EP0591837B1 - Magnetsystem für Konuslautsprecher in Leichtbauweise - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to the design of magnet systems for cone loudspeakers, in particular to the weight reduction of magnet systems in long-stroke cone loudspeakers.
- Cone loudspeakers are largely known in terms of their structure and mode of operation in the prior art, so that further discussion is not necessary at this point.
- the magnet system of such cone loudspeakers is conventionally formed by an annular permanent magnet, an upper and a lower pole plate and a pole core.
- the pole core is placed centrally on the lower pole plate and is surrounded at a distance by the ring-shaped permanent magnet, the circular surface of which is also connected to the lower pole plate.
- On the other circular surface of the permanent magnet is the upper, also circular, pole plate put on.
- the overall length of the pole core is dimensioned such that the free end of the pole core, which is not connected to the lower pole plate, is flush with the upper pole plate when the magnet system is mounted, the inner edge of the upper pole plate surrounding the pole core at a distance.
- the voice coil connected to the loudspeaker diaphragm is immersed.
- the permanent magnets formed from ferrite material which are given the required shape during manufacture in the sintering process, all other components of the magnet system are either stamped or extruded.
- magnet systems are known in the high and midrange range, which are under construction differ from the aforementioned magnet systems.
- Magnet systems of this type have a magnetic pot, on the bottom of which the pole core is placed centrally to the loudspeaker axis.
- the pole core is formed from a magnetically high-energy material, which is known under the name neodymium.
- the end of the pole core which is not connected to the pot bottom is provided with an upper pole plate which has a diameter which exceeds the diameter of the pole core.
- the height of the pot rim is matched to the height of the pole core and the pole plate.
- the rim of the pot and the components (pole core and pole plate) arranged in the pot have the same height level.
- the air gap of the magnet system is formed between the top edge of the pot and the pole plate, since the two components maintain a distance from one another.
- the upper part of the pot edge that is to say the part which is opposite the pole plate, can also be formed in a pole shape, in which this region of the pot edge projects into the interior of the pot.
- Magnet systems of this type have the advantage that, compared to comparable loudspeakers with permanent magnets in exclusive ferrite formation, they can be made significantly lighter. The latter, however, only applies to those magnet systems that work in the short stroke range. These are mainly tweeters and midrange speakers. This is due to the fact that despite the outstanding properties of neodymium, the required induction in the air gap is only suitable for narrow winding widths of the voice coil.
- the invention is therefore based on the object of specifying a cone loudspeaker, in particular a magnet system for cone loudspeakers in the long excursion range, which has a significantly reduced weight compared to the known magnet systems, the permanent magnets of which are formed exclusively from ferrite material.
- the pole core is at least partially formed from neodymium, that the same poles of the neodymium material in the pole core and of the permanent magnet point in opposite directions with respect to the loudspeaker axis, and that the upper pole plate is constructed in two parts, one part being circular and is connected to the permanent magnet and the other part of the pole plate is disc-shaped and connected to the pole core.
- This type of design of magnet systems allows long-stroke magnet systems to be designed for cone loudspeakers which have a weight saving of more than 50% compared to magnet systems with permanent magnets made of ferrite material.
- Under long stroke designed magnet systems are understood to be those magnet systems whose voice coil has a stroke of greater than 3 mm.
- the pole core of a neodymium disc which rests on a base molded onto the lower pole plate, this has the advantage that the use of neodymium material can be minimized. If the entire pole core were formed from neodymium material, the induction in the air gap would only be insignificantly larger because of the large pole core height in the case of long-stroke magnet systems than if the pole core had only a comparatively thin neodymium disc.
- a substantial increase in induction in the air gap is achieved if, according to claim 3, a further neodymium disc is arranged on the side of the disc-shaped part of the upper pole plate which faces away from the lower pole plate, and the same poles of the further neodymium disc and the pole core face each other.
- Figure 1 shows a magnet system 10 for cone speakers in section. The cut runs in this figure, just like in the other figures, at the location of the magnet system 10 at which they have their largest diameter.
- the magnet system 10, which is shown in FIG. 1 and is designed to reproduce broadband audio signals, is essentially formed by the lower pole plate 11, the annular permanent magnet 12, the pole core 13 and the upper pole plate 14. All of these components or component groups are either punched or extruded or have already received their shape in the sintering process. The latter makes the formation of a magnet system 10 according to FIG. 1 particularly economical.
- the lower pole plate 11 is connected to the lower side of the annular surface of the permanent magnet 12 formed from ferrite.
- the base 15 and the disk 17 have the same outside diameter. Compared to the diameter of the latter parts, the diameter of the neodymium disc 16 is somewhat reduced.
- the neodymium disk 16 can also have a diameter which corresponds to the diameter of the base 15 or the disk 17.
- the neodymium disc 16 connected to the base 15 is aligned with the upper annular surface of the permanent magnet 12.
- On the upper annular surface of the permanent magnet 12 is the annularly shaped part 19 upper pole plate 14 placed and connected.
- the annular part 19 of the upper pole plate 14 and the disk 17, which is arranged on the neodymium disk 16, have the same thickness.
- the same poles of the permanent magnet 12 and the neodymium disk 16 point in opposite directions. This means that the south pole (S) of the neodymium disk 16 faces the lower pole plate 11 and the south pole (S) of the permanent magnet 12 faces the upper pole plate 14.
- FIG. 2 shows a magnet system 10 which is of conventional design.
- This magnet system 10 is formed by an annular permanent magnet 12, which is also formed from ferrite, the lower pole plate 11 and the pole core 13 which is integrally connected to the lower pole plate 11.
- the pole core 13 and the upper pole plate have the same height level when the magnet system 10 is mounted.
- the magnet system 10 shown in FIG. 2 also serves to drive a cone loudspeaker, which is designed to be broadband.
- FIG. 1 Magnet system 10 according to FIG. 1 can be made significantly smaller and thus considerably lighter than the magnet system 10 according to FIG. 2 if, as stated according to the invention, the pole core 13 has a neodymium disk 16.
- the weight advantages that can be achieved by using the neodymium disk 16 in the pole core 13 are illustrated by the following table, which compares a conventionally designed magnet system 10 according to FIG. 2 with a magnet system 10 according to FIG. 1 which is identical in its mode of operation and in its properties. Magnet system according to FIG. 2 Magnet system according to FIG.
- FIG. 3 shows a further magnet system 10 which, compared to the magnet system 10 shown in FIG. 1, has a further neodymium disk 21.
- This further neodymium disc 21 is arranged on the disc 17 such that the same poles (both north poles (N / N) in the exemplary embodiment shown here) of the neodymium disc 16 and another neodymium disc 21 face each other.
- the induction in the air gap 20 is increased more than if the mass which is allotted to the further neodymium disk 21 are arranged in the pole core 13.
- the dimensions of the further neodymium disc 21 correspond to the dimensions of the neodymium disc 16 arranged in the pole core 13 in FIG. 3, the invention is not restricted to this identical dimension. Rather, in another embodiment (not shown), the dimensions of both neodymium disks 16, 21 can be chosen to be different from one another. In particular, the height of the two neodymium disks 16, 21 used can be selected differently from one another. The choice of the thickness of the neodymium disks 16, 21 depends on which induction in the air gap 20 is to be set.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung von Magnetsystemen für Konuslautsprecher, insbesondere auf die Gewichtsreduzierung von Magnetsystemen bei langhubigen Konuslautsprechern.
- Konuslautsprecher sind nach Aufbau und Wirkungsweise im Stand der Technik weitgehend bekannt, so daß an dieser Stelle auf eine weitergehende Erörterung verzichtet werden kann.
- Das Magnetsystem derartiger Konuslautsprecher wird herkömmlich von einem ringförmigen Dauermagneten, einer oberen und einer unteren Polplatte und einem Polkern gebildet. Der Polkern ist zentrisch auf die untere Polplatte aufgesetzt und wird von dem ringförmigen Dauermagneten, dessen eine Kreisringfläche ebenfalls mit der unteren Polplatte verbunden ist, mit Abstand umrandet. Auf die andere Kreisringfläche des Dauermagneten ist die obere, ebenfalls kreisringförmig ausgebildete Polplatte aufgesetzt. Die Baulänge des Polkerns ist so bemessen, daß das freie, nicht mit der unteren Polplatte verbundene Ende des Polkerns mit der oberen Polplatte abschließt, wenn das Magnetsystem montiert ist, wobei der innere Rand der oberen Polplatte den Polkern mit Abstand umrandet. In diesem Abstand, der geläufigerweise Luftspalt genannt wird, taucht die mit der Lautsprechermembran verbundene Schwingspule ein. Mit Ausnahme der aus Ferritmaterial gebildeten Dauermagneten, die bereits während der Herstellung im Sinter-Prozeß die erforderliche Formgebung erhalten, sind alle anderen Bauteile des Magnetsystems entweder gestanzt oder fließgepreßt.
- Als nachteilig wird aber bei derartig ausgebildeten Magnetsystemen empfunden, daß solche Lautsprecher ein hohes Gewicht aufweisen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß zur Bereitstellung einer ausreichend großen Induktion im Luftspalt große und daher schwere Dauermagnete erforderlich sind. Dies gilt insbesondere dann, wenn mittels solcher Magnetsysteme Lautsprecher angetrieben werden sollen, deren Schwingspulen große Hübe ausführen sollen. In diesem Fall ist es nämlich erforderlich, die Wickelbreite der Schwingspule und die Höhe der oberen Polplatte größer zu wählen als in den Fällen, in denen das Magnetsystem zur Kurzhubwiedergabe ausgelegt ist. Die Folge ist, daß bei diesen langhubigen Magnetsystemen wegen der größeren Dicke der oberen Polplatte bzw. der größeren Wickelbreite die erforderliche Induktion im Luftspalt nur durch eine im Vergleich zu Kurzhubsystemen überproportionale Vergrößerung des Dauermagneten erreichbar ist.
- Neben dieser Ausbildung vom Magnetsystem sind im Hoch- und Mitteltonbereich Magnetsysteme bekannt, die sich im Aufbau von den vorbenannten Magnetsystemen unterscheiden. Derartige Magnetsysteme weisen einen Magnettopf auf, auf dessen Boden zentrisch zur Lautsprecherachse der Polkern aufgesetzt ist. Der Polkern ist bei dieser Anordnung aus einem magnetisch hochenergetischen Material gebildet, welches unter der Bezeichnung Neodym bekannt ist. Das nicht mit dem Topfboden verbundene Ende des Polkerns ist mit einer oberen Polplatte versehen, welche einen den Durchmesser des Polkerns übersteigenden Durchmesser aufweist. Die Höhe des Topfrandes ist auf die Höhe des Polkerns und der Polplatte abgestimmt. Gewöhnlich haben der Topfrand und die im Topf angeordneten Bauteile (Polkern und Polplatte) gleiches Höhenniveau. Zwischen dem oberen Topfrand und der Polplatte wird, da beide Bauteile zueinander einen Abstand einhalten, der Luftspalt des Magnetsystems gebildet. Auch kann der obere Teil des Topfrandes, also der Teil, der der Polplatte gegenüber steht, polförmig ausgebildet sein, in dem dieser Bereich des Topfrandes ins Innere des Topfes hineinragt. Solche Magnetsysteme haben den Vorteil, daß sie gegenüber vergleichbaren Lautsprechern mit Dauermagneten in ausschließlicher Ferritausbildung, deutlich leichter ausgebildet werden können. Letzteres gilt allerdings nur für solche Magnetsysteme, die im Kurzhubbereich arbeiten. Dies sind vor allem Hoch- und Mitteltonlautsprecher. Zurückzuführen ist dies darauf, daß trotz der überragenden Eigenschaften von Neodym die erforderliche Induktion im Luftspalt nur für schmale Wickelbreiten der Schwingspule geeignet ist. Ferner wird beim Neodymmagnetsystem als nachteilig erachtet, daß der Magnettopf als Drehteil gefertigt werden muß und daher im Vergleich zu den oben beschriebenen reinen Ferritsystemen in der Herstellung teuerer ist. Aber selbst dann, wenn man den letztbenannten Nachteil außer Acht läßt und anstrebt, auch langhubige Magnetsysteme in der oben angedeuteten Weise zu bilden, ist eine Übertragung der im Kurzhubbereich verwendeten Neodymmagnetsysteme auf langhubige Magnetsysteme nicht möglich. Ursache hierfür ist, daß diese Art von Lautsprechern wegen ihres großen Hubes gegenüber Hoch- und Mitteltonlautsprechern eine größere Bautiefe und eine größere Induktion im Luftspalt erfordern. Letzteres kann durch Vergrößerung des aus Neodym gebildeten Polkerns nicht in befriedigender Weise erreicht werden.
- Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Konuslautsprecher, insbesondere ein Magnetsystem für Konuslautsprecher im Langhubbereich anzugeben, welches gegenüber den bekannten Magnetsystemen, deren Dauermagneten ausschließlich aus Ferritmaterial gebildet sind, ein deutlich vermindertes Gewicht aufweist.
- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Polkern zumindest teilweise aus Neodym gebildet ist, daß gleiche Pole des Neodymmaterials im Polkern und des Dauermagneten bezogen auf die Lautsprecherachse in entgegengesetzte Richtung weisen und daß die obere Polplatte zweiteilig aufgebaut ist, wobei der eine Teil kreisringförmig ausgebildet und mit dem Dauermagneten verbunden ist und der andere Teil der Polplatte scheibenförmig ausgebildet und mit dem Polkern verbunden ist.
- Diese Art der Ausbildung von Magnetsystemen erlaubt es langhubig ausgelegte Magnetsysteme für Konuslautsprecher auszubilden, die gegenüber Magnetsystemen mit aus Ferritmaterial gebildeten Dauermagneten eine Gewichtsersparnis von über 50 % aufweisen. Unter langhubig ausgelegten Magnetsystemen werden solche Magnetsysteme verstanden, deren Schwingspule einen Hub von größer 3 mm ausführt.
- Wird gemäß Anspruch 2 der Polkern von einer Neodymscheibe gebildet, die auf einem an der unteren Polplatte angeformten Sockel ruht, hat dies den Vorteil, daß damit der Einsatz von Neodymmaterial minimiert werden kann. Wäre nämlich der gesamte Polkern aus Neodymmaterial gebildet, ist wegen der bei langhubigen Magnetsystemen großen Polkernhöhe die Induktion im Luftspalt nur unwesentlich größer als in dem Fall, daß im Polkern nur eine vergleichsweise dünne Neodymscheibe angeordnet ist.
- Eine wesentliche Induktionssteigerung im Luftspalt wird dann erreicht, wenn gemäß Anspruch 3 eine weitere Neodymscheibe an der Seite des scheibenförmigen Teils der oberen Polplatte angeordnet ist, die der unteren Polplatte abgewandt ist, und gleiche Pole der weiteren Neodymscheibe und des Polkerns einander zugewandt sind.
- Es zeigen:
- Figur 1
- einen Schnitt durch ein Magnetsystem gemäß der Erfindung,
- Figur 2
- einen Schnitt durch ein Magnetsystem gemäß dem Stand der Technik und
- Figur 3
- einen Schnitt durch ein weiteres Magnetsystem gemäß der Erfindung.
- Die Erfindung soll nun anhand der Figuren näher erläutert werden.
- Figur 1 zeigt ein Magnetsystem 10 für Konuslautsprecher im Schnitt. Der Schnitt verläuft bei dieser Figur, ebenso wie bei den übrigen Figuren an der Stelle des Magnetsystems 10, an denen diese ihren größten Durchmesser haben. Das Magnetsystem 10, welches in Figur 1 dargestellt und zur Wiedergabe von breitbandigen Tonsignalen ausgelegt ist, wird im wesentlichen von der unteren Polplatte 11, dem kreisringförmigen Dauermagneten 12, dem Polkern 13 und der oberen Polplatte 14 gebildet. Alle diese Bauteile oder Bauteilsgruppen sind entweder gestanzt oder fließgepreßt oder haben ihre Form bereits im Sinter-Prozeß erhalten. Letzteres macht die Ausbildung eines Magnetsystems 10 gemäß Figur 1 besonders kostengünstig.
- Die untere Polplatte 11 ist mit der unteren Seite der Kreisringfläche des aus Ferrit gebildeten Dauermagneten 12 verbunden. Der Polkern 13, welcher zentrisch zur Mittelachse des Magnetsystems 10 angeordnet ist, wird von einem an der unteren Polplatte 11 ausgebildeten Sockel 15, einer darauf angeordneten Neodymscheibe 16 und einer auf der Neodymscheibe 16 angeordneten Scheibe 17 gebildet. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel haben der Sockel 15 und die Scheibe 17 gleichen Außendurchmesser. Gegenüber dem Durchmesser der letztbenannten Teile ist der Durchmesser der Neodymscheibe 16 etwas verkleinert. In einem anderen - hier nicht dargestellten - Ausführungsbeispiel kann die Neodymscheibe 16 auch einen Durchmesser aufweisen, der dem Durchmesser des Sockels 15 bzw. der Scheibe 17 entspricht.
- Zwischen der Innenwandung des Dauermagneten 12 und dem Sockel 15 sowie der Neodymscheibe 16 besteht der Abstand 18. Die mit dem Sockel 15 verbundene Neodymscheibe 16 fluchtet mit der oberen Kreisringfläche des Dauermagneten 12. Auf der oberen Kreisringfläche des Dauermagneten 12 ist der kreisringförmig ausgebildete Teil 19 der oberen Polplatte 14 aufgelegt und verbunden. Der kreisringförmige Teil 19 der oberen Polplatte 14 und die Scheibe 17, welche auf der Neodymscheibe 16 angeordnet ist, haben gleiche Dicke. Zwischen dem kreisringförmigen Teil 19 und der Scheibe 17, welche die obere Polplatte 14 bilden, besteht ein Abstand 20. In diesem Abstand 20, welcher auch Luftspalt genannt wird, taucht beim montierten Lautsprecher die Schwingspule ein (nicht dargestellt).
- Bezogen auf die Mittelachse des Magnetsystems 10 weisen gleiche Pole von Dauermagnet 12 und Neodymscheibe 16 in entgegengesetzte Richtungen. Das heißt, daß der Südpol (S) der Neodymscheibe 16 der unteren Polplatte 11 zugewandt ist und der Südpol (S) des Dauermagneten 12 der oberen Polplatte 14 zugewandt ist.
- In Figur 2 ist ein Magnetsystem 10 dargestellt, welches konventionell ausgebildet ist. Dieses Magnetsystem 10 wird von einem kreisringförmigen und ebenfalls aus Ferrit gebildeten Dauermagneten 12, der unteren Polplatte 11 und dem einstückig mit der unteren Polplatte 11 verbundenen Polkern 13 gebildet. Auch bei diesem Magnetsystem 10 haben der Polkern 13 und die obere Polplatte gleiches Höhenniveau, wenn das Magnetsystem 10 montiert ist. Genau wie das in Figur 1 dargestellte Magnetsystem 10 dient auch das in Figur 2 dargestellte Magnetsystem 10 zum Antrieb eines Konuslautsprechers, welcher breitbandig ausgelegt ist.
- Aus dem Vergleich von Figur 1 und Figur 2, die maßstäblich zueinander gezeichnet sind, wird deutlich, daß das Magnetsystem 10 gemäß Figur 1 gegenüber dem Magnetsystem 10 gemäß Figur 2 deutlich kleiner und damit auch erheblich leichter ausgebildet werden kann, wenn, wie erfindungsgemäß angegeben, der Polkern 13 eine Neodymscheibe 16 aufweist. Die durch die Verwendung der Neodymscheibe 16 im Polkern 13 erzielbaren Gewichtsvorteile seien anhand der nachfolgenden Tabelle veranschaulicht, die ein konventionell ausgebildetes Magnetsystem 10 gemäß Figur 2 einem in seiner Wirkungsweise und in seinen Eigenschaften identischen Magnetsystem 10 gemäß Figur 1 gegenüberstellt.
Magnetsystem gemäß Figur 2 Magnetsystem gemäß Figur 1 Induktion im Luftspalt 1 Tesla 1 Tesla obere Polplatte (14) - Dicke 4 mm = X 4 mm = X - Außendurchmesser A 0,69 A - Innendurchmesser B B untere Polplatte (11) - Dicke C C - Außendurchmesser A 0,69 A Dauermagnet (12) - Dicke D 0,75 D - Außendurchmesser E 0,69 D - Innendurchmesser F 0,91 F Polkern (13) - Durchmesser G G (zumindest für Sockel (15) und Scheibe (17)) - Neodymscheibe (16) - Dicke - 3 mm = H - Durchmesser - 0,95 G - Höhe (gemessen von der mit dem Dauermagneten verbundenen Seite der unteren Polplatte) D + X 0,75 D + X* (* = Dicke der Scheibe (17)) Luftspaltbreite (20) I I Gewicht J 0,51 J - Aus dieser Tabelle ist deutlich entnehmbar, daß bei gleicher Induktion im Luftspalt 20 und gleichen Luftspaltabmessungen des erfindungsgemäßen Magnetsystems 10 (Figur 1) nur ein Gewicht von 51 % eines konventionell ausgebildeten Magnetsystems 10 (Figur 2) aufweist.
- In Figur 3 ist ein weiteres Magnetsystem 10 gezeigt, welches gegenüber dem in Figur 1 gezeigten Magnetsystem 10 eine weitere Neodymscheibe 21 aufweist. Diese weitere Neodymscheibe 21 ist so auf der Scheibe 17 angeordnet, daß gleiche Pole (im hier gezeigten Ausführungsbeispiel beide Nordpole (N/N)) von Neodymscheibe 16 und weiterer Neodymscheibe 21 einander zugewandt sind. Durch diese Maßnahme wird die Induktion im Luftspalt 20 mehr vergrößert, als wenn die Masse, die auf die weitere Neodymscheibe 21 entfällt im Polkern 13 angeordnet wäre.
- Obwohl in Figur 3 die Abmessungen der weiteren Neodymscheibe 21 den Abmessungen der im Polkern 13 angeordneten Neodymscheibe 16 entsprechen, ist die Erfindung nicht auf diese Abmessungsgleichheit beschränkt. Vielmehr kann in einem anderen - nicht dargestellten - Ausführungsbeispiel die Abmessung beider Neodymscheiben 16, 21 voneinander verschieden gewählt sein. Insbesondere kann die Höhe der beiden verwendeten Neodymscheiben 16, 21 voneinander unterschiedlich gewählt sein. Die Wahl der Dicke der Neodymscheiben 16, 21 hängt davon ab, welche Induktion im Luftspalt 20 eingestellt werden soll.
Claims (3)
- Magnetsystem (10) für Konuslautsprecher- mit einem kreisringförmigen Dauermagneten (12) aus Ferritmaterial,- mit einer unteren Polplatte (11), die mit der unteren Kreisringfläche des Dauermagneten (12) verbunden ist,- mit einem Polkern (13), der zentrisch zur Lautsprecherachse mit der unteren Polplatte (11) verbunden ist und- einer oberen Polplatte (14), die an der oberen Kreisringfläche des Dauermagneten (12) angeordnet ist,dadurch gekennzeichnet,- daß der Polkern (13) zumindest teilweise aus Neodymmaterial gebildet ist,- daß gleiche Pole des Neodymmaterials im Polkern (13) und des Dauermagneten (12) bezogen auf die Lautsprecherachse in entgegengesetzte Richtungen weisen und- daß die obere Polplatte (14) zweiteilig aufgebaut ist, wobei der eine Teil (19) kreisringförmig ausgebildet und mit dem Dauermagneten (12) verbunden ist und der andere Teil (17) der oberen Polplatte (14) scheibenförmig ausgebildet und mit dem Polkern (13) verbunden ist.
- Magnetsystem (10) für Konuslautsprecher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Polkern (13) von einer Neodymscheibe (16) gebildet, die auf einem an der unteren Polplatte (11) angeformten Sockel (15) ruht. - Magnetsystem (10) für Konuslautsprecher nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Seite des scheibenförmigen Teils (17) der oberen Polplatte (14), welche der unteren Polplatte (11) abgewandt ist, eine weitere Neodymscheibe (21) angeordnet ist, wobei gleiche Pole der weiteren Neodymscheibe und des Polkerns (13) einander zugewandt sind.
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