KR102132356B1 - 성분 공급 노즐 - Google Patents

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KR102132356B1
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랄프 모저
요제프 렌클
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크라우스마파이 테크놀로지스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 성분 유입구(13) 및 성분 배출구(15)를 갖는 하우징(11, 12), 상기 하우징 내에서 슬라이딩 방식으로 지지되어 있고 축 방향으로 전후 이동 가능한 피스톤 형태의 폐쇄체(20)를 포함하는 성분 공급 노즐과 관련이 있으며, 이때 제 1 위치에서 상기 성분 배출구는 상기 폐쇄체의 전방 단부(22)에 의해 폐쇄되어 있고, 제 2 위치에서 상기 성분 배출구는 릴리스(release) 되어 있거나 개방되어 있다. 상기 성분 공급 노즐은 멤브레인 시일(membrane seal)(30)을 구비하고, 상기 멤브레인 시일은 상기 폐쇄체의 후방 단부 및 하우징에 고정되어 있음으로써, 결과적으로 상기 폐쇄체가 완전히 이 멤브레인 시일의 한 측면에 있게 되며, 이때 상기 하우징 및/또는 상기 폐쇄체는 성분들이 상기 폐쇄체의 모든 면들에 도달하도록, 그리고 그에 따라 성분 압력이 멤브레인의 전체 작용면에 인가되도록 형성되어 있다.

Description

성분 공급 노즐 {COMPONENT FEED NOZZLE}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 성분 공급 노즐에 관한 것이다.
이와 같은 성분 공급 노즐은 예를 들어 독일 특허 출원서 DE 10 2007 037 780 A1호에 공지되어 있는데, 상기 성분 공급 노즐은 하우징을 구비하며, 상기 하우징 내에는 종종 노즐 니들(nozzle needle)로서 언급된 폐쇄체가 적어도 2개의 위치 사이에서 이동 가능하게 지지되어 있다. 상기 하우징 내에는 성분 유입구 및 성분 배출구가 형성되어 있고, 이때 상기 폐쇄체는 특정 위치에서 상기 성분 배출구를 폐쇄한다. 이와 같은 성분 공급 노즐에서 성분량 조절을 가능하게 하기 위해, 폐쇄체는 일반적으로 폐쇄 방향으로 사전 장력(pre-tension)을 받고 있다. 성분이 공급되지 않으면, 성분 배출구는 그에 따라 폐쇄된다. 그러나 성분이 공급되고 성분 공급 노즐 내에서 충분히 높은 압력이 형성되면, 폐쇄체는 폐쇄 위치로부터 이동하여 성분 배출구를 릴리스(release)한다.
본 발명의 과제는 성분량의 변화에 더 정확하게 반응할 수 있는 개선된 성분 공급 노즐을 제조하는 것이다.
상기 과제는 청구항 1의 특징들을 갖는 성분 공급 노즐에 의해 해결된다. 바람직한 개선예들은 종속 청구항들의 대상이다.
본 발명에 따른 성분 공급 노즐은 멤브레인 시일(membrane seal)을 구비하고, 상기 멤브레인 시일은 폐쇄체의 후방 단부 및 하우징에 고정되어 있음으로써, 결과적으로 상기 폐쇄체는 완전히 이 멤브레인 시일의 한 측면에 있게 되며, 이때 상기 하우징 및/또는 상기 폐쇄체는 성분들이 상기 멤브레인 시일에 도달할 수 있도록 형성되어 있다. 이 경우, 성분들이 폐쇄체의 노출된 모든 면들, 특히 둘레 면들에 도달할 수 있는 형상(design)이 가능하다. 다른 말로 하면, 폐쇄체는 부유하는 방식으로 그리고 슬라이딩 베어링(sliding bearing) 방식으로 지지될 수 있다. 이때 폐쇄체에는 멤브레인 시일 이외에 추가의 시일이 전혀 존재하지 않음으로써, 결과적으로 상기 폐쇄체의 이동시 가능한 한 적은 마찰이 발생한다.
바람직한 하나의 형성예에서 폐쇄체는 하우징 내에서 슬라이딩 방식으로 지지된 가이딩 섹션을 구비한다. 그에 따라 상기 폐쇄체의 방사 방향 이동은 상기 하우징에 의해 제한되고, 이때 상기 가이딩 섹션은 부분적으로 상기 하우징에 접촉할 수 있다. 또한, 상기 폐쇄체는 하우징과 함께 성분 공간을 규정하는 성분 배출구 측 폐쇄 섹션, 하우징 및 멤브레인 시일과 함께 작용 공간을 규정하고 상기 폐쇄체의 후방 단부에 형성된 작용 섹션을 구비하며, 이때 상기 성분 공간과 상기 작용 공간은 유동 가능하게 연결되어 있다. 따라서, 성분 및 다른 무엇보다도 성분 압력이 가능한 한 간단하게 폐쇄체의 면들에 도달할 수 있다.
폐쇄체가 가이딩 섹션 영역에서 적어도 하나의 축 방향 홈을 갖고, 상기 홈은 성분 공간을 작용 공간에 연결하는 경우 또는 폐쇄체가 적어도 하나의 보어(bore)를 갖고, 상기 보어는 성분 공간을 작용 공간에 연결하는 경우가 특히 바람직하다. 따라서, 상기 성분 공간과 상기 작용 공간 사이에서 압력 보상(pressure compensation)이 효율적으로 이루어질 수 있다.
작용 공간의 반대편에 놓인 멤브레인 시일의 측면이 하우징과 함께 압력 공간을 규정하고, 상기 하우징 내에는 상기 압력 공간으로 통하는 유체 채널이 형성된 경우가 바람직하다. 상기 유체 채널을 통해 상기 압력 공간에는 가압 된 유체, 예컨대 질소가 공급될 수 있다. 이 경우, 멤브레인에는 성분 압력과 압력 공간 내의 유체 압력 사이의 압력 균형이 발생하고, 이로 인해 성분의 배출 용량 또는 유량에 관계없이 항상 압력 공간 내의 압력과 같은 또는 적어도 유사한 성분 압력으로 조절된다.
유체 채널 내에는 스로틀(throttle)이 제공될 수 있다. 상기 스로틀은 압력 공간 내의 유체가 단지 제한된 속도로 이 압력 공간으로부터 외부로 유출될 수 있도록 한다. 따라서, 상기 스로틀은 폐쇄체의 스윙 운동(swinging)을 억제할 수 있는 댐핑 부재로서 작용한다.
또한, 가압 된 유체에 압력을 충분한 양으로 제공하기 위해, 유체 채널에 압력 저장기가 연결될 수 있다. 또한, 주도하는 성분 압력에 대항하여 성분 배출구를 구현하기 위해, 압력 공간과 직렬로 연결된 유압 피스톤 또는 유압에 의해 가압 될 수 있는 추가의 멤브레인을 배치하는 것도 가능하다. 그럼으로써 성분 배출구가 강제적인 방식으로 폐쇄될 수 있다.
또한, 작용 공간을 등지는 멤브레인 시일의 측면에 스프링 부재가 제공될 수도 있는데, 상기 스프링 부재는 상기 멤브레인 시일에 힘을 제공한다. 이와 같은 스프링 부재는 전술된 압력 공간 내에 추가적으로 또는 보완적으로 배치될 수 있다. 대안적으로는 스프링 부재가 압력 공간의 대체물로서 배치될 수 있음으로써, 결과적으로 단지 상기 스프링 부재만이 멤브레인에서의 힘 균형을 위해 필요한 힘을 폐쇄체의 폐쇄 방향으로 제공하게 된다.
멤브레인 시일은 비드 멤브레인(bead membrane) 또는 롤 멤브레인(roll membrane)일 수 있다. 멤브레인 시일의 구부러진 섹션이 성분 배출구 방향으로 돌출되도록 상기 멤브레인 시일은 폐쇄체의 후방 단부에 고정되어 있다. 비드 멤브레인 또는 롤 멤브레인을 이용하는 경우 하우징 내에 환형의 리세스가 제공될 수 있고, 상기 리세스 내로 상기 멤브레인 시일의 구부러진 섹션이 돌출하며, 이때 멤브레인이 압력 공간의 측면에서만 가압 되는 경우 상기 구부러진 섹션이 방사 방향으로 연장되는 리세스 면에 인접하도록 상기 리세스가 형성되어 있다. 이와 같은 형상은 압력 챔버 내에 높은 압력이 주도하는 경우 멤브레인 시일이 지지된다는 장점을 갖는다. 그럼으로써 상기 멤브레인 시일의 기능성(functionality)이 더 높은 정도로 보장되는데, 그 이유는 멤브레인 시일이 상기 방식으로 지지됨으로써 이 멤브레인 시일이 찢어질 가능성이 방지되기 때문이다.
멤브레인 시일은 압착판을 통해 폐쇄체에 고정될 수 있다. 상기 압착판은 멤브레인을 폐쇄체의 후방 단부에 고정하고 상기 멤브레인을 등지는 자신의 측면에 방사 방향으로 진행하는 홈을 가질 수 있다. 멤브레인을 폐쇄체에 고정하기 위해, 예를 들어 나사가 사용될 수 있다. 홈을 압착판에 제공하는 것은 특히, 상기 압착판이 동시에 스토퍼 부재로서 사용되는 경우, 즉 폐쇄체의 이동이 하우징과의 접촉에 의해 제한되고 상기 폐쇄체가 동시에 유체 채널을 덮는 경우에 중요하다. 이 경우 상기 상황에도 불구하고 홈을 통해 유체 채널로부터 외부로 유체가 공급될 수 있다.
작용 섹션의 직경은 가이딩 섹션의 직경보다 클 수 있고, 하우징은 리세스를 포함할 수 있으며, 상기 리세스 내부에서 상기 작용 섹션은 상기 하우징 내에 수용된다. 다른 말로 하면, 상기 하우징의 내벽은 폐쇄체의 형태에 따라 계단 형태로 형성될 수 있다.
하우징은 제 1 하우징 부재 및 제 2 하우징 부재를 포함할 수 있고, 이때 상기 제 1 하우징 부재는 성분 유입구 및 성분 배출구를 가질 수 있으며 폐쇄체를 자신의 내부에 수용할 수 있고, 그리고 상기 제 2 하우징 부재는 상기 성분 배출구에 마주 놓인 상기 제 1 하우징 부재의 개구를 폐쇄할 수 있으며, 이때 멤브레인 시일은 상기 제 1 하우징 부재와 제 2 하우징 부재 사이에 고정, 특히 클램핑(clamping)될 수 있다.
본 발명의 추가의 특징들 및 장점들은 도 1과 관련하여 기술되는 후속하는 실시예로부터 드러나며, 이때 상기 도 1은 본 발명에 따른 성분 공급 노즐의 종단면도를 보여준다.
도 1에 도시된 성분 공급 노즐(10)은 카트리지(cartridge)라고도 불리는 제 1 하우징 부재(11) 및 커버(cover)로도 언급될 수 있는 제 2 하우징 부재(12)를 포함하는 여러 부분으로 이루어진 하우징을 구비한다.
제 1 하우징 부재(11)는 관 형태로 형성되어 있고 자신의 후방 단부에서 부분적으로 제 2 하우징 부재(12) 내에 수용되어 있다. 통상적으로 하우징은 상기 제 1 하우징 부재(11)로 혼합 헤드의 헤드부 내로 삽입되고 공급 보어를 통해 성분이 공급된다.
본 실시예에서 노즐 니들(20)로 구현되어 있는 폐쇄체는 하우징 내에서 또는 제 1 하우징 부재(11) 및 제 2 하우징 부재(12) 내에서 축 방향으로 이동 가능하게 수용되어 있다. 이 경우 노즐 니들(20)은 가이딩 섹션(21)을 구비하며, 상기 노즐 니들(20)은 상기 가이딩 섹션에서 제 1 하우징 부재(11)에 직접 지지되어 있다. 상기 목적을 위해 상기 제 1 하우징 부재(11)는 원통형으로 형성되어 있고, 이때 상기 제 1 하우징 부재(11)의 내경은 지지 위치에서 노즐 니들(20)의 가이딩 섹션(21)의 외경보다 크다. 즉, 노즐 니들(20)은 어느 정도 간격을 두고 제 1 하우징 부재(11) 내에 지지되어 있는데, 상기 간격은 노즐 니들(20)의 충분한 가이딩과 동시에 마찰 없는 이동 가능성이 주어지도록 선택된다. 따라서, 노즐 니들의 지지는 슬라이딩 방식의 지지로서 구현되어 있다. 그러나 노즐 니들의 지지가 밀봉 방식으로 설계되어 있지는 않다.
제 1 하우징 부재(11)의 전방 단부에는 노즐(14)이 제공되어 있고, 상기 노즐 내에 성분 배출구(15)가 형성되어 있다. 노즐 니들(20) 또는 상기 노즐 니들의 전방 단부에 의해 성분 배출구(15)가 폐쇄되거나, 릴리스 또는 부분적으로 릴리스 될 수 있다. 또한, 제 1 하우징 부재(11) 내에는 성분 유입구(13)가 제공되어 있으며, 상기 성분 유입구를 통해 반응성 성분이 성분 공급 노즐 내로 주입될 수 있다. 노즐 니들(20)이 성분 배출구(15)가 릴리스 되어 있거나 개방되어 있는 위치에 있으면, 상기 성분 배출구(15)는 성분 유입구(13)에 연결되어 반응성 성분이 이 성분 배출구(15)로부터 유출될 수 있다. 노즐 니들(20)의 전방 섹션(22)과 제 1 하우징 부재(11) 사이에는 성분 공간(16)이 형성되어 있으며, 상기 성분 공간을 통해 성분은 성분 유입구(13)에서 성분 배출구(15)로 유동할 수 있다.
노즐 니들(20)의 후방 단부는 이 노즐 니들(20)의 다른 섹션들보다 더 큰 직경을 가지며 작용 섹션(23)으로도 언급될 수 있다. 상기 작용 섹션(23)은 노즐 니들(20)의 후방 단부에 고정된 멤브레인 시일(30) 및 제 1 하우징 부재(11)와 함께 작용 공간(17)을 규정한다. 노즐 니들(20)의 후방 섹션의 형상에 상응하게 작용 섹션(17)의 영역에서 제 1 하우징 부재(11)의 내경이 작용 섹션(23)의 외경보다 약간 더 크게 형성되어 있다. 상기 확장된 직경에서 노즐 니들(20)이 슬라이딩 방식으로 지지되거나 가이딩되는 직경으로의 천이부는 계단 형태이다. 그러나 작용 섹션이 반드시 니들의 가이딩 직경보다 더 큰 직경을 가질 필요는 없다.
본 실시예의 경우, 멤브레인 시일(30)의 고정은 나사 결합에 의해 구현되어 있다. 따라서, 노즐 니들(20)은 완전히 멤브레인 시일(30)의 한 측면에 있다. 본 실시예의 경우, 멤브레인 시일(30)은 제 1 하우징 부재(11)와 제 2 하우징 부재(12) 사이에 클램핑되어 있는 비드 멤브레인이다. 따라서, 상기 멤브레인 시일(30)은 하우징을 성분측과 배압측으로 구분한다. 또한, 제 1 하우징 부재(11) 내에는 리세스(18)가 형성되어 있으며, 상기 리세스 내로 비드 멤브레인의 만곡부(31)가 돌출된다. 폐쇄체가 폐쇄 방향으로 이동하는 경우, 비드 멤브레인은 상기 만곡부 영역에서 방사 방향으로 연장되는 리세스의 면과 접촉하게 된다. 그럼으로써, 상기 비드 멤브레인은 지지가 되어 높은 압력을 견딜 수 있게 된다. 특히 가압이 한 측면에서 이루어지는 경우에 멤브레인이 이와 같이 지지된다.
또한, 제 2 하우징 부재(12) 내에는 유체 채널(121)이 형성되어 있고, 상기 유체 채널은 멤브레인 시일(30) 및 제 2 하우징 부재(12)에 의해 규정된 압력 공간(19)으로 통한다. 본 실시예의 경우, 유체 채널(121)이 나사선을 갖고, 상기 나사선 내로 유체 연결부(40)의 단부가 나사 결합된 형성예를 보여준다. 본 실시예의 경우, 상기 유체 연결부(40) 내에 스로틀이 제공되어 있다. 상기 유체 연결부(40)는 유압 또는 공압 피스톤과 연결될 수 있음으로써, 가압 된 유체가 압력 공간(19)에 공급될 수 있다. 성분 공급 노즐을 가능한 한 콤팩트하게 설계하기 위해 본 실시예의 경우, 멤브레인 시일(30)을 노즐 니들(20)에 고정할 목적으로 유체 채널(121) 및 나사(50)가 하나의 축 상에 배치되어 있고, 상기 유체 채널(121)의 직경은 적어도 압력 공간(19)을 향하는 측면에서 나사 헤드의 직경보다 더 크게 형성되어 있다. 따라서, 상기 나사 헤드는 상기 유체 채널(121) 내로 잠길 수 있으며, 이로 인해 성분 공급 노즐의 길이가 감소할 수 있다. 또한, 최적의 기능을 위해, 나사(50)와 멤브레인 시일(30) 사이에 압착판(51)이 제공되어 있다. 성분 배출구(15)가 최대로 개방되어 있는 위치에 노즐 니들(20)이 도달하면, 상기 압착판(51)은 제 2 하우징 부재(12)에 접촉하게 된다. 압력 공간(19) 내로 가능한 한 우수한 유체 공급을 보장하기 위해, 압착판(51) 내에는 멤브레인 시일(30)을 등지는 측면에 방사 방향으로 내부에서 외부로 진행하는 홈이 형성되어 있다.
멤브레인 시일(30)의 성분측에 성분을 가능한 한 우수하게 분배할 수 있기 위해, 노즐 니들(20) 내에 보어(24)가 제공되어 있으며, 상기 보어는 작용 공간(18)을 성분 공간(16)에 연결한다. 그러나 대안적으로 상기 보어가 생략되고, 그 대신에 적어도 성분 공간(16)을 작용 공간(18)에 연결하는 홈이 노즐 니들 내에 제공될 수도 있다.
그에 따라 작은 압력 변동에도 매우 정확하게 반응하는 개선된 반응 특성을 갖는 성분 공급 노즐이 제조된다.

Claims (11)

  1. 성분 공급 노즐로서,
    제 1 하우징 부재 및 상기 제 1 하우징 부재로부터 축 방향으로 이격된 제 2 하우징 부재를 갖고, 상기 제 1 하우징 부재 내에 제공되며 서로 축 방향으로 이격된 성분 유입구 및 성분 배출구를 갖는, 하우징;
    상기 제 2 하우징 부재와 접촉하도록 배열되는 압착판;
    피스톤 형태의 폐쇄체로서, 상기 폐쇄체는 2개의 위치 사이에서의 폐쇄체의 축 방향의 전후 슬라이딩 이동을 위해 상기 하우징의 제 1 하우징 부재 내에 슬라이딩 가능하게 지지되는 가이딩 섹션을 가져서, 상기 폐쇄체의 가이딩 섹션의 베어링은, 상기 2개의 위치들 사이에서 축 방향의 상기 폐쇄체의 전후 슬라이딩 이동 동안에 상기 가이딩 섹션을 슬라이딩하게 안내하는, 슬라이딩 베어링(sliding bearing)이며, 상기 폐쇄체는 상기 성분 배출구로부터 축 방향으로 더 멀리 위치되는 후방 단부 및 상기 가이딩 섹션으로부터 상기 성분 배출구를 향해 축 방향으로 전방으로 연장하는 폐쇄 섹션을 구비한 전방 단부를 갖고, 상기 폐쇄 섹션은 상기 2개의 위치들 중 제 1 위치에서 상기 성분 배출구를 폐쇄하고 상기 2개의 위치들 중 제 2 위치에서 상기 성분 배출구를 개방하고, 상기 폐쇄체의 제 2 위치는 상기 폐쇄체가 동작 가능한 상기 성분 배출구로부터 가장 먼 위치인, 폐쇄체; 및
    상기 폐쇄체가 멤브레인 시일(membrane seal)의 전방 면 상에 완전히 위치되도록 상기 폐쇄체의 후방 단부에 그리고 상기 하우징에 고정되는 상기 멤브레인 시일로서, 상기 멤브레인 시일은 반경방향 내측 부분을 갖고, 상기 반경방향 내측 부분은 상기 압착판과 상기 폐쇄체 사이에 위치되고, 상기 반경방향 내측 부분의 축방향의 일측은 상기 압착판 상에 적용되고, 상기 반경방향 내측 부분의 축방향의 타측은 상기 폐쇄체의 후방 단부의 단부면 상에 적용되고, 또한 상기 멤브레인 시일의 반경방향 내측 부분은 상기 폐쇄체의 후방 단부의 외측 표면 상에서 축 방향 위치에서 상기 폐쇄체의 후방 단부의 외측 표면 및 단부 표면과 직접 접촉하고, 상기 멤브레인 시일은 또한 상기 하우징의 제 1 하우징 부재와 제 2 하우징 부재 사이에 클램핑되는 반경방향 외측 부분을 갖고, 상기 멤브레인 시일(30)은 상기 반경방향 내측 부분과 반경방향 외측 부분 사이에 위치되며 상기 성분 공급 노즐의 어떠한 부분과도 접촉하지 않는 반경방향 중간 부분을 더 갖는, 멤브레인 시일을 포함하고,
    상기 하우징 및 폐쇄체로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 부재는, 성분이 상기 멤브레인 시일에 도달하여 이에 의해 상기 멤브레인 시일의 전체 작용면에 걸쳐 성분 압력이 가해질 수 있게 하도록, 구성되는,
    성분 공급 노즐.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐쇄체는 상기 폐쇄체의 후방 단부에 형성되며 상기 하우징 및 상기 멤브레인 시일과 함께 작용 공간을 규정하는 작용 섹션을 갖고, 상기 작용 공간과 성분 공간은 유체 유동 가능하게 연결되어 있는,
    성분 공급 노즐.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가이딩 섹션에는 시일이 제공되어 있지 않은,
    성분 공급 노즐.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 폐쇄체는 상기 성분 공간을 상기 작용 공간에 연결하는 적어도 하나의 축 방향 홈을 상기 가이딩 섹션의 영역에 갖는,
    성분 공급 노즐.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 폐쇄체는 상기 성분 공간을 상기 작용 공간에 연결하는 적어도 하나의 보어를 구비하는,
    성분 공급 노즐.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 멤브레인 시일의 상기 작용 공간의 반대편에 놓인 측면은 상기 하우징과 함께 압력 공간을 규정하고, 상기 하우징은 상기 압력 공간으로 통하는 유체 채널을 갖는,
    성분 공급 노즐.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유체 채널 내에는 스로틀(throttle)이 제공되어 있는,
    성분 공급 노즐.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 멤브레인 시일은 비드 멤브레인(bead membrane) 또는 롤 멤브레인(roll membrane)인,
    성분 공급 노즐.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 멤브레인 시일은, 상기 하우징의 환형 리세스 내로 돌출하며 상기 환형 리세스의 반경방향으로 연장하는 표면에 받쳐지도록(rest against) 구성되는, 구부러진 섹션을 구비하는,
    성분 공급 노즐.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 성분 유입구 및 상기 성분 배출구를 수용하며 상기 폐쇄체를 수용하도록 구성되는 제 1 하우징 부재, 및 상기 성분 배출구에 마주 놓인 상기 제 1 하우징 부재의 개구를 폐쇄하도록 구성되는 제 2 하우징 부재를 포함하고, 상기 멤브레인 시일은 상기 제 1 하우징 부재와 제 2 하우징 부재 사이에 유지되는,
    성분 공급 노즐.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐쇄체의 폐쇄 섹션은, 상기 성분의 하우징을 폐쇄하기 위하여 상기 하우징의 성분 배출구 내로 삽입될 수 있는 축방향 단부를 갖는,
    성분 공급 노즐.
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