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【発明の名称】 圧力ガス容器用の安全装置
【発明者】 【氏名】フランツ カンプ

【氏名】コンスタンティン レットガー

【要約】 【課題】圧力ガス容器のための、熱解放ユニットを有する安全装置が確実に応動するようにすると同時に、構造がコンパクトになるようにする。

【解決手段】熱解放ユニットを有している。この熱解放ユニットは、ケーシング(3)内で準備位置から開放位置に変位可能で案内シャフト(8)を備えている閉鎖体(7)を有している。この閉鎖体(7)は準備位置において破裂体(11)によって、圧力ガス容器を出口通路(17)に接続するいつ流通路(6)内でシールされて位置せしめられている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 圧力ガス容器用の安全装置であって、熱解放ユニットを有し、この熱解放ユニットは、ケーシング(3,3a,3b)内で準備位置から開放位置に変位可能で案内シャフト(8,8a,8b)を備えている閉鎖体(7,7a,7b)を有しており、この閉鎖体は準備位置において破裂体(11)によって、圧力ガス容器を出口通路(17)に接続するいつ流通路(6,6a,6b)内でシールされて位置せしめられている、圧力ガス容器用の安全装置。
【請求項2】 圧力ガス容器用の安全装置であって、熱解放ユニットを有し、この熱解放ユニットは、ケーシング(3c)内で準備位置から開放位置に変位可能な支持体(46)を有しており、この支持体は一面では破裂体(11)によって、かつ他面では圧縮ばね(47)によって、準備位置に保持されており、その際支持体(46)に従属して押し棒(53)が設けられており、この押し棒は、圧力ガス容器を出口通路(17b)に接続する、圧力ガス容器に向かってシール膜(45)によって閉じられているいつ流通路(6c)内に配置されている、圧力ガス容器用の安全装置。
【請求項3】 閉鎖体(7,7a,7b)の案内シャフト(8,8a,8b)が周面をいつ流通路(6,6a,6b)に対してシールされている、請求項1記載の安全装置。
【請求項4】 閉鎖体(7a)が案内シャフト(8a)に対して広げられたストッパディスク(10a)を有しており、このストッパディスクはいつ流通路(6a)と並んだところでシール作用をもってケーシング(3a)に押し付けられている、請求項1又は3記載の安全装置。
【請求項5】 閉鎖体(7a)が破裂体(11)及び少なくとも1つの保持エレメント(19)と協働する、請求項1又は3又は4記載の安全装置。
【請求項6】 破裂体(11)及び保持エレメント(19)が、対向受けディスク(21)の、案内シャフト(8a)とは逆の側の面で固定されている、請求項5記載の安全装置。
【請求項7】 対向受けディスク(21)がケーシング(3a)内で傾動運動可能に支承されている、請求項6記載の安全装置。
【請求項8】 対向受けディスク(21)と閉鎖カバー(26)との間に中央の連結部材(25)が配置されている、請求項6又は7記載の安全装置。
【請求項9】 いつ流通路(6b)が直径の異なる3つの長さ区分(31,32,33)を有しており、これらの長さ区分のうち、圧力ガス容器から最も離れていて直径が最も小さい長さ区分(31)は閉鎖体(7b)の案内シャフト(8b)を収容しており、直径が最も大きい中間の長さ区分(32)内では、圧力ガス容器に向かう方向でばね負荷されている長手方向通路を付けた差動ピストン(34)がシール作用をもって案内されており、この差動ピストンはシール短管(35)を、圧力ガス容器に隣接している長さ区分(33)内に突入させており、その際中間の長さ区分(32)は出口通路(17a)に接続可能である、請求項1又は3又は4記載の安全装置。
【請求項10】 ケーシング(3b)が解離可能に横分割されており、熱解放ユニット(2b)が圧力ガス容器とは逆の側のケーシング上方部分(29)内に収容されており、かつ差動ピストン(34)が圧力ガス容器に向いたケーシング下方部分(30)内に収容されている、請求項9記載の安全装置。
【請求項11】 押し棒(53)が、斜めにされた端面(54)を有していて縦スリットを付けられているスリーブとして構成されている、請求項2記載の安全装置。
【請求項12】 圧縮ばね(47)が一面ではディスク形の支持体(46)に、かつ他面ではケーシング(3c)に固定可能なねじキャップ(49)に、支えられている、請求項2又は11記載の安全装置。
【請求項13】 支持体が案内ピン(50,52)によってねじキャップ(49)内及びいつ流通路(6c)内で案内されている、請求項12記載の安全装置。
【請求項14】 破裂体(11)がケーシング(3c)の、側方でいつ流通路(6c)と並んで配置されている凹所(48)内で保持されている、請求項2又は11又は12又は13記載の安全装置。
【請求項15】 破裂体(11)が熱作用で膨張する充てん物を有する中空体である、請求項1から14までのいずれか1項記載の安全装置。
【請求項16】 破裂体(11)が梨形の形状を有していて、球区分(13)と頸区分(14)とから成っており、その際頸区分(14)は、球区分(13)に適合せしめられた環状の接触肩(16)を有しているスリーブ(15)内に係合している、請求項1から15までのいずれか1項記載の安全装置。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力ガス容器用の安全装置に関する。
【0002】
【従来の技術】圧力ガス容器は、運転中に予期される応力に確実に耐えるように構成しなければならない。更に、火災の場合の流量制限器及び圧力超過に対する安全器のような安全装置が必要である。圧力ガスのための技術規則TRG381によれば、圧力ガス容器は、火災の場合の圧力超過を回避するために、火災の際の容器の破裂を確実に阻止する溶融安全器あるいは同じ作用をする安全器を備えていなければならない。それどころか大型の容器設備においては、複数の熱解放ユニットを取り付けて、圧力の充分な逃がしを確実に行うようにしなければならない。
【0003】溶融安全器の欠点は、使用される溶融ろうが一面では比較的に高価であり、かつ他面では持続的な負荷の影響の下で時間に関連して進捗する塑性変形を受けることである。このいわゆるクリープの結果、安全装置の応動条件が変化する。この場合溶融安全器の状態は、外部からは判断することができない。
【0004】DE-OS 28 13 219 によって公知である解放装置は熱作用で容易に破裂可能な破裂体、有利には熱膨張係数が大きい充てん物を有するガラス体を有している。この装置は、解放装置により付勢される空気力シリンダによって操作される煙及び熱の排出システムにおいて使用されるものである。この装置は比較的に大きな重量を有しており、このため例えば道路車両における圧力ガス容器に使用するのには適していない。特に車両工業においては、車両重量とともに増大する燃料消費量及びこれに伴う環境汚染を制限するために、重量を節減する構造が重視されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の根底をなす課題は、圧力ガス容器のための、熱解放ユニットを有する安全装置が確実に応動するようにすると同時に、構造がコンパクトになるようにすることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この課題の第1の解決策は請求項1に記載した特徴に存する。
【0007】これによれば、安全装置は熱解放ユニットを有し、この熱解放ユニットはケーシング内で準備位置から開放位置に変位可能で案内シャフトを備えている閉鎖体を有しており、その際この閉鎖体は準備位置において破裂体によって、圧力ガス容器を出口通路に接続するいつ流通路内でシールされて位置せしめられている。
【0008】破裂体は熱が発生すると迅速に応動し、老化に基づく塑性変形を行うことはない。これによって、いつ流通路をシールする閉鎖体が確実に保持され、溶融ろうの場合に生じるようなクリープを生じることはない。これによって安全装置は大体において時間に無関係に応動する。
【0009】本発明の課題の第2の解決策は、請求項2によれば、圧力ガス容器用の安全装置は熱解放ユニットを有し、この熱解放ユニットは、一面では破裂体によってかつ他面では圧縮ばねによって準備位置に保持されている支持体を有している。この支持体には押し棒が所属して設けられており、この押し棒は、圧力ガス容器を出口通路に接続するいつ流通路内に配置されている。解放の際に支持体は開放位置に変位せしめられ、その際押し棒は、いつ流通路を閉じるシール膜を突き破る。この配置では、支持体の若しくはいつ流通路内の押し棒のシールを省略することができる。破裂体に生ずる力は容器内圧とは無関係であり、これによって圧力変動による負荷切り換えが破裂体に作用することはない。シール膜は、特定の容器内圧を超えた場合にいつ流通路を開放する破裂ディスクとして構成することもできる。これによって、特にコンパクトな構造で、火災の際の圧力超過に対する安全装置を実現することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】閉鎖体は有利には周面をいつ流通路に対してシールされている(請求項3)。このために特にOリングの形のシールエレメントが適している。
【0011】有利な実施の形態では、閉鎖体は軸方向の位置固定のために案内シャフトに対して広げられたストッパディスクを有しており、これによって閉鎖体は横断面をほぼT形に構成されている(請求項4)。ストッパディスクはこの場合ケーシングに押し付けられ、その際シールエレメントによっていつ流通路は流体密に閉じられている。もちろん、シールエレメントは案内シャフトとストッパディスクとの間の移行範囲内に配置しておくことができる。シールエレメントはケーシング内にも、まは閉鎖体内にも、支承しておくことができる。
【0012】熱が作用すると、破裂体は壊れ、閉鎖体は案内シャフトの端面に作用する容器内圧によっていつ流通路から押し出され、これによってガスはいつ流通路及び今や開放された出口通路を通って圧力ガス容器から逃げることができる。
【0013】本発明の別の実施の形態は請求項5に記載されている。この場合閉鎖体は破裂体及び少なくとも1つの保持エレメントと協働する。これによって、閉鎖体の端面に容器内圧によって作用する圧力は、破裂体だけによって受け止める必要はなく、少なくとも1つの別の保持エレメントにも伝達可能である。
【0014】このために請求項6によれば、破裂体及び保持エレメントは対向受けディスクの、案内シャフトとは逆の側の面で固定することができる。特に有利には、破裂体と2つの保持エレメントとが120°の角度間隔で円形に配置される。熱の作用で破裂体が壊れると、保持エレメントだけが閉鎖体と協働する。閉鎖体はいつ流通路内で支配する容器内圧によっていつ流通路から押し出され、これによって出口通路への接続が生ぜしめられる。破裂体に作用する力が減少することによって、より小さなかつより迅速に応動する破裂体を使用することができる。
【0015】対向受けディスクと閉鎖体との間に配置されている保持エレメントがいつ流通路からの案内シャフトの締め付けのない変位を可能にすることは、請求項7によって可能である。これによれば、対向受けディスクがケーシング内で傾動運動可能に支承されている。
【0016】対向受けとしては、対向受けディスクと閉鎖カバーとの間に中央の連結部材が設けられている(請求項8)。この連結部材は有利には球状の表面を有するように構成されていて、この球状の表面は対向受けディスクをケーシング内で点支承することを可能にする。これによって対向受けディスクはケーシング内で自由に旋回させることができる。閉鎖カバーを介して、熱解放ユニットはケーシング内で保持されている。閉鎖カバーは有利にはねじカバーとして構成しておくことができ、その際、連結部材をねじ込みの際の回転運動に基づいて中央に配置しておくのが有利である。連結部材は種々に構成しておくことができ、その際特に対向受けディスクとの点接触が特に有利である。もちろん、大体において球状又は円すい状の構造のほかに、円柱形の連結部材も適している。
【0017】特に有利な実施の形態は請求項9に記載されている。この実施の形態では、いつ流通路は直径の異なる3つの長さ区分に分割されている。圧力ガス容器から最も離れている第1の長さ区分内には閉鎖体の案内シャフトが支承されている。この長さ区分は最も小さい直径を有しており、これによって閉鎖体を固定する破裂体にはわずかな力しか作用しない。
【0018】第1の長さ区分に続く中間の長さ区分は最大の直径を有しており、圧力ガス容器に向かう方向でばね負荷されている長手方向通路を付けた差動ピストンを案内している。差動ピストンはシール短管を、圧力ガス容器に隣接している長さ区分内に突入させており、この長さ区分内でも、また中間の長さ区分内でも、シールされて案内されている。
【0019】破裂体が壊れる場合に、閉鎖体はいつ流通路の上方の長さ区分を開放する。ガスはいつ流通路の中間の長さ区分から上方の長さ区分を通って流出することができ、その際長手方向通路を付けられた差動ピストンを通って、圧力降下を補償するガス量が追流することはない。この場合差動ピストンは次のように構成されている。すなわち、圧力ガス容器に向いたシール短管に相応して高い静圧及び動圧が作用し、この圧力が差動ピストンをばね力に抗していつ流通路の第1の長さ区分の方向に変位させるように、構成されている。これによって中間の長さ区分に接続されている出口通路が開放され、この出口通路を通ってガスが流出することができる。この配置の利点は、破裂体に作用する力が、いつ流通路の、圧力ガス容器から最も離れた長さ区分の直径がわずかであることによって、別の長さ区分の横断面とは無関係であることである。したがって小さくかつ迅速に応動する破裂体を使用し、かつ同時に安全装置における大きな流過量を実現することが可能である。
【0020】この構造は、ケーシングが解離可能に横分割されている場合に特に有利に作用する(請求項10)。この場合、熱解放ユニットは圧力ガス容器とは逆の側のケーシング上方部分内に収容されており、かつ差動ピストンは圧力ガス容器に向いたケーシング下方部分内に収容されている。熱解放ユニットは別個の構造群として構成されており、例えばねじ結合部を介してケーシング下方部分と連結しておくことができる。この配置の利点は、前製造された解放ユニットを、製造技術的な観点で特に簡単に種々のケーシング下方部分と連結し得ることである。これにより特に合理的な組み立て、顧客の希望に対する迅速な対応及びこれと同時に倉庫保管部品の数を減少させることが可能である。
【0021】請求項11によれば、第2の解決策の押し棒は、斜めにされた端面を有していて縦スリットを付けられているスリーブとして構成されている。このことは、シール膜を特に簡単に突き通すことができるという利点を有している。シール膜を壊すのに必要なばね力はよりわずかに定めることができる。これによって圧縮ばねを小さく軽量に構成することができる。破裂体はしたがってやはりわずかな負荷を受けることになる。
【0022】スリーブは有利には、シール膜を突き通した後にスリーブから出口通路内への圧力ガスの流出を可能にするために、縦スリットを付けられている。本発明の範囲内において、スリットを付けたスリーブの代わりに、単に出口通路の高さのところでスリーブに開口を設けておくことも、考えられる。
【0023】この解決策の更に別の実施の形態では、請求項12に記載したように、圧縮ばねは一面ではディスク形の支持体に、かつ他面ではケーシングに固定可能なねじキャップに支えられている。このねじキャップは解放ユニットの簡単な組み立てを可能にする。支持体、破裂体及び圧縮ばねはねじキャップを簡単に取り外すことによって交換することができる。このモジュール状の構造形式は種々の使用条件に柔軟に適合させることを可能にする。特にねじキャップによって、圧縮ばねによって作用せしめられるばね力を変化させ、種々の破裂体若しくは種々の厚さのシール膜に適合させることができる。
【0024】請求項13の実施の形態によれば、支持体は案内ピンによって一面ではねじキャップ内で、かつ他面ではいつ流通路内で、案内されている。これによって支持体は、支持体と結合されている押し棒の押し方向に正確に案内されており、これによって圧縮ばねによって作用せしめられるばね力がシール膜の壊しのために最適に利用される。
【0025】請求項14の実施の形態では、破裂体はケーシングの、側方でいつ流通路と並んで配置されている凹所内で保持されている。
【0026】破裂体としては、請求項15によれば、熱作用で膨張する充てん物を有する中空体が使用される。特に、大きな熱膨張率を有する液体を充てんしたガラス容器が適している。充てん物としては、破裂体を破壊する発泡する材料あるいはその他の感熱性の物質を使用することもできる。
【0027】実地においては梨形の形状を有する破裂体が使用され(請求項16)、これは球区分と頸区分とを有しており、その際頸区分は前記の実施形態においては、球区分に適合せしめられた環状の接触肩を有しているスリーブ内に係合している。このような接触肩はガラス体内の応力分配を最適化し、わずかな壁厚のガラス体の使用を可能にする。これによって、大きな壁厚を有するガラス体と異なって、わずかな壁厚を有するガラス体は熱影響に迅速に反応することができる。それはガラス体の破壊のために単にわずかな力しか必要としないからである。もちろん、別の形状を有するガラス体も使用することができる。
【0028】
【実施例】以下においては、図面に示した実施例に基づいて本発明の構成を具体的に説明する。
【0029】図1において、符号1は図示していない圧力ガス容器のための安全装置を示す。安全装置1は熱解放ユニット2を有しており、この熱解放ユニットはケーシング3内に配置されている。ケーシング3は弁装置又は圧力ガス容器にシール作用をもって固定するための外ねじ山5を備えた接続短管4を有している。接続短管4は中央をいつ流通路6によって貫通されていて、このいつ流通路は圧力ガス容器とは逆の側の端部において閉鎖体7によって閉鎖されている。この場合案内シャフト8がいつ流通路6内にはまっている。ケーシング3内に支承されているOリングの形のシールエレメント9はいつ流通路6内で案内シャフト8をシールする。更に閉鎖体7は案内シャフト8よりも幅を広げられたストッパディスク10を有しており、このストッパディスクは破裂体11によって圧力ガス容器の方向でケーシング3の接触面12に押し付けられている。
【0030】破裂体11は液体を満たされたガラスから成る中空体であり、その際液体は大きな熱膨張率を有していて、特定の周囲温度において中空体を破裂させる。破裂体11は梨形の形状を有していて、球区分13と頸区分14とから成っている。ケーシング3内にねじ込まれたスリーブ15は破裂体11の頸区分を取り囲んでおり、球区分13に面した端部に球区分13の輪郭に適合せしめられたホッパ形に拡大せしめられた環状の接触肩16を有している。
【0031】準備位置において破裂体11はスリーブ15によって閉鎖体7に押し付けられ、閉鎖体はストッパディスク10を介してケーシング3に支えられている。スリーブ15、破裂体11及び閉鎖体7はいつ流通路6に対して同軸的に配置されている。いつ流通路6に対して横方向に、破裂体11の球区分13の範囲内に、側方にそれぞれ1つの出口通路17が配置されている。熱解放が行われる場合に、案内シャフト8の、圧力ガス容器に面した端面18に作用する容器内圧が閉鎖体7をいつ流通路6から開放位置に押し出す。圧力ガス容器からガスがいつ流通路6及び出口通路17を通って逃げることができる。
【0032】図2に示した変化実施例の安全装置1aは図1に示した実施例におけると同じような構造のケーシング3aを有しているが、しかしこの場合ケーシング3aの圧力ガス容器とは逆の側の長さ区分は接続短管4aに対して半径方向に幅を広げられている。閉鎖体7aのストッパディスク10aの直径も第1の実施例よりも大きくされている。閉鎖体7aは中心から外れて、熱解放ユニット2aの破裂体11及び保持エレメント19によって、ケーシング3aのいつ流通路6aと並んで接触面12aに押し付けられる。
【0033】保持エレメント19はピン状に構成されていて、端部をストッパディスク10aの凹所20内に係合させている。破裂体11及び保持エレメント19は案内シャフト8aとは逆の側で対向受けディスク21によって固定されている。このために保持エレメント19はその第2の端部を対向受けディスク21の凹所22内に係合させており、かつ安全装置1aの縦中心軸線MLAに対して軸平行に位置せしめられている。
【0034】図1の実施例におけるように、破裂体11は一面では球区分13にかつ他面では対向受けディスク1に支えられているスリーブ23によって保持されている。スリーブ23は破裂体11の頸区分14を取り囲んでおり、その際頸区分は更にスリーブ23と同軸的な対向受けディスク21の孔24を貫通している。頸区分14の方向に向いた破裂体11の縦軸線LAは安全装置の縦中心軸線MLAに対して平行に、かつ保持エレメント19に対して平行に、延びている。
【0035】対向受けディスク21は閉鎖体7aのストッパディスク10aに対して平行に配置されていて、閉鎖体とは逆の側において中央の球形の連結部材25を介して保持されている。ケーシング3a内にねじ込まれた閉鎖カバー26は、閉鎖カバー26のいつ流通路6aに面した面27からピン状に突出している保持ウェブ28を介して、連結部材25を対向受けディスク1に押し付けている。破裂体11が壊れる際に、対向受けディスク1は、球形に構成されている連結部材25と点接触していることによって、ケーシング3a内ですべての方向で自由に旋回可能である。閉鎖体7aはこの場合いつ流通路6aと側方の出口通路17との間の接続を開放する。
【0036】図3は図1の実施例に対する変化実施例を示す。この場合ケーシング3bは解離可能に横分割されており、その際、大体において図1に相応している熱解放ユニット2bは、圧力ガス容器とは逆の側のケーシング上方部分29内に収容されており、このケーシング上方部分はねじ結合部を介してケーシング下方部分30と連結されている。ケーシング下方部分30の接続短管4bを介して安全装置1bは圧力ガス容器に接続することができる。
【0037】いつ流通路6bは直径が異なる3つの長さ区分に分割されている。直径が最も小さい第1の長さ区分31はケーシング上方部分29内で閉鎖体7bの案内シャフト8bを収容している。この第1の長さ区分31は直径が最大の中間の長さ区分32と接続しており、この第2の長さ区分はケーシング下方部分30内に形成されている。接続短管4b内には圧力ガス容器に隣接している第3の長さ区分33がある。
【0038】中間の長さ区分32内には、圧力ガス容器の方向にばね負荷されている長手方向通路を付けた差動ピストン34がシール作用をもって案内されている。この場合シールプラグ35が、圧力ガス容器に隣接している長さ区分33内に突入している。縦通路36を介して中間の長さ区分32と接続短管4b内の長さ区分33とが流体を導くように接続されている。シールプラグ若しくはシール短管は周面を内蔵されたシールエレメント37によっていつ流通路6bの長さ区分33に対してシールされている。別のシールエレメント38が差動ピストン34の周面に内蔵されている。更にシールエレメント39,40がケーシング上方部分29とケーシング下方部分30との間並びに閉鎖体7bの案内シャフト8bの周面に設けられている。
【0039】差動ピストン34の凹所42内で案内されている圧縮コイルばね41は一面では差動ピストン34に、かつ他面ではケーシング上方部分29の圧力ガス容器に向いた面に支えられている。これによって差動ピストン34はケーシング下方部分30内の中間の長さ区分32の半径方向面43に押し付けられており、いつ流通路6bに対して横方向に配置されている出口通路17aを閉鎖する。圧縮コイルばね41は次のように構成されている。すなわち安全装置1bの熱解放の際に、シール短管35の圧力ガス容器に向いた端面44に作用する容器内圧が差動ピストン34をばね力に抗して変位させるように、構成されている。
【0040】図4は接続短管4cを有する安全装置1cを示し、この場合接続短管を貫通しているいつ流通路6cは端面に配置されたシール膜45によって閉鎖されている。熱解放ユニット2cはケーシング3c内で変位可能な支持体46を有しており、この支持体は一面では破裂体11によって、かつ他面では圧縮ばね47によって準備位置に保持されている。破裂体11は側方でいつ流通路6cに並んで配置されているケーシング3c内の凹所48内に保持されており、その際破裂体11の頸区分14は凹所48内に突入している。圧縮ばね47はコイルばねとして構成されていて、一面ではディスク形の支持体46に、かつ他面ではケーシングの端部をつかむねじキャップ49に支えられている。
【0041】支持体46は中央の案内ピン50を有しており、この案内ピンは、圧力ガス容器とは逆の側でねじキャップ49の案内孔51内に延びている。支持体46の、いつ流通路6cに向いた側においては、第2の案内ピン52内に、いつ流通路6c内に収容されている押し棒53が固定されている。接続短管4cの上側には出口通路17bが半径方向でケーシング3c内に形成されており、いつ流通路6cと接続している。出口通路17bに向いた側で、スリーブとして構成された押し棒53は縦方向スリットを付けられており、これにより出口通路17bといつ流通路6cとは流体を導くように接続されている。押し棒53は斜めにされた端面54を有しており、これによって押し棒は端部を尖らされていて、シール膜45を簡単に突き破ることができる。
【出願人】 【識別番号】500117369
【氏名又は名称】ファウテーイー ヴェンティル テヒニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
【出願日】 平成12年3月13日(2000.3.13)
【代理人】 【識別番号】100061815
【弁理士】
【氏名又は名称】矢野 敏雄 (外4名)
【公開番号】 特開2000−283396(P2000−283396A)
【公開日】 平成12年10月13日(2000.10.13)
【出願番号】 特願2000−69417(P2000−69417)