WO2014012668A1 - Kugelgewindetrieb - Google Patents

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WO2014012668A1
WO2014012668A1 PCT/EP2013/002138 EP2013002138W WO2014012668A1 WO 2014012668 A1 WO2014012668 A1 WO 2014012668A1 EP 2013002138 W EP2013002138 W EP 2013002138W WO 2014012668 A1 WO2014012668 A1 WO 2014012668A1
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yttrium
ball
mol
ball screw
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PCT/EP2013/002138
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Zeljko KOSTIC
Alexander Kiforiuk
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Thyssenkrupp Presta Ag
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    • F16H25/24—Elements essential to such mechanisms, e.g. screws, nuts
    • F16H2025/249—Special materials or coatings for screws or nuts

Definitions

  • the invention relates to a ball screw according to the preamble of independent claim 1 and a ball according to claim 6.
  • a plurality of balls which are generally made of steel (100Cr6) is arranged between a ball nut and a threaded spindle. Between these steel balls, which have an equal diameter, occur due to a complex kinematics between the balls on high constraining forces.
  • Silicon nitride balls have a relatively high modulus of elasticity at a contact point between the spindle and
  • EP 0 807 761 B1 discloses a roller bearing with rolling bodies made of a yttrium-stabilized zirconium dioxide, an alloy with 95% ZrO 2 and 5% Y 2 O 3 and 0.01% Al 2 O 3 being proposed. This alloy does not have the desirable properties for a ball screw.
  • EP 2 448 880 A1 describes balls for a roller bearing, which consist of zirconium dioxide, which is stabilized in the total with 5 to 15% yttrium and cerium.
  • the document EP 0 803 660 A1 describes a lubricant for a spindle drive, wherein as an exemplary embodiment the application in a spindle drive with balls made of ceramic material is described.
  • Document discloses inter alia as a ceramic material silicon nitride with yttria and alumina and in another example
  • the document DE 42 35 842 C2 describes a ball screw with supporting balls and separating balls. As support balls ceramic balls of silicon nitride are described, while the separation balls are made of steel. It is stated that the carrier balls are about 50% larger
  • Elastic modulus should have as the separation balls. It is therefore an object of the present invention to provide a
  • yttrium content is used below, it is always meant the content of Y 2 O 3 in mol% in accordance with the terminology customary in the art.
  • a ball screw to solve the above problem has the features of independent claim 1. After that, a
  • a plurality of balls of a metal and / or a ceramic are arranged, and wherein at least one of the balls at least partially Yttrium stabilized zirconia having an yttrium content in the form of Y 2 O 3 between 3.0 and 4.0 mol%, and preferably 3.1 mol% and 3.6 mol% is made.
  • the yttrium content is thus relatively low compared to the prior art.
  • the ceramic balls are superior to comparable steel balls in terms of wear and friction and, for example, are less prone to adhesive wear. Compared to the known balls
  • Silicon nitride have spheres of yttrium stabilized zirconia having the stated content of Y 2 0 3 between 3.0 mol% and 4.0 mol%, in particular between 3.1 mol% and 3.6 mol%, a significantly smaller elastic modulus, similar which is the steel balls.
  • the Hertzian pressure is not increased thereby. There is also a
  • Thermal expansion coefficient of the balls of yttrium stabilized zirconia at least similar to that of the steel balls, so there is no further problems due to differential thermal expansion.
  • a density of between 6.1 and 6.6 g / cm 3 (depending on the content of Y 2 O 3 in the zirconia), a ball of yttrium-stabilized zirconia is significantly heavier than silicon nitrite, and thus better kinematics can be achieved.
  • balls of yttrium-stabilized zirconia are also less expensive to produce than balls of silicon nitride, which is another advantage.
  • Other metal oxides can be provided which in total have a proportion of less than 0.5 mol%. These include Al 2 0 3 and oxides of rare earths.
  • composition of the ceramic material can also be described as being made of an yttrium stabilized zirconia having an yttrium content between 3.0 and 4.0 mole percent, less than 0.5 mole percent other metal oxides, and the remainder 100 mole percent zirconia.
  • the yttrium content in the material of the ceramic balls is preferably between 3.2 mol% and 3.4 mol% and particularly preferably 3.3 mol%. According to a preferred embodiment of the invention, it may be provided that in equal proportions balls of metal and balls of yttrium-stabilized zirconia are provided, wherein preferably balls of metal and balls of yttrium-stabilized zirconia are arranged alternately.
  • the balls of metal and yttrium stabilized zirconia have a same diameter or the balls of metal have a smaller or larger diameter than the balls of yttrium stabilized zirconia.
  • the friction between the balls can be significantly reduced, resulting in a reduction of a
  • a hot-isostatically pressed (so-called hipped) yttrium-stabilized zirconium dioxide is considered to be roll-over and consequently fatigue-proof under a cyclic load.
  • Steering gear be determined, which is at least partially made of yttrium stabilized zirconia. Balls of yttrium
  • Stabilized zirconia have particularly good properties in terms of friction, wear and durability.
  • Material composition is more than 1,800 MPa Further advantageous embodiments of the present invention are given in the subclaims.
  • a ball screw has a plurality of balls in a thread between a ball nut and a spindle, wherein according to a first embodiment, the balls alternately made of steel and
  • Yttrium stabilized zirconia are formed.
  • the spheres of yttrium-stabilized zirconia have a proportion of yttrium (Y 2 O 3 ) between 3 and 4 mol%, and preferably a fraction of 3.3 mol%.
  • the manufacturing process which involves spheres (hot-isostatically pressed), can remove any voids in the material, thereby stabilizing the spheres of yttrium
  • Zirconia are rollover resistant and therefore fatigue-proof at a cyclic load.
  • the ball material has a mixed structure of cubic and tetragonal phase, wherein the material not only has a small grain size of about 0.3 pm, but is also very tough. Compared to so far
  • silicon nitride (Si 3 N 4) comprises yttria stabilized zirconia to twice the bending strength of l.OOOMPa on. Due to a steel modulus of elasticity of about 200 to 240 GPa, the Hertzian pressure is not or hardly increased, which is why there are no negative indentations in the thread ball / spindle and ball / ball nut.
  • the ball combination steel / yttrium-stabilized zirconium dioxide has a lower coefficient of wear by a factor of 10, in particular under the action of foreign particles.
  • Ceramic balls of yttrium stabilized zirconia provided having the properties described above.
  • large ceramic spheres of yttrium stabilized zirconia of the aforementioned composition are provided which alternate with smaller steel balls of 100Cr6.
  • the larger ceramic balls are also to be understood as loadable balls, so-called support balls, wherein the smaller steel balls are so-called spacer balls or separating balls.
  • the resilient balls have a same direction of rotation, while the spacer balls are oriented in opposite directions. In a manner known per se, the spacer balls experience no load, as a result of which they do not abrade and have to be replaced prematurely.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kugelgewindetrieb mit einer Kugelmutter und einer Gewindespindel, in dem wenigstens eine Kugel aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid vorgesehen ist.

Description

Kugelgewindetrieb
Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 sowie eine Kugel gemäß Anspruch 6.
In einem Kugelgewindetrieb ist zwischen einer Kugelmutter und einer Gewindespindel eine Vielzahl von Kugeln angeordnet, die im Allgemeinen aus Stahl (100Cr6) gefertigt sind. Zwischen diesen Stahlkugeln, die einen gleichgroßen Durchmesser aufweisen, treten aufgrund einer komplexen Kinematik zwischen den Kugeln hohe Zwangskräfte auf. Diese
Zwangskräfte bewirken ein hohes Reibmoment und führen zu einem erhöhten Verschleiß. Daraus folgt eine verkürzte Lebensdauer der Kugeln und damit einhergehende Kosten. Es ist zwar probiert worden, dieses Problem mit dem Einsatz von Kugeln mit abwechselnd kleinen und großen Durchmesser zu lösen, die
Ergebnisse hierzu sind aber ebenfalls nicht zufriedenstellend. Ferner ist auch bekannt, Kugeln aus Keramik einzusetzen, vorzugsweise
Siliziumnitrit (Si3N4), was sich aber aufgrund der auf den
Kugelgewindetrieb wirkenden hohen Radialkräfte ebenso als nachteilig ausgewirkt hat. Kugeln aus Siliziumnitrit weisen mit ihrem relativ hohen Elastizitätsmodul an einer Kontaktstelle zwischen Spindel und
Kugelmutter deutlich höhere Werte einer Hertzsche Pressung als üblich auf, was schließlich auch zu einer verkürzten Lebensdauer führt. Das Dokument EP 0 807 761 Bl ein Wälzlager mit Wälzkörpern aus einem mit Yttrium stabilisierten Zirkoniumdioxid, wobei eine Legierung mit 95% Zr02 und 5% Y203 sowie 0,01% Al203 vorgeschlagen wird. Diese Legierung weist nicht die für einen Kugelgewindetrieb angestrebten vorteilhaften Eigenschaften auf. EP 2 448 880 AI beschreibt Kugeln für ein Wälzlager, die aus Zirkoniumdioxid bestehen, welches in der Summe mit 5 bis 15% Yttrium und Cer stabilisiert ist.
Das Dokument EP 0 803 660 AI beschreibt ein Schmiermittel für einen Spindeltrieb, wobei als Ausführungsbeispiel die Anwendung bei einem Spindeltrieb mit Kugeln aus Keramikmaterial beschrieben wird. Das
Dokument offenbart unter anderem als Keramikmaterial Siliziumnitrid mit Yttriumoxid und Aluminiumoxid sowie in einem anderen Beispiel
Zirkoniumdioxid. Nähere Angaben über die genaue Zusammensetzung des Materials sind nicht enthalten. Das Dokument DE 42 35 842 C2 beschreibt einen Kugelgewindetrieb mit Tragkugeln und Trennkugeln. Als Tragkugeln werden Keramikkugeln aus Siliziumnitrid beschrieben, während die Trennkugeln aus Stahl sind. Es wird angegeben, dass die Tragkugeln einen etwa 50% größeren
Elastizitätsmodul aufweisen sollen als die Trennkugeln. Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Kugelgewindetrieb mit Keramikkugeln so weiter zu entwickeln, dass eine höhere Lebensdauer als bislang üblich erreicht werden kann.
Wenn nachfolgend von einem„Yttriumgehalt" gesprochen wird, ist damit in Übereinstimmung mit der auf diesem Fachgebiet üblichen Terminologie immer der Gehalt an Y203 in Mol% gemeint.
Ein Kugelgewindetrieb zur Lösung der genannten Aufgabe weist die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 auf. Danach wird ein
Kugelgewindetrieb mit einer Spindel und einer Kugelmutter
vorgeschlagen, wobei zwischen der Spindel und der Kugelmutter eine Vielzahl Kugeln aus einem Metall und/oder einer Keramik angeordnet sind, und wobei wenigstens eine der Kugeln zumindest zum Teil aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid mit einem Yttriumgehalt in Form von Y203 zwischen 3,0 und 4,0 Mol% und vorzugsweise 3,1 Mol% und 3,6 Mol% gefertigt ist. Der Yttriumgehalt ist also im Vergleich zum Stand der Technik relativ gering. Dennoch sind die Keramikkugeln vergleichbaren Stahlkugeln hinsichtlich Verschleiß und Reibung überlegen und neigen beispielsweise weniger zu adhäsivem Verschleiß. Gegenüber den bekannten Kugeln aus
Siliziumnitrid weisen Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid mit dem genannten Gehalt an Y203 zwischen 3,0 Mol% und 4,0 Mol%, insbesondere zwischen 3,1 Mol% und 3,6 Mol% einen deutlich kleineren Elastizitätsmodul auf, der ähnlich dem der Stahlkugeln ist.
Die Hertzsche Pressung wird dadurch nicht erhöht. Zudem ist ein
Wärmeausdehnungskoeffizient der Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid zumindest mit dem der Stahlkugeln ähnlich, weshalb es nicht weiter zu Problemen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnung kommt. Mit einer Dichte zwischen 6,1 und 6,6 g/cm3 (in Abhängigkeit des Anteils Y203 in dem Zirkoniumdioxid) ist eine Kugel aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid bedeutend schwerer als Siliziumnitrit, weshalb eine bessere Kinematik erzielt werden kann. Zudem sind Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid auch kostengünstiger als Kugeln aus Siliziumnitrid herzustellen, was ein weiterer Vorteil ist. Es können andere Metalloxide vorgesehen sein, die in der Summe einen Anteil von weniger als 0,5 Mol% aufweisen. Dazu gehören Al203 und Oxide seltener Erden. Die Zusammensetzung des Keramikmaterials kann auch beschrieben werden als ein Yttrium stabilisiertes Zirkoniumdioxid mit einem Yttriumgehalt zwischen 3,0 und 4,0 Mol%, weniger als 0,5 Mol% anderen Metalloxiden und dem Rest zu 100 Mol% Zirkoniumdioxid gefertigt ist.
Bevorzugt liegt der Yttriumgehalt im Material der Keramikkugeln zwischen 3,2 Mol% und 3,4 Mol% und besonders bevorzugt bei 3,3 Mol%. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, wenn zu gleichen Anteilen Kugeln aus Metall und Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid vorgesehen sind, wobei vorzugsweise Kugeln aus Metall und Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid abwechselnd angeordnet sind.
Weiterhin können nach einer weiterführenden Ausführungsform, die Kugeln aus Metall und Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid einen gleichen Durchmesser aufweisen oder die Kugeln aus Metall einen kleineren oder größeren Durchmesser als die Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid aufweisen. Insbesondere durch den unterschiedlichen Durchmesser kann sich die Reibung zwischen den Kugeln erheblich reduzieren, wodurch sich eine Reduzierung eines
Verschleißes erzielen lässt.
Wenn nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform ausschließlich Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid vorgesehen sind, kann die Hertzsche Pressung weiter reduziert werden und damit die
Lebensdauer des Kugelgewindetriebs verlängert werden.
Insbesondere ein heiß-isostatisch gepresstes (sog. gehiptes) Yttrium stabilisiertes Zirkoniumdioxid gilt als überroll- und folglich auch als ermüdungsfest bei einer zyklischen Belastung.
Weiterhin wir die erfinderische Aufgabe durch einen Kugel gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Danach kann eine Kugel zur
Verwendung in einem Kugelgewindetrieb, vorzugsweise für ein
Lenkgetriebe, bestimmt sein, die zumindest zum Teil aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid gefertigt ist. Kugeln aus Yttrium
stabilisiertem Zirkoniumdioxid weisen besonders gute Eigenschaften hinsichtlich von Reibung, Verschleiß und Lebensdauer auf.
Mit einem Gefüge aus kubischer und tetragonaler Phase erhält man ein Material, dass sehr zäh und hochfest ist, mit einer Biegefestigkeit von mehr als 1.000 MPa. Die erreichbare Druckfestigkeit bei dieser
Materialzusammensetzung liegt bei mehr als 1.800 MPa Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Ein Kugelgewindetrieb weist eine Vielzahl Kugeln in einem Gewinde zwischen einer Kugelmutter und einer Spindel auf, wobei nach einem ersten Ausführungsbeispiel die Kugeln abwechselnd aus Stahl und
Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid gebildet sind.
Die Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid weisen einen Anteil Yttrium (Y203) zwischen 3 und 4 Mol% und bevorzugt einen Anteil von 3,3 Mol%. Durch das Herstellungsverfahren, die Kugeln werden gehipt (heiß-isostatisch gepresst), können jegliche Hohlräume in dem Material beseitigt werden, wodurch die Kugeln aus Yttrium stabilisiertem
Zirkoniumdioxid überrollfest sind und folglich auch ermüdungsfest bei einer zyklischen Belastung. Das Kugelmaterial weist ein Mischgefüge aus kubischer und tetragonaler Phase auf, wobei das Material nicht nur eine kleine Körnung von ca. 0,3 pm aufweist, sondern auch sehr zäh ist. Im Vergleich zu bislang
eingesetzten Kugeln aus Siliziumnitrid (Si3N4) weist Yttrium stabilisiertes Zirkoniumdioxid dazu eine doppelt so hohe Biegefestigkeit von l.OOOMPa auf. Durch ein dem Stahl ähnliches Elastizitätsmodul von ca. 200 bis 240 GPa wird die Hertzsche Pressung nicht bzw. kaum erhöht, weshalb es zu keinen negativen Eindrückungen im Gewinde im Bereich Kugel/Spindel und Kugel/Kugelmutter kommt.
Gegenüber einer Kugelkombination aus Stahl und Siliziumnitrid weist die Kugelkombination Stahl/Yttrium stabilisiertes Zirkoniumdioxid einen um einen Faktor 10 geringeren Verschleißkoeffizienten auf, insbesondere unter Einwirkung von Fremdpartikeln.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind nur
Keramikkugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid vorgesehen, die die oben beschriebenen Eigenschaften aufweisen. In einem dritten Ausführungsbeispiel sind große Keramikkugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid mit der eingangs genannten Zusammensetzung vorgesehen, die mit kleineren Stahlkugeln aus 100Cr6 alternieren. Die größeren Keramikkugeln sind auch als belastbare Kugeln zu verstehen, so genannte Tragkugeln, wobei die kleineren Stahlkugeln sogenannte Abstandskugeln oder Trennkugeln sind. Bei einer solchen Anordnung, weisen die belastbaren Kugeln eine gleiche Drehrichtung auf, während die Abstandskugeln gegenläufig orientiert sind. In an sich bekannter Weise erfahren die Abstandskugeln keine Belastung, wodurch sie sich nicht abschleifen und vorschnell ausgewechselt werden müssen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Kugelgewindetrieb mit einer Spindel und einer Kugelmutter, wobei zwischen der Spindel und der Kugelmutter eine Vielzahl Kugeln aus einem Metall und/oder einer Keramik angeordnet sind, wobei wenigstens eine der Kugeln zumindest zum Teil aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid gefertigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kugel aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid mit einem Yttriumgehalt zwischen 3,0 und 4,0 Mol% Y203, weniger als 0,5 Mol% anderen Metalloxiden und dem Rest zu 100 Mol%
Zirkoniumdioxid gefertigt ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass zu gleichen Anteilen Kugeln aus Metall und Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid vorgesehen sind, wobei vorzugsweise Kugeln aus Metall und Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid abwechselnd angeordnet sind.
Kugelgewindetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln aus Metall einen kleineren Durchmesser als die Kugeln aus Yttrium stabilisiertem
Zirkoniumdioxid aufweisen.
Kugelgewindetriebe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass ausschließlich Kugeln aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid vorgesehen sind.
5. Kugelgewindetrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zirkoniumdioxid einen Anteil Yttriumoxid von 3,1 Mol% bis 3,6 Mol% Y203 aufweist.
6. Kugelgewindetrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zirkoniumdioxid einen Anteil Yttriumoxid von 3,3 Mol% Y203 aufweist.
7. Kugel zur Verwendung in einem Kugelgewindetrieb,
vorzugsweise für ein Lenkgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel zumindest zum Teil aus Yttrium stabilisiertem Zirkoniumdioxid gefertigt ist.
8. Kugel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zirkoniumdioxid einen Anteil Yttriumoxid zwischen 3 und 4 Mol% Y203 aufweist.
9. Kugel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zirkoniumdioxid einen Anteil Yttriumoxid von 3,3 Mol% Y203 aufweist.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4235842A1 (de) * 1992-10-23 1994-04-28 Kugelfischer G Schaefer & Co Kugelgewindetrieb
EP0803660A1 (de) 1995-09-11 1997-10-29 Koyo Seiko Co., Ltd. Vorschubspindel und methode zur aufbringung eines schmierfilms
EP0807761B1 (de) 1996-05-15 2001-10-24 SKF Engineering & Research Centre B.V. Wälzlager mit verbesserten Verschleisseigenschaften und Wälzkörper für solche Lager
JP2010209966A (ja) * 2009-03-09 2010-09-24 Nsk Ltd 転がり支持装置
JP2011017416A (ja) * 2009-07-10 2011-01-27 Nsk Ltd 車載モータ用転がり軸受及びその製造方法
EP2448880A1 (de) 2009-06-30 2012-05-09 Aktiebolaget SKF Zirkon-aluminium-keramikmaterialien

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4235842A1 (de) * 1992-10-23 1994-04-28 Kugelfischer G Schaefer & Co Kugelgewindetrieb
DE4235842C2 (de) 1992-10-23 1999-08-19 Kugelfischer G Schaefer & Co Kugelgewindetrieb
EP0803660A1 (de) 1995-09-11 1997-10-29 Koyo Seiko Co., Ltd. Vorschubspindel und methode zur aufbringung eines schmierfilms
EP0807761B1 (de) 1996-05-15 2001-10-24 SKF Engineering & Research Centre B.V. Wälzlager mit verbesserten Verschleisseigenschaften und Wälzkörper für solche Lager
JP2010209966A (ja) * 2009-03-09 2010-09-24 Nsk Ltd 転がり支持装置
EP2448880A1 (de) 2009-06-30 2012-05-09 Aktiebolaget SKF Zirkon-aluminium-keramikmaterialien
JP2011017416A (ja) * 2009-07-10 2011-01-27 Nsk Ltd 車載モータ用転がり軸受及びその製造方法

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