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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpenanordnung für ein Kraftstofffahrzeug, insbesondere Motorrad und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Kraftstoffpumpenanordnung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Kraftstofftank, welcher eine derartige Kraftstoffpumpenanordnung umfasst, und ein Kraftstofffahrzeug, welches einen derartigen Kraftstofftank umfasst.
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Eine derartige Kraftstoffpumpenanordnung und ein derartiges Verfahren sind beispielsweise aus der
GB 2478876 A bekannt. Hierbei handelt es sich um eine Kraftstoffpumpe, insbesondere eine Magnetkolbenpumpe, mit einem Einlass und einem Auslass, wobei der Einlass innerhalb und der Auslass außerhalb eines Kraftstoffstanks angeordnet ist. Kraftstoff wird aus dem Kraftstofftank durch den Einlass in die Kraftstoffpumpe angesaugt und durch den Auslass zum Verbrennungsmotor gefördert. Beim Betrieb einer solchen Kraftstoffpumpenanordnung mit heißem Kraftstoff kann die Fördermenge abfallen oder sogar, zumindest teilweise, total einbrechen. Der Grund dafür ist, dass es beim Ansaugen von heißem Kraftstoff nahe seinem Siedepunkt möglich ist, dass der Dampfdruck des angesaugten Kraftstoffs aufgrund von Druckverlusten am Einlass der Kraftstoffpumpe unterschritten wird. Dadurch kann ein Teil des Kraftstoffs verdampfen bzw. ein Teil der im Kraftstoff gelösten Luft freigegeben werden. Das hat zur Folge, dass die Kraftstoffpumpe nicht nur mit flüssigem Kraftstoff, sondern auch mit einem gasförmigen Kraftstoff-Luft-Gemisch befüllt wird. Dies führt wiederum dazu, dass bei der anschließenden Förderphase nur ein Teil des Gemisches wegen der Kompressibilität des gasförmigen Kraftstoff-Luft-Gemisches und der teilweisen Rekondensation ausgeschoben werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Förderverhalten der Kraftstoffpumpe beim Betreiben mit heißem Kraftstoff nahe dem Siedepunkt verbessert werden kann und somit die Nachteile des Stands der Technik vermieden werden können. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Kraftstoff durch zwei ineinander angeordnete Gehäuse geführt wird, wobei der Kraftstoff erwärmt wird, bevor der Kraftstoff zur Kraftstoffpumpe gelangt. Durch die Erwärmung des Kraftstoffs können dessen leichtflüchtige Bestandteile verdampfen und abgetrennt werden. Der Kraftstoff weist eine andere Zusammensetzung auf und besitzt nun einen höheren Siedepunkt. Weiterhin kann der erwärmte Kraftstoff rückgekühlt werden, so dass der abgekühlte Kraftstoff einen geringeren Dampfdruck als der ursprüngliche Kraftstoff besitzt. Der geringere Dampfdruck und der höhere Siedepunkt des Kraftstoffs können dazu führen, dass weniger Kraftstoff beim Ansaugen verdampft, was wiederum eine höhere verfügbare Fördermenge zur Folge hat. Hierbei umfasst die Kraftstoffpumpenanordnung eine Kraftstoffpumpe, die einen wärmeerzeugenden Aktor aufweist, der in einem Gehäusebereich eines Pumpengehäuses angeordnet ist, ein erstes Gehäuse und ein zweites Gehäuse. Das erste Gehäuse weist einen Kraftstoffeinlass, der zu einem ersten Kraftstoffaufnahmeraum führt, in dem der Gehäusebereich des Pumpengehäuses angeordnet ist, und eine erste Auslassöffnung auf, wobei der Aktor an den im ersten Kraftstoffaufnahmeraum befindlichen Kraftstoff Wärme abgibt. Das zweite Gehäuse umgibt das erste Gehäuse und begrenzt mit dem ersten Gehäuse eine Verbindungsöffnung, die den ersten Kraftstoffaufnahmeraum mit einem zweiten Kraftstoffaufnahmeraum des zweiten Gehäuses verbindet, der mit einem Einlasskanal der Kraftstoffpumpe in Strömungsverbindung steht.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bevorzugt kann zwischen der ersten Auslassöffnung und der Verbindungsöffnung ein dritter Kraftstoffaufnahmeraum des zweiten Gehäuses angeordnet sein. Somit kann eine größere Menge von Kraftstoff aufgenommen bzw. erwärmt werden.
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Gemäß einer noch weiteren alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann der wärmeerzeugende Aktor eine Magnetspule sein. Dadurch kann eine zuverlässige und genaue Betätigung der Kraftstoffpumpe sichergestellt werden. Vorzugsweise ist die Kraftstoffpumpenanordnung eine Magnetkolbenpumpe. Somit kann das Fördern des Kraftstoffs in leistungsfähiger Weise ermöglicht werden. Durch die Benutzung der Magnetspule zum Erwärmen des im ersten Kraftstoffaufnahmeraum befindlichen Kraftstoffs kann die vorhandene Wärmequelle der Kraftstoffpumpe zum Ausgasen benutzt und somit auf eine zusätzliche Erwärmungsvorrichtung verzichtet werden. Weiterhin kann der Kraftstoff vor Eintritt in die Kraftstoffpumpe abgekühlt werden, was zu einer ausfallsicheren Funktion der Kraftstoffpumpe führt.
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Ferner bevorzugt kann die Verbindungsöffnung zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuse eine ringförmig umlaufende Öffnung sein. Durch diese Form der Verbindungsöffnung kann der Kraftstoff dem zweiten Kraftstoffaufnahmeraum gleichmäßig zugeführt werden.
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Vorzugsweise kann das erste Gehäuse vollständig im zweiten Gehäuse angeordnet sein. Somit kann Platz gespart bzw. eine kompakte Kraftstoffpumpenanordnung bereitgestellt werden. Dadurch kann eine Größenzunahme des Kraftfahrzeugs, in dem die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpenanordnung benutzt werden kann, oder eine Verkleinerung des verfügbaren freien Platzes für den Fahrer bzw. Mitfahrer vermieden werden. Dies ist besonders wichtig im Falle eines Motorrads.
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Ferner bevorzugt können das erste Gehäuse und/oder das zweite Gehäuse topfförmig ausgebildet sein. Somit kann eine gleichmäßige Wärmeübertragung sichergestellt werden und die ausgegasten Bestandteile des Kraftstoffs können einfach in den Tank abgegeben werden.
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Weiter bevorzugt kann das zweite Gehäuse mit einem Wärmetauscher zum Abkühlen des Kraftstoffs versehen sein. Somit kann der durch den wärmeerzeugenden Aktor erwärmte Kraftstoff abgekühlt werden, wodurch dessen Dampfdruck reduziert werden kann.
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Vorzugsweise kann der Wärmetauscher eine Wand des zweiten Gehäuses umfassen. Somit kann auf ein zusätzliches Bauteil für den Wärmetauscher verzichtet werden, was zu einer Kosten- und Platzersparnis führen kann.
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Weiter bevorzugt kann der Wärmetauscher Wärme an den im Kraftstofftank befindlichen Kraftstoff übertragen und die Kraftstoffpumpenanordnung kann in einem Kraftstofftank angeordnet sein. Somit kann Wärme an den im Kraftstofftank befindlichen Kraftstoff übertagen werden, was das Abkühlen des in der Kraftstoffpumpenanordnung befindlichen erwärmten Kraftstoffs vor dem Zuführen desselben in die Kraftstoffpumpe sicherstellen kann. Zum anderen kann der im Kraftstofftank befindliche Kraftstoff vor dem Zuführen desselben in den Kraftstoffeinlass der Kraftstoffpumpenanordnung vorerwärmt werden, was das Verdampfen dessen leichtflüchtigen Bestandteile später erleichtern kann. Außerdem bietet eine solche Anordnung den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpenanordnung keinen zusätzlichen Bauraum in einem Kraftfahrzeug benötigt. Somit kann die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpenanordnung in vielen Kraftfahrzeugen unabhängig von ihrem Design und dem verfügbaren freien Bauraum Anwendung finden.
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Vorzugsweise weist das zweite Gehäuse eine zweite Auslassöffnung auf, welche mit einem Luft- bzw. Dampfbereich in Verbindung steht. Somit können die Dampfblasen, die durch das Verdampfen der leichtflüchtigen Bestandteile des Kraftstoffs entstehen, abgeführt werden.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Kraftstofftank, welcher eine erfindungsgemäße Kraftstoffpumpenanordnung umfasst. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere Motorrad, welches einen Kraftstofftank mit einer erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpenanordnung umfasst.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffpumpenanordnung mit einer Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Hierbei umfasst das Verfahren das Zuführen von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank über einen Kraftstoffeinlass in einen ersten Kraftstoffaufnahmeraum eines ersten Gehäuses, das Erwärmen des Kraftstoffs zum Abtrennen von leichtflüchtigen Anteilen des Kraftstoffs, wobei der Kraftstoff an einem im ersten Kraftstoffaufnahmeraum angeordneten wärmeerzeugenden Aktor der Kraftstoffpumpe vorbeigeführt wird, das Zuführen des Kraftstoffs vom ersten Kraftstoffaufnahmeraum in einen zweiten Kraftstoffaufnahmeraum eines zweiten Gehäuses, welcher mit dem ersten Kraftstoffaufnahmeraum über eine Verbindungsöffnung verbunden ist, das Abkühlen des Kraftstoffs mittels eines Wärmetauschers am zweiten Gehäuse, das Zuführen des abgekühlten Kraftstoffs vom zweiten Kraftstoffaufnahmeraum in einen Einlasskanal der Kraftstoffpumpe und das Fördern des Kraftstoffs mittels der Kraftstoffpumpe.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische, vereinfachte Schnittansicht einer Kraftstoffpumpenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei auch die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieben der Kraftstoffpumpenanordnung durch Pfeile gekennzeichnet sind.
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Ausführungsform der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 eine Kraftstoffpumpenanordnung 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus der einzigen Figur ersichtlich ist, weist die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpenanordnung 1 eine Kraftstoffpumpe 2, ein erstes Gehäuse 3 und ein zweites Gehäuse 4 auf. Weiterhin ist die Kraftstoffpumpenanordnung 1 in einem Kraftstofftank 8 eines Fahrzeugs, welches nicht gezeigt ist, angeordnet. Der Kraftstofftank 8 weist einen Kraftstoffbereich 80, wobei der Kraftstoffstand durch eine Linie 81 gekennzeichnet ist, und einen Luft- bzw. Dampfbereich 82 auf.
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Die Kraftstoffpumpe 2, die eine Magnetkolbenpumpe ist, weist ein Pumpengehäuse 22 mit einem Einlasskanal 23 und einem Auslasskanal 24, einen Förderraum 25, einen Kolben 26, der in einem Zylinderraum 27 bewegbar ist, einen wärmeerzeugenden Aktor 20 und ein Federelement 28 auf. Die Kraftstoffpumpe 2 ist so angeordnet, dass die Kraftstoffpumpe 2 teilweise im ersten Gehäuse 3 und teilweise im zweiten Gehäuse 4 angeordnet ist. Insbesondere befindet sich der wärmeerzeugende Aktor 20, welcher eine Magnetspule ist, in einem Gehäusebereich 21 des Pumpengehäuses 22.
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Das erste Gehäuse 3 weist einen Kraftstoffeinlass 30, einen ersten Kraftstoffaufnahmeraum 31 und eine erste Auslassöffnung 32 auf. Insbesondere ist das erste Gehäuse 3 topfförmig ausgebildet, wobei die erste Auslassöffnung 32 keinen Deckel oder dergleichen aufweist. Der Kraftstoffeinlass 30, welcher in der Form einer zylindrischen Öffnung ausgebildet ist, ist mit dem Kraftstoffbereich 80 des Kraftstofftanks 8 verbunden und führt zum ersten Kraftstoffaufnahmeraum 31 des ersten Gehäuses 3.
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Das zweite Gehäuse 4 umgibt das erste Gehäuse 3, wobei das erste Gehäuse 3 vollständig und mittig im zweiten Gehäuse 4 angeordnet ist. Durch diese Anordnung ist eine ringförmig umlaufende Verbindungsöffnung 40 ausgebildet, welche den ersten Kraftstoffaufnahmeraum 31 des ersten Gehäuses 3 mit einem zweiten Kraftstoffaufnahmeraum 41 des zweiten Gehäuses 4 verbindet. Der zweite Kraftstoffaufnahmeraum 41 steht ferner mit dem Einlasskanal 23 der Kraftstoffpumpe 2 in Verbindung.
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Weiterhin ist zwischen der ersten Auslassöffnung 32 des ersten Gehäuses 3 und der Verbindungsöffnung 40 ein dritter Kraftstoffaufnahmeraum 42 des zweiten Gehäuses 4 angeordnet, welcher über eine zweite Auslassöffnung 43 des zweiten Gehäuses 4 mit dem Luft- bzw. Dampfbereich 82 des Kraftstofftanks 8 kommuniziert. Die zweite Auslassöffnung 43 ist derart ausgebildet, dass auch das zweite Gehäuse 4 in der Form eines offenen Topfes mit einer Wand 44 ausgebildet ist.
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Die Wand 44, die in diesem Ausführungsbeispiel in zweiteiliger Weise hergestellt ist, weist einen oberen Wandbereich 44a und einen unteren Wandbereich 44b auf. Der obere Wandbereich 44a erstreckt sich in den Luft- bzw. Dampfbereich 82 des Kraftstofftanks 80.
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Die Kraftstoffpumpenanordnung 2 bildet zusammen mit dem Tank 8 eine Art von kommunizierenden Rohren, was auch durch den gemeinsamen Kraftstoffstand angedeutet ist (Linie 81 in 1).
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Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffpumpenanordnung 1 mit den oben beschriebenen Merkmalen anhand der 1 beschrieben.
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Der im Kraftstoffbereich 80 des Kraftstofftanks 8 befindliche Kraftstoff, welcher eine erste Temperatur T1 besitzt, wird über den Kraftstoffeinlass 30 in den ersten Kraftstoffaufnahmeraum 31 eingeführt (Pfeil A). Dabei wird der Kraftstoff am wärmeerzeugenden Aktor 20 vorbeigeführt (Pfeil B), welcher Wärme an den Kraftstoff über den Gehäusebereich 21 des Pumpengehäuses 22 abgibt, was durch den fettgedruckten Pfeil Q1 gekennzeichnet ist. Durch die Abwärme des wärmeerzeugenden Aktors 20 wird der Kraftstoff erwärmt, so dass die leichtflüchtigen Bestandteile zumindest eines Teils des Kraftstoffs verdampfen. Die entstehenden Dampfblasen 50 werden abgetrennt und gelangen zuerst über den dritten Kraftstoffaufnahmeraum 42 und dann über die zweite Auslassöffnung 43 in den Luft- bzw. Dampfbereich 82 des Kraftstofftanks 8 (Pfeil C). Der erwärmte Kraftstoff gelangt in den dritten Kraftstoffaufnahmebereich 42 (Pfeil D).
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Von da rezirkuliert ein Teil des erwärmten Kraftstoffs zwischen dem dritten Kraftstoffaufnahmeraum 42 und dem ersten Kraftstoffaufnahmeraum 31 (Pfeile E), bis die leichtflüchtigen Bestandteile auch dieses Teiles verdampfen. Während dieser Phase wird Wärme vom im dritten Kraftstoffaufnahmeraum 42 befindlichen Kraftstoff über den oberen Wandbereich 44a der Wand 44 an den Kraftstoff im Kraftstoffbereich 80 des Kraftstofftanks 8 übertragen (fettgedruckter Pfeil Q2).
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Wenn der Kraftstoff den dritten Kraftstoffaufnahmeraum 42 verlässt, weist der Kraftstoff eine Temperatur T2 auf, die größer als T1 ist, und besitzt einen höheren Siedepunkt als der ursprüngliche Kraftstoff im Kraftstofftank 8. Der Kraftstoff wird jetzt über die Verbindungsöffnung 40 dem zweiten Kraftstoffaufnahmeraum 41 zugeführt (Pfeil F).
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Auf dem Weg zum zweiten Kraftstoffaufnahmeraum 41 wird Wärme über den unteren Wandbereich 44b der Wand 44 an den im Kraftstoffbereich 80 des Kraftstofftanks 8 übertragen, was durch den fettgedruckten Pfeil Q3 gekennzeichnet ist. Der Kraftstoff wird somit abgekühlt und weist eine dritte Temperatur T3 auf, die zwischen T1 und T2 liegt. Der abgekühlte Kraftstoff besitzt auch einen geringeren Dampfdruck als der ursprüngliche Kraftstoff im Kraftstofftank 8. Dann wird der abgekühlte Kraftstoff in den Einlasskanal 23 der Kraftstoffpumpe 2 angesaugt (Pfeile G) und durch den Auslass weiter gefördert (Pfeile H).
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Das Fördern des Kraftstoffs mittels der Kraftstoffpumpe 2 erfolgt durch die Bewegung des Kolbens 26 im Zylinderraum 27. Dabei gibt der wärmeerzeugende Aktor 20 (Magnetspule) Wärme über den Gehäusebereich 21 an den im ersten Kraftstoffaufnahmeraum 31 befindlichen Kraftstoff ab. Diese Wärme wird dann für den Ausgasvorgang verwendet.
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Anschließend kann der nächste Hub der Kraftstoffpumpe stattfinden und das Verfahren zum Betreiben der Kraftstoffpumpenanordnung wiederholt werden.
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Es sei angemerkt, dass Parameter wie z. B. die Geschwindigkeit der Strömung des Kraftstoffs, die Größe des ersten Gehäuses 3 und des zweiten Gehäuses 4 usw. so ausgewählt werden, dass eine geeignete Wärmeübertragungsrate vom wärmeerzeugenden Aktor 20 an den im ersten Kraftstoffaufnahmeraum 31 befindlichen Kraftstoff bzw. vom im zweiten Kraftstoffaufnahmeraum 41 befindlichen erwärmten Kraftstoff an den im Kraftstofftank 1 befindlichen Kraftstoff erreicht werden kann.
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Es sei ferner angemerkt, dass das oben beschriebene Ausführungsbeispiel dem Verständnis der vorliegenden Erfindung dient und insofern nicht als einschränkend angesehen werden sollte. So sind z. B. andere Formen und Anordnungen in Bezug auf das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse möglich.
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Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpenanordnung im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Führen des Kraftstoffs aus einem Kraftstofftank in die Kraftstoffpumpenanordnung 1 hat somit ein besseres Förderverhalten zur Folge, indem der Siedepunkt des Kraftstoffs auf dem Weg vom Kraftstofftank 8 zur Kraftstoffpumpe 2 geändert wird. Somit nimmt die Fördermenge des Kraftstoffs beim Ansaugen aufgrund von Druckverlusten bzw. Ausgasungen weniger ab und eine bessere Funktion eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs kann sichergestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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