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DE69217582T2 - Elektrischer Verbinder - Google Patents

Elektrischer Verbinder

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DE69217582T2
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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Verbinder eines Typs, der zur Anbringung auf einer Schaltungsplatte, wie zum Beispiel einer gedruckten Schaltungsplatte oder dergleichen, ausgelegt ist.
  • Elektrische Verbinder werden häufig zum Verbinden elektronischer Komponenten und Subkomponenten miteinander sowie mit Schaltungen, wie zum Beispiel Schaltungsplatten, verwendet, um dadurch funktions fähige Vorrichtungen zu bilden. Viele solcher Verbinder verwenden mehrere Kontaktaufnahmen und/oder Zapfen oder Stifte zur Schaffung der Verbindung von Schaltungen, und solche Kontakte werden in Gehäusen angeordnet, auf Schaltungsplatten montiert oder zur Verbindung von Verdrahtungskabeln ausgebildet Normalerweise ist der eine oder der andere der Kontakte, d.h. das Steckerelement oder das Buchsenelement, federnd nachgiebig ausgebildet, um Herstellungstoleranzen der Kontakte, geringfügigen Dimensionsabweichungen sowie der Anbringung der Kontakte in Verbindern oder auf Schaltungsplatten Rechnung zu tragen. Bei mit höherer Dichte erfolgenden Verbindungen, bei denen sehr kleine Metallkontakte verwendet werden und eine größere Anzahl von Kontakten pro Verbinder zum Einsatz kommt, hat sich die Praxis der Ausbildung eines begrenzten Federvermögens für jeden Kontakt als nicht ausreichend erwiesen, um auf die eigentlichen Kontakte, auf die Verbindergehäuse sowie auf die Lötverbindungen mit Platten wirkende Spannungen und Belastungen zu vermeiden, um dadurch ein Brechen und eine Beschädigung auszuschließen, die zu einem Defekt führen. In diesem Zustand können geringfügige Unterschiede beim Annäherungswinkel beim Verbinden von Verbindern miteinander, während des Verbindungs- oder Lösungsvorgangs ungewollt auftretende seitliche Belastungen, Stöße und Vibrationen sowie zahlreiche andere externe Kräfte entstehen.
  • Beispiele von Verbindern mit Federvermögen finden sich in den japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschriften Nr. 113981/89 und 32373/91. Diese Verbinder berücksichtigen zwar leichte Fehlausrichtungen und sind in den größeren Größen von Nutzen, bei denen größere Mittenbeabstandungen verwendet werden. Diese Vorrichtungen des Standes der Technik berücksichtigen jedoch keine Kräfte und Verlagerungen in mehr als einer oder zwei Richtungen und lassen sich in sehr kleinen Größen nur schwer ausführen.
  • Das Dokument US-A-4 334 732 offenbart eine elektrische Verbindereinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei diesem bekannten Verbinder handelt es sich um einen Mehrfach-Verbinder zum Aufnehmen von Randkontakten von Einsteckmodulen und zur Herstellung elektrischer Kontakte mit einer gedruckten Schaltungsplatte. Der bekannte Verbinder besitzt eine Einrichtung zum Erreichen einer schwebenden Lagerung in einer Halterung mit seitlichen Federlaschen und Kontaktklammern, die in parallelen Reihen nach vorne ragen, um mit der Schaltungsplatte in Kontakt zu treten. Die unteren Bereiche der Kontakte sind nicht in der Halterung angebracht.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Schaffung eines elektrischen Verbinders, der eine Verlagerung in X-, Y-, und Z-Richtung ermöglicht, während er gleichzeitig eine Konstruktion schafft, die sich mit extrem engen Mittenbeabstandungen verwirklichen läßt. Ein weiteres Ziel besteht in der Schaffung eines elektrischen Verbinders, bei dem das Gehäuse des Verbinders in einem begrenzten Ausmaß beweglich ist, um mechanische Belastungen zu erleichtern, die durch Fehlausrichtung, Stöße oder Vibration verursacht sind, ohne daß es zu einer übermäßigen Belastung der Verbinderkomponenten, der Kontakte, Anschlüsse oder Lötverbindungen kommt, die einer Verbindung zwischen Komponenten zugeordnet sind.
  • Erreicht werden diese Ziele gemäß der Erfindung durch einen elektrischen Verbinder mit den Merkmalen, die in Anspruch 1 angegeben sind. Die Unteransprüche 2 bis 9 zeigen weitere Verbesserungen des Gegenstands des Anspruchs 1.
  • Ein elektrischer Verbinder beinhaltet ein dielektrisches Gehäuse mit einem ersten und einen zweiten Teil und einer Anordnung von Kontakten, die in dem Gehäuse angebracht sind, um eine Verbindung mit einem weiteren Verbinder und mit einer Schaltung, wie zum Beispiel einer dielektrischen Schaltungsplatte herzustellen. Das erste Gehäuseteil ist derart ausgebildet, daß es Kontaktbereiche enthält, die in Reihen angeordnet sind, um Kontakte von einem weiteren Verbinder aufzunehmen, und das zweite Gehäuseteil ist derart ausgebildet, daß es zweite Bereiche der Kontakte beinhaltet, die in oder auf einer Schaltungsplatte angebracht sind. Der erste Bereich des Gehäuses paßt mit einem sich um diesen herumerstreckenden Abstand in den zweiten Bereich des Gehäuses, um X-, Y- und Z- Bewegungen des ersten Gehäusebereichs relativ zu dem zweiten Gehäusebereich und relativ zu der Platte zu erleichtern, auf der das zweite Gehäuse angebracht ist. Der erste und der zweite Bereich des Gehäuses beinhalten Flächen, die die Bewegung des ersten Bereichs in dem zweiten Bereich in X-, Y- und Z Richtung begrenzen, um dadurch die auf die Kontakte ausgeübten Spannungen und Belastungen zu steuern.
  • Die Erfindung erleichtert geringfügige Bewegungen zur Reduzierung von Spannungen, die durch den Verbindungs und Lösungsvorgang mit weiteren Verbindern verursacht sind. Das Ausmaß der Bewegungsfreiheit ist derart, daß sich ein Bereich von Spannungs- und Dehnungsbelastungen auffangen läßt, die aus der Fehlausrichtung von Teilen oder Komponenten oder durch andere solche Belastungen hervorrufende Ursachen resultieren.
  • Die Kontakte beinhalten einen mittleren Bereich, der sich zwischen dem in dem ersten Teil eines Gehäuses angebrachten Bereich und dem in dem zweiten Teil des Gehäuses angebrachten Bereich erstreckt und eine Federgestalt aufweist, wobei es sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um eine S-Form handelt, um der relativen Bewegung der verschiedenen Bereiche des Kontakts in Bezug auf die verschiedenen Teile des Gehäuses Rechnung zu tragen. Die beim Verbindungs- und Lösungsvorgang auftretenden Belastungen, die idealerweise nach oben und unten oder in einer Z-Richtung ablaufen, lassen sich somit in einfacher Weise bewältigen, wobei der mittlere Kontaktbereich relativ zu jedem Kontakt als Stoßdämpfer dient und geringfügige Relativbewegungen der Gehäuseteile ermöglicht. Das erste Gehäuseteil beinhaltet horizontale Flächen, die an der Schaltungsplatte angreifen, um die nach unten gehende Bewegung zu begrenzen, sowie obere Oberflächen, die an dem zweiten Gehäuseteil angreifen und die nach oben gehende Bewegung in Z-Richtung begrenzen. Die S-förmigen mittleren Kontaktbereiche ermöglichen begrenzte Verlagerungen in X-, Y- und Z Richtung der verschiedenen Teile der Kontakte und somit des ersten und des zweiten Gehäuseteils, wobei diese Verlagerungen durch aneinander angreifende Flächen der Gehäuseteile begrenzt werden.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Verbinders gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung teilweise in Schnittdarstellung zur Freilegung der Gehäuseteile zur Anbringung eines elektrischen Kontakts.
  • Fig. 2 eine Perspektivansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung teilweise in Schnittdarstellung zur Veranschaulichung der Eigenschaften von elektrischen Kontakten des Verbinders und von den Gehäusebereichen zur Anbringung solcher Kontakte.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet einen Kontaktbereich mit allgemein U-förmiger Ausbildung, der zur Aufnahme eines in diesen eingeführten Stifts oder Zapfens ausgelegt ist, und der andere Bereich des Kontakts beinhaltet einen Stift, der zum Einführen in ein Loch in einer Schaltungsplatte oder dergleichen ausgelegt ist. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet J-förmige Kontakte, die in zwei Reihen angeordnet sind und dazu ausgelegt ist, mit Paaren von Stiften in einem damit verbundenen Verbinder in Eingriff zu treten, und an dem zweiten Bereich des Kontakts sind Schenkel vorgesehen, die sich nach unten erstrecken, so daß sie auf einer Schaltungsplatte aufliegen und durch Lötmaterial mit der Oberfläche derselben verlötbar sind.
  • Beide Ausführungsbeispiele der Erfindung beinhalten Kontakte, die durch Stanzen und Formen aus Metallblech-Vorratsmaterial mit den erwünschten Federeigenschaften gebildet sind, wie zum Beispiel aus Phosphorbronze oder hartem Messing, wobei die Kontakte in den Gehäusen hochkant gestellt sind, so daß sie im wesentlichen in der Ebene des Metalls liegen, aus dem sie hergestellt sind und eine mit hoher Dichte erfolgende Anbringung unter Federwirkung der Kontakte ermöglichen, wobei die Federwirkung des mittleren Bereichs der Kontakte auf die Ebene des Metalls begrenzt ist, um dadurch eine Auslegbarkeit mit hoher Dichte zu gewährleisten.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Verbinder 10 gezeigt, der ein Gehäuse beinhaltet, das aus einem ersten und einem zweiten Teil 20 und 30 gebildet ist, die darin angebrachte Kontakte 40 enthalten. Der Verbinder 10 wird auf einer nicht gezeigten Schaltungsplatte angebracht, wobei Anschließbereiche 42 der Kontakte 40 in darin vorhandene Durchgangslöcher eingepaßt sind sowie damit verlötet sind. Ein komplementärer Verbinder, der mit einem Bauteil, einem Kabel oder einer weiteren Schaltungsplatte verbunden ist, wobei dies ebenfalls nicht gezeigt ist, beinhaltet Stiftbereiche, die in die Kontakte 40 hineinpassen, um eine Verbindung mit den Schaltungen der Platte herzustellen, auf der der Verbinder 10 angebracht ist.
  • Bei dem Gehäuseteil 20 handelt es sich um den unteren Teil des Gehäuses, der auf der Schaltungsplatte aufliegt. Der Teil 20 beinhaltet Seitenwände 21, Endwände 22 sowie obere Oberflächen 23 zur Bildung einer allgemein geradlinigen, kastenartigen Konstruktion. Innerhalb des Teils 20 befindet sich eine Ausnehmung 15, die sich innerhalb des Verbinders erstreckt, und es ist eine Öffnung oder ein Abstand 24 vorhanden, die bzw. der sich um das Innere des Teils 20 herumerstreckt. Ein Schlitz 25 ist an der Endwand 22 vorgesehen, um eine leichte Bewegung der Seiten- und Endwände zu erleichtern. Es ist eine innere schräg verlaufende Fläche 27 vorhanden, die sich zur Bildung einer Lippe in der Wand 22 erstreckt, wobei der Zweck hierfür noch erläutert wird. Die Seitenwände 21 besitzen an ihrem unteren Rand Schlitze 26, die Bereiche 42 der Kontakte 40 aufnehmen und diese Kontakte gegen eine Verlagerung relativ zu dem Gehäuseteil 20 festhalten.
  • Ein zweites Gehäuseteil 30 beinhaltet eine obere Steckverbindungsseite 31 mit sich durch diese hindurcherstreckenden Öffnungen 33, die zum Führen des Einführvorgangs der Kontaktstifte des weiteren, nicht gezeigten Verbinders ausgelegt sind. Das Teil 30 besitzt eine Bodenseite 32 und einen Vorsprung 34, der auf der Oberfläche der Schaltungsplatte aufliegt, auf der der Verbinder 10 angebracht wird. Ferner ist eine abgeschrägte oder schalenförmige Fläche 35 vorhanden, die mit der Fläche 27 ausgerichtet ist, jedoch von dieser beabstandet ist. Das Teil 30 beinhaltet Kontakte 40, die U-förmige Kontaktfederbereiche 41 in dem Teil 30 sowie Stiftbereiche 42 aufweisen, die durch die Schlitze 26 in dem Teil 20 gehalten sind. Ein mittlerer federnd nachgiebiger Federbereich 43 verbindet den Bereich 41 mit dem Bereich 42, so daß sich der Stift 42 steifer ausbilden läßt, indem er umgebogen ist, wie dies bei dem Bezugszeichen 44 gezeigt ist. Das Ende von 42 kann in geeigneter Weise abgeschrägt sein, um eine einfache Montage in den Löchern einer Schaltungsplatte zu schaffen. Wie zu sehen ist, kann der mittlere Bereich 43 allgemein S- förmig ausgebildet sein, um eine Bewegung zwischen dem Bereich 41 und dem Bereich 42 des Kontakts in der X-, Y- und Z-Richtung zu ermöglichen; Z stellt dabei eine nach oben und unten gehende Bewegung relativ zu der Platte dar, an der der Verbinder angebracht ist, und X und Y stellen Bewegungen in der Ebene dar, die zu der Platte parallel ist, an der der Verbinder angebracht ist, wobei dies alles durch die Pfeildarstellungen in Fig. 1 veranschaulicht ist.
  • Wie zu erkennen ist, ist die Bewegung begrenzt durch die Federeigenschaften des Federbereichs 43, wobei die Bewegung innerhalb eines Bereichs der elastischen Eigenschaften der Feder liegen soll. Es ist auch zu erkennen, daß auf Grund des Vorhandenseins eines Spalts zwischen den Teilen 20 und 30 die relative Bewegung der Kontaktbereiche 41 und 42 in X-, Y- und Z-Richtung begrenzt ist. Zum Beispiel wären Verlagerungen in der Y-Richtung durch die Innenfläche der Wand 22 an jedem Ende des Gehäuseteils 20 begrenzt, und Bewegungen in der X-Richtung wären durch ein Angreifen der seitlichen Randf lächen von 23 begrenzt, die an den Seitenwänden des Teils 30 angreifen. Eine nach unten gehende Bewegung, d.h. eine Bewegung in Z-Richtung, würde durch die Oberfläche des Vorsprungs 34 des Teils 30 begrenzt, der an der oberen Oberfläche der Platte angreift, an der der Verbinder angebracht ist, und eine nach oben gehende Bewegung würde durch das Angreifen der abgeschrägten Flächen 27, 35 des Teils 20 und des Teils 30 aneinander begrenzt. Diese letzteren Begrenzungen sind während des kritischen Verbindungs- und Lösungsvorgangs von Verbindern mit dem Verbinder 10 von Bedeutung, wobei beim Verbindungsvorgang das Gehäuseteil 30 nach unten gedrückt wird und beim Lösungsvorgang das Gehäuseteil 30 nach oben gezogen wird. Natürlich ist es beim Verbinden und Lösen von Verbindern häufig so, daß die Teile schräg oder fehlausgerichtet sind, wodurch Spannungen und Belastungen in der X- und. Y-Dimension sowie auch in der Z-Dimension entstehen. Die Abmessungen der Beabstandung zwischen den Teilen 20 und 30, nämlich der Abstand 24, der Beabstandung zwischen den Flächen 27 und 35 sowie der Außenflächen des Gehäuseteils 30 sind derart gewählt, daß die relativen Bewegungen zwischen den Teilen nicht die Elastizitätsgrenzen der mittleren Federbereiche 43 nicht übersteigen und dadurch zu einer Verformung der Kontaktteile führen.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist nun ein alternatives Ausführungsbeispiel dargestellt; dieses beinhaltet einen Verbinder 10' mit Gehäuseteilen 20' und 30' und Kontakten 40'. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind zwei Reihen von Kontakten 40' vorhanden, und wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel ist ein Raum oder Spalt 24' zwischen den Teilen 20' und 30' vorhanden, der sich um diese herumerstreckt, um eine Relativbewegung zwischen den Teilen zu ermöglichen. Das Gehäuseteil 20' beinhaltet Seitenwände 21', Endwände 22' und eine obere Oberfläche 23'. Das Gehäuseteil 30' beinhaltet die Oberfläche 31' mit Nuten 33', die die Kontaktbereiche 41' der Kontakte 40' aufnehmen. Das Teil 30' besitzt eine abgeschrägte Fläche 3', die zur Erleichterung des Einführvorgangs in ein nicht gezeigtes komplementäres Buchsenelement ausgelegt ist, das Kontakte trägt, die mit den Bereichen 41' der Kontakte 40' verbindbar sind. Das Gehäuseteil 30' beinhaltet einen Vorsprung 34', der die nach unten gehende Bewegung in Z-Richtung durch Angreifen an der oberen Oberfläche einer Platte begrenzt, auf der der Verbinder 10' angebracht ist. Eine nach oben weisende Fläche 35' des Gehäuseteils 30' begrenzt eine nach oben gehende Bewegung durch Angreifen an der Fläche 37' des Gehäuseteils 20'.
  • Die Kontakte 40' beinhalten Anschlußschenkelbereiche 42', die geschlitzt sind, wie dies bei dem Bezugszeichen 46 gezeigt ist, um den Boden der Wand 21 zu umschließen und die Kontakte mit diesem Teil zu verriegeln. Die Schenkelbereiche 42' erstrecken sich nach außen auf die Oberfläche einer Schaltungsplatte, mit der sie verlötet werden sollen, und zwar beispielsweise durch die Wiederverflüssigung von Lötbeschichtungen an diesen Schenkeln. Die Kontakte 40' beinhalten ferner mittlere Bereiche 43', die allgemein S-förmig ausgebildet sind und mit den oberen Bereichen 41' verbunden sind und leichte, federnd nachgiebige Verlagerungen in X-, Y- und Z-Richtung zwischen dem unteren und dem oberen Bereich der Kontakte 40' erleichtern. Der Verbinder 10' ist somit dem Verbinder des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 ähnlich ausgebildet, was die Ermöglichung federnd nachgiebiger Bewegungen in drei Richtungen anbelangt, wobei diese Bewegungen durch das Angreifen an Flächen der beiden Gehäuseteile des Verbinders begrenzt sind. Der Verbinder 10' beinhaltet Stanzungen mit einfacher Metalldicke, um eine mit hoher Dichte erfolgende Anbringung der Kontakte zu erleichtern. Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere bei Verbindern der in Fig. 2 gezeigten Art von Bedeutung, bei denen die beispielsweise durch Verlöten der Schenkel zum Beispiel bei den Bezugszeichen 42' erfolgende Oberflächenmontage auf Grund des Einsteckens und Lösens komplementärer Verbinder Spannungen und Belastungen ausgesetzt sein kann, wobei dies in noch stärkerer Weise der Fall ist als bei Verbindern, die Stifte aufweisen, die in die Löcher der Schaltungsplatte passen, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 der Fall ist.

Claims (9)

1. Elektrischer Verbinder (10) mit:
a) einem zweiteiligen Gehäuse (20, 30), wobei die Teile einen Hohlraum (15) bilden, in dem Kontakte (40) angebracht sind,
b) wobei die Kontakte (40) einen ersten und einen zweiten Kontaktbereich (42, 41) aufweisen,
c) wobei das erste Gehäuseteil (20) eine innere Öffnung (24) aufweist, die einen Raum zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil bildet,
d) wobei sich das zweite Teil (30) durch die Öffnung hindurcherstreckt,
e) wobei die zweiten Kontaktbereiche (41) der Kontakte (40) in dem zweiten Gehäuseteil (30) angebracht sind,
f) wobei die zweiten Kontaktbereiche (41) zur Verbindung mit einem weiteren Verbinder ausgelegt sind,
g) wobei die ersten Kontaktbereiche (42) mit einer Schaltungsplatte zu verlöten sind,
dadurch gekennzeichnet,
h) daß die ersten Kontaktbereiche (42) der Kontakte (40) in dem ersten Gehäuseteil (20) angebracht sind, und
i) daß die ersten Kontaktbereiche (42) und die zweiten Kontaktbereiche (41) in dem ersten bzw. dem zweiten Gehäuseteil (20, 30) gehalten sind und ferner sich dazwischen erstreckende Einrichtung (43) aufweisen, die die Kontaktbereiche und die Gehäuseteile für eine relative begrenzte Bewegung in X-, Y- und Z-Richtung in federnd nachgiebiger Weise haltern, um ein Verbinden und Lösen des Verbinders mit minimaler Spannungsausübung auf die Gehäuseteile und die Kontaktbereiche zu erleichtern.
2. Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Gehäuseteil Einrichtungen (24, 27, 34, 35) beinhalten, die eine begrenzte Relativbewegung der Teile in X-, Y- und Z-Richtung ermöglichen, um auf die Kontakte wirkende Spannungen und Belastungen auf Grund des Verbindungs- und Lösungsvorgangs zu begrenzen.
3. Verbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile und die Kontaktbereiche eine relative Anordnung und Positionierung zum Halten des ersten Gehäuseteils in von dem zweiten Gehäuseteil beabstandeter Weise beinhalten und in federnd nachgiebiger Weise in einer begrenzten Bewegung in X-, Y- und Z-Richtung verlagerbar sind.
4. Verbinder nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem mittleren Bereich (43) um eine Feder mit allgemein S-förmiger Konfiguration handelt, um die X-, Y- und Z-Bewegungen des ersten und des zweiten Gehäuseteils sowie der Kontaktbereiche zu erleichtern.
5. Verbinder nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Kontakten (40) um flache Stanzlinge handelt, die in dem Gehäuse hochkant angeordnet sind, um eine mit hoher Dichte erfolgende Anbringung zu erleichtern.
6. Verbinder nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den zweiten Bereichen der Kontakte (42) um Stifte handelt, die sich in Löcher einer Schaltungsplatte einpassen sowie mit diesen verlöten lassen.
7. Verbinder nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte Schenkel (42') beinhalten, die sich auf die Oberfläche einer Schaltungsplatte passen sowie mit dieser verlöten lassen.
8. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Verbindergehäuseteil (20) eine kastenartige Konfiguration mit einer darin befindlichen Öffnung aufweist und das zweite Gehäuseteil (30) eine Konfiguration zum Einpassen in das erste Teil mit einem Abstand zwischen beiden Teilen aufweist, um die schwimmende Lagerung und die geringfügigen Bewegungen in X Y- und Z-Richtung zu ermöglichen.
9. Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Einrichtung um einen mittleren Kontaktbereich mit Federeigenschaften handelt.
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