KR20230070653A - 액슬 장치 - Google Patents

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KR20230070653A
KR20230070653A KR1020210156460A KR20210156460A KR20230070653A KR 20230070653 A KR20230070653 A KR 20230070653A KR 1020210156460 A KR1020210156460 A KR 1020210156460A KR 20210156460 A KR20210156460 A KR 20210156460A KR 20230070653 A KR20230070653 A KR 20230070653A
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KR
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axle device
orbital forming
outer race
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KR1020210156460A
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김진우
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현대위아 주식회사
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    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
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Abstract

본 발명은 액슬 장치에 관한 것으로서, 파워트레인과 연결되는 이너 레이스; 차륜과 연결되는 허브; 및 상기 허브를 회전 가능하게 지지하는 베어링;을 포함하고, 상기 허브는 볼 조인트에 의해 상기 이너 레이스와 절각 가능하게 체결되는 아우터 레이스 부, 상기 차륜과 체결되는 플랜지 부 및 상기 볼 조인트의 이탈을 방지하는 스토퍼 부를 포함함에 따라, 부품 수, 길이, 원가 및 중량을 절감할 수 있다.

Description

액슬 장치{AXLE APPARATUS}
본 발명은, 액슬 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 파워트레인으로부터 차륜으로 동력을 전달할 수 있도록 한 액슬 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액슬 장치는 바퀴를 통해 차량의 무게를 지지하고 바퀴에 동력을 전달하는 장치로서, 차량은 상기 차량이 주행될 수 있도록 구동륜 또는 비구동륜에 액슬 장치를 포함한다.
도 1은 종래의 액슬 장치를 도시한 단면도이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 종래의 액슬 장치는 파워트레인으로부터 동력을 전달받아 회전되는 등속 조인트(10), 상기 등속 조인트(10)와 함께 회전되며 동력을 차륜(50)으로 전달하는 허브(30) 및 상기 허브(30)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(40)을 포함한다.
상기 등속 조인트(10)는 상기 허브(30)와 체결되는 아우터 레이스(16), 상기 파워트레인과 연결되는 이너 레이스(12) 및 상기 아우터 레이스(16)와 상기 이너 레이스(12)를 절각 가능하게 체결시키는 볼 조인트(14)를 포함한다.
상기 허브(30)는 상기 아우터 레이스(16)와 스플라인 결합되는 스플라인 결합 부(31), 상기 베어링(40)이 압입되는 베어링 압입 부(32), 상기 차륜(50)을 사전에 결정된 위치로 안내하는 휠 가이드 부(33) 및 상기 차륜(50)과 체결되는 플랜지 부(34)를 포함한다.
그러나, 이러한 종래의 액슬 장치에 있어서는, 상기 등속 조인트(10)와 상기 허브(30)가 각각 별도로 형성된 다음 상기 등속 조인트(10)가 상기 허브(30)에 삽입 체결됨에 따라, 부품 수가 증가되고, 길이가 증가되어, 원가 및 중량이 증가되는 문제점이 있었다.
한국 등록특허공보 제10-2120391호
따라서, 본 발명은, 부품 수, 길이, 원가 및 중량을 절감할 수 있는 액슬 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 파워트레인과 연결되는 이너 레이스; 차륜과 연결되는 허브; 및 상기 허브를 회전 가능하게 지지하는 베어링;을 포함하고, 상기 허브는 볼 조인트에 의해 상기 이너 레이스와 절각 가능하게 체결되는 아우터 레이스 부, 상기 차륜과 체결되는 플랜지 부 및 상기 볼 조인트의 이탈을 방지하는 스토퍼 부를 포함하는 액슬 장치를 제공한다.
상기 허브는 상기 베어링이 압입되는 베어링 압입 부, 상기 플랜지 부와 상기 베어링 압입 부 사이에서 상기 베어링을 상기 허브의 회전축 방향으로 지지하는 베어링 지지 부 및 상기 베어링 압입 부를 기준으로 상기 베어링 지지 부의 반대측에서 상기 베어링을 상기 베어링 지지 부 측으로 가압하는 오비탈 포밍 부를 더 포함할 수 있다.
상기 오비탈 포밍 부가 오비탈 포밍 툴에 의해 상기 허브의 회전 반경 방향 외측으로 구부러져 형성될 수 있다.
상기 스토퍼 부가 상기 오비탈 포밍 툴에 의해 상기 허브의 회전 반경 방향 내측으로 구부러져 형성될 수 있다.
상기 오비탈 포밍 부와 상기 스토퍼 부는 상기 오비탈 포밍 툴에 의해 동시에 구부러져 형성될 수 있다.
상기 허브는 상기 오비탈 포밍 부와 상기 아우터 레이스 부 사이에 개재되고 상기 오비탈 포밍 부의 변형이 상기 아우터 레이스 부로 전파되는 것을 방지하는 변형 방지 부를 더 포함할 수 있다.
상기 변형 방지 부는 상기 허브의 회전축 방향 상 상기 변형 방지 부의 길이가 사전에 결정된 값 이상이 되게 형성될 수 있다.
상기 스토퍼 부는 상기 변형 방지 부에 형성될 수 있다.
상기 아우터 레이스 부, 상기 베어링 압입 부, 상기 플랜지 부, 상기 베어링 지지 부, 상기 오비탈 포밍 부 및 상기 스토퍼 부는 일체로 형성될 수 있다.
상기 허브는 분절되지 않은 단품으로 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 액슬 장치는, 파워트레인과 연결되는 이너 레이스; 차륜과 연결되는 허브; 및 상기 허브를 회전 가능하게 지지하는 베어링;을 포함하고, 상기 허브는 볼 조인트에 의해 상기 이너 레이스와 절각 가능하게 체결되는 아우터 레이스 부, 상기 차륜과 체결되는 플랜지 부 및 상기 볼 조인트의 이탈을 방지하는 스토퍼 부를 포함함에 따라, 부품 수, 길이, 원가 및 중량을 절감할 수 있다.
도 1은 종래의 액슬 장치를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액슬 장치를 도시한 단면도,
도 3은 도 2의 액슬 장치에서 허브를 제조하는 과정을 도시한 단면도,
도 4는 도 3의 A 부분을 확대하여 도시한 단면도,
도 5는 도 3의 B 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명에 의한 액슬 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액슬 장치를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2의 액슬 장치에서 허브를 제조하는 과정을 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3의 A 부분을 확대하여 도시한 단면도이며, 도 5는 도 3의 B 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
첨부된 도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액슬 장치는, 파워트레인으로부터 동력을 전달받아 회전되는 등속 조인트, 상기 등속 조인트와 함께 회전되며 동력을 차륜(500)으로 전달하는 허브(300) 및 상기 허브(300)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(400)을 포함하고, 상기 등속 조인트의 일부가 상기 허브(300)와 일체로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 등속 조인트는 상기 파워트레인과 연결되는 이너 레이스(100), 후술할 아우터 레이스 부(310) 및 상기 이너 레이스(100)와 후술할 아우터 레이스 부(310)를 절각 가능하게 체결시키는 볼 조인트(200)를 포함할 수 있다.
상기 허브(300)는 상기 이너 레이스(100)와 절각 가능하게 체결되는 아우터 레이스 부(310), 상기 베어링(400)이 압입되는 베어링 압입 부(320), 상기 차륜(500)을 사전에 결정된 위치로 안내하는 휠 가이드 부(330) 및 상기 차륜(500)과 체결되는 플랜지 부(340)를 포함할 수 있다.
상기 아우터 레이스 부(310)와 상기 베어링 압입 부(320)는 상기 허브(300)의 일단부에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 아우터 레이스 부(310)와 상기 베어링 압입 부(320)는 상기 허브(300)의 회전 반경 방향(이하, 회전 반경 방향)으로 중첩되게 형성될 수 있다. 즉, 상기 아우터 레이스 부(310)는 상기 베어링 압입 부(320)의 회전 중심 측에서 상기 허브(300)의 회전축 방향(이하, 회전축 방향) 상 상기 허브(300)의 타단부 측으로 음각지게 형성될 수 있다.
여기서, 상기 아우터 레이스 부(310)는 상기 등속 조인트의 절각 중심 (아우터 레이스 부(310)와 이너 레이스(100) 사이 절각 중심, 이하 절각 중심)(C)이 회전 반경 방향으로 상기 베어링 압입 부(320)와 중첩되게 형성될 수 있다.
그리고, 바람직하게는, 상기 아우터 레이스 부(310)는 상기 절각 중심(C)이 회전축 방향 상 후술할 볼 베어링(430)의 양단부 사이 범위 내에 위치되도록 형성될 수 있다. 즉, 후술할 바와 같이 볼 베어링(430)이 복렬로 형성될 경우에는 회전축 방향 상 볼 베어링들의 최외곽 단부들 사이(후술할 제1 단부(E1)와 제2 단부(E2) 사이)에 상기 절각 중심(C)이 위치될 수 있다.
상기 휠 가이드 부(330)와 상기 플랜지 부(340)는 상기 허브(300)의 타단부에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 휠 가이드 부(330)는 상기 플랜지 부(340)의 회전 중심 측에서 상기 허브(300)의 회전축 방향 상 상기 아우터 레이스 부(310)의 반대측으로 돌출 형성될 수 있다.
한편, 상기 허브(300)는 상기 플랜지 부(340)와 상기 베어링 압입 부(320) 사이에서 상기 베어링(400)을 회전축 방향으로 지지하는 베어링 지지 부(350) 및 상기 베어링 압입 부(320)를 기준으로 상기 베어링 지지 부(350)의 반대측에서 상기 베어링(400)을 상기 베어링 지지 부(350) 측으로 가압하여 예압을 인가하는 오비탈 포밍 부(360)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 오비탈 포밍 부(360)는 상기 허브(300)의 일단부가 오비탈 포밍 툴에 의해 회전 반경 방향 외측으로 구부러져 형성될 수 있다.
또한, 상기 허브(300)는, 상기 오비탈 포밍 부(360)의 변형이 상기 아우터 레이스 부(310)로 전파되지 않도록, 상기 오비탈 포밍 부(360)와 상기 아우터 레이스 부(310) 사이에 개재되는 변형 방지 부(370)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 변형 방지 부(370)는, 상기 오비탈 포밍 부(360)의 변형이 상기 변형 방지 부(370)에 충분히 흡수되어 상기 아우터 레이스 부(310)로 전파되지 않도록, 회전축 방향 상 상기 변형 방지 부(370)의 길이가 사전에 결정된 값 이상이 되게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 허브(300)는 상기 플랜지 부(340)에 음각지게 형성되는 그루브(380)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 플랜지 부(340)는 상기 차륜(500)에 대향 및 체결되는 체결면(342)을 포함하고, 상기 그루브(380)는 상기 체결면(342)에 음각지게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 그루브(380)는 회전 반경 방향 상 상기 플랜지 부(340)와 상기 휠 가이드 부(330) 사이에서 상기 허브(300)의 회전 방향(이하, 회전 방향)을 따라 연장 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 베어링(400)은 상기 베어링 압입 부(320)에 압입되는 내륜(410), 상기 내륜(410)을 수용하는 외륜(420) 및 상기 내륜(410)과 상기 외륜(420) 사이에 개재되는 볼 베어링(430)을 포함할 수 있다.
상기 볼 베어링(430)은 복렬로 형성될 수 있다. 즉, 상기 볼 베어링(430)은 회전축 방향 상 사전에 결정된 위치에서 회전 방향을 따라 운동되는 제1 열 볼 베어링(432) 및 회전축 방향 상 상기 제1 열 볼 베어링(432)으로부터 이격된 위치에서 회전 방향을 따라 운동되는 제2 열 볼 베어링(434)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 제1 열 볼 베어링(432)에서 회전축 방향 상 상기 제2 열 볼 베어링(434)으로부터 가장 원격한 부위를 제1 단부(E1)라 하고, 상기 제2 열 볼 베어링(434)에서 회전축 방향 상 상기 제1 열 볼 베어링(432)으로부터 가장 원격한 부위를 제2 단부(E2)라 하면, 상기 절각 중심(C)은 회전축 방향 상 상기 제1 단부(E1)와 상기 제2 단부(E2) 사이 범위에 위치될 수 있다.
한편, 상기 허브(300)는 상기 볼 조인트(200)의 이탈을 방지하는 스토퍼 부(390)를 더 포함할 수 있다.
상기 스토퍼 부(390)는 상기 변형 방지부(370)의 내주면을 따라 연속되게 연장되는 환형으로 돌출 형성되고, 상기 오비탈 포밍 툴에 의해 상기 허브의 회전 반경 방향 내측으로 구부러져 형성될 수 있다. 여기서, 상기 오비탈 포밍 부(360)와 상기 스토퍼 부(390)는 상기 오비탈 포밍 툴에 의해 동시에 구부러져 형성될 수 있다.
이러한 구성에 따른 액슬 장치는 상기 허브(300)가 분절되지 않은 단품으로 형성될 수 있다. 즉, 도 3을 참조하면, 소재가 두 금형 사이에서 주조 또는 단조 가공되어 상기 아우터 레이스 부(310), 상기 베어링 압입 부(320), 상기 휠 가이드 부(330), 상기 플랜지 부(340), 상기 베어링(400) 지지부, 상기 오비탈 포밍 부(360), 상기 변형 방지 부(370), 상기 그루브(380) 및 상기 스토퍼 부(390)가 일체로 형성되고, 그 다음 상기 오비탈 포밍 부(360) 및 상기 스토퍼 부(390)가 구부러짐으로써, 상기 허브(300)가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 아우터 레이스 부(310), 상기 베어링 압입 부(320), 상기 휠 가이드 부(330) 및 상기 플랜지 부(340)가 일체로 형성됨에 따라, 특히 상기 등속 조인트의 일부인 상기 아우터 레이스 부(310)가 상기 베어링 압입 부(320), 상기 휠 가이드 부(330) 및 상기 플랜지 부(340)와 일체로 형성됨에 따라, 액슬 장치의 부품 수가 감소되고, 액슬 장치의 회전축 방향 길이가 감소되고, 제조 공정이 감소되고, 액슬 장치의 원가 및 중량이 감소될 수 있다.
그리고, 상기 아우터 레이스 부(310)가 상기 허브(300)와 일체로 형성됨에 따라, 상기 아우터 레이스 부(310)와 상기 베어링 압입 부(320)가 회전 반경 방향으로 중첩되게 형성되고, 상기 절각 중심(C)이 상기 볼 베어링(430)의 양단부 사이 범위 내에 위치될 수 있다. 이에 의하여, 상기 등속 조인트에 동력이 전달되는 시점과 상기 허브(300)가 회전되는 시점 사이 시차가 감소될 수 있다. 이에 따라, 동력 전달 손실이 감소되고, 차량의 응답성이 개선될 수 있다.
그리고, 상기 허브(300)의 일단부로 형성되는 상기 오비탈 포밍 부(360)에 의해 상기 베어링(400)에 예압이 인가됨에 따라, 즉 별도의 부품을 이용하는 소위 로크 너트 방식으로 상기 베어링(400)에 예압이 인가되지 않음에 따라, 액슬 장치의 부품 수가 더욱 감소되고, 상기 허브(300)의 길이가 더욱 감소될 수 있다.
그리고, 상기 허브(300)에 상기 변형 방지 부(370)가 구비됨에 따라, 상기 오비탈 포밍 부(360)의 변형으로 인한 응력이 상기 아우터 레이스 부(310)로 전파되는 것이 방지될 수 있다. 즉, 상기 아우터 레이스 부(310)의 변형이 방지될 수 있다.
그리고, 상기 스토퍼 부(390)도 상기 허브(300)와 일체로 형성됨에 따라, 상기 허브의 내주면에 음각진 홈 및 상기 홈에 삽입되는 스토퍼 링을 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라, 액슬 장치의 부품 수가 더욱 감소될 수 있다. 그리고, 상기 홈과 상기 스토퍼 링의 공차로 인해 상기 볼 조인트가 상기 스토퍼 링에 제대로 저지되지 못하는 문제점이 미연에 방지될 수 있다. 그리고, 상기 오비탈 포밍 부(360)가 형성될 때 상기 홈이 변형되는 문제점이 미연에 방지되고, 이로 인해 상기 홈의 변형을 복구하기 위한 공정 추가 시 원가 증가 및 생산성 저하가 방지될 수 있다.
그리고, 상기 스토퍼 부(390)가 상기 오비탈 포밍 부(360)와 동시에 구부러져 형성됨에 따라, 상기 스토퍼 부(390)와 상기 오비탈 포밍 부(360)를 구부리는데 소요되는 제조 원가가 감소되고 생산성이 향상될 수 있다.
그리고, 상기 스토퍼 부(390)가 상기 변형 방지부(370)에 형성됨에 따라, 상기 스토퍼 부(390)가 상기 변형 방지부(370)를 도와 상기 오비탈 포밍 부(360)의 변형이 상기 아우터 레이스 부(310)로 전파되지 않도록 할 수 있고, 상기 스토퍼 부(390)의 변형이 상기 아우터 레이스 부(310)로 전파되는 것도 상기 변형 방지부(370)에 의해 억제될 수 있다.
그리고, 상기 허브(300)에 상기 그루브(380)가 형성됨에 따라, 상기 허브(300)의 중량이 감소될 수 있다. 이에 의하여, 원가가 절감될 수 있고, 상기 허브(300)의 회전 관성이 감소되어 차량의 가속 및 감속 성능이 향상될 수 있다.
그리고, 상기 그루브(380)가 상기 체결면(342)에 형성됨에 따라, 상기 차륜(500)과의 체결 면적이 감소될 수 있다. 이에 의하여, 상기 플랜지 부(340)의 평면도 스펙이 용이하게 충족될 수 있다. 그리고, 디스크 런-아웃 성능이 향상될 수 있다. 즉, 열 변형으로 인해 디스크의 단면이 평평함을 유지하지 못하는 문제점이 개선될 수 있다.
그리고, 상기 그루브(380)가 회전 반경 방향 상 상기 플랜지 부(340)와 상기 휠 가이드 부(330) 사이에서 회전 방향을 따라 연장 형성됨에 따라, 상기 휠 가이드 부(330)가 삽입되는 상기 차륜(500)의 홀의 모서리에 버(burr)가 존재할 경우 상기 버가 상기 그루브(380)에 수용될 수 있다. 이에 의하여, 상기 차륜(500)이 상기 버에 의해 상기 플랜지 부(340)와 경사지게 체결되는 것이 방지될 수 있다.
한편, 본 실시예의 경우 상기 볼 베어링(430)이 상기 제1 열 볼 베어링(432) 및 상기 제2 열 볼 베어링(434)을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 별도로 도시하지는 않았지만, 상기 제1 열 볼 베어링(432)과 상기 제2 열 볼 베어링(434) 사이에 적어도 하나의 베어링 열이 더 구비될 수 있다. 다만, 이 경우에 있어서도, 상기 절각 중심(C)은 상기 제1 단부(E1)와 상기 제2 단부(E2) 사이 범위에 위치될 수 있다.
또는, 별도로 도시하지는 않았지만, 상기 볼 베어링(430)이 단열로 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 절각 중심(C)은 회전축 방향 상 단열의 볼 베어링(430)의 양단부 사이에 위치될 수 있다.
100: 이너 레이스 200: 볼 조인트
300: 허브 310: 아우터 레이스 부
320: 베어링 압입 부 340: 플랜지 부
350: 베어링 지지 부 360: 오비탈 포밍 부
370: 변형 방지 부 390: 스토퍼 부
400: 베어링 500: 차륜

Claims (10)

  1. 파워트레인과 연결되는 이너 레이스(100);
    차륜(500)과 연결되는 허브(300); 및
    상기 허브(300)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(400);을 포함하고,
    상기 허브(300)는 볼 조인트(200)에 의해 상기 이너 레이스(100)와 절각 가능하게 체결되는 아우터 레이스 부(310), 상기 차륜(500)과 체결되는 플랜지 부(340) 및 상기 볼 조인트(200)의 이탈을 방지하는 스토퍼 부(390)를 포함하는 액슬 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 허브(300)는 상기 베어링(400)이 압입되는 베어링 압입 부(320), 상기 플랜지 부(340)와 상기 베어링 압입 부(320) 사이에서 상기 베어링(400)을 상기 허브(300)의 회전축 방향으로 지지하는 베어링 지지 부(350) 및 상기 베어링 압입 부(320)를 기준으로 상기 베어링 지지 부(350)의 반대측에서 상기 베어링(400)을 상기 베어링 지지 부(350) 측으로 가압하는 오비탈 포밍 부(360)를 더 포함하는 액슬 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오비탈 포밍 부(360)가 오비탈 포밍 툴에 의해 상기 허브(300)의 회전 반경 방향 외측으로 구부러져 형성되는 액슬 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스토퍼 부(390)가 상기 오비탈 포밍 툴에 의해 상기 허브(300)의 회전 반경 방향 내측으로 구부러져 형성되는 액슬 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 오비탈 포밍 부(360)와 상기 스토퍼 부(390)는 상기 오비탈 포밍 툴에 의해 동시에 구부러져 형성되는 액슬 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 허브(300)는 상기 오비탈 포밍 부(360)와 상기 아우터 레이스 부(310) 사이에 개재되고 상기 오비탈 포밍 부(360)의 변형이 상기 아우터 레이스 부(310)로 전파되는 것을 방지하는 변형 방지 부(370)를 더 포함하는 액슬 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 변형 방지 부(370)는 상기 허브(300)의 회전축 방향 상 상기 변형 방지 부(370)의 길이가 사전에 결정된 값 이상이 되게 형성되는 액슬 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 스토퍼 부(390)는 상기 변형 방지 부(370)에 형성되는 액슬 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 아우터 레이스 부(310), 상기 베어링 압입 부(320), 상기 플랜지 부(340), 상기 베어링 지지 부(350), 상기 오비탈 포밍 부(360) 및 상기 스토퍼 부(390)는 일체로 형성되는 액슬 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 허브(300)는 분절되지 않은 단품으로 형성되는 액슬 장치.
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