用于加紧螺纹紧固件的设备
阅读说明：本技术 用于加紧螺纹紧固件的设备 (Apparatus for tightening threaded fasteners ) 是由 E·P·琼克斯 于 2018-09-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种与螺栓连接系统一起使用的操作参数调节单元(50),所述螺栓连接系统具有多个联网电动扭矩工具(10、11)和/或扭矩工具(10、11)的驱动部分,用于同时加紧工业用螺纹紧固件(40),所述操作参数调节单元(50)包括：处理单元(53)；输出单元(51)；输入单元(52)；用于激活扭矩工具(10、11)的操作单元和/或驱动部分的激活单元；和控制单元(54),用于控制多个联网电动扭矩工具(10、11)和/或扭矩工具(10、11)的驱动部分中的每一个的操作参数(41),以将操作参数(41)之间的差异保持在预定值内。(The invention relates to an operating parameter adjusting unit (50) for use with a bolting system having a plurality of networked electric torque tools (10, 11) and/or drive portions of torque tools (10, 11) for simultaneously tightening industrial threaded fasteners (40), the operating parameter adjusting unit (50) comprising: a processing unit (53); an output unit (51); an input unit (52); an activation unit for activating an operating unit and/or a drive section of the torque tool (10, 11); and a control unit (54) for controlling the operating parameters (41) of each of the plurality of networked electric torque tools (10, 11) and/or the drive portions of the torque tools (10, 11) to maintain the difference between the operating parameters (41) within a predetermined value.)
对相关申请的交叉引用
本申请要求下列共同拥有的和/或同时待审的专利申请的优先权和/或为其继续专利申请或部分继续申请，这些专利申请的整个副本通过引用包含在本文中:美国专利申请序列号62/626,776，申请日2018年2月6日，“APPARATUS FOR TIGHTENING THREADEDFASTENERS”；和国际申请序列号PCT/US17/20498，申请日2017年3月2日，“APPARATUS FORTIGHTENING THREADED FASTENERS”。
背景技术
电动扭矩扳手包括与电动机配合，具有倍增比的行星扭矩倍增器或齿轮箱。在齿轮箱的端部是用于吸收扭矩的反作用装置。通过控制例如电输入，经由操作单元调节正确的扭矩输出。在这个例子中，当达到正确的扭矩输出时，根据工具的操作人员调整的电平关闭电动机。用于控制电动扭矩扳手的这类操作单元在现有技术中是充分已知的。
已知的操作单元具有免除操作人员判断是否正确进行了拧紧过程的责任的实施例。然而，仍然需要操作人员首先按规定的方式设置设定参数，以便能够实现要实现的目标参数或值。从而，设定参数符合多个螺纹连接工艺参数，这些参数例如产生于操作人员、应用或螺纹连接、以及使用中的工具。导致有缺陷的螺纹连接的已知错误源例如是:工具的错误选择；计算表的错误使用；确定设定参数时的基本计算错误；向螺纹连接错误分配螺纹参数；错误的螺栓伸长率；工具或其部件失效；测量装置失效；设定参数的错误设置；等等。
这些类型的问题已经在用于驱动流体动力驱动的工具以产生螺纹预紧力的驱动单元中得到了解决，所述流体动力驱动的工具包括例如液压操作的扭矩扳手或其他扳手或膨胀缸。在其整个副本通过引用包含在本文中的PCT/US10/56683中，申请人提供一种消除设定参数的错误设置的风险的驱动单元。在其整个副本通过引用包含在本文中的PCT/US10/32139、PCT/US09/48395和PCT/US12/38402中，申请人公开了用于动力驱动的工具的其他控制和管理单元及系统。
需要一种改进的工业用螺栓连接系统。
发明内容
本发明涉及一种用于与螺栓连接系统一起使用的操作参数调节单元，所述螺栓连接系统具有多个联网电动扭矩工具和/或扭矩工具的驱动部分，用于同时加紧工业用螺纹紧固件，所述操作参数调节单元包括：
处理单元；
与所述处理单元连接和/或集成的输出单元；
与所述处理单元连接和/或集成的输入单元；
与所述处理单元连接和/或集成的激活单元，用于激活所述多个联网电动扭矩工具和/或扭矩工具的驱动部分的操作单元；和
控制单元，用于控制多个联网电动扭矩工具和/或扭矩工具的驱动部分中的每一个的操作参数，以将操作参数之间的差异保持在预定值内。
在本申请中公开的创新推进了这种驱动单元和控制单元技术，通过具有权利要求1的特征的操作参数调节单元来解决该目的，所述操作参数调节单元用于与螺栓连接系统一起使用，所述螺栓连接系统具有多个联网电动扭矩工具和/或扭矩工具的驱动部分，用于同时紧固工业用螺纹紧固件。公开了包括这种操作参数调节单元的电动扭矩工具。还公开了用于同时加紧工业用螺纹紧固件的工业用螺栓连接系统，包括如下中的任何一个：所述操作参数调节单元；由所述电动扭矩工具控制的多个联网电动扭矩工具；由所述电动扭矩工具控制的扭矩工具的多个联网电动驱动部分；或它们的任意组合。在从属权利要求中列出了本发明的有利实施例。
有利地，在本申请中公开的创新包括用于螺栓连接系统的操作参数调节单元，所述螺栓连接系统具有多个联网电动扭矩工具和/或扭矩工具的驱动部分，用于同时加紧工业用螺纹紧固件。实际上，通过多个联网电动扭矩工具和/或扭矩工具的驱动部分，特别是手持式和/或移动式的，可以实现 是申请人专有的确保Parallel Joint
按照本发明的运行参数调节单元的特征在于它具有带输出单元的处理单元，以及与处理单元连接和/或集成的数据捕获单元，其中所述处理单元被设计成基于由数据捕获单元确定的紧固件连接工艺参数，输出要在操作参数调节单元上设置的值。按照本发明的操作参数调节单元的数据捕获单元使得能够自动捕获紧固件连接工艺参数，而不需要操作人员的输入。紧固件连接工艺参数例如包括关于操作人员的数据，关于要使用的工具，例如使用的电动扭矩扳手或其他工具的数据，关于要建立的紧固件连接的数据，关于紧固件连接方式的信息和关于要紧固在一起的结构元件的数据。以可由数据捕获单元自动导入的形式保存对应的紧固件连接工艺参数，允许无错误地捕获为确定设定参数所需要的所有紧固件连接工艺参数，所述处理单元基于所述紧固件连接工艺参数来确定设定参数，只要设定参数未被保存或者不是直接产生于导入的数据。自动数据捕获防止了可能由操作人员的不正确输入导致的不正确设定参数的指定、输入和/或使用。由处理单元确定的设定参数通过处理单元的输出单元指定无误，使得只需要传送指定的设定参数。然后，可通过激活单元或动力单元的激活，借助于工具的操作单元和/或工具的驱动部分开始工作过程，并且可在达到目标值之后再次结束工作过程。
与处理单元连接和/或集成的激活单元激活多个联网电动扭矩工具的操作单元和/或扭矩工具的驱动部分。控制单元控制多个联网电动扭矩工具和/或扭矩工具的驱动部分中的每一个的操作参数，以将操作参数之间的差异保持在预定值内。注意，多个激活单元可以与处理单元连接和/或集成，以激活多个联网电动扭矩工具的操作单元和/或扭矩工具的驱动部分。
操作参数包括：工具电路参数，包括电流、电压和/或磁场；工具扭矩输出值；紧固件旋转速度；紧固件预紧力；紧固件旋转角度；紧固件伸长率；紧固件和/或工具扭力，无论是轴向弯曲还是壳体弯曲；反作用夹具侧负载；紧固件摩擦阻力；螺栓连接应用间距(间隙)距离；和/或它们的任意组合。操作参数可以由各种类型的传感器单元直接和/或间接地测量或感测：应变计；旋转编码器；扭矩传感器和换能器；霍尔效应和类似的磁场和铁磁场感测单元；离合器；称重传感器；位置表/传感器；间隙传感器；等等。注意，可以使用本领域已知的其他部件。
在操作期间，如果多个联网电动扭矩工具和/或扭矩工具的驱动部分的操作参数的差异超过预定值，那么控制单元调节每个工具和/或驱动部分的操作参数，直到操作参数的差异回到预定值之内。控制单元执行以下各项中的任一个：停止具有增大的操作参数的工具和/或驱动部分的操作参数；降低具有增大的操作参数的工具和/或驱动部分的操作参数；提高具有减小的操作参数的工具和/或驱动部分的操作参数；或者随意地、同时地和/或按预定顺序对任何一个或多个这样的工具和/或驱动部分执行任何一个或多个这样的动作。注意，例如集成到处理单元中并且独立地开始螺栓连接过程并在达到目标值之后结束螺栓连接过程的自动执行系统和/或计算机程序也可以用于协同地和/或单独地进行本发明的螺栓连接过程。
由处理单元进行的自动捕获的特定工艺参数的平衡通常可以按任何方式进行，其中例如为确定设定参数所需要的数据已保存在处理单元中。然而，按照本发明的另一个有利的实施例，处理单元被设计成与存储单元连接。本发明的这个实施例使得有能够通过存储单元，有选择地向处理单元提供为确定所需设定参数需要的信息。在本发明的该另一个实施例的情况下，可以省略在处理单元中保存为确定设定参数所需的相关数据，使得可以特别高费效比地设计处理单元。
与存储单元的连接还使得能够以简单的方式访问当前数据，以致可以省略否则可能会很复杂的处理单元的更新。
与存储单元的连接选项还使得能够在存储单元上保存特定过程的信息，例如关于所进行的螺栓连接过程的数据。这种情况下，可以省略所进行的螺栓连接过程的手动的，可能存在缺陷并且时间和成本密集型的存档。从而，可以以任何形式进行处理单元与存储单元的连接的建立，其中，例如，布置在处理单元上的标准化连接，例如USB连接使得能够以简单的方式将存储单元连接到处理单元。
然而，按照本发明的特别有利的实施例，处理单元被设计成与存储单元无线连接。特别是可以通过标准化无线电协议建立的无线连接使处理单元与存储单元的特别简单并且舒适的连接成为可能。它们可以配备有例如GSM模块，蓝牙模块等。注意，可以使用处理单元与存储单元之间的任何适当的无线连接方式，包括：卫星、WI-FI、WiMAX、蓝牙、ZigBee、微波、红外、无线电和/或接近传感器。本发明的这个实施例还使得能够访问具有相应设计的驱动单元的中央存储单元，例如中央数据库，使得不需要本地存储单元。中央数据库的使用以特殊的方式便利数据管理，因为更新只需要在一个数据库中进行。此外，与中央存储单元的无线连接使得能够集中地保存关于所进行的螺栓连接过程的信息，以致类似于产品出货的跟踪，经授权的人员可以从中央数据库查询信息。
为了确定设定参数，需要将紧固件连接工艺参数以数据捕获单元可以理解的方式保存在适当的位置，例如保存在操作参数调节单元本身中，在多个联网电动扭矩工具和/或扭矩工具的驱动部分中的一个或多个中，或者紧固件连接中。紧固件连接工艺参数例如可以包括例如操作人员标识；关于多个联网电动扭矩工具和/或扭矩工具的驱动部分中的一个或多个的信息，例如包括关于制造商、类型、尺寸，序列号、特性的信息；关于紧固件连接实例的数据，可以是类型、应用、紧固件连接类型的描述、紧固件连接参数(例如，扭矩、预紧力、旋转角、伸长率、扭力、侧负荷或摩擦阻力等)；关于紧固件连接的设备的数据，例如包括制造商、螺纹、尺寸和屈服点等；以及关于紧固件连接实例或螺栓连接应用的数据；等等。注意，紧固件连接工艺参数可以包括其他相关的特性、数据和/或信息。这些紧固件连接工艺参数以数据捕获单元可以理解的方式保存在各个元件上。从而，以数据捕获单元可以理解的方式保存的数据的类型通常是可以自由选择的。由于例如条形码或RFID单元已被特别证明它们本身是机器可读代码，因此按照本发明的特别有利的实施例，数据捕获单元被设计成移动代码读取器单元和/或RFID接收器和/或写入单元。这样的数据捕获单元的特征在于它们的高可靠性和成本有效的设计。如果适用，那么相应的信息以对应于数据捕获单元的形式保存，即，按照所述有利的实施例，保存为机器可读代码，或者保存在RFID单元上，使得它可以被立即捕获。注意，数据捕获单元可被设计为任何适当的装置，比如移动代码读取设备、RFID接收器和/或写入单元，等等。
从而，RFID单元的使用的特征特别在于捕获可以以无线的形式并在更大的距离上进行，其中RFID单元的使用还使得能够在完成螺栓连接过程之后，将补充数据保存在RFID单元上。从而，机器可读代码被特别理解为条形码等，其中读取设备于是具有对应的扫描仪。条形码可以布置在例如附着到工具和/或紧固件连接件的贴纸上。
数据捕获单元与处理单元的连接通常也可以以任何方式进行。然而，按照本发明的特别有利的实施例，数据捕获单元被设计成与处理单元无线连接。本发明的其中例如通过标准化无线电通信工作程序建立连接的对应设计以补充的方式提高了使用的便利性，因为不存在由电缆绑定连接引起的对经由数据捕获单元的数据捕获的限制。
操作参数调节单元的设计通常可以以任何方式进行，所述操作参数调节单元用于确定例如为了建立均匀的预紧力，以实现
注意，操作参数调节单元被设计成通过任何适当的方式，包括卫星、WI-FI、WiMAX、蓝牙、ZigBee、微波、红外、无线电和/或接近传感器，与多个联网电动扭矩工具和/或扭矩工具的驱动部分无线连接。
除了通过输出单元的设定参数的纯光学输出之外，按照本发明的另一个实施例，输出单元还被设计成辅助操作参数调节单元的控制和/或调节。按照本发明的这个实施例，在通过数据捕获单元确定工艺参数之后，由处理单元确定的设定参数被自动传送到操作参数调节单元，例如可电气控制的操作参数调节单元。本发明的这个实施例以补充的方式保证不会发生由操作人员引起的误调整，从而不会发生有缺陷的螺纹连接。以一种特别有利的方式，输出单元还被设计成帮助控制单元检查设定参数和进行校正。这以特别可靠的方式确保无差错地建立所需的紧固件连接。
所进行的工作过程的存档一般可以以任何方式进行，例如如上所述，通过将信息保存在存储单元上。然而，按照本发明的特别有利的实施例，输出单元具有打印设备，该打印设备使操作人员可以立即以打印的形式获得关于所实现的紧固件连接的报告。替代地或者另外地，按照本发明的进一步发展，处理单元可被设计成用于所实现的紧固件连接的存档。如果需要获得关于所实现的紧固件连接的信息，那么可以在以后访问处理单元，并且可以调用保存在那里的数据。
按照本发明的特别有利的实施例，操作参数调节单元和/或处理单元具有时间和/或位置捕获单元，所述时间和/或位置捕获单元与多个联网电动扭矩工具和/或扭矩工具的驱动部分中的每一个附接和/或集成。该数据(其中位置捕获单元例如可以由GPS接收器构成)也可以作为关于所实现的过程的信息被保存，使得可以以补充的方式提高实现的并且可调用的存档的质量。此外，应用于这种位置捕获单元、操作参数调节单元和/或具有这种调节单元的多个联网电动扭矩工具和/或扭矩工具的驱动部分中的每一个的自动化增强，比如无人机飞行能力，允许远程、无人监管和/或自动地进行螺栓连接操作。
这种自动化增强进一步改进了操作，因为多个联网电动扭矩工具和/或扭矩工具的驱动部分中的每一个都可用于自动移动到表现出非典型的螺栓连接特性的位置。接近传感器可以用于改进工具到紧固件的位置引导。对于这种自动化增强，会需要额外的紧固件连接工艺参数，例如：交互式移动地图；螺栓连接路线引导；紧固件接近引导；具有风力校正、速度、距离、前进方向和功耗计算的动态路线编辑；螺栓连接应用标高和方位剖面图；2D和3D中的环境/地形感知；对内部陀螺仪或外部AHRS盒的支持；速度、高度、航向等的显示；实时飞行跟踪；重量和平衡计算；螺栓连接日志的自动记录；工具和工具部分运动同步；等等。
进一步公开的发明包括：包括这种操作参数调节单元的电动扭矩工具；包括这种操作参数调节单元的移动设备；以及包括这种操作参数调节单元的用于同时加紧工业用螺纹紧固件的工业用螺栓连接系统。
附图说明
下面参考附图更详细地解释本发明的例证实施例。前面的讨论适用于附图。为了便于解释，工具扭矩输出值是所选择的操作参数，不过可以使用任何公开的操作参数，包括：工具电路参数，包括电流、电压和/或磁场；工具扭矩输出值；紧固件转速；紧固件预紧力；紧固件旋转角度；紧固件伸长率；紧固件和/或工具扭力，无论是轴向弯曲还是壳体弯曲；反作用夹具侧负载；紧固件摩擦阻力；和/或它们的任意组合。
具体实施方式
参见图1，图1表示了作为用于同时加紧工业用螺纹紧固件40的工业用螺栓连接系统100的概要的透视图，所述工业用螺栓连接系统100包括由具有操作参数调节单元50的电动扭矩工具10控制的多个联网电动扭矩工具11。在本实施例中，工具10充当主动件，联网工具11充当从动件。为了便于说明，操作参数调节单元50显示在封闭在盖子51内的工具10的外部，然而实际上，整个单元50和/或其部分是在工具10内或邻近工具10形成的。工具10通过电源13(优选为机载锂离子电池的形式)获得电力。电源13可以包括任何适当的电源(例如，太阳能电池、燃料电池、墙上电源插座、发电机、电动机等)。通常，操作参数调节单元50激活工具10的电子动力单元14，并控制在操作单元15上设置的扭矩输出水平(或其他操作或设定参数)。电子动力单元14和操作单元15是分开显示的，并显示在操作参数调节单元50的外部。然而，电子动力单元14和/或操作单元15可以形成为一个单元，和/或可与操作参数调节单元50一体地或者邻近操作参数调节单元50地形成。
这种情况下，操作参数调节单元50对工具10和工具11的扭矩输出进行调节/监视/测量等，作为目标值。为了设置紧固件连接所需的目标值，操作参数调整单元50具有输入单元52。数据捕获单元56(这种情况下是移动条形码扫描仪)从操作人员、工具10和/或工具11、紧固件连接实例、或螺栓连接应用42和紧固件连接设备40捕获紧固件连接工艺参数41。螺栓连接应用42可以包括例如要闭合的法兰。紧固件连接设备40可包括例如螺柱、螺栓和/或螺母，垫圈和/或任何其他适当的物件。
数据捕获单元56显示在操作参数调节单元50的外部，不过整个单元56或其部分可以存在于工具10或操作参数调节单元50之内。紧固件连接工艺参数41被无线传送到处理单元53。在访问可能保存在存储单元(未图示)上的数据之后，处理单元53通过显示或输出单元51指示要设置的压缩扭矩，显示或输出单元51可以作为工具10上的操作面板15或操作面板15的一部分来形成。在手动、半手动或自动地在输入单元52上设置所示的压缩扭矩之后，可以手动、半手动或自动地通过激活单元55开始和停止紧固过程。如果是手动的，那么可以作为工具10的触发器16地形成激活单元55，操作人员拉动触发器16以开始紧固过程。注意，压缩扭矩或螺纹预紧力是紧固和/或松开螺纹连接所需的力。注意，工具10和/或工具11中的每一个可在结构上彼此相似，包含相似的组件，使得操作参数调节单元50中的嵌入式软件命令进行公开的螺栓连接操作的少部分、大部分和/或所有步骤。
注意，多个联网电动扭矩工具10和/或11中的每一个围绕紧固件连接实例或螺栓连接应用42彼此等距地布置在螺纹紧固件40上。
在螺栓连接操作期间，例如如图1中所示，控制单元54控制多个联网电动扭矩工具10和/或11中的每一个的操作参数，这种情况下是工具扭矩输出值，以将操作参数之间的差异保持在预定值之内。如果操作参数的差异超过预定值，那么控制单元54调节工具10和/或11的操作参数，直到操作参数的差异回到预定值之内为止。
下面参考图2更详细地解释本发明的另一个例证实施例。前面的一般讨论和与图1相关的具体讨论适用于图2中所示的实施例。参考图2，图2表示了作为用于同时加紧工业用螺纹紧固件40的工业用螺栓连接系统200的概要的透视图，所述工业用螺栓连接系统200包括由具有操作参数调节单元50的电动扭矩工具10控制的电动扭矩工具的多个联网驱动部分211。在本实施例中，工具10充当主动件，联网驱动部分211充当从动件。
下面参考图3更详细地解释本发明的另一个例证实施例。前面的一般讨论和与图1和2相关的具体讨论适用于图3中所示的实施例。参考图3，图3表示了作为用于同时加紧工业用螺纹紧固件40的工业用螺栓连接系统300的概要的透视图，所述工业用螺栓连接系统300包括由具有操作参数调节单元50的移动设备320控制的电动扭矩工具的多个联网驱动部分311。在本实施例中，移动设备320充当主动件，联网驱动部分311充当从动件。
下面参考图4更详细地解释本发明的另一个例证实施例。前面的一般讨论和与图1、2和3相关的具体讨论适用于图4中所示的实施例。紧固件连接实例或螺栓连接应用442可以与工业用螺栓连接系统100、200、300和/或其变型一起使用。在对应的螺纹紧固件附近，彼此等距地布置螺栓连接应用间距(间隙)传感器460。螺栓连接应用间距(间隙)传感器460测量待闭合的接头的两个部分之间的相对距离。在
下面参考图5更详细地解释本发明的另一个例证实施例。前面的一般讨论和与图1、2、3和4相关的具体讨论适用于图5中所示的实施例。紧固件连接实例或螺栓连接应用542可与工业用螺栓连接系统100、200、300和/或其变型一起使用。邻近多个螺纹紧固件布置螺栓连接应用紧固件测力传感器570。螺栓连接应用紧固件测力传感器570被显示成邻近每个紧固件，并测量每个紧固件中的张力。在螺栓连接操作期间，例如如图1中所示，控制单元54控制随后主动接合的紧固件和测力传感器570每一个的操作参数，这种情况下是紧固件张力值，以将操作参数之间的差异保持在预定值之内。如果操作参数的差异超过预定值，那么控制单元54调节工具10和/或11(和/或211/311)的操作参数，直到操作参数的差异回到预定值之内为止。注意，可以使用任何适当的测力传感器，包括应变计、压电测力传感器、液压测力传感器，气动测力传感器，振动测力传感器、电容式测力传感器等。
在未在附图中图示的备选实施例中，可以作为单元、生产线、工厂范围、实体范围或者协作范围制造执行系统(MES)的一部分，发生以下的监视和控制：电动扭矩工具10；多个联网电动扭矩工具11；电动扭矩工具的多个联网驱动部分211；电动扭矩工具的多个联网驱动部分311；它们中的一个；它们中的多个；它们的一个子集；它们的多个子集；或者它们的任何组合。换句话说，本发明的扭矩工具和扭矩工具的驱动部分是能够在手动、自动或半自动过程中，与其他装置和设备集成，以结合制造的所有方面，数字化所有过程和记录，并严格控制操作的所有输出的智能设备。
在未在附图中图示的另一个实施例中，可以在闭环有线系统中，特别是在关键的螺栓连接应用中，发生以下的监视和控制：电动扭矩工具10；多个联网电动扭矩工具11；电动扭矩工具的多个联网驱动部分211；电动扭矩工具的多个联网驱动部分311；它们中的一个；它们中的多个；它们的一个子集；它们的多个子集；或者它们的任何组合。
有利地，在本申请中公开的创新包括用于螺栓连接系统的操作参数调节单元，所述螺栓连接系统具有多个联网电动扭矩工具和/或扭矩工具的驱动部分，用于同时加紧工业用螺纹紧固件。实际上，通过多个联网电动扭矩工具和/或扭矩工具的驱动部分，特别是手持式和/或移动式的，可以实现
当在上述说明书和/或下述权利要求书中使用时，用语“包括”、“包含”、“具有”及其变体意味包括指定的特征、步骤或整数。这些用语不应被解释为排除其他特征、步骤或组件的存在。说明书和权利要求书中的任何术语或短语很少被赋予不同于它们的普通语言含义的任何特殊含义，于是，本说明书不应被用于过窄地限定术语。
在上述说明书、下述权利要求书和/或附图中公开的，酌情以它们的特定形式或者通过用于进行所公开功能的装置或用于获得所公开结果的方法或过程表达的特征可以单独地或以这些特征的任何组合地用于以多种形式实现本发明。应当理解的是，以上仅仅是本申请的优选实施例的描述，可以作出各种改变、组合、修改和变更，而不背离在所附权利要求书中陈述的本发明的真实精神和范围。
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