DE2055055A1

DE2055055A1 - Vorrichtung zum automatischen Starten und Stoppen eines Lichtbogenverfahrens

Info

Publication number: DE2055055A1
Application number: DE19702055055
Authority: DE
Inventors: Bernhard John Oconomowoc Wis Aldenhoff (V St A )
Original assignee: AO Smith Corp
Current assignee: AO Smith Corp
Priority date: 1969-11-13
Filing date: 1970-11-09
Publication date: 1971-05-19
Also published as: US3627977A; NL7016131A; GB1329438A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Berührungsstartvorrichtung für eine Lichtbogenquelle oder dgl., um Erregung der Schweißausrüstung zu steuern.

Bisher erfolgte das Einleiten eines Schv/eißverfahrens, bei dem eine von Hand bediente Schweißpistole und dgl. verwendet wird, allgemein durch Verwendung eines handbetätigten Auslöseschalters, der die Energiezufuhr aktiviert, um Schweißstrom für die Elektroden und Energie für die zugeordnete Ausrüstung wie einen Antriebsmotor für eine verbrauchbare Elektrode, eine Kühlmittelzufuhr, eine Gasquelle oder dgl. zu schaffen. Die Bedienungsperson kann den Auslöseschalter vorzeitig schließen, während sie sich noch zu weit von dem Werkstück entfernt befindet, oder sie kann den Auslöseschalter nach Wegbewegen von dem Werkstück geschlossen halten, wodurch eine übermäßige Elektrodendrahtlänge von der Pistole vor Erzeugen eines Lichtbogens und nach Beendigen oder Erlöschen eines Lichtbogens zugeführt wird. Die nicht-

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, geschmolzene Elektrode, die von dem Werkstück vorragt, kann einen Gefahrenzustand hervorrufen und ihre Beseitigung ist nicht nur zeitraubend, sondern auch teuer. Weiterhin muß der handbetätigte Auslöseschalter geschlossen gehalten werden, und der hierfür erforderliche konstante Druck führt oftmals zu Verkrampfungen der Muskeln oder Sehnen in der Hand der Bedienungsperson, wodurch das Arbeiten merkbar beeinträchtigt wird.

Gemäß der Erfindung wird das Schweißverfahren durch relatives Anordnen von Elektrode und dem Werkstück gesteuert, wobei die Notwendigkeit für einen handbetätigten Auslöseschalter beseitigt ist. Allgemein spricht der \ ßchweißsteuerstromkreis zum Einleiten der Schweißung darauf an, daß die Bedienungsperson die Elektrode in Berührung mit dem Werkstück bringt, und zum Beendigen der Schweißung darauf an, daß die Elektrode von dem Werkstück entfernt wird. Auf diese Weise wird, wenn die Elektrode das Werkstück berührt, Schweißstrom automatisch angelegt, um einen Lichtbogen zu bilden, und gleichzeitig wird Energie an die zugeordnete Ausrüstung angelegt, beispielsweise an einen Antriebsmechanismus zum Vorschieben einer verbrauchbaren Elektrode zu dem Schweißlichtbogen.

Bei dem Steuerstromkreis gemäß der Erfindung wird ein magnetisch ansprechender Schalter verwendet, beispielsweise ein Zungenschalter, um die, Schweißzufuhr zu_;aktivieren, und zwar vorzugsweise über einen geeigneten Relaiskopplungsstromkreis. Der Schalter wird induziert, um sich durch ein Wagnetfeld zu schließen, welches durch einen StartStromkreis erzeugt ist, der auf Eingriff der Elektrode mit dem Werkstück anspricht, und er wird während des normalen Arbeitens durch ein Magnetfeld kontinuierlich geschlossen gehalten, welches von dem durch die Schweißleitung zu dem Lichtbogen fließenden Schweißstrom erzeugt wird.

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Der StartStromkreis wird quer über die Schweißleitung angeordnet und er umfaßt eine Niederspannungsquelle in Reihe mit einer mit dem Schalter gekoppelten Spule. Wenn die Elektrode mit dem Werkstück in Berührung kommt, so daß ein Pfad geringer Impedanz hervorgerufen ist, wird die Spule errqgt und betätigt eine Schalteinrichtung zum Zuführen von Lichtbogenenergie.

Wenn Schweißstrom zu fließen beginnt, beeinflussen die resultierenden Magnetfelder von Startspule und Leitung die Schaltereinrichtung in additiver V/eise. Wenn sich der Lichtbogen bildet und der Strom sich in Richtung gegen den normalen Betriebspegel verstärkt, spannt die Schweißleitungsspannung den Startstromkreis rückwärts vor und schneidet oder schaltet dadurch die Gleichstromquelle wirksam ab. Wenn die Rückwärtsvorspannung zuerst erreicht ist, kann das von dem Schweißstrom erzeugte Magnetfeld nicht stark genug sein, um den Zungenschalter unabhängig in geschlossener Stellung zu halten.

Um zu verhindern, daß der Zungenschalter sich öffnet und die Energiezufuhr beim Start abgeschaltet wird, ist ein Kondensator parallel zur Startspule angeordnet und wird von der Gleichstromquelle aufgeladen, während der Stromfluß beginnt. Der Kondensator entladet sich über die Startspule nach Auftreten der Rückwärtsvorspannung und er hält zusammen mit dem Schweißstromfeld den Schalter in geschlossenem Zustand, um einen Zeitraum zu schaffen, der ausreichend ist, daß der Schv/eißstrom einen entsprechenden V/ert erreicht, um den Schalter unabhängig zu halten. Wenn der Kondensator vollständig entladen hat, wird der rückwärts vorgespannte Startstromkreis vollständig unwirksam, während der Schv;eißstrom fortfährt, den Schalter in geschlossener Stellung zu halten.

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Bei Beendigung des Schweißverfahrens entregt die Bedienungsperson das System durch Trennen der Elektrode von dem Werkstück, wodurch der Lichtbogen unterbrochen wird. Das Fließen von Schweißstrom hört somit auf, so daß bewirkt wird, daß der Schalter öffnet, und der Schalter entregt den Steuerstromkreis und schaltet die Energiezufuhr von der Lichtbogenleitung ab, wobei weiterhin der Stromkreis in den ursprünglichen Zustand innerhalb des Startstromkreises rückgestellt wird derart, daß ein Kreislauf hervorgerufen wird, wenn die Elektrode mit dem Werkstück in Berührung gebracht wird.

Es ist somit ersichtlich, daß bei der vorliegenden

P Erfindung die Möglichkeit beseitigt ist, daß eine Elektrode von dem Werkstück vorragt, wobei weiterhin die Notwendigkeit für das Vorsehen eines von Hand betätigten Auslöseschalters beseitigt ist. Ein anderes wichtiges Merkmal der Erfindung ergibt sich, wenn der Schweißstrom während des Arbeitens in nicht normaler Weise fällt. In solch einer .Situation bewirkt der Stromabfall das öffnen des Schalters und dadurch das Anhalten der Zufuhr der verbrauchbaren Elektrode und das Beendigen des Lichtbogens, wodurch die Aufmerksamkeit der Bedienungsperson auf das Ifaischarbeiten gelenkt wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung ist eine schematische Ansicht eines ßchweißstromkreises einschließlich eines Steuerstrornkreises, der gemäß der Erfindung ausgeführt ist.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt eine Schweißpistole 1, die über Schweißleitungeri 2 von einer Energiequelle 3 mit Energie versorgt wird, wodurch ein Schweißlichtbogen 4 erzeugt

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wird, wenn die Schweißpistole 1 mit Bezug auf ein geerdetes Werkstück 5 richtig angeordnet wird und Schweißstrom ausreichend angelegt ist.

Die Schweißpistole 1 ist von irgend einer geeigneten Ausführung und sie verwendet eine verbrauchbare Elektrode 6, die durch geeignete bekannte Mittel dem Lichtbogen 4 zugeführt wird. Die dargestellte verbrauchbare Elektrode 6 wird durch Reibantriebsrollen 7 und 8 von einer Spule 9 zugeführt, um den Lichtbogen 4- zwischen der Elektrode 6 und dem Werkstück 5 durch Strom aufrechtzuerhalten, der von der Energiequelle 3 über die Schweißleitungen 2 abgenommen oder abgeleitet ist. Die Rolle 7 ist mit einem mit einstellbarer Geschwindigkeit arbeitenden Motor 10 arbeitsmäßig gekoppelt, der über eine Leitung 11 und eine Erdung an die Energiequelle 3 geschaltet ist.

Die Schweißpistole 1 kann andere geeignete nicht dargestellte Hilfsausrüstungen haben, beispielsweise Ausrüstung, um ein kühlendes Abschirmgas zu schaffen, oder , Ausrüstung für irgendwelche anderen Zwecke, wie es bei dem Schweißverfahren erforderlich sein kann.

Gewöhnlich offene Kontakte 12-1 und 12-2 eines Relais 12 sind in die Leitungen 2 bzv/. die Leitung 11 geschaltet und schalten die Energiequelle 3 bei ihrem Schließen v/ahlweise an die Schv/eißpistole 1.

Ein magnetisch betätigter Schalter 13 wird verv/endet, um Erregung einer Wicklung 14 des Relais 12 und damit das Schließen der zugeordneten Relaiskontakte 12-1 und 12-2 zu steuern. Der Schalter 13 ist als bekannter Zungenschalter dargestellt, der eine gaccefüllte rohrförmige Umhüllung auf v/eist, in deren jedem Ende biegsame magnetisierbare Kontaktzungen 15 abgedichtet angeordnet sind. Die inneren

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Enden der Zungen 15 überlappen sich, um Kontakte zu

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bestimmen, die gewöhnlich offen sind und sich nur dann schließen, wenn die Zungen 15 durch ein "geeignetes Magnetfeld erregt sind.

Ein StartStromkreis wird verwendet, um die Kontakte 15 des Zungenschalters 13 anfänglich zu schließen und dadurch das Schweißverfahren zu starten, wobei in dem Stromkreis eine Niederspannungs-Gleichstromquelle 16 in Reihe mit einem Widerstand 17, zu dem eine Startspule 18 parallel geschaltet ist, an die Schweißleitungen 2 und demgemäß an die Lichtbogenenden und Elektroden geschaltet ist. Anfänglich, wenn die Elektrode 6 sich in einem Abstand von dem Werkstück 5 befindet, liegen die Schweißleitungen 2 in einem offenen Stromkreis mittels des Kontaktes 12-1, und es kann kein Strom von der Gleichstromquelle 16 über die Startspule 18 und den Widerstand 17 fließen. Wenn jedoch die Bedienungsperson schweißen möchte, wird die Schweißelektrode 6 mit dem Werkstück 5 in Berührung gebracht, und es fließt dann Strom von der Gleichstromquelle 16 über die Spule 18 und den Widerstand 17 zu der Elektrode 6 und dem Werkstück 5» die miteinander in Berührung stehen, und zurück zur Quelle 16. Die Spule 18 ist dem Zungenschalter 13 derart benachbart angeordnet, daß das von dem Stromfluß durch die Spule 18 erzeugte Magnetfeld dem Zungenschalter 13 aufgedrückt wird. Die Spule 18 und die Zungen 15 sind derart ausgerichtet, daß dieses Magnetfeld bewirkt, daß die überlappenden Enden der Zungen 15 gegenßinander angezogen werden und der Schalter 13 in geschlossene Stellung bewegt wird.

Wie oben erwähnt, führt das Schließen des Zungenschalters 13 zum Aktivieren der Relaiswicklung 14, die ihrerseits die Kontakte 12-1 und 12-2 schließt, wodurch

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Strom zur Elektrode 6 über die Leitung 2 und zum Motor 10 über die Leitung 11 geführt wird. Auf diese Weise wird der Lichtbogen 4· gebildet und die verbrauchbare Elektrode 6 beginnt den Vorschub durch die Schweißpistole 1 hindurch zu dem Schweißbereich, und zwar augenblicklich und gleichzeitig mit dem Berühren des Werkstückes 5 durch die Elektrode 6.

In den Leitungen 2 fließender Schweißstrom erzeugt weiterhin ein Magnetfeld um den elektromagnetischen Kupplungsteil 19 der Schweißleitung 2, welcher richtigangeordnet ist, um das Magnetfeld derart mit dem Zungenschalter 13 zu koppeln, daß es additiv zu dem von der Spule 18 erzeugten Magnetfeld wirkt, so daß fortgefahren wird, den Zungenschalter 13 in geschlossener Stellung zu halten.

Während des Schweißvorganges spannt die Spannung an der Schweißleitung 2 die Gleichstromquelle 16 rückwärts vor und verhindert, daß Strom von der Gleichstromquelle 16 durch die Startspule 18 fließt. Zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Rückwärtsvorspannung auftritt, kann der Schweißstrom in der Schweißleitung 2 sich möglicherweise noch nicht ausreichend verstärkt haben, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das ausreichend ist, den Zungenschalter 13 in geschlossener Stellung zu halten. Da der StartStromkreis rückwärts vorgespannt ist und der Schweißstrom einen ausreichenden Wert noch nicht erreicht hat, würde der Zungenschalter 13 sich öffnen und die Relaiswicklung 14 unwirksam machen, wodurch die Relaiskontakte 12-1 und 12-2 geöffnet würden, welche das Schweißverfahren anhalten wurden. Der gesamte Kreislauf würde dann wiederum beginnen, wenn die Elektrode 6 mit dem Werkstück 5 in

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Berührung verbleibt, was zu einem fortgesetzten zyklischen Starten und Anhalten in einer Folge führen würde, was für normales Schweißen unbefriedigend ist. Um dies zu beseitigen, ist ein Haltekondensator 20 parallel zur Spule 18 geschaltet und er ladet sich auf, wenn während der Startfolge Strom von der Gleichstromquelle 16 fließt. Wenn die Spannung an der Schweißleitung 2 die Gleichstromquelle 16 rückwärts vorspannt, entladet sich der Kondensator 20 über die Spule 18, um, mit dem der Leitung 2 zugeordneten Feld, ein ausreichendes Magnetfeld aufrechtzuerhalten, um den Zungenschalter 13 in geschlossener Stellung zu halten. Die Entladung des Kondensators 20 dauert gewöhnlich etwa 1/8 Sekunde, welcher Zeitraum ausreichend ist, um es dem Schweißstrom in der Schweißleitung zu ermöglichen, einen Wert zu erreichen, der ausreichend ist, um unabhängig die Zungenschalter 13 in geschlossener Stellung zu halten.

Eine Blockierungsdiode 21 ist in Reihe zwischen den . Widerstand 17 und den Kondensator 20 derart angeordnet, daß der Kondensator 20 nur über die Spule 18 entladet, wodurch das gewünschte Magnetfeld um den Zungenschalter 13 erzeugt wird.

Die Gleichstromquelle 16 kann aus irgend einer geeig-. neten Niederspannungsquelle eines Wertes bestehen, der etwas unter der normalen Lichtbogenspannung liegt. Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen Vollweg-Einphasen-Diodengleichrichter, der Wechselstrom von der Hauptenergiequelle 3 erhält. Ein heruntertransformierender Transformator 22 ist an die Quelle 3 und an Eingangsanschlüsse 23 geschaltet, um den gewünschten Spannungspegel zu schaffen. Gleichstrom wird an Ausgangsanschlüsse 24 durch die Vollweg-, gleichrichtunß erzeugt, die in Übereinstimmung mit der üblichen Brückenanordnung vor Dioden 25 erzeugt ist.

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Bei der Erfindung kann für das Schweißen entweder Wechselstrom oder Gleichstrom verwendet werden. Für den Fall, daß Wechselstrom verwendet wird, wechselt das Magnetfeld, welches von dem elektromagnetischen Kopplungsteil 19 der Schweißleitung 2 erzeugt ist, in Beziehung zu dem sich ändernden Strom.

Der Zungenschalter 13 schließt und öffnet sich demgemäß zweimal je Kreislauf. Die Diode 26 richtet den Steuer-Wechselstrom gleich, so daß in einer Richtung gehende Impulse in jeder zweiten Halbperiode der Hauptsteuerrelaiswicklung 14 zugeführt werden. Ein Kondensator 27, der an die Relaiswicklung 14 geschaltet ist, wird durch die Impulse aufgeladen und entladet sich zwischen den Impulsen, um das Relais 12 kontinuierlich zu erregen und die Kontakte 12-1 und 12-2 in geschlossener Stellung zu halten.

Um das Schweißverfahren anzuhalten, entfernt die Bedienungsperson einfach die Elektrode 6 aus der großen Nähe des Werkstückes 5» wodurch der Lichtbogen 4- angehalten •wird bzw. erlöscht und der Stromkreis geöffnet wird. Der Schweißstrom in der Leitung 2 hört somit auf, so daß die entsprechende Magnetfeldwirkung an dem Zungenschalter 13 und der Rückwärtsvorspann-Effekt auf die Gleichstromquelle 16 beseitigt sind. Der offene Schalter 13 entregt die Hauptsteuerrelaiswicklung 14, um die zugeordneten Relaiskontakte 12-1 und 12-2 zu öffnen, wodurch die Energiequelle von den Schweißleitungen 2 abgeschaltet wird. Der Startstromkreis ist auf diese Weise rückgestellt, um einen anderen Schweißkreislauf zu beginnen, wenn die Elektrode 6 mit dem Werkstück 5 in Berührung gebracht wird.

Obwohl bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nicht gezeigt, kann die Hauptsteuerrelaiswicklung 14 auch

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zur Steuerung anderer Relais verwendet werden, so daß andere Einrichtungen, die bei dem Schweißverfahren verwendet werden, wie eine Einrichtung zum Zuführen von Gas zu dem Lichtbogen oder eine Einrichtung zum Zuführen von Kühlmittel zur Schweißpistole, an die Energiezufuhr geschaltet werden können.

Durch die Erfindung ist eine im großen Ausmaß zufriedenstellende und zuverlässige Startsteuerung zur Verwendung in einem Schweißverfahren geschaffen.

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Claims

Patentansprüche

'Vorrichtung zum automatischen Starten und Stoppen eines Lichtbogenverfahrens, mit einer Energiesteuerquelle und mit Schweißstromleitungen, gekennzeichnet durch eine eine Betätigungseinrichtung (18) aufweisende Schalteinrichtung (13), die angeschlossen ist, um Verbindung von der Hauptenergiequelle (3) zu den Schweißstromleitungen (2) zu steuern, und durch einen StartStromkreis (l6, If, 18), der die Energiequelle (3) und die Betätigungseinrichtung (18) umfaßt, an die Lichtbogenenergieleitungen (2) geschaltet ist und auf Kurzschließen dieser Leitungen anspricht, um die Schalteinrichtung (I3) zu betätigen, die auf einen vorausgewählten minimalen Lichtbogenstrom anspricht, um die elektrische Verbindung aufrechtzuerhalten, und die bei Ansprechen auf ein Absinken des Schweißstromes unter den minimalen Lichtbogenstrom unwirksam gemacht wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Hervorrufen eines Schweißlichtbogens (4) zwischen einer Schweißelektrode (6) und einem Werkstück (5) die Starteinrichtung (16, 17, 18) aktiviert wird, wenn die Schweißelektrode das Werkstück berührt, und unwirksam gemacht wird bei Ansprechen auf Hervorrufen eines ausgewählten Schwe ißvorganges.
3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung einen Zungenschalter (13) aufweist, und daß die Starteinrichtung (l6, I7, l8) ein Magnetfeld erzeugt, um den Zungenschalter (13) anfänglich wirksam zu machen, so daß er in einen Zustand gelangt, in dem die elektrische Verbindung geschlossen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die starteinrichtung (l6, 17» l8) eine Einrichtung (20) aufweist, um die Schalteinrichtung (13) in geschlossenem Zustand zu halten, bis der Lichtbogenstrom auf einen Wert steigt, der ausreicht, um den ge-

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schlossenen Zustand der Schalteinrichtung (Ij3) unabhängig aufrechtzuerhalten.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Starteinrichtung (16, 17, 18, 20) einen Stromkreisschenkel an der Lichtbogenenergieleitung (2) bildet und eine Niederspannungs-Glelchstromquelle (16) aufweist, die in Reihe mit einem Widerstand (17) und einer Diode geschaltet ist, der Widerstand (17) zu einer Spule (18) und einem Kondensator (20) parallel geschaltet ist, zwischen dem Widerstand (I7) und dem Kondensator (20) eine Diode (21) angeordnet ist und die Kombination in der Lage ist, ein Magnetfeld zu erzeugen, um die Schalteinrichtung (13) so zu beeinflussen, daß sie in geschlossenen Zustand gelangt.
6. Vorrichtung zum automatischen Starten und Stoppen eines Lichtbogenschweißverfahrens, gekennzeichnet durch eine Energiesteuerschalteinrichtung, die im wesentlichen eine Hauptsteuerrelaiswicklung (14) und zugeordnete Relaiskontakte (12-1, 12-2) aufweist, welche eine Energiequelle (5) an eine Elektrode (6), einen die Elektrode vorschiebenden Motor (10) und andere Schweißausrüstung schalten, einen Zungenschalter (Ο), der auf außen erzeugte Felder anspricht und über eine Diode (26) in Reihe mit der Energiequelle (3) und der Hauptsteuerrelaiswicklung (14) und parallel zu einem Kondensator geschaltet ist, eine Starteinrichtung, die im wesentlichen eine Niederspannungs-Gleichstromquelle (16) aufweist, die in Reihe an einen Widerstand (17) und eine Diode geschaltet ist, der Widerstand (I7) zu einer Spule (l8) und einem Kondensator (20) parallel geschaltet ist und die Diode zwischen dem Widerstand (17) und dem Kondensator (20) angeordnet ist, die Spule (18) ein Magnetfeld erzeugt, wenn sie aktiviert wird, um den Zungenschalter (IJ) in geschlossene Stellung zu bringen, wodurch Energie für das Schweißverfahren geliefert wird, und die Starteinrichtung durch den Schweißstrom rückwärts vorgespannt ist und die

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Spule (l8) durch den Kondensator (20) für eine kurze Zeitdauer nach Rückwärtsvorspannung der Starteinrichtung fortgesetzt wirksam gemacht ist, bis der Schweißstrom normale Arbeitspegel erreicht hat, und durch eine Schweißstromleitung (2), die strom zur Elektrode (6) liefert und die ein Magnetfeld (bei I9) erzeugt und so angeordnet ist, daß sie den Zungenschalter (I3) derart beeinflußt, daß dessen geschlossener Zustand aufrechterhalten wird.
7. Vorrichtung zum automatischen Starten und Stoppen eines Schweißverfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren beginnt, wenn eine Elektrode mit einem Werkstück in Berührung tritt, und daß das Verfahren stoppt oder anhält, wenn die Elektrode von dem Werkstück getrennt wird.

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