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    • 专利摘要:
    Ein Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor weist einen Kühlraum (18) auf, der durch einen Boden (20) begrenzt ist, der zumindest einen Öleinlass (24) von einem Kragen (26) umgeben ist, der sich zumindest bis auf das Niveau der Erhebung (22) erstreckt.
    公开号:DE102004029926A1
    申请号:DE200410029926
    申请日:2004-06-21
    公开日:2006-01-12
    发明作者:Karl-Heinz Obermeier；Kurt Reinl
    申请人:Federal Mogul Nuernberg GmbH；
    IPC主号:F02F3-16
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor.
    [0002] Kolbenvon Verbrennungsmotoren sind währenddes Betriebs äußerst hohenthermischen Belastungen ausgesetzt, so dass in bestimmten Fällen durchgeeignete Maßnahmeneine Kühlungzu gewährleistenist.
    [0003] Einebekannte Maßnahmebesteht darin, in dem Kolben einen im Bereich des Kolbenbodens beispielsweiseringförmigumlaufenden Kühlkanalvorzusehen, in den mittels zumindest einer Einlassöffnung Kühlmittel,beispielsweise Öl,eingespritzt werden kann. Die Versorgung mit Kühlöl erfolgt hierbei üblicherweisewährenddes Abwärtshubes,während sichder Kolben auf eine Ölspritzdüse zu bewegt.Das Abführendes Ölsfindet üblicherweisedadurch statt, dass das Ölwährendder Aufwärtsbewegungdes Kolbens durch Trägheitskräfte an dieUnterseite des Kühlkanalsgedrücktund aus dem Kühlkanalherausgepresst wird.
    [0004] Einebesondere Situation entsteht bei modernen Kolben, die eine vergleichsweisegeringe Kompressionshöheund damit eine kurze Bauhöhe aufweisen.In diesem Fall reicht der Bauraum für einen Kühlkanal in vielen Fällen nichtaus.
    [0005] Ausder DE 199 60 913A1 ist ein Kolben für Verbrennungsmotorenbekannt, in dem ein Kühlraum anseiner Unterseite durch eine gesondert eingebrachte Abdeckung begrenztist. Ein rohrartiger Zulauf wird in die untere Abdeckung eingeclipstoder durch eine Rastverbindung befestigt.
    [0006] Ein ähnlicherKolben ist aus der US 4,377,967 bekannt.In diesem Fall wird insbesondere dafür Sorge getragen, dass das Öl auch während des Aufwärtshubesbis zu einem bestimmten Niveau in dem Kühlraum verbleibt.
    [0007] Die JP 56124650 A offenbarteinen Kolben mit einem ringförmigenKühlkanal,bei dem der Zulauf und der Ablauf derart gestaltet sind, dass stetsKühlflüssigkeitin dem Kühlkanalverbleiben kann. Bei einer Ausführungsformist hierzu eine ringförmigumlaufende Rippe vorgesehen, die sich oberhalb des untersten Niveausdes Kühlkanalserstreckt.
    [0008] Schließlich gehtaus der DE 37 35 590C1 ein Kolben hervor, dessen Kühlkanal herstellungsbedingteBohrungen aufweist, die durch Hülsenverschlossen werden. Hierbei kann es sich um geschlitzte Leichtspannhülsen handeln,die dafürvorgesehen werden können,den Kühlmittel-Füllstandzu begrenzen.
    [0009] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben für einenVerbrennungsmotor im Hinblick auf dessen Kühlung zu verbessern.
    [0010] DieLösungdieser Aufgabe erfolgt durch den im Anspruch 1 beschriebenen Kolben.
    [0011] Demzufolgeweist der erfindungsgemäße Kolbenfür einenVerbrennungsmotor einen Kühlraumauf, der durch einen Boden begrenzt ist. Der Kühlraum kann grundsätzlich ringförmig umlaufend sein.Der Kühlraumkann jedoch in besonders günstigerWeise auch bei modernen Kolben mit vergleichsweise geringer Bauhöhe eingesetztwerden, indem er, wie nachfolgend genauer erläutert, in dem Bereich unterhalbder Kolbenkrone und zwischen den Kolbenbolzenaugen vorgesehen wird,und durch die nachfolgend erläutertenMaßnahmenein Transport und ein ausreichend langer Verbleib des Kühlöles in diesemKühlraumgewährleistetwird.
    [0012] DerKühlraumist durch einen Boden begrenzt, der zumindest einen Öleinlassund zumindest eine Erhebung aufweist. Die Erhebung sorgt zum einenfür einenvorteilhaften Öltransportin Bereiche, in denen kein Öleinlassvorgesehen ist. Beispielsweise kann bei dem erfindungsgemäßen Kolbenauf einer Seite der Erhebung der Öleinlass vorgesehen sein, unddurch die nachfolgend genauer beschriebenen Maßnahmen kann die notwendigeFörderungdes Kühlöles auch über dieErhebung hinweg in die gegenüberliegendenBereiche erfolgen. Die Erhebung macht den Kühlraum darüber hinaus in günstiger Weiseauch bei Kolben mit vergleichsweise geringer Bauhöhe einsetzbar.Wie erwähnt,kann in diesen Fällender Kühlraumdurch den Bereich unterhalb der Kolbenkrone zwischen den Kolbenbolzenaugengebildet werden. Dieser Bereich kann dahingehend beschrieben werden,dass er weitgehend die Form der Zahl 8 oder die Form einer Hantelaufweist. Die Verengung im mittleren Bereich ist durch die an denSeiten angeordneten Kolbenbolzenaugen bedingt. Im Übrigen kannin dieser Form eines Kühlraum-Bodens,unabhängigvon den vorangehend und nachfolgend geschilderten Merkmalen, bevorzugtjedoch damit kombiniert, eine Neuerung gesehen werden. Im montierten Zustanderstrecken sich durch und zwischen den Kolbenbolzenaugen der Kolbenbolzen unddas kleine Pleuelauge. Der Boden des Kühlraums überbrückt gewissermaßen in demerfindungsgemäßen Kolbenden Kolbenbolzen sowie das kleine Pleuelauge. Hierdurch wird einvergleichsweise großerverfügbarerRaum als Kühlraumgenützt, undder erfindungsgemäße Kolbenkann in vorteilhafter Weise gekühltwerden.
    [0013] Dieswird insbesondere dadurch gewährleistet,dass der Öleinlassvon einem Kragen umgeben ist, der sich zumindest bis auf das Niveauder Erhebung erstreckt. Hierdurch wird bei dem erfindungsgemäßen Kolbenstets ein gewisser Ölstandaufrechterhalten, der insbesondere dafür ausreicht, für eine Förderungdes Öles über dieErhebung hinweg zu sorgen. Das Ölkann nämlichlediglich bis auf das Niveau des Kragens, der im Bereich des Öleinlasses, bevorzugtdiesen unmittelbar umgebend, ausgebildet ist, abfließen. Folglichreicht der Ölstandstets bis zu dem Niveau der Erhebung oder, bei einem entsprechendhöher ausgebildetenKragen, sogar darüber hinaus.Durch die Auf- und Ab-Bewegung des Kolbens während des Betriebs entstehteine Bewegung des Öles,die als "Cocktail-Shaker-Strömung" bezeichnet werdenkann und unter anderem dafür sorgt,dass das Ölauch überdie Erhebung hinweg und in diejenigen Bereiche gelangt, in denenkein Öleinlassvorgesehen ist. Hierdurch kann mit vergleichsweise einfachen Maßnahmeneine Kühlung vonKolben gewährleistetwerden, auch wenn diese eine vergleichsweise geringe Bauhöhe aufweisen.
    [0014] BevorzugteWeiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
    [0015] Wenngleiches bei bestimmten Anwendungsfällendenkbar ist, dass mehrere Erhebungen vorgesehen sind und/oder derBoden des Kühlraumesmit Wellen versehen ist, wird bevorzugt, dass dieser eine einzigeErhebung aufweist, die bevorzugt im Bereich zwischen den Kolbenbolzenaugenvorgesehen ist. Hierdurch wird in günstiger Weise die Realisierungeines Kühlraumesbei Kolben mit besonders geringer Bauhöhe ermöglicht.
    [0016] Ergänzend zuden vorangehend beschriebenen Maßnahmen, die insbesondere aufderjenigen Seite der Erhebung, auf welcher der Öleinlass vorgesehen ist, für einenbestimmten Füllstandsorgen, kann dies auch in anderen Bereichen sichergestellt werden.Hierzu weist der Boden des Kühlraumesbevorzugt zumindest einen Ölablaufauf, der sich oberhalb des niedrigsten Bereichs des Bodens befindet. Soweitdies nicht bereits aus der vorangehenden Beschreibung ersichtlichist, sei erwähnt,dass die Oberseite des Kolbens durch diejenige Seite gebildet wird, dieden Brennraum begrenzt. In diesem Sinne erstreckt sich die Erhebungdes Kühlraum-Bodens,beispielsweise zwischen den Kolbenbolzennaben "nach oben". Dementsprechend gibt es niedrigereBereiche, und der Ölablaufist bevorzugt oberhalb derartiger, niedrigerer Bereiche, beispielsweiseim Bereich oder an der Erhebung, vorgesehen. Hierdurch kann unterhalbdes Ölablaufesbis in die niedrigeren Bereiche ein gewisser Kühlöl-Füllstand sichergestellt werden.Aufgrund der beschriebenen angestrebten Förderung des Öles vonder Seite, die den Öleinlassaufweist, in andere Bereiche, insbesondere auf der anderen Seiteder Erhebung, ist der Ölablaufferner bevorzugt im Bereich dieser, also dem Öleinlass gegenüberliegendenBereiche vorgesehen.
    [0017] Auchum den Ölablaufkann ein Kragen vorgesehen sein, der beispielsweise verhindert,dass das überdie Erhebung geförderteund dementsprechend in den Bereich des Ölablaufs strömende Öl sofortden Kühlraumverlässt.Durch den Kragen kann das Ölzumindest nicht vollständigin den Ablauf einströmen,so dass die weitere Kühlwirkungdes in dem Kühlraumbefindlichen Ölesgenutzt werden kann. Die Oberkante des um den Ölablauf vorgesehenen Kragenskann geneigt, beispielsweise in einer Richtung geneigt sein, inder auch die an der Stelle des Ölablaufesvorgesehene Flanke der Erhebung geneigt ist. Alternativ kann der Ölablaufin der gleichen Weise gestaltet sein, wie der Öleinlass.
    [0018] Eskann günstigsein, eine Möglichkeitvorzusehen, bei Stillstand des Motors eine vollständige Entleerungdes Kühlraumeszu ermöglichen.Dies wird dadurch erreicht, dass der Boden ferner zumindest einevergleichsweise kleine Ablauföffnungim Bereich des Einlasses und/oder des niedrigsten Bereichs des Bodensaufweist. Unter vergleichsweise "klein" ist zu versehen,dass diese Ablauföffnungverglichen mit dem "normalen" Ablauf und üblicherweise auchverglichen mit dem Öleinlasseinen geringen Durchgangsquerschnitt hat. Dies hat zur Wirkung, dasswährenddes Betriebs Kühlöl nur invergleichsweise geringer Menge durch diese Ablauföffnung herausströmt. DasKühlöl kann jedochbeim Stillstand des Motors den Kühlraumdurch die zumindest eine Ablauföffnungvollständigverlassen.
    [0019] Derzeitwird ferner bevorzugt, dass der Boden des Kühlraumes des erfindungsgemäßen Kolbensdurch ein separates Teil gebildet wird. Bei diesem Teil kann essich beispielsweise um ein gesondert eingesetztes Blech handeln.Durch ein derartiges Bauteil wird der bei Kolben vorhandene 8- oder hantelförmige Raumunterhalb der Kolbenkrone und zwischen den Kolbenbolzenaugen zueinem Kühlraum.Ein derartiges separates Teil kann auch als Ölauffangblech oder Shakerblechbezeichnet werden und sorgt im Wesentlichen für einen längeren Verbleib des Kühlöles im Bereichunterhalb der Kolbenkrone, um die Kühlwirkung des Öles besserzu nutzen. Dies wird erfindungsgemäß darüber hinaus durch die Sicherstellungeines bestimmten Füllstandesdurch den Kragen um den Öleinlassgewährleistet.
    [0020] Für ein derartigesseparates, den Boden des Kühlraumesbildendes Teil wird derzeit bevorzugt, dass dieses eingeschnapptwird. Beispielsweise könnenhierfürin den Wandungen unterhalb der Kolbenkrone geeignete Schlitze oderRillen vorgesehen sein.
    [0021] Inbestimmten Anwendungsfällenkönnen fernerVorteile erhalten werden, wenn das den Boden bildende getrennteTeil durch Schweißen,vorzugsweise durch Punktschweißenunter Verwendung von Laschen befestigt wird.
    [0022] Bevorzugtwird derzeit auch eine Ausführungsform,bei der das separate Teil durch Löten befestigt wird.
    [0023] Für eine günstige Abdichtungan den Kontaktstellen zwischen dem separaten Teil, das den Bodendes Kühlraumesbildet, und dem Kolbenwerkstoff selbst, wird derzeit eine bevorzugtaufgespritzte Flüssigdichtungbevorzugt.
    [0024] Für den Werkstoffeines den Boden bildenden Teiles wird derzeit eine aushärtbare Kupfer-oder Aluminiumlegierung bevorzugt.
    [0025] Auchfür denzumindest einen Kragen, der um den Öleinlass und/oder den Ölablaufvorgesehen ist, könnenin bestimmten FällenVorteile erhalten werden, wenn dieser von dem Boden getrennt vorgesehenist. Dies gilt sowohl füreinen mit dem Kolben einstückigenals auch durch ein separates Teil vorgesehenen Boden. Der Kragenkann beispielsweise durch eine in den Boden eingesetzte, eingeclipste und/oderdurch Schweißenoder Lötenbefestigte Hülsegebildet werden. Alternativ kann der Kragen selbstverständlich beider Formung des Bodens des Kühlraumesausgebildet, also insbesondere beim Biegen und/oder Prägen angeformtoder in sonstiger Weise ausgebildet werden.
    [0026] Nebender Tatsache, dass die erfindungsgemäßen Maßnahmen bei Kolben mit vergleichsweise geringerBauhöheihre besonderen Vorteile entfalten, wird für den erfindungsgemäßen Kolben fernerbevorzugt, dass dieser eine Brennraummulde aufweist. Bei derartigenKolben sind die Platzverhältnisseim Hinblick auf das Vorsehen eines Kühlkanals oder -raumes besondersschwierig. Hier wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen in besonders günstigerWeise Abhilfe geschaffen.
    [0027] Nachfolgendwird ein Ausführungsbeispiel derErfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    [0028] 1 eineSchnittansicht durch den erfindungsgemäßen Kolben im Bereich des Öleinlasses;
    [0029] 2 eineSchnittansicht durch den erfindungsgemäßen Kolben im Bereich des Ölablaufes; und
    [0030] 3 eineperspektivische Ansicht des den Boden des Kühlraumes bildenden Bauteils.
    [0031] Wiean dem in 1 gezeigten Kolben 10 zu erkennenist, weist dieser eine vergleichsweise geringe Bauhöhe und imBereich der Kolbenkrone 12 eine Brennraummulde 14 auf.Bei der Brennraummulde 14 handelt es sich um eine sogenannteOmegamulde. Wie in 1 ferner zu erkennen ist, reichtdie Brennraummulde 14 vergleichsweise weit in Richtungdes Kolbenbolzens 16, so dass ein Kühlraum 18 nur mitbesonderen Maßnahmenzu realisieren ist. Diese bestehen bei dem erfindungsgemäßen Kolben darin,dass der Boden 20 des Kühlraumes 18 eineErhebung 22 aufweist, mit der sich der Boden 20 über denKolbenbolzen 16 erstreckt. Bei der gezeigten Ausführungsformist der Boden 20 des Kühlraumes 18 fernerdurch ein gesondertes Bauteil gebildet, das in den Kolben von dessenUnterseite her eingesetzt ist. Der Boden 20 weist fernereinen Öleinlass 24 auf, derdurch einen Kragen 26 umgeben ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispielist der Kragen im Wesentlichen durch einen Rohrabschnitt mit imWesentlichen kreisrundem Querschnitt gebildet.
    [0032] In 1 istferner eine Öldüse 28 zuerkennen, mittels der Kühlöl durchden Öleinlass 24 inden Kühlraum 18 eingespritztwird. Wie 1, welche die Situation im Bereichdes unteren Totpunkts darstellt, erkennen lässt, kann sich die Öldüse 28 durchden Öleinlass 24 undin den Kühlraum 18 erstrecken.
    [0033] Durchdie Auf- und Ab-Bewegung des Kolbens 10 während desBetriebs besteht die Tendenz des eingespritzten Öles, den Kühlraum 18 nach vergleichsweisekurzer Zeit durch den Öleinlass 24 wiederzu verlassen. Dem wird erfindungsgemäß entgegengewirkt. Hierdurchkann eine ausreichende Kühlwirkungerreicht werden, auch wenn das Kühlöl nur imBereich einer Seite, bezogen auf die Erhebung 22, eingespritztwird. Der Kragen 26 stellt nämlich im Bereich derjenigenSeite, auf der Öleingespritzt wird, gemäß 1 aufder rechten Seite, einen Füllstand des Öles sicher,der bis zu der Oberkante des Kragens 26 reicht. Diese befindetsich zumindest auf dem Niveau der Erhebung 22, bevorzugtund wie in 1 dargestellt, etwas darüber. Folglichist in der Umgebung des Öleinlasses 24 stetsKühlöl bis zueinem bestimmten Niveau vorhanden, das auch bei der Auf- und Ab-Bewegungdes Kolbens überdie Erhebung 22 strömenund hierdurch in denjenigen Bereich gelangen kann, der dem Öleinlass 24 gegenüberliegt.Folglich kann auch hier eine ausreichende Kühlwirkung sichergestellt werden.Wie in 1 zu erkennen ist, kann der Boden 20 desKühlraumes 18 vergleichsweiseharmonisch geformt sein. Insbesondere kann er beispielsweise dieForm einer langgezogenen Sinuskurve aufweisen. Der Kragen 26 kann vondem Boden 20 getrennt vorgesehen sein. Insbesondere kanndieser durch einen Rohrabschnitt gebildet werden, der in eine entsprechende Öffnung in demBoden 20 eingesetzt und befestigt ist. Bei dieser besonderseinfach herzustellenden Ausführungsform befindetsich auch an der Unterseite des Bodens ein kurzer Kragen. Es seierwähnt,dass sich der Öleinlass 24 beider dargestellten Ausführungsformin einem seitlich versetzen Bereich des Kolbens befindet. Demgegenüber befindetsich ein Ölablaufin einem mittleren Bereich.
    [0034] EinSchnitt in diesem Bereich ist in 2 gezeigt.In dieser Darstellung ist der Kragen 26 von einer "geschlossenen" Seite her zu erkennen.Im Bereich der Erhebung 22 ist der Ölablauf 30 zu erkennen,der bei der gezeigten Ausführungsformebenfalls durch einen, in diesem Fall vergleichsweise kurzen Kragen 32 umgebenist. Dieser Kragen verhindert, dass das Öl, das über die Erhebung 22 strömt, denKühlraum 18 unmittelbardurch den Ölablauf 30 verlässt. Beidem gezeigten Beispiel ist die Oberkante des Kragens 32 inRichtung der Flanke der Erhebung 22 geneigt. Hierdurchwird den Gegebenheiten im Hinblick auf die omegaförmige Brennraummulde 14 Rechnunggetragen.
    [0035] In 3 istin einer perspektivischen Ansicht das Bauteil 34 dargestellt,das bei der gezeigten Ausführungsformden Boden 20 des Kühlraumes 18 bildet.Dieses kann als weitgehend hantelförmig mit einem Steg 36 undzwei verbreiterten Endbereichen 38 beschrieben werden.Dies spiegelt im Wesentlichen den Freiraum unterhalb der Kolbenkronewider, der in den Bereichen seitlich des Steges 36 durchdie Kolbenbolzenaugen eingeschränktwird. Zwischen den Kolbenbolzenaugen erstreckt sich der Kolbenbolzen 16 (vgl. 1),der durch den Steg 36, der die Erhebung 22 bildet, überbrückt wird.
    [0036] Indem einen verbreiterten Endbereich 38, bei der gezeigtenAusführungsformin einem seitlichen Bereich, ist der Öleinlass 24 mit demKragen 26 vorgesehen. An dem Übergang zwischen dem Steg 36 unddem anderen verbreiterten Endbereich 38 ist der Ölablauf 30 mitdem diesen umgebenden, vergleichsweise kurzen Kragen 32 vorgesehen.An ihren jeweiligen Außenseitensind die verbreiterten Endbereiche 38 bei der gezeigtenAusführungsformgewellt ausgebildet, um die Montage, beispielsweise durch Punktschweißen, anden hierdurch erzeugten Laschen zu erleichtern.
    权利要求:
    Claims (13)
    [1] Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor,mit einem Kühlraum(18), der durch einen Boden (20) begrenzt ist,der zumindest einen Öleinlass(24) und zumindest eine Erhebung (22) aufweist,wobei der Öleinlass(24) von einem Kragen (26) umgeben ist, der sichzumindest bis auf das Niveau der Erhebung (22) erstreckt.
    [2] Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dasseine einzige Erhebung (22) vorgesehen ist, die sich imBereich oberhalb eines Kolbenbolzens (16) befindet.
    [3] Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass der Boden (20) ferner zumindest einen Ölablauf(30) aufweist, der sich oberhalb des niedrigsten Bereichsdes Bodens (20) befindet.
    [4] Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dassum den Ölablauf(30) ein Kragen (32) vorgesehen ist.
    [5] Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Boden (20) ferner zumindest einevergleichsweise kleine Ablauföffnungim Bereich des Öleinlasses(24) und/oder des niedrigsten Bereichs des Bodens (20) aufweist.
    [6] Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Boden (20) durch ein separatesTeil (34) gebildet ist.
    [7] Kolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dassdas separate Teil (34) durch Einschnappen befestigt ist.
    [8] Kolben nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,dass das separate Teil (34) durch Schweißen, bevorzugtPunktschweißenmittels Laschen, befestigt ist.
    [9] Kolben nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass das separate Teil (34) durch Löten befestigt ist.
    [10] Kolben nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass das separate Teil (34) zu dem Kolbenwerkstoff mittelseiner Flüssigdichtung abgedichtetist.
    [11] Kolben nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass das separate Teil (34) aus einer aushärtbarenKupfer- oder Aluminiumlegierungbesteht.
    [12] Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass zumindest ein Kragen (26, 32)als ein von dem Boden (20) getrenntes Bauteil vorgesehenist.
    [13] Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Kolben (10) eine Brennraummulde(14) aufweist.
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    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2006-01-12| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2008-03-13| 8364| No opposition during term of opposition|
    2013-04-18| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20130101 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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