AT235649B - Drosselklappe - Google Patents

Drosselklappe

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AT235649B
AT235649B AT796260A AT796260A AT235649B AT 235649 B AT235649 B AT 235649B AT 796260 A AT796260 A AT 796260A AT 796260 A AT796260 A AT 796260A AT 235649 B AT235649 B AT 235649B
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AT
Austria
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ring
seat
pressure
flap
seat ring
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Application number
AT796260A
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English (en)
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Frank Edward Swain
Original Assignee
Frank Edward Swain
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Description


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  Drosselklappe 
Die Erfindung betrifft eine Drosselklappe, deren Klappe sich an der inneren, vorzugsweise konischen Sitzfläche eines in einer ringförmigen Ausnehmung am inneren Umfang des Klappengehäuses gehaltenen elastischen Sitzringes anlegen kann. 



   Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, den Anlagedruck des Sitzringes gegenüber der Klappe in möglichst einfacher Weise einstellen und im Falle einer Abnutzung der zusammenwirkenden Sitzflächen von Klappen und Sitzring auch einfach nachstellen zu können. 



   Zur Lösung dieser Aufgabe wurde eine Konstruktion vorgeschlagen,   gemäss   welcher das Klappengehäuse einen einstellbaren Ring zur Ausübung von Druck auf den Sitzring in Richtung der Achse desselben aufweist. Dabei wird der, eine Ringnut des Klappengehäuses ausfüllende, aus elastisch verformbarem Material bestehende Sitzring vom Druckring radial nach innen gequetscht. Die axiale Bewegung des Druckringes wird erreicht durch Anordnung von zonenweise über den Umfang verteilten Druckrollen, die beim Drehen des Ringes auf Schrägflächen auflaufen. 



   Diese Anordnung ist nicht nur ziemlich kompliziert, sondern es muss die Herstellung mit besonderer Genauigkeit erfolgen, weil sonst beim Verdrehen des Ringes und damit der axialen Verstellung desselben nicht alle Druckrollen gleichzeitig zum Tragen kommen. Darüber hinaus ist der aus elastisch verformbarem Material bestehende Sitzring nicht in der Lage, sich bei einmal getroffener Einstellung noch radial auszudehnen, um sich beim Schliessen der Klappe selbst zu zentrieren. 



   Demgegenüber ist die Bauweise nach der erfindungsgemässen Klappe überaus einfach. Es ist weder 
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 gerecht zu werden, ist die erfindungsgemässe Drosselklappe dadurch gekennzeichnet, dass der einstellbare Ring ein mittelsAussengewinde imKlappengehäuse   verschraubbar angeordneter Druckring ist und   der nachgiebig deformierbare Sitzring bei axialer Zusammenpressung durch Verstellung des Druckringes in der Ausnehmung in radialer Richtung beweg-und ausdehnbar ist. 



     Die jrfindungsgemässeDrosselklappe   stellt eine Weiterentwicklung einer bekannten Konstruktion dar, bei der zwar eine   selbsttätige N achstellung des Sitzringes   zur Kompensation von   Abnützungserscheinungen   dadurch erreicht wird, dass der elastische Sitzring sich in der ringförmigen Ausnehmung des Klappengehäuses radial ausdehnen kann, doch ist ein   gewolltes   Nachstellen des Sitzringes in Form einer radialen Deformierung desselben durch axiale Zusammenpressung hiebei nicht möglich. 



   Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Drosselklappe dadurch gekennzeichnet, dass der Sitzring im Querschnitt S-Form aufweist, wobei der innere freie Schenkel dieses Profils zugleich die Sitzfläche des Sitzringes bildet. Sie kann aber auch dadurch gekennzeichnet sein, dass der Sitzring einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist ; dabei ist vorzugsweise der Sitzring hohl ausgebildet und mit einem Gas gefüllt. 



   Ferner ist es auch noch   möglich, denSitzring   nach der Erfindung zweiteilig auszuführen, derart, dass er aus je einem elastisch nachgiebigen inneren und   äusseren   Ring besteht, wobei beide Ringe entlang konischen Berührungsflächen   ineinandergreifen ; dabei   können beide Ringe an ihren axial gegenüberliegenden Seitenflächen verhältnismässig schmale axiale Anlageflächen bildende ringförmige Rippen aufweisen. 



   Endlich besteht ein Merkmal der erfindungsgemässen Drosselklappe darin, dass der Druckring im Bereich seines dem Sitzring gegenüberliegenden Endes eine äussere Schneckenradverzahnung aufweist, in die eine imKlappengehäuse verdrehbar, jedoch nicht   längsverschiebbargelagerte   und von   aussenher über   eine 

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Betätigungswelle verdrehbare Schnecke, eingreift. 



   In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht ; es zeigen Fig. 1 ein erstes   A usfüh-   rungsbeispiel der   erfindungsgemässenDrosselklappe   im Axialschnitt, Fig. 2 die Drosselklappe gemäss Fig. 1 im Schnitt nach der Linie   A-A   der Fig.   1 ;   Fig. 3 eine einem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechende
Drosselklappe in einem   axialen, gegenüber Fig. l   jedoch vergrösserten Teilschnitt ; Fig. 4 eine einem drit- ten Ausführungsbeispiel entsprechende Drosselklappe, gleichfalls im Teilschnitt (ohne Klappe). Es wer- den im folgenden auch Einzelheiten beschrieben, die nicht Erfindungsgegenstand sind, aber zum Ver- ständnis der Erfindung beitragen. 



   Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte, dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechende Drosselklappe weist eine Klappe 5 auf, deren Sitzfläche 6 die Form der Mantelfläche einer Kugelzone hat. Die Mappe ist an einer Welle 7 befestigt, die in zwei (nicht dargestellten) Lagern des Klappengehäuses 8 verdrehbar gelagert ist und die Durchflussbohrung 8a des Klappengehäuses 8 entlang einem Durchmesser der Bohrung durchquert. 



   Das Klappengehäuse weist an seinem inneren Umfang in einer gegenüber der Achse der Welle 7 axial zur Durchflussbohrung 8a versetzten Querebene eine ringförmige Ausnehmung 9 auf, in der ein Sitzring 10 gelagert ist, dessen innere Sitzfläche beim Schliessen der Klappe 5 mit deren Sitzfläche 6 abdichtend zusammenwirkt. 



   Der Sitzring 10 weist einen   S-förmigen   Querschnitt auf und besteht aus einem elastisch nachgiebigen Material, insbesondere Metall, so dass er sich innerhalb der Ebene der Ausnehmung 9 in radialer Richtung ausdehnen oder zusammenziehen kann. Zu diesem Zweck ist der Durchmesser der Ausnehmung 9 gegen- über demAussendurchmesser desSitzringes 10 so bemessen, dass alle praktisch vorkommenden Ausdehnungen und radialen Verschiebungen des Sitzringes 10 ungehindert möglich sind. 



   Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist die Ausnehmung 9 einerseits von einer Ringschulter 8b des Klappengehäuses 8 und anderseits von einer Stirnfläche 11b einer die Durchflussbohrung 8a dort umgebenden, nachstehend als Druckring 11 bezeichneten Schraubbuchse begrenzt, die mit ihrem Aussengewinde 12 in ein entsprechendes Innengewinde des Klappengehäuses 8 eingeschraubt ist. Durch mehr oder weniger weites Einschrauben des Druckringes 11 in das Klappengehäuse 8 kann die axiale Breite der Ausnehmung 9 ver- ändert und dadurch auch der Sitzring 10 in axialer Richtung mehr oder weniger zusammengedrückt werden. 



   Aus Fig. I ist weiterhin ersichtlich, dass der Durchmesser des zugleich die innere Sitzfläche bildendes inneren Schenkels 10a des S-förmigen Sitzringes 10 kleiner als die lichte Weite der   Durchflussbohrung   8a des Klappengehäuses 8 ist, während die lichte Weite des Druckringes 11 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gegenüber der Durchflussbohrung 8a des Klappengehäuses 8 etwas kleiner und ungefähr gleich dem inneren Durchmesser des Sitzringes 10 ist. Ausserdem ragt der S-förmige Sitzring mit dem freien Ende seines inneren Schenkels loa nach der Klappe 5 hin, während der Druckring 11 mit seiner Stirnfläche 11b an der in den inneren Schenkel 10a des Sitzringes 10 übergehenden Krümmung des Sitzringes anliegt.

   Wird der Druckring 11 aus der in Fig. 1 dargestellten Stellung weiter in das Klappengehäuse 8 hineingeschraubt, so wird dadurch der Sitzring 10 im Sinne einer axialen Verschiebung seines in-   nerenSchenkels lOa   nach der Klappe 5 hin und   ausserdem-wegen   der gleichzeitigen Änderung der S-Form des Ringes - im Sinne einer gewissen Verkleinerung des Durchmessers seiner Sitzfläche verformt, ohne dadurch indessen an einer den praktischen Erfordernissen entsprechenden radialen Ausdehnungsmöglichkeit gehindert zu werden. 



   Zur praktischen Einstellung des Dichtsitzes der geschlossenen Klappe 5 wird der Druckring 11 bei zunächst offener Klappe 5 so weit in das Klappengehäuse 8 hineingeschraubt, bis der Sitzring 10 mit seiner inneren Sitzfläche um einen kleinen Betrag in den Bereich eingreift, in dem sich die geschlossene Klappe 5 mit ihrer Sitzfläche 6 befindet. Wird daraufhin die Klappe 5 aus ihrer geöffneten Stellung in ihre Abschlussstellung gedreht, so wird dadurch die Sitzfläche 6 der Klappe unter einer gleichzeitigen elastisch nachgiebigen radialen Dehnung der inneren Sitzfläche des Sitzringes 10 gegen diesen gepresst, was eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Sitzring 10 und der Klappe 5 gewährleistet.

   Durch den Grad der axialen Verschiebung des Druckringes 11 hat man es in der Hand, den Abdichtungsdruck zwischen Klappe 5 und Sitzring 10 so einzustellen, dass die gewünschte Abdichtung ohne eine übermässige gegenseitige Anpressung der Sitzflächen gerade erreicht wird. Soweit trotzdem im Laufe des Betriebes der Drosselklappe Abnutzungen zwischen den Sitzflächen der Klappe 5 und des Sitzringes 10 auftreten, kann dieser Abnutzung ohne weiteres durch eine entsprechendeNacheinstellung desDruckringes 11 Rechnung getragen werden, so dass ein einwandfreier Dichtsitz der Klappe 5 für eine lange Betriebszeit der Drosselklappe gesichert werden kann. 

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   Die innere Sitzfläche des Sitzringes 10 ist zweckmässig konisch gestaltet, so dass sich gegenüber der sphärischen Krümmung der Sitzfläche 6 der Klappe 5 eine   Linienberührung   mit entsprechend hohem An- lagedruck ergibt, der die gewünschte Abdichtung gewährleistet. 



   Je nach   dem Verwendungszweck der Drosselklappe   kann der Druckring 11 aus einer einfachen Schraub- buchse   bestehen !,   die in die   ; ntsprechende Gewindebohrung des Klappengehäuses 8 schopvordemEiubau   der Drosselklappe in ein Leitungssystem so weit eingeschraubt wird, dass die gewünschte Abdichtung er- reicht wird. Der Druckring 11 kann aber gemäss den Fig. 1 und 2 im Klappengehäuse 8 auch von aussen her verdrehbar angeordnet sein, damit der Abdichtungsdruck zwischen Klappe 5 und Sitzring 10 auch nachträglich,   d. h.   bei eingebauter Drosselklappe, noch eingestellt werden kann. 



   Hiezu weist der Druckring 11 an seinem der Stirnfläche 11b abgelegenen Ende noch einen Ansatz   11a   mit einer   äusseren Schneckenradverzahnung llc auf, in   die eine im Klappengehäuse 8 verdrehbar gelager- te Schnecke 13 eingreift. Die Schnecke 13 ragt mit ihrer Welle 14 aus dem Klappengehäuse 8 einerseits heraus und trägt an ihrem dortigen freien Ende ein Handrad 16 od. dgl., von dem aus sie verdreht werden kann. Vor dem Handrad 16 ist der dortige Teil 14a der Welle 14 noch durch eine Stopfbuchse 15 geführt, die sich am Klappengehäuse befindet und eine dichte Herausführung der Welle 14 aus   derr Klappenge-   häuse 8 sichert. 



   Durch Drehen der Spindel 14 wird auch der Druckring 11 verdreht und dadurch über seinen Gewinde- sitz zugleich im Klappengehäuse 8 entsprechend axial verschoben. Auf diese Weise kann die gewünschte Einstellung   der Ausgangslage der Sitzfläche   des Sitzringes 10 (sowohl im Sinne einer axialen Verschiebung als auch im Sinne einer entsprechenden Durchmesserveränderung seiner Sitzfläche) gegenüber der zuge- ordneten Sitzfläche 6 der Klappe 5 auch bei in eine Leitung eingebauter und im Betrieb befindlicher Dros- selklappe jederzeit leicht erfolgen. Wird der Druckring 11 gegen den Sitzring 10 verschoben, so wird dadurch bei offener Drosselklappe 5 der Ausgangsdurchmesser der Sitzfläche des Sitzringes 10 verkleinert und derAnlagedruck bei geschlossener Klappe 5 entsprechend vergrössert.

   Sollte der Anlagedruck und damit die Reibung zwischen der Sitzfläche des Sitzringes 10 und der Sitzfläche 6 der Klappe 5 zu gross sein, so dass   z. B.   einer Öffnungsbewegung der Klappe 5 ein zu grosser Reibungswiderstand entgegenwirkt, dann braucht der Druckring 11 über die Welle 14 lediglich wieder etwas vom Sitzring 10 entfernt zu werden, wodurch auch der Durchmesser der Sitzfläche des Sitzringes 10 wieder entsprechend grösser wird. 



   Bei dem in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel hat der Sitzring 17 einen kreisförmigen Querschnitt und ist ebenfalls aus elastisch nachgiebigem Material hergestellt. Das Innere dieses Ringes kann je nach den Erfordernissen des praktischen Betriebes auch mit einem Druckgas gefüllt sein. 



   Wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist der Sitzring 17 auch hier in einer ringförmigen Ausnehmung 18 desKlappengehäuses 19 gelagert, wobei er einerseits an einer Ringschulter 19a des Klappengehäuses 19 und anderseits an der dortigen Stirnfläche 20a eines anschliessenden Druckringes 20 anliegt. Im übrigen kann auch hier der Sitzring 17 in der im Durchmesser entsprechend grösseren Ausnehmung 18 radial verschoben werden, um sich beim Schliessen der dortigen Klappe 22 der Sitzfläche der Klappe genau anpassen zu können. Auch ist der Druckring 20 in das   Klappengehäuse   19 mittels eines Gewindes 21 eingeschraubt und kann durch eine einfache Verdrehung gegen den Sitzring 17 im Sinne einer entsprechenden Verkleinerung der Breite der Ausnehmung 18 verschoben werden.

   Dadurch wird der Sitzring 17 gegenüber seinem Kreisringquerschnitt in eine mehr oder weniger ovale Querschnittsform gebracht, so dass auch die mit der Sitzfläche der Klappe 22 zusammenwirkende Sitzfläche des Sitzringes 17 einerseits um einen kleinen Betrag axial nach der Klappe 22 hin verschoben und anderseits in ihrem Ausgangsdurchmesser (bei   geöffneter Klappe)   etwas verkleinert wird. Durch eine   entsprechende Drehung desDruckringes   11 kann also auch hier der Anlagedruck des Sitzringes 17 an der Klappe 22 beliebig eingestellt werden. 



   Zu beachten ist, dass der Sitzring 17 durch seine runde Querschnittsform beiderseits nur entlang je   einer Berührungslinie   an der Ringschulter 19a und der Stirnfläche 20a anliegt, wodurch Wärmeverluste vom Sitzring 17 an das Klappengehäuse 19 und den Druckring 11 praktisch vermieden werden. Dies ist besonders bei   einem Betrieb der Drosselklappe mit Strömungsmedium   hoher Temperatur vorteilhaft, weil keine grossen Temperaturunterschiede zwischen der-stets der Temperatur des Mediums vollständig ausgesetz-   ten - Klappe'22   und dem Sitzring 17 mehr möglich sind.

   Infolgedessen bleiben auch die temperaturabhängigenDehnungen der Klappe 22 und des Sitzringes 17 bei allen vorkommenden Temperaturunterschieden etwa gleich und die Abdichtung der geschlossenen Klappe 22 bleibt nach einer einmal vorgenommenen Einstellung des Druckringes 20 auch bei allen nachfolgenden Temperaturschwankungen erhalten. Der Sitzring 17 kann in einer Ausnehmung gelagert sein, deren beide Seitenflächen genau quer zur Achse der Durchflussbohrung des Klappengehäuses 19 verlaufen, so wie es beim ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist.

   Die beiden zueinander parallelen Seitenflächen der Ausnehmung 18 können aber auch-wie in Fig. 3 

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 gezeigt - jeweils schwach konisch verlaufen, wobei die (gedachten) Spitzen beider Konen auf der Achse der Durchflussbohrung des Klappengehäuses 19 und zugleich in dem Bereich der Drehachse der Klappe 22 liegen. Hiedurch wird erreicht, dass der Sitzring 17 stets axial zur Durchflussbohrung des Klappengehäuses
19 verbleibt, auch wenn die Klappe 22 geöffnet sein sollte. 



   Bei der praktischenEinstellung des Abdichtungsdruckes ist angestrebt, dass die Sitzfläche des Sitzrin- ges bei geschlossener Klappe nur mit einem verhältnismässig kleinen, durch die Elastizität des Ringes ge- gebenen Druck an der Sitzfläche der Klappe anliegt. Um Druckunterschiede innerhalb und ausserhalb des
Sitzringes 17, die durch den Druck des Strömungsmediums hervorgerufen werden können, auszuschliessen, kann der nach dem Grunde der Ausnehmung 18 zu gelegene, den Sitzring 17 umgebende Ringraum mit dem Inneren der Durchflussbohrung über eine schräge Bohrung 23 des Druckringes 20 in Verbindung ge- bracht werden, wodurch innerhalb und ausserhalb des Sitzringes 17 stets mindestens annähernd der gleiche
Strömungsdruck wirkt. 



   Bei dem in Fig. 4 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel ist der Sitzring zweiteilig ausgeführt und besteht aus einem elastisch nachgiebig verformbaren Innenring 25, der die innere Sitzfläche 25a aufweist, und einem äusseren Sitzring 26. Dabei ist die Sitzfläche 25a zur Linienberührung mit der sphärischen Sitzfläche der (hier nicht dargestellten) Klappe konisch geformt. Auch der Aussenumfang des Ringes 25 weist eine konische Fläche 25b auf, deren Neigung jedoch umgekehrt wie die Neigung des Konus der Sitzfläche 25a verläuft. Mit dieser äusseren Sitzfläche 25b liegt der innere Ring 25 an einer genau entsprechend konischen inneren Sitzfläche 26b des äusseren Ringes 26 an.

   Beide so   ineinandergreifendenRinge 25, 26 sind   gemeinsam in der Ausnehmung 27 des Klappengehäuses 28 gelagert und können in der entsprechend grö- sseren Ausnehmung noch gewisse radiale Ausdehnungsbewegungen ausführen. Dabei werden auch hier die beiden Seitenflächen der Ausnehmung 27 einerseits durch eine Ringschulter 28a des Klappengehäuses 28 und anderseits durch eine dortige Stirnfläche 29a eines Druckringes 29 gebildet, wie es bereits bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen näher beschrieben wurde. 



   Wird der Druckring 29 im Sinne einer Verkleinerung der Breite der Ausnehmung 27 verdreht, so wird dadurch der   innereRing25 weiter in denäusserenRing   26   hineingepresst'. Durch   die konische Form der Sitzfläche 25b und 26b wird dabei der   äussere Ring   26 etwas aufgeweitet und der innere Ring 25 etwas zusammengedrückt. Durch die Aufweitung des Ringes 26 wird der Ring 25 zugleich etwas axial nach der (nicht dargestellten) Klappe hin verschoben, während   die-hiebei mitverschobene-innere   Sitzfläche 25a des Ringes 25 zugleich eine der Zusammendrückung entsprechende Verkleinerung ihres Durchmessers erfährt. 



   Bei kleineren Drosselklappen mit entsprechend kleinen Sitzringen kann der äussere Ring 26 auch ähnlich einem Kolbenring quer geschlitzt sein. Bei grösseren Drosselklappen ist eine solche Schlitzung aber nicht notwendig, weil dort die erforderliche Dehnung meist schon durch den grösseren Ringdurchmesser sichergestellt ist. 



   Die an den Seitenflächen der Ausnehmung 27 anliegenden Seitenflächen der Ringe 25 und 26 weisen 
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 wodurch auch hier ein   Wärmeübergang von   den Ringen 25,26 auf das Klappengehäuse 28 und den Druckring 29 weitgehend ausgeschaltet wird. 



   Damit der zweiteilige Sitzring gemäss dem dritten Ausführungsbeispiel auch bei geöffneter Klappe zentrisch zurAchse der Durchflussbohrung verbleibt, kann der Druckring 29 am inneren Ende seiner Stirnfläche 29a noch mit einer konisch in dieAusnehmung 27 hineinragenden Sitzfläche 29d versehen sein, in welchemFalle auch der innere Ring 25 gemäss Fig. 4 dort noch mit einer entsprechend konisch geformten zusätzlichen Sitzfläche 25d versehen ist, über welche dieser Ring genau axial zum Druckring 29 gehalten wird. Statt dessen könnten auch die beiden Seitenflächen der Ausnehmung 27 gleichartig konisch geformt sein, wie es bereits in Verbindung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel an Hand der Fig. 3 beschrieben wurde.

   Ebenso kann auch beim dritten Ausführungsbeispiel der ausserhalb des zweiteiligen Sitzringes befindliche Ringraum über einen Entlüftungskanal mit dem druckseitigen Teil der Durchflussbohrung des Klappengehäuses in Verbindung stehen. 



     DieAusführungsformen   gemäss denFig. 3 und 4 können natürlich ebenso wie   jenenachFig. 1   mit einer von aussen her wirkenden Einstelleinrichtung nach Fig. 2 ausgestattet sein. 



   Die Erfindung ist nicht an die Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsbeispiele gebunden. So könnte beispielsweise der Sitzring statt als Metallring mit einem S-förmigen Querschnitt auch aus vollem Material als ein Hartgummiring ausgebildet sein, in dem zur zusätzlichen Versteifung noch ein Metallring eingebettet sein kann. Dieser Sitzring weist einen   trapezförmigen Querschnitt auf, wobei   sein Aussen-   jmfang rechtwinkelig   zu seinen beiden Seitenflächen verläuft, während seine Innenfläche die konische   Sitzfläche   gegenüber der Klappe bildet. Wird bei einer solchen Gestaltung des Sitzringes der Druckring 

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