DE102020114389A1 - Gebläserad mit ener nahtlosen Anbindung der Laufradschaufeln an einen Scheibenkörper - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Gebläserad mit um eine Rotationsachse des Gebläserads angeordneten Laufradschaufeln, die auf zumindest einer ihrer beiden axialen Seiten jeweils einstückige, nahtlose und kerbstellenfreie Übergänge in einen Scheibenkörper bilden, wobei der Scheibenkörper die Laufradschaufeln in Umfangsrichtung um die Rotationsachse verbindet und Abschnitte zwischen den Laufradschaufeln, welche Strömungskanäle des Gebläserads bestimmen, überdeckt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Gebläserad mit einer nahtlosen Anbindung der Laufradschaufeln an einen Scheibenkörper.
- Aus dem Stand der Technik sind Gebläseräder mit zwischen einer Bodenscheibe und einer Deckscheibe angeordneten Laufradschaufeln bekannt, wobei die Laufradschaufeln stoßend an die Boden- und oder Deckscheibe angebunden sind. Beispielsweise offenbart derartige Gebläseräder die Druckschrift
EP 2218917 B1 . Die Konturen der Deckscheibe und oder Bodenscheibe sind dabei in verschiedenen Ausführungen umgesetzt, wobei es jedoch stets eine Kerbstelle an der stoßenden Anbindungsstelle zwischen den Laufradschaufeln und der Bodenscheibe und Deckscheibe gibt. - Diese Kerbstelle ist sowohl strömungstechnisch als auch mechanisch ein kritischer Bereich der Gebläseräder, da sich hier einerseits unerwünschte Wirbel bilden, welche die Effizienz und Geräuschbildung negativ beeinflussen, und anderseits Spannungen in den Gläserädern die Drehzahlfestigkeit beschränken.
- Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein bezüglich der Effizienz, der Geräuschbildung und der Drehzahlfestigkeit verbessertes Gebläserad bereit zu stellen.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
- Erfindungsgemäß wird hierzu ein Gebläserad mit in einem Schaufelkranz um eine Rotationsachse des Gebläserads angeordneten Laufradschaufeln vorgeschlagen, die auf zumindest einer ihrer beiden axialen Seiten jeweils einstückige, nahtlose und kerbstellenfreie Übergänge in einen Scheibenkörper bilden. Der Scheibenkörper verbindet die Laufradschaufeln in Umfangsrichtung um die Rotationsachse und überdeckt Abschnitte zwischen den Laufradschaufeln, welche Strömungskanäle des Gebläserads bestimmen.
- Der Scheibenkörper bildet mithin die aus dem Stand der Technik bekannte Deckscheibe, oder wahlweise auch die Bodenscheibe, nach. Dabei gehen die Laufradschaufeln in den Scheibenkörper einstückig über, ohne dass es eine Verbindungsstelle gibt. Natürlich lässt es sich auch so betrachten, dass der Scheibenkörper entsprechend in die Laufradschaufeln übergeht. Zwar gibt es im Stand der Technik auch einstückige Gebläseräder, jedoch weist bei diesen die Verbindung zwischen den Laufradschaufeln und der Deckscheibe und der Bodenscheibe jeweils eine Kerbstelle auf, so dass gerade kein nahtloser Übergang gebildet ist. Die Erfindung bestimmt demgegenüber einen Verlauf zwischen den Laufradschaufeln und dem oder den Scheibenkörper(n), bei dem keine Verbindungsstellen vorgesehen sind, sondern nahtlose, kerbstellenfreie Übergänge vorliegen.
- Das Gebläserad ist in einer vorteilhaften Ausführung dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge von den Laufradschaufeln in den oder die Scheibenkörper, in einer Seitenansicht des Gebläserads gesehen, jeweils bogenförmig gerundet ausgeformt sind. Eine derartige Ausgestaltung ist hinsichtlich der Effizienz, der Geräuschbildung und der Drehzahlfestigkeit des Gebläserads besonders günstig.
- Ebenfalls vorteilhaft ist bei dem Gebläserad eine Ausgestaltung, bei welcher der Scheibenkörper, in einer Seitenansicht des Gebläserads gesehen, in den Abschnitten zwischen den Laufradschaufeln zusammen mit den Übergängen jeweils eine elliptische Kontur aufweist. Wenn man seitlich auf das Gebläserad blickt und zwei benachbarte Laufradschaufeln mit dem diese verbindenden Scheibenkörper betrachtet, bilden die beiden Übergänge zwischen den Laufradschaufeln und dem Scheibenkörperabschnitt zwischen den Laufradschaufeln eine halbe Ellipse. Daran anschließend erstrecken sich die Laufradschaufeln weiter axial zum gegenüberliegenden Scheibenkörper.
- Der Scheibenkörper ist vorzugsweise derart gestaltet, dass er eine axiale Einlassöffnung des Gebläserads bildet und eine radiale Ausblasöffnung des Gebläserads einseitig begrenzt. Der Scheibenkörper übernimmt somit auch die Funktion der aus dem Stand der Technik bekannten Deckscheiben.
- Wie vorstehend beschrieben, kann der Scheibenkörper die aus dem Stand der Technik bekannten Bodenscheibe und/oder Deckscheibe nachbilden. Es ist jedoch eine vorteilhafte Ausgestaltung des Gebläserads, bei der der Scheibenkörper die Deckscheibe nachbildet und das Gebläserad eine Bodenscheibe umfasst, welche eine Nabe des Gebläserads aufweist oder ausbildet. Die Nabe bildet die Schnittstelle zum Motor. Dabei sind an der Bodenscheibe die Laufradschaufeln befestigt oder ausgebildet.
- Bei dem Gebläserad sieht eine weiterbildende Ausführungsform vor, dass sich die Laufradschaufeln jeweils über eine Schaufellänge von einer Schaufelvorderkante zu einer Schaufelhinterkante erstrecken. Die Laufradschaufeln sind dabei aufgeteilt in einen Vorderabschnitt, der sich ausgehend von der Schaufelvorderkante in Richtung der Schaufelhinterkante erstreckt, einen Hinterabschnitt, der sich ausgehend von der Schaufelhinterkante in Richtung der Schaufelvorderkante erstreckt, und einen Übergangsabschnitt, der einen Übergang zwischen dem Vorderabschnitt und dem Hinterabschnitt bildet. Die Laufradschaufeln in dem Vorderabschnitt und dem Hinterabschnitt sind im Verlauf zwischen dem Scheibenkörper und der Bodenscheibe entgegengesetzt gekrümmt ausgebildet.
- Eine Ausführungsvariante dieses Gebläserads ist dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradschaufeln in dem Vorderabschnitt und dem Hinterabschnitt gegenüber einer kürzesten Verbindung zwischen dem Scheibenkörper und der Bodenscheibe entgegengesetzt, insbesondere dreidimensional gekrümmt ausgebildet sind.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Laufradschaufeln bogenförmig gekrümmt ausgebildet. Der Bogenverlauf erfolgt vorzugsweise bei einem konstanten oder im Wesentlichen konstanten Bogenradius.
- Günstig ist ferner eine Ausgestaltung des Gebläserads, bei der sich der Vorderabschnitt über mindestens 5%, vorzugsweise über 10-40% der Schaufellänge erstreckt. In gleicher Weise ist es von Vorteil, dass sich der Hinterabschnitt über mindestens 5%, vorzugsweise über 10-40% der Schaufellänge erstreckt.
- Bei dem Gebläserad verbindet der Übergangsabschnitt den Vorderabschnitt und den Hinterabschnitt. Insbesondere erfolgt der Übergang dabei in einem stetigen Verlauf entlang der Schaufellänge. Der Wechsel der Krümmung des Vorderabschnitts und den Hinterabschnitts, d.h. die entgegengesetzte Krümmung im Vorderabschnitt und den Hinterabschnitt wird im Übergangsabschnitt vorzugsweise durch einen gleichförmigen Verlauf realisiert.
- Ein strömungstechnisch vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Gebläserads sieht vorzugsweise vor, dass der Vorderabschnitt zur Rotationsachse hin und der Hinterabschnitt von der Rotationsachse weg gekrümmt ausgebildet ist.
- Ferner ist in einem Ausführungsbeispiel das Gebläserad dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenscheibe an ihrem radialen Außenrandabschnitt einen elliptischen Querschnitt aufweist, so dass ihr radialer Außenrand parallel oder im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse verläuft.
- Bei dem Gebläserad ist in einer vorteilhaften Ausführung ferner vorgesehen, dass sich die Laufradschaufeln von der Schaufelvorderkante zur Schaufelhinterkante jeweils nach radial außen und um die Rotationsachse erstrecken. Die Laufradschaufeln sind mithin gegenüber der Drehrichtung vorwärtsgekrümmt oder rückwärtsgekrümmt.
- Das erfindungsgemäße Gebläserad ist insbesondere ausgebildet als Radiallaufrad oder Diagonallaufrad. Vorzugsweise ist das Gebläserad aus einem Stück, insbesondere aus Kunststoff gefertigt. Die Nutzung von mehrteiligen Laufrädern aus Metall, insbesondere aus Blech ist jedoch ebenfalls möglich.
- Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines Gebläserads in einem ersten Ausführungsbeispiel; -
2 eine Seitenansicht des Gebläserads aus1 ; -
3 eine perspektivische Ansicht eines Gebläserads in einem zweiten Ausführungsbeispiel; -
4 eine Seitenansicht des Gebläserads aus2 ; -
5 eine perspektivische Schnittansicht eines Gebläserads in einem weiteren Ausführungsbeispiel; -
6 eine weitere perspektivische Schnittansicht eines Gebläserads in einem weiteren Ausführungsbeispiel. - Die
1 und2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines Gebläserads1 ausgeführt als Radiallaufrad mit mehreren in einem Schaufelkranz um die Rotationsachse RA angeordneten Laufradschaufeln2 , die sich in Umfangsrichtung gekrümmt um die Rotationsachse RA von der Nabe ausgehend von ihrer jeweiligen Schaufelvorderkante5 zu ihrer jeweiligen Schaufelhinterkante6 über ihre jeweilige Schaufellänge nach radial außen erstrecken. Axial einlassseitig bilden die Laufradschaufeln2 jeweils einstückige, nahtlose und kerbstellenfreie Übergänge7 in den Scheibenkörper3 , der in der Art einer Deckscheibe die Laufradschaufeln2 in Umfangsrichtung um die Rotationsachse RA verbindet und die Abschnitte9 zwischen den Laufradschaufeln2 überdeckt. Dabei bildet der Scheibenkörper3 die axiale Ansaugöffnung25 . Der Rand der Ansaugöffnung25 ist durch einen Abschnitt des Scheibenkörpers3 gebildet, der sich parallel zur Rotationsachse RA erstreckt. Zwischen den jeweiligen Laufradschaufeln2 und dem Scheibenkörper3 werden Strömungskanäle80 des Gebläserads1 bestimmt, welche radiale Ausblasöffnungen bilden. Die Übergänge7 von den Laufradschaufeln2 zu dem einstückig angebundenen Scheibenkörper3 verlaufen nahtlos und ohne Kerbstellen, wobei eine von der Rotationsachse RA nach radial außen gewölbte Bogenkontur der Schaufelhinterkante6 fließend über eine Rundung in den Scheibenkörper3 übergeht. In der Seitenansicht des Gebläserads1 gemäß2 ist gut zu erkennen, wie die Übergänge7 jeweils bogenförmig gerundet ausgeformt sind und eine Wölbung bzw. Krümmung der Schaufelhinterkante6 fortsetzen. Die konvexe Wölbung bzw. Krümmung nach radial außen der Laufradschaufeln2 verbleibt bei dieser Ausführungsform entlang der jeweiligen Schaufellänge von der Schaufelvorderkante5 zur Schaufelhinterkante6 gegenüber der Rotationsachse in derselben Richtung. Lediglich das Ausmaß der Wölbung bzw. Krümmung kann sich entlang der Schaufellänge verändern. - Die Formgebung der Laufradschaufeln
2 an den Scheibenkörper3 wiederholt sich an allen Laufradschaufeln2 , so dass die Abschnitte9 zwischen den einzelnen Laufradschaufeln2 zusammen mit den jeweiligen Übergängen7 jeweils eine elliptische Kontur in Form einer halben Ellipse bilden, wie es ebenfalls gut in der Seitenansicht gemäß2 zu erkennen ist. Hierdurch bilden sich an dem Scheibenkörper3 einlassseitig geschwungene V-förmige Axialeinschnitte19 . - Das Gebläserad
1 weist zudem die Bodenscheibe4 auf, an welcher die Laufradschaufeln stoßend einstückig entlang der Verbindung18 angeschlossen sind. Die Laufradschaufeln2 verlaufen in einem Winkel gegenüber der Rotationsachse RA in die Bodenscheibe, wie es2 zeigt. In ihrem radialen Außenrandabschnitt22 weist die Bodenscheibe4 einen elliptischen Querschnitt auf und geht von einer Erstreckung nach radial außen in eine Axialerstreckung über, so dass der radiale Außenrand der Bodenscheibe4 parallel oder im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse RA verläuft. - Die
3 und4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem die zur Ausführung gemäß1 identischen Merkmale nicht noch einmal wiederholt werden, sondern durch die vorliegende Bezugnahme als offenbart gelten. Gleiche Bezugszeichen benennen gleiche Merkmale. Im Unterschied zur Ausführung des Gebläserads1 aus den1 und2 ist die Wölbung bzw. Krümmung der Laufradschaufeln2 gegenüber der Rotationsachse RA entgegengesetzt, d.h. konvex zur Rotationsachse nach radial innen gerichtet. Die konvexe Wölbung bzw. Krümmung nach radial innen der Laufradschaufeln2 verbleibt bei dieser Ausführungsform entlang der jeweiligen Schaufellänge von der Schaufelvorderkante5 zur Schaufelhinterkante6 gegenüber der Rotationsachse RA in derselben Richtung. Lediglich das Ausmaß der Wölbung bzw. Krümmung kann sich entlang der Schaufellänge verändern. -
5 zeigt in einer seitlichen Schnittansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gebläserads1 . Die Ausformung des Scheibenkörpers3 und die Übergänge7 von den Laufradschaufeln2 zum Scheibenkörper3 entsprechen denjenigen der Ausführungsbeispiele der1-4 . Jedoch unterscheidet sich die Wölbung bzw. Krümmung der Laufradschaufeln2 gegenüber der Rotationsachse RA. Gemäß5 ist sind die Laufradschaufeln2 an der Schaufelvorderkante5 und der Schaufelhinterkante6 entgegengesetzt dreidimensional im Verlauf von dem Scheibenkörper3 zur Bodenscheibe4 gekrümmt ausgebildet. Genauer beschrieben sind die Laufradschaufeln2 aufgeteilt in einen Vorderabschnitt10 , der sich ausgehend von der Schaufelvorderkante5 in Richtung der Schaufelhinterkante6 erstreckt, einen Hinterabschnitt12 , der sich ausgehend von der Schaufelhinterkante6 in Richtung der Schaufelvorderkante5 erstreckt, und einen Übergangsabschnitt11 , der einen Übergang zwischen dem Vorderabschnitt10 und dem Hinterabschnitt12 bildet. Der Vorderabschnitt10 und der Hinterabschnitt12 erstrecken sich jeweils über ca. 30% der gesamten Schaufellänge, der dazwischen liegende Übergangsabschnitt11 bestimmt den Rest. Dabei weist der Übergangsabschnitt11 entlang der Schaufellänge einen stetigen Verlauf auf, so dass der Richtungswechsel der Krümmung der Laufradschaufeln2 vom Vorderabschnitt10 zum Hinterabschnitt12 entlang der Schaufellänge gleichförmig über die gesamte axiale Höhe der Laufradschaufeln2 und ohne Sprung erfolgt. Die Laufradschaufeln2 sind gemäß5 in dem Vorderabschnitt10 und dem Hinterabschnitt12 derart gekrümmt ausgebildet, dass die Laufradschaufeln2 in dem Vorderabschnitt10 und dem Hinterabschnitt12 gegenüber einer kürzesten Verbindung zwischen dem Scheibenkörper3 und der Bodenscheibe4 entgegengesetzt dreidimensional gekrümmt sind, wobei die Krümmung bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß5 im Vorderabschnitt10 von der Rotationsachse weg und im Hinterabschnitt12 zu der Rotationsachse hin erfolgt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß6 ist es genau umgekehrt, d.h. im Vorderabschnitt10 sind die Laufradschaufein2 zu der Rotationsachse hin und im Hinterabschnitt12 von der Rotationsachse weg gekrümmt. Die anderen Merkmale stimmen mit denjenigen aus5 überein. Die jeweils kürzeste Verbindung zwischen Bodenscheibe4 und Scheibenkörper3 ist jeweils durch die Gerade8 angedeutet, so dass die Krümmung im Hinterabschnitt12 besser zu erfassen ist. - Der Scheibenkörper
3 ist in allen Ausführungsbeispielen speziell ausgeformt und weist von radial innen nach radial außen gesehen zunächst den Abschnitt21 auf, der sich axial parallel zur Rotationsachse RA erstreckt und die Ansaugöffnung25 bestimmt. Daran schließt sich im seitlichen Querschnitt gesehen ein die Laufradschaufeln2 überdeckender bogenförmig gekrümmter Verlauf an, der im radialen Außenrandabschnitt23 wie ein Winglet wieder in die axiale Richtung parallel zur Rotationsachse RA übergeht. Der Scheibenkörper3 vollzieht über ihre Radialerstreckung mithin einen vollständigen axialen Richtungswechsel. Radial außenseitig schließen die Laufradschaufein2 und der Schaufelkörper3 zusammen ab, d.h. der Scheibenkörper3 steht weder über die Laufradschaufeln2 hervor, noch ist er diesen gegenüber zurückversetzt. - Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die in den Figuren gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr sind auch die beschriebenen Varianten umfasst, insbesondere die Anbindung der Bodenscheibe als Scheibenkörper an die Laufradschaufeln
2 entsprechend mit Übergängen7 auszubilden. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- EP 2218917 B1 [0002]
Claims (16)
- Gebläserad (1) mit um eine Rotationsachse (RA) des Gebläserads (1) angeordneten Laufradschaufeln (2), die auf zumindest einer ihrer beiden axialen Seiten jeweils einstückige, nahtlose und kerbstellenfreie Übergänge (7) in einen Scheibenkörper bilden, wobei der Scheibenkörper die Laufradschaufeln (2) in Umfangsrichtung um die Rotationsachse (RA) verbindet und Abschnitte (9, 10) zwischen den Laufradschaufeln (2), welche Strömungskanäle (80) des Gebläserads (1) bestimmen, überdeckt.
- Gebläserad nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge (7), zumindest in einer Seitenansicht des Gebläserads (1) gesehen, jeweils bogenförmig gerundet ausgeformt sind. - Gebläserad nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Scheibenkörper, zumindest in einer Seitenansicht des Gebläserads (1) gesehen, in den Abschnitten (9, 10) zwischen den Laufradschaufeln (2) zusammen mit den Übergängen (7) jeweils eine elliptische Kontur aufweist. - Gebläserad nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheibenkörper eine axiale Einlassöffnung (25) des Gebläserads (1) bildet und eine radiale Ausblasöffnung des Gebläserads einseitig begrenzt.
- Gebläserad nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Bodenscheibe (4) aufweist, welche insbesondere eine Nabe des Gebläserads (1) aufweist oder ausbildet, welche eine Schnittstelle zu einem Motor bildet und an der die Laufradschaufeln (2) befestigt oder ausgebildet sind.
- Gebläserad nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheibenkörper die Bodenscheibe (4) bildet.
- Gebläserad nach einem der vorigen
Ansprüche 5 -6 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Laufradschaufeln (2) jeweils über eine Schaufellänge von einer Schaufelvorderkante (5) zu einer Schaufelhinterkante (6) erstrecken, wobei die Laufradschaufeln (2) aufgeteilt sind in einen Vorderabschnitt (10), der sich ausgehend von der Schaufelvorderkante (5) in Richtung der Schaufelhinterkante (6) erstreckt, einen Hinterabschnitt (12), der sich ausgehend von der Schaufelhinterkante (6) in Richtung der Schaufelvorderkante (5) erstreckt, und einen Übergangsabschnitt (11), der einen Übergang zwischen dem Vorderabschnitt (10) und dem Hinterabschnitt (12) bildet, und wobei die Laufradschaufeln (2) in dem Vorderabschnitt (10) und dem Hinterabschnitt (12) im Verlauf zwischen dem Scheibenkörper und der Bodenscheibe (4) entgegengesetzt gekrümmt ausgebildet sind. - Gebläserad nach einem der vorigen
Ansprüche 5 -7 , dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradschaufeln (2) in dem Vorderabschnitt (10) und dem Hinterabschnitt (12) gegenüber einer kürzesten Verbindung zwischen dem Scheibenkörper und der Bodenscheibe (4) entgegengesetzt gekrümmt ausgebildet sind. - Gebläserad nach
Anspruch 7 oder8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradschaufeln (2) bogenförmig gekrümmt ausgebildet sind. - Gebläserad nach einem der vorigen
Ansprüche 7 -9 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Vorderabschnitt (10) über mindestens 5%, insbesondere über 10-40% der Schaufellänge erstreckt. - Gebläserad nach einem der vorigen
Ansprüche 7 -10 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hinterabschnitt (12) über mindestens 5%, insbesondere über 10-40% der Schaufellänge erstreckt. - Gebläserad nach einem der vorigen
Ansprüche 7 -11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsabschnitt (11) einen stetigen Verlauf entlang der Schaufellänge aufweist. - Gebläserad nach einem der vorigen
Ansprüche 7 -12 , dadurch gekennzeichnet, dass der Vorderabschnitt (10) zur Rotationsachse (RA) hin und der Hinterabschnitt (12) von der Rotationsachse (RA) weg gekrümmt ausgebildet sind. - Gebläserad nach einem der vorigen
Ansprüche 5 -13 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenscheibe (4) an ihrem radialen Außenrandabschnitt (22) einen elliptischen Querschnitt aufweist, so dass ihr radialer Außenrand parallel oder im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse (RA) verläuft. - Gebläserad nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Laufradschaufeln (2) von der Schaufelvorderkante (5) zur Schaufelhinterkante (6) jeweils nach radial außen und um die Rotationsachse (RA) erstrecken.
- Gebläserad nach einem der vorigen Ansprüche, ausgebildet als einstückiges Radiallaufrad oder Diagonallaufrad.
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