EP0242604A2 - 5/3-Ventil - Google Patents

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EP0242604A2
EP0242604A2 EP87104125A EP87104125A EP0242604A2 EP 0242604 A2 EP0242604 A2 EP 0242604A2 EP 87104125 A EP87104125 A EP 87104125A EP 87104125 A EP87104125 A EP 87104125A EP 0242604 A2 EP0242604 A2 EP 0242604A2
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EP
European Patent Office
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valve
control
pressure medium
connection
connections
Prior art date
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EP87104125A
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English (en)
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Inventor
Rainer Teltscher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Danfoss Fluidtechnik GmbH
Original Assignee
Concordia Fluidtechnik GmbH
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Publication date
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    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0405—Valve members; Fluid interconnections therefor for seat valves, i.e. poppet valves
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/86493—Multi-way valve unit
    • Y10T137/86574—Supply and exhaust
    • Y10T137/86622—Motor-operated
    • Y10T137/8663—Fluid motor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/87169—Supply and exhaust
    • Y10T137/87217—Motor
    • Y10T137/87225—Fluid motor

Definitions

  • the invention relates to a 5/3 valve according to the preamble of claim 1.
  • 5/3 valves have five connections (one pressure medium supply connection, two consumer connections and two pressure medium discharge connections) and can take up three switching positions (in the one alternative, the pressure medium supply connection is connected to both consumer connections in the first switching position, in the second switching position only to one consumer connection and in the third switching position only with the other consumer connection; in a second variant, in the first switching position both consumer connections are connected to the associated pressure medium discharge connections, in the second switching position only one consumer connection and in the third switching position only the other consumer connection).
  • the previously known 5/3 valves are designed as slide valves.
  • the control device which is displaceable in the valve housing, contains an elongated valve body which has a plurality of control surfaces and which produces the connections mentioned in the three switching positions.
  • the main disadvantage of these known 5/3 valves, designed as slide valves, is their high manufacturing costs and their relatively short life.
  • the invention is therefore based on the object of developing a 5/3 valve which is distinguished by a particularly simple construction, a long service life and a small space requirement.
  • the invention therefore realizes for the first time a slide valve as a 5/3 valve. It is characterized by a particularly simple and space-saving design, it being of particular importance for the economical production that largely basic elements of known 3/2 valves can be used. Another advantage is the long service life in comparison to slide valves, which can be achieved by designing the valve according to the invention as a slide seat valve.
  • the invention is illustrated in the drawing, for example. 1 and 2 each show a section through an embodiment of the valve according to the invention.
  • the valve housing 1 of the 5/3 valve shown in FIG. 1 contains a central bore 2 into which cross bores 3, 4, 5, 6 and 7 open.
  • the cross bore 3 forms a pressure medium supply connection P
  • the cross bores 4 and 5 are consumers Connections A and B
  • the transverse bores 6 and 7 represent pressure medium discharge connections R and S.
  • the chambers of the bore 2, into which the transverse bores 3 to 7 open, are designated 8 to 12.
  • the bore 2 is closed at both ends by covers 13 and 14, respectively.
  • Another bore 15 running in the longitudinal direction of the valve housing 1 is connected to the chamber 8 through a bore 16 and is closed near its ends by a ball 17, 18 each.
  • the regions 15a, 15b of the bore 15 located outside the balls 17, 18 open into chambers 19, 20.
  • control bodies 21, 21 ⁇ which are of the same design, so that only the control body 21 is described in detail below (the corresponding parts of the control body 21 ⁇ are denoted by the same reference numerals, with the addition of a dash ).
  • the control body 21 carries a one-piece sealing element 22, which forms two sealing surfaces 22a, 22b.
  • the sealing surface 22a interacts with a valve seat 23 and the sealing element 22b with a valve seat 24.
  • control body 21 is connected to a control piston 25, which carries a sealing element 26 on its circumference and is guided so as to slide in the outer region of the bore 2.
  • the inner end 27 of the control body 21 is provided with a bore 27a, into which a guide pin 28 engages in a form-fitting manner but in a slidable manner.
  • a guide pin 28 engages in a form-fitting manner but in a slidable manner.
  • the two control bodies 21, 21 ⁇ are slidably connected at their mutually facing inner ends, so that they can be moved independently of one another.
  • pilot control elements 29, 29 ⁇ which are of the same design, so that the description of the pilot control element 29 is sufficient (here too, corresponding parts of the pilot control element 29 ⁇ are identified by the same reference numerals, with the addition of a dash).
  • the pilot element 29 is a 3/2 valve with three connections and two positions. It contains a movable valve body 31 in a valve housing 30, which can be moved between an upper and lower switching position by means of a magnetic coil 32. In the lower switching position shown in FIG. 1, the valve body 31 closes a bore 34 adjoining the bore 15 with a sealing element 33, while the connection between a bore 35 adjoining the region 15a and a vent bore 36 is released. In the upper switching position, however, a sealing element 37 closes the vent hole 36, while the connection between the holes 34 and 35 is released.
  • the two pilot elements 29, 29 ⁇ are not actuated.
  • the chambers 19, 20 are consequently vented through the holes 35, 36 and 35 ⁇ , 36 ⁇ .
  • the air pressure present in the chambers 8, 9 and 10 presses the two control bodies 21, 21 ⁇ outwards, so that the sealing surfaces 22a, 22 ⁇ a rest sealingly on the valve seats 23, 23 ⁇ .
  • the pressure medium supply connection P is thus connected to the two consumer connections A and B.
  • the control body 21 ⁇ is moved to the left in a corresponding manner by the control piston 25 ⁇ , so that the consumer connection A is shut off from the pressure medium supply connection P and connected to the pressure medium discharge connection R.
  • the basic position of the pilot control elements 29, 29 ⁇ and accordingly the basic position of the control bodies 21, 21 ⁇ is different in FIG. 2.
  • the ventilation bores 36, 36 ⁇ of the pilot control elements 29, 29 ⁇ are closed by the sealing elements 37, 37,, whereas the bores 34, 35 and 34 ⁇ , 35 ⁇ are connected to one another.
  • the chambers 19, 20 are consequently ventilated, so that the control pistons 25, 25 ⁇ push the control bodies 21, 21 ⁇ inwards.
  • the control bodies 21, 21 ⁇ therefore release the connection between the two consumer ports A and B with the associated pressure medium discharge ports R and S.
  • the control body 21 moves to the left out, so that the consumer port B is connected to the pressure medium supply port P.
  • the connection between the consumer connection A and the pressure medium supply connection P is established when the pilot control element 29zuf is actuated.
  • the pressure medium supply to the chambers 19, 20 does not necessarily have to take place via the pilot elements 29 or 29 ⁇ shown, but can also be derived from another controllable pressure medium source.
  • the basic position of the two pilot control elements 29, 29 ⁇ is present, for example, when the solenoid 32 is supplied with current.
  • the pilot control element is then actuated or switched over by a power interruption.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein 5/3-Ventil, das zwei im Ventilgehäuse axial hintereinander angeordnete, gesondert ansteuerbare Steuerkörper enthält, die unabhängig voneinander verschiebbar sind und je zwei Dichtflächen tragen, die in den beiden Endstellungen des betreffenden Steuerkörpers mit einem zugehörigen Ventilsitz des Ventilgehäuses in Eingriff stehen. Ein derartiges 5/3-Ventil zeichnet sich durch eine sehr einfache Bauweise, einen gedrängten Raumbedarf und eine lange Lebensdauer aus.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein 5/3-Ventil entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • 5/3-Ventile besitzen fünf Anschlüsse (einen Druck­mittelzuführanschluß, zwei Verbraucheranschlüsse sowie zwei Druckmittelabführanschlüsse) und können drei Schaltstellungen einnehmen (bei der einen Alternative ist in der ersten Schaltstellung der Druckmittelzuführanschluß mit beiden Verbraucher­anschlüssen verbunden, in der zweiten Schaltstellung nur mit dem einen Verbraucheranschluß und in der dritten Schaltstellung nur mit dem anderen Ver­braucheranschluß; bei einer zweiten Variante sind in der ersten Schaltstellung beide Verbraucher­anschlüsse mit den zugehörigen Druckmittelabführ­anschlüssen verbunden, in der zweiten Schaltstellung nur der eine Verbraucheranschluß und in der dritten Schaltstellung nur der andere Verbraucheranschluß).
  • Die bisher bekannten 5/3-Ventile sind als Schieber­ventile ausgebildet. Dabei enthält die im Ventil­gehäuse verschiebbare Steuereinrichtung einen lang­gestreckten Ventilkörper, der mehrere Steuerflächen aufweist und in den drei Schaltstellungen die ge­nannten Verbindungen herstellt. Der wesentliche Nachteil dieser als Schieberventile ausgeführten, bekannten 5/3-Ventile liegt in ihren hohen Her­stellungskosten und der verhältnismäßig kurzen Lebensdauer.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein 5/3-Ventil zu entwickeln, das sich durch eine besonders einfache Bauweise, eine hohe Lebens­dauer und einen geringen Raumbedarf auszeichnet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­zeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
  • Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Durch die Erfindung wird damit erstmals ein Schieber­sitzventil als 5/3-Ventil verwirklicht. Es zeichnet sich durch eine besonders einfache und raumsparende Bauweise aus, wobei für die kostengünstige Her­stellung vor allem von Bedeutung ist, daß weit­gehend Grundelemente bekannter 3/2-Ventile Ver­wendung finden können. Vorteilhaft ist auch die im Vergleich zu Schieberventilen hohe Lebens­dauer, die sich durch die Ausbildung des erfindungs­gemäßen Ventiles als Schiebersitzventil erreichen läßt.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht. Die Fig. 1 und 2 zeigen je einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungs­gemäßen Ventiles.
  • Das Ventilgehäuse 1 des in Fig. 1 dargestellten 5/3-Ventiles enthält eine zentrale Bohrung 2, in die Querbohrungen 3, 4, 5, 6 und 7 einmünden. Dabei bildet die Querbohrung 3 einen Druckmittelzuführan­schluß P, die Querbohrungen 4 und 5 stellen Verbraucher­ anschlüsse A und B und die Querbohrungen 6 und 7 Druckmittelabführanschlüsse R und S dar. Die Kammern der Bohrung 2, in die die Querbohrungen 3 bis 7 einmünden, sind mit 8 bis 12 bezeichnet.
  • Die Bohrung 2 ist an ihren beiden Enden durch Deckel 13 bzw. 14 abgeschlossen. Eine weitere, in Längs­richtung des Ventilgehäuses 1 verlaufende Bohrung 15 ist durch eine Bohrung 16 mit der Kammer 8 ver­bunden und nahe ihren Enden durch je eine Kugel 17, 18 abgeschlossen. Die außerhalb der Kugeln 17, 18 befindlichen Bereiche 15a, 15b der Bohrung 15 münden in Kammern 19, 20.
  • In der Bohrung 2 des Ventilgehäuses 1 befinden sich zwei Steuerkörper 21, 21ʹ, die gleich aus­gebildet sind, so daß im folgenden lediglich der Steuerkörper 21 im einzelnen beschrieben wird (die entsprechenden Teile des Steuerkörpers 21ʹ sind mit gleichen Bezugszeichen, unter Hinzufügung eines Striches, bezeichnet).
  • Der Steuerkörper 21 trägt ein einstückig ausgebildetes Dichtungselement 22, das zwei Dichtflächen 22a, 22b bildet. Die Dichtfläche 22a wirkt mit einem Ventil­sitz 23 und das Dichtelement 22b mit einem Ventil­sitz 24 zusammen.
  • Am äußeren Ende ist der Steuerkörper 21 mit einem Steuerkolben 25 verbunden, der an seinem Umfang ein Dichtungselement 26 trägt und gleitbeweglich im äußeren Bereich der Bohrung 2 geführt ist.
  • Das innere Ende 27 des Steuerkörpers 21 ist mit einer Bohrung 27a versehen, in die ein Führungs­stift 28 formschlüssig, jedoch gleitbeweglich eingreift. Durch den Führungsstift 28 sind die beiden Steuerkörper 21, 21ʹ an ihren einander zugewandten inneren Enden gleitbeweglich verbunden, so daß sie unabhängig voneinander verschiebbar sind.
  • Es sind weiterhin zwei Vorsteuerelemente 29, 29ʹ vorgesehen, die gleichartig ausgebildet sind, so daß die Beschreibung des Vorsteuerelementes 29 genügt (auch hier sind entsprechende Teile des Vorsteuerelementes 29ʹ mit den gleichen Bezugs­zeichen, unter Hinzufügung eines Striches, be­zeichnet).
  • Das Vorsteuerelement 29 ist ein 3/2-Ventil mit drei Anschlüssen und zwei Stellungen. Es enthält in einem Ventilgehäuse 30 einen beweglichen Ventil­körper 31, der mittels einer Magnetspule 32 zwischen einer oberen und unteren Schaltstellung beweglich ist. In der in Fig. 1 dargestellten unteren Schalt­stellung verschließt der Ventilkörper 31 mit einem Dichtungselement 33 eine an die Bohrung 15 an­schließende Bohrung 34, während die Verbindung zwischen einer an den Bereich 15a angrenzenden Bohrung 35 zu einer Entlüftungsbohrung 36 freige­geben ist. In der oberen Schaltstellung ver­schließt dagegen ein Dichtungselement 37 die Ent­lüftungsbohrung 36, während die Verbindung zwischen den Bohrungen 34 und 35 freigegeben ist.
  • Die Funktion des 5/3-Ventiles gemäß Fig. 1 ist folgendermaßen (wobei als Druckmittel Druckluft angenommen ist):
  • In der veranschaulichten Grundstellung sind die beiden Vorsteuerelemente 29, 29ʹ nicht betätigt. Die Kammern 19, 20 sind infolgedessen über die Boh­rungen 35, 36 bzw. 35ʹ, 36ʹ entlüftet. Der in den Kammern 8, 9 und 10 vorhandene Luftdruck drückt die beiden Steuerkörper 21, 21ʹ nach außen, so daß die Dichtflächen 22a, 22ʹa auf den Ventil­sitzen 23, 23ʹ dichtend aufliegen. Damit ist der Druckmittelzuführanschluß P mit den beiden Ver­braucheranschlüssen A und B verbunden.
  • Wird nun beispielsweise das Vorsteuerelement 29 betätigt, so daß die Entlüftungsbohrung 36 ver­schlossen und die Verbindung zwischen den Bohrungen 34 und 35 hergestellt wird, so gelangt Druckluft aus der zentralen Kammer 8 in die Kammer 19 und drückt damit über den Steuerkolben 25 den Steuer­körper 21 nach rechts, so daß sich die Dichtfläche 22b auf den Ventilsitz 24 auflegt. Damit ist nun der Verbraucheranschluß B vom Druckmittelzuführ­anschluß P abgesperrt und mit dem zugehörigen Druckmittelabführanschluß S verbunden.
  • Wird das Vorsteuerelement 29ʹ betätigt, so wird in entsprechender Weise durch den Steuerkolben 25ʹ der Steuerkörper 21ʹ nach links bewegt, so daß der Ver­braucheranschluß A vom Druckmittelzuführanschluß P abgesperrt und mit dem Druckmittelabführanschluß R verbunden wird.
  • Die beiden im Ventilgehäuse 1 axial hintereinander angeordneten Steuerkörper 21, 21ʹ sind somit durch die Vorsteuerelemente 29, 29ʹ gesondert ansteuer­bar und unabhängig voneinander zwischen zwei End­stellungen verschiebbar. Dabei steuert der Steuer­körper 21 die Verbindung des Verbraucheranschlusses B und der Steuerkörper 21ʹ die Verbindung des Ver­braucheranschlusses A.
  • Bei der in Fig. 2 dargestellten Variante sind die gleichen Bauelemente mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen.
  • Unterschiedlich ist in Fig. 2 die Grundstellung der Vorsteuerelemente 29, 29ʹ und demgemäß auch die Grundstellung der Steuerkörper 21, 21ʹ. In der in Fig. 2 veranschaulichten Grundstellung sind die Entlüftungsbohrungen 36, 36ʹ der Vorsteuer­elemente 29, 29ʹ durch die Dichtungselemente 37, 37ʹ verschlossen, dagegen die Bohrungen 34, 35 bzw. 34ʹ, 35ʹ miteinander verbunden. Die Kammern 19, 20 sind infolgedessen belüftet, so daß die Steuerkolben 25, 25ʹ die Steuerkörper 21, 21ʹ nach innen drücken. In dieser bei Nichtbetätigung der Vorsteuerelemente 29, 29ʹ vorhandenen Grund­stellung geben daher die Steuerkörper 21, 21ʹ die Verbindung zwischen den beiden Verbraucheran­schlüssen A und B mit den zugehörigen Druckmittel­abführanschlüssen R und S frei.
  • Wird nun beispielsweise das Vorsteuerelement 29 betätigt, so wird der Steuerkörper 21 nach links geführt, so daß der Verbraucheranschluß B mit dem Druckmittelzuführanschluß P verbunden wird. In entsprechender Weise wird bei einer Betätigung des Vorsteuerelementes 29ʹ die Verbindung zwischen dem Verbraucheranschluß A und dem Druckmittelzu­führanschluß P hergestellt.
  • Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Druckmittel­versorgung der Kammern 19, 20 (zur Betätigung der Steuerkolben 25, 25ʹ) nicht unbedingt über die dar­gestellten Vorsteuerelemente 29 bzw. 29ʹ erfolgen muß, sondern auch von einer anderen steuerbaren Druckmittelquelle abgeleitet werden kann.
  • Die Grundstellung der beiden Vorsteuerelemente 29, 29ʹ ist beispielsweise dann vorhanden, wenn die Magnet­spule 32 mit Strom beaufschlagt ist. Eine Betätigung bzw. ein Umschalten des Vorsteuerelementes erfolgt dann durch Stromunterbrechung.

Claims (7)

1. 5/3-Ventil, enthaltend
a) ein Ventilgehäuse (1) mit einem Druckmittel­zuführanschluß (P), zwei Verbraucheranschlüssen (A, B) sowie zwei Druckmittelabführanschlüssen (R, S),
b) eine im Ventilgehäuse (1) verschiebbare Steuer­einrichtung, die je nach ihrer Stellung die Verbraucheranschlüsse (A, B) entweder mit dem Druckmittelzuführanschluß (P) oder mit dem zugehörigen Druckmittelabführanschluß (R bzw. S) verbindet,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
c) die Steuereinrichtung enthält zwei im Ventil­gehäuse (1) axia1 hintereinander angeordnete, gesondert ansteuerbare Steuerkörper (21, 21ʹ), die unabhängig voneinander zwischen zwei End­stellungen verschiebbar sind und von denen der eine Steuerkörper (21ʹ) die Verbindung des ersten Verbraucheranschlusses (A) und der andere Steuerkörper (21) die Verbindung des zweiten Verbraucheranschlusses (B) steuert;
d) die beiden Steuerkörper (21, 21ʹ) sind mit je zwei Dichtflähen (22a, 22b bzw. 22ʹa, 22ʹb) versehen, die in den beiden Endstellungen des betreffenden Steuerkörpers mit einem zuge­hörigen Ventilsitz (23, 24 bzw. 23ʹ, 24ʹ) des Ventilgehäuses in Eingriff stehen.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerkörper (21, 21ʹ) an den einander zugewandten inneren Enden in einer Formschluß-Gleitverbindung stehen.
3. Ventil nach Anspruch, 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerkörper (21, 21ʹ) an ihrem äußeren Ende mit je einem im Ventilgehäuse (1) geführten Steuerkolben (25, 25ʹ) verbunden sind.
4. Ventil nach Anspruch, 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dichtflächen (22a, 22b bzw. 22ʹa, 22ʹb) jedes Steuerkörpers (21, 21ʹ) durch ein einstückig ausgebildetes Dichtungselement (22, 22ʹ) gebildet werden.
5. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Steuerkörpern (21, 21ʹ) als Vor­steuerelement (29, 29ʹ) je ein 3/2-Ventil mit drei Anschlüssen und zwei Stellungen zugeordnet ist.
6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der bei Nichtbetätigung der Vorsteuerele­mente (29, 29ʹ) vorhandenen Grundstellung der Steuerkörper (21, 21ʹ) der Druckmittelzuführ­anschluß (P) mit den beiden Verbraucheran­schlüssen (A, B) verbunden ist (Fig. 1).
7. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der bei Nichtbetätigung der Vorsteuer­elemente (29, 29ʹ) vorhandenen Grundstellung der Steuerkörper (21, 21ʹ) die beiden Ver­braucheranschlüsse (A, B) mit den zugehörigen Druckmittelabführanschlüssen (R, S) verbunden sind.
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