(19) |
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(11) |
EP 1 490 594 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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22.07.2009 Patentblatt 2009/30 |
(22) |
Anmeldetag: 03.03.2003 |
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(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC):
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(86) |
Internationale Anmeldenummer: |
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PCT/DE2003/000694 |
(87) |
Internationale Veröffentlichungsnummer: |
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WO 2003/081023 (02.10.2003 Gazette 2003/40) |
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(54) |
KRAFTSTOFFEINSPRITZVENTIL
FUEL INJECTION VALVE
SOUPAPE D'INJECTION DE CARBURANT
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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DE FR GB |
(30) |
Priorität: |
26.03.2002 DE 10213382
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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29.12.2004 Patentblatt 2004/53 |
(73) |
Patentinhaber: ROBERT BOSCH GMBH |
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70442 Stuttgart (DE) |
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(72) |
Erfinder: |
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- UHLMANN, Dietmar
71404 Korb (DE)
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(56) |
Entgegenhaltungen: :
DE-A- 4 016 787 FR-A- 2 168 712
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FR-A- 1 192 901 US-A- 4 984 744
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
Stand der Technik
[0001] Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine
aus, wie es der Gattung des Patentanspruchs 1 entspricht. Solche Kraftstoffeinspritzventile
sind beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 100 24 703 A1 bekannt. Derartige Kraftstoffeinspritzventile weisen ein Gehäuse auf, in dem ein
bewegliches Ventilglied angeordnet ist, das durch seine Bewegung entgegen der elastischen
Kraft eines Federelements die Kraftstoffzufuhr zum Brennraum der Brennkraftmaschine
steuert. Das Ventilglied weist häufig die Form einer Ventilnadel auf, die eine Längsachse
aufweist und deren Bewegung in Richtung der Längsachse erfolgt. Das Federelement ist
als Schraubendruckfeder ausgebildet, die koaxial zum Ventilglied im Gehäuse angeordnet
ist. Die bekannte Schraubendruckfeder weist hierbei jedoch den Nachteil auf, dass
sie, um die notwendige Steifigkeit zu erzeugen, mit relativ starkem Draht gewickelt
werden muss und damit relativ viel Bauraum einnimmt. Dies setzt der weiteren Verschlankung
der Kraftstoffeinspritzventile eine Grenze, die aufgrund des dort herrschenden hohen
Kraftstoffdrucks nicht unterschritten werden kann.
[0002] Aus der
US 4 984 744 A ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, das ein Schließelement in Form einer Kugel
aufweist, die mit einem Ventilsitz zusammenwirkt. Die Kugel wird von einer Federhülse
gegen den Ventilsitz gedrückt, wobei die Hülse an mehreren Stellen Durchbrüche aufweist,
die für die gewünschte Längselastizität sorgt.
Vorteile der Erfindung
[0003] Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das hier verwendete
Federelement in Form einer zylindrischen Hülse bei gleicher Steifigkeit weniger Bauraum
benötigt als eine entsprechende Schraubendruckfeder, so dass der Außendurchmesser
des Kraftstoffeinspritzventils entsprechend verkleinert werden kann. Die zylindrische
Hülse des Federelements weist an ihrer Wand an mehreren Stellen Durchbrüche auf, die
die zylindrische Hülse in Längsrichtung elastisch verformbar machen, wobei die Durchbrüche
schlitzförmig ausgebildet sind. Um die Kerbspannungen an den Enden der schlitzförmigen
Durchbrüche gering zu halten, sind die Enden gerundet ausgebildet, und die Durchbrüche
sind bezüglich ihrer Längsachse in der Mitte tailliert ausgebildet. Die zylindrische
Hülse erhält so die gewünschte Längselastizität, ohne dass an den Enden der Durchbrüche
die Kerbspannungen zu hoch werden und es zu einer plastischen Verformung des Materials
der zylindrischen Hülse kommen kann.
[0004] Durch die Unteransprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung
möglich. Durch den Verlauf der Durchbrüche, die im wesentlichen in einer Radialebene
der zylindrischen Hülse verlaufen, erreicht man in einfacher Art und Weise eine gute
Längselastizität der zylindrischen Hülse. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn
zwei gleichartige Durchbrüche in einer Radialebene liegen, die durch Verbindungsstege
voneinander getrennt sind. Über die Dicke dieser Verbindungsstege kann sehr einfach
die Elastizität der zylindrischen Hülse eingestellt werden. Bei Ausbildung von zwei
Durchbrüchen in einer Radialebene ist es besonders vorteilhaft, wenn die Durchbrüche
der unmittelbar benachbarten Radialebenen gegeneinander um 90° gedreht angeordnet
sind.
[0005] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung
und der Zeichnung zu entnehmen.
Zeichnung
[0006] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils
gezeigt. Es zeigt
- Figur 1
- einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil,
- Figur 2
- eine perspektivisch geschnittene Ansicht des Ventilkörpers, wobei das Ventilglied
der Übersichtlichkeit halber weggelassen ist,
- Figur 3
- eine vergrößerte Darstellung des Federelements mit angefügter Hülse,
- Figur 4
- eine Darstellung des Federelements im unbelasteten Zustand und
- Figur 5
- ein blechartiges Vorprodukt, aus dem das Federelement gefertigt werden kann.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0007] In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil
dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist ein Gehäuse 1 auf, das einen Ventilhaltekörper
3 und einen Ventilkörper 5 umfasst, die mittels einer Spannmutter 7 in axialer Richtung
gegeneinander verspannt sind. Im Ventilkörper 5 ist eine Bohrung 10 ausgebildet, die
eine Längsachse 14 aufweist und in der ein kolbenförmiges Ventilglied 12 längsverschiebbar
angeordnet ist. Die Bohrung 10 erweitert sich an ihrem brennraumabgewandten Ende zu
einem Innenraum 9, in den ein im Ventilhaltekörper 3 ausgebildeter Zulaufkanal 21
mündet. Das Ventilglied 12 wird in einem mittleren Bohrungsabschnitt 110 in der Bohrung
10 geführt und zwischen dem Ventilglied 12 und der Wand der Bohrung 10 ist ein ringkanalförmiger
Druckraum 18 ausgebildet, der über den Zulaufkanal 21 und den Innenraum 9 mit Kraftstoff
unter hohem Druck befüllbar ist. Im geführten Abschnitt des Ventilgliedes 12 sind
vier Anschliffe 16 vorgesehen, die es ermöglichen, dass der Kraftstoff aus dem Innenraum
9 zwischen dem Ventilglied 12 und der Wand der Bohrung 10 in den Druckraum 18 fließen
kann. Am in den Brennraum 6 der Brennkraftmaschine ragenden Ende der Bohrung 10 ist
ein Ventilsitz 20 ausgebildet, der konisch geformt ist und mit einer am brennraumseitigen
Ende des Ventilglieds 12 ausgebildeten Ventildichtfläche 24 in der Art zusammenwirkt,
dass bei vom Ventilsitz 20 abgehobener Ventildichtfläche 24 Kraftstoff aus dem Druckraum
18 zwischen der Ventildichtfläche 24 und dem Ventilsitz 20 hindurch zu im Ventilkörper
5 ausgebildeten Einspritzöffnungen 22 fließen kann, durch die der Kraftstoff in den
Brennraum 6 der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Liegt die Ventildichtfläche
24 am Ventilsitz 20 an, so wird dieser Kraftstoffstrom unterbrochen, so dass die Einspritzöffnungen
22 verschlossen sind.
[0008] Im Innenraum 9 ist eine Hülse 34, ein Federelement 30 und ein Federteller 32 angeordnet,
die den brennraumabgewandten Endabschnitt des Ventilglieds 12 umgeben. Durch die brennraumabgewandte
Stirnseite 13 des Ventilglieds 12, den Ventilhaltekörper 3 und die das Ventilglied
12 umgebende Hülse 34 wird ein Steuerraum 37 begrenzt, in den über eine im Ventilhaltekörper
3 ausgebildete Steuerbohrung 40 Kraftstoff unter hohem Druck geleitet werden kann.
Das Federelement 30 ist zwischen der Hülse 34 und dem Federteller 32 unter Druckvorspannung
angeordnet, wodurch die Hülse 34 und der Federteller 32 auseinandergedrückt werden.
Da sich der Federteller 32 am Ventilglied abstützt, wird dadurch das Ventilglied 12
gegen den Ventilsitz 20 gedrückt.
[0009] Die Längsbewegung des Ventilglieds 12 wird durch den hydraulischen Druck im Druckraum
18 und den Druck im Steuerraum 37 gesteuert. Im Druckraum 18 herrscht bei Betrieb
der Brennkraftmaschine ein durchgehend hoher Kraftstoffdruck, durch den sich eine
hydraulische Kraft auf eine Druckschulter 17 ergibt, die am Übergang des brennraumzugewandten
Abschnitts des Ventilglieds 12 zum geführten Abschnitt im Bereich der Anschliffe 16
ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich eine Öffnungskraft auf das Ventilglied 12, die
vom Ventilsitz 20 weg gerichtet ist. Dieser Öffnungskraft entgegengesetzt ist die
Kraft des vorgespannten Federelements 30 und die hydraulische Schließkraft, die sich
durch den Druck im Druckraum 37 auf die Stirnseite 13 des Ventilglieds 12 ergibt.
Herrscht im Druckraum 37 ein hoher Kraftstoffdruck, so wird das Ventilglied 12 in
seiner Schließstellung gehalten, da die hydraulisch wirksame Fläche der Druckschulter
17 deutlich kleiner ist als die der Stirnfläche 13 des Ventilglieds 12. Wird der Steuerraum
37 über die Steuerbohrung 40 entlastet, so bewegt die hydraulische Kraft auf die Druckschulter
17 das Ventilglied 12 entgegen der Kraft des Federelements 30 vom Ventilsitz 20 weg,
so dass Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen 22 in der oben beschriebenen Art und
Weise in den Brennraum 6 der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Da im Druckraum
18 und im Steuerraum 37 Drücke von mehr als 100 MPa herrschen können, spielt die Kraft
des Federelements 30 bei der Öffnungshubbewegung des Ventilglieds 12 nur eine untergeordnete
Rolle. Das Federelement 30 dient hauptsächlich dazu, das Ventilglied 12 bei abgeschalteter
Brennkraftmaschine und damit bei fehlendem Kraftstoffdruck im Druckraum 18 und im
Steuerraum 37 in Schließstellung zu halten.
[0010] In Figur 2 ist eine geschnittene perspektivische Darstellung des Ventilkörpers 5
im Bereich des Federelements 30 dargestellt. Das Ventilglied 12 ist hier der Übersichtlichkeit
halber weggelassen worden. Die Hülse 34 ist einstückig mit dem Federelement 30 ausgebildet,
so dass die Anlagefläche zwischen diesen beiden Teilen entfällt. Figur 3 zeigt eine
vergrößerte Darstellung des Federelements 30 zusammen mit der Hülse 34 und einem Ringelement
42, das sich am gegenüberliegenden Ende zur Hülse 34 an das elastische Element 30
anschließt und über das sich das Federelement 30 direkt am Ventilglied 12 abstützt.
Das Ringelement 42 kann hierbei ebenfalls einstückig mit dem Federelement 30 ausgebildet
sein oder als separates Bauteil mit dem Federelement 30 verbunden werden, etwa durch
Schweißen oder Löten. Das Federelement 30 ist als zylindrische Hülse ausgebildet,
die an ihrer Wand mehrere Durchbrüche 45 aufweist, wodurch das Federelement 30 in
Längsrichtung elastisch verformbar wird. Der genaue Aufbau des als zylindrische Hülse
ausgebildeten Federelements 30 ist in Figur 4 dargestellt, wobei das Federelement
30 hier in unbelastetem Zustand gezeigt ist und in diesem Fall als separates Bauteil
ohne die Hülse 34 und das Ringelement 42 gefertigt ist. Die Durchbrüche 45 des Federelements
30 sind schlitzförmig ausgebildet und weisen eine Längsachse 52 auf, die bezüglich
der Längsachse 14 des Federelements 30 in einer Radialebene verläuft. Die Enden 47
der schlitzförmigen Durchbrüche 45 sind gerundet, um die Kerbspannungen an dieser
Stelle beim Zusammenpressen des Federelements 30 zu vermindern. Um die Steifigkeit
des Federelements 30 über die gesamte Lebensdauer zu erhalten, ist in jedem Fall zu
verhindern, dass an den Enden 47 der Durchbrüche 45 eine plastische Verformung des
Materials auftritt. Andernfalls würde sich das Federelement 30 irreversibel verformen,
was die Steifigkeit ändern würde.
[0011] In einer Radialebene des Federelements 30 sind jeweils zwei schlitzförmige Durchbrüche
45 angeordnet, die durch einen Verbindungssteg 48 und einen diesem gegenüberliegenden
zweiten Verbindungssteg 48' voneinander getrennt sind. Die in der benachbarten Radialebene
liegenden Durchbrüche 45 sind gleich ausgestaltet, jedoch sind sie bezüglich der Längsachse
14 um 90° gedreht. Hierdurch ergeben sich zwischen den Verbindungsstegen 48 zweier
aneinandergrenzender Radialebenen Kantilever 49, deren Durchbiegung bei Belastung
des Federelements 30 dessen elastische Verformbarkeit bewirkt. Über die Dicke der
Kantilever 49 und über deren Länge, die sich aus der Breite der Verbindungsstege 48
ergibt, lässt sich die Elastizität und damit die Federkonstante des Federelements
30 einstellen. Bevorzugte Abmessungen des Federelements 30 sind ein Außendurchmesser
D von 4,0 mm bis 4,5 mm und eine Wandstärke S von 0,4 mm bis 0,5 mm. Die Breite der
Verbindungsstege 48 ist etwa 0,8 mm und der Rundungsradius an den Enden 47 der Durchbrüche
45 etwa 0,4 mm bis 0,5 mm. Die Gesamthöhe H des Federelements 30 beträgt etwa 10 mm.
Mit diesen Abmessungen erreicht man eine Federkonstante des Federelements 30 von etwa
30 N/mm. Der dafür benötigte Außendurchmesser des Federelements 30 ist deutlich geringer
als der einer Schraubendruckfeder mit vergleichbarer Federkonstante.
[0012] Das hier gezeigte Federelement 30 besteht aus zwei Halbzylindern, die an Schweißnähten
50 miteinander verbunden sind. Die Herstellung des Federelements 30 erfolgt beispielsweise
dadurch, dass zwei Halbzylinder separat hergestellt werden, die dann an Schweißnähten
50 miteinander verbunden werden. Figur 5 zeigt einen Zwischenschritt eines der Halbzylinder,
nämlich eine Federelementhälfte 130, die ein rechteckiges, ebenes Blech aus einem
geeigneten Stahl darstellt. In die Federelementhälfte 130 werden Durchbrüche 45 beispielsweise
durch Stanzen eingebracht. Die Federelementhälfte 130 wird anschließend gebogen, so
dass die Seitenflächen 54 mit jeweils einer korrespondierenden Seitenfläche 54 einer
zweiten Federelementhälfte 130 verbunden werden können, vorzugsweise durch Schweißen.
[0013] Soll das Federelement 30 aus einem Stück, beispielsweise durch Tiefziehen, hergestellt
werden, so entfallen die Schweißnähte 50. Die Durchbrüche 45 können in diesem Fall
nicht durch Stanzen eingebracht werden, sondern beispielsweise mit Hilfe eines Lasers.
Welches Herstellungsverfahren im einzelnen sinnvoll ist, hängt von der zu erwartenden
mechanischen Belastung des Federelements 30 ab.
[0014] Neben der Beaufschlagung eines Ventilglieds 12 durch das Federelement 30 kann das
erfindungsgemäße Federelement 30 auch an anderer Stelle in einem Kraftstoffeinspritzventil
eingesetzt werden, wo der entsprechende Bauraum knapp ist und das Federelement eine
möglichst geringe Ausdehnung aufweisen soll. Mögliche weitere Anwendungsbeispiele
sind Magnetventile in Kraftstoffeinspritzventilen.
1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse (1), in dem ein
Ventilglied (12) beweglich angeordnet ist und durch seine Bewegung entgegen der elastischen
Kraft eines Federelements (30) die Kraftstoffzufuhr zum Brennraum (6) der Brennkraftmaschine
steuert, wobei das Federelement (30) eine zylindrische Hülse mit einer Längsachse
(14) ist und die Wand der Hülse an mehreren Stellen voneinander getrennte Durchbrüche
(45) aufweist, so dass das Federelement (30) elastisch in Richtung der Längsachse
(14) verformbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (47) der Durchbrüche (45) gerundet sind und die Durchbrüche (45) eine Längsachse
(52) aufweisen, bezüglich derer sie symmetrisch sind und dass die Durchbrüche (45)
die Form eines Längsschlitzes aufweisen, welcher Längsschlitz bezüglich seiner Längsachse
(52) in der Mitte tailliert ist.
2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (45) in der Wand des Federelements (30) im wesentlichen in einer
Radialebene der Längsachse (14) des Federelements (30) verlaufen.
3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gleichartige Durchbrüche (45) in einer Radialebene des Federelements (30) liegen,
wobei die Durchbrüche (45) durch Verbindungsstege (48) voneinander getrennt sind.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens zwei Radialebenen Durchbrüche (45) angeordnet sind, wobei die Durchbrüche
der einen Radialebene gegenüber denen der benachbarten Radialebene um 90° gedreht
angeordnet sind.
5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (30) elastisch vorgespannt im Gehäuse (1) angeordnet ist.
1. Fuel injection valve for internal combustion engines, with a housing (1) in which
a valve element (12) is arranged movably and, by means of its movement counter to
the elastic force of a spring element (30), controls the supply of fuel to the combustion
chamber (6) of the internal combustion engine, wherein the spring element (30) is
a cylindrical sleeve with a longitudinal axis (14), and the wall of the sleeve has
apertures (45) which are separate from one another at a plurality of locations such
that the spring element (30) can be deformed elastically in the direction of the longitudinal
axis (14), characterized in that the ends (47) of the apertures (45) are rounded, and the apertures (45) have a longitudinal
axis (52), with respect to which said apertures are symmetrical, and in that the apertures (45) are in the shape of a longitudinal slot, which longitudinal slot
is constricted in the centre with respect to its longitudinal axis (52).
2. Fuel injection valve according to Claim 1, characterized in that the apertures (45) in the wall of the spring element (30) run substantially in a
radial plane of the longitudinal axis (14) of the spring element (30).
3. Fuel injection valve according to Claim 2, characterized in that two identical apertures (45) lie in a radial plane of the spring element (30), the
apertures (45) being separated from each other by connecting webs (48).
4. Fuel injection valve according to Claim 3, characterized in that apertures (45) are arranged in at least two radial planes, the apertures of the one
radial plane being rotated through 90° in relation to those of the adjacent radial
plane.
5. Fuel injection valve according to Claim 1, characterized in that the spring element (30) is arranged in an elastically prestressed manner in the housing
(1).
1. Soupape d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne, comprenant un
boîtier (1) dans lequel est disposé mobile un organe de soupape (12) et qui commande,
par son mouvement à l'encontre de la force élastique d'un élément de ressort (30)
l'alimentation en carburant à la chambre de combustion (6) du moteur à combustion
interne, l'élément de ressort (30) étant une douille cylindrique avec un axe longitudinal
(14) et la paroi de la douille présentant, en plusieurs endroits, des ouvertures (45)
séparées les unes des autres, de sorte que l'élément de ressort (30) puisse être déformé
élastiquement dans la direction de l'axe longitudinal (14), caractérisée en ce que les extrémités (47) des ouvertures (45) sont arrondies et les ouvertures (45) présentent
un axe longitudinal (52) par rapport auquel elles sont symétriques, et en ce que les ouvertures (45) présentent la forme d'une fente longitudinale, laquelle fente
longitudinale est profilée en centre par rapport à son axe longitudinal (52).
2. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ouvertures (45) dans la paroi de l'élément de ressort (30) s'étendent essentiellement
dans un plan radial de l'axe longitudinal (14) de l'élément de ressort (30).
3. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 2, caractérisée en ce que deux ouvertures de même type (45) se situent dans un plan radial de l'élément de
ressort (30), les ouvertures (45) étant séparées les unes des autres par des nervures
de connexion (48).
4. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 3, caractérisée en ce que des ouvertures (45) sont disposées dans au moins deux plans radiaux, les ouvertures
d'un plan radial étant tournées de 90° par rapport aux ouvertures du plan radial adjacent.
5. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de ressort (30) est disposé dans le boîtier (1) avec une précontrainte
élastique.
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