DE102015104846A1 - Binäre Pumpe für ein Getriebe - Google Patents
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Abstract
Ein flexibles binäres Pumpensystem für ein Kraftfahrzeuggetriebe umfasst eine Welle, eine erste Flügelzellenpumpe, die an der Welle angebracht ist und einen ersten Rotor mit einem ersten Durchmesser und einer ersten Breite aufweist, und eine zweite Flügelzellenpumpe, die an der Welle angebracht ist und einen zweiten Rotor mit einem zweiten Durchmesser und einer zweiten Breite aufweist. Die erste Flügelzellenpumpe liefert dem Getriebe Hydraulikfluid mit einem ersten Druck und die zweite Flügelzellenpumpe liefert dem Getriebe Hydraulikfluid mit einem zweiten Druck. Der erste Durchmesser, die erste Breite, der zweite Durchmesser und die zweite Breite sind so gewählt, dass der Stromverbrauch des binären Pumpensystems und der Hydraulikfluidhaushalt des Getriebes optimiert sind.
Description
- GEBIET
- Die vorliegende Offenbarung betrifft eine flexible binäre Pumpe für Kraftfahrzeuggetriebe.
- HINTERGRUND
- Die Angaben in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformation bereit, die die vorliegende Offenbarung betrifft, und können oder können nicht Stand der Technik darstellen.
- Viele moderne automatische, kontinuierlich variable Getriebe (CVT) für Kraftfahrzeuge verwenden ein gesteuertes Hydraulikfluid (Getriebeöl) zum Betätigen von CVT-Riemen und -Scheiben (oder Kette und Scheiben), um bei reduzierten, turbogeladenen Maschinen ein gewünschtes Verhältnis zur Verbesserung der Kraftstoffökonomie zu erreichen. Die Steuerung eines derartigen Hydraulikfluids wird durch einen Ventilkörper erreicht, der eine Vielzahl von Steuerventilen umfasst, die den Hydraulikfluidfluss sowohl durch einen Komplex von Durchgängen zu den CVT-Scheibenkolben als auch zu anderen Kupplungs- und Bremsaktuatoren führt. Der Ventilkörper wird typischerweise von einer Zahnrad- oder Flügelzellenpumpe, die durch die Maschinenausgangswelle oder die Getriebeeingangswelle angetrieben wird, mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid versorgt.
- Da dies eine derart gebräuchliche Getriebeanordnung ist und wegen des Herstellungsvolumens derartiger Automatikgetriebe, wurde umfangreiche Forschung und Entwicklung unternommen, um die Kosten zu reduzieren und die Leistungsfähigkeit derartiger Pumpen zu optimieren. Zum Beispiel waren das Vereinfachen derartiger Pumpen, um deren Gewicht und Kosten zu reduzieren, das Reduzieren ihrer Größe, um das Verpacken zu verbessern, das Verbessern der Niedriggeschwindigkeitsleistungsfähigkeit, das Verbessern der Niedrigtemperaturleistungsfähigkeit und das Reduzieren der Hochdrehzahlenergieverluste alles Bereiche der Entwicklung und Verbesserung.
- Eine fixierte Verdrängungspumpe sorgt für einen zur Maschinendrehzahl proportionalen Fluss. Die Pumpe ist oft so bemessen, dass sie dem Hydraulikdruck und Volumenanforderungen des Getriebes unter Maschinenleerlaufbedingungen bei niedriger Drehzahl genügt. Reibungskräfte innerhalb der Pumpe erhöhen sich, wenn sich die Größe des Oberflächenbereichs des Pumpenrotors erhöht. Entsprechend tragen Pumpen mit größerem Durchmesser und höherer Verdrängung, die den Hydraulikanforderungen des Getriebes in der Nähe der Maschinenleerlaufdrehzahl genügen, oft zu unerwünschten Getriebedrehverlusten bei und verringern die Effizienz des Getriebes. Eine große Pumpe wird einen viel größeren Ölfluss liefern als das, was von dem Getriebe bei höheren Maschinendrehzahlen verbraucht wird, wobei der höhere Pumpenstromverbrauch zu einem Verlust in der Gesamtgetriebeeffizienz führt.
- Die vorliegende Erfindung ist auf Verbesserungen gerichtet, welche die Pumpendrehverluste reduzieren und die Getriebeeffizienz verbessern, wobei die Hydraulikanforderungen des Getriebes erfüllt werden.
- KURZFASSUNG
- Ein flexibles binäres Pumpensystem für ein Kraftfahrzeuggetriebe umfasst eine Welle, eine erste Flügelzellenpumpe, die an der Welle angebracht ist und einen ersten Rotor mit einem ersten Durchmesser und einer ersten Breite aufweist, und eine zweite Flügelzellenpumpe, die an der Welle angebracht ist und einen zweiten Rotor mit einem zweiten Durchmesser und einer zweiten Breite aufweist. Die erste Flügelzellenpumpe liefert dem Getriebe Hydraulikfluid mit einem ersten Druck und die zweite Flügelzellenpumpe liefert dem Getriebe Hydraulikfluid mit einem zweiten Druck. Der erste Durchmesser, die erste Breite, der zweite Durchmesser und die zweite Breite sind gewählt, dass sie den Stromverbrauch des binären Pumpensystems und den Hydraulikfluidhaushalt des Getriebes optimieren.
- Der Druck in den zwei Austragsanschlüssen in jeder der ersten Pumpe und der zweiten Pumpe sind balanciert, um die Seitenlasten auf die Welle zu minimieren, was es dem binären Pumpensystem ermöglicht, mit höherer mechanischer Effizienz zu arbeiten, um Pumpenströmungswiderstandsverluste zu reduzieren, um die Kraftstoffökonomie zu verbessern.
- Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsgebiete werden aus der hier bereitgestellten Beschreibung deutlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur zu Veranschaulichungszwecken gedacht sind und nicht dazu gedacht sind, den Rahmen der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
- ZEICHNUNGEN
- Die Zeichnungen, die hier beschrieben werden, sind nur zu Anschauungszwecken und sind nicht dazu gedacht, den Rahmen der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Art zu begrenzen. Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen wird der Schwerpunkt auf die Veranschaulichung der Wirkungsweise der Erfindung gelegt. Überdies bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in allen Ansichten. In den Zeichnungen:
-
1A ist eine Querschnittsansicht einer flexiblen binären Pumpe gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung; -
1B ist eine perspektivische Ansicht des Inneren der flexiblen binären Pumpe, die in1A gezeigt ist; -
2 ist ein Diagramm, das einen Abschnitt eines Hydrauliksteuerungssystems zeigt, welches die flexible binäre Pumpe einsetzt, die in1A gezeigt ist; -
3 zeigt eine Flügelzellenpumpe, die in jeder der Pumpen in der flexiblen binären Pumpe, die in1A gezeigt ist, verwendet wird; und -
4 zeigt eine Einlassdüse, die in alternativen Anordnungen der flexiblen binären Pumpe, die in1A gezeigt ist, eingesetzt ist. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und ist nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen einzuschränken.
- Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend ist ein flexibles binäres Pumpensystem, das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausführt, in
1A und1B dargestellt und mit10 bezeichnet. Die flexible binäre Pumpe10 umfasst eine Hochdruckpumpe12 und eine Niedrigdruckpumpe14 , wobei beide balancierte Flügelzellenpumpen sind, die um eine Welle16 herum angebracht sind. In einigen Anordnungen ist die flexible binäre Pumpe10 eine außerhalb der Achse befindliche Pumpe, die über eine Kette angetrieben wird, die mit einem Ritzel (nicht dargestellt) in Eingriff steht, das an der Welle16 befestigt ist. Weitere Details von außerhalb der Achse befindlichen Pumpen werden in demUS-Patent Nr. 6,964,631 und in der US-Patentanmeldung Nr. 13/475,559, eingereicht am 18. Mai 2012 und mit dem Titel ”Pump Assembly with Multiple Gear Ratios” beschrieben, deren Inhalte in ihrer Gesamtheit hier durch Bezugnahme aufgenommen sind. Derartige Anordnungen verwenden zum Beispiel einen elektrischen Motor mit einer Einwegkupplung, um einen Rotorsatz einer Pumpe anzutreiben, egal, ob die Pumpe eine balancierte Flügelzellenpumpe oder eine Gerotorzahnradpumpe ist. - Die Hochdruckpumpe
12 und die Niedrigdruckpumpe14 sind in einem allgemein zylindrischen Gehäuse18 eingeschlossen, das aus zwei Teilen18a und18b gebildet sein kann. Die beiden Teile18a und18b können durch einen beliebigen geeigneten Prozess zusammen gefügt werden, üblicherweise als eine verschraubte Baugruppe. In bestimmten Anordnungen sind die Hochdruckpumpe12 und die Niedrigdruckpumpe14 durch eine Anschlussplatte, wie die Platte72 , voneinander beabstandet. Die flexible binäre Pumpe10 umfasst ferner eine Ansaugfeder13 und O-Ringe70 ,76 ,78 und80 . Die Ansaugfeder13 spannt die Rotorsätze71 (3 ) vor, um akkumulierte Stapeltoleranz zu beseitigen, damit eine Leckage vermieden wird, um das anfängliche Ansaugen jeder Pumpe12 und14 zu verbessern. Die O-Ringe sind aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt, wie zum Beispiel Gummi. Der O-Ring76 ist entlang einer Platte82 angebracht, so dass der O-Ring76 mit dem Inneren des Abschnitts18a des Gehäuses18 eine Dichtung bildet. Ein Bereich81 mit Hochdruckhydraulikfluid, das von der Hochdruckpumpe12 ausgetragen wird, ist zwischen der Platte82 und dem Gehäuse18A gebildet. Die O-Ringe78 und80 sind entlang einem großen Abschnitt86 beziehungsweise einem kleinen Abschnitt88 einer kreisförmigen Platte84 angebracht, um mit dem Inneren des Abschnitts18B des Gehäuses18 Dichtungen zu bilden. Als solches ist ein Bereich83 mit Hochdruckhydraulikfluid, das von der Niedrigdruckpumpe14 ausgetragen wird, zwischen den O-Ringdichtungen gebildet. Ferner verhindert die Dichtung, die durch den O-Ring80 mit dem Inneren des Abschnitts18B gebildet wird, dass Hochdruckhydraulikfluid entlang der Welle16 aus dem Gehäuse18 ausläuft. - Auch Bezug nehmend auf
3 umfasst jede der Pumpen12 und14 einen Exzenter60 und einen Rotor62 . Der Rotor62 weist eine verzahnte Öffnung66 auf, die es ermöglicht, dass der Rotor62 an der verzahnten Welle16 angebracht werden kann, so dass der Rotor62 und die Welle16 im Inneren des Exzenters60 rotieren. Jeder Exzenter60 umfasst ein Paar von Austragsanschlüssen64A und64B und ein Paar von Einlässen65A und65B . Jeder Rotor62 umfasst ein Satz von Flügelschlitzen68 , so dass wenn der Rotor62 im Inneren des Exzenters60 rotiert, Hydraulikfluid in die Einlässe65A und65B angesaugt wird, um den Bereichen73 zugeführt zu werden, die zwischen dem Rotor62 und der inneren Oberfläche des Exzenters60 definiert sind. Das Hydraulikfluid fließt aus den Regionen73 und wird durch die Austragsanschlüsse64A und64B ausgetragen. Weitere Details zu balancierten Flügelzellenpumpen werden in demUS-Patent Nr. 8,042,331 beschrieben, deren vollständige Inhalte hier durch Bezugnahme aufgenommen sind. - In einigen Anordnungen kann die Ausrichtung der Austragsanschlüsse
64A und64B der Hochdruckpumpe12 von der Ausrichtung der Austragsanschlüsse der Niedrigdruckpumpe14 in Umfangsrichtung um die Achse90 (1A ) versetzt sein, um Druckwelligkeitsstörungen abzuschwächen, was für einen stabileren Betrieb der Flussförderung bei höheren Drücken sorgt. In anderen Anordnungen können die Flügelschlitze68 der Hochdruckpumpe12 gegenüber den Flügelschlitzen68 der Niedrigdruckpumpe14 in Umfangsrichtung um die Achse90 versetzt sein, um tonale Geräusche abzuschwächen, die von der binären Pumpe10 ausgehen, was für verbessertes NVH sorgt. Die gewünschte Ausrichtung der Hochdruckpumpe12 relativ zu der Niedrigdruckpumpe14 kann durch die Verwendung von Spannstiften92A und92B erreicht werden, die beide Pumpen12 und14 an der Anschlussplatte72 platzieren. - In bestimmten Anordnungen kann die Platte
72 denselben Durchmesser wie die Pumpen12 und14 haben, wobei der O-Ring70 weggelassen werden kann, um einen gemeinsamen Einlass für die Pumpen12 und14 bereitzustellen. - Nun Bezug nehmend auf
2 , mit weiterem Bezug auf1A , ist ein Abschnitt20 eines Hydrauliksteuerungssystems gezeigt, in dem die Hochdruckpumpe12 und die Niedrigdruckpumpe14 ausgeführt sein können. Wenn das Hydrauliksteuerungssystem in Betrieb ist, wird Hydraulikfluid von einem Filter22 angesaugt, der das Hydraulikfluid von einem Sumpf24 empfängt. Eine Leitung26 führt das Hydraulikfluid von dem Filter22 der Hochdruckpumpe12 zu und eine Leitung28 führt das Hydraulikfluid von dem Filter22 der Niedrigdruckpumpe14 zu. Genauer gesagt, teilt sich die Leitung26 in zwei Leitungen30 und32 auf, welche Hydraulikfluid zu den Einlassanschlüssen65A und65B der Hochdruckpumpe12 zuführen und die Leitung28 teilt sich in zwei Leitungen34 und36 auf, welche Hydraulikfluid zu den Einlassanschlüssen65A und65B der Niedrigdruckpumpe14 zuführen. - Hydraulikfluid wird durch die Austragsanschlüsse
64A und64B der Hochdruckpumpe12 ausgetragen, die sich in der Region81 , die in1A gezeigt ist, vereinen. Dieses ausgetragene Hydraulikfluid von der Hochdruckpumpe12 ist als Auslassleitungen38 und40 schematisch auch in2 gezeigt und ist mit einem Druckregulator50 verbunden. Das Druckregulatorventil50 führt Hochdruckhydraulikfluid durch eine Leitung55 den Scheiben eines kontinuierlich variablen Getriebes (CVT) zu. - Hydraulikfluid wird über die Austragsanschlüsse
64A und64B der Niedrigdruckpumpe14 zu der Region83 ausgetragen, die in1A gezeigt ist. Dieses ausgetragene Hydraulikfluid von der Niedrigdruckpumpe14 ist als Auslassleitungen42 und44 schematisch auch in2 gezeigt und wird einem Druckregulator52 zugeführt. Das Druckregulatorventil52 führt Niedrigdruckhydraulikfluid durch eine Leitung57 einem Drehmomentwandler, Kupplungen, Zahnrädern und einem finalen Antriebszahnradsatz des CVT zu. - In einigen Anordnungen können beide Pumpen
12 und14 zu Zeiten, wenn das Getriebe maximalen Hochdruckfluss benötigt, wie zum Beispiel zum Durchführen von schnellen Übersetzungswechseln an dem Riemen und den Scheiben, zeitweise mit hohem Druck betrieben werden, zum Beispiel bis ungefähr 65 BAR. In bestimmten Anordnungen kann die Funktion der Druckregulatorventile50 und52 in einem einzigen Ventil mit geeignetem Aufbau ausgeführt sein. - In speziellen Anordnungen kann eine der oder können beide der Einlassleitungen
26 ,28 mit einer Düse100 versehen sein. Jede Düse100 empfängt auch Hydraulikfluid von einer oder beiden Pumpenbypassleitungen27 ,29 . Die Düse100 ist besonders nützlich, um Kavitation bei hohen Pumpengeschwindigkeiten zu verringern. Folglich kann die Hochdrehzahlfüllgrenze über die typische maximale Betriebsdrehzahl einer Brennkraftmaschine erhöht werden. Weitere Details der Düse100 können in demUS-Patent Nr. 8,105,049 gefunden werden, dessen vollständige Inhalte hier durch Bezugnahme aufgenommen sind. - Wie in
1A gezeigt ist, weist die Hochdruckpumpe12 einen Durchmesser D1 und eine Breite W1 auf und die Niedrigdruckpumpe14 weist einen Durchmesser D2 und eine Breite W2 auf. Jede der Pumpen12 und14 ist eine balancierte Flügelzellenpumpe, so dass der Gebrauch der zwei Pumpen12 ,14 es jeder Pumpe erlaubt, individuell eine balancierte Last zu halten, das heißt, minimale oder keine Seitenlast gegenüber der Welle16 , sogar wenn die Pumpen12 und14 mit unterschiedlichen Drücken betrieben werden. Eine Pumpe kann mit einem sehr hohen Druck betrieben werden, wie zum Beispiel 65 BAR, während die andere Pumpe mit fast Null Druck betrieben werden kann, wie zum Beispiel weniger als 5 BAR. Daher kann der Wellendurchmesser verringert werden, was die Verwendung von kleineren Rotoren62 und somit kleinere Pumpen mit geringerem Oberflächenbereich an der Front des Rotors62 ermöglicht. Es ist zu beachten, dass diese Verwendung von geringeren Durchmesserpumpen für weniger Reibung sorgt, um den Strömungswiderstand zu reduzieren, was die Kraftstoffökonomie des Fahrzeugs verbessert. - In verschiedenen Anordnungen kann eine oder eine beliebige Kombination der Durchmesser D1 und D2 und der Breiten W1 und W2 variiert werden, um die Pumpenverdrängung für jeden Rotor zu ändern, um den Ölhaushaltsbedarf in dem Hydrauliksteuerungssystem zu optimieren und gleichzeitig Verpackungsbeschränkungen zu begegnen. Es ist zu beachten, dass bei einer herkömmlichen binären Pumpe die Pumpe Hochdruckhydraulikfluid bei entweder 100% oder 50% des Flusses (auch bezeichnet als eine 50/50 Aufteilung) liefert, da beide Austragsanschlüsse
64A und64B denselben projizierten Bereich gegenüber der Welle16 aufweisen. Die Anordnung, die in2 gezeigt ist, ermöglicht eine optimiertere Flussförderung, die eine beliebige gewünschte Flussförderungsaufteilung umfasst, wie zum Beispiel 60/40, 70/30 oder sogar 80/20 Prozent der Flussförderung, um den Pumpenstromverbrauch zu minimieren und gleichzeitig eine optimale Flussförderung zu dem Getriebe bereitzustellen. In bestimmten Getrieben jedoch, wie kontinuierlich variablen Getrieben, verwendet das Getriebe sowohl Hochdruck- als auch Niedrigdruckhydraulikfluid. Entsprechend kann die Anordnung der Pumpen12 und14 die Förderung von sowohl Niedrigdruck- als auch Hochdruckhydraulikfluid ermöglichen, um den Pumpenstromverbrauch am besten zu optimieren. - In einigen Anordnungen verwendet die flexible binäre Pumpe
10 eine einzelne balancierte Flügelzellenpumpe entweder als Niedrig- oder als Hochdruckpumpe und eine Gerotorzahnradpumpe als andere Pumpe, die typischerweise verwendet wird, um Niedrigdruckhydraulikfluid für Kühl- und Schmieranforderungen des Getriebes zu liefern. - Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur und Variationen, die nicht von dem Kern der Erfindung abweichen, sind dazu gedacht, im Rahmen der Erfindung zu liegen. Derartige Variationen sind nicht als eine Abweichung von dem Sinn und Rahmen der Erfindung zu betrachten.
- 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
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- US 6964631 [0017]
- US 8042331 [0019]
- US 8105049 [0026]
Claims (10)
- Flexibles binäres Pumpensystem für ein Kraftfahrzeuggetriebe, das umfasst: eine Welle; eine erste Flügelzellenpumpe, die an der Welle angebracht ist, wobei die erste Flügelzellenpumpe einen ersten Rotor mit einem ersten Durchmesser und einer ersten Breite aufweist, wobei die erste Flügelzellenpumpe Hydraulikfluid mit einem ersten Druck an das Getriebe liefert; und eine zweite Flügelzellenpumpe, die an der Welle angebracht ist, wobei die zweite Flügelzellenpumpe einen zweiten Rotor mit einem zweiten Durchmesser und einer zweiten Breite aufweist, wobei die zweite Flügelzellenpumpe Hydraulikfluid mit einem zweiten Druck an das Getriebe liefert, wobei der erste Durchmesser, die erste Breite, der zweite Durchmesser und die zweite Breite so gewählt sind, dass der Stromverbrauch des binären Pumpensystems und der Hydraulikfluidhaushalt für das Getriebe optimiert sind.
- Binäres Pumpensystem nach Anspruch 1, wobei das Getriebe ein Automatikgetriebe ist.
- Binäres Pumpensystem nach Anspruch 1, wobei das Getriebe ein kontinuierlich variables Getriebe ist.
- Binäres Pumpensystem nach Anspruch 1, wobei die erste Pumpe und die zweite Pumpe balancierte Flügelzellenpumpen sind.
- Binäres Pumpensystem nach Anspruch 4, wobei der erste Rotor einen ersten Oberflächenbereich und der zweite Rotor einen zweiten Oberflächenbereich aufweist, wobei der erste Oberflächenbereich und der zweite Oberflächenbereich minimiert sind, um Reibungsverluste der ersten Flügelzellenpumpe und der zweiten Flügelzellenpumpe zu verringern, während die erste Pumpe und die zweite Pumpe jeweils balanciert bleiben, um die Seitenlasten an der Welle zu minimieren.
- Binäres Pumpensystem nach Anspruch 1, wobei der erste Rotor einen ersten Satz von Flügeln und der zweite Rotor einen zweiten Satz von Flügeln aufweist, wobei der erste Satz von Flügeln gegenüber dem zweiten Satz von Flügeln in Umfangsrichtung versetzt ist, um tonale Geräusche abzuschwächen, die von dem binären Pumpensystem ausgehen.
- Binäres Pumpensystem nach Anspruch 1, wobei die Austragsanschlüsse der ersten Pumpe gegenüber der Ausrichtung der Austragsanschlüsse der zweiten Pumpe in Umfangsrichtung versetzt sind, um Druckwelligkeitsstörungen abzuschwächen.
- Binäres Pumpensystem nach Anspruch 1, wobei der erste Druck größer ist als der zweite Druck.
- Binäres Pumpensystem nach Anspruch 8, wobei die binäre Pumpe bei einer gewünschten Anforderung das Hydraulikfluid mit einem ersten Druck und das Hydraulikfluid mit einem zweiten Druck fördert.
- Hydrauliksteuerungssystem für ein Kraftfahrzeuggetriebe, das umfasst: eine binäre Pumpe, die eine erste Pumpe und eine zweite Pumpe umfasst; und ein Druckregulatorventil, das Hydraulikfluid von der ersten Pumpe oder eine Kombination von Hydraulikfluid von der ersten Pumpe und von der zweiten Pumpe empfängt, wobei das erste Druckregulatorventil das Hydraulikfluid von der ersten Pumpe an einen Abschnitt des Getriebes oder die Kombination von Hydraulikfluid von der ersten Pumpe und der zweiten Pumpe zu dem ersten Abschnitt und an einen zweiten Abschnitt des Getriebes bereitstellt.
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