DE1260590B - Durch Explosion einer Ladung oeffnender Schalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl..

HOIh

Deutsche Kl.: 21c-35/10

Nummer: 1260 590

Aktenzeichen: G 29067 VIII d/21 c

Anmeldetag: 19. Februar 1960

Auslegetag: 8. Februar 1968

Die Erfindung betrifft einen durch Explosion einer Ladung öffnenden Schalter mit einem zylindrischen Gehäuse, das einen kolbenartigen, beweglichen Kontaktkörper aufnimmt und an einem Ende von einem hohlzylindrischen ruhenden Kontaktkörper begrenzt ist, der mit Einrichtungen zur Aufnahme der explosiven Ladung versehen ist.

Das Anwendungsgebiet eines solchen Schalters sind vorzugsweise ferngesteuerte Flugkörper oder Geschosse, wie Raketen oder Torpedos.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter anzugeben, der starken Beschleunigungsoder Verzögerungskräften, wie sie beim Abschießen oder Auftreffen von Geschossen, beim Anfahren oder Abbremsen von Flugkörpern auftreten, sowie starken Erschütterungen standhält, ohne daß sich der Schalter von selbst öffnet oder schließt. Ferner muß ein derartiger Schalter möglichst klein, leicht und kompakt im Aufbau sein sowie extremen Umwelteinflüssen, wie Seewasser, starker Kälte und großer Hitze, gleichermaßen widerstehen. Der Schalter soll auch durch ein elektrisches Signal ausgelöst werden können und dabei starke elektrische Ströme möglichst schnell unterbrechen.

Es ist zwar ein Schalter mit einem zylindrischen Gehäuse bekannt, das einen kolbenartigen, beweglichen Kontaktkörper aufnimmt und an einem Ende von einem hohlzylindrischen hohen Kontaktkörper begrenzt ist, der mit Einrichtungen zur Aufnahme der explosiven Ladung versehen ist, durch deren Explosion der Schalter geöffnet wird, indem die Ladung durch den zu unterbrechenden Strom selbst gezündet wird, wenn dieser Strom einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, so daß dieser Schalter als Selbstschalter wirkt. Jedoch ist die explosive Ladung in der zylindrischen Seitenwand des Schaltergehäuses untergebracht, was zur Folge hat, daß die Druckwelle der Explosionsgase nicht unmittelbar auf den Kolben des beweglichen Kontaktkörpers trifft, sondern erst nach einer Umlenkung. Dadurch ergibt sich eine Verzögerung beim öffnen des Schalters. Dieser bekannte Trennschalter kann ferner nur in vertikaler Stellung verwendet werden, da keine Maßnahmen vorgesehen sind, die verhindern, daß sich die Kontaktkörper wieder berühren, wenn der Schalter in umgekehrter Stellung verwendet werden soll, oder wenn Beschleunigungskräfte in Richtung auf ein Schließen der Kontakte einwirken. Schließlich ist im geschlossenen Zustand des Schalters nur dann ein hinreichend guter Kontaktdruck gewährleistet, wenn die dafür vorgesehene Sicherung, die aus einem Stift besteht, der unter Federdruck senkrecht zur Durch Explosion einer Ladung öffnender Schalter

Anmelder:
5

General Electric Company, Schenectady, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
6000 Frankfurt 1, Parkstr. 13

Als Erfinder benannt:

is Lewis Howard van Billiard, Pittsfield, Mass.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. Februar 1959 (794 671)

Längsachse des Kontaktkörperschaftes in eine Vertiefung des Schaftes einrastet, sehr genau bemessen ist. Bei mehrmaliger Betätigung dieses Schalters ist letztlich damit zu rechnen, daß der Kontaktdruck nachläßt, weil sich Vertiefung und Sicherungsstift abnutzen.

Bei anderen Selbst- oder Trennschaltern, bei denen ebenfalls der Öffnungsvorgang durch das Entzünden einer explosiven Ladung bewirkt oder unterstützt wird, werden entweder Teile des Schalters durch die Explosion zerstört, so daß sie nach der Betätigung des Schalters wieder ausgewechselt werden müssen, oder die Trennung erfolgt nur verhältnismäßig langsam, da in erster Linie die bei der Explosion entstehende Wärme ausgenutzt wird, nämlich zum Schmelzen von Lotmittel, das einen die Kontaktkörper überbrückenden Metallkörper mit den Kontaktkörpern im geschlossenen Zustand verbindet. Erst wenn das Lotmittel geschmolzen ist, fällt der Metallkörper ab und öffnet den Schalter. Schließlich gibt es Schalter, bei denen die explosive Ladung in einem der Kontaktkörper untergebracht ist. Hier dient die Ladung aber nicht zum öffnen des Schalters, sondern lediglich zum Ausblasen des beim Öffnen entstehenden Lichtbogens, da sie erst vom Lichtbogen gezündet wird.

Gemäß der Erfindung wird die angegebene Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Bodenwand des ruhenden Kontaktkörpers eine Vertiefung vorgesehen

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Mehrere Einschnitte 22, die gleichförmig um die zylindrische Kammer 20 herum angeordnet sind, machen die Seitenwand 16 der Kammer 20 leicht federnd. Die Einschnitte 22 reichen, wie dargestellt, 5 nicht bis zur Bodenwand 18 des Kontaktkörpers 12. Der Kontaktkörper 12 bildet ferner mit einem innen verschraubten Ansatz 24 eine Einheit. Dadurch kann der Kontaktkörper 12 an dem mit Schraubgewinde versehenen Ende des elektrischen Leiters 26 be-

ist, in der sich die explosive Ladung befindet, die
über Leitungen mit einem elektrischen Zündstromkreis verbunden ist, und daß der bewegliche Kontaktkörper außer einem im Gleitsitz von der zylindrischen
Seitenwand des ruhenden Kontaktkörpers geführten
Kolben einen auf Grund eines größeren Durchmessers bei geschlossenem Schalter im Preßsitz von
der Seitenwand geführten Kolbenteil enthält, und daß
durch mindestens eine Gasauslaßöffnung im Gehäuse
eine Sperrfeder in die Gehäusekammer ragt, die die io festigt werden, der wiederum in oder an der Wan-Bewegungen des beweglichen Kontaktkörpers in dung oder Abstützung 28 starr befestigt ist. Wenn Richtung auf den ruhenden Kontaktkörper nach der der Leiter 26 auf einem Potential liegt, das vom Erd-Explosion blockiert. potential abweicht, wird dieser Leiter 26 von der

Das heißt, der Kolbendurchmesser verjüngt sich Wandung 28 isoliert, oder die Wandung 28 wird aus stufenförmig zu dem dem ruhenden Kontaktkörper 15 elektrisch nichtleitendem Material hergestellt, zugewendeten Ende hin, wodurch einerseits das Ein- Im ruhenden Kontaktkörper 12 sind mehrere Boh-

führen des Kolbens in den hohlzylindrischen ruhen- rangen 32 vorgesehen, die zur Kammer 20 durch die den Kontaktkörper beim Schließen des Schalters er- Bodenwand 18, wie den F i g. 1 und 2 entnommen leichtert und andererseits durch den dickeren KoI- werden kann, führen. Die Enden der Bohrlöcher 32, benteil ein stoßfester, sicherer Kontakt zwischen den 20 die der Kammer 20 am nächsten liegen, sind ver-Kontaktkörpern gewährleistet ist, der erst dann senkt und bilden Vertiefungen 34 für explosive Launterbrochen wird, wenn der Explosionsdruck einen düngen 36. Jede dieser Vertiefungen 34 hat eine verhältnismäßig hohen Wert erreicht hat, so daß die solche Größe, daß sie eine Ladung 36 aufnehmen Unterbrechung nicht allmählich, sondern plötzlich kann. Die Ladung 36 ist ein kleiner Behälter aus erfolgt. Dadurch, daß mindestens eine Gasauslaß- 25 Papier, Karton od. dgl., von rohrförmiger Gestalt öffnung vorgesehen sein muß, ergibt sich eine beson- und mit Pulver gefüllt. Die Anzahl der Vertiefungen ders einfache Lösung des Problems der Sicherung 34 im ruhenden Kontaktkörper 12 hängt teilweise der Kontaktkörper vor gegenseitiger Berührung nach ' von der Größe des ruhenden Kontaktkörpers 12 und dem Öffnen, wenn man diese Auslaßöffnung gewisser- des beweglichen Kontaktkörpers 14 ab und bildet maßen zweifach ausnutzt, indem man die Sperrfeder 30 einen Sicherheitsfaktor in bezug auf die Anzahl der durch die Auslaßöffnung in die Gehäusekammer Ladungen 36, die eine Fehlzündung ergeben können ragen läßt. Die Sperrfeder ragt dabei schräg nach und den Schalter 10 noch arbeitsfähig erhalten. In innen, so daß sie beim Öffnen des Schalters durch einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind drei den beweglichen Kontaktkörper nach außen gedrückt Bohrlöcher 32 parallel zur Längsachse 38 des ruhenwird und dann, wenn sich der bewegliche Kontakt- 35 den Kontaktkörpers 12 angeordnet. Sie sind in bezug körper an der Sperrfeder vorbeibewegt hat, wieder auf die Achse 38 gleichwinklig angebracht und von nach innen federt und eine entgegengesetzte Bewe- der Achse 38 gleich weit entfernt. Ihre Entfernung gung des beweglichen Kontaktkörpers in Richtung von der Achse 38 ist so groß, daß sie sich am Ansatz auf den ruhenden Kontaktkörper verhindert. 24 vorbeibewegen können, wie die F i g. 1 und 2

Vorzugsweise wird die Kontaktgabe in Weiter- 40 zeigen.

bildung der Erfindung noch dadurch verbessert, daß Der bewegliche Kontaktkörper 14 besteht aus

der rahende Kontaktkörper und der bewegliche Kon- einem Führungskolben 40, einem Kolbenteil 42, taktkörper aus weichem dehnbarem elektrisch leiten- einem konisch ausgebildeten Verbindungselement 44 dem Material und vorzugsweise alle Teile aus glei- und einem Schaft 46. Der Führungskolben 40 weist chem Material hergestellt sind und daß die Seiten- 45 einen Durchmesser auf, der so bemessen ist, daß der wand des ruhenden Kontaktkörpers federnd defor- Führungskolben 40 im Gleitsitz in die Seitenwand 16 mierbar ist, indem sie teilweise in Längsrichtung des ruhenden Kontaktkörpers 12 paßt und deshalb geschlitzt ist. leicht in die Kammer 20 des rahenden Kontakt-

Im folgenden wird an Hand eines Ausführungs- körpers 12 eingeführt werden kann. Der Kolbenteil beispiels in Verbindung mit den Zeichnungen die 50 42 hat einen etwas größeren Durchmesser als der Erfindung näher erläutert. Führungskolben 40, sein Durchmesser ist so groß,

daß der Kolbenteil 42 in die Kammer 20 des ruhenden Kontaktkörpers 12 eingetrieben werden muß. Am abgeflachten Endteil 48 des Schaftes 46 ist ein 55 flexibler elektrischer Leiter 50 befestigt.

Bei bestimmten Anwendungsfällen ist es wünschenswert, zu gewährleisten, daß keiner der beiden Kontaktkörper mit anderen Elementen des Systems, von dem der Schalter 10 nur ein Bestandteil ist, körper mit 12 und 14 und der Schalter mit 10 be- 60 Kontakt machen kann, und ferner, daß sich die Konzeichnet. Sowohl der ruhende Kontaktkörper 12 als taktkörper 14 und 12 nicht zufällig berühren, wenn auch der bewegliche Kontaktkörper 14 bestehen aus der Schalter 10 geöffnet ist. Zweckmäßigerweise wird weichem, dehnbarem elektrisch leitendem Material, dies dadurch erreicht, daß ein Schutzgehäuse 54 aus z. B. Aluminium, weichem Messing, einer Legierung elektrisch isolierendem Material, z. B. Nylon, voraus etwa 68% Kupfer und 32% Zink, Kupfer usw. 65 gesehen wird. Das Gehäuse 54 ist beispielsweise am Die Seitenwand 16 und die Bodenwand 18 des ruhen- ruhenden Kontaktkörper 12 durch Schrauben 56 beden Kontaktkörpers 12 bilden eine zylindrische Kam- festigt. Das Gehäuse 54 weist im Innern eine vermer 2©, die aus F i g. 2 am besten zu ersehen ist. hältnismäßig lange zylindrische Kammer 58 mit

F i g. 1 zeigt teilweise im Schnitt die Seitenansicht
eines geschlossenen Schalters;

F i g. 2 zeigt ebenfalls teilweise im Schnitt eine
Seitenansicht eines geöffneten Schalters, und

F i g. 3 stellt eine vergrößerte Teilansicht der Kontaktflächen zwischen den beiden Kontaktkörpern des
Schalters dar.

In den Fig. 1 und 2 sind die beiden Kontakt-

einem so großen Durchmesser auf, daß sich der bewegliche Kontaktkörper 14 frei darin bewegen kann. Die Endwandung 60 des Gehäuses 54 weist eine zentrische Öffnung 62 auf, durch die sich der Schaft 46 des Kontaktkörpers 14 frei bewegen kann. Da die Öffnung 62 in der Endwandung 60 des Schutzgehäuses 54 einen nur etwas größeren Durchmesser hat als der Schaft 46, können die anderen Teile des Kontaktkörpers 14 nicht aus dem Schutzgehäuse 54 heraus. In den Seitenwandungen 64 des Gehäuses 54 sind eine Reihe von Öffnungen 66 vorgesehen, die das Gas, das durch die Explosion der Ladungen 36 entsteht, aus der Kammer 58 herauslassen. Die Öffnungen 66 ermöglichen ferner eine solche Befestigung von Sperrfedern 68 auf der Außenseite des Gehäuses 54 durch Schrauben 70, daß sie in die Kammer 58 hineinreichen, wie in den F i g. 1 und 2 dargestellt. Wenn sich somit der Kontaktkörper 14 in die in F i g. 2 dargestellte Stellung bewegt, greifen die Sperrfedern 68 in die Kammer 58 ein und verhindern, daß der Kontaktkörper 14 mit dem Kontaktkörper 12 in Berührung kommt.

Wenn der Schalter 10 zusammengebaut wird, wird eine Ladung 36 in jede der Vertiefungen 34 des ruhenden Kontaktkörpers 12 eingeführt. Die beiden isolierten Drähte 72, die an jede Ladung 36 gelegt werden, reichen durch die Bohrung 32. Der Kontaktkörper 12 kann dann mit dem Ende des Leiters 26 verschraubt werden. Die Drähte 72 einer jeden Ladung werden mit einem Zündstromkreis üblicher Ausführungsform, der nicht dargestellt ist, so verbunden, daß alle Ladungen parallel zum Zündstromkreis geschaltet sind. Der Führungskolben 40 des Kontaktkörpers 14 wird dann in die Kammer 20 eingeführt. Das vordere Ende 74 des Führungskolbens 40 wird abgekantet ausgeführt, um die Einführung des Führungskolbens 40 in die Kammer 20 zu erleichtern. Die Länge des Führungskolbens 40 in Richtung der Längsachse 76 des Kontaktkörpers 14 ist etwas kleiner als die Länge der Kammer 20 in Richtung der Achse 38. Wenn somit der Führungskolben 40 des Kontaktkörpers 14 in die Kammer 20 eingeführt wird, fallen die entsprechenden Längsachsen 38 und 76 der Kontaktkörper 12 und 14 zusammen. Auf diese Weise wird der Kontaktkörper 14 gegenüber dem Kontaktkörper 12 nicht verkantet oder verdreht. Der Durchmesser des Kolbenteils 42 des beweglichen Kontaktkörpers 14 ist größer als der des Führungskolbens 40, und zwar so viel, daß er in die Kammer 20 eingetrieben werden muß. Der Kontaktkörper 14 wird so weit in den Kontaktkörper 12 eingetrieben, bis der Führungskolben 40 die Bodenwand 18 des Kontaktkörpers 12 berührt. Wenn die Kontaktkörper 14 und 12 verbunden sind, kann das Schutzgehäuse 54 über den Kontaktkörper 14 gestülpt und am Kontaktkörper 12 befestigt werden. Der flexible Leiter 50 ist dann mit dem Schaft 46 verbunden.

F i g. 3 stellt eine vergrößerte Teilansicht der Kontaktfläche 78 zwischen der Seitenwand 16 des Kontaktkörpers 12 und dem Kolbenteil 42 des Kontaktkörpers 14 dar. Während der Kontaktkörper 14 in die Kammer 20 so weit eingeführt wird, bis der Führungskolben 40 die Bodenwand 18 der Kammer 20 berührt, wird etwas Metall hinter der Vorderkante 80 des Kolbenteils 42 weggenommen, um eine Fläche 78 mit sehr intensivem Kontakt zwischen dem Kolbenteil 42 und der Seitenwand 16 zu erhalten. Die Kraft, die auf die Oberfläche des Kolbenteils 42 wirkt, dient auch dazu, etwas von dem Metall der inneren Seitenwand 16 wegzunehmen, um eine weitere Vergrößerung der Fläche 78 zu erwirken. Es ist deshalb nicht notwendig, entweder die Seitenwand 16 des Kontaktkörpers 12 oder die Fläche des Kolbenteils 42 fein zu bearbeiten, bevor der Kontaktkörper 14 in den Kontaktkörper 12 eingeführt wird. Die Passung zwischen Kontaktkörper 12 und Kon·

ίο taktkörperl4 hält beide fest gegeneinander, so daß Beschleunigungen oder Vibrationen, denen der Schalter 10 unterworfen wird, keine Trennung dieser Teile bewirken können.

Wenn der durch den Schalter 10 fließende Strom einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet oder wenn das System, von dem der Schalter 10 einen Teil darstellt, abgeschaltet werden soll, kann der Schalter 10 den Stromkreis durch die Ladungen 36 öffnen. Der Zündstromkreis enthält zweckmäßigerweise eine Trockenbatterie und einen Schalter. Wenn dieser Schalter geschlossen ist, fließt ein Strom solcher Größe durch die Ladungen 36, daß diese gezündet werden. Vorteilhafterweise werden Zündladungen verwendet, deren Gase oder Flamme keine Zerstörung bewirken. Es werden also Zündladungen verwendet, die nicht hochexplosiv sind. Die durch die Ladungen 36 erzeugten Gase bewirken vielmehr ein allmähliches Anwachsen des Druckes in der Kammer 20 zwischen der Bodenwand 18 und dem Führungskolben 40.

Wie bereits oben erwähnt, erstrecken sich die Einschnitte 22 in der Seitenwand 16 nicht bis zur Bodenwand 18 des Kontaktkörpers 12. Der Grund dafür besteht darin, daß die durch die Ladungen 36 erzeugten Gase daran gehindert werden, ihren Weg über die Einschnitte 22 um den Kontaktkörper 14 herum zu nehmen und auf diese Weise die Druckwirkung auf den Kontaktkörper 14 teilweise zu reduzieren. Die Länge der Einschnitte 22 ist nicht kritisch, da der Schalter auch sicher arbeitet, wenn die Einschnitte 22 bis zur Bodenwand 18 reichen.

Die durch die Ladungen 36 erzeugten Gase bewirken einen größeren Druck als erforderlich, um den beweglichen Kontaktkörper 14 schnell gegen das Ende des Schutzgehäuses 54 zu führen, bis das Verbindungsstück 44 auf die innere Fläche der Endwandung 60 des Gehäuses 54 nach F i g. 2 auftrifft. Wenn der Kontaktkörper 14 vom Kontaktkörper 12 getrennt wird, drückt er dabei die Sperrfedern 68 nach außen. Wenn der Kontaktkörper 14 die Öffnungen 66 passiert hat, kehren die Sperrfedern 68 wieder in ihre ursprüngliche Stellung zurück und greifen so weit in die Kammer 58 ein, daß gewährleistet ist, daß der Kontaktkörper 14 nicht zufällig den Kontaktkörper 12 berührt. Wenn der Kontaktkörper 14 einmal die Öffnungen 66 im Gehäuse 54 passiert hat, können die Gase, die durch die Ladung 36 erzeugt werden, aus der Kammer 58 entweichen.

Die Bewegungsgeschwindigkeit des Kontaktkörpers 14 aus dem Kontaktkörper 12 heraus bzw. die kinetische Energie des Kontaktkörpers 14 wird dadurch reduziert, daß Luft zwischen dem Kolbenteil 42 und der Endwandung 60 des Gehäuses 54 zusammengedrückt wird, da die Luft nur durch einen kleinen Spielraum zwischen dem Schaft 46 und der Öffnung 62 der Endwandung 60 austreten. Dadurch wird die Kraft vermindert, mit der der Kontaktkörper 14 auf das Gehäuse 54 trifft.

Ein wesentlicher Vorteil des Schalters 10 besteht darin, daß die durch die Ladungen 36 erzeugten Gase eine höhere Dielektrizitätskonstante als die der umgebenden Atmosphäre aufweisen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, daß die Gase in dem Raum zwischen dem Führungskolben 40 und dem ruhenden Kontaktkörper 12 umgewälzt werden. Durch das Zusammenwirken der höheren Dielektrizitätskonstante der Gase, die durch die Ladungen 36 erzeugt werden, und der Turbulenz der Gase werden Lichtbogen zwischen dem Kontaktkörper 14 und dem Kontaktkörper 12, wenn diese beiden Glieder getrennt werden, rasch gelöscht.

Es ist möglich, das Schutzgehäuse 54 am Kontaktkörper 14 starr zu befestigen und den Kontaktkörper 12 relativ zum Kontaktkörper 14 bewegbar anzuordnen. Unter bestimmten Umständen ist es auch möglich, auf das Schutzgehäuse 54 zu verzichten, insbesondere, wenn praktisch keine .Möglichkeit besteht, daß der Kontaktkörper 14 zufällig mit dem Kontaktkörper 12 in Berührung kommt oder wenn es unmöglich ist, daß eines dieser Glieder andere Teile des Systems berührt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Durch Explosion einer Ladung öffnender Schalter mit einem zylindrischen Gehäuse, das einen kolbenartigen, beweglichen Kontaktkörper aufnimmt und an einem Ende von einem hohlzylindrischen ruhenden Kontaktkörper begrenzt ist, der mit Einrichtungen zur Aufnahme der explosiven Ladung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der gegen das Gehäuseinnere zeigenden Wand (18) des ruhenden Kontaktkörpers (12) eine Vertiefung (34) vorgesehen ist, in der sich die explosive Ladung (36) befindet, die über Leitungen (72) mit einem elektrischen Zündstromkreis verbunden ist, daß der bewegliche Kontaktkörper (14) außer einem im Gleitsitz von der zylindrischen Seitenwand (16) des ruhenden Kontaktkörpers geführten Kolben (40) einen auf Grund eines größeren Durchmessers bei geschlossenem Schalter im Preßsitz von der Seitenwand (16) geführten Kolbenteil (42) enthält und daß durch mindestens eine Gasauslaßöffnung (66) im Gehäuse (54) eine Sperrfeder (68) in die Gehäusekammer (58) ragt, die die Bewegung des beweglichen Kontaktkörpers (14) in Richtung auf den ruhenden Kontaktkörper (12) nach der Explosion blockiert.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ruhende Kontaktkörper (12) und der bewegliche Kontaktkörper (14) aus weichem dehnbarem elektrisch leitendem Material und vorzugsweise alle Teile aus gleichem Material hergestellt sind.

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (16) des ruhenden Kontaktkörper (12) federnd deformierbai ist, indem sie teilweise in Längsrichtung geschlitzt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 133 836, 630 851,

262;
britische Patentschrift Nr. 26 693 aus dem Jahre

1901;
USA.-Patentschrift Nr. 723 183.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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