고, 일측 및 타측에 외부와 연통되는 제1유체이송구 및 제2유체이송구가 형성된 유체유로와, 상기 제1유체이송구 및 상기 제2유체이송구 사이에 구비되어 상기 구동모터에 의해 회전되며, 회전 방향에 따라 유체의 유동 방향을 변화시키는 한 쌍의 이송기어를 포함하는 기어펌프유닛을 포함하며, 상기 제1유체이송구는 별도로 구비된 액추에이터의 실린더 내의 수용공간에 구비된 피스톤의 행정 범위보다 상측에 연통되고, 상기 제2유체이송구는 상기 피스톤의 행정 범위보다 하측에 연통되도록 형성되어, 상기 구동모터의 구동력에 의한 유체의 순환에 의해 상기 피스톤을 구동시킨다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기어펌프유닛을 포함하는 유압공급장치, 그리고 이를 포함하는 복합형 유압식 액추에이터는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 기어펌프유닛이 구비되어 일반적인 유압식 액추에이터에 비해 반응성이 크게 향상되는 장점이 있다.
둘째, 고장이 적어 유지보수에 소요되는 비용 및 노력이 절감되는 장점이 있다.
셋째, 기존의 일반적인 유압식 액추에이터에 장착하여 적용이 가능하다는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 유압식 액추에이터의 모습을 나타낸 사시도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 유압식 액추에이터에 있어서, 각 구성요소들 간의 결합 관계를 나타낸 사시도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 유압식 액추에이터에 있어서, 기어펌프유닛의 모습을 나타낸 사시도;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 유압식 액추에이터에 있어서, 기어펌프유닛의 구조를 나타낸 평면도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 유압식 액추에이터에 있어서, 유체의 유동 경로를 나타낸 단면도;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 유압식 액추에이터에 있어서, 실린더장치의 내부 모습을 나타낸 단면도;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 유압식 액추에이터에 있어서, 변위센서의 모습을 나타낸 정면도; 및
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 유압식 액추에이터에 있어서, 하중센서의 모습을 나타낸 사시도이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 유압식 액추에이터의 모습을 나타낸 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 유압식 액추에이터에 있어서, 각 구성요소들 간의 결합 관계를 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 유압식 액추에이터는 유압공급장치(100)와, 실린더장치(200)를 포함한다.
그리고 세부적으로 상기 유압공급장치(100)는 구동모터(110)와 기어펌프유닛(130)을 포함하며, 상기 실린더장치(200)는 피스톤(212)과 실린더(220)를 포함한다.
이하에서는 이들 간의 결합관계에 대해 보다 자세히 설명하도록 한다.
상기 구동모터(110)는 구동력을 발생시키며, 본 실시예의 경우 서보모터를 적용하여 후술할 제어부의 제어 명령에 따라 구동할 수 있도록 하였다.
그리고 기어펌프유닛(130)은 상기 구동모터(110)와 연결되어 상기 구동모터(110)에 의해 구동된다. 특히 본 실시예의 경우 상기 기어펌프유닛(130)은 안착프레임(120)의 내측에 형성된 안착공간에 안착된 상태에서, 제1브라켓(105a), 제2브라켓(105b) 및 커플러(107)를 통해 상기 구동모터(110)와 연결된다.
상기 기어펌프유닛(130)은 내부에 상기 구동모터(110)에 의해 회전 구동되는 한 쌍의 이송기어가 구비되며, 이에 대해서는 후술하도록 한다.
한편 본 실시예의 경우 상기 안착프레임(120)과 상기 제2브라켓(105b) 사이에 구비되며, 상기 안착프레임(120) 상에 결합되어 상기 안착공간을 밀폐시키는 실링유닛(140)을 더 포함할 수 있다. 상기 실링유닛(140)은 상기 기어펌프유닛(130)과 실린더장치(200) 내에 유동되는 유체의 압력을 유지할 수 있도록 하며, 유체의 유동 구조에 대해서는 후술하도록 한다.
상기 실린더장치(200)는 전술한 바와 같이 실린더(220)와 피스톤(212)을 포함하며, 본 실시예의 경우 변위센서(230) 및 하중센서(240)를 포함하는 계측유닛과, 로드(210)를 더 포함할 수 있다.
상기 로드(210)는 상기 피스톤(212)에 연결된 상태에서 상기 실린더(220)의 외부로 연장되며, 이와 같은 로드(210)의 연장 영역에 상기 변위센서(230) 및 상기 하중센서(240)가 연결된다.
구체적으로 상기 변위센서(230)는 변위계측바(232)를 포함하며, 상기 변위계측바(232)는 상기 로드(210)에 구비된 연결부재(214)에 장착되는 플로팅조인트(234)에 연결된다. 그리고 상기 하중센서(240)는 상기 로드(210)의 상단에 결합된다.
이하에서는 본 발명의 자세한 구조 및 구동 방식에 대해 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 유압식 액추에이터에 있어서, 기어펌프유닛(130)의 모습을 나타낸 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 유압식 액추에이터에 있어서, 기어펌프유닛(130)의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 상기 기어펌프유닛(130)은 제1프레임(131)과 제2프레임(132)을 포함한다. 그리고 상기 제2프레임(132)에는, 유체가 유동되고, 일측 및 타측에 외부와 연통되는 제1유체이송구(133a) 및 제2유체이송구(133a)가 형성된 유체유로(133)가 형성된다.
즉 상기 유체유로(133)는 좌우 방향으로 길게 형성되며, 상기 제1유체이송구(133a) 및 제2유체이송구(133a)는 상기 유체유로(133)의 일측 및 타측에 서로 이격된 상태로 형성된다.
이때 상기 상기 제1유체이송구(133a) 및 상기 제2유체이송구(133b) 사이에는, 전술한 구동모터(110)에 의해 회전되며, 회전 방향에 따라 유체의 유동 방향을 변화시키는 한 쌍의 이송기어(134a, 134b)가 구비된다.
상기 한 쌍의 이송기어(134a, 134b)는 서로 맞물려 회전함에 따라 상기 유체유로(133)에 수용된 유체를 일측에서 타측으로, 또는 타측에서 일측으로 유동시키게 된다. 즉 상기 한 쌍의 이송기어(134a, 134b)가 상기 구동모터(110)에 의해 일 방향 또는 타 방향으로 맞물려 회전함에 따라 유체의 유동 방향이 달라질 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 구동모터(110)에 의해 회전되는 한 상의 이송기어(134a, 134b)에 의해 유체가 유동되므로, 종래의 유압식 액추에이터에 비해 응답성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 유압식 액추에이터에 있어서, 유체의 유동 경로를 나타낸 단면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 유압식 액추에이터에 있어서, 실린더장치의 내부 모습을 나타낸 단면도이다.
전술한 바와 같이, 상기 기어펌프유닛(130)은 안착프레임(120)의 안착공간(121)에 구비된다. 그리고 한 쌍의 이송기어(134a, 134b)에 의해 제2유체이송구(133b) 측으로 유동된 유체는, 안착프레임(120)에 형성된 제2이송유로(122b)를 통해 실린더(220)의 내부에 형성된 수용공간(221a, 221b)으로 전달된다.
도 5에서는 유체가 상기 제2유체이송구(133b)를 통해 상기 수용공간(221a, 221b)으로 유동되는 것만을 도시하였으나, 이와 반대로 한 쌍의 이송기어(134a, 134b)가 반대 방향으로 회전할 경우, 유체가 상기 제1유체이송구(133a, 도 4 참조)를 통해 제1이송유로(122a)를 통해 수용공간(221a, 221b)으로 전달될 것임은 물론이다.
즉 본 실시예의 경우 제1유체이송구(133a), 제2유체이송구(133b), 제1이송유로(122a), 제2이송유로(122b) 및 수용공간(211a, 211b)은 모두 연통되도록 형성되므로, 유체는 전체적으로 연결된 순환 경로를 따라 순환할 수 있다.
한편 도 6에 도시된 바와 같이, 실린더(210)의 내부에는 상하 방향으로 길게 형성된 수용공간(221a, 221b)이 형성되며, 상기 수용공간(221a, 221b)을 따라 이송되는 피스톤(212)이 상기 수용공간(221a, 221b) 내에 구비된다.
그리고 전술한 제1유체이송구(133a)는, 상기 수용공간(221a, 221b) 내에서 상기 피스톤(212)의 행정 범위보다 상측과 연통되며, 제2유체이송구(133b)는 상기 수용공간(221a, 221b) 내에서 상기 피스톤(212)의 행정 범위보다 하측과 연통된다.
즉 제1유체이송구(133a) 측으로 유체가 유동되는 경우, 상기 피스톤(212)보다 상부에 위치된 상부 수용공간(221b)를 통해 유체가 유입되어 피스톤(212)이 하향될 수 있으며, 제2유체이송구(133b) 측으로 유체가 유동되는 경우, 상기 피스톤(212)보다 하부에 위치된 하부 수용공간(221a)를 통해 유체가 유입되어 피스톤(212)이 상향될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 경우 전술한 구동모터(110)의 구동에 의해 기어펌프유닛(130)의 이송기어(134a, 134b)가 일 방향 또는 타 방향으로 회전함에 따라 유체가 유동되어 피스톤(212)이 상하로 이송될 수 있다.
본 실시예에서 유압공급장치(100)는 실린더장치(200)와 서로 일체형으로 제작되는 형태이나, 이와 달리 상기 유압공급장치(100)는 조립형으로 제조되어 타 액추에이터와 결합될 수도 있다. 즉 본 발명의 경우 상기 유압공급장치(100)를 종래의 액추에이터와 결합하여 범용적으로 사용이 가능하게 된다.
이와 같은 경우 상기 제1유체이송구(133a)는 별도로 구비된 종래의 액추에이터의 실린더 내의 수용공간에 구비된 피스톤의 행정 범위보다 상측에 연통되고, 상기 제2유체이송구(133b)는 상기 피스톤의 행정 범위보다 하측에 연통되도록 형성되어, 상기 구동모터의 구동력에 의한 유체의 순환에 의해 피스톤을 구동시킬 수 있을 것이다.
이하에서는, 계측유닛에 대해 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 유압식 액추에이터에 있어서, 변위센서(230)의 모습을 나타낸 정면도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 유압식 액추에이터에 있어서, 하중센서(240)의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합형 유압식 액추에이터는 구동모터(110)를 제어하기 위한 계측유닛을 포함할 수 있다.
먼저, 본 실시예에서 변위센서(230)는 도 7에 도시된 바와 같이 실린더(220)의 측부에 구비된다. 그리고 상기 변위센서(230)는 상하 이동 가능하게 형성된 변위계측바(232)를 포함하고, 상기 변위계측바(232)는 피스톤(212)과 연결된 로드(210)에 구비된 연결부재(214)에 장착되는 플로팅조인트(234)에 연결된다.
이에 따라 상기 피스톤(212)의 이동에 의해 상기 로드(210)가 상하 방향으로 이동됨에 따라 상기 연결부재(214) 및 상기 변위계측바(232)가 역시 상하 이동될 것이다.
이상과 같이, 상기 변위센서(230)는 상기 변위계측바(232)의 이동량을 감지하여 상기 피스톤(212)의 이동량을 계측할 수 있다.
다음으로, 본 실시예에서 상기 하중센서(240)는 상기 로드(210)의 상단에 결합된다. 상기 하중센서(240)의 상부에는 실린더장치(200)에 의해 작동되는 타 기계장치 등이 구비되며, 상기 하중센서(240)는 그 사이에 구비되어 상기 로드(210)에 인가되는 하중을 감지할 수 있다.
한편 도시되지는 않았으나, 본 발명은 상기 변위센서(230) 및 상기 하중센서(240)를 포함하는 계측유닛의 계측 결과에 따라 상기 구동모터(110)의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
즉 상기 제어부는 상기 계측유닛의 계측 결과에 따라 상기 구동모터(110)의 회전 방향, 회전수 등을 정밀하게 제어하여 실린더장치(200)의 구동을 조절할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 유압공급장치 105a: 제1브라켓
105b: 제2브라켓 107: 커플러
110: 구동모터 120: 안착프레임
121: 안착공간 122a: 제1이송유로
122b: 제2이송유로 130: 기어펌프유닛
131: 제1프레임 132: 제2프레임
133: 유체유로 133a: 제1유체이송구
133b: 제2유체이송구 134a, 134b: 이송기어
140: 실링유닛 200: 실린더장치
210: 로드 212: 피스톤
214: 연결부재 220: 실린더
221a, 221b: 수용공간 230: 변위센서
232: 변위계측바 234: 플로팅조인트
240: 하중센서

Claims (9)

  1. 구동모터;
    제1프레임과, 일측 및 타측에 외부와 연통되는 제1유체이송구 및 제2유체이송구가 형성되고 유체가 유동되는 유체유로를 포함하는 제2프레임과, 상기 유체유로의 상기 제1유체이송구와 상기 제2유체이송구 사이에 구비되어 상기 구동모터에 의해 회전되며, 회전 방향에 따라 유체의 유동 방향을 변화시키는 한 쌍의 이송기어를 포함하는 기어펌프유닛;
    상기 기어펌프유닛의 상기 제1프레임 및 상기 제2프레임이 삽입 안착되는 안착공간이 형성된 안착프레임; 및
    상기 안착프레임 상에 결합되어 상기 안착프레임과 함께 상기 기어펌프유닛을 감싸도록 형성되며, 상기 안착공간을 밀폐시키는 실링유닛;
    을 포함하는 유압공급장치와,
    피스톤; 및
    상기 피스톤이 상하 이동 가능하게 구비되고, 상기 피스톤의 행정 범위보다 상측에 상기 제1유체이송구가 연통되며, 상기 피스톤의 행정 범위보다 하측에 상기 제2유체이송구가 연통되는 수용공간이 형성된 실린더;
    를 포함하는 실린더장치를 포함하고,
    상기 안착프레임은 상기 기어펌프유닛의 직하부에 구비됨과 동시에 상기 실린더의 측부 하부에 구비되되, 상기 실린더와 일체화된 하우징으로 형성됨에 따라 상기 기어펌프유닛의 상기 제1프레임 및 상기 제2프레임은 상측 방향으로부터 상기 안착공간에 삽입되어 안착되도록 형성되며,
    상기 안착프레임의 내측에는 상기 수용공간과 상기 제1유체이송구를 연통시키는 제1이송유로 및 상기 수용공간과 상기 제2유체이송구를 연통시키는 제2이송유로가 형성되고,
    상기 유체는 상기 구동모터의 구동력에 의해, 서로 연통된 상기 제1유체이송구, 상기 제2유체이송구, 상기 제1이송유로, 상기 제2이송유로 및 상기 수용공간에 걸쳐 연결된 전체 연결 순환경로를 따라 상기 안착프레임 내측을 통과하도록 순환되면서 상기 피스톤을 구동시키며,
    상기 실링유닛에 의해 상기 기어펌프유닛과 상기 실린더장치 내에 유동되는 유체의 압력 변화를 유지할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 복합형 유압식 액추에이터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실린더장치는,
    상기 피스톤과 연결되며, 상기 실린더의 외부로 연장된 로드를 더 포함하는 복합형 유압식 액추에이터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 실린더장치는,
    상기 로드와 연결되어, 로드의 변위에 따라 연동 구동되며 상기 피스톤의 행정거리를 산출하는 변위센서를 포함하는 계측유닛을 더 포함하는 복합형 유압식 액추에이터.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 실린더장치는,
    상기 로드의 상부에 구비되어, 상기 로드에 인가되는 하중을 측정하는 하중센서를 포함하는 계측유닛을 더 포함하는 복합형 유압식 액추에이터.
  8. 제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계측유닛의 계측 결과에 따라 상기 구동모터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 복합형 유압식 액추에이터.
  9. 삭제
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