CN101542400A - 能量源和机械振荡器间以恒定扭矩传递能量的时钟机芯 - Google Patents

Abstract

计时器机芯，其包括能量源(1，22)，能量源安装在框架(24)上并具有随其上紧度变化的输出扭矩。能量源通过包括补偿装置(5)的运转轮系保持机械振荡器(2，3，4)的振荡运动。补偿装置具有：直接地或经由至少一轮组件运动连接至能量源的输入件；和运动连接到机械振荡器的输出件，且补偿装置布置成无论所述能量源的上紧度如何都传递恒定扭矩至机械振荡器。为此补偿装置包括：具有变化半径的凸轮(12，84)，其周边基本延伸在一总平面内，凸轮半径的变化取决于能量源输出扭矩的变化，凸轮还具周边齿。补偿装置还包括中间连接机构(9，10，13，83)，其布置用以与凸轮的齿啮合，并在凸轮周边与运转轮系之间提供极小滑动或无滑动的运动连接。

Description

能量源和机械振荡器间以恒定扭矩传递能量的时钟机芯

技术领域

[01]本发明涉及用于计时器的机芯，所述机芯包括一能量源，所述能量源安装在一框架上且具有随其上紧度变化的输出扭矩。

[02]所述能量源用于通过包括一补偿装置的运转轮系来保持机械振荡器的振荡运动。所述补偿装置具有：一输入件，所述输入件直接地或经由至少一轮组件而运动连接至所述能量源；和一输出件，所述输出件运动地连接至所述机械振荡器，且所述补偿装置被构造成无论所述能量源的上紧度如何，都传递基本恒定的扭矩至所述机械振荡器。

背景技术

[03]长期以来，此类机芯是公知的，尤其在钟表领域，用以能够使用提供重要的能量储备的发条作为能量源，同时使该发条施加于所述机芯的轮系的扭矩的不可避免的变化加以平稳化，这些变化产生自时钟运行期间所述发条上紧度的改变。更确切地，通常可认为，发条卷得越紧，发条传递给所述运转轮系的扭矩就越大。

[04]许多机构已经被提出，其通常称为恒力式擒纵机构或上发条装置，并使用第二发条，该第二发条周期性地由来自主发条的能量加载。对应周期必须相对足够短，以致所述第二发条施加于所述机芯的力能在其最小上紧度和最大上紧度之间被认为恒定。

[05]其他类型机构也被提出，尤其是称为均力圆锥轮链的某些类型，其被设置用于相对第二发条机构在更上游、更精确地通过接触发条盒实施作用。

[06]这些机芯包括一均力圆锥轮，该均力圆锥轮为配有一螺旋槽的圆锥构件，一连接至所述发条盒的链缠绕在该螺旋槽上。当给相应计时器上发条时，所述链本身围绕均力圆锥轮缠绕且所述发条弹簧变得被张紧。一半径恒定的轮与所述均力圆锥轮同轴地安装，且被设置用于将发条弹簧的能量从所述均力圆锥轮传递至机芯的轮系。所述发条弹簧的能量因此以恒定扭矩被传递到机芯的轮系。

[07]事实上，当所述发条弹簧处在其最大加载状态且发挥其全部力时，所述链拉动所述均力圆锥轮的最小圆周，而当所述发条弹簧的上紧度减小时，所述链拉动具有增大半径的均力圆锥轮圆周。

[08]虽然这些机构自16世纪以来是公知的，但它们的应用仍保持着复杂性和成本昂贵，尤其是实施包括很大数目的零件的链。当涉及在腕表内应用该机构时，这种制造复杂性变得至关重要，且使得时钟只能供相当有限的人群使用。

发明内容

[09]本发明的主要目的是通过提出一种计时器机芯以作为现有技术公知机构的另一种选择，所述计时器机芯包括用于补偿由能量源释放的扭矩的变化的补偿装置，所述补偿装置的结构使得可保证高度操作可靠性，同时提供有限的体积和合理的复杂度及合理制造成本。

[10]为此目的，本发明特别涉及上文提及类型的一计时器机芯，其特征在于，所述补偿装置包括具有变化半径的凸轮，该凸轮的周边基本延伸在一总平面内，所述凸轮半径的变化取决于所述能量源的输出扭矩的变化。所述凸轮还具周边齿。所述补偿装置还包括一中间连接机构，该中间连接机构布置用以与所述凸轮的齿啮合，并在所述凸轮的周边与所述运转轮系之间提供极小滑动或无滑动的运动连接。

[11]有利地，所述补偿机构专门包括单独考虑为刚性的部件。

[12]通过这些特征，根据本发明的所述机芯具有这样的结构：该结构比现有技术中的机构体积更小、复杂性降低，因此制造成本更低。而且，所述补偿装置在其构造上提供更大的机动性，尤其是用以确定将所述凸轮在所述机芯中的安装。

[13]根据本发明的第一优选实施例，所述中间连接机构包括控制杆，该控制杆围绕固定在所述框架上的轴枢转，并支撑小齿轮，所述小齿轮与一安装成绕所述固定轴自由旋转的轮具有持久的运动连接，该轮被布置成与所述运转轮系的至少一轮组件连续啮合，所述小齿轮还被布置成以极小滑动或没有滑动的方式与所述凸轮的齿啮合。

[14]由于这些独特的特征，在根据能量源的加载状态所传递的输出扭矩方面，所述凸轮周边的形状可以随所述能量源的表现被精确地且以极大灵活性加以调整，同时还从所述能量源向所述机械振荡器提供可靠的能量传递。

[15]根据所述凸轮周边与所述补偿装置的输入件连接的一优选实施变型，有利地提出：所述小齿轮布置成与一减速轮系的一轮啮合，从而可利用所述凸轮的尺寸确定和齿数赋予能量源的特征，尤其在弹簧的情况下，赋予其变形幅度。

[16]在本发明的第二优选实施例中提出：所述连接机构包括具有变化半径的附加凸轮，所述附加凸轮通过其周边被运动连接至所述第一凸轮的周边，且凸轮的尺寸被确定成：所述凸轮和所述附加凸轮各自的在连接它们各自中心的线段上的半径之和是恒定的，所述附加凸轮旋转连接至一驱动轮，所述驱动轮运动连接至所述能量源。

[17]由于这些特征，所述两凸轮的每一个都部分地补偿所述能量源的输出扭矩变化，以使无论所述能量源的旋紧度如何，来自所述补偿装置的输出扭矩都是恒定的，在所述两凸轮之间的运动连接非常可靠。

[18]通常，可有利地提出，所述补偿装置包括：差动齿轮，所述凸轮作为所述差动齿轮的一输入件，所述差动齿轮的一输出件被运动连接到所述机械振荡器。在这种情况下，合理地提出：差动装置包括一附加输入件，通过该附加输入件可实现能量源的加载。

附图说明

[19]通过阅读下文参照作为非限制性例子给出的附图对优选实施例的详细描述，本发明的其他特点和优点将更加清楚地体现出来，附图如下：

[20]-图1a示出按本发明第一实施例中的计时器机芯一部分的简单俯视图，所述计时器机芯具有一补偿装置；

[21]-图1b示出图1a的机芯第一细部的简单俯视图；

[22]-图2a示出图1a的机芯的简单横剖视图；

[23]-图2b示出图2a中可见的机芯第二细部的简单俯视图；

[24]-图2c示出图2a中可见的机芯第三细部的简单俯视图；及

[25]-图3示出根据本发明第二实施例的计时器机芯一部分的简单俯视图，该机芯具有一补偿装置。

具体实施方式

[26]在所有图中，出于清晰的原因，仅示出对于理解本发明有用的零件。

[27]图1a示出按本发明第一实施例的具有补偿装置的时钟机芯一部分的简单俯视图。更准确地，仅示出这样的零件：所述零件在与从能量源至机械振荡器的能量传递相关的运动链中起作用，其中所述机械振荡器的振荡由于该能量而得以维持。

[28]示意性地，所述能量源呈发条盒1的形式，该发条盒收纳有发条弹簧(参见图2a)，所述发条弹簧用于保持一摆轮2的振荡，尤其通过一运转轮系和一擒纵器，图中仅示意性示出擒纵器的轮3和小齿轮4。

[29]所述发条弹簧是传统类型，其输出传递到所述运转轮系的扭矩已知随其上紧度而变化，这可能危害到所述摆轮的运行精准性。因此，本发明提出：所述运转轮系包括一补偿装置5，以便能以恒定力保持所述摆轮的振荡，并因此提高摆轮的运行精准性。

[30]一输出齿轮6被安装在所述发条盒上，并与发条盒旋转连接，且输出齿轮6被安设成与所述补偿装置的一减速轮系的第一轮组件7啮合，所述第一轮组件由所述机芯的框架支撑(参见图2a)。第一轮系的一小齿轮8与该轮系的第一轮9啮合，所述第一轮9接着与该轮系的第二轮10啮合。

[31]所述第二轮10布置成与一带齿的凸轮12的周边啮合，所述凸轮有利地具有大致按阿基米德曲线的形状。更确切地，所述凸轮在其周边设有齿，所述齿位于所述凸轮所确定的平面内。

[32]为了保证维持所述第二轮10和所述凸轮12的周边之间的运动连接，所述第二轮10被安装在一控制杆13上，所述控制杆13相对于所述机芯的框架围绕所述第一轮9的旋转轴14枢转。因此，无论与所述第二轮10接触的所述凸轮半径的数值如何，所述第二轮10都持续地将所述第一轮9的运动传递至所述凸轮12。

[33]该机械连接在图1b中显示得更清楚，在该图中所述机械连接被示出与所述机芯的其他部分隔开，同时所述发条弹簧具有很大的加载度。实际上，当所述机芯自所述发条盒的一高上紧度起运行时，与所述第二轮10接触的凸轮半径是小的，以最小化所述发条盒的高输出扭矩值。当所述发条弹簧卸载时，发条弹簧驱动刚被描述的所述运动链旋转，这还引起所述凸轮12沿图中的顺时针旋转方向转动。所述发条弹簧越松开，它的输出扭矩越减小，而与所述第二轮接触的凸轮12的半径越增加，以便补偿所述发条盒的输出扭矩的减小。

[34]回到图1a，可看到所述补偿装置的一输出轮15，该输出轮的板这里非限制性地具有五条臂，所述输出轮15与所述凸轮12同轴地安置，以使得提供一恒定扭矩给位于下游、即朝所述机械振荡器方向的所述运转轮系。设于所述凸轮12和所述输出轮15之间的机械连接的结构将在下文结合附图2a具体描述。

[35]所述输出轮15与一减速轮系的第一轮组件16啮合，所述减速轮系在所述第一轮组件16之后包括：第二轮组件17；大的第三轮18；第三轮组件19；以及第二轮-小齿轮组件20，其与擒纵器小齿轮4啮合。

[36]当然，刚描述的所述轮系中的轮数不是限制性的。要指出的是，所述发条弹簧的机械特征以及所述凸轮的尺寸和齿数会影响将它们彼此连接的所述减速轮系的组成。同样，所述凸轮的尺寸和所述补偿装置的输出轮15的尺寸、被供给能量的所述机械振荡器的性质和特征会影响所述减速轮系的组成。

[37]本领域技术人员使上面描述的机芯的轮系适配于其本来需要将不会遇到任何特别困难，而这不会超出本发明的范围。

[38]图2a示出图1a机芯的简单横剖视图，其中可看到所述发条弹簧22，并且所述发条盒1的鼓没有齿，因为从其发条传递扭矩是由所述输出轮6实现的。

[39]图2a还显示出，所述补偿装置包括一差动齿轮23，所述凸轮12作为该差动齿轮的第一输入件(input)，而所述轮15以恒定扭矩作为该差动齿轮的输出件(output)。

[40]所述差动齿轮23通过中央轴25安装在所述机芯的框架24上。所述输出轮15旋拧在一中心件26上，该中心件可在所述轴25上自由转动且包括径向齿27。

[41]一差动桥30旋拧在所述凸轮12上，两行星齿轮31被安装成通过其各自的端部一方面在所述凸轮12内、另一方面在所述差动桥30内转动。每个行星齿轮31包括一小齿轮32和一轮33，所述小齿轮32被布置成与所述中心件26的齿27啮合。

[42]所述差动齿轮23包括第二输入件，所述第二输入件呈一轮35的形式，可自由旋转地安装在所述中央轴25上。所述轮35支撑径向齿36，所述径向齿36朝所述轴25取向且被布置成与每个行星齿轮31的轮33啮合。

[43]所述轮35执行差动装置的输入功能，以允许对所述发条弹簧进行上条，这在图2b中更好地示出，在该图中示意性示出将一外部控制构件40连接至该轮35的所述运动链。

[44]所述外部控制构件被构造成能驱动一立轮41旋转，所述立轮41与一冕轮42啮合，所述冕轮42本身与一上条冠43啮合。所述上条冠43被布置成与所述差动齿轮23的输入轮35啮合，所述差动齿轮保证在所述外部控制构件40和所述发条盒1之间建立运动连接，下文将详细描述。常见类型的一止逆子(未示出)还被设置在所述上条轮系内，以在当没有上条操作在进行时阻止轮的任何不合时宜的旋转。

[45]当所述外部控制构件40被起动旋转以使所述发条弹簧22卷紧时，所述输入轮35经由刚刚所述的上条轮系被驱动旋转。考虑到所述差动装置的输出轮15大多数时间、也就是在所述擒纵轮3的锁闭阶段期间被锁止，因此所述输入轮35的旋转经齿36传到所述行星齿轮31上，从而驱动所述凸轮12在图1a和1b中的逆时针方向旋转，因为所述差动装置的中心件26可在该运行期间被认为初级近似是不动的，以便表示所述差动装置的运行原理。

[46]所述凸轮12的旋转被传递至所述轮10，然后传递至所述轮9，传递至所述轮组件7，并且最后传递至所述发条盒的输出轮6。结果，所述发条盒1被驱动朝图1a中的逆时针方向旋转，从而重新加载其弹簧22，所述弹簧22的内端与相对于所述框架固定的所述发条轴50相连。

[47]当所述上条轮系未被所述外部控制构件促动时，可认为所述差动装置的输入轮35被锁止。

[48]如上文所提及的，在图1a和1b中，所述发条弹簧22传递其力给所述凸轮12，从而倾于引起所述凸轮12顺时针方向转动。但是，所述凸轮的该转动仅在所述擒纵轮3的锁闭阶段之外、也就是当所述差动装置的输出轮15未被锁止时才是可能的。所述行星齿轮31通过它们各自的轴与所述凸轮连成一体，因此所述行星齿轮以相同的旋转运动被驱动，从而引起所述行星齿轮的轮33在所述输入轮35的齿36上滚动。然后，所述行星齿轮自转，同时将扭矩通过中心件26的齿27传递至该中心件，由此传递至所述输出轮15。

[49]无论所述发条弹簧22的上紧度和因此它传递给所述运转轮系的输出扭矩如何，因为差动输入扭矩由于所述凸轮12的半径变化而保持恒定，因此由所述轮15差动输出而传递的扭矩也是恒定的。

[50]由此，最终传递至所述擒纵轮3的扭矩是恒定的，这使得可对于每一推动提供相同数量的能量至所述摆轮2且保证出色的运行精度。

[51]所述运行精度因而可在这里通常表示的时间显示方面被观察到，所述时间显示在时间上将有极小偏差。分轮60设计用于支撑分针(未示出)，所述分轮60由中心轮(二番车)及小齿轮18的轴支撑，且所述分轮自身支撑时轮61，该时轮被设计用于支撑时针(未示出)，一走针轮系62保证该两构件之间的必要的减速。

[52]图示出了齿状类型的分轮60，以便能够以传统方式执行对相应计时器的设时，而不中断机械振荡器的运行。有利地设置一未示出的调时轮系，用于将所述外部控制构件连接至所述走针轮系62。

[53]优选地，设置有标定所述发条轴50角位置的一分度装置，该分度装置以非限制性方式在图2c单独示出。

[54]该分度装置呈带有锯齿的轮70的形式，与所述发条轴50旋转连接，且与止逆子71配合。该分度装置使得可以调整所述发条轴的角位置，以控制所述发条弹簧22提供的输出扭矩的最小值，所述最小值与所述凸轮12的最大有效半径相关联。在机芯制造期间，该最小值根据使用的发条弹簧22的机械特性被预先设定。该值通常确定一范围的起点，在所述范围内，由所述发条弹簧输送的扭矩随所述弹簧的上紧度呈现规律的运行变化，典型表现的特征是所述发条盒的回转数。

[55]此外，还图示出由所述凸轮12支承的限位器72，限位器72用于与所述框架的一固定支撑表面73(图1b示出)配合，以便当达到在制造期间对所述发条盒的输出扭矩选择的最小值时，停止所述凸轮的旋转。

[56]可设置一类似的限位器，以便当达到所述凸轮的最小半径时限制上链，而凸轮的最小半径有利地与所述发条弹簧22提供的输出扭矩的一最大值相关联。因此，该值标记上文所提及的所述发条弹簧工作范围的终点。本领域技术人员还可在所述上条轮系中设置一常规类型的扭矩限制机构，以免损坏齿轮，而这不超出本发明的范围。

[57]优选地，当选择一特殊的发条弹簧时，所述减速轮系，也就是所述轮6、9和10及所述轮组件7，能够被选择使得：所述发条盒1的对应于其工作范围的总回转数，基本关联于所述凸轮12的一次回转。

[58]图3示出根据本发明的一第二实施例的计时器机芯一部分的简单俯视图，该机芯具有一补偿装置。

[59]该第二实施例图示出一机械连接，其用于替代所述第一实施例中的机械连接。

[60]所述发条盒1的输出轮6与减速轮系的第一轮组件80啮合，所述第一轮组件80自身与第二轮组件81啮合。所述第二轮组件81经由一轮82驱动一连接轮组件，所述轮82安装成旋转连接与之同轴的第一凸轮83。

[61]所述第一凸轮83被布置成通过其周边、优选通过齿，与第二凸轮84啮合，所述第二凸轮作为举例，有利地能作为一差动齿轮的输入件，该差动齿轮类似于所述第一实施例中相关描述的差动装置23。

[62]所述两凸轮83和84的尺寸确定成使它们各自的周边连续啮合。为该目的，它们各自半径是这样的：当考虑位于连接这两凸轮中心的线段85上的半径时，这两凸轮的半径之和总是恒定的。而且，它们半径的相应值被调整成：无论所述发条弹簧1的上紧度如何，因而无论由所述发条盒在所述输出轮6处传递的输出扭矩如何，所述第二凸轮84提供的扭矩都是恒定的。

[63]因此，当所述发条弹簧松卸时，其输出扭矩减小，而所述第一凸轮的半径增加以基本补偿多于其接收的扭矩的减少量，即以便朝所述第二凸轮84传递值趋于非常轻微增加的一力矩。同时，所述第二凸轮84的半径逐渐地减小，以便准确地补偿由第一凸轮83传递给它的力矩的增加，从而总体上提供一恒定的力矩给布置在下游的所述机械振荡器(未示出)。

[64]所述两凸轮的连接允许非常精确地控制对源自所述发条盒的输出扭矩变化的补偿，同时相对现有技术的机构极大地限制了制造和装配作用力。而且，这样在所述两凸轮之间实现的运动连接的可靠性是卓越的，尤其是当该运动连接优选由齿轮实现时。

[65]以上描述对应于非限制性描述的本发明优选实施例。尤其，对所述计时器的机芯的不同构成部件所示出和描述的形式仅作为举例加以描述。在此可提醒，非限制性地，本发明由于其体积小可有利地被应用于一腕表类型的计时器。

[66]可提供不超出本发明范围的许多可选的实施例。尤其，参考被描述的第一实施例，可以考虑：所述凸轮的周边与所述补偿装置的输出件连接，而不是与其输入件连接。在该情况下，可以例如安设运动连接到能量源的一输入轮，同时连接到所述凸轮周边的中间连接机构与所述补偿装置的输出件连接，所述凸轮可由所述输入轮驱动。在这种情况下，甚至可以考虑将凸轮直接安装在发条盒上，以替代所述输出轮6。

[67]通常，本领域技术人员将根据其自身需要毫无困难地更改各种齿轮、减速或者增速轮系。

[68]当然，本发明不受限于在此描述和示出的所述能量源的性质。但是，需指出的是，由于其功能，本发明允许使用具有少量回转数的“慢速”发条弹簧。该类型弹簧不是更为通常的类型，因为其具有大输出扭矩，并且在扭矩工作范围的两端之间具有很大的变化。但是，它们的优点尤其在于可限制螺旋圈粘附的危险，而具有大量回转数的“高速”弹簧更常发生这种螺旋圈粘附。同样，本发明还可被应用于操控由并联安装的发条盒传递给所述运转轮系的大扭矩。

Claims (13)

1.钟表机芯，其包括能量源(1，22)，所述能量源安装在框架(24)上并具有随其上紧度变化的输出扭矩，所述能量源用于通过包括补偿装置(5)的运转轮系保持机械振荡器(2，3，4)的振荡运动，所述补偿装置具有：输入件，所述输入件运动连接至所述能量源；和输出件，所述输出件运动连接到所述机械振荡器，且所述补偿装置被布置成无论所述能量源的上紧度如何都传递基本恒定的扭矩至所述机械振荡器，

其特征在于，所述补偿装置包括：

凸轮(12，84)，所述凸轮具有变化的半径，并且所述凸轮的周边基本延伸在一总平面内，所述凸轮半径的变化取决于所述能量源的输出扭矩的变化，所述凸轮还具有周边齿，以及

中间连接机构(9，10，13，83)，该中间连接机构布置用以与所述凸轮的齿啮合，并在所述凸轮的周边与所述运转轮系之间提供极少滑动或无滑动的运动连接。

2.根据权利要求1所述的机芯，其特征在于，所述中间连接机构(9，10，13，83)完全包括刚性部件。

3.根据权利要求1或2所述的机芯，其特征在于，所述中间连接机构包括控制杆(13)，该控制杆围绕所述框架(24)上的固定轴(14)枢转，并支撑一活动轮(10)，所述活动轮与一安装成绕所述固定轴自由旋转的轮(9)具有持久的运动连接，并且所述轮被布置成与所述运转轮系的至少一轮组件(7)连续啮合，所述活动轮还被布置成以极少滑动或没有滑动的方式与所述凸轮(12)的齿啮合。

4.根据上述权利要求中任一项所述的机芯，其特征在于，所述凸轮(12)的所述周边连接到所述补偿装置(5)的输入件，同时经由所述中间连接机构(9，10，13)运动连接至所述能量源(1，22)。

5.根据权利要求4所述的机芯，其特征在于，所述凸轮(12)被布置成：当所述能量源的上紧减小时，在所述凸轮周边的实现与所述能量源运动连接的区域中的所述凸轮半径增加。

6.根据权利要求1或2所述的机芯，其特征在于，所述连接机构包括具有变化半径的附加凸轮(83)，所述附加凸轮通过其周边被运动连接至所述凸轮(84)的周边，且其尺寸被确定成：所述凸轮和所述附加凸轮各自的在连接它们各自中心的线段(85)上的半径之和是恒定的，所述附加凸轮(83)旋转连接至一驱动轮，所述驱动轮运动连接至所述能量源。

7.根据上述权利要求中任一项所述的机芯，其特征在于，所述补偿装置(5)包括差动齿轮(23)，所述凸轮(12)确定所述差动齿轮的一输入件，所述差动齿轮包括一附加输入件(35)，所述附加输入件连接到所述能量源的一上条机构(40，41，42，43)，并且该差动齿轮包括运动连接到所述机械振荡器的输出件(15)。

8.根据权利要求7所述的机芯，其特征在于，所述凸轮(12)支撑至少一行星齿轮(31)，所述行星齿轮自由枢转并包括旋转连接的一小齿轮(32)和一轮(33)，所述的小齿轮(32)和轮(33)其中之一连接到所述附加输入件(35)而另一个连接到所述输出件(15)。

9.根据上述权利要求中任一项所述的机芯，其特征在于，所述能量源包括容纳于发条盒(1)内的发条(22)；并且，所述机芯还包括分度机构(70，71)，其被构造为允许在预先确定的条件下使所述凸轮(12)和所述发条盒相对角向定位。

10.根据上述权利要求中任一项所述的机芯，其特征在于，所述补偿装置(5)被布置成：当所述能量源(1，22)的上紧度在其最小值和最大值之间变化时，所述凸轮(12)至多执行一次回转。

11.根据权利要求10所述的机芯，其特征在于，所述补偿装置包括第一和第二限位器(72)，用以分别确定所述能量源的上紧度的最小值和最大值。

12.根据权利要求10所述的机芯，其特征在于，所述凸轮(12)支撑一限位器(72)，所述限位器用于与相对所述框架固定的支撑表面(73)配合，以确定所述能量源的上紧度的一最小值。

13.计时器，其包括按照上述权利要求中任一项的机芯。

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