KR20190017305A - 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치를 개시한다. 개시된 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치는 견인장치에 의해 인양되어 배터리 모듈의 상단에 선택적으로 안착되는 베이스 프레임과, 베이스 프레임에 구비되며, 배터리 모듈을 선택적으로 파지하여 고정하는 배터리 클램프와, 베이스 프레임 및 클램프에 구비되어 배터리 모듈을 감지하는 배터리 감지부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 전기버스의 배터리 모듈을 긴급하게 교체할 때 인양장치를 이용하여 배터리 모듈을 안정되게 파지하여 교체할 수 있다.

Description

전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치{CLAMP DEVICE FOR BATTERY-EXCHANGING OF ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기버스의 배터리 모듈 교체작업을 안정되게 진행할 수 있도록 하는 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 내연 엔진을 전기 모터로 교체하려는 움직임에 따라 전기 모터의 자원인 전기를 차량에 공급하는 방법에 관하여 많은 연구가 있다. 그 중 대표적으로 차량에 전기 배터리를 두고, 그에 충전된 전기를 전기 모터가 이용하는 방안이 제시되고 있다.
예를 들어 전기자동차는 순수 전기자동차(Battery powered electric vehicle), 전동기와 엔진을 함께 이용하는 하이브리드 전기자동차(Hybrid electric vehicle), 연료전지 전기자동차(Fuel cell electric vehicle) 등이 개발되고 있다.
또한, 전기자동차의 활성화와 보급이 확대되기 위해서는 언제 어디서나 손쉽게 충전할 수 있는 충전 인프라의 구축이 필수적이어서 이에 관해서도 다양한 연구가 진행되고 있다.
최근에는 승용차는 물론 대중 교통수단인 버스의 경우에도 전기자동차의 보급이 점차 늘어나고 있는 추세이다. 전기버스의 경우는 차량의 천장 부위인 아웃루프패널의 상면에 배터리를 설치하기 위한 장착부가 구비되어 있다. 이는 전기버스에 사용되는 대용량의 배터리는 충전에 오랜 시간이 소요되기 때문에 충전스테이션에서 배터리 모듈만을 손쉽게 교체할 수 있도록 하기 위함이다.
상기와 같은 종래 기술의 전기버스는 대용량의 배터리 모듈을 사용하므로, 하중과 부피가 매우 커서 이송 및 교체가 매우 어려울 뿐만 아니라, 추락시 심각한 사고를 초래하게 된다. 이에 전기버스의 배터리 모듈 교체를 위하여 별도의 견인 설치를 사용하기는 하나, 운행 중 배터리 모듈의 교체가 필요한 경우 배터리 모듈의 교체가 매우 어려운 문제점이 있다.
따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
한편, 국내 공개특허공보 제10-2016-0137787호(공개일:2016년12월01일)에는 "전기자동차용 이동식 배터리 교체시스템"가 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 전기버스의 긴급한 배터리 모듈 교체작업시에 인양장치를 이용하여 교체작업을 안정되게 진행할 수 있는 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치는, 견인장치에 의해 인양되어 배터리 모듈의 상단에 선택적으로 안착되는 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임에 구비되며, 상기 배터리 모듈을 선택적으로 파지하여 고정하는 배터리 클램프와, 상기 베이스 프레임 및 상기 클램프에 구비되어 상기 배터리 모듈을 감지하는 배터리 감지부와, 상기 배터리 클램프 및 상기 배터리 감지부를 제어하도록 상기 베이스 프레임에 구비되는 제어부와, 상기 배터리 클램프와 상기 배터리 감지부 및 상기 제어부에 전원을 공급하는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 베이스 프레임은, 상기 배터리 클램프가 결합되는 베이스블록과, 상기 베이스블록의 모서리부 하면에 각각 구비되며, 상기 베이스블록을 상기 배터리 모듈의 안착위치로 가이드하도록 상기 배터리 모듈이 가이드되는 배터리 가이드부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리 가이드부재는, 상기 베이스블록에 결합되는 지지 브래킷과, 상기 지지 브래킷에 경사지게 복수개 구비되는 가이드롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리 클램프는, 상기 베이스 프레임에 회전가능하게 결합되며, 회전을 통해 상기 배터리 모듈에 선택적으로 파지하는 클램핑부재와, 상기 클램핑부재와 연결되도록 상기 베이스 프레임에 구비되어 상기 클램핑부재를 구동시키는 클램프 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리 감지부는, 상기 베이스 프레임에 구비되어 상기 배터리 모듈의 유무를 감지하는 근접센서와, 상기 배터리 클램프에 구비되어 상기 배터리 모듈의 접촉을 감지하는 터치센서와, 상기 베이스 프레임에 구비되어 상기 배터리 모듈의 위치를 확인하기 위한 카메라부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치는, 종래기술과는 달리 전기버스의 배터리 모듈을 긴급하게 교체할 때 인양장치를 이용하여 배터리 모듈을 안정되게 파지하여 교체할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 베이스 프레임이 배터리 모듈과 정확하게 정렬되지 않아도 배터리 가이드부재를 통해 베이스 프레임을 배터리 모듈에 안정되게 장착할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 클램프 구동부에 구비되는 하나의 모터를 이용하여 복수의 클램핑부재를 동시에 작동시킬 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 배터리 감지부를 이용하여 배터리 모듈의 존재 유무, 장착상태 및 파지상태를 정확하게 감지할 수 있으므로, 보다 안정되고 정확한 교체작업은 물론 안전사고를 방지할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치의 사용상태를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 정면도이다.
도 4는 도 2의 측면도이다.
도 5는 도 2의 평면도이다.
도 6은 도 2의 저면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑부재를 도시한 분해 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치의 바람직한 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치의 사용상태를 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치를 도시한 사시도이다.
또한, 도 3은 도 2의 정면도이고, 도 4는 도 2의 측면도이고, 도 5는 도 2의 평면도이고, 도 6은 도 2의 저면도이다.
또한, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치를 도시한 단면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑부재를 도시한 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치(100)는, 크레인 차량(10)에 탑재되며, 사용시 크레인(11)에 결합되어 전기버스(20)의 천장에 구비되는 고중량의 배터리 모듈(30)을 교체하는데 사용된다.
이러한 본 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치(100)는 크레인(11)의 와이어에 결합되는 베이스 프레임(110)과, 배터리 모듈(30)을 파지하여 고정하기 위한 배터리 클램프(120)와, 배터리 모듈(30)을 감지하기 위한 배터리 감지부(130)를 포함한다.
또한, 본 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치(100)는 배터리 클램프(120) 및 배터리 감지부(130)를 제어하기 위한 제어부(140)와, 구동을 위한 전력을 공급하는 발전기(150)를 더 포함한다.
베이스 프레임(110)은 크레인(11)의 와이어가 결합되는 베이스블록(111)과, 배터리 모듈(30)의 가이드를 위한 배터리 가이드부재(113)를 구비한다.
베이스블록(111)은 배터리 클램프(120) 및 배터리 감지부(130)가 결합되며, 하면 모서리부에 배터리 가이드부재(113)가 결합된다. 또한, 베이스블록(111)은 상부에 발전을 위한 제어부(140) 및 발전기(150)가 장착된다.
배터리 가이드부재(113)는 배터리 교체용 클램프 장치(100)에 고정되는 배터리 모듈(30)을 배터리 클램프(120)의 정확한 파지위치로 가이드한다. 이를 통해 베이스 프레임(110)과 배터리 모듈(30)이 정확하게 정렬되지 않아도 베이스 프레임(110)을 배터리 모듈(30)의 파지위치에 안착시킬 수 있게 된다.
구체적으로, 배터리 가이드부재(113)는 볼트 및 너트를 통해 베이스블록(111)에 결합되는 지지 브래킷(113a)과, 지지 브래킷(113a)에 경사지게 배치되는 복수의 가이드롤러(113b)를 포함한다. 이러한 배터리 가이드부재(113)는 베이스블록(111)의 모서리부 4곳에서 수직을 이루도록 결합된다.
가이드롤러(113b)는 지지 브래킷(113a)에 회전가능하게 결합되며, 하측에서 상측으로 갈수록 점진적으로 경사지게 노출된다. 이를 통해 베이스블록(111)이 배터리 모듈(30)에 안착될 때 자연스럽게 미끄러지면서 용이하게 정위치로 이동된다.
배터리 클램프(120)는 베이스블록(111)에 구비되며, 베이스 프레임(110)이 배터리 모듈(30)에 안착된 후 배터리 모듈(30)을 선택적으로 파지하여 고정하게 된다.
이를 위하여 배터리 클램프(120)는, 베이스 프레임(110)에 회전가능하게 결합되는 클램핑부재(120a)와, 클램핑부재(120a)의 작동을 위하여 베이스 프레임(110)에 구비되는 클램프 구동부(120b)를 포함한다. 이때, 클램핑부재(120a)는 4개가 쌍을 이루어 배터리 모듈(30)을 파지하도록 베이스 프레임(110)에 이격되게 구비되며, 하나의 모터에 의해 동시에 구동된다.
클램핑부재(120a)는 베이스블록(111)에 결합되는 하우징(121)과, 하우징(121)에 회전가능하게 결합되는 파지훅(122)과, 클램프 구동부(120b)와 파지훅(122)을 연결하는 훅연동부재(123)를 구비한다.
이때, 파지훅(122)은 하단부가 베이스 프레임(110)의 하측으로 노출하도록 훅회전축(122a)을 통해 하우징(121)에 회전 가능하게 결합된다.
훅연동부재(123)는 훅회전축(122a)에 결합되는 웜휠(123a)과, 웜휠(123a)에 치합되도록 웜축(123b)을 통해 하우징(121)에 회전가능하게 결합되는 웜기어(123c)와, 웜축(123b)에 결합되는 연동기어(123d)를 포함한다. 이때, 연동기어(123d)가 클램프 구동부(120b)와 연결된다.
클램프 구동부(120b)는 연동기어(123d)와 연결되도록 베이스 프레임(110)에 구비되어 클램핑부재(120a)를 구동시킨다. 구체적으로, 클램프 구동부(120b)는 연동기어(123d)와 치합되는 종동기어(124a)를 구비하는 종동축(124)과, 제1베벨기어셋트(125a)를 통해 종동축(124)과 연결되는 원동축(125)과, 제2베벨기어셋트(126a)를 통해 원동축(125)과 연결되는 구동모터(126)를 포함한다. 이때, 종동축(124)과 원동축(125) 및 구동모터(126)는 베이스 프레임(110)의 상면에 결합된다.
여기서, 종동축(124)은 4개의 클램핑부재(120a)에 각각 연결되도록 4개 구비되며, 2개의 쌍이 하나의 제1베벨기어셋트(125a)에 의해 원동축(125)과 연결된다. 즉, 종동축(124)은 일단에 종동기어(124a)가 결합되고 타단에 베벨기어가 결합되며, 원동축(125)의 베벨기어에 치합된다.
원동축(125)은 일단 및 타단에 종동축(124)의 베벨기어와 치합되는 베벨기어가 각각 결합되며, 일단에 2개의 종동축(124)이 연결되고 타단에 2개의 종동축(124)이 연결된다. 이를 통해 하나의 원동축(125)을 이용하여 4개의 종동축(124)을 동시에 회전시킬 수 있게 된다.
구동모터(126)는 제2베벨기어셋트(126a)를 통해 원동축(125)을 정역 회전시킨다. 제2베벨기어셋트(126a)는 원동축(125)의 중앙부에 결합되는 베벨기어와, 구동모터(126)에 결합되는 베벨기어로 이루어진다.
한편, 본 실시예에 따른 배터리 감지부(130)는 베이스 프레임(110) 및 파지훅(122)에 각각 구비되어 배터리 모듈(30)을 감지하게 된다. 이를 통해 배터리 모듈(30)의 존재 유무는 물론 파지훅(122)의 파지상태를 정확하게 감지할 수 있으므로, 보다 안정되고 정확한 파지작업을 진행할 수 있다.
이를 위하여, 배터리 감지부(130)는, 베이스 프레임(110)에 구비되어 배터리 모듈(30)의 유무를 감지하는 근접센서(131)와, 배터리 클램프(120)의 파지훅(122)에 구비되어 파지훅(122)의 배터리 모듈(30) 접촉을 감지하는 터치센서(133)와, 배터리 모듈(30)의 위치를 확인 가능하도록 베이스 프레임(110)에 구비되는 카메라부재(135)를 포함한다.
이러한 배터리 감지부(130)는 카메라부재(135)를 통해 배터리 모듈(30)의 존재 유무 및 위치를 확인 가능하고, 근접센서(131)를 통해 배터리 모듈(30)의 안착 여부를 확인 가능하며, 터치센서(133)를 통해 파지훅(122)의 정확한 파지 여부를 확인할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치(100)는 발전기(150)에 의한 자가 발전을 통해 구동이 가능하고, 제어부(140)에 의해 작업자가 리모트 컨트롤을 이용하여 원격 작동 및 제어가 가능하다.
여기서, 제어부(140)는 베이스블록(111)에 결합되어 배터리 클램프(120) 및 배터리 감지부(130)를 제어하며, 작업자의 리모트 컨트롤와 제어신호를 송수신하게 된다.
발전기(150)는 제어부(140) 배터리 감지부(130) 및 제어부(150)의 구동을 위한 전원을 공급한다. 이를 통해 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치(100)를 별도의 케이블을 이용하여 별도의 전력원에 연결하기 않고 간편하게 구동이 가능하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치의 작용을 설명한다.
먼저, 전기버스(20) 운행중에 배터리가 방전되어 운행이 정지되면 교체를 위한 배터리 모듈(30)이 적재된 크레인 차량(10)을 전기버스(20) 정지한 위치까지 운행하여 전기버스(20)의 배터리 모듈(30) 교체작업을 진행한다. 이때, 크레인 차량(10)에는 배터리 모듈(30)의 교체를 위한 배터리 교체용 클램프 장치(100)가 구비되며, 크레인 장치(11)를 이용하여 배터리 교체용 클램프 장치(100)를 인양하여 전기버스(20)의 상부에 구비되는 배터리 모듈(30)을 교체하게 된다.
구체적으로, 크레인 장치(11)를 베이스 프레임(110)에 고정하여 배터리 교체용 클램프 장치(100)를 인양하고, 전기버스(20)의 천정으로 이동시킨다. 그리고 베이스 프레임(110)에 구비된 배터리 감지부(130)의 카메라부재(135)를 통해 배터리 모듈(30)의 위치를 확인하면서 배터리 교체용 클램프 장치(100)를 하측으로 하강시킨다.
그리고 배터리 교체용 클램프 장치(100)가 배터리 모듈(30)과 근접되면 배터리 모듈(30)이 배터리 가이드부재(113)의 내측에 위치하도록 배터리 교체용 클램프 장치(100)의 위치를 조절한 후, 배터리 교체용 클램프 장치(100)를 배터리 모듈(30)에 안착한다. 이때, 배터리 교체용 클램프 장치(100)가 배터리 모듈(30)과 정확하게 정렬되지 않아도 배터리 가이드부재(113)에 의해 배터리 교체용 클램프 장치(100)가 배터리 모듈(30)에 정확하고 안정되게 안착된다.
그리고 베이스 프레임(110)에 구비된 근접센서(131)에 의해 배터리 모듈(30)의 장착 여부가 감지되므로, 배터리 교체용 클램프 장치(100)의 오작동을 방지할 수 있게 된다.
이후, 구동모터(126)를 작동시키면 원동축(125) 및 종동축(124)에 의해 4개의 클램핑부재(120a)가 동시에 작동하면서 파지훅(122)이 배터리 모듈(30)을 파지하게 된다. 이때, 파지훅(122)에 구비되는 터치센서(133)가 배터리 모듈(30)의 접촉여부를 감지하게 되므로, 파지훅(122)이 배터리 모듈(30)을 파지하지 않은 상태에서 인양하는 것이 방지된다.
그리고 배터리 모듈(30)의 파지가 완료되면 배터리 교체용 클램프 장치(100)를 인양하여 크레인 차량(10)으로 이동시키고, 크레인 차량(10)의 새로운 충전 배터리 모듈을 전기버스(20)에 장착한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치(100)는, 전기버스(20)의 배터리 모듈(30)을 긴급하게 교체할 때 인양장치를 이용하여 배터리 모듈(30)을 안정되게 신속하게 교체할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치(100)는 베이스 프레임(110)이 배터리 모듈(30)과 정확하게 정렬되지 않아도 배터리 모듈(30)에 가이드되는 배터리 가이드부재(113)를 이용하여 베이스 프레임(110)을 배터리 모듈(30)에 안정되고 용이하게 안착할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치(100)는, 클램프 구동부(120b)에 구비되는 하나의 구동모터(126)를 이용하여 복수의 클램핑부재(120a)를 동시에 작동시킬 수 있으므로, 안정된 작동은 물론 안정되고 정확하게 배터리 모듈(30)을 파지할 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치
10 : 크레인 차량 20 : 전기버스
30 : 배터리 모듈 110 : 베이스 프레임
111 : 베이스블록 113 : 배터리 가이드부재
113a : 지지브래킷 113b : 가이드롤러
120 : 배터리 클램프 120a : 클램핑부재
120b : 클램프 구동부 121 : 하우징
122 : 파지훅 122a : 훅회전축
123 : 훅연동부재 123a : 훰휠
123b : 웜축 123c : 웜기어
123d : 연동기어 124 : 종동축
124a : 종동기어 125 : 원동축
125a : 제1베벨기어셋트 126 : 구동모터
126a : 제2베벨기어셋트 130 : 배터리 감지부
131 : 근접센서 133 : 터치센서
135 : 카메라부재 140 : 제어부
150 : 발전기

Claims (5)

  1. 견인장치에 의해 인양되어 배터리 모듈의 상단에 선택적으로 안착되는 베이스 프레임;
    상기 베이스 프레임에 구비되며, 상기 배터리 모듈을 선택적으로 파지하여 고정하는 배터리 클램프;
    상기 베이스 프레임 및 상기 클램프에 구비되어 상기 배터리 모듈을 감지하는 배터리 감지부;
    상기 배터리 클램프 및 상기 배터리 감지부를 제어하도록 상기 베이스 프레임에 구비되는 제어부; 및
    상기 배터리 클램프와 상기 배터리 감지부 및 상기 제어부에 전원을 공급하는 발전기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 프레임은, 상기 배터리 클램프가 결합되는 베이스블록;
    상기 베이스블록의 모서리부 하면에 각각 구비되며, 상기 베이스블록을 상기 배터리 모듈의 안착위치로 가이드하도록 상기 배터리 모듈이 가이드되는 배터리 가이드부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 배터리 가이드부재는, 상기 베이스블록에 결합되는 지지 브래킷; 및
    상기 지지 브래킷에 경사지게 복수개 구비되는 가이드롤러;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 클램프는, 상기 베이스 프레임에 회전가능하게 결합되며, 회전을 통해 상기 배터리 모듈에 선택적으로 파지하는 클램핑부재; 및
    상기 클램핑부재와 연결되도록 상기 베이스 프레임에 구비되어 상기 클램핑부재를 구동시키는 클램프 구동부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 감지부는, 상기 베이스 프레임에 구비되어 상기 배터리 모듈의 유무를 감지하는 근접센서;
    상기 배터리 클램프에 구비되어 상기 배터리 모듈의 접촉을 감지하는 터치센서; 및
    상기 베이스 프레임에 구비되어 상기 배터리 모듈의 위치를 확인하기 위한 카메라부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 교체용 클램프 장치.
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