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ES2254568T3 - Dispositivo calefactor electrico, especialmente para la aplicacion de automoviles. - Google Patents

Dispositivo calefactor electrico, especialmente para la aplicacion de automoviles.

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Publication number
ES2254568T3
ES2254568T3 ES02017608T ES02017608T ES2254568T3 ES 2254568 T3 ES2254568 T3 ES 2254568T3 ES 02017608 T ES02017608 T ES 02017608T ES 02017608 T ES02017608 T ES 02017608T ES 2254568 T3 ES2254568 T3 ES 2254568T3
Authority
ES
Spain
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heating
electric heating
stage
control device
elements
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
ES02017608T
Other languages
English (en)
Inventor
Klaus Dr. Beetz
Franz Bohlender
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.)
Catem GmbH and Co KG
Original Assignee
Catem GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=8168820&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=ES2254568(T3) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Catem GmbH and Co KG filed Critical Catem GmbH and Co KG
Application granted granted Critical
Publication of ES2254568T3 publication Critical patent/ES2254568T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Abstract

Dispositivo calefactor eléctrico, especialmente como calefacción eléctrica adicional para automóviles con varios elementos calefactores (2) reunidos en un bloque calefactor, estando montado el bloque calefactor en un marco rectangular (3, 4, 5), y un dispositivo de mando para el control de los elementos calefactores (2), formando el dispositivo de mando, junto con el bloque calefactor sujeto en el marco (3, 4, 5), una unidad constructiva, presentando transistores de potencia (11) dispuestos en una platina de (10), que ajustan la cantidad de corriente a alimentar a los diversos elementos calefactores (2), caracterizado porque el dispositivo de mando comprende una barra conductora (13) para la alimentación de un perno de conexión (8b) para los diferentes transistores de potencia (11)

Description

Dispositivo calefactor eléctrico, especialmente para la aplicación de automóviles
La presente invención se refiere a un dispositivo calefactor eléctrico para el calentamiento del aire, que es especialmente adecuado para la aplicación como calefacción eléctrica adicional en automóviles.
En los vehículos se emplean dispositivos calefactores o radiadores para el calentamiento del habitáculo y/o del motor. Estos se emplean, por una parte, durante el arranque del motor, mientras estos no disponen de suficiente energía térmica. Por otra parte, los motores de combustión interna de consumo especialmente optimizado hacen necesario el empleo de tales dispositivos calefactores en automóviles.
La aplicación de tales dispositivos calefactoras no está limitada, sin embargo, al sector de automóviles. Son también adecuados para una variedad de otras aplicaciones, por ejemplo, en el sector de instalaciones domésticas (climatización de interiores), instalaciones industriales, etc.
Por el documento EP-A2-0 901 311 se conoce un dispositivo calefactor eléctrico para automóviles. El dispositivo calefactor descrito comprende varios elementos calefactoras reunidos en un bloque calefactor. El bloque calefactor se mantiene en un marco común, junto con un dispositivo de mando, para el control de los elementos calefactores. De esta manera el dispositivo de mando forma una unidad constructiva con el bloque calefactor mantenido en el marco. El dispositivo de mando comprende un circuito electrónico de potencia con interruptores electrónicos, que presentan cuerpos de refrigeración. El dispositivo de mando está dispuesto de tal manera que la parte principal de una corriente de aire a calentar atraviesa el bloque calefactor y una parte marginal de la corriente de aire circula a través del dispositivo de mando para su refrigeración.
Por ello, el objetivo de la presente invención es proponer un dispositivo calefactor eléctrico, con el cual sea posible una calefacción más efectiva.
Este objetivo se consigue con las características de la reivindicación 1.
Según otra forma de realización el aire a calentar no atraviesa todo el dispositivo de mando, sino a través de las aberturas de las ventanas se puede controlar el caudal de aire utilizado para la refrigeración del sistema electrónico de potencia. De esta manera es posible una adaptación al caudal de aire del bloque calefactor, de tal manera que ambos presentan una temperatura de salida esencialmente igual. De esta manera no se reduce la efectividad de todo el dispositivo calefactor por una corriente de aire derivada para la refrigeración del sistema electrónico de potencia.
Otro calentamiento del aire de refrigeración se puede conseguir si éste se conduce también a través de los componentes del dispositivo de mando. Para ello la platina del dispositivo de mando está equipada de componentes, preferentemente por un sólo lado. De esta manera se puede conseguir un flujo especialmente simple contra los componentes. Además, una disposición de esta clase de los componentes es especialmente ventajosa, también por razones técnicas de fabricación.
En una forma de realización ventajosa de la invención se ha dispuesto la platina perpendicular al plano del marco. Una disposición de esta clase permite, por una parte, un flujo simple contra los componentes. Por otra parte, se puede conseguir de esta manera una profundidad de construcción más reducida del dispositivo calefactor eléctrico.
Se puede conseguir una fijación especialmente simple del dispositivo de mando si para ello se emplean patillas de conexión eléctrica de los elementos calefactores que penetran en la caja del larguero lateral. Para ello se pueden prever elementos de muelle correspondientes en la platina de las patillas de conexión. Una forma de realización de ésta clase permite con los mismos medios, por una parte, un contactado eléctrico, por ejemplo, para la transmisión de corrientes de mando para los elementos calefactores, así como también una fijación mecánica. Con ello se reduce claramente el gasto de material y el gasto de producción para un dispositivo eléctrico calefactor según la invención.
Otras configuraciones ventajosas de la invención se indican en los subreivindicaciones.
A continuación se describe la invención mediante los dibujos adjuntos en los que
Las figuras 1a y 1b muestran una vista por encima y una vista lateral respectivamente de un dispositivo eléctrico según la invención,
La figura 2 muestra una vista de detalle de la platina equipada de componentes del dispositivo de
mando,
La figura 3 muestra una vista de detalle del larguero lateral y del dispositivo de mando que se puede colocar en éste,
La figura 4 muestra otra vista de detalle del larguero lateral conformado en forma de caja y del dispositivo de mando que se puede colocar en éste,
Las figuras 5a, 5b y 5c muestran vistas de detalle de otra forma de realización de la presente invención,
Las figuras 6 muestra una vista de detalle, en perspectiva simplificada, de una ejecución de otra forma de realización del dispositivo de mando según la presente invención, y
Las figuras 7a, 7b y 7c diferentes vistas de detalle del montaje del dispositivo de mando según la fi-
gura 6.
En la figura 1a se muestra una vista lateral del dispositivo eléctrico calefactor 1 según la invención. La figura 1b muestra una vista de un dispositivo calefactor eléctrico 1. El dispositivo eléctrico calefactor 1 contiene un bloque calefactor, formado por varios elementos calefactores 2 en capas o apilados. Cada elemento calefactor 2 está formado de un elemento calefactor de resistencia y de radiadores o de chapas conductoras térmicas dispuestas adyacentes a ellos. Como elemento calefactor de resistencia se emplean preferentemente elementos PTC. El bloque calefactor de los elementos calefactores 2 se mantiene en un marco. Este marco está formado de largueros longitudinales 3 opuestos y dispuestos perpendiculares a los largueros laterales 4 y 5. Los largueros del marco se fabrican de metal o de plástico.
Mientras que los largueros longitudinales 3 se construyen esencialmente simétricos, se diferencian los dos largueros laterales 4 y 5 de la forma de realización representada en la figura 1.
Al contrario de los largueros laterales 4, se ha configurado el larguero lateral 5 como caja abierta por un lado. La abertura de este larguero lateral 5 en forma de caja, se encuentra en el lado del larguero lateral 5 opuesto a los elementos calefactores 2. En esta caja se puede colocar un dispositivo de mando, que controla la emisión de calor de los diferentes elementos calefactores 2 mediante el control de la corriente alimentada a los elementos calefactores 2. El lado abierto del larguero lateral 5, configurado como caja, se cierra después de la colocación del circuito de mando con una tapa enchufable o encajable elásti-
camente.
La platina 10 del dispositivo de mando se ha dispuesto después de la colocación, preferentemente perpendicular al plano del marco, pero también es posible una disposición paralela (no representada).
El dispositivo calefactor 1 se abastece mediante dos bulones conectores 8 de corriente. Estos están configurados de tal manera que pueden conducir las corrientes calefactores requeridas sin dificultades. Los bulones conectores 8 sobresalen en la forma de realización representada en la figura 1 del lado abierto del larguero lateral en forma de caja 5.
En el mismo lado se ha previsto otro zócalo de enchufe para el mando del dispositivo de control, que no está representado en la figura 1.
El larguero lateral 5 presenta en los lados que se encuentran en el plano superficial del marco, aberturas de ventana 7. Estas aberturas de ventana se han colocado de tal manera que se encuentran asimismo en la corriente de aire a calentar. Entre las aberturas 7 de la ventana se encuentran elementos de refrigeración 6, que forman parte de los componentes del sistema electrónico de potencia del circuito de mando. Durante el funcionamiento, no sólo se atraviesa el bloque calefactor de los elementos calefactores 2, sino también asimismo las aberturas de ventana del aire a calentar.
La elección del tamaño de las aberturas de ventana 7 permite determinar la parte de la cantidad de aire que circula por delante de los elementos de refrigeración 6. De acuerdo con la invención, se ajusta el caudal de aire de tal manera que el aire que circula por los bloques calefactores y el aire que circula por delante de los cuerpos de refrigeración 6 presenta las diferencias de temperatura más reducidas posibles. Sólo si el aire que circula por las aberturas de ventana 7 se acerca lo más posible en su temperatura al aire que circula por el bloque calefactor, se alcanza una eficiencia máxima posible en el funcionamiento del dispositivo calefactor.
La figura 2 muestra una vista de detalle del dispositivo de mando dispuesto dentro del larguero lateral configurado como caja. Sobre la platina 10 se ha previsto, además de los componentes electrónicos de potencia 11, un circuito electrónico de mando 12. El circuito electrónico de mando 12 determina la cantidad de corriente a ceder por los componentes electrónicos de potencia 11, especialmente los transistores de potencia, al elemento calefactor correspondiente a estos. La cantidad de corriente se alimenta al circuito de mando desde uno de los bulones conectores 8 a través de una barra conductora 13. La salida del transistor de potencia 11 está soldada firmemente con la platina 10 con la y unida con el elemento de muelle 14 correspondiente a este transistor.
Los elementos de muelle 14 se han colocado de tal manera sobre la platina, que estos durante el montaje del dispositivo de mando en los largueros laterales 5 están unidos con las patillas de conexión de los elementos calefactores. Tales patillas de conexión 15 se pueden ver en las figuras 3 y 4.
En la forma de realización representada, se enchufan las patillas de conexión 15 a través de la platina 10 en la figura 2 en los elementos de muelle 14. Una disposición de esta clase permite una fijación mecánica de la platina 10 con el circuito electrónico de mando en el marco. Al mismo tiempo se origina un contactado eléctrico con los correspondientes elementos calefactores.
La platina está equipada sólo por un lado con componentes. De acuerdo con el número de etapas calefactoras, la platina presenta horizontalmente transistores de potencia 11 sujetados en ésta. En el ejemplo de realización mostrado, se han previsto tres etapas calefactoras y de acuerdo con ello tres transistores de potencia. Cada transistor de potencia 11 está soldado en su conexión de salida fijamente con la platina 10.
Desde el transistor sobresale una patilla de conexión, en la que se ha fijado un elemento de refrigeración 6. El elemento de refrigeración 6 está unido ventajosamente de forma eléctricamente no conductora con el elemento calefactor.
El elemento refrigerador 6 presenta aletas de refrigeración, que se encuentran en un plano, perpendicular a la platina. En el ejemplo de realización mostrado se han dispuesto las aletas de refrigeración, además, en el lado no equipado de la platina. Sólo un lado del elemento de refrigeración 6 sobresale el lado equipado de la platina y está unido con la patillas de conexión del transistor 11, para derivar el calor generado por el transistor. En la forma de realización mostrado, sale el lado unido con el transistor 11 del elemento de refrigeración a través de una abertura en la platina 10 en el lado equipado de la platina 10. Este puede sobresalir asimismo por encima del borde de la platina, de tal manera que no es necesaria una abertura en la platina 10.
Para cada etapa calefactoras de la platina se ha previsto una disposición correspondiente de los componentes del transistor 11, elemento de muelle 14 y elemento de refrigeración 6.
La figura 3 muestra una vista de detalle del larguero lateral 5, configurado como caja y del circuito de mando que se puede colocar en éste. El larguero lateral 5 está unido en un lado con los largueros longitudinales 3 y el bloque calefactor con los elementos calefactores 2. En el lado superior del larguero lateral 5 se pueden reconocer aberturas 7 en forma de ventana, a través de las cuales penetran el aire a calentar.
Dentro del marco lateral 5, configurado en forma de caja, se pueden reconocer tres lengüetas de conexión 15 y un bulón de conexión 8a. Este bulón de conexión representa la unión positiva para todos los elementos calefactores 2. Adicionalmente en esta figura, se puede reconocer en una representación en perspectiva del dispositivo de mando 5a, que se puede colocar en la caja del larguero lateral 5. El dispositivo de mando 5a se coloca con el lado dirigido al larguero la-
teral 5.
En el lado del dispositivo de mando 5a, dirigido al larguero lateral 5, se puede reconocer el lado inferior de la platina 10. Desde esta platina 10 sobresalen tres elementos de refrigeración 6. Cada uno de sus elementos de refrigeración o chapas de refrigeración corresponde a un transistor de potencia 11 de una etapa calefactora.
Para cada elemento refrigerador 6 se han previsto las aberturas de ventana correspondiente 7 en la superficie del larguero lateral 5. De este modo se alimenta durante el funcionamiento, cada elemento de refrigeración de forma controlada, una corriente de aire.
En el lado dirigido hacia el exterior, se puede reconocer otro bulón de conexión 8b. Este bulón de conexión se utiliza como polo de masa eléctrico en la alimentación de la corriente. El bulón de conexión 8b está unido con la barra conductora 13, representada en las figuras 2 y 4, que alimenta la corriente a las diferentes etapas calefactoras. Cada una de las etapas calefactoras toma a través de su transistor de potencia 11 hasta 40 A de la cantidad de corriente alimentada a la chapa conductora 13.
En la figura 4 se ha representado en una vista de detalle en perspectiva del larguero lateral 5 y del circuito de mando enchufable en la abertura en forma de caja del larguero lateral 5.
En la zona superior de la figura 4 se pueden reconocer en la superficie del larguero lateral 5 dos aberturas de ventana 7. Estas aberturas de ventana se han dispuesto de tal manera que estas se encuentran por encima y por debajo de los elementos refrigeradores, cuando el circuito de mando se coloca en el larguero lateral 5.
Dentro de la abertura en forma de caja del larguero lateral 5 se reconocen las lengüetas de conexión 15 de los elementos calefactores 2. Para cada etapa calefactora se ha previsto una lengüeta de conexión 15.
En la mitad inferior de la figura 4 se ha representado el circuito de mando que se puede colocar en el larguero lateral 5. Sólo uno de los transistores de potencia 11 para mejorar la claridad del montaje se han dotado de un elemento de refrigeración 6. Por lo demás, el montaje del circuito de mando corresponde al circuito de mando descrito en relación con la fi-
gura 2.
La figura 5 muestra otra forma de realización de la presente invención. Para ello se han reproducido en las figuras 5a, 5b y 5c diferentes vistas de detalle, en las cuales las formas de realización se distinguen especialmente de las anteriormente descritas.
En la figura 5a se podrá conocer una configuración ligeramente modificada del marco lateral 5. Para ello la disposición de las aberturas de ventana 7 corresponde a la forma de realización anteriormente descrita. Para influir la corriente de aire de forma controlada se han previsto paredes entre las aberturas de ventana 7 en el larguero lateral 5, siempre que éstas no impidan una colocación del circuito de mando en los largueros laterales 5. Para ello todos los recintos intermedios, que se encuentran en el lado superior comprendido entre las ventanas y el elemento calefactor se cierran con paredes adicionales 18. De esta manera se evita una circulación no controlada del aire durante el funcionamiento.
En las figuras 5a y 5b se ha representado, en detalle, la entrada de aire entre las aberturas de ventana 7. Para ello, para la conducción controlada del aire, se ha colocado un elemento de guía de aire 17 en las zonas que se encuentran entre las aberturas de ventana 7. Como se puede reconocer en la figura 5b el elemento spoiler en forma de Y permite una mejor circulación de las aletas de refrigeración del elemento de refrigeración 6 en forma de U. Para ello se han dispuesto las aletas de refrigeración del elemento refrigerador 6 contiguas a las aberturas de ventana 7.
En la figura 5b se indica, además, la platina 10 con el transistor de potencia 11.
La figura 5c muestra una configuración correspondiente del elemento de refrigeración 6. Mientras que en la forma de realización anteriormente descrita, el elemento de refrigeración 6 configurado esencialmente en forma U con su lado en forma de U, se encuentra perpendicular a la platina, se ha dispuesto en esta forma de realización el cuerpo de refrigeración 6 de tal manera que la forma U con su lado inferior esta dispuesta paralela a la platina 10. De acuerdo con ello, el elemento de guía de aire 17 en forma de Y se ha dispuesto de tal manera que sobresale desde el lado dirigido a los elementos calefactores del larguero lateral 5 en la dirección del dispositivo de mando. Al emplear un cuerpo de refrigeración 6, según la primera forma de realización, se pueden disponer los elementos de guía de aire correspondientemente en las limitaciones laterales comprendidas entre las aberturas de ventana 7 opuestas.
En la forma de realización representada en la figura 5c, la anchura b1 de una aletas de refrigeración es aproximadamente 3 mm, mientras que la separación b2 entre las aletas de refrigeración es algo más pequeña, aproximadamente 2,5 mm. El cuerpo de refrigeración se fabrica preferentemente de aluminio o de cobre. En las figuras 6 y 7 se representa otra forma de realización de un dispositivo de mando según la invención. En esta forma de realización se han configurado especialmente transistores de potencia y los cuerpos de refrigeración diferentes con relación a las formas de realización de hasta ahora. Los cuerpos de refrigeración 20 están unidos en esta forma de realización de otra manera en los transistores de potencia. En las formas de realización conocida hasta ahora se conforman en los transistores de potencia 11 patillas de refrigeración, que sobresalen en un lado de transistor de potencia. En estas patillas de refrigeración se fijan los cuerpos de refrigeración de las formas de realización descritas. Para ello se sueldan las patillas de refrigeración de los transistores de potencia con las placas de circuitos impresos. En la forma de realización descrita a continuación se unen los cuerpos de refrigeración mediante una fijación de pinza en el transistor. En las figuras 6 y 7 se ha representado que el cuerpo de refrigeración 20 de esta forma de realización presenta una configuración especial. Para permitir un encaje de la pinza 21, presenta el cuerpo de refrigeración 20 una configuración asimétrica de las aletas de refrigeración. Para ello en un lado del cuerpo de refrigeración configurado en forma de U, se han previsto menos aletas que las usuales, para permitir un encaje de una pinza 21. La pinza 21 agarra preferentemente el transistor de potencia 19 y el cuerpo de refrigeración 20 desde el exterior y fija de esta manera el cuerpo de refrigeración 20 al dispositivo de mando y al transistor 19.
Esta forma de realización es especialmente ventajosa para los transistores de potencia en realización SMD. La realización SMD de transistores no presenta, debido al tipo de construcción, ninguna patilla de refrigeración fijada en el cuerpo de refrigeración. Para poder unir el cuerpo de refrigeración con el lado inferior del transistor de potencia 19, se ha previsto en la placa de circuitos impresos un orificio y este orificio presenta preferentemente un diámetro de aproximadamente 7,5 mm.
El cuerpo de refrigeración 20 presenta, de acuerdo con ello un saliente 20a en su lado inferior. Este saliente sobresale en la forma de realización presentada en dirección opuesta de las diversas aletas de refrigeración. El diámetro del saliente 20a es preferentemente de unos 7 mm.
El saliente 20a formado en el cuerpo de refrigeración 20 sobresale a través del orificio a la platina 10 y contacta directamente al transistor 19.
Esta construcción está representado en detalle en las figuras 7a, 7b y 7c. La figura 7a representa una vista en planta de la platina 10 con el transistor de potencia 11. El transistor de potencia 11 está dispuesto en el borde de la platina 10, de tal manera que la pinza 21 para la fijación del cuerpo de refrigeración 20 se fija fácilmente. Para que la pinza 21, que agarra la platina 10, no precise ninguna gran profundidad de construcción de la platina 10, puede presentar en este punto la platina un abombado ligero. La profundidad de este abombado corresponde preferentemente a aproximadamente el espesor de la pinza 21 en esta zona. Preferentemente el transistor 19 se ha dispuesto de tal manera que los contactos de conexión 22 están dirigidos al borde opuesto de la platina 10.
En la figura 7b se reproduce una vista lateral. La figura 7c representa una vista en corte a lo largo de la línea A-A de la figura 7b. La figura 7 muestra que el cuerpo de refrigeración 20 y el muelle 21 están adaptados entre sí de tal manera que se garantiza una fijación de posición correcta con un punto de presión óptimo.

Claims (8)

1. Dispositivo calefactor eléctrico, especialmente como calefacción eléctrica adicional para automóviles con varios elementos calefactores (2) reunidos en un bloque calefactor, estando montado el bloque calefactor en un marco rectangular (3, 4, 5), y un dispositivo de mando para el control de los elementos calefactores (2), formando el dispositivo de mando, junto con el bloque calefactor sujeto en el marco (3, 4, 5), una unidad constructiva, presentando transistores de potencia (11) dispuestos en una platina de (10), que ajustan la cantidad de corriente a alimentar a los diversos elementos calefactores (2), caracterizado porque el dispositivo de mando comprende una barra conductora (13) para la alimentación de un perno de conexión (8b) para los diferentes transistores de potencia (11)
2. Dispositivo calefactor eléctrico, según la reivindicación 1, estando unida la salida de cada transistor de potencia (11) con la conexión (14), asignada a este transistor de potencia (11) para los elementos calefactores (2) de una etapa calefactora.
3. Dispositivo calefactor eléctrico, según la reivindicación 1 o 2, sobresaliendo los bordes de conexión (8) de una caja del dispositivo de mando.
4. Dispositivo calefactor eléctrico, según una de las reivindicaciones 1 a 3, estando formando el marco de los largueros longitudinales (3) opuestos y largueros laterales (4, 5) dispuestos perpendiculares a estos, estando formando por lo menos uno de los largueros laterales (5) como caja abierta por un lado, en el que se puede colocar el dispositivo de mando, estando previstas aberturas de ventanas (7) en los largueros laterales (5) y los elementos de refrigeración de los transistores de potencia (11) se encuentran con el dispositivo de mando colocado cada uno de ellos enfrente de las aberturas de ventana.
5. Dispositivo calefactor eléctrico, según una de las reivindicaciones 1 a 4, estando equipada la platina (10) del dispositivo de mando sólo en un lado con componentes.
6. Dispositivo calefactor eléctrico, según una de las reivindicaciones 4 o 5, estando dispuesta la platina (10) perpendicular al plano del marco y esencialmente configurada con la longitud del larguero la-
teral (5).
7. Dispositivo calefactor eléctrico, según una de las reivindicaciones 4 a 6, pudiéndose fijar el dispositivo de mando en el larguero lateral (5) mediante patillas de conexión eléctricas (15), que sobresalen de los elementos calefactores (2) hacia el interior del larguero lateral (5).
8. Dispositivo calefactor eléctrico, según la reivindicación 7, habiéndose previsto elementos de muelle (14) de acuerdo con las patillas de conexión (15) para el alojamiento de las patillas de conexión (15) en la platina (10).
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