DE2735317B2 - Datenspeichergerät mit einer flexiblen Speicherscheibe - Google Patents
Datenspeichergerät mit einer flexiblen SpeicherscheibeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Datenspeichertechnik und vorzugsweise auf Speichergeräte
mit einer flexiblen, durch eine starre Stabilisierplatte aerodynamisch stabilisierten Speicherscheibe,
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Datenspeichergeräte, in welchen eine flexible Speicherscheibe über und nahe einer flachen, feststehenden
Stabilisierplatte mit einer Geschwindigkeit rotieren, so daß sich zwischen Scheibe und Stabilisierplatte
ein Luftlagerfilm bildet sind bekannt Ein solches Gerät ist in der amerikanischen Patentschrift 31 78 719
eingehend beschrieben. Das Vorhandensein einer solchen Stabilisierplatte dient dazu, stabilisierenden
Einfluß auf die rotierende Scheibe auszuüben. Dadurch soll das Aufzeichnen und das Lesen von Daten auf bzw.
von einer Speicherscheibe durch einen Schreib/Lesekopf ermöglicht werden. Experimente haben jedoch
ergeben, daß die Einführung eines Kopfes in die Rotationsebene der flexiblen Speicherscheibc die
mechanische Stabilität der Scheibe stört und zwar derart daß zuverlässiges Aufzeichnen und Abspielen
der Daten nicht möglich ist Nach der genannten Patentschrift wird daher um den Kopf herum Unterdruck
erzeugt und so versucht die zur Signalübertragung notwendige Stabilität zu erzielen.
Damit ist aber noch keine Ideallösung für alle Probleme gefunden. Eine verbesserte Stabilisierung
einer flexiblen Speicherscheibe ist beispielsweise durch die im britischen Patent 13 82371 beschriebene
Anordnung angestrebt worden, in der die Scheibe über zwei schrägen Ebenen auf einem Luftkissen rotiert. Die
schrägen Ebenen gleichen einem symmetrischen Giebeldach, schließen aber zwischen sich statt des Giebels
einen Kanal zur Verschiebung eines Gleitschuhs mit Übertragerkopf ein. Die Scheibe erfährt daher in der
Mitte eine Biegung und ein Zugriffsmechanismus sorgt für die relative Bewegung von Scheibe und Gleitschuh
längs dem Kanal. Die erzielte Steifheit der Scheibe in der Biegung ist zwar günstig, aber die Stabilität der
Ränder weit ab von der Biegung ist weniger gut und kann zu Störungen führen.
In einen weiteren britischen Patent 14 12 286 wird eine Einrichtung beschrieben, in der die Stabilisierfläche
stetig rinnenförmig gekrümmt ist. Die Speicherscheibe erfährt so eine konkave Krümmung entlang einer in
eine Ebene abwickelbaren Fläche. Über der Scheibe ist ein bewegbarer Übertragerkopf angeordnet und von
unten ragt eine Drehachse mit Mitnehmer für die Scheibe durch die Stabilisierfläche hindurch. Diese
Anordnung kann als Prototyp der vorliegenden Erfindung betrachtet werden.
Damit sie die Erwartungen erfüllt, muß für genügend Luftzufuhr in den Raum zwischen Scheibe und
Stabilisierfläche gesorgt sein. Dies wird von unten um den Mitnehmer herum besorgt, was aber dann zu
Schwierigkeiten führen kann, wenn von oben ein Übertragerkopf Druck ausübt und dadurch diese
Luftzufuhr behindert. Gleichzeitig ist der mechanische Aufbau ziemlich aufwendig und eignet sich schlecht für
die Unterbringung in einer Speicherkassette.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher, mit einfachen Mitteln hohe Stabilität der rotierenden
Speicherscheibe bei genügender Luftzufuhr zur Bildung eines Luftkissens zu erreichen. Gleichzeitig soll die
Möglichkeit vorgesehen werden, die Erfindung als Bestandteil einer preisgünstigen Speicherkassette auszuführen.
Es wird daher ein Datenspeichergerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einer flexiblen
Speicherscheibe vorgeschlagen, die an einer angetriebenen Spindel drehbar befestigt über einem starren
Stabilisierelement angeordnet ist. Dieses Datenspeichergerät ist dadurch gekennzeichnet, daß zwecks
Versteifung der Speicherscheibe während der Rotation das Stabilisierelement aus einem flachen Mittelteil und
zwei Seitenteilen besteht, welche zusammen gegenüber der Speicherscheibe eine konkave Fläche bilden, wobei
die Scheibe zwei Biegungen entlang je einer Sehne ihres Krejsumfanges aufweist, daß im Mittelteil des Stabilisierelementes
ein länglicher Schlitz annähernd radial bezüglich der Scheibe eingelassen ist, daß ferner die
genannten Sehnen auf je einer Seite eines Scheibendurchmessers liegen, der durch den genannten Schlitz
und die Ach^e der Spindel verläuft, und daß schließlich
im Schlitz ein durch das Stabilisierelement hindurchragender Schreib-/Lesekopf in Wirkdistanz zur Speicherscheibe
verschiebbar angeordnet ist
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der prinzipiellen Lösung sind in den Unteransprüchen
niedergelegt
Die vorliegende Erfindung wird anschließend an Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen
genau erläutert. Es zeigt
F i g. 1 die perspektivische Ansicht eines Datenspeichergerätes mit einer flachen StabiJisierplatte,
F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A durch das Gerät von F i g. 1,
F i g. 3 eine typische topographische Darstellung der Oberfläche einer flexiblen Speicherscheibe bei Verwendung
in einem Gerät nach F · g. 1,
Fig.4 eine perspektivische Ansicht eines Datenspeichergerätes
mit einer erfindungsgemäß gebogenen Stabilisierplatte,
Fig.5 einen Querschnitt entlang der Linie A-A von
Fig. 4,
F i g. 6, 7 und 8 typische topographische Darstellungen der Oberfläche einer flexiblen Scheibe bei
Verwendung in einem Speichergerät nach F i g. 4 unter J5
Berücksichtigung verschiedener Lagen des Übertragerkopfes, und
Fig.9 einen Teilquerschnitt einer Speicherkassette,
in der eine flexible Scheibe über einer erfindungsgemäßen Stabilisierplatte schwebt.
Das in F i g. 1 und 2 gezeigte Datenspeichergerät umfaßt eine flexible Speicherscheibe 1 (in F i g. 1
gestrichelt angedeutet), die für die Rotation über und sehr nahe an einer flachen, starren Stabilisierplatte 3 an
einer Spindel 2 befestigt ist. In der Stabilisierplatte 3 ist ein länglicher Schlitz 4 vorgesehen, damit ein Schreib-/
Lesekopf 5 Daten auf der der Stabilisierplatte gegenüberliegenden Oberfläche der Scheibe 1 aufzeichnen
bzw. von dieser abfühlen kann. Ein Trägerarm β für den Kopf ist an einem nicht dargestellten Stellmechanismus
befestigt, der den Kopf im genannten Schlitz mit Bezug auf die Scheibe in radialer Richtung hin und her
bewegen kann. Während des Betriebes dreht sich die Scheibe 1 mit solcher Geschwindigkeit, daß zwischen
ihr und der Stabilisierplatte 3 ein Luftlagerfilm erzeugt wird. Die Kopfhalterung ist so angeordnet, daß der
Kopf 5 durch den Schlitz 4 hindurch in die Rotationsebene der Scheibe 1 hineinragt. Die Eindringtiefe
des Kopfes 5 in die Rotationsebene ist so gewählt, daß der Kopf nahe genug an der Scheibenoberfläche
liegt, um das Aufzeichnen oder Abfühlen von Daten auf der Scheibe zu erlauben. Ohne eine gewisse Eindringtiefe
des Kopfes würde ein relativ großer Abstand zwischen Kopf und Scheibe entstehen, der das
zuverlässige Aufzeichnen und Abfühlen von Daten verhindern würde. Vergrößerung der Eindringtiefe
hätte den wünschbaren Effekt, die Dicke des Luftlagerfilms zu reduzieren, aber aucn unerwünschterweise die
Aufwölbung der Scheibe ähnlich einem Zeltdach zu verursachen, die zur mechanischen Unstabilität beiträgt.
Um die Ursache dieser Unstabilität genau zu verstehen, wurde mit einem Mikroskop für Höhenmessung
und einer stroboskopischon Lichtquelle eine Höhenkarte der über der flachen Stabilisierplatte
schwebenden flexiblen Speicherscheibe hergestellt Die für diesen Zweck verwendete flexible Scheibe hat einen
Durchmesser von ungefähr 15 cm und eine Dicke von etwa 3,8 Hundertstelmillimeter. Die Scheibe war auf
einer Antriebsspindel mit einem Durchmesser von etwa 3,8 cm in einer Höhe von 0,25 mm über der Stabilisierplatte
befestigt Der Kopf ragte durch den Schlitz hindurch bis zu einer Höhe von 0,4 mm über die
Oberfläche der Stabilisierplatte auf. Die Rotationsgeschwindigkeit der Platte betrug 1500 Umdrehungen pro
Minute.
Die so aufgezeichnete Höhenkarte ist in Fig.3 dargestellt und darin sind die Höhen über der
Stabilisierplatte in Millimetern eingetragen. Alle darin enthaltenen Bezugsziffern bezeichnen dieselben Teile
wie in der vorhergehenden Figur. Aus dieser Höhenkarte ist ersichtlich, daß die Wirkung des Schlitzes 4 in der
Stabilisierplatte und die Eindringtiefe des Kopfes 5 in die Rotationsebene der Scheibe 1 eine zeltdachähnliche
Verformung erzeugen, die sich über einen beachtlichen Bereich der Plattenoberfläche erstreckt Außerdem
kann beobachtet werden, daß der Plattenrand sich nicht in einer einzelnen Ebene bewegt, sondern ziemlich
großen Auslenkungen unterworfen ist, die sich praktisch fortlaufend ändern. Es wird angenommen, daß dieses
Flattern an der Kante sehr viel zur mechanischen Unstabilität der Scheibe beiträgt Schließlich sieht man,
daß das Anheben der Scheibe aus der normalen Höhe von 0,25 mm in Bewegungsrichtung vor dem Kopf 5 auf
eine Höhe von 0,4 mm an dem vorbeilaufenden Kopf auf einer sehr kurzen Strecke erfolgt, während nach dem
Durchgang am Kopf die Scheibe ihre normale Höhe erst nach etwa 3Λ einer Umdrehung wieder gewinnt.
Dies bedeutet, daß die Topographie über dem Kopf nicht symmetrisch ist, weshalb der Kopf für zuverlässiges
Aufzeichnen und Abfühlen von Daten oft nicht nahe genug an der Scheibenoberfläche liegt
Das Zusammenwirken dieser Nachteile vermindert die Zuverläss;gkeit des Gerätes in unzulässiger Weise.
Daher wurde beschlossen, der Scheibe in der Nähe des Schlitzes mit dem Übertragerkopf durch Biegungen in
der Stabilisierplatte eine gewisse Steifheit zu verleihen. Mehrere Ausführungen sind geprüft und aus verschiedenen
Gründen fallen gelassen worden. Beispielsweise ist in einer Anordnung die Stabilisierplatte so gebogen
worden, daß die Scheibe sich über einer konvexen Oberfläche befand. Dabei ist entdeckt worden, daß bei
Zugriff des Kopfes an der Unterseite der Scheibe durch einen Schlitz in der Stabilisierplatte die zusätzliche vom
Kopf erzeugte Kraft, wenn dieser in die Rotationsebene der Scheibe eindringt, die Scheibe von der Stabilisierplatte
wegzudrücken droht. Diese Kraft unterstützt durch die Zentrifugalkraft, welche ebenso die Scheibe
von der konvexen Oberfläche abzuheben droht, ist groß genug, die durch den Luftstrom zwischen Scheibe und
Stabilisierplatte erzeugte Anziehungskraft zu überwinden. Dadurch hoben die Ränder der Scheibe soweit von
der Platte ab, daß die gewünschte Steifheit der Scheibe nichi erreicht war.
Es ist daher beschlossen worden, die Scheibe über einer Stabilisierplatte mit konkav gebogener Oberfläche
drehen zu lassen. Eine konkave Oberfläche kann
theoretisch dadurch geformt werden, daß die Stabilisierplatte im Querschnitt als Teil eines Zylinders ausgeführt
wird. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß die stetig gebogene Stabilisierplatte der Scheibe so große Steife
verleiht, daß deren Ränder vorallem im oberen gebogenen Teil zur Berührung mit der Stabilisierplatte
gebracht werden. Deshalb ist diese Anordnung als unpraktisch abgelehnt und eine andere Lösung gesucht
worden. Nachstehend wird nun die endgültig gewählte Anordnung beschrieben.
Die Fig.4 und 5 zeigen skizzenhaft ein Datenspeichergerät
mit einer als konkave Leitfläche gebogenen Stabilisierplatte. Wie vorher umfaßt das Gerät eine
15 cm messende flexible Scheibe 1 (in F i g. 4 gestrichelt
angedeutet), die für die Rotation in geringer Höhe über der starren Stabilisierplatte 3 an einer Spindel 2
befestigt ist. Wieder ist ein länglicher Schlitz 4 vorgesehen, der durch die Stabilisierplatte 3 hindurch
einem an einem Trägerarm 6 befestigten Schreib-/Lesekopf 5 den Zugriff zur Unterseite der Scheibe
ermöglicht. Die Stabilisierplatte jedoch ist in diesem Gerät entlang zwei Linien 7 und 8 in Richtung zur
Scheibe gebogen, so daß in derselben entsprechende Biegungen entlang zwei Sehnen verursacht werden. Die
Biegungen in der Stabilisierplatte sind je auf einer Seite einer Durchmesserlinie angeordnet, welche durch den
Schlitz 4 und die Rotationsachse der Scheibe 1 verläuft. Das Anordnen der Biegungen in der Platte scheint nicht
kritisch zu sein. Sie können parallel oder nicht parallel sein, sie können mit Bezug auf den Schlitz symmetrisch
oder asymmetrisch angeordnet werden. Der Zweck der Biegungen ist lediglich, der flexiblen Platte in der Nähe
des Schlitzes für den Kopf Steifheit zu verleihen, um das Ausmaß der Aufwölbung durch das Eindringen des
Kopfes zu begrenzen, was sonst zu mechanischen Unstabilität der Scheibe beitragen wurden. Ferner ist es
von Vorteil, wenn die Verformung der Scheibe durch Aufwölbung in der Umgebung des Kopfes symmetrisch
ist, da es wichtig erscheint, den Kopf für zuverlässiges Aufzeichnen und Abfühlen von Daten nahe an der
Scheibe zu halten. Dies bedeutet, daß die Höhenlinien in der Nähe des Kopfes im Schlitz vorzugsweise
konzentrische Kreise sein sollen, in deren Zentrum der Schreib-/Lesekübertrager liegt Die hier beschriebene
Art der Biegung der Scheibe erbringt diesen Vorteil, wie später noch anhand der F i g. 6, 7 und 8 gezeigt werden
wird.
In der bevorzugten Ausführung entsprechend den F i g. 4 und 5 sind die Biegungen in der Stabilisierplatte
ziemlich nahe beim Schlitz 4 für den Übertragerkopf angeordnet In der optimalen Lage liegen die Biegungen
nahe genug beisammen, um die Ausdehnung der Aufwölbung der Scheibe auf einen kleinen Bereich zu
begrenzen, und genügend weit auseinander, um der Scheibe trotzdem beidseitig des Schlitzes zwischen den
Biegungen eine ebene Leitfläche anzubieten. Der Durchmesser der Scheibenbefestigungsnabe, der wieder
etwa 3,8 cm beträgt bedeutet eine Begrenzung des kleinsten Abstandes zwischen den Biegungen in der
Nähe der Spindel. Die Abmessungen des in den F i g. 4 und 5 gezeigten Gerätes sind so, daß die Biegelinien 7
und 8 der Platte nicht parallel sind, wobei die dem Schlitz nächstliegcnden Enden am Scheibenumfang
1$ cm weit auseinander liegen und der Abstand am
anderen Ende der Linien etwa 9 cm am Umfang der Scheibe beträgt Obwohl unterschiedliche Formen von
Stabilisierplatten denkbar sind, die in flexiblen Scheiben Biegungen entlang Sehnenlinien erzeugen, stellen die
eben beschriebenen nicht parallelen Biegungen eine bevorzugte Ausführung dar.
Es sind auch Experimente mit Biegungen der Stabilisierplatte in unterschiedlichen Winkeln λ gemäß
F i g. 5 angestellt worden. Mit dem beschriebenen Gerät sind zufriedenstellende Ergebnisse bei einem Winkel tx
zwischen 8° und 20° erzielt worden wobei das Optimum bei λ = 14° ± 4° liegt. Es muß aber unterstrichen
werden, daß die Experimente nicht erschöpfend waren
ίο und daher erwartet werden muß, daß diese Zahlen für
andere Geräte abweichen werden, wenn beispielsweise Scheiben mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet
werden.
Die Verwendung einer Stabilisierplatte, die Biegungen gemäß der vorangegangenen Beschreibung aufweist,
ist völlig zufriedenstellend. Die flexible Scheibe dreht sich sehr stabil und zuverlässiges Aufzeichnen und
Abfühlen von Daten kann durchgeführt werden. Die Wirkung der Biegungen auf die Schwebehöhe der
Scheibe über der Stabilisierplatte ist in den F i g. 6,7 und 8 dargestellt, wobei der Kopf 5 in drei verschiedenen
Lagen gezeigt wird. In der F i g. 6 liegt der Kopf 5 am weitesten innen in der Nähe der Scheibenspindel. In der
F i g. 7 liegt er in einer mittleren Position, und in der F i g. 8 wird er in seiner äußersten Lage in der Nähe des
Scheibenumfanges gezeigt Es ist dieselbe Scheibe verwendet worden, mit welcher die in F i g. 3 dargestellten
Höhenlinien während der Drehung über einer ebenen Stabilisierplatte ermittelt worden sind, wobei
aber jetzt die Scheibe etwas niedriger in einer Höhe von etwa 0,2 mm über der Stabilisierplatte befestigt war. Die
Drehgeschwindigkeit ist dieselbe: 1500 Umdrehungen pro Minute.
Die in den F i g. 6, 7 und 8 gezeigten Ergebnisse mit einer gebogenen Stabilisierplatte weisen eine erhebliche
Verbesserung gegenüber der ebenen Platte von F i g. 3 auf. In allen Fällen ist die Aufwölbung auf einen
sehr kleinen Bereich beschränkt und die Übertragervorrichtung liegt im wesentlichen in der Mitte einer
annähernd kreisförmigen Höhenlinie. Es wird hier noch darauf hingewiesen, daß die Biegungen bei 7 und 8 in
den Figuren als dünne Linien dargestellt sind, praktisch aber einen Radius aufweisen. Der größte Vorzug dieser
Anordnung gegenüber einer ebenen Stabilisierplatte kann aus den Diagrammen nicht erkannt werden.
Während eine Scheibe, die sich über einer ebenen Stabilisierplatte dreht, ohne Unterbruch flattert,
schwebt eine Scheibe über einer Stabilisierplatte mit den beschriebenen Biegungen sehr stabil, auch wenn
so gewisse Höhenlinien als Folge der Aufwölbung den Scheibenumfang schneiden.
Die F i g. 9 zeigt eine gebogene Stabilisierplatte 3 und eine flexible Scheibe 1, die Bestandteile einer Kassette 9
sind, welche ihrerseits trennbar mit einer Spindel 2 einer Antriebseinheit 10 verbunden ist Die Stabilisierplatte
ist fest in der Kassette eingebaut oder kann selber als Basis einer Kassette dienen. Die Scheibennabe 11
umfaßt einen Stahlring 12, der beim Einsatz auf einem
Antrieb mit einer magnetischen Aufspannvorrichtung 13 zusammen wirkt die ihrerseits auf der Antriebsspindel
2 sitzt Eine kreisförmige Rippe 14 und eine Schulter 15 innerhalb der Kassette 9 begrenzen die Bewegung
der Scheibennabe 11 in der Kassette, wenn diese nicht
auf einer Antriebseinheit 10 eingesetzt ist Wenn auch die Randpartien der Stabilisierplane aus den angegebenen
Gründen vorzugsweise flach sind, so können sie doch etwas abwärts gebogen werden, wie dies in F i g. 9
gestrichelt eingezeichnet ist um die Gesamthöhe der
Kassette etwas zu verkleinern.
Das Datenspeichergerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann in jeder Lage betrieben werden
einschließlich dann, wenn es auf dem Kopf steht. Bei bestimmten Werkstoffen für die Scheibe besteht die
Neigung, daß die Scheibe bei Betriebsbeginn an der
Stabilisierplatte haften bleibt. Wenn dieses Problem auftritt, kann es einfach dadurch gelöst werden, daß die
Stabilisierplatte beispielsweise durch Sandstrahlen leicht aufgerauht wird. Die Rauhheiten schließen dann
kleine Luftmengen zwischen der stillstehenden Scheibe und der Stabilisierplatte ein.
Hierzu 7 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Datenspeichergerät mit einer flexiblen Speicherscheibe, die an einer angetriebenen Spindel
drehbar befestigt über einem starren Stabilisierelement angeordnet ist, wobei die flexible Speicherscheibe
über dem Stabilisierungselement eine Krümmung erfährt und ein Schreib-/Lesekopf von
der konvexen Seite Zugriff zur Speicherscheibe hat und radial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß zwecks Versteifung der Speicherscheibe (1) während der Rotation das Stabilisierelement
(3) aus einem flachen Mittelteil und zwei Seitenteilen- besteht, welche zusammen gegenüber
der Speicherscheibe (1) eine konkave Fläche bilden, wobei die Scheibe (1) zwei Biegungen entlang je
einer Sehne (7,8) ihres Kreisumfanges aufweist, daß im Mittelteil des Stabilisierelementes (3) ein
länglicher Schlitz (4) annähernd radial bezüglich der Scheibe (1) eingelassen ist daß ferner die genannten
Sehnen (7,8) auf je einer Seite eines Scheibendurchmessers liegen, der durch den genannten Schlitz (4)
und die Achse der Spindel (2) verläuft und daß schließlich im Schlitz (4) der Schreib-/Lesekopf (5) in
Wirkdistanz zur Speicherscheibe (1) durch das Stabilisierungselement (3) hindurchragend angeordnet
ist
2. Datenspeichergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Stabilisierelement (3) aus
einer Platte besteht die entlang der zwei Sehnen (7, 8) in gleicher Richtung gebogen ist und dadurch die
genannte konkave Fläche aus Mittelteil und zwei Seitenteilen bildet.
3. Datenspeichergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenteile des
Stabilisierelementes (3) ihrerseits flach sind.
4. Datenspeichergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß beide
Seitenteile des Stabilisierelemeiites (3) je um einen
Winkel (λ) von zwischen 8° und 20° vom Mittelteil abgebogen sind.
5. Datenspeichergerät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden
der genannten Sehnen (7, 8) in der Nähe des Schlitzes (4) näher beisammen liegen als die «
entgegengesetzten Enden.
6. Datenspeichergerät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem
Schlitz näheren Enden der Sehnen (7, 8) dem genannten Scheibendurchmesser näher liegen als die
entgegengesetzten Enden.
7. Datenspeichergerät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
Sehnen (7, 8) beidseits des genannten Scheibendurchmessers einander spiegelbildlich gegenüberliegen.
8. Datenspeichergerät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible
Speicherscheibe (1) und das starre Stabilisierelement (3) Bestandteile einer Speicherkassette sind.
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