EP1477681B1 - Flüssigkeitsringgaspumpe - Google Patents

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EP1477681B1
EP1477681B1 EP03011218A EP03011218A EP1477681B1 EP 1477681 B1 EP1477681 B1 EP 1477681B1 EP 03011218 A EP03011218 A EP 03011218A EP 03011218 A EP03011218 A EP 03011218A EP 1477681 B1 EP1477681 B1 EP 1477681B1
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EP
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liquid ring
housing part
housing
ring pump
pump according
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Bernd Wenckebach
Silke Heetsch
Alfons Dr. Jünemann
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Sterling Fluid Systems Germany GmbH
Sterling Fluid Systems GmbH
Original Assignee
Sterling Fluid Systems Germany GmbH
Sterling Fluid Systems GmbH
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    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/10—Outer members for co-operation with rotary pistons; Casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C19/00—Rotary-piston pumps with fluid ring or the like, specially adapted for elastic fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C19/00—Rotary-piston pumps with fluid ring or the like, specially adapted for elastic fluids
    • F04C19/005—Details concerning the admission or discharge
    • F04C19/007—Port members in the form of side plates
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    • F04C2230/21—Manufacture essentially without removing material by casting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04C2230/231—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together by welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/30—Casings or housings

Definitions

  • the invention relates to a liquid ring gas pump having a first housing part, which encloses two working spaces radially, in each of which an eccentrically rotatably mounted impeller is arranged, with second and third housing parts, which complete the first housing part and the pump on both sides and channels or chambers for supply and Having discharge of the delivered gas, with at least one of second leading to the third housing part connecting channel and with the working spaces in the axial direction limiting control discs.
  • an impeller rotates within an eccentrically rotating fluid ring.
  • the liquid ring more or less immersed in the cells formed between the wings of the impeller.
  • the free volume in the impeller cells is alternately increased and decreased.
  • the suction opening through which the gas to be delivered is sucked into the cells, is located in the front side in a control disk.
  • Liquid ring gas pumps are used both as a vacuum pump, where the delivery gas is compressed from a negative pressure to about atmospheric pressure, as well as a compressor in which the delivery gas is compressed from atmospheric to an overpressure.
  • Liquid ring gas pumps are available as single-stage and multi-stage versions. Single-stage liquid ring gas pumps can be used as a vacuum pump in the upper rough vacuum or as a compressor due to the lower compression ratio. Multi-stage machines have their preferred use as a vacuum pump in the lower pressure range of the vacuum.
  • the work spaces in which the impeller rotates and the liquid ring is formed, are limited axially on one side or on both sides by a control disk.
  • these work spaces with impeller and control discs are arranged axially in a corresponding number one behind the other.
  • a liquid ring gas pump (cf, for example, DE 27 14 475 A) consists of a multiplicity of components which are arranged in the axial direction against each other during pump assembly.
  • the bearing surfaces of the individual components are simultaneously sealing surfaces of the machine from the pump interior to the environment.
  • Such a conventional liquid ring gas pump has in two-stage design seven axial sealing surfaces (DE 27 14 475). Consequently, the assembly is expensive and the construction expensive and also has the disadvantage of a variety of surfaces to be sealed, in particular a greater risk of early leaking in operation.
  • the object of the invention is to provide a liquid ring gas pump of the type mentioned, in which the number of items and in particular the number of sealing surfaces is greatly reduced to the outside.
  • the first housing part is formed in one piece, and has an integrally formed with the first housing part intermediate wall for receiving inner control discs between the two working spaces.
  • the intermediate wall may comprise at least one channel for passing the conveyed gas .
  • the invention is applicable to two-stage liquid ring gas pumps.
  • the first housing part has not more than two surfaces connected to the work spaces, with which it adjoins other housing parts or other attachments.
  • the construction of the pump is further simplified if the first housing part has connections for emptying and / or emptying, cavitation protection and suction-side ventilation.
  • the housing parts may be formed in an advantageous embodiment as a cast construction. In another advantageous embodiment, the housing parts are designed as a welded construction.
  • a particularly simple assembly is possible if the first housing part has fastening elements for axial clamping with the second and third housing parts.
  • the construction according to the invention is characterized by a low number of components and few sealing surfaces to the outside. This results in significant advantages in the manufacturing and assembly process as well as in the reliability of the novel liquid ring gas pump. A particular advantage is also that the second and third housing parts can be identical, which also reduces the manufacturing cost and storage costs for spare parts.
  • FIG. 1 shows in cross section a conventional liquid ring gas pump.
  • In workrooms A are eccentrically mounted on a shaft B impellers C.
  • the work spaces A are partially with a liquid, in particular water filled, so that the cells between the wings of the impellers due to the liquid ring enlarge and reduce, whereby the pumping action is achieved.
  • At the end faces of the impellers C are control discs D, in the embodiment of Figure 1 so four such control discs.
  • Housing parts E limit the work spaces in the radial direction to the outside.
  • FIG. 1 shows in cross section a conventional liquid ring gas pump.
  • the two-stage pump according to the invention which is shown in Figure 2, also has two impellers 1, which are mounted on a shaft 11 and rotate in the eccentric working spaces 16.
  • At the outer end faces of the impellers 1 are control discs 2;
  • In the middle between the impellers 1 are control discs 3, wherein the control discs are provided with suitable openings through which enters the gas to be pumped into the working spaces 16 and exits.
  • Fig. 2 there is shown a connecting passage 13 connecting the suction port 14 of the left (second) stage with the pressure port 15 of the right (first) stage, whereby a partial flow of the conveying gas from the right (first) stage to the left (second) stage is directed.
  • the respective other opening of the middle control discs 3 is covered by the middle wall 8 and thus functionless.
  • This middle wall 8 is part of a first housing part 5, which surrounds the working spaces 16.
  • This first Housing part 5 has a further connecting channel 7 for the gas flows within the pump.
  • a second partial flow of the delivery gas is passed from the pressure port 17 of the right (first) stage to the suction port 18 of the left (second) stage.
  • the outer wall 6, which limits the working space 16, the intermediate wall 8 and the connecting channel 7 are integrally formed. Further components are the left and right of the first housing part 1 arranged second and third housing parts 4, which may be identical. The only sealing surfaces to the outside are the sealing surfaces between the first housing and the second housing 4. These sealing surfaces are designated 9. With 19 screws are designated by which the housing parts 1, 4 are fastened together.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsringgaspumpe mit einem ersten Gehäuseteil, der zwei Arbeitsräume radial umschließt, in denen jeweils ein exzentrisch drehbar gelagertes Flügelrad angeordnet ist, mit zweiten und dritten Gehäuseteilen, die den ersten Gehäuseteil und die Pumpe beidseitig abschließen und Kanäle oder Kammern für Zu- und Abführung des geförderten Gases aufweisen, mit mindestens einem von zweiten zum dritten Gehäuseteil führenden Verbindungskanal und mit die Arbeitsräume in Axialrichtung begrenzenden Steuerscheiben.
  • In Flüssigkeitsringgaspumpen läuft ein Flügelrad innerhalb eines exzentrisch kreisenden Flüssigkeitsrings um. Während des Umlaufs taucht der Flüssigkeitsring mehr oder weniger weit in die zwischen den Flügeln des Flügelrads gebildeten Zellen ein. Dadurch wird das freie Volumen in den Flügelradzellen wechselnd vergrößert und verkleinert. In demjenigen Umlaufbereich, in welchem sich das Zellenvolumen vergrößert, befindet sich stirnseitig in einer Steuerscheibe die Saugöffnung, durch die das zu fördernde Gas in die Zellen eingesaugt wird. Im Endbereich desjenigen Umlaufteils, in welchem sich die Kompression vollzieht, befindet sich die Drucköffnung, durch die das komprimierte Gas in den Druckraum der Pumpe ausgeschoben wird.
  • Flüssigkeitsringgaspumpen werden sowohl als Vakuumpumpe, wo das Fördergas von einem Unterdruck auf etwa Atmosphärendruck verdichtet wird, als auch als Kompressor eingesetzt, bei denen das Fördergas von Atmosphärendruck auf einen Überdruck verdichtet wird. Flüssigkeitsringgaspumpen gibt es als einstufige und mehrstufige Ausführungen. Einstufige Flüssigkeitsringgaspumpen können aufgrund des geringeren Verdichtungsverhältnisses als Vakuumpumpe im oberen Grobvakuum bzw. als Kompressor eingesetzt werden. Mehrstufige Maschinen haben ihren Vorzugseinsatzbereich als Vakuumpumpe im unteren Druckbereich des Vakuums.
  • Die Arbeitsräume, in denen das Flügelrad rotiert und sich der Flüssigkeitsring ausbildet, sind axial einseitig oder beidseitig von einer Steuerscheibe begrenzt. Bei mehrstufigen Flüssigkeitsringpumpen sind diese Arbeitsräume mit Flügelrad und Steuerscheiben in entsprechender Anzahl axial hintereinander angeordnet.
  • Traditionell besteht eine Flüssigkeitsringgaspumpe (vgl. etwa DE 27 14 475 A) aus einer Vielzahl von Bauteilen, die bei der Pumpenmontage in axialer Richtung aneinander angeordnet werden. Die Auflageflächen der einzelnen Bauteile sind gleichzeitig Dichtflächen der Maschine vom Pumpeninneren zur Umgebung. Axial nach außen schließen an die Steuerscheiben die äußeren Gehäuse an, in denen Kanäle oder Kammern für die Führung der Gas- und Flüssigkeitsströme enthalten sind. Auch zwischen den Steuerscheiben und den äußeren Gehäusen sind wieder abzudichtende Flächen.
  • Eine derartige herkömmliche Flüssigkeitsringgaspumpe hat in zweistufiger Bauweise sieben axiale Dichtflächen (DE 27 14 475). Demzufolge ist die Montage aufwendig und die Bauweise teuer und hat auch den Nachteil einer Vielzahl abzudichtender Flächen, insbesondere ein größeres Risiko eines frühen Undichtwerdens im Betrieb.
  • Bei zweistufigen Flüssigkeitsringverdichtern ist eine weitverbreitete Konstruktion mit einem diagonalen Verbindungsrohr versehen, mit dem ein Teil des zu verdichtenden Gases und der Betriebsflüssigkeit außen von der Drucköffnung der ersten Stufe hin zur Saugöffnung der zweiten Stufe geleitet wird (DE-PS 870 004). Da dieses Verbindungsrohr beidseitig auf Gehäusestutzen aufgesetzt wird, sind hier zwei weitere Dichtflächen vorhanden. Die Nachteile dieser klassischen Konstruktionen sind die große Anzahl von Einzelteilen mit entsprechend hohen Fertigungskosten für die Bearbeitung der vielen Oberflächen sowie die vielen abzudichtenden Flächen zwischen den Pumpenbauteilen.
  • Bereits bekannt sind verschiedene Ansätze, Pumpenteile zu vereinfachen bzw. mehrere Pumpenbauteile zu verschmelzen und so die Teilezahl der Flüssigkeitsringgaspumpen zu reduzieren. Z. B. ist es bekannt, eine Steuerscheibe mit dem Mittelkörper als ein Bauteil auszuführen (Zeichnung Travaini-Pumpen TRHC 40-60). Es ist auch ein einstufiger Flüssigkeitsringverdichter bekannt, bei dem die Aufteilung der saugseitigen Gasströme und die Zusammenführung der druckseitigen Gasströme nicht außerhalb des Verdichters durch sogenannte Hosenrohre erfolgt, sondern der Gasstrom nur in einer Gehäuseseite angeschlossen ist und die Aufteilung auf die jeweils andere Gehäuseseite durch gerade Rohre erfolgt (EP 0 584 106 B1). Es ist auch bekannt, alle axialen Strömungskanäle im mittleren Gehäuseteil unterzubringen (DE 197 58 340 A1). Der Nachteil dieser Ausführungsform ist, dass sie nur für einstufige Flüssigkeitsringgaspumpen anwendbar ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Flüssigkeitsringgaspumpe der Eingangs genannten Art, bei der die Anzahl der Einzelteile und insbesondere die Zahl der Dichtflächen nach außen stark verringert ist.
  • Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass der erste Gehäuseteil einstückig ausgebildet ist, und eine mit dem ersten Gehäuseteil einstückig ausgebildete Zwischenwand zum Aufnehmen von inneren Steuerscheiben zwischen den beiden Arbeitsräumen aufweist. Insbesondere kann die Zwischenwand mindestens einen Kanal zum Durchleiten des geförderten Gases umfassen.
  • Die Erfindung ist anwendbar für zweistufige Flüssigkeitsringgaspumpen.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist das erste Gehäuseteil nicht mehr als zwei mit den Arbeitsräumen verbundene Flächen auf, mit denen es an andere Gehäuseteile oder sonstige Anbauteile angrenzt.
  • Der Aufbau der Pumpe wird weiter vereinfacht, wenn der erste Gehäuseteil Anschlüsse für Entleerung und/oder Schmutzentleerung, Kavitationsschutz sowie die saugseitige Belüftung aufweist.
  • Die Gehäuseteile können bei einer vorteilhaften Ausführungsform als Gusskonstruktion ausgebildet sein. Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform sind die Gehäuseteile als Schweißkonstruktion ausgebildet.
  • Ein besonders einfacher Zusammenbau ist möglich, wenn der erste Gehäuseteil Befestigungselemente zur axialen Verspannung mit den zweiten und dritten Gehäuseteilen aufweist.
  • Die erfindungsgemäße Flüssigkeitsringgaspumpe beinhaltet in einem einzigen Bauteil, nämlich dem erfindungsgemäßen ersten Gehäuseteil, folgende bisherigen Bauteile bzw. Funktionen:
    • zweifach den klassischen rohrartigen Mittelkörper,
    • das Verbindungsrohr, das die Strömung von der ersten zur zweiten Stufe leitet,
    • die Halterung der mittleren, jetzt besonders einfach als ebene Scheiben zu gestaltenden Steuerscheiben,
    • die äußeren Steuerscheiben können zwischen erstem Gehäuse und dem zweiten bzw. dritten Gehäuse so verspannt werden, dass keine zweifache äußere Abdichtung erforderlich ist;
    • die Gesamtzahl der Dichtflächen wird von maximal neun auf jetzt nur noch zwei Dichtflächen reduziert. Bei der herkömmlichen zweistufigen Pumpe gab es sieben Dichtflächen zwischen den Steuerscheiben, Mittelkörpern und äußeren Gehäusen sowie zwei zwischen den Gehäusen und dem Verbindungsrohr.
  • Die erfindungsgemäße Konstruktion zeichnet sich durch eine geringe Bauteilezahl und wenige Dichtflächen nach außen aus. Dadurch entstehen deutliche Vorteile beim Fertigungs- und Montageprozess sowie in der Betriebssicherheit der neuartigen Flüssigkeitsringgaspumpe. Ein besonderer Vorteil ist dabei auch, dass die zweiten und dritten Gehäuseteile identisch ausgebildet sein können, was ebenfalls die Herstellungskosten und die Lagerhaltungskosten für Ersatzteile verringert.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1
    im Querschnitt eine konventionelle Flüssigkeitsringgaspumpe;
    Figur 2
    im Querschnitt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsringgaspumpe; und
  • In Figur 1 ist im Querschnitt eine konventionelle Flüssigkeitsringgaspumpe gezeigt. In Arbeitsräumen A sind exzentrisch auf einer Welle B Flügelräder C gelagert. Die Arbeitsräume A sind dabei teilweise mit einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser gefüllt, so dass sich die Zellen zwischen den Flügeln der Flügelräder aufgrund des Flüssigkeitsrings vergrößern und verkleinern, wodurch die Pumpwirkung erzielt wird. An der Stirnseiten der Flügelräder C befinden sich Steuerscheiben D, bei der Ausführungsform der Figur 1 also vier solche Steuerscheiben. Gehäuseteile E begrenzen die Arbeitsräume in radialer Richtung nach außen. An den beiden Enden gibt es noch Gehäuseteile F, die die erforderlichen Kanäle oder Kammern für die Zufuhr und Abfuhr des zu pumpenden Gases aufweisen. Wie man in Figur 1 deutlich sieht, sind in axialer Richtung sehr viele Bauteile aufeinanderfolgend zusammengesetzt, wobei an den Verbindungsstellen jeweils eine Dichtung nach außen vorgesehen sein muss.
  • Die erfindungsgemäße zweistufige Pumpe, die in Figur 2 gezeigt ist, weist ebenfalls zwei Flügelräder 1 auf, die auf einer Welle 11 angebracht und in den exzentrischen Arbeitsräumen 16 rotieren. An den äußeren Stirnseiten der Flügelräder 1 befinden sich Steuerscheiben 2; in der Mitte zwischen den Flügelrädern 1 befinden sich Steuerscheiben 3, wobei die Steuerscheiben mit geeigneten Öffnungen versehen sind, durch die das zu pumpende Gas in die Arbeitsräume 16 eintritt bzw. austritt. In Figur 2 ist ein Verbindungskanal 13 gezeigt, der die Saugöffnung 14 der linken (zweiten) Stufe mit der Drucköffnung 15 der rechten (ersten) Stufe verbindet, womit ein Teilstrom des Fördergases von der rechten (ersten) Stufe in die linke (zweite) Stufe geleitet wird. Die jeweils andere Öffnung der mittleren Steuerscheiben 3 ist durch die mittlere Wand 8 abgedeckt und damit funktionslos. Diese mittlere Wand 8 ist Teil eines ersten Gehäuseteils 5, der die Arbeitsräume 16 umgibt. Dieser erste Gehäuseteil 5 weist einen weiteren Verbindungskanal 7 für die Gasströme innerhalb der Pumpe auf. Bei der zweistufigen Pumpe wird darüber ein zweiter Teilstrom des Fördergases von der Drucköffnung 17 der rechten (ersten) Stufe zur Saugöffnung 18 der linken (zweiten) Stufe geleitet.
  • Wie man sieht, sind die äußere Wand 6, die den Arbeitsraum 16 begrenzt, die Zwischenwand 8 und der Verbindungskanal 7 einstückig ausgebildet. Weitere Bauteile sind die links und rechts vom ersten Gehäuseteil 1 angeordneten zweiten und dritten Gehäuseteile 4, die identisch ausgebildet sein können. Die einzigen Dichtflächen nach außen sind die Dichtflächen zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse 4. Diese Dichtflächen sind mit 9 bezeichnet. Mit 19 sind Schrauben bezeichnet, mit denen die Gehäuseteile 1, 4 aneinander befestigt werden.

Claims (7)

  1. Flüssigkeitsringgaspumpe mit einem ersten Gehäuseteil (5), der zwei Arbeitsräume (16) radial umschließt, in denen jeweils ein exzentrisch drehbar gelagertes Flügelrad (1) angeordnet ist, mit zweiten und dritten Gehäuseteilen (4), die den ersten Gehäuseteil (5) und die Pumpe beidseitig abschließen und Kanäle oder Kammern für Zu- und Abführung des geförderten Gases aufweisen, mit mindestens einem vom zweiten zum dritten Gehäuseteil führenden Verbindungskanal (7) und mit die Arbeitsräume (16) in Axialrichtung begrenzenden Steuerscheiben (2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gehäuseteil (5) einstückig ausgebildet ist und eine mit dem ersten Gehäuseteil einstückig ausgebildete Zwischenwand (8) zwischen den beiden Stufen zur Aufnahme der inneren Steuerscheiben (3) umfasst.
  2. Flüssigkeitsringgaspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwand (8) mindestens einen Kanal (13) zum Durchleiten des geförderten Gases aufweist.
  3. Flüssigkeitsringgaspumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gehäuseteil nicht mehr als zwei mit den Arbeitsräumen (16) verbundene Flächen (9) aufweist, mit denen er an andere Gehäuseteile oder sonstige Anbauteile angrenzt.
  4. Flüssigkeitsringgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gehäuseteil (5) Anschlüsse für Entleerung und/oder Schmutzentleerung (10), den Kavitationsschutz (11) sowie die saugseitige Belüftung (12) aufweist.
  5. Flüssigkeitsringgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (4, 5) als Gusskonstruktion ausgebildet sind.
  6. Flüssigkeitsringgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (4, 5) als Schweißkonstruktion ausgebildet sind.
  7. Flüssigkeitsringgaspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gehäuseteil (5) Befestigungselemente (19) zur axialen Verspannung mit den zweiten und dritten Gehäuseteilen (4) aufweist.
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