DE102012112313A1 - Motor vehicle portion in space frame construction, has profiles that are made of fiber-reinforced plastic, and connected together at node portion made of light metal - Google Patents

Motor vehicle portion in space frame construction, has profiles that are made of fiber-reinforced plastic, and connected together at node portion made of light metal Download PDF

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Abstract

Kraftfahrzeugkarosserie (10) in Space-Frame-Bauweise, mit Profilen (12), die an Knoten (12) miteinander verbunden sind, wobei die Profile (11) aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen, wobei die Knoten (12) aus einem Leichtmetall bestehen, und wobei die Profile (11) aus dem faserverstärkten Kunststoff mit den Knoten (12) aus dem Leichtmetall durch Kleben unmittelbar verbunden sind.Motor vehicle body (10) in space frame design, with profiles (12) which are connected to one another at nodes (12), the profiles (11) being made of a fiber-reinforced plastic, the nodes (12) being made of a light metal, and wherein the profiles (11) made of the fiber-reinforced plastic are directly connected to the nodes (12) made of the light metal by gluing.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkarosserie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Kraftfahrzeugkarosserie. The invention relates to a motor vehicle body according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a motor vehicle body.

Kraftfahrzeugkarosserien in Space-Frame-Bauweise sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. So werden Kraftfahrzeugkarosserien in Space-Frame-Bauweise auch als Gitterrahmen-Kraftfahrzeugkarosserien bezeichnet. Aus der Praxis bekannte Kraftfahrzeugkarosserien in Space-Frame-Bauweise verfügen über Profile aus Leichtmetall, die über Knoten aus Leichtmetall miteinander verbunden sind. Bei den Profilen aus Leichtmetall handelt es sich vorzugsweise um Aluminium-Strangpressprofile. Bei den Knoten aus Leichtmetall handelt es sich vorzugsweise um Aluminium-Druckgussteile. Nach der Praxis sind die Profile aus dem Leichtmetall und die Knoten aus dem Leichtmetall mittels Schweißen verbunden. Solche Kraftfahrzeugkarosserien in Space-Frame-Bauweise verfügen über ein geringes Gewicht. Motor vehicle bodies in space-frame construction are well known from the prior art. Thus, motor vehicle bodies in space-frame design are also referred to as lattice frame motor vehicle bodies. From the practice known vehicle bodies in space-frame design have profiles of light metal, which are connected to each other via knots made of light metal. The profiles of light metal are preferably aluminum extruded profiles. The nodes made of light metal are preferably aluminum die-cast parts. In practice, the profiles of the light metal and the nodes of the light metal are connected by welding. Such vehicle bodies in space-frame design have a low weight.

Kraftfahrzeugkarosserien in Space-Frame-Bauweise sind zum Beispiel aus der US 5,338,080 und aus der US 5,343,666 bekannt. Motor vehicle bodies in space-frame design are for example from the US 5,338,080 and from the US 5,343,666 known.

Aus der DE 10 2008 060 355 A1 ist es bekannt, ein Profil aus einem Faserverbundkunststoff an eine Leichtmetallstruktur mittels eines Verbindungsmittels aus Metall anzubinden. Das Verbindungsmittel aus Metall ist einerseits mit der Leichtmetallstruktur und andererseits mit dem Profil aus Faserverbundkunststoff verbunden. From the DE 10 2008 060 355 A1 It is known to connect a profile of a fiber composite plastic to a light metal structure by means of a connecting means made of metal. The connecting means made of metal is connected on the one hand with the light metal structure and on the other hand with the profile of fiber composite plastic.

Eine weitere Verbindungsanordnung zum Verbinden eines Bauteils aus einem faserverstärktem Kunststoff und eines Bauteils aus einem Stahlwerkstoff ist aus der DE 10 2010 053 843 A1 bekannt. Das Bauteil aus dem faserverstärktem Kunststoff ist mit dem Bauteil aus dem Stahlwerkstoff mittels eines metallischen Zwischenstücks verbunden, wobei das Zwischenstück mit dem Bauteil aus dem faserverstärkten Kunststoff unlösbar verbunden ist. Another connection arrangement for connecting a component made of a fiber-reinforced plastic and a component made of a steel material is known from DE 10 2010 053 843 A1 known. The component made of the fiber-reinforced plastic is connected to the component made of the steel material by means of a metallic intermediate piece, wherein the intermediate piece is non-detachably connected to the component made of the fiber-reinforced plastic.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde eine neuartige Kraftfahrzeugkarosserie und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Kraftfahrzeugkarosserie zu schaffen. Proceeding from this, the object of the invention is to create a novel motor vehicle body and a method for producing such a motor vehicle body.

Diese Aufgabe wird durch eine Kraftfahrzeugkarosserie gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß bestehen die Profile aus einem faserverstärkten Kunststoff, wobei die Knoten aus einem Leichtmetall bestehen, und wobei die Profile aus dem faserverstärkten Kunststoff mit den Knoten aus dem Leichtmetall durch Kleben unmittelbar verbunden sind. This object is achieved by a motor vehicle body according to claim 1. According to the invention, the profiles of a fiber-reinforced plastic, wherein the nodes are made of a light metal, and wherein the profiles of the fiber-reinforced plastic with the nodes of the light metal are bonded directly by gluing.

Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals eine Kraftfahrzeugkarosserie in Space-Frame-Bauweise vorgeschlagen, bei welcher die Profile aus einem faserverstärktem Kunststoff bestehen, die mit den Knoten aus dem Leichtmetall durch Kleben unmittelbar verbunden sind. Es sind keine Zwischenstücke zur Verbindung der Profile mit den Knoten der Space-Frame-Kraftfahrzeugkarosserie erforderlich. Hierdurch ergibt sich nicht nur eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einem äußerst geringen Gewicht, sondern vielmehr auch eine einfache Bauweise bzw. ein einfacher Aufbau einer solchen Kraftfahrzeugkarosserie. With the present invention, a motor vehicle body in space-frame construction is proposed for the first time, in which the profiles consist of a fiber-reinforced plastic, which are directly connected to the nodes of the light metal by gluing. There are no intermediate pieces for connecting the profiles with the nodes of the space-frame vehicle body required. This results in not only a motor vehicle body with an extremely low weight, but rather also a simple construction or a simple construction of such a motor vehicle body.

Vorzugsweise bestehen die Profile auf einem CFK-Werkstoff oder einem GFK-Werkstoff und die Knoten aus einem Aluminiumwerkstoff oder aus einem Magnesiumwerkstoff. Eine solche Werkstoffkombination für die Profile aus dem faserverstärkten Kunststoff und die Knoten aus dem Leichtmetall ist besonders bevorzugt. Preferably, the profiles are made of a CFRP material or a GRP material and the knots of an aluminum material or of a magnesium material. Such a combination of materials for the profiles of the fiber-reinforced plastic and the nodes of the light metal is particularly preferred.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist jeder Knoten zur Anbindung mindestens eines Profils mindestens eine Öffnung auf, in die das jeweilige Profil mit einem Abschnitt eingeführt und in der das jeweilige Profil über den eingeführten Abschnitt durch Kleben fixiert ist, wobei die jeweilige Öffnung des Knotens vorzugsweise eine Einführschräge von zwischen 2° und 16°, insbesondere von zwischen 4° und 6°, aufweist. Hierdurch ist eine besonders einfache und effiziente, unmittelbare Verbindung zwischen den Profilen der Space-Frame-Kraftfahrzeugkarosserie und den Knoten der Space-Frame-Kraftfahrzeugkarosserie möglich. Zudem wird eine Automatisierung erleichtert, z.B. ein Einsatz von Robotern, indem die Anforderungen an die Genauigkeit der Positionierung gesenkt werden. Auch wird einem Abstreifen bzw. Abscheren des Klebstoffs beim Verbinden entgegengewirkt. According to an advantageous development of the invention, each node for connecting at least one profile at least one opening into which the respective profile introduced with a section and in which the respective profile is fixed over the inserted portion by gluing, wherein the respective opening of the node preferably an insertion bevel of between 2 ° and 16 °, in particular between 4 ° and 6 °. This makes possible a particularly simple and efficient, direct connection between the profiles of the space-frame motor vehicle body and the nodes of the space-frame motor vehicle body. In addition, automation is facilitated, e.g. a use of robots by lowering the requirements for the accuracy of the positioning. Also, a stripping or shearing off of the adhesive during bonding is counteracted.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Kraftfahrzeugkarosserie ist in Anspruch 8 definiert. The inventive method for producing a motor vehicle body is defined in claim 8.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. Embodiments of the invention will be described, without being limited thereto, with reference to the drawings. Showing:

1 einen schematisierten Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkarosserie; 1 a schematic section of a motor vehicle body according to the invention;

2 ein Detail der einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkarosserie; und 2 a detail of a motor vehicle body according to the invention; and

3 einen Querschnitt durch das Detail der 2; 3 a cross section through the detail of 2 ;

4 den Querschnitt der 4 vor dem Fügen. 4 the cross section of 4 before joining.

Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkarosserie in Space-Frame-Bauweise, wobei eine Space-Frame-Bauweise auch als Gitterrahmenkonstruktion bezeichnet wird. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen, in Space-Frame-Bauweise ausgebildeten, Kraftfahrzeugkarosserie 10, wobei die Kraftfahrzeugkarosserie 10 der 1 über mehrere Profile 11 verfügt, die über Knoten 12 miteinander verbunden sind. The present invention relates to a motor vehicle body in space-frame construction, wherein a space-frame design is also referred to as a lattice frame construction. 1 shows a section of an inventive, designed in space-frame design, motor vehicle body 10 , wherein the vehicle body 10 of the 1 over several profiles 11 that has nodes over 12 connected to each other.

Bei den Profilen 11 der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkarosserie 10 handelt es sich um Profile 11 aus einem faserverstärktem Kunststoff. Vorzugsweise sind die Profile 11 aus einem CFK-Werkstoff oder einem GFK-Werkstoff gefertigt. At the profiles 11 the vehicle body according to the invention 10 these are profiles 11 made of a fiber-reinforced plastic. Preferably, the profiles 11 made of a CFRP material or a GRP material.

Bei den Knoten 12 der Kraftfahrzeugkarosserie 10, die der Verbindung der Profile 11 dienen, handelt es sich um Knoten 12 aus einem Leichtmetall. Vorzugsweise sind die Knoten 12 aus einem Aluminiumwerkstoff oder aus einem Magnesiumwerkstoff gefertigt. At the nodes 12 the vehicle body 10 that the connection of the profiles 11 serve, are nodes 12 made of a light metal. Preferably, the nodes 12 made of an aluminum material or a magnesium material.

Die Profile 11 aus dem faserverstärktem Kunststoff und die Knoten 12 aus dem Leichtmetall sind durch Kleben unmittelbar miteinander verbunden. Die Verbindung der Profile 11 aus dem faserverstärktem Kunststoff mit den Knoten 12 aus dem Leichtmetall erfolgt demnach direkt ohne Zwischenanordnung von speziellen Verbindungsmitteln. The profiles 11 from the fiber-reinforced plastic and the knots 12 from the light metal are bonded together directly by gluing. The connection of the profiles 11 from the fiber-reinforced plastic with the knots 12 from the light metal is therefore directly without intermediate arrangement of special fasteners.

Bei den Profilen 11 aus dem faserverstärktem Kunststoff handelt es sich vorzugsweise um als Hohlprofile ausgebildete Pultrusionsprofile, die auch als Pultrusionshohlprofile bezeichnet werden. Bei den Knoten 12 aus dem Leichtmetall handelt es sich um Gussbauteile, vorzugsweise um Druckgussbauteile. At the profiles 11 The fiber-reinforced plastic is preferably formed as hollow profiles Pultrusionsprofile, which are also referred to as Pultrusionshohlprofile. At the nodes 12 The light metal is cast components, preferably die-cast components.

Wie bereits ausgeführt, sind die Profile 11 aus dem faserverstärkten Kunststoff und die Knoten 12 aus dem Leichtmetall unmittelbar durch Kleben miteinander verbunden. Hierzu weist jeder Knoten 12 zur Anbindung mindestens eines Profils 11 (siehe insbesondere 2) mindestens eine Öffnung 13 auf, in die das jeweilige Profil 11 mit einem Abschnitt 14 eingeführt bzw. eingelegt und in der das jeweilige Profil 11 über den eingeführten Abschnitt 14 durch Kleben fixiert ist. 2 bis 4 zeigen eine zwischen dem Profil 11 und dem Knoten 12 ausgebildete Kleberschicht 15. As already stated, the profiles are 11 from the fiber-reinforced plastic and the knots 12 from the light metal directly connected by gluing. For this purpose, each node points 12 for connecting at least one profile 11 (see in particular 2 ) at least one opening 13 in which the respective profile 11 with a section 14 introduced or inserted and in the respective profile 11 over the introduced section 14 is fixed by gluing. 2 to 4 show one between the profile 11 and the node 12 formed adhesive layer 15 ,

Wie am besten 3 und 4 entnommen werden kann, verfügt die jeweilige Öffnung 13 des jeweiligen Knotens 12, in die das jeweilige Profil 11 eingeführt bzw. eingelegt wird, über eine Einführschräge 16, wobei die Einführschräge 16 einen Winkel von zwischen 2° und 16°, insbesondere einen Winkel von zwischen 4° und 6°, aufweist. How best 3 and 4 can be removed, has the respective opening 13 of the respective node 12 into which the respective profile 11 inserted or inserted, via an insertion bevel 16 , where the insertion bevel 16 an angle of between 2 ° and 16 °, in particular an angle of between 4 ° and 6 °.

Hiermit ist eine besonders effektive Verbindung des Profils 11 mit dem Knoten 12 durch Verkleben möglich. Die Einführschräge 16 verhindert eine Abscherung des Klebstoffs beim Einfügen des Profils 11 in den Knoten 12 und bewirkt eine gute Verpressung der miteinander zu verbindenden Oberflächen von Profil 11 und Knoten 12. This is a particularly effective connection of the profile 11 with the node 12 possible by gluing. The insertion bevel 16 prevents shearing of the adhesive when inserting the profile 11 in the knot 12 and causes a good compression of the surfaces to be joined by profile 11 and knots 12 ,

Wie bereits ausgeführt, handelt es sich bei den Knoten 12 um Knoten aus einem Leichtmetall, insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff bzw. Magnesiumwerkstoff, die durch einen Druckgießprozess hergestellt sind. As already stated, these are the nodes 12 around knots of a light metal, in particular of an aluminum material or magnesium material, which are produced by a die casting process.

Bei den Profilen 11 aus einem faserverstärktem Kunststoff handelt es sich vorzugsweise um CFK-Hohlprofile oder um GFK-Hohlprofile, die vorzugsweise durch Pultrusion hergestellt werden. At the profiles 11 A fiber-reinforced plastic is preferably CFK hollow sections or GFK hollow sections, which are preferably produced by pultrusion.

Dann, wenn die Fasern des faserverstärkten Kunststoffs in einem speziellen Winkel zueinander verlaufen sollen, können die Profile aus dem faserverstärkten Kunststoff auch durch Pullwinding oder Pullbraiding hergestellt werden. Then, when the fibers of the fiber-reinforced plastic are to be at a particular angle to each other, the profiles of the fiber-reinforced plastic can also be produced by pull-winding or pull-braiding.

Details der Pultrusion, des Pullwindings bzw. Pullbraidings sind dem hier angesprochenen Fachmann geläufig und bedürfen keiner näheren Erläuterung. Details of pultrusion, Pullwindings or Pullbraidings are familiar to the person skilled in the art and need no further explanation.

Zum Herstellen der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkarosserie werden die Profile 11 aus dem faserverstärkten Kunststoff und die Knoten 12 aus dem Leichtmetall miteinander verklebt. For producing the motor vehicle body according to the invention, the profiles 11 from the fiber-reinforced plastic and the knots 12 glued together from the light metal.

Das Verkleben erfolgt vorzugsweise derart, dass vor dem Fügen eines Profils 11 und eines Knotens 12 auf das jeweilige Profil 11 und/oder auf dem jeweiligen Knoten 12 Klebstoff zum Beipiel über Wirbelsprühen oder als Raupe oder als Streifen aufgetragen wird. Im Anschluss werden das Profil 11 und der Knoten 12 zusammengesteckt und der Klebstoff wird induktiv angehärtet. Die Anhärtung des Klebestoffs ist von Vorteil, um innerhalb der geringen Taktzeiten in der Karosseriefertigung die Handlingsfestigkeit zu erreichen. The bonding preferably takes place in such a way that before the joining of a profile 11 and a node 12 on the respective profile 11 and / or on the respective node 12 For example, glue is applied by vortex spraying or as a bead or as a strip. Following are the profile 11 and the node 12 put together and the adhesive is inductively toughened. The adhesion of the adhesive is advantageous in order to achieve the handling strength within the short cycle times in the body production.

Nach dem Anhärten des Klebstoffs und der Verbindung der Profile 11 aus dem faserverstärktem Kunststoff mit den Knoten 12 aus Leichtmetall wird vorzugsweise die Kraftfahrzeugkarosserie über eine katodische Tauchlackierung lackiert, wobei der Klebstoff im Trocknerdurchlauf bzw. Ofen der kathodischen Tauchlackierung aushärtet. After hardening of the adhesive and the connection of the profiles 11 from the fiber-reinforced plastic with the knots 12 made of light metal, the vehicle body is preferably painted over a cathodic dip coating, wherein the adhesive cures in the dryer pass or furnace of the cathodic dip coating.

Der Klebstoff 15, der zwischen die miteinander verbundenen Oberflächen von Profilen 11 und Knoten 12 aufgebracht ist, fungiert als elektrisch isolierende Zwischenschicht und schützt die miteinander verbundenen Bauteile der Kraftfahrzeugkarosserie 10 vor einer sogenannten Kontaktkorrosion. The adhesive 15 that is between the interconnected surfaces of profiles 11 and node 12 is applied, acts as an electrically insulating intermediate layer and protects the interconnected components of the vehicle body 10 before a so-called contact corrosion.

Die Erfindung erlaubt die Bereitstellung einer sehr leichten Kraftfahrzeugkarosserie, die einfach gefertigt werden kann. An die Knoten aus Leichtmetall können weitere Bauteile, wie zum Beispiel Bleche aus Leichtmetall, durch Schweißen angebunden werden. The invention allows the provision of a very light motor vehicle body that can be easily manufactured. At the nodes of light metal other components, such as sheets of light metal, can be connected by welding.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Kraftfahrzeugkarosserie in Space-Frame-Bauweise, mit Profilen (12), die an Knoten (12) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (11) aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen, dass die Knoten (12) aus einem Leichtmetall bestehen, und dass die Profile (11) aus dem faserverstärkten Kunststoff mit den Knoten (12) aus dem Leichtmetall durch Kleben unmittelbar verbunden sind. Motor vehicle body in space frame construction, with profiles ( 12 ) at nodes ( 12 ), characterized in that the profiles ( 11 ) consist of a fiber-reinforced plastic that the knots ( 12 ) consist of a light metal, and that the profiles ( 11 ) of the fiber-reinforced plastic with the nodes ( 12 ) are directly connected from the light metal by gluing. Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (11) aus einem CFK-Werkstoff oder einem GFK-Werkstoff bestehen. Motor vehicle body according to claim 1, characterized in that the profiles ( 11 ) consist of a CFRP material or a GRP material. Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (11) als Pultrusionshohlprofile ausgebildet sind. Motor vehicle body according to claim 1 or 2, characterized in that the profiles ( 11 ) are designed as Pultrusionshohlprofile. Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Knoten (12) aus einem Aluminiumwerkstoff oder aus einem Magnesiumwerkstoff bestehen. Motor vehicle body according to one of claims 1 to 3, characterized in that the nodes ( 12 ) consist of an aluminum material or a magnesium material. Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Knoten (12) als Gussbauteile ausgebildet sind. Motor vehicle body according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the nodes ( 12 ) are formed as cast components. Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Knoten (12) zur Anbindung mindestens eines Profils (11) mindestens eine Öffnung (13) aufweist, in die das jeweilige Profil (11) mit einem Abschnitt (14) eingeführt und in der das jeweilige Profil (11) über den eingeführten Abschnitt (14) durch Kleben fixiert ist. Motor vehicle body according to one of claims 1 to 5, characterized in that each node ( 12 ) for connecting at least one profile ( 11 ) at least one opening ( 13 ) into which the respective profile ( 11 ) with a section ( 14 ) and in which the respective profile ( 11 ) on the imported section ( 14 ) is fixed by gluing. Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Öffnung (13) des Knotens (12) eine Einführschräge von zwischen 2° und 16°, insbesondere von zwischen 4° und 6°, aufweist. Motor vehicle body according to claim 6, characterized in that the respective opening ( 13 ) of the node ( 12 ) has an insertion bevel of between 2 ° and 16 °, in particular of between 4 ° and 6 °. Verfahren zum Herstellen einer Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff 15 vor dem Fügen eines Profils 11 und eines Knotens 12 auf das jeweilige Profil 11 und/oder den jeweiligen Knoten 12 aufgetragen wird, das jeweilige Profil 11 und der jeweiligen Knoten 12 zusammengesteckt werden und der Klebstoff 15 angehärtet wird. Method for producing a motor vehicle body according to one of claims 1 to 7, characterized in that the adhesive 15 before joining a profile 11 and a node 12 on the respective profile 11 and / or the respective node 12 is applied, the respective profile 11 and the respective node 12 be plugged together and the glue 15 is hardened. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anhärten des Klebstoffs 15 induktiv durchgeführt wird. A method according to claim 8, characterized in that the curing of the adhesive 15 inductively performed. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anhärten des Klebstoffs die Kraftfahrzeugkarosserie über kathodisches Tauchlackieren lackiert wird, wobei der Klebstoffs 15 vollständig aushärtet. A method according to claim 8 or 9, characterized in that after curing of the adhesive, the vehicle body is painted by cathodic dip coating, wherein the adhesive 15 fully cured.
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