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KR100425413B1 - 열가소성재료,특히폴리올레핀으로된다층파이프의제조를위한방법및장치 - Google Patents

열가소성재료,특히폴리올레핀으로된다층파이프의제조를위한방법및장치 Download PDF

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KR100425413B1
KR100425413B1 KR1019960003287A KR19960003287A KR100425413B1 KR 100425413 B1 KR100425413 B1 KR 100425413B1 KR 1019960003287 A KR1019960003287 A KR 1019960003287A KR 19960003287 A KR19960003287 A KR 19960003287A KR 100425413 B1 KR100425413 B1 KR 100425413B1
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헤글러 빌헤름
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Abstract

열가소성재료 특히 폴리오레핀 다층관(10)의 제조에서,제조라인의 방향(9)으로 적어도 하나의 튜브를 사출성형 시키는 사출장비가 제공된다. 외부적으로 성형이 된 관(8)을 형성하기 위한 교장장치가 사출장비 하부에 제공된다.
교정장치 뒤에 외부적으로 성형이 된 관의 외부표면(45)을 접합온도까지 올리기 위한 예열기(19)가 배치된다. 추가하여 동심사출헤드(7)가 제공되는데 동심사출헤드는 관(8) 주변의 튜브(46)를 동심사출 시키기 위한 사출기를 가지고 순환하는 압력과 부분적인 진공사이의 다른 압력하에서 함께 접합되어지는 외부표면(45)과 튜브(46)에 대한 부분 진공 연결라인(39)을 가진다.

Description

열가소성재료, 특히 폴리올레핀으로 된 다층파이프의 제조를 위한 방법 및 장치
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 열가소성재료, 특히 폴리올레핀(polyolefine)으로 된 다층파이프의 제조를 위한 방법, 그리고 청구항 8의 전제부에 따른 상기 방법을 실용화하기 위한 장치에 관한 것이다.
다층파이프들, 특히 3층파이프들은 DE 17 04 718 B2(U.S.특허 3 538 209 및 U.S.특허 제 3 677 676 호에 대응)로부터 공지된다.
DE-A-2 042 031은 일반적인 유형의 방법 및 장치를 제시하는데, 여기서 외측 파형파이프(exterior corrugated pipe)를 구비하는 이중벽파이프(twin-wall pipe)는 일반적인 방법으로 제조된다. 튜브는 공통압출가공헤드에서 상기 이중벽파이프 둘레로 사출성형이 되는데, 상기 튜브는 하류의 외부보정장치 내에서 진공-보정된다. 이와 같은 방법으로 제조된 3층파이프들는 이것들이 내측으로부터 어떠한 과도한 압력을 받지 않을 경우에, 보호파이프들로서, 특히 케이블덕트들 및 배수채널들로서 사용될 수 있다.
다층파이프들을 제조하는 이러한 방법에 있어서의 문제점은 외측파이프 또는 외피의 제조를 위한 상기 튜브와 미리 제조되어 외부적으로 성형된 파이프 사이에서 신뢰성있는 용접이 전혀 달성되지 않는다는 점에 있다.
폴리에틸렌(polyethylene)과 같은, 폴리올레핀들이 사용될 경우에, 미리 제조되어 외부적으로 성형된 상기 파이프는 외경에 있어서 상당한 공차들(tolerances)을 나타낼 수 있으며, 공지된 외부적 진공 보정을 위한 어떠한 규정된 조건들도 없다.
본 발명의 목적은 그것들이 튜브에 의해 코팅될 파이프의 외경 공차에 무관한 방식으로 일반적인 유형의 방법 및 장치를 창안하는 것이다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 목적은 청구항 1의 특징들에 의해 해결되며 그리고 본 발명에 따른 장치에 있어서, 이것은 청구항 8의 특징들에 의해 해결된다.
본 발명의 요지는 미리 제조된 파이프의, 공통압출가공(coextruding)에 의해 제공되는 튜브를 차후에 용접할 외부면들이 용접온도에 이르기까지 가열된다는 사실, 그리고 외측으로부터 튜브 상에 가해지는 압력차가 튜브를 상기 파이프의 외부면들에 대하여 눌려진다는 사실이 고려된다는 점에 있다. 이어서 일어나는 냉각 동안에, 상기 압력차가 유지될 뿐 아니라 증가되며, 경험에 의하면 가공완료된 다층 파이프로부터 이러한 매끄러운 외피를 떼어내거나 뜯어내기란 거의 불가능하다. 본 발명에 따라 제조된 다층파이프의 장점은 단지 20 내지 30%의 중량만 증가시켜도 상기 파이프의 강성이 배가된다는 점에 있다. 이것은 그러한 외측파이프에 의하여 코팅된 이중벽파이프들의 경우에 특히 그러하다. 이러한 다층파이프는 매끄러운 외피를 가지므로, 이것은 운반 또는 적재 동안에 용이하게 취급될 수 있다. 특히, 놓여졌을 때 리브들이 땅 속으로 파고들어 가므로 파이프가 지면을 따라 슬라이딩될 수 없는 점이 있는, 리브가 형성된 파이프에서 발생하는 문제가 더 이상 없게 된다. 매끄러운 외피가 존재하므로, 분기들(branches)이 매우 용이하게 제조될 수 있며, 부가적인 외피는 누출(leakage)에 대한 증대된 보호를 제공한다.
본 발명의 보다 상세한 내용은 도면에 관련하여 이해되는, 이하의 실시예들의 설명으로부터 명백해진다.
제 1 도는 다층파이프들, 특히 3층파이프들의 제조를 위한 장치를 도시한다. 압출가공장비(1)는 도면의 좌측에 도시되는데, 제 1 압출기(2)와 제 2 압출기(3)를 포함하는데, 이것들은 공통의 압출가공혜드(4)로부터 열가소성재료, 특히 폴리올레핀으로 된, 서로 동심적인 2개의 튜브를 압출가공하며, 상기 튜브들은 이어지는 보정장치(5)에서 이중벽파이프로 성형된다. 이러한 압출가공헤드(4)는 예를 들어, DE 17 04 718 B2(U.S. 3 677 676에 대응)로부터 공지된다. 이러한 보정장치(5)는 EP 0 065 729 Bl(U.S. 4 492 551에 대응)에 마찬가지로 공지된다. 소위 리브가 형성된 파이프가 제조되려면, 설비는 단일 압출기에 대하여 만들어져야 한다. 이것에 상응하는 보정장치가 예를 들어, EP 0 301 189 B1(U.S. 4 900 503에 대응)로부터 공지된다. 상기 파이프는 치수적으로 안정되기 위하여 냉각된 상태로 보정장치(5)를 떠난다. 공통압출가공헤드(7)는 상기 보정장치(5)의 중앙종방향축(6)에 대하여 동축적으로 배치되며, 이중벽파이프(8)는 제조방향(9)으로 상기 공통압출가공헤드(7)로 진입한다. 이러한 공통압출가공헤드(7)는 제 2 도에 상세히 도시되는데, 이것은 이하에서 다루어질 것이다. 상기 공통압출가공헤드(7) 내에는 외측파이프 또는 외피를 형성하는 튜브가 이중벽파이프(8)의 둘레로 사출성형된다. 이어서 다층파이프(10)가 우선 성형되어 공냉조(11)를 통과한 다음 수냉조(12)로 진입한다. 상기 제조방향(9)으로의 다층파이프(10)의 배출은 배출장치(13)에 의해서 이루어지는데, 이것은 종래의 방식으로 소위 벨트 컨베이어 또는 무한궤도형 배출(crawler type discharge)의 형태로 될 수 있다. 이러한 배출장치(13)의 뒤를 이어서 제조방향(9)으로 예를 들어 톱의 형태로 된 분리스테이션(14)이 위치될 수있는데, 이것의 뒤를 이어서 다시 소위 소케팅기계(15; socketing machine)가 위치될 수 있는데, 이것 상에는 개개의 파이프 단편들 둘레에 사출성형소켓들이 형성된다.
공통압출가공헤드(7)의 상류에 제 3 압출기(16)가 배치되며 용탕안내파이프(17; melt conducting pipe)는 압출기(16)를 공통압출가공헤드(7)의 대체로 환형인 베이스몸체(18)에 연결시킨다. 보정장치(5)를 향하여 전향된 측에 즉, 제조방향(9)으로 볼 때 베이스몸체(18)의 상류에는 예열기(19)가 베이스몸체(18) 상에 설치되는데, 이것은 양호한 열전도도를 가지는 얇은 벽의 관형지지부(20)와, 이 지지부(20)에 배치되는 예를 들어, 스트립히터(strip heater)형태의 히터(21)를 포함한다. 파이프입구측(22)에 즉, 상기 예열기(19)의 전방 단부에 -제조방향(9)을 참조-, 실링장치(23)가 상기 지지부(20)의 내측에 설치되는데, 이것은 상기 파이프입구측(22)의 공동압출가공헤드(7)의 내부챔버(24)를 실링한다. 이러한 실링장치(23)는 상기 이중벽파이프(8)의 외측을 지지하며 상기 이중벽파이프(8)의 외경의 큰 변화에 대해서도 보상할 수 있다.
공통압출다이(25)는 타측에, 즉 제조방향(9)으로 볼 때 상기 베이스몸체(18)의 후방 단부에 설치된다. 내부다이파이프(26)는 단지 개략적으로 도시된 나사에 의해 상기 베이스몸체(18)에 고정된다. 또한, 외부조정링(27)이 단지 개략적으로 도시된 나사에 의해 상기 베이스몸체(18) 상에 설치된다. 상기 내부다이파이프(26)는 외부다이파이프(28)에 의해 둘러쌓여지며, 상기 다이파이프들(26 및 28) 사이에는 거의 환형인 용탕통로(29; melt passage)가 정해진다.
축(6)에 대하여 방사상으로 연장되며 상기 외부다이파이프(28)에 대하여 지지되는 조정나사들(30)은 상기 조정링(27) 내에 보유된다. 상기 외부다이파이프(28)는 이 조정나사들(30)에 의해 중심이 맞추어지며, 이것에 의해 용탕통로(29)가 요구되는 횡단면 치수에 정확하게 주어진다. 제조방향(9)으로 볼때, 상기 다이(25)의 후방단부(32)에서, 상기 내부다이파이프(26)는 외부다이파이프(28)의 페이싱단부(32; facing end)에 대하여 지지되는 압력조정나사들(33)을 보유하는 환형칼라(31)를 구비한다. 또한, 상기 텐션조정나사들(34)이 이 환형칼라(31) 내에 보유되는데, 이것은 내부다이파이프의 단부(32) 근처에서 외부 다이파이프(28)의 관통구멍과 맞물린다. 상기 압력조정나사들(33)과 텐션조정나사들(34)은 축(6)의 방향으로 외부다이파이프(28)를 조정하거나 또는 그것을 축(6)에 대하여 약간 기울여주는 역할을 한다. 다이마우스(36; die mouth)의 폭(a)은 따라서 상기 폭(a)이 원주에 걸쳐 변화되는 방법으로 조정될 수 있다. 다이를 조정하는 방법에 대해서는 참조되는 EP 0 509 216 A3(U.S.특허 5 346 384에 대응)에 도시되며 상세히 설명된다.
상기 용탕통로(29)는 용탕안내파이프(17)에 연결된다. 상기 베이스몸체(18), 조정링(27) 및 외부다이파이프(28)는 용탕(38; melt)을 요구되는 압출가공온도로 유지해 주는 용탕히터들(37)에 의하여 둘러싸여진다.
상기 베이스몸체(18)는 부분진공연결라인(39)을 구비하는데, 이것은 공통압출가공헤드(7)의 내부챔버(24) 내로 통한다. 상기 내부챔버(24)는 공통압출가공헤드(7)의 전체 길이에 걸쳐 연장된다. 파이프출구측(40)에서, 즉 제조방향(9)으로볼 때 그의 후방단부에서, 이레한 대체로 관형인 내부챔버(24)는 원통형단면부(41)를 가지는데, 이것의 내경(D)은 이중벽파이프(8)의 최대 외경(d)를 초과한다. 상기 다이마우스(36)는 제조라인(9)의 방향으로 볼 때 공통압출다이(25)의 후방단부(42)에 형성된다.
작동 방식은 다음과 같다:
이중벽파이프(8)는 보정장치(5)를 포함하는 압출가공장비(1)로부터 공통압출가공헤드(7)까지 제조방향(9)으로 통과한다. 상기 이중벽파이프(8)는 일반적으로 매끄러운 내측파이프(43)와 파형의 외측파이프(44)로 구성된다. 이러한 파형파이프(44)는 환형- 또는 특수한 경우에는 나선형으로 연장되는-원통형외부면들(45)을 가진다. 상기 실링장치(23)는 그것이 항상 적어도 1개의 외부면(45)에 대하여 지지하는 방법으로 이러한 원통형외부면들(45)에 대하여 지지한다. 이러한 방식으로, 상기 내부챔버(24)는 이 영역에서 대기에 대하여 실링된다.
특히 상기 외부면들(45)은 용접 가능한 합성수지 재료로 용접하기 위해 필요한 온도까지 예열기(19)에 의해서 가열된다. 경우에 따라서는, 상기 공통압출가공헤드(7)에 의해 이중벽파이프(8)로 분산되는 열이 특히 상기 외부면(45)을 용접에 충분한 온도까지 가열하는 데 충분하므로, 상기 예열기(19) 없이도 것이 필요할 수 있다. 상기 이중벽파이프(8)는 공통압출가공혜드(7)의 내부챔버(24)를 통과하는데, 여기서 이것은 상기 부분진공연결라인(39)을 거쳐, 부분진공에 의해, 즉 대기압 이하의 압력에 의해 영향을 받는다. 공통압출가공다이(25)의 다이마우스(36)로부터, 열가소성재료의 용탕(38), 특히 폴리올레핀(polyolefine)이 이중벽파이프(8) 상으로 튜브(46)와 같은 형태로 제조방향(9)을 기준으로 상기 다이(25)의 하류방향으로 압출가공된다. 상기 튜브(46)는 공통압출가공혜드(7)의 내부챔버(24)의 부분진공으로 인하여 파형파이프(44)의 원통형외부면들(45)에 대해서 밀착되며, 상기 부분진공은 튜브(46)와 이중벽파이프(8) 사이의 접촉부(47)의 영역 내로 이르기까지 연장된다. 상기 튜브(46)는 여전히 용접을 가능하게 하는 온도를 가진다. 언급한 바와 같이 상기 외부면들(45)은 상응하는 온도까지 가열된다. 또한 상응하는 공기압이 튜브(46)의 외부로부터 작용하므로, 신뢰성있고 견고한 용접이 상기 튜브(46)와 외부면(45) 사이에서 일어난다. 언급된 부분진공은 상기 파형파이프(44)의 파형골(48)에도 작용하므로, 상기 튜브(46)는 각각의 외부면들(45) 사이에서 약간 구부러지는 현상이 일어날 수도 있을 것이다.
상기 이중벽파이프(8)가 -제 2 도의 우측에 도시되는 바와 같이- 상기 파형 파이프(44) 내에 매끄러운 벽부분(49)을 가지는 경우에, 상기 튜브(46)는 이 매끄러운 벽부분(49) 상에서 전면에 걸쳐 놓여지며 상기 언급된 압력 하에서 대체로 전면에 걸쳐 튜브(46)와 용접된다. 상기 실링장치(23)는 매끄러운 벽부분(49)이 파이프유입측(22) 상에서 공통압출가공혜드(7) 내로 진입하는 경우라 하더라도 충분히 밀폐를 시킬 수 있게 된다. 부분진공원(도시되지 않음)을 상응하게 설정하는 것은 이 경우에 있어서 상기 내부챔버(24)에서 발생하는 압력증가를 방지 데 도움이 될것이다. 그것의 내경(b)이 이중벽파이프(8)의 내경(b)에 상응하는 매끄러운 벽부분(49)과 같은 것의 제조는 예를 들어, EP 0 600 214 A1(U.S. ser. no. 08/154 855에 상응)으로부터 공지된다. 이 문헌은 또한 제 3 도에 도시되는 소켓(50)의 형태로 된 매끄러운 벽부분을 가지는 이중벽파이프(8)의 제조를 제시한다. 이 경우에서도, 상기 튜브(46)는 소켓(50)의 형태로 된 매끄러운 벽부분 상에 압출가공된다.
이러한 소켓(50)의 내경(c)은 기재된 방법으로 제조되는 다층파이프(10)의 외경(e)를 하는데, 기재된 경우에 있어서 이것은 3층파이프이다.
그러나 이러한 소켓(50)은 또한 분리스케이션(14)에 의해 다층파이프(10)를 절단한 후에 하류의 소케팅기계에 영향을 미칠 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 튜브(46)에 의해 코팅된 매끄러운 벽부분(49)은 보통의 경우와 마찬가지로 가열되고 소켓(50)을 성형하기 위하여 확장된다. 제 3 도는 또한 상기 다층파이프(10)가 이러한 일체형으로 사출성형된 소켓(50)에 의하여 인접하는 파이프(10)와 연결되는 방법을 설명한다.
상기 이중벽파이프(8) 대신에, 외부적으로 성형된 파이프의 어떠한 다른 유형, 예를 들어 구조화된 벽부분을 구비하는 어떠한 파이프라도 압출가공에 의해 제공되는 튜브(46)에 의해 형성되는 추가적인 외피를 갖출 수가 있다. 제 4 도는 상응하게 설계된 압출가공장비와 상응하게 설계된 보정장치 상에서 제조되는, 리브가 형성된 파이프(8')가, 오직 방사상으로 외부면들(51) 상에 제공되며 방사상으로 연장되는 리브들(52)의 용접 온도로 가열되고 그것들 상에 용접되는 그러한 튜브(46)에 의하여 코팅되는 방법을 설명한다.
이러한 방법으로, 성형된 다층파이프(10')는 2층파이프이다. 이 리브가 형성된 파이프(8')의 경우에도, 매끄러운 벽부분(49')은 튜브(46)에 의해 코팅될 수 있다. 이 코팅된 부분(49')은 마개(spigot)의 역할을 하거나 또는 소켓을 형성하기위하여 확장된다.
사용되는 열가소성재료는 반드시 동일할 필요는 없다; 이것들이 서로 용접될 수 있는 것이 결정적으로 중요하다. 이것은 특히 폴리올레핀(polyolefine)을 포함하는데, 폴리에틸렌과 폴리에틸렌, 또는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌이 함께 용접될 수 있다.
제 1 도는 3층파이프의 제조를 위한 장치의 개략도이며,
제 2 도는 제 1 도에 따른 장치의 공통압출가공헤드를 따라 절단한 종방향 단면이고,
제 3 도는 소켓에 의하여 결합된 2개의 3층파이프를 따라 절단한 종방향 단면이며,
제 4 도는 리브가 형성된 파이프(ribbed pipe)를 기초로 한, 다층파이프의 제조를 도시하는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 압출가공장비 4 : 압출가공헤드
5 : 보정장치 7 : 공통압출가공헤드
10 : 다층파이프 18 : 베이스몸체
19 : 예열기 46 : 튜브

Claims (11)

  1. 다음의 단계들:
    - 외부적으로 성형된 형상의 파이프(8, 8')를, 제조방향(9)으로 제조하는 단계;
    - 외부적으로 성형된 형상의 파이프(8, 8')의 외부면들(45, 51) 상으로 플라스틱재료의 튜브(46)를 공통압출가공시키는 단계;
    -상기 튜브(46)와 외부면들(45, 51)을 함께 용접시키는 단계; 그리고
    - 상기 다층파이프(10, 10')를 냉각시키는 단계를 포함하는, 열가소성재료, 특히 폴리올레핀으로 된 다층파이프의 제조를 위한 방법에 있어서,
    외부적으로 성형된 형상의 파이프(8, 8')의 외부면들(45, 51) 상으로 플라스틱재료의 튜브(46)를 공통압출가공시키기 전에, 적어도 외부적으로 성형된 형상의 파이프(8, 8')의 외부면들(45, 51)은 용접온도로 가열되고;
    상기 파이프(8, 8')의 외측에는 주변압력과 판련하여 부분진공이 작용하며;
    상기 튜브(46)와 외부면들(45, 51)을 함께 용접시키는 것은 주변압력과 부분 진공 사이의 압력 차이 하에서 일어나는 것을 특징으로 하는, 열가소성재료, 특히 폴리올레핀으로 된 다층파이프의 제조를 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파이프(8, 8')는 외부적으로 성형된 형상의 부분들 사이에 적어도 현저하게 매끄러운 벽부분들(49, 49')을 가지며, 그리고 상기 튜브(46)는 전체 표면에 걸쳐 상기 부분들(49, 49') 상에 용접되는 것을 특징으로 하는, 열가소성재료, 특히 폴리올레핀으로 된 다층파이프의 제조를 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이중벽파이프(8)는 매끄러운 내측파이프(43) 및 이것 상에 용접되는 파형의 외측파이프(44)를 가지고 제조되며, 그리고 상기 튜브(46)는 상기 파형파이프(44)의 외부면들(45) 상에 용접되는 것을 특징으로 하는, 열가소성재료, 특히 폴리올레핀으로 된 다층파이프의 제조를 위한 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    리브가 형성된 파이프(8')는 방사상으로 외측으로 돌출되는 리브들(52)을 가지고 제조되며, 그리고 상기 튜브(46)와 상기 리브들(52)의 방사상의 외부면들(51)이 함께 용접되는 것을 특징으로 하는, 열가소성재료, 특히 폴리올레핀으로 된 다층파이프의 제조를 위한 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 다층파이프(10, 10')는 냉각공기에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는, 열가소성재료, 특히 폴리올레핀으로 된 다층파이프의 제조를 위한 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 다층파이프(10, 10')는 냉각수에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는, 열가소성재료, 특히 폴리올레핀으로 된 다층파이프의 제조를 위한 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 매끄러운 벽부분(49, 49')은 소켓(50)을 형성하기 위하여 확장되는 것을 특징으로 하는, 열가소성재료, 특히 폴리올레핀으로 된 다층파이프의 제조를 위한 방법.
  8. 다음의 특징들:
    - 제조방향(9)으로 적어도 1개의 튜브(46)를 압출가공하기 위한 압출가공장비(1);
    - 외부적으로 성형된 형상의 파이프(8, 8')를 성형하기 위한 보정장치(5); 그리고
    - 상기 파이프(8, 8')의 둘레에 튜브(46)를 공통압출가공시키기 위한 압출기(16)를 구비하는 공통압출가공헤드(7)를 포함하는, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따르는 방법에 따르는 다층파이프의 제조를 위한 장치에 있어서,
    상기 외부적으로 성형된 형상의 파이프(8, 8')의 외부면들(45, 51)을 용접 온도로 가열하기 위하여 예열기(19)가 제공되며; 그리고
    상기 공통압출가공혜드(7)는 부분진공연결라인(39)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 다층파이프의 제조를 위한 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 공통압출가공헤드(7)는 그것의 파이프입구측(22)의 근처에, 상기 파이프(8, 8')에 대해 지지하는 실링장치(23)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 다층파이프의 제조를 위한 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 예열기(19)는 상기 공통압출가공헤드(7)의 파이프입구측(22)의 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는, 다층파이프의 제조를 위한 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    적어도 1개의 냉각조(11, 12)가 상기 공통압출가공헤드(7)의 하류에 배치되는 것을 특징으로 하는, 다층파이프의 제조를 위한 장치.
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