DE102011106349A1 - Vorrichtung zur Schwingungsentkopplung - Google Patents
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Abstract
Description
- Technisches Gebiet
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schwingungsentkopplung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Stand der Technik
- In Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren werden Kurbelwellen genutzt, um über einen Riementrieb Nebenaggregate anzutreiben. Ein Nebenaggregat kann beispielsweise ein Klimakompressor sein.
- Die Kurbelwellen können jedoch Drehzahlschwankungen zeigen. Um diese Drehzahlschwankungen auszugleichen, werden entkoppelte Riemenscheiben eingesetzt. Die entkoppelten Riemenscheiben werden genutzt, um die Drehzahlschwankungen nahezu nicht an den Riementrieb weiter zu leiten.
- Hierzu wird eine Kupplungseinrichtung zwischen der Kurbelwelle und der Riemenscheibe eingefügt. Die Torsionssteifigkeit der Kupplungseinrichtung wird so gewählt wird, dass die erste angeregte Torsionseigenfrequenz des Systems Nebenaggregat-Riementrieb hinreichend weit unter der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors liegt.
- Die Entkopplungswirkung der Kupplungseinrichtung ist im Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors um so effektiver, je geringer die Dämpfungswirkung der Kupplungseinrichtung eingestellt werden kann.
- Bei dem zuvor genannten Prinzip ist nachteilig, dass bei jedem Start-Stop-Vorgang des Verbrennungsmotors die erste Resonanz des Systems Nebenaggregat-Riementrieb durchlaufen werden muss. Hierbei erfährt die funktionsbedingt weiche und dämpfungsarme Kupplungseinrichtung sehr große Resonanzausschläge.
- Diesen können die angekoppelten Massen des Riementriebs häufig nicht folgen. Es kommt so zu einem Riemenschlupf, der mit inakzeptablen Geräuschen und einem Riemenverschleiß verbunden ist.
- Durch die
DE 10 2004 035 969 A1 ist eine Vorrichtung vorgeschlagen worden, welche den zuvor genannten Problemen begegnet. Bei dieser Vorrichtung ist ein Freilaufelement mit einem elastomeren Federkörper in Reihe geschaltet. Durch die Reihenschaltung werden die zuvor genannten Probleme wesentlich verbessert. - Bei einer hohen Zahl von Start-Stop-Vorgängen eines Verbrennungsmotors, wie sie beispielsweise bei modernen Kraftfahrzeugen zur Einsparung von Kraftstoff auftritt, ist die gattungsbildende Vorrichtung jedoch relativ verschleißanfällig. Die in modernen Kraftfahrzeugen geforderte Lebensdauer kann mit der gattungsbildenden Vorrichtung daher nur schwer erreicht werden.
- Darstellung der Erfindung
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine optimale Schwingungsentkopplung bei einer hohen Lebensdauer der Vorrichtung gewährleistet ist.
- Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Schwingungsentkopplung umfasst eine Riemenscheibe zur Aufnahme eines Riemens, eine Antriebswelle, welche die Riemenscheibe rotiert, und eine Kupplungseinrichtung, welche die Riemenscheibe mit der Antriebswelle verbindet, wobei die Kupplungseinrichtung ein Freilaufelement und einen elastomeren Federkörper aufweist, die in Reihe geschaltet sind.
- Erfindungsgemäß sind dem Freilaufelement gehärtete Gegenlaufflächen zugeordnet, wobei eine erste Gegenlauffläche der Riemenscheibe zugeordnet ist und wobei eine zweite Gegenlauffläche dem elastomeren Federkörper zugeordnet ist.
- Erfindungsgemäß ist überraschend erkannt worden, dass ein Einsatz eines Freilaufelements in Kombination mit gehärteten Gegenlaufflächen die geforderte Lebensdauer bewirkt. Dabei ist konkret erkannt worden, dass die Gegenlaufflächen die kritischen Komponenten der Vorrichtung darstellen und geeignet hart ausgebildet werden müssen. Die tatsächlich notwendige Härte der Gegenlaufflächen ist durch eine glückliche Auswahl geeigneter Werkstoffe realisiert worden. Die Härtung der Gegenlaufflächen ist in diesen derart tief ausgebildet, dass ein Verschleiß der Gegenlaufflächen, beispielsweise durch den sogenannten Eierschaleneffekt vermieden wird. So ist eine optimale Schwingungsentkopplung bei einer hohen Lebensdauer der Vorrichtung gewährleistet.
- Folglich ist die genannte Aufgabe löst.
- Mindestens eine der Gegenlaufflächen könnte eine Rockwellhärte von 45 bis 80 HRC aufweisen. Hierdurch ist vorteilhaft sicher gestellt, dass die Gegenlaufflächen einen möglichst geringen Verschleiß erfahren. Bevorzugt können auch beide Gegenlaufflächen die genannte Rockwellhärte zeigen.
- Zwischen dem Freilaufelement und dem elastomeren Federkörper ist ein Innenträger angeordnet, an dem die zweite Gegenlauffläche anliegt. Der Innenträger kann an den elastomeren Federkörper anvulkanisiert sein und so eine radial nach außen gewandte Lauffläche ausbilden. Vorteilhaft ist der Innenträger als metallische Buchse ausgestaltet.
- Die erste Gegenlauffläche könnte an einem sich in axialer Richtung erstreckenden Fortsatz der Riemenscheibe anliegen. Der Fortsatz bildet eine radial nach innen gewandte Lauffläche für das Freilaufelement aus.
- Das Freilaufelement und der elastomere Federkörper könnten in radialer oder axialer Richtung benachbart angeordnet sein. Diese Bauweisen ermöglichen in Abhängigkeit von den baulichen Voraussetzungen eine besonders günstige Kraftübertragung zwischen den beiden Bauteilen.
- Zwischen der Riemenscheibe und der Antriebswelle könnte ein Gleitlager oder ein Wälzlager angeordnet sein, wobei das Gleitlager oder Wälzlager zwischen einer der gezahnten Fläche der Riemenscheibe abgewandten Anlagefläche und einer äußeren Umfangsfläche der Antriebswelle angeordnet ist. Die Vorkehrung eines Gleit- oder Wälzlagers realisiert eine reibungsarme Bewegung der Riemenscheibe relativ zur Kurbelwelle. Hierdurch werden Verschleißerscheinungen stark reduziert. Des weiteren können geeignete Lager bei Vorkehrung von Schmiermitteln zur Steigerung der Entkopplungsgüte beitragen.
- An der Antriebswelle könnte ein Schwungring angeordnet sein, wobei zwischen dem Schwungring und der Antriebswelle ein Elastomer angeordnet ist. Der Schwungring wirkt gemeinsam mit dem Elastomer als Torsionsschwingungsdämpfer.
- Der elastomere Federkörper könnte aus einem weicheren Werkstoff gefertigt sein als das Elastomer, welches den Schwungring an die Antriebswelle anbindet. Der elastomere Federkörper kompensiert eine Drehungleichförmigkeit der Antriebswelle. Bei Drehzahlen bis etwa 2500 Umdrehungen/Minute erfährt die Antriebswelle durch einen Verbrennungsmotor Beschleunigungen und Verzögerungen ihrer Drehung. Der elastomere Federkörper kann die Riemenscheibe von dieser Drehungleichförmigkeit der Antriebswelle weitgehend entkoppeln. Ab einer Drehzahl von etwa 2500 Umdrehungen/Minute erfährt die Antriebswelle intrinsische Verdrehungen, die zu Torsionsschwingungen führen. Diese Torsionsschwingungen können durch den Schwungring nebst dem Elastomer, welches den Schwungring an die Antriebswelle anbindet, bedampft werden.
- Der Schwungring könnte axial benachbart zur Riemenscheibe oder radial innerhalb der Riemenscheibe angeordnet sein. Durch diese Bauweisen ist die gezahnte Fläche der Riemenscheibe leicht zugänglich.
- Das Freilaufelement könnte als Klemmkörperfreilauf ausgebildet sein. Hierdurch ist eine hohe Rutschsicherheit gewährleistet.
- Das Freilaufelement könnte als Klemmrollenfreilauf ausgebildet sein. Ein Klemmrollenfreilauf ist geräuscharm, verschleißfest und in Automobilantrieben erprobt.
- Die hier beschriebene Vorrichtung eignet sich besonders zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, da moderne Kraftfahrzeuge zur Kraftstoffeinsparung ihren Verbrennungsmotor sehr häufig abschalten und starten. Bei modernen Kraftfahrzeugen wird der Verbrennungsmotor beispielsweise automatisch abgeschaltet, wenn das Kraftfahrzeug an einer Ampel zum Stehen kommt. Sobald die Ampel eine Weiterfahrt erlaubt, wird der Verbrennungsmotor erneut gestartet. Diese häufigen Start-Stop-Vorgänge eines Verbrennungsmotors erfordern eine verschleißfeste Vorrichtung zur Anbindung von Nebenaggregaten an die Kurbelwelle.
- Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung zu verweisen.
- In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
- Kurzbeschreibung der Zeichnung
- In der Zeichnung zeigen
-
1 in einer Schnittzeichnung eine teilweise dargestellte Vorrichtung, bei der am Freilaufelement gehärtete Gegenlaufflächen ausgebildet sind, wobei das Freilaufelement zwischen einer Riemenscheibe und einem elastomeren Federkörper angeordnet ist, -
2 eine Vorrichtung, bei welcher der Schwungring von der Riemenscheibe umgeben ist, und -
3 eine Vorrichtung, bei welcher das Freilaufelement axial benachbart zum elastomeren Federkörper angeordnet ist. - Ausführung der Erfindung
-
1 zeigt eine Vorrichtung zur Schwingungsentkopplung, umfassend eine Riemenscheibe1 zur Aufnahme eines Riemens, eine Antriebswelle2 , welche die Riemenscheibe1 rotiert, und eine Kupplungseinrichtung, welche die Riemenscheibe1 mit der Antriebswelle2 verbindet, wobei die Kupplungseinrichtung ein Freilaufelement3 und einen elastomeren Federkörper4 aufweist, die in Reihe geschaltet sind. - Dem Freilaufelement
3 sind gehärtete Gegenlaufflächen5 ,6 zugeordnet, wobei eine erste Gegenlauffläche5 der Riemenscheibe1 zugewandt ist und wobei eine zweite Gegenlauffläche6 dem elastomeren Federkörper4 zugewandt ist. - Die Gegenlaufflächen
5 ,6 weisen eine Rockwellhärte von 45 bis 80 HRC auf. - Zwischen dem Freilaufelement
3 und dem elastomeren Federkörper4 ist ein Innenträger7 angeordnet, an dem die zweite Gegenlauffläche6 anliegt. Der Innenträger7 umgibt die radial äußere Umfangsfläche des elastomeren Federkörpers4 . - Die erste Gegenlauffläche
5 liegt an einem sich in axialer Richtung erstreckenden Fortsatz8 der Riemenscheibe1 an. Das Freilaufelement3 und der elastomere Federkörper4 sind in radialer Richtung benachbart angeordnet. - Zwischen der Riemenscheibe
1 und der Antriebswelle2 ist ein Gleitlager9 angeordnet, wobei das Gleitlager9 zwischen einer der gezahnten Fläche10 der Riemenscheibe1 abgewandten Anlagefläche11 und einer äußeren Umfangsfläche12 der Antriebswelle2 angeordnet ist. - An der Antriebswelle
2 ist ein Schwungring13 angeordnet, wobei zwischen dem Schwungring13 und der Antriebswelle2 ein Elastomer14 angeordnet ist. Das Elastomer14 ist als eine umlaufende Elastomerspur ausgebildet. Der Schwungring13 und die Antriebswelle2 rotieren gemeinsam um die Achse15 und sind konzentrisch angeordnet. Das Elastomer14 ist an die Antriebswelle2 und den Schwungring13 anvulkanisiert. - Der elastomere Federkörper
4 ist aus einem weicheren Werkstoff gefertigt als das Elastomer14 , welches den Schwungring13 an die Antriebswelle2 anbindet. - Der Schwungring
13 ist axial benachbart zur Riemenscheibe1 angeordnet. Das Freilaufelement3 ist als Klemmkörperfreilauf oder als Klemmrollenfreilauf ausgebildet. Die Antriebswelle2 ist als Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugs ausgestaltet. Die in1 hälftig dargestellte Vorrichtung findet Verwendung in einem Kraftfahrzeug. -
2 zeigt eine Vorrichtung zur Schwingungsentkopplung, umfassend eine Riemenscheibe1' zur Aufnahme eines Riemens, eine Antriebswelle2' , welche die Riemenscheibe1' rotiert, und eine Kupplungseinrichtung, welche die Riemenscheibe1' mit der Antriebswelle2' verbindet, wobei die Kupplungseinrichtung ein Freilaufelement3' und einen elastomeren Federkörper4' aufweist, die in Reihe geschaltet sind. - Dem Freilaufelement
3' sind gehärtete Gegenlaufflächen5' ,6' zugeordnet, wobei eine erste Gegenlauffläche5' der Riemenscheibe1' zugewandt ist und wobei eine zweite Gegenlauffläche6' dem elastomeren Federkörper4' zugewandt ist. - Die Gegenlaufflächen
5' ,6' weisen eine Rockwellhärte von 45 bis 80 HRC auf. - Zwischen dem Freilaufelement
3' und dem elastomeren Federkörper4' ist ein Innenträger7' angeordnet, an dem die zweite Gegenlauffläche6' anliegt. Der Innenträger7' umgibt die radial äußere Umfangsfläche des elastomeren Federkörpers4' . - Die erste Gegenlauffläche
5' liegt an der Unterseite der Riemenscheibe1' an. Die Unterseite ist axial benachbart zur gezahnten Fläche10' der Riemenscheibe1' ausgebildet. Das Freilaufelement3' und der elastomere Federkörper4' sind in radialer Richtung benachbart angeordnet. - An der Antriebswelle
2' ist ein Schwungring13' angeordnet, wobei zwischen dem Schwungring13' und der Antriebswelle2' ein Elastomer14' angeordnet ist. Das Elastomer14' ist als eine umlaufende Elastomerspur ausgebildet. Der Schwungring13' und die Antriebswelle2' rotieren gemeinsam um die Achse15' und sind konzentrisch angeordnet. Das Elastomer14' ist an die Antriebswelle2' und den Schwungring13' anvulkanisiert. - Der elastomere Federkörper
4' ist aus einem weicheren Werkstoff gefertigt als das Elastomer14' , welches den Schwungring13' an die Antriebswelle2' anbindet. - Der Schwungring
13' ist radial benachbart zur Riemenscheibe1' angeordnet. Konkret ist dargestellt, dass der Schwungring13' innerhalb der Riemenscheibe1' angeordnet ist. Zwischen dem Schwungring13' und der Riemenscheibe1' ist ein Gleitlager9' angeordnet. - Das Freilaufelement
3' ist als Klemmkörperfreilauf oder als Klemmrollenfreilauf ausgebildet. Die Antriebswelle2' ist als Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugs ausgestaltet. Die in2 hälftig dargestellte Vorrichtung findet Verwendung in einem Kraftfahrzeug. -
3 zeigt eine Vorrichtung zur Schwingungsentkopplung, umfassend eine Riemenscheibe1'' zur Aufnahme eines Riemens, eine Antriebswelle2'' , welche die Riemenscheibe1'' rotiert, und eine Kupplungseinrichtung, welche die Riemenscheibe1'' mit der Antriebswelle2'' verbindet, wobei die Kupplungseinrichtung ein Freilaufelement3'' und einen elastomeren Federkörper4'' aufweist, die in Reihe geschaltet sind. - Dem Freilaufelement
3'' sind gehärtete Gegenlaufflächen5'' ,6'' zugeordnet, wobei eine erste Gegenlauffläche5'' der Riemenscheibe1'' zugeordnet ist und wobei eine zweite Gegenlauffläche6'' dem elastomeren Federkörper4'' zugeordnet ist. - Die Gegenlaufflächen
5'' ,6'' weisen eine Rockwellhärte von 45 bis 80 HRC auf. - Das Freilaufelement
3'' und der elastomere Federkörper4'' sind durch einen Innenträger7'' miteinander verbunden, an dem die zweite Gegenlauffläche6'' anliegt. Der Innenträger7'' umgibt die radial äußere Umfangsfläche des elastomeren Federkörpers4'' . - Die erste Gegenlauffläche
5'' liegt an einem sich in axialer Richtung erstreckenden Fortsatz8'' der Riemenscheibe1'' an. Das Freilaufelement3'' und der elastomere Federkörper4'' sind in axialer Richtung benachbart angeordnet. - Zwischen der Riemenscheibe
1'' und der Antriebswelle2'' ist ein Gleitlager9'' angeordnet, wobei das Gleitlager9'' zwischen einer der gezahnten Fläche10'' der Riemenscheibe1'' abgewandten Anlagefläche11'' und einer äußeren Umfangsfläche12'' der Antriebswelle2'' angeordnet ist. - An der Antriebswelle
2'' ist ein Schwungring13'' angeordnet, wobei zwischen dem Schwungring13'' und der Antriebswelle2'' ein Elastomer14'' angeordnet ist. Das Elastomer14'' ist als eine umlaufende Elastomerspur ausgebildet. Der Schwungring13'' und die Antriebswelle2'' rotieren gemeinsam um die Achse15'' und sind konzentrisch angeordnet. Das Elastomer14'' ist an die Antriebswelle2'' und den Schwungring13'' anvulkanisiert. - Der elastomere Federkörper
4'' ist aus einem weicheren Werkstoff gefertigt als das Elastomer14'' , welches den Schwungring13'' an die Antriebswelle2'' anbindet. - Der Schwungring
13'' ist axial benachbart zur Riemenscheibe1'' angeordnet. Das Freilaufelement3'' ist als Klemmkörperfreilauf oder als Klemmrollenfreilauf ausgebildet. Die Antriebswelle2'' ist als Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugs ausgestaltet. Die in1 hälftig dargestellte Vorrichtung findet Verwendung in einem Kraftfahrzeug. - Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102004035969 A1 [0008]
Claims (10)
- Vorrichtung zur Schwingungsentkopplung, umfassend eine Riemenscheibe (
1 ,1' ,1'' ) zur Aufnahme eines Riemens, eine Antriebswelle (2 ,2' ,2'' ), welche die Riemenscheibe (1 ,1' ,1'' ) rotiert, und eine Kupplungseinrichtung, welche die Riemenscheibe (1 ,1' ,1'' ) mit der Antriebswelle (2 ,2' ,2'' ) verbindet, wobei die Kupplungseinrichtung ein Freilaufelement (3 ,3' ,3'' ) und einen elastomeren Federkörper (4 ,4' ,4'' ) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass dem Freilaufelement (3 ,3' ,3'' ) gehärtete Gegenlaufflächen (5 ,5' ,5'' ,6 ,6' ,6'' ) zugeordnet sind, wobei eine erste Gegenlauffläche (5 ,5' ,5'' ) der Riemenscheibe (1 ,1' ,1'' ) zugeordnet ist und wobei eine zweite Gegenlauffläche (6 ,6' ,6'' ) dem elastomeren Federkörper (4 ,4' ,4'' ) zugeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Gegenlaufflächen (
5 ,5' ,5'' ,6 ,6' ,6'' ) eine Rockwellhärte von 45 bis 80 HRC aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Freilaufelement (
3 ,3' ) und dem elastomeren Federkörper (4 ,4' ) ein Innenträger (7 ,7' ) angeordnet ist, an dem die zweite Gegenlauffläche (6 ,6' ) anliegt. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gegenlauffläche (
5 ,5'' ) an einem sich in axialer Richtung erstreckenden Fortsatz (8 ,8'' ) der Riemenscheibe (1 ,1'' ) anliegt. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Riemenscheibe (
1 ,1'' ) und der Antriebswelle (2 ,2'' ) ein Gleitlager (9 ,9'' ) oder ein Wälzlager angeordnet ist, wobei das Gleitlager (9 ,9'' ) oder Wälzlager zwischen einer der gezahnten Fläche (10 ,10'' ) der Riemenscheibe (1 ,1'' ) abgewandten Anlagefläche (11 ,11'' ) und einer äußeren Umfangsfläche (12 ,12'' ) der Antriebswelle (2 ,2'' ) angeordnet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Antriebswelle (
2 ,2' ,2'' ) ein Schwungring (13 ,13' ,13'' ) angeordnet ist, wobei zwischen dem Schwungring (13 ,13' ,13'' ) und der Antriebswelle (2 ,2' ,2'' ) ein Elastomer (14 ,14' ,14'' ) angeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elastomere Federkörper (
4 ,4' ,4'' ) aus einem weicheren Werkstoff gefertigt ist als das Elastomer (14 ,14' ,14'' ), welches den Schwungring (13 ,13' ,13'' ) an die Antriebswelle (2 ,2' ,2'' ) anbindet. - Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwungring (
13 ,13' ,13'' ) axial benachbart zur Riemenscheibe (1 ,1'' ) oder radial innerhalb der Riemenscheibe (1' ) angeordnet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Freilaufelement (
3 ,3' ,3'' ) als Klemmkörperfreilauf ausgebildet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Freilaufelement (
3 ,3' ,3'' ) als Klemmrollenfreilauf ausgebildet ist.
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DE102008064341A1 (de) * | 2008-12-20 | 2010-07-01 | Audi Ag | Riemenscheibe mit Freilauf und Torsionsschwingungsdämpfer sowie Riemenstarter für eine Brennkraftmaschine |
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- 2011-06-08 DE DE201110106349 patent/DE102011106349B4/de active Active
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