CN105937558B - 啮合式接合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种啮合式接合装置,其包括第一部件、第二部件、挤压机构和反作用力机构。第一部件设置有多个第一锯齿。第二部件设置有多个第二锯齿。挤压机构构造为向第二部件侧挤压第一部件。反作用力机构构造为相对于为了使第一锯齿和第二锯齿彼此啮合而挤压第一部件的挤压力产生反作用力,使得当第一部件受到挤压时,与到预定位置的相对于第一部件的移动而言的反作用力的增加量相比较,该增加量在与该预定位置相比进一步处于第二部件侧上的位置处更大。
Description
技术领域
本发明涉及一种啮合式接合装置,该啮合式接合装置利用彼此啮合的锯齿连接两个部件从而能够传递扭矩。
背景技术
日本专利申请公布No.2014-98459(JP 2014-98459 A)公开了一种啮合式接合装置,该啮合式接合装置构造为利用与连接到旋转轴的离合器毂和连接到输出轴的离合器环啮合的柱形套筒将离合器毂和离合器环彼此连接从而能够传递扭矩。这个啮合式接合装置构造为通过利用致动器在轴向方向上移动套筒而在接合和释放之间切换。当啮合式接合装置被接合时,套筒移动到即刻地在套筒和离合器环彼此啮合之前实现的位置,并且然后套筒暂时地停止。然后,套筒移动以允许与离合器环啮合。在套筒和离合器环中形成了半球形凸起部分。在套筒移动到即刻地在套筒和离合器环之间的啮合开始之前实现的位置的情况下在套筒和离合器环相对于彼此旋转的情形中在接触位置处形成该凸起部分。相应地,套筒是否移动到即刻地在开始与离合器环啮合之前实现的位置是由检测正在彼此接触的凸起部分和正被推回的套筒的行程传感器确定的。
日本专利申请公布No.2007-285448(JP 2007-285448 A)公开了一种变速器,其中摩擦式接合装置置放在动力传递路径的上游侧上并且啮合式接合装置置放在它的下游侧上。这个变速器构造为通过在释放摩擦式接合装置之后接合啮合式接合装置并且然后接合摩擦式接合装置而设定预定的档位。这个摩擦式接合装置被受到活塞挤压的摩擦板接合。活塞构造为当如上所述摩擦式接合装置被暂时地释放时移动到在摩擦式接合装置处于所谓的半接合状态下的活塞位置和摩擦式接合装置处于完全释放状态下的活塞位置之间的位置。活塞位置由行程传感器检测。
发明内容
在啮合式接合机构中,在释放状态下,相应的啮合齿在很大程度上彼此分离。这是为了避免由振动、组装误差等引起的在啮合齿之间的接触。相应地,在接合的情形中,在分离距离被填塞之后,啮合齿开始彼此啮合。用于填塞这个分离距离的移动称为怠速运行,并且怠速运行时间引起接合延迟。在于日本专利申请公布No.2014-98459(JP 2014-98459 A)中公开的装置中,即刻地在相应的齿之间的啮合开始之前实现的位置能够由行程传感器检测,但是到即刻地在接合之前实现的位置的移动(怠速运行)不能被加速并且移动的时间不能缩短。相应地,关于啮合式接合机构的接合响应,存在改进的空间。
已经鉴于上述技术问题实现了本发明,并且本发明的目的在于提供一种能够通过缩短使得啮合齿开始彼此啮合所占用的操作时间而改进接合响应的啮合式接合装置。
根据本发明一个方面的啮合式接合装置包括第一部件、第二部件、挤压机构和反作用力机构。第一部件设置有多个第一锯齿。该多个第一锯齿在第一部件的周向方向上以规则的间隔放置。第二部件设置有多个第二锯齿。该多个第二锯齿在第二部件的周向方向上以规则的间隔放置。挤压机构构造为向第二部件侧挤压第一部件,使得当第一部件被挤压时,第一锯齿插在第二锯齿之间并且与其啮合。反作用力机构构造为相对于为了使得第一锯齿和第二锯齿彼此啮合而挤压第一部件的挤压力产生反作用力,使得当第一部件被挤压时,与到预定位置的相对于第一部件的移动而言的反作用力的增加量相比较,该增加量在与该预定位置相比进一步处于第二部件侧上的位置处更大。该预定位置是在第一部件被挤压并且开始朝向第二部件侧移动之后直至相应的锯齿开始彼此啮合时实现的位置。
在根据上述方面的啮合式接合装置中,反作用力机构可以具有:第一弹性部件,该第一弹性部件与第一部件的位置无关地使得弹性力作用于第一部件上;和第二弹性部件,在第一部件移动到预定位置的情形中,第二弹性部件与第一部件接触并且使得弹性力作用于第一部件上。
根据上述方面的啮合式接合装置构造为通过利用挤压机构挤压第一部件而允许相应的锯齿彼此啮合。另外,反作用力机构设置成相对于挤压机构引起的挤压力产生反作用力。这个反作用力机构被构造成使得在第一部件的移动开始和在相应的锯齿之间的啮合开始之间实现的预定位置处,与到预定位置的相对于第一部件的移动而言的反作用力的增加量相比较,该增加量在与预定位置相比进一步处于第二部件侧上的位置处更大。相应地,当第一部件被挤压机构挤压使得第一部件移动到预定位置时,即使当挤压机构引起的挤压力在增加的方向上改变时,第一部件的过度移动仍然能够受到抑制。换言之,相应的锯齿的过度接近能够受到抑制。相应地,能够利用相对高的水平的挤压力挤压第一部件,并且因此能够缩短使得相应的锯齿开始彼此啮合所占用的第一部件的操作时间。换言之,接合响应能够得到改进。
附图说明
将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义,其中类似的数字表示类似的元件,并且其中:
图1是用于示出根据本发明的啮合式接合装置的一个实例的截面视图;
图2是示意在弹簧底座上安装相应的复位弹簧的位置的绘图;
图3是示意第一活塞的移动量和移动第一活塞所要求的挤压力的量的图;
图4是示意根据本发明的变速器的一个实例的概略图;并且
图5是示意为了设定相应的档位而被接合的接合机构的图表。
具体实施方式
在图4中示意设置有根据本发明的啮合式接合装置的变速器的一个实例。安装在车辆中的这个变速器1具有已知的双小齿轮式行星齿轮机构(在下文中,称作第一行星齿轮机构)2和拉威挪(Ravigneaux)式行星齿轮机构(在下文中,称作第二行星齿轮机构)3。这个变速器1经由变矩器(未被示意)连接到作为驱动力源的发动机4的输出轴5。另外,这个变速器1构造为能够设定前进第一速度到前进第八速度的档位和倒车第一速度和倒车第二速度的档位,并且根据发动机4的目标旋转速度、要求的驱动力等设定这些档位中的一个档位。
第一行星齿轮机构2构造为具有:连接到外壳6的第一太阳齿轮7;与第一太阳齿轮7啮合的第一内部小齿轮8;与第一内部小齿轮8啮合的第一外部小齿轮9;与第一外部小齿轮9啮合的第一环齿轮10;和第一载架12,第一载架12保持第一内部小齿轮8和第一外部小齿轮9以使它们能够旋转和绕转并且第一载架12连接到输入轴11。换言之,第一行星齿轮机构2是具有三个旋转元件的差动机构,其中,在其中发动机4输出驱动力的情形中,第一载架12构造为在功能上用作输入元件,第一太阳齿轮7构造为在功能上用作反作用力元件,并且第一环齿轮10构造为在功能上用作输出元件。另外,因为如上所述第一太阳齿轮7连接到外壳6,所以第一行星齿轮机构2在功能上用作减速器。
第二行星齿轮机构3构造为具有:与输入轴11同心地放置的第二太阳齿轮13和第三太阳齿轮14;与第三太阳齿轮14啮合的第二内部小齿轮15;与第二内部小齿轮15和第二太阳齿轮13啮合的第二外部小齿轮16;保持第二内部小齿轮15和第二外部小齿轮16以使它们能够旋转和绕转的第二载架17;和与第二外部小齿轮16啮合的第二环齿轮18。换言之,第二行星齿轮机构3是如下差动机构,其构造为共享单小齿轮式行星齿轮机构和双小齿轮式行星齿轮机构的两个旋转元件并且具有第二太阳齿轮13、第三太阳齿轮14、第二载架17和第二环齿轮18的四个旋转元件。
这些相应的齿轮7、8、9、10、13、14、15、16、18是能够抑制在扭矩传递期间产生的异常噪声的螺旋齿轮,并且确定其扭转角度使得在从前进第二速度(在以后描述)换档到前进第一速度期间由为了减小第二载架17的旋转速度而传递的扭矩分离相应的锯齿(在以后描述)的方向上,第二载架17的游隙被填塞。
同样地置放了允许在第一行星齿轮机构2的相应的旋转元件和第二行星齿轮机构3的相应的旋转元件之间选择性接合的多个离合器和停止旋转元件中的任一个的制动器。具体地,第一离合器C1被置放成将第一环齿轮10和第三太阳齿轮14彼此连接,第二离合器C2被置放成将输入轴11或者第一载架12连接到第二载架17,第三离合器C3被置放成将第一环齿轮10和第二太阳齿轮13彼此连接,并且第四离合器C4被置放成将第一载架12和第二太阳齿轮13彼此连接。这些离合器C1、C2、C3、C4中的每一个是类似于已知的摩擦离合器地构造的,并且能够基于液压致动器控制量来改变传递扭矩容量。
通过将第二太阳齿轮13连接到外壳6来置放停止第二太阳齿轮13的第一制动器B1。类似地,通过将第二载架17连接到外壳6来置放停止第二载架17的第二制动器B2。这个第一制动器B1是类似于已知摩擦制动器地构造的。第一制动器B1能够通过改变传递扭矩容量而控制作用于第二太阳齿轮13上的制动力。通过控制液压致动器(未被示意)的油压力而改变这个传递扭矩容量。第二制动器B2是构造为通过使得相应的锯齿(在以后描述)彼此啮合并且使得第二载架17和外壳6彼此连接而停止第二载架17的啮合式接合装置。离合器C1、C2、C3、C4和第一制动器B1中的每一个的传递扭矩容量可以由电磁致动器控制,并且用于这个目的的手段不受限制。
另外,置放了电子控制单元(在下文中,称作ECU)19,以控制发动机4、每一个接合装置等。如已知ECU的情形那样,这个ECU 19构造为以微型计算机作为它的主要构件。另外,这个ECU 19构造为接收从传感器(未被示意)输入的信号并且基于输入的信号、预先存储的映射和算术表达式等向发动机4和每一个接合装置输出信号。例如,由车辆速度传感器检测到的车辆速度和由油门开度传感器检测到的油门开度的信号被输入到ECU 19。如已知的那样预先制备并且使用车辆速度和油门开度作为参数的换档映射被存储在ECU 19中,并且基于输入信号和换档映射确定档位。然后,向离合器C1、C2、C3、C4和制动器B1、B2每一个输出对应于所确定档位的信号。
在图5中示意了为了设定相应的档位而被接合的接合机构。图5中的“o”示出离合器或者制动器接合状态,并且“-”示出离合器或者制动器释放状态。如在图5中所示意地,当第一离合器C1和第二制动器B2被接合时设定了前进第一速度。当第一离合器C1和第一制动器B1被接合时设定了前进第二速度。当第一离合器C1和第三离合器C3被接合时设定了前进第三速度。当第一离合器C1和第四离合器C4被接合时设定了前进第四速度。当第一离合器C1和第二离合器C2被接合时设定了前进第五速度。当第二离合器C2和第四离合器C4被接合时设定了前进第六速度。当第二离合器C2和第三离合器C3被接合时设定了前进第七速度。当第二离合器C2和第一制动器B1被接合时设定了前进第八速度。另外,当第二制动器B2和第三离合器C3被接合时设定了倒车第一速度,并且当第二制动器B2和第四离合器C4被接合时设定了倒车第二速度。
根据这种构造,当设定前进第一速度时实现了最大变速比,并且当设定前进第八速度时实现了最小变速比。另外,当设定前进第六速度时变速比为“1”。
将简要地解释关于这个变速器1从前进第二速度换档到前进第一速度的控制实例。如上所述,在前进第一速度和前进第二速度处第一离合器C1被接合。相应地,在换档到前进第一速度期间,在第一制动器B1被释放并且第一离合器C1被接合的情况下第二制动器B2被接合。在此情形中,第一制动器B1的传递扭矩容量和发动机4的输出扭矩受到协调控制,使得第二载架17的旋转速度变得接近“0”。然后,第二制动器B2被接合,并且然后第一制动器B1被完全地释放。
为了缩短上述第二制动器B2的接合所占用的时间,优选的是在第二载架17的旋转速度的控制进程期间第二制动器B2受到控制以被置于即刻地在接合之前的状态下。即刻地在第二制动器B2的接合之前的这个状态意味着对于构件变异等加以考虑的其中第二制动器B2不被无意地接合的状态。另外,根据这种构造,在如上所述由为了减小第二载架17的旋转速度而传递的扭矩分离相应的锯齿(在以后描述)的方向上,第二载架17的游隙被填塞。相应地,在其中第二制动器B2处于即刻地在接合之前的状态下的情形中,不必对于由于振动等引起的第二载架17的轴向移动加以考虑并且在这种状态下相应的锯齿的间隙被确定为比在其中第二制动器被完全释放的状态下更窄。
图1示出允许第二制动器B2处于如上所述的即刻地在接合之前的状态下的构造的一个实例。这个第二制动器B2构造为通过允许第一活塞20和旋转部件21彼此接合而停止第二载架17的旋转。第一活塞20以不可旋转方式连接到外壳6,并且旋转部件21与第二载架17一体地旋转。
第一活塞20具有环形形状,并且第一活塞20的一个端部分(在下文中称作装配部分)24被装配在第一柱形部分22和第二柱形部分23之间。第一柱形部分22从外壳6的侧表面轴向地突出,并且通过弯曲外壳6的侧表面的外周部分而形成第二柱形部分23。从装配部分24轴向地突出的部分25在外径方面比装配部分24更大,并且部分25的外周表面和外壳6的内壁表面花键接合。换言之,第一活塞20以不可旋转方式与外壳6接合并且能够在轴向方向上移动。
环形沟槽26在外壳6的侧表面中形成,使得在其中第一活塞20移动成最靠近外壳6的侧表面侧的情形中,在装配部分24的端面和外壳6的侧表面之间存在间隙。沟槽26和油压力源(未被示意)经由油通道彼此连通。相应地,当油被从油压力源供应到沟槽26时,基于油压力的负载致使第一活塞20被在远离侧表面的方向上挤压。换言之,外壳6和第一活塞20构成液压致动器,具有这种构造的液压致动器对应于根据本发明实例的“挤压机构”,并且第一活塞20对应于根据本发明实例的“第一部件”。在以下说明中,沟槽26将称作液压腔室26。在轴向方向上突出的第一锯齿27在第一活塞20的与装配部分24相反的侧上的端部分中形成。这些第一锯齿27在周向方向上以预定间隔形成了多个。
旋转部件21对应于根据本发明实例的“第二部件”。旋转部件21构造为具有保持部件28、环形第二活塞29和弹性部件30。保持部件28连接到第二载架17并且具有带底柱形形状。第二活塞29被容纳在保持部件28内侧以能够在轴向方向上移动。弹性部件30允许弹性力在第二活塞29从保持部件28的底表面分离的方向上发生作用。在轴向方向上突出的止动部分31在保持部件28的底表面的外周部分中在周向方向上以预定间隔形成。在周向方向上与止动部分31接合的凸起部分32在第二活塞29的一个端部分中形成。相应地,第二载架17的扭矩经由止动部分31传递到第二活塞29。另外,在轴向方向上突出的第二锯齿33在第二活塞29的另一侧上的侧表面上形成。这些第二锯齿33在周向方向上以预定间隔形成了多个。第二锯齿33被构造成使得第一锯齿27插在相邻的第二锯齿33之间。
如上所述,由液压腔室26的油压力引起的挤压力致使第一活塞20被挤压并且相应的锯齿27、33彼此啮合。在其中在相应的锯齿27、33彼此啮合的同时相应的锯齿27、33的齿尖彼此接触的情形中,弹性部件30被压缩并且第二锯齿33在远离第一锯齿27的方向上移动。换言之,通过减小作用于第一锯齿27的齿尖上的反作用力并且减小摩擦力,第一锯齿27和第二锯齿33相对于彼此旋转,并且然后相应的锯齿27、33能够彼此啮合。在所示意的实例中,卡环34被置放在保持部件28的开口部分内侧从而防止了第二活塞29从保持部件28的开口部分脱离。另外,用于限制保持部件28的轴向移动的环形定位部件35连接到外壳6以与保持部件28的底表面接触,并且当扭矩被传递使得减小第二载架17的旋转速度时,游隙被填塞以使得保持部件28与定位部件35形成接触。
另外,置放了第一复位弹簧36,使得通过减小液压腔室26的油压力来分离相应的锯齿27、33。具体地,在被连接到外壳6的环形弹簧底座37和第一活塞20的侧表面被压缩的状态下置放第一复位弹簧36,并且第一复位弹簧36的一个端部分连接到弹簧底座37。相应地,第一复位弹簧36构造为总是允许反抗基于液压腔室26的油压力而挤压第一活塞20的负载的弹性力(反作用力)作用于第一活塞20上。如在图2中所示意地,可以在弹簧底座37的周向方向上以预定的间隔放置多个第一复位弹簧36,并且第一复位弹簧36还可以是单一环形弹簧。
另外,第二复位弹簧38被置放成在其中第一活塞20移动到即刻地在相应的锯齿27、33之间的啮合开始之前实现的位置(预定位置)的情形中与第一活塞20的侧表面接触并且在其中第一活塞20进一步移动以使得相应的锯齿27、33彼此啮合的情形中连同第一复位弹簧36一起被压缩。这个第二复位弹簧38是具有连接到弹簧底座37的一个端部分并且比第一复位弹簧36更短的线圈弹簧。另外,如上述第一复位弹簧36那样,第二复位弹簧38可以在周向方向上被以预定的间隔放置并且还可以是单一环形弹簧。图2示出其中第一复位弹簧36和第二复位弹簧38被在周向方向上交替地放置的实例。图1示出其中与第一复位弹簧36相比第二复位弹簧38被进一步置放在弹簧底座37的内周侧上的实例。另外,在其中在周向方向上置放多个第一复位弹簧36的情形中,第二复位弹簧38可以被置放在相应的第一复位弹簧36的中央部分中。换言之,可以放置复位弹簧36、38中的每一个,使得第一复位弹簧36的中央轴线和第二复位弹簧38的中央轴线对应于彼此。第一复位弹簧36和第二复位弹簧38对应于根据本发明实例的“反作用力机构”。
图3示出使得第一活塞20在远离外壳6的侧表面的方向上移动所要求的挤压力的量。图3中的水平轴线代表第一活塞20的移动量,并且图3中的竖直轴线代表挤压力的量。如在图3中所示意地,在其中第一活塞20位于外壳6的侧表面侧上的情形中,仅仅第一复位弹簧36的弹性力作用于第一活塞20上。相应地,使得第一活塞20以单位距离移动所要求的挤压力的增加量是等价于第一复位弹簧36的弹性模量的量。
当第一活塞20移动到即刻地在相应的锯齿27、33之间啮合之前实现的位置(预定位置)时,第二复位弹簧38的端面与第一活塞20的侧表面接触。相应地,为了进一步移动第一活塞20,随着复位弹簧36、38中的每一个被压缩,移动第一活塞20所要求的挤压力快速地增加。换言之,在其中第一活塞20以预定或者更大的量移动的情形中,使第一活塞20以单位距离移动所要求的挤压力的增加量变成等价于相应的复位弹簧36、38的弹性模量之和的量。换言之,与到预定位置的相对于在第一活塞20的挤压期间第一活塞20的移动而言的反作用力的增加量相比较,该增加量在与预定位置相比进一步处于旋转部件21侧上的位置处增加。相应地,由挤压力的微小改变引起的第一活塞20的移动量降低。
在其中第一活塞20被挤压以到达即刻地在相应的锯齿27、33之间接合之前实现的位置的情形中,第二制动器B2的上述构造允许第一活塞20移动到与第二复位弹簧38接触的位置。能够基于第一复位弹簧36的压缩量获得此时要求的挤压力。相应地,在其中第二制动器B2被接合的情形中,向着第一活塞20与第二复位弹簧38接触的位置,将如上所述获得的油压力供应到液压腔室26,并且然后在第二载架17的旋转速度被减小为能够接合第二制动器B2的旋转速度之后,通过进一步增加油压力,将相应的锯齿27、33接合。
在其中如上所述第二复位弹簧38被压缩的情形中,相对于第一活塞20的移动而言的反作用力的增加量增加,并且因此即使当挤压第一活塞20以使第一活塞20与第二复位弹簧38形成接触的挤压力在增加的方向上改变时,使得过度接近的相应的锯齿27、33的移动仍然能够受到抑制。换言之,第一活塞20能够在与第二复位弹簧38接触的位置处停止。相应地,不必执行用于根据第一活塞20的位置等减小油压力以便抑制由第一活塞20的惯性等引起的第一活塞20的过度移动的控制。相应地,在其中第一活塞20移动到即刻地在相应的锯齿27、33之间啮合之前实现的位置的情形中,能够利用相对高的水平的挤压力挤压第一活塞20,并且因此移动第一活塞20而占用的时间能够缩短。结果,接合响应能够得到改进。
因为根本不必置放用于检测第一活塞20的位置的传感器并且不必基于这种传感器的信号控制油压力,所以能够简化用于将第一活塞20移动到即刻地在相应的锯齿27、33之间啮合之前实现的位置的控制。
当第一活塞20移动到预先确定的预定位置时,与到预定位置的相对于第一活塞20的移动而言的反作用力的增加量相比较,该增加量可以在与预定位置相比进一步处于旋转部件21侧上的位置处更大。例如,花键齿的齿面可以形成为使得第一活塞20和外壳6花键接合的部分的滑动摩擦阻力增加。
另外,根据本发明的挤压机构不限于液压致动器。根据本发明的挤压机构可以是另一种致动器诸如电磁致动器。进而,本发明不限于其中第一复位弹簧36和第二复位弹簧38的两个弹性部件致使弹性力作用于第一活塞20上的构造。具体地,第一活塞20可以被单一弹性体挤压,该单一弹性体被构造为通过改变金属丝直径、有效匝数、线圈直径等而具有不同的弹性模量,使得从第一活塞20开始向即刻地在相应的锯齿27、33之间啮合之前实现的位置移动起,相对小的弹性力发生作用,并且在第一活塞20进一步向旋转部件21侧移动时,相对大的弹性力发生作用。而且,根据本发明的反作用力机构不限于弹簧,并且可以替代地使用使用橡胶和液压缸的反作用力机构。另外,根据本发明的啮合式接合装置不限于在功能上用作制动器的接合装置。根据本发明的啮合式接合装置同样可以在功能上用作离合器。
Claims (1)
1.一种啮合式接合装置,包括:
第一部件,所述第一部件设置有多个第一锯齿,所述多个第一锯齿在所述第一部件的周向方向上以规则的间隔放置;
第二部件,所述第二部件设置有多个第二锯齿,所述多个第二锯齿在所述第二部件的周向方向上以规则的间隔放置;
挤压机构,所述挤压机构被构造成向第二部件侧挤压所述第一部件,使得当所述第一部件被挤压时,所述第一锯齿被插在所述第二锯齿之间并且与所述第二锯齿啮合;和
反作用力机构,所述反作用力机构被构造成相对于为了使所述第一锯齿和所述第二锯齿彼此啮合而挤压所述第一部件的挤压力产生反作用力,使得当所述第一部件被挤压时,与到预定位置的相对于所述第一部件的移动而言的所述反作用力的增加量相比较,所述增加量在与所述预定位置相比进一步处于所述第二部件侧上的位置处更大,所述预定位置是在所述第一部件被挤压并且开始朝向所述第二部件侧移动之后直至相应的锯齿开始彼此啮合所实现的位置,其特征在于:
所述反作用力机构包括:第一弹性部件,所述第一弹性部件与所述第一部件的位置无关地使得弹性力作用于所述第一部件上;以及第二弹性部件,在所述第一部件被移动到所述预定位置的情形中,所述第二弹性部件与所述第一部件接触并且使得弹性力作用于所述第一部件上;
所述第一锯齿和所述第二锯齿通过为了减小所述第二部件的旋转速度而传递的扭矩分离;
并且,所述啮合式接合装置还包括:
保持部件,所述保持部件被构造成当所述扭矩被传递使得减小所述第二部件的旋转速度时与所述第二部件形成接触。
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