BRPI0711444A2 - prendedor - Google Patents
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Abstract
PRENDEDOR. A presente invenção refere-se a um prendedor, do qual resistência severa é demandada e que pode também ser aplicado em uma localização, na qual um equipamento de superfície embutida é considerado, e que pode ser fabricado de maneira fácil e rápida e com custo de fabricação reduzido, é provido. Um prendedor (1) une uma camada externa de um avião e um material estrutural posicionado dentro da camada externa e uma superfície de extremidade de uma cabeça embutida (3) é coberta por uma camada isolante (5).
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PRENDE- DOR".
Campo Técnico
A presente invenção refere-se a um prendedor usado quando um material de resina tendo condutividade (por exemplo, CFRP (resina re- forçada com fibra de carbono)) é usado como uma camada externa de um avião, e mais particularmente, a um prendedor resistente a trovão.
Técnica Antecedente
Como um prendedor usado quando um material de resina tendo condutividade é usado como uma camada externa de um avião é conhecido um (ver, por exemplo, a Citação de Patente 1), do qual uma cabeça embuti- da e uma espiga são totalmente cobertas por um material isolante.
Citação de Patente 1:
A publicação da Patente dos Estados Unidos Ne 4.760.493
Descricão da Invenção
Com o prendedor descrito na Citação, entretanto, é necessário cobrir totalmente a cabeça embutida e a espiga com um material isolante, de modo que surge o problema que o prendedor não pode ser fabricado de ma- neira fácil e rápida e o custo de fabricação é maior.
Também, desde que o prendedor descrito na Citação é estrutu- rado tal que uma porção isolada do mesmo se torna volumosa, isso também envolve o problema que o prendedor não pode ser aplicado em uma camada externa da carcaça e uma superfície da asa, das quais uma exigência rigo- rosa é demandada em termos de projeto de resistência, no casõ de conside- rar um equipamento de superfície embutida de pequena resistência aérea.
A presente invenção foi imaginada em vista da situação e tem como~seu objetivo prover um prendedor, do qual resistência severa é de- mandada e que pode também ser aplicado em uma localização, na qual um equipamento de superfície embutida é considerado, e que pode ser fabrica- do de maneira fácil e rápida e com custo de fabricação reduzido.
A presente invenção adota as seguintes soluções a fim de resol- ver os problemas acima. Um prendedor de acordo com a invenção une uma camada ex- terna de um avião e um material estrutural posicionado dentro da camada externa, uma superfície de extremidade de uma cabeça embutida sendo co- berta por uma camada isolante.
O prendedor de acordo com a invenção pode ser fabricado de maneira fácil e rápida e é possível atingir a redução no custo de fabricação desde que a camada isolante seja formada (aplicada) somente em uma su- perfície de extremidade da cabeça embutida.
Também, com o prendedor de acordo com a invenção, uma su- perfície de extremidade da cak»eçâ embutida é coberta pela camada isolante,. de modo que mesmo se os relâmpagos golpearem diretamente contra um elemento (feito, por exemplo, de cobre, GFRP (resina reforçada com fibra de vidro), etc.), que constitui uma camada externa de um avião e é condutor, a camada isolante pode interromper a corrente de golpe do relâmpago que tende a fluir para o corpo do prendedor.
Além do que, quando o prendedor de acordo com a invenção é montado (unido) em uma camada externa de um avião, a camada isolante é formada nessa superfície exposta (isto é, uma superfície de extremidade da cabeça embutida) do prendedor, que fica exposta (aparece) em uma super- fície da camada externa, de modo que é possível impedir que o relâmpago golpeie diretamente contra o prendedor.
Com o prendedor, é preferível que a camada isolante seja um material isolante que exiba 100 kV/mm ou mais em termos de um valor da tensão de ruptura dielétrica, e em particular, é também preferívél que a câ- mada isolante seja composta de uma entre a película de tereftalato de polie- tileno orientado biaxial (PET), a película de poliimida, a película de naftalato de polietileno orientado biaxial (PEN), a película de sulfeto de polifenileno (PPS) e a película de polipropileno orientado biaxial tendo uma alta resistên- cia dielétrica.
Com tal prendedor, é possível diminuir consideravelmente a es- pessura da camada isolante, de modo que é possível diminuir consideravel- mente o peso de um prendedor. Com o prendedor, também é preferível que a camada isolante seja fixada na cabeça embutida através de um adesivo.
Com tal prendedor, a camada isolante é fixada na camada em- butida através de um adesivo (por exemplo, um adesivo de epóxi), de modo que o prendedor pode ser fabricado de maneira fácil e rápida e com custo de fabricação reduzido.
Com o prendedor, também é preferível que a camada isolante seja formada pela pulverização térmica ou método de cozimento da cobertu- ra.
Com tal prendedor, a camada jsolante 4 formada por pulveriza-, ção térmica ou um método de cozimento da cobertura, de modo que o pren- dedor pode ser fabricado de maneira fácil e rápida e com custo de fabrica- ção reduzido.
Uma montagem de avião de acordo com a invenção compreen- de uma camada externa, da qual um elemento principal e feito de um mate- rial de resina tendo condutividade, um material estrutural que suporta a ca- mada externa pelo interior e um prendedor que une a camada externa e o material estrutural, e o prendedor compreende qualquer um dos prendedores descritos acima.
Com a montagem do avião de acordo com a invenção, uma cor- rente de golpe do relâmpago que tende a circular para o corpo do prendedor é interrompida (diminuída) pela camada isolante, de modo que é possível -impedir (diminuir) a condução da corrente de golpe do relâmpago para o ma- terial da resina tendo condutividade, assim possibilitando prevenir que a cor- rente de golpe do relâmpago danifique o material de resina tendo condutivi- dade.
Também, desde que a corrente de golpe do relâmpago não cir- cula para o corpo do prendedor, é possível dispensar todos os Dls (Isolador Dielétrico), que são convencionalmente necessários entre um material estru- tural e um colar de um prendedor, e todas as tampas feitas de borracha iso- lante e montadas para cobrir as extremidades de ponta das porções de ros- ca macho dos prendedores e os colares dos prendedores (montados para impedir a flâmula secundariamente descarregada dos colares), assim possi- bilitando diminuir consideravelmente o peso da carcaça.
Além disso, um material de resina citado aqui inclui materiais de resina reforçados com fibra tal como CFRP (resina reforçada com fibra de carbono), etc.
Com a montagem do avião descrita acima, um elemento tendo condutividade é preferivelmente laminado sobre uma superfície externa do material de resina tendo condutividade.
Com tal montagem de avião, mesmo se o relâmpago golpeia diretamente contra um elemento que constitui uma camada externa de um avião e é condutor, é possível impedir (diminuir) que a corrente de golpe do relâmpago entre no corpo do prendedor desde que a corrente de golpe do relâmpago circule através do elemento tendo condutividade.
Além disso, um material de resina citado aqui inclui materiais de resina reforçados com fibra tal como CFRP (resina reforçada com fibra de carbono), etc.
O prendedor de acordo com a invenção produz um efeito que ele pode ser aplicado em uma localização, da qual resistência severa é deman- dada e na qual um equipamento de superfície embutida é considerado, e ele pode ser fabricado de maneira fácil e rápida e com custo de fabricação redu- zido.
Breve Descrição dos Desenhos
A figura 1 é uma vista mostrando uma modalidade de um pren- dedor de acordo com a invenção e uma vista de seção transversal longitudi- nal mostrando uma montagem de avião em um estado no qual uma camada externa e um material estrutural são unidos pelo prendedor.
A figura 2 é uma vista de seção transversal mostrando, em esca- la ampliada, uma parte essencial de uma modalidade adicional de um pren- dedor de acordo com a invenção.
A figura 3 é uma vista mostrando uma modalidade adicional de um prendedor de acordo com a invenção e uma vista de seção transversal longitudinal mostrando uma montagem de avião em um estado no qual uma camada externa e um material estrutural são unidos pelo prendedor.
A figura 4 é uma vista de seção transversal longitudinal mos- trando uma camada externa de um avião, na qual um prendedor de acordo com a invenção pode ser aplicado.
Explicação da Referência: 1: prendedor 3: cabeça embutida 5: camada isolante 10: camada externa 11: r íaterial estrutural 12: CFRP (material de resina tendo condutividade) 15: malha condutora (elemento tendo condutividade) A: montagem do avião
Melhor Modo para Execução da Invenção Uma modalidade de um prendedor resistente a trovão de acordo com a invenção será descrita abaixo com referência aos desenhos. Como mostrado na figura 1, um prendedor resistente a trovão 1 (citado abai- xo como prendedor) de acordo com a modalidade compreende, como com- ponentes principais, um corpo de prendedor 4 incluindo uma espiga em for- mato de coluna 2 e uma cabeça embutida 3 na forma de um cone substanci- almente truncado provido em um lado da extremidade da espiga 2 aumen- tando em diâmetro quando ele se afasta da espiga 2, e uma camada isolante 5 disposta para cobrir uma superfície de extremidade (superfície da extremi- dade superior na figura-1)da-cabeça embutida 3.
O corpo do prendedor 4 é formado integralmente da espiga 2 e da cabeça embutida 3 e fabricado usando uma liga tais como titânio (Ti-6Al- 4V): material recozido), inconel ou similares.
Uma porção de rosca macho 2a sendo rosqueada em uma por- ção de rosca fêmea de um colar (porca) descrito posteriormente é formada na outra extremidade (extremidade inferior na figura 1) da espiga 2.
A cabeça embutida 3 é formada para ser dimensionada de modo que o diâmetro externo D1 da mesma é na ordem de, por exemplo, 2 vezes ou mais o diâmetro externo D2 da espiga 2.
A camada isolante 5 é um elemento em formato de disco forma- do para ser dimensionado de modo que o diâmetro externo do mesmo é i- gual (ou substancialmente igual) ao diâmetro externo D1 da cabeça embuti- da 3, e é fabricado usando, por exemplo, GFRP (resina reforçada com fibra de vidro). A camada isolante 5 tem uma espessura de placa de, por exem- plo, 1,0 mm e uma resistência dielétrica suficiente para suportar uma tensão de teste de golpe de relâmpago (aproximadamente 40 kV) de MIL-STD- 1757A Zona 1. No caso de uso de GFRP para a camada isolante 5,-a resis- tência dielétrica do GFRP é 40 kV/mm mesmo quando uma estimativa é feita no lado de segurança, de modo que uma resistência dielétrica suficiente é provida com uma espessura de placa de 1,0 mm mesmo quando exposta a uma tensão de teste de golpe de relâmpago (aproximadamente 40 kV) de MIL-STD-1757A zona 1.
O prendedor 1 descrito acima év fabricado no procedimento se- guinte.
(1) Tecido de vidro antes da cura (um estágio pré-preg) é lami- nado para ser submetido à impregnação com o uso de uma resina de époxi, e a seguir aquecido e curado para fabricar uma camada isolante 5.
(2) Um corpo do prendedor 4, do qual uma espiga 2 é formada na outra extremidade do mesmo com uma porção de rosca macho 2a é pre- parado e partículas de material lançadas (partículas duras feitas de, por e- xemplo, metal, cerâmica, vidro ou similar e tendo um tamanho de partícula médio de 200 μm ou menos (mais especificamente,pelo menos 10 μm e no máximo 100 μm) são projetadas em uma superfície de extremidade (superfí- cie) de uma cabeça embutida 3 para executar um pré-tratamento (tal trata- mento é citado como processo de -lançamento de fragmentos) para tornar áspera a superfície da cabeça embutida 3.
Além disso, é possível tornar áspera a superfície da cabeça em· butida 3 usando lixa ou similar no lugar do processo de lançamento de frag- mento.
(3) Depois que um adesivo (adesivo de epóxi, por exemplo, ade- sivo de epóxi EA9396 fabricado por Hysol-Dexter Ltd.) é aplicado em uma superfície de extremidade da cabeça embutida 3, uma camada isolante 5 é colocada sobre ela e o adesivo é curado para fixar a camada isolante 5 na cabeça embutida 3.
O prendedor 1 fabricado dessa maneira é usado para unir, por exemplo, uma camada externa 10 de um avião mostrado na figura 1 e um material estrutural (por exemplo, nervura, viga ou similar) 11. Além disso, a camada externa 10 e o material estrutural 11 são unidos pelo prendedor 1 para prover uma montagem de avião (por exemplo, montagem de asa, mon- tagem de cauda, montagem de fuselagem ou similar) A.
A camada externa 10 é principalmente feita de um material de resina (por exemplo, CFRP (resina reforçada com fibra de carbono) citado abaixo como "CFRP") 12 tendo condutividade (condutividade na ordem de 1/100 a 1/1000 vezes essa do alumínio) e materiais de resina (por exemplo, GFRP (resina reforçada com fibra de vidro) citados abaixa come/GFRP") 13, 14 tendo uma propriedade isolante são laminados em uma superfície completa (superfície posicionada do lado de fora depois da montagem) e o total de uma superfície traseira (superfície posicionada no interior depois da montagem).
Também, um elemento com malha (ou em formato de placa) (fei- to de, por exemplo, cobre e citado abaixo como "malha condutora") 15 sendo condutivo como um todo é laminado em uma superfície (superfície posicio- nada do lado de fora depois da montagem) do GFRP 13 posicionado em um lado da-superfíçie do CFRP 12.
O material estrutural 11 é feito de, por exemplo, liga de alumínio, mterial de titânio ou CFRP (resina reforçada com fibra de carbono) e dis- posto em uma posição predeterminada em uma superfície traseira (a super- fície posicionada no interior depois da montagem) do GFRP 14.
Recessos (furos) 16 se estendendo através da camada externa 10 e do material estrutural 11 e possibilitando receber os prendedores 1 ne- les são formados em posições predeterminadas em uma estrutura, da qual o material estrutural 11 é disposto na superfície traseira do GFRP 14. Os prendedores 1 são recebidos nos recessos respectivos 16 e colares (porcas) 17 fabricados usando, por exemplo, titânio, inconel ou similares são firmados sobre as porções de rosca macho 2a se projetando para dentro a partir de uma superfície traseira do material estrutural 11.
Desde que a camada isolante 5 é disposta em uma superfície de extremidade da cabeça embutida 3 do prendedor 1 de acordo com a modali- dade, é possível interromper uma corrente de golpe do relâmpago que tende a circular para o corpo do prendedor 4 mesmo quando o relâmpago golpeia diretamente contra a camada isolante 5.
Também, a camada isolante 5 é fixada na cabeça embutida 3 através de um adesivo e o prendedor 1 pode ser fabricado de maneira fácil e rápida, de modo que é possível obter redução no custo de fabricação.
Além do que, desde que o pré-tratamento, pelo qual a superfície da cabeça embutida 3 é tornada áspera, é aplicado na superfície, é possível fixar seguramente (firmemente) a camada isolante 5 na cabeça embutida 3, para impedir seguramente que a camada isolante 5 descarne da cabeça embutida 3 durante a corrida de um avião, e manter o prendedor 1 em um estado favorável.
Além do mais, no caso onde o prendedor 1 de acordo com a modalidade é usado para unir, por exemplo, a camada externa 10 e o mate- rial estrutural (por exemplo, nervura, viga ou similar) 11 de um avião mostra- do na figura 1, uma corrente de golpe do relâmpago que tende a circular pa- ra o corpo do prendedor 4 é interrompida (diminuída) pela camada isolante 5, de modo que é possível impedir (diminuir) a-condução da corfente de gol- pe do relâmpago para o CFRP 12, assim possibilitando impedir que a cor- rente de golpe do relâmpago danifique o CFRP 12.
Além do mais, com o prendedor 1 de acordo com a modalidade, a corrente de golpe do" relâmpago não circula para o corpo do prendedor 4, de modo que é possível descartar todos os Dls (Isolador Dielétrico), que são convencionalmente necessários entre o material estrutural 11 e o colar 17 para impedir faísca, e todas as tampas feitas de borracha isolante e monta- das para cobrir totalmente as extremidades de ponta das porções de rosca macho 2a e os colares 17 (montados para impedir a flâmula secundariamen- te descarregada dos colares 17), assim possibilitando consideravelmente diminuir o peso da carcaça.
Além disso, a invenção não é limitada à modalidade descrita a - cima, mas PET (por exemplo, Lumirror fabricado por TORAY Ltd.) tendo uma espessura de placa de 125 μιτι pode ser adotado como uma camada isolante 5 no lugar da camada isolante 5 feita de material compósito de G- FRP.
Dessa maneira, pelo uso de PET para a camada isolante 5, é possível diminuir consideravelmente a espessura da camada isolante 5 e diminuir consideravelmente o peso de um prendedor.
Além disso, embora a tensão de ruptura dielétrica do GFRP seja aproximadamente 40 kV/mm, a tensão de ruptura dielétrica do PET (terefta- lato de polietileno orientado biaxial) é aproximadamente 300 kV/mm.
Também, no caso de usar Luminar fabricado por TORAY Ltd. para a camada isolante 5, sua espessura é preferivelmente qualquer uma entre 100 μm, 125 μm, 188 μm, 210 μm e 250 μm.
Além do que, poliimida (kapton) tendo uma espessura de 125 μm pode ser adotada para uma camada isolante 5 no lugar da camada iso- lante 5 feita do material compósito de GFRP.
Dessa maneira, usando poliimida para a camada isolante 5, é possível diminuir consideravelmente a espessura da camada isolante 5 e diminuir consideravelmente o peso de um prendedor. Além disso, embora a tensão de ruptura dielétrica do GFRP seja aproximadamente 40 kV/mm, a tensão de ruptura dielétrica da poliimida é aproximadamente 300 kV/mm.
Também, no caso de usar poliimida para a camada isolante 5, é possível fixar a camada isolante na cabeça embutida 3 em virtude da veda- ção térmica com o uso de uma camada de poliimida ao invés de usar o ade- sivo de epóxi (por exemplo, adesivo de epóxi EA9396 fabricado por Hysol- Dexter Ltd.) descrito acima.
Além do mais, o tereftalato de polietileno orientado biaxial (PEN) (por exemplo, Teonex fabricado por TEIJIN Ltd.) tendo uma espessura de placa de 125 μπι pode ser adotado para a camada isolante 5 no lugar da camada isolante 5 feita do material compósito de GFRP.
Dessa maneira, pelo uso de PEN para a camada isolante 5, é possível diminuir consideravelmente a espessura da camada isolante 5 e diminuir consideravelmente o peso de um prendedor.
Além disso, embora a tensão de ruptura dielétrica do GFRP seja aproximadamente 40 kV/mm, a tensão de ruptura dielétrica do PEN (película de tereftalato de polietileno orientado biaxial) é aproximadamente 300 kV/mm a 400 kV/mm.
Também, no caso de uso de poliimida Teonex fabricado por TEIJIN Ltd. para a camada isolante 5, sua espessura é preferivelmente qualquer uma entre 75 μm, 100 μm, 125 μm, 188 μm e 250 μm.
Além do mais, ao invés de unir (vedação térmica) a camada iso- lante 5 na superfície da cabeça embutida 3, é possível usar pulverização térmica (por exemplo, pulverização térmica a plasma, pulverização térmica a arco, pulverização térmica com HVOF, etc.) para formar a camada isolante 5 na superfície da cabeça embutida 3.
Especificamente, a pulverização térmica da camada isolante de alumina sobre a superfície da cabeça embutida 3 é executada.
Além disso, a camada isolante 5 não é limitada a alumina e a vedação com impregnação de uma solução de silicone e uma solução de poliimido é-executada para possibilitar-a-melhora da propriedade isolante desde-que a cobertura com pulverização térmica tem fraca propriedade isò- lante devido à lacuna existente.
Além do mais, ao invés de unir (vedação térmica) a camada iso- lante 5 na superfície da cabeça embutida 3, é possível usar o método de cozimento da cobertura para formar a camada isolante 5 sobre a superfície da cabeça embutida 3.
Especificamente, um verniz de poliimida (solução), por exemplo, um verniz de poliimido (verniz U) fabricado por UBE KOUSAN Ltd. é usado para revestir a poliimida sobre a superfície da cabeça embutida 3 através da cobertura/secagem/cozimento.
Além disso, a fim de aumentar a espessura de uma camada de poliimido, é suficiente executar repetidamente os processos de cobertu- ra/secagem/cozimento.
Alem do mais, como mostrado na figura 2, também é preferível quando o diâmetro externo da camada isolante 5 é maior (maior por, por e- xemplo, 1,0 mm) do que o diâmetro externo D1 da cabeça embutida 3.
Dessa maneira, uma corrente de golpe do relâmpago que tende a circular para o corpo do prendedor 4 é interrompida (diminuída) pela ca- mada isolante 5, de modo que é possível impedir (diminuir) a condução da corrente de golpe do relâmpago para o CFRP 12, assim possibilitando impe- dir que a corrente de golpe do relâmpago danifique o CFRP 12.
Além do mais, como mostrado na figura 2, também é preferível quando uma segunda camada isolante 5a é provida circunferencialmente em uma borda periférica da cabeça embutida 3 posicionada radialmeate para fora.
Dessa maneira, é possível impedir (diminuir) o fluxo da corrente elétrica devido à descarga elétrica secundária do relâmpago junto com o trovão.
Além do mais, também é possível instalar a úmido a espiga 2 com o uso de um composto condutor. Dessa maneira, é possível certificar-se do contato entre a espiga 2 e o GFRP 12, assim possibilitando diminuir mais potencial elétrico no prendedor no momento do golpe do relâmpago (no momento do-relâmpago junto com o trovão). -
Além do mais, como mostrado na figura 3, também é preferível quando a camada isolante 5 é formada (a camada isolante 5 é ajustada na espessura) de modo que a superfície da camada isolante 5 e a superfície da malha condutora 15 sejam colocadas em um estado substancialmente em- butido (ou embutido).
Dessa forma, é possível colocar a superfície da camada externa 10 depois da cobertura em um estado embutido adicional, assim possibili- tando obter uma diminuição maior na resistência aerodinâmica. Além do mais, o prendedor de acordo com a invenção não é u- sado somente para unir a camada externa 10 de um avião mostrado na figu- ra 1 e o material estrutural (por exemplo, nervura, viga ou similar) 11, mas pode ser usado para unir, por exemplo, uma camada externa 20 de um avião mostrado na figura 4 e o material estrutural 11.
A camada externa 20 é composta principalmente de um material de resina (por exemplo, CFRP (resina reforçada com fibra de carbono) cita- do abaixo como "CFRP") 12 tendo condutividade (condutividade na ordem de 1/100 a 1/1000 vezes essa do alumínio), um elemento (feito de( por e- xemplo, cobre) 21 sendo condutor é laminado sobre uma superfície (superfí- cie posicionada do lado de fora depois da montagem) da camada externa e um material de resina (por exemplo, GFRP (resina reforçada com fibra de vidro) citado abaixo como "GFRP") 14 tendo uma propriedade isolante é la- minado sobre uma superfície traseira completa (superfície posicionada no interior d®pois de montagem) da camada externa.
Também, um material de resina (por exemplo, GFRP (resina re- forçada com fibra de vidro)) 22 tendo uma propriedade isolante é laminado sobre uma superfície completa do elemento 21 sendo condutor e posiciona- do em uma superfície frontal do CFRP 12.
Claims (7)
1. Prendedor que une uma camada externa de um avião e um material estrutural posicionado dentro da camada externa, o prendedor ca- racterizado pelo fato de que uma superfície de extremidade de uma cabeça embutida é coberta por uma camada isolante.
2. Prendedor, de acordo com a reivindicação 1, no que a cama- da isolante é um material isolante que exibe 100 kV/mm ou mais em termos de um valor da tensão de ruptura dielétrica.
3. Prendedor, de acordo com a reivindicação 2, em que!o mate- rial isolante é composto de uma tntre uma película de tereftalato de polieti- leno orientado biaxial, película de poliimida, película de naftalato de polietile- no orientado biaxial, película de sulfeto de polifenileno e película de polipro- pileno orientado biaxial.
4. Prendedor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que a camada isolante é fixada na cabeça embutida através de um adesivo.
5. Prendedor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a camada isolante é formada pela pulverização térmica ou um método de co- zimento da cobertura.
6. Montagem de avião compreendendo uma camada externa, da qual um elemento principal é feito de um material de resina tendo condutivi- dade, um material estrutural que suporta a camada externa a partir do interi- or e um prendedor como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, e em que o prendedor que une a camada externa e o material estrutural compreende o prendedor.
7. Montagem de avião de acordo com a reivindicação 6, em que um elemento tendo condutividade é laminado sobre uma superfície externa do material de resina tendo condutividade.
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