KR101879188B1 - 가변 용량형 사판의 베어링 리테이너 구속 기구를 구비한 액시얼 피스톤 장치 - Google Patents

가변 용량형 사판의 베어링 리테이너 구속 기구를 구비한 액시얼 피스톤 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구조의 간략화 및 장치의 내구성을 향상시킬 수 있는 가변 용량형 사판식 유압 펌프 또는 유압 모터의 베어링 리테이터 구속 기구를 구비한 액시얼 피스톤 장치에 대한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 피스톤 또는 플런저의 왕복동을 규제하는 사판; 상기 사판의 일측과 타측으로부터 돌출되며, 돌출된 부분의 단면이 원호 형상으로 만곡된 베어링 장착부; 롤러 베어링과, 상기 롤러 베어링을 상부에서 지지하는 상부 리테이너, 상기 롤러 베어링을 하부에서 지지하는 하부 리테이너로 이루어진 롤러 베어링 유닛을 포함하되, 상기 베어링 장착부의 원호면에는 원호면의 만곡된 방향을 따라 소정 길이만큼 연장된 가이드 홈이 형성되며, 상기 하부 리테이너의 하부면에는 반구형태의 고정 홈이 형성된 상태에서, 상기 가이드 홈과 고정 홈이 형성하는 공간에 강구(steel ball)가 배치됨으로써 상기 롤러 베어링 유닛과의 상대적인 움직임을 구속하는 것을 특징으로 하는 가변 용량형 사판의 베어링 리테이너 구속 기구를 구비한 액시얼 피스톤 장치를 제공한다.

Description

가변 용량형 사판의 베어링 리테이너 구속 기구를 구비한 액시얼 피스톤 장치{Axial Piston Apparatus Having the Bearing Retainer Constraining Device of Variable Capacity Swash Plate}
본 발명은 구조의 간략화 및 장치의 내구성을 향상시킬 수 있는 가변 용량형 사판식 유압 펌프 또는 유압 모터의 베어링 리테이터 구속 기구를 구비한 액시얼 피스톤 장치에 대한 것이다.
본 발명의 배경이 되는 기술인 액시얼 피스톤 펌프는 한국 공개특허공보 제2001-0110609호, 일본 공개특허공보 제1994-167040호 등에 개시되어 있다.
액시얼 피스톤 펌프는 플런저가 왕복 운동을 하는 방향이 실린더 블록의 중심축과 평행인 플런저 펌프로, 일반적으로 구동축과 실린더 블록의 중심축이 일직선인 사판식 피스톤 펌프와, 구동축이 실린더 블록의 중심축이 경사진 사축식 피스톤 펌프로 나눌 수 있다. 사축식 펌프의 경우 고속 회전이 가능하며 효율도 높다는 장점이 있으나 부품의 정밀도를 요구함에 따라 제작이 어려워 비용이 비싸다는 단점이 있어 일반적으로 사판식 펌프를 주로 사용한다.
사판식 펌프는 펌프 내부를 관통하여 설치된 회전축과 회전축을 따라 함께 회전하도록 설계된 실린더 블록, 실린더 블록 내부의 피스톤, 피스톤 볼, 슈 및 슈 플레이트 등의 구성요소들을 통하여 내부 용적의 변화에 따라 작동유체(압유)의 공급 및 토출이 이루어지는 방식으로 작동한다.
구체적으로 피스톤은 일반적으로 일단이 진원통형이고 타단은 구면형(볼)으로 이루어져 있다. 실린더 블록은 상기 피스톤이 삽입되는 곳으로 복수 개의 실린더 구멍이 일정한 간격으로 방사상 가공되어 있다. 슈는 피스톤의 볼과 구면베어링으로 연결되어 있다. 사판은 구동축에 일정한 각도를 가지고 기울어져있으며 이 사판의 경전각에 의해 피스톤 펌프의 토출유량이 결정된다.
작동원리를 간단히 살펴보면, 구동축이 회전하면 구동축과 연결된 실린더 블록이 회전하게 된다. 실린더 블록의 회전에 의해 피스톤은 구면베어링으로 연결된 슈를 통해 기울어진 사판의 후면에 접하면서 회전하고 동시에 실린더 내를 직선 왕복운동하게 된다. 실린더 블록이 1회전할 때 피스톤은 흡입 및 토출 행정을 한번씩 행하게 된다.
가변 용량형 사판식 유압 펌프라 함은 사판 각도에 의해 피스톤 펌프의 토출유량이 가변되는 것을 의미하는 것으로서, 주지된 바와 같이 사판에 인접하게 위치하여 서보 피스톤의 행정을 제어하는 레귤레이터에 의해 가변된다.
사판은, 슈가 연결되는 경사면의 반대편에 원호 형상으로 만곡된 베어링 장착부를 가지는데, 사판의 베어링 장착부에는 복수의 롤러 베어링이 접하게되고, 사판은 롤러 베어링에 접촉하는 상태로 소정의 각도 만큼 피봇 회전하면서 경전각이 조절된다.
그런데 액시얼 피스톤 펌프가 고속으로 작동하는 동안에는 사판이 피봇 회전범위를 초과하여 회전할 수 있게 되고 이 경우, 정밀한 제어 실패의 원인이 되며 액시얼 피스톤 펌프의 고장을 불러일으키므로 바람직하지 않다.
따라서, 종래 기술에서는 일본 공개특허 제2009-115096호, 미국 등록특허 06/680438 등에서 피봇 회전각도를 구속하도록 길이가 긴 핀(pin) 또는 고리 형상의 이탈방지구조를 개시한 바 있다.
그런데 이들 핀 형상의 이탈방지 구조는, 작동 중 과도한 하중이 걸릴 경우 파단이 날 위험성이 높아 강성이 높은 재료로 성형해야 하며, 사판의 회전범위를 규제하기 위해 반드시 하우징으로부터 지지되어야 하는 등 구조가 복잡하다는 문제가 있다.
한국 공개특허공보 제2001-0110609호 일본 공개특허공보 제1994-167040호
본 발명에서는 피봇 회전각도를 구속하되, 핀 형상과 다른 새로운 형상의 베어링 리테이너 이탈방지 구조를 개시하여 상기한 문제점을 해결하고자 한다.
본 발명의 기술적 사상은 액시얼 피스톤 펌프뿐만 아니라 액시얼 피스톤 모터를 사용하는 경우에도 적용될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 피스톤 또는 플런저의 왕복동을 규제하는 사판; 상기 사판의 일측과 타측으로부터 돌출되며, 돌출된 부분의 단면이 원호 형상으로 만곡된 베어링 장착부; 롤러 베어링과, 상기 롤러 베어링을 상부에서 지지하는 상부 리테이너, 상기 롤러 베어링을 하부에서 지지하는 하부 리테이너로 이루어진 롤러 베어링 유닛을 포함하되, 상기 베어링 장착부의 원호면의 가장자리 부근에는 원호면의 만곡된 방향을 따라 소정 길이만큼 연장된 가이드 홈이 형성되며, 상기 하부 리테이너는 상기 상부 리테이너에 비해 상대적으로 상기 롤러 베어링 유닛의 두께방향으로 길게 연장되고, 연장된 부분의 하부면에 반구형태의 고정 홈이 형성된 상태에서, 상기 가이드 홈과 고정 홈이 형성하는 공간에 강구(steel ball)가 배치되고, 상기 강구는 상기 가이드 홈의 길이 방향을 따라 이동하면서 상기 베어링 장착부와 상기 롤러 베어링 유닛의 상대적인 움직임을 구속하는 것을 특징으로 하는 가변 용량형 사판의 베어링 리테이너 구속 기구를 구비한 액시얼 피스톤 장치를 제공한다.
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또한 상기 베어링 장착부는 원호면 중 롤러 베어링이 접촉하는 면과 상기 사판의 사이에 소정 길이만큼 연장된 제2 가이드 홈을 추가로 형성하며, 이에 대응하는 상기 하부 리테이너의 하부면에 반구 형태의 제2고정홈이 추가로 형성되고, 상기 가이드 홈과 고정 홈이 형성하는 공간에 제2 강구(steel ball)가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 롤러 베어링은 강(steel)재질로 형성되되, 상기 베어링 장착부의 상기 롤러 베어링과 접촉하는 원호면도 강(steel)재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 개시를 통해 구조가 간략화되고, 장치의 내구성이 확보된 가변 용량형 사판식 유압 펌프 또는 유압 모터의 베어링 리테이어 구속 기구를 제공할 수 있게 된다.
종래의 고리형 구속 기구의 경우 사판식 액셜 피스톤 펌프 또는 모터의 작동과정에서 작동시의 충격으로 인해 파손 및 파단의 위험성이 컸던 반면, 본 발명의 강구형 구속 기구의 경우 이러한 위험성을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 강구형(steel ball type) 구속 기구의 경우 베어링에 작용하는 하중을 분산시키는 역할도 수행한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액시얼 피스톤 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액시얼 피스톤 장치에서 롤러 베어링 유닛을 분리한 모습을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액시얼 피스톤 장치에서 롤러 베어링 유닛을 분리한 모습을 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액시얼 피스톤 장치에서 베어링 장착부에 롤러 베어링 유닛이 장착된 모습을 확대한 도면이다.
도 5는 도 4을 A-A' 방향으로 자른 단면의 모습을 나타내는 도면이다
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액시얼 피스톤 장치에서 롤러 베어링 유닛을 하부에서 바라본 모습을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액시얼 피스톤 장치의 사시도이다.
이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로서 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
그리고 여기서의 "연결"이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결 또는 전기적인 연결을 의미할 수 있다.
또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 액시얼 피스톤 장치에 대하여 상세히 살펴본다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액시얼 피스톤 장치의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액시얼 피스톤 장치에서 롤러 베어링 유닛을 분리한 모습을 나타내는 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액시얼 피스톤 장치에서 롤러 베어링 유닛을 분리한 모습을 나타내는 측면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액시얼 피스톤 장치는 피스톤 또는 플런저의 왕복동을 규제하는 사판(100); 상기 사판의 일측과 타측으로부터 돌출되며, 돌출된 부분의 단면이 원호 형상으로 만곡된 베어링 장착부(110, 120); 롤러 베어링(213, 223)과, 상기 롤러 베어링(213, 223)을 상부에서 지지하는 상부 리테이너(214, 224), 상기 롤러 베어링(213, 223)을 하부에서 지지하는 하부 리테이너(211, 221)로 이루어진 롤러 베어링 유닛(210, 220)을 포함한다.
사판(100, swash plate)는 배경기술에서 전술한 바와 같이 슈가 연결되는 경사면의 반대편에 원호 형상으로 만곡된 베어링 장착부(110, 120)를 가지며, 사판의 베어링 장착부에는 복수의 롤러 베어링(213, 223)이 접하게되고, 사판(100)은 롤러 베어링(213, 223)에 접촉하는 상태로 소정의 각도 만큼 피봇 회전하면서 경전각이 조절된다.
사판(100)은 중앙부에 구동축 삽입홀이 관통형성되어 있고, 이곳에 구동축(미도시) 삽입되어 회전하면서, 실린더 블록이 정, 역 방향 회전하는 과정에서 피스톤 또는 플런저의 왕복 구동의 거리를 규제할 수 있다. 경전각의 조절은 도 3에 도시된 구동축의 삽입방향으로 연장 형성된 피봇회전부재의 움직임에 의해 조절된다.
사판(100)은 대체로 원판 형상으로 형성되는데, 사판(100)의 측방향으로 베어링 장착부(110, 120)가 돌출형성된다. 참고로 베어링 장착부(110, 120)는 사판(100)과 일체로 형성될 수 있다.
베어링 장착부(110, 120)에는 사판의 경사면과 동일한 측에 경사면이 형성되는 한편, 반대편에는 소정 곡률로 만곡된 원호면이 형성될 수 있다. 그리고 이 원호면 상에는 롤러 베어링(213, 223)이 접촉하게 되어 액시얼 피스톤 장치의 구동중에 구름운동이 발생하게 되는 것이다.
본 발명의 주요 기술적 사상은 이 베어링 장착부(110, 120)의 원호면(111, 121)에 베어링 리테이너의 구속기구로서 강구형(steel ball type)의 구속기구를 사용한다는 것에 있다. 이하의 설명에서 확인할 수 있겠지만, 종래의 고리형 구속 기구의 경우 사판식 액셜 피스톤 펌프 또는 모터의 작동과정에서 작동시의 충격으로 인해 파손 및 파단의 위험성이 컸던 반면, 본 발명의 강구형 구속 기구의 경우 이러한 위험성을 미연에 방지할 수 있고, 더불어 베어링에 작용하는 하중을 분산시키는 기능을 수행할 수 있게 된다.
강구형 구속기구는 강구(steel ball, 112, 122)과 가이드 홈(111a, 121a), 그리고 고정 홈(212, 222)의 조합에 의해 정의된다.
강구(steel ball)은 용어 그대로 철과 탄소를 기초로 합금된 강철을 포함하나, 개량된 성질의 함금강(alloy steel)이 포함될 수도 있다. 강구(steel ball)는 그 크기가 제한되지 아니하며, 실시예에 따라 다양하게 설계될 수 있다. 다만, 그 강도는 롤러 베어링이 포함된 베어링 유닛과의 상대적인 움직임을 규제하여야 하므로 본 발명의 롤러 베어링보다 더 높은 강도를 갖는 것이 바람직하다.
가이드 홈(111a, 121a)은 베어링 장착부(110, 120) 원호면(111, 121)의 만곡된 방향을 따라 소정 길이만큼 연장된 것으로서, 강구가 안착되어 그 길이방향을 따라 움직일 수 있도록 하는 구성이다.
가이드 홈(111a, 121a)의 길이는 액시얼 피스톤 유닛의 설계용량에 따라 달라질 수 있으며, 가이드 홈(111a, 121a)의 깊이 또한 액시얼 피스톤 유닛에 작용하는 토출압력 등을 종합적으로 고려하여 자유롭게 설정될 수 있다. 다만, 가이드 홈(111a, 121a)의 곡률반경은 원호면(111, 121)의 곡률반경과 동일하게 설정됨이 바람직하다.
고정 홈(212, 222)은 하부 리테이너(211, 221)의 하부면에서 가이드 홈(111a, 121a)을 대향하는 측면에 형성되는 것으로서, 강구가 안착되되 강구와 고정 홈(212, 222) 간의 상대적인 운동은 발생하지 않도록 설계된 리세스 구조를 의미한다. 대체로 반구형태의 공간이 형성되도록 설계된다.
강구(112, 122)는 바로 가이드 홈(111a, 121a)과 고정 홈(212, 222) 사이에 형성되는 공간에 배치되는 것이며, 사판의 피봇 회전 과정에서 롤러 베어링 유닛이 원호면상에서 움직일 때, 원호 방향으로 이탈되지 않도록 하는 역할을 한다.
덧붙여 강구(112, 122)는 롤러 베어링처럼 리테이너와 원호면 사이에서 구름운동을 하기 때문에 롤러 베어링의 하중 분산의 역할을 보조적으로 수행할 수도 있다.
다음으로 앞서 살펴보았던 도 1 내지 도 3과 함께 도 4 내지 도 5를 참조로 본 발명의 가이드 홈, 고정 홈에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액시얼 피스톤 장치에서 베어링 장착부에 롤러 베어링 유닛이 장착된 모습을 확대한 도면이다. 도 5는 도 4을 A-A' 방향으로 자른 단면의 모습을 나타내는 도면이다.
도 1과 도 4를 참조하면, 본 발명의 가이드 홈은 상기 베어링 장착부의 원호면 중 가장자리 부근에 형성될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 베어링 장착부(110, 120)는 사판(100)의 양 측면에서 대칭적으로 형성되는데, 본 발명의 가이드 홈, 고정 홈, 강구로 이루어진 베어링 리테이너 구속기구가 베어링 장착부(110, 120)의 양 측 가장자리에서 대칭적으로 형성됨으로써 액시얼 피스톤 장치 내 사판의 움직임을 밸런스 있게 조절할 수 있게 된다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 본 발명 롤러 베어링 유닛의 하부 리테이너는 상기 상부 리테이너에 비해 상대적으로 상기 롤러 베어링 유닛의 두께방향으로 길게 연장되고, 연장된 부분의 하부면(211a)에 고정 홈이 형성되는 것일 수 있다. 롤러 베어링을 아래에서 지지하는 리테이너를 그 두께방향으로 단순히 연장하고 이곳의 하부면에 고정 홈을 형성하기만 하면 족하므로, 종래기술에서 설명하였던 핀 또는 고리 구조의 이탈 방지 기구에 비해 롤러 베어링 유닛의 구조가 훨씬 단순한 이점이 있다.
다음으로 도 6을 참조로 본 발명의 다른 실시예에 따른 액시얼 피스톤 장치에서 롤러 베어링 유닛에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액시얼 피스톤 장치에서 롤러 베어링 유닛을 하부에서 바라본 모습을 나타내는 도면이다.
이에 의하면 본 발명의 베어링 장착부(110, 120)가 그 원호면 중 롤러 베어링이 접촉하는 면과 상기 사판(100)의 사이에 소정 길이만큼 연장된 제2 가이드 홈(111a', 121a')을 추가로 형성하며, 이에 대응하는 상기 하부 리테이너(211, 221)의 하부면(211c, 221c)에 반구 형태의 제2고정홈이 추가로 형성되고, 상기 가이드 홈과 고정 홈이 형성하는 공간에 제2 강구(112', 122')가 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 제2 강구(112', 122')를 비롯한 이탈 방지 기구는 전술한 실시예의 이탈 방지 기구의 보조적인 구성으로서, 그 구성 및 원리는 전술한 실시예와 동일한 것으로 한다.
다만, 가변 피스톤 펌프 또는 모터의 설계 용량에 따라 그 관성 모멘트가 커서 롤러 베어링 유닛의 이탈이 우려되는 경우 또는 전술한 실시예의 강구가 롤러 베어링의 보조 베어링 역할을 하는 것에 착안하여, 사판(100)과 롤러 베어링 유닛(210, 220) 사이에 작용하는 하중의 효과적인 분산을 목적으로 본 실시예의 제2 강구를 포함한 이탈 방지 기구를 더 구비할 수도 있다.
한편, 본 발명의 롤러 베어링은 강(steel)재질로 형성되되, 상기 베어링 장착부의 상기 롤러 베어링과 접촉하는 원호면도 강(steel)재질로 형성할 수 있을 것이다.
본 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 의해 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 따라서, 이상에서 기술한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 발명의 일 실시예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 사판
110, 120 : 베어링 장착부
111, 121 : 원호면
111a, 121a : 가이드 홈
112, 122 : 강구
210, 220 : 롤러 베어링 유닛
211, 221 : 하부 리테이너
212, 222 : 고정 홈
213, 223 : 롤러 베어링
214, 224 : 상부 리테이너

Claims (5)

  1. 피스톤 또는 플런저의 왕복동을 규제하는 사판;
    상기 사판의 일측과 타측으로부터 돌출되며, 돌출된 부분의 단면이 원호 형상으로 만곡된 베어링 장착부;
    롤러 베어링과, 상기 롤러 베어링을 상부에서 지지하는 상부 리테이너, 상기 롤러 베어링을 하부에서 지지하는 하부 리테이너로 이루어진 롤러 베어링 유닛을 포함하되,
    상기 베어링 장착부의 원호면의 가장자리 부근에는 원호면의 만곡된 방향을 따라 소정 길이만큼 연장된 가이드 홈이 형성되며, 상기 하부 리테이너는 상기 상부 리테이너에 비해 상대적으로 상기 롤러 베어링 유닛의 두께방향으로 길게 연장되고, 연장된 부분의 하부면에 반구형태의 고정 홈이 형성된 상태에서, 상기 가이드 홈과 고정 홈이 형성하는 공간에 강구(steel ball)가 배치되고, 상기 강구는 상기 가이드 홈의 길이 방향을 따라 이동하면서 상기 베어링 장착부와 상기 롤러 베어링 유닛의 상대적인 움직임을 구속하는 것을 특징으로 하는 가변 용량형 사판의 베어링 리테이너 구속 기구를 구비한 액시얼 피스톤 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 롤러 베어링은 강(steel)재질로 형성되되,
    상기 베어링 장착부의 상기 롤러 베어링과 접촉하는 원호면도 강(steel)재질로 형성하는 것을 특징으로 하는 가변 용량형 사판의 베어링 리테이너 구속 기구를 구비한 액시얼 피스톤 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 베어링 장착부는 원호면 중 롤러 베어링이 접촉하는 면과 상기 사판의 사이에 소정 길이만큼 연장된 제2 가이드 홈을 추가로 형성하며, 이에 대응하는 상기 하부 리테이너의 하부면에 반구 형태의 제2고정홈이 추가로 형성되고, 상기 가이드 홈과 고정 홈이 형성하는 공간에 제2 강구(steel ball)가 배치되는 것을 특징으로 하는 가변 용량형 사판의 베어링 리테이너 구속기구를 구비한 액시얼 피스톤 장치.


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