DE2617011A1

DE2617011A1 - Steuervorrichtung fuer eine axial verstellbare fluegelzellenmaschine

Info

Publication number: DE2617011A1
Application number: DE19762617011
Authority: DE
Inventors: Olof Torsten Aalund
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-04-21
Filing date: 1976-04-17
Publication date: 1976-11-04
Also published as: GB1532315A; SE7504554L; SE388012B; US4046493A

Description

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Olof Torsten Alund, 416 58 Göteborg, Schweden

Steuervorrichtung für eine axial verstellbare Flügelzellenmaschine

Die Erfindung betrifft das Gebiet der axial verstellbaren Flügelzellenmaschinen mit einem drehbar in einem Gehäuse gelagerten Rotor, der mit einer Mehrzahl sich axial erstreckender Lagernuten versehen ist, von denen jede mit zwei axial verschieblichen Dichtflügeln versehen ist, deren Arbeitsflächen sich axial aus den Lagernuten des Rotors heraus erstrecken und mittels einer geeigneten Führung während des Vorbeilaufs an einer Anzahl von fest im Gehäuse angeordneten Trennwänden vollständig in die Nuten eingeschoben werden können, wobei die Trennwände das Gehäuse in eine Mehrzahl von jeweils mit einem Einlass und einem Auslass für das Druckmittel versehenen Druckkammern unterteilen.

Maschinen dieser Art können als Flügelzellenmotor, bei dem die Druckkammern mit Druckmitteln unter Druck beschickt werden und die Leistung des Motors an der Rotorwelle abgenommen wird, oder als Flügelzellenpumpen ausgebildet werden, wobei die Rotorwelle gedreht wird und der Rotor da-

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bei das Druckmittel mit Druck beaufschlagt.

In beiden Fällen ist es wünschenswert, dass die Arbeitsbedingungen der Maschine während des Betriebes zur Anpassung an unterschiedliche äussere Lasten bzw. an einen unterschiedlichen Leistungsbedarf geändert werden können.

Die Erfindung betrifft nun eine Steuereinrichtung, mittels der eine automatische Steuerung oder Regelung der Verschiebung der verschiebbaren Dichtflügel der Maschine erzielt werden kann. Hierzu ist an jeder Seite des Rotors eine Druckplatte mit Durchbrüchen für die Trennwände vorgesehen, wobei die Dichtflügel, wenn sie aus den Lagernuten herausragen, an den Druckplatten anliegen, die ihrerseits mittels eines Steuerschiebers axial einstellbar sind, der den Druckmitteldruck in einem Raum zwischen den Druckplatten und der Wand des Gehäuses steuert.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, insbesondere in Verbindung mit den zusätzlichen Ansprüchen.

Es zeigt:

Figur 1 schematisch vereinfacht und in zwei unterschiedlichen Schnittebenen senkrecht zur Rotorwelle eine axial verstellbare Flügelzellenmaschine,

Figur 2 eine erfindungsgemässe Flügelzellenmaschine in einem Schnitt gemäss Linie II-II in Figur 1,

Figur 3 die Abwicklung eines Abschnittes des TJmfangs der

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inneren Teile der Maschine gemäss Figur 2 im Bereich einer der Trennwände,

I'igur 4- eine entsprechende Abwicklung im Bereich einer Axialnut im Rotor,

i'igur 5 die erfindungsgemässe Steuervorrichtung in einer

Darstellung gemäss i'igur 2 in einer anderen ßteuerstellung und

I'igur 6 die Steuervorrichtung gemäss i'igur 5 in einer weiteren Steuerstellung.

In I'igur 1 ist schematisch vereinfacht in Schnitten senkrecht zur Rotorwelle eine Plügelzellenmaschine in ihrem grundsätzlichen Aufbau dargestellt. Mit 1 ist dabei ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse bezeichnet, welches zur besseren Verdeutlichung in der Zeichnung in zwei unterschiedlichen Schnittebenen dargestellt ist, die zueinander parallel liegen, wobei die beiden unterschiedlichen Schnittebenen durch unterschiedliche Dichte der Schraffur verdeutlich sind. Eine Welle 2 ist drehbar im Gehäuse 1 gelagert und trägt einen Eotor 3> der in der aus I'igur 2 ersichtlichen Weise einen Mittelabschnitt von im wesentlichen demselben Aussendurchmeeser wie der Innendurchmesser des Gehäuses aufweist, und zwei vergleichsweise schlanke Endabschnitte besitzt, die an je einer Seite des Zwischenabschnittes angeordnet sind und geringere Aussendurchmesser als der Innendurchmesser des Gehäuses besitzen. Um den Umfang des Rotors herum ist in gleichmässiger Teilung eine Anzahl von sich axial erstreckenden Lagernuten 4 vorgesehen, im Beispielsfalle zwölf Nuten, in denen je zwei Dichtflügel 5 gehalten sind, die getrennt axial verschieblich sind. Die Dichtflügel 5 erstrecken

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sich zur Wand des Gehäuses 1 und gleiten unter Abdichtung an dieser. Entlang des Umfangs des Gehäuses sind in gleichen Abständen eine Anzahl von radialen festen Trennwänden 6 angeordnet, im Beispielsfalle drei Trennwände, von denen jede aus zwei Bandabschnitten besteht, von denen jeder an einer Seite des Mittelabschnitts des Rotors angeordnet ist und den Raum zwischen dem Mittelabschnitt des Rotors, dem Innenumfang des Gehäuses und der Endwand des Gehäuses abdichtet, so dass das Gehäuse in eine entsprechende'Anzahl von Druckkammern unterteilt ist. Jede Druckkammer weist einen Druckmitteleinlass 7 auf, der mit einer Druckmittelspeiseleitung 8 verbunden ist, die allen Druckkammern gemeinsam ist. Jede Druckkammer weist darüber hinaus einen Druckmittelauslass 9 auf, der mit einem gemeinsamen Auslasskanal 10 in Verbindung steht. Der Einlass 7 für jede Druckkammer ist in Drehrichtung am Vorderende der Druckkammer angeordnet, wogegen der Auslass am Ende der Kammer derart angeordnet ist, dass wenigstens ein Paar von Dichtflügeln in jeder Betriebsstellung den Einlass 7 gegen den zugehörigen Auslass 9 abteilt.

In Figur 2 ist ein Schnitt gemäss Line II-II in Figur 1 mit weiteren Einzelheiten der Flügelzellenmaschine und insbesondere deren Steuervorrichtung veranschaulicht, die in Figur 1 nicht dargestellt ist. Wie Figur 2 veranschaulicht, ist das Gehäuse im Beispielsfalle aus zwei im wesentlichen kreisförmigen Gehäuseendwänden 11 aufgebaut, von denen jede mit Sitzen für Kugellager 12 versehen ist, in denen die Welle 2 des Rotors umläuft. Die beiden Gehäuseendwände 11 sind mittels eines ringförmigen Gehäuseabschnittes 13 gegeneinander festgelegt, mit dem zusammen die Endwände einen geschlossenen Raum begrenzen. Die Speiseleitung 8 und der Auslasskanal 10 sind beide in dem ringförmigen Gehäuseabschnitt 13 untergebracht. Wie insbesondere im unteren Ab-

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schnitt der Figur 2 sichtbar ist, weist der Rotor 3 einen mittleren, mit gestrichelten Linien veranschaulichten Abschnitt 14 auf, der sich bis zur Innenwand des Gehäuseabschnittes 13 erstreckt. Die axiaüe Abmessung dieses Eotorabschnittes ist etwas grosser als die axiale Gesamtabmessung der radialen Abschnitte der beiden Dichtflügel und entspricht im wesentlichen dem Abstand zwischen den beiden festen Endwänden 6, die im Ringabschnitt 13 des Gehäuses gehalten sind. An jeder Seite des mittleren Rotorabschnittes ist ein Rotorabschnitt mit einem geringeren Durchmesser vorgesehen. Die Dichtflügel 5> die je paarweise in jeder der sich axial erstreckenden Lagernuten des Rotors angeordnet sind, sind im wesentlichen L-förmig bzw. umgekehrt L-förmig ausgebildet. Die beiden ßtegteile dieses Paares von L-förmigen Körpern erstrecken sich radial nach aussen und dichten gleitend gegen die Innenwand des Ringabschnittes 13 des Gehäuses ab, während die Bodenteile der L-förmigen Körper in einander entgegengesetzten Richtungen liegen. Die Bodenabschnitte der Dichtflügel sind gleitbeweglich in den sich axial erstreckenden Lagernuten des Rotors aufgenommen. Der Bodenteil des Dichtflügels ist an seinem nach aussen gerichteten Ende mit einem Gleitschuh 15 versehen, auf den eine am Rotor befestigte Feder 16 eine nach aussen gerichtete Kraft ausübt. An jeder Seite des Rotors ist zwischen den Dichtflügeln 5 und der Endwand 11 des Gehäuses eine ringfömige Druckplatte 17 vorgesehen. Die Druckplatten sind gegen Drehung gegenüber dem Gehäuse gesichert und bilden Gleitflächen für die Dichtflügel. Die Druckplatten sind mit Nuten 18 für die festen Trennwände 6 versehen, die unmittelbar davor angeordnet sind. In der Wand des Gehäuses 1 unmittelbar vor den festen Trennwänden sind darüber hinaus Führungen, beispielsweise Führungsnocken 19j gelagert, die auf die nach aussen gewandten GIeit-

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schuhe 19 der Dichtflügel während der Drehung wirken, so dass ein Paar von Dichtflügeln vollständig in die zugehörige Lagernut im mittleren Abschnitt des Rotors,also zwischen den beiden festen Trennwandabschnitten, eingedrückt wird, wenn die Dichtflügel an den Führungen vorbeilaufen. Die Feder 16 drückt dabei den Dichtflügel nach aussen und stellt die Arbeit sposition neu ein, sobald der Dichtflügel an der Führung

19 vorbei gelaufen ist.

Zwischen jeder Druckplatte I7 und der benachbarten Gehäuseendwand 11 ist ein freier Raum 20 vorgesehen, wobei die freien Räume 20 alle untereinander in freier Verbindung stehen. Weiterhin ist ein Raum 21 vorgesehen, der im Abstand vom Raum

20 in der Nachbarschaft der Rotorwelle liegt und über eine Entlüftungsöffnung 22 mit der Umgebung in Verbindung steht.

An einer der Gehäuseendwände 11 ist eine Steuervorrichtung gelagert, welche eine solche Steuerung der Maschine herbeiführt, dass in Abhängigkeit von wechselnden äusseren Lasten eine entsprechend eingestellte Maschinenleistung erzeugt wird. Die Steuervorrichtung weist im wesentlichen einen Steuerschieber 23 mit einem Schieberkörper 25 auf, der in einem Schiebergehäuse 24 beweglich gelagert und mittels einer Feder 26 in einer Richtung belastet ist. Das Schiebergehäuse weist drei Kanäle auf, die im Falle des als Flügelzellenmotor ausgebildeten Ausführungsbeispieles mit der Überdruck führenden Speiseleitung 8, mit dem Raum 20 zwischen der Druckplatte und der Gehäuseendwand und mit dem Raum 21, der im wesentlichen drucklos ist, in Verbindung stehen. Der Kanal im Schiebergehäuse, der von der Speiseleitung herkommt, weist eine Zweigleitung zu einer Kammer auf, in der Druck den Schieberkörper 25 in Gegenrichtung zur Belastung der Feder 26 drückt. Das gegenüberliegende Ende des Schieberkörpers ist an einem Ende eines Betätigungsgliedes 27 befestigt, beispielsweise einem Bowdenzug, der über eine ortsfest gelager-

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te Seilscheibe zu einer zweiten Seilscheibe geführt ist, die mit einer der Druckplatten 17 verbunden ist, undder von dort weiterläuft zu einer ßetätigungshandhabe, die nicht näher dargestellt ist. Mit Rücksicht auf diese Einstellbarkeit von aussen her kann die Steuerungschrakteristik des Steuerschiebers durch Änderung der wirksamen Federkraft abgeändert werden. In Figur 2 ist die Steuervorrichtung in ihrer Neutralstellung veranschaulicht, in der die Welle des Rotors unter konstanter Last arbeitet, die an der Betätigungshandhabe eingestellt wird. In dieser Stellung gleichen der Druck aus der Speiseleitung 8 und die Kraft der Feder 26 einander aus, so dass der Schieberkörper 25 in einer Stellung ruht, in der die Verbindungen der drei Kanäle des Schiebergehäuses untereinander alle abgeschlossen sind.

In den Figuren 3 und 4- sind schematisch vereinfacht Abschnitte der Abwicklung des Umfangs der Innenteile der Flügelzellenmaschine an der Innenseite des ringförmigen Gehäuseabschnittes 13 mit Blickrichtung auf die Rotorwelle veranschaulicht, wobei Figur 3 eine Draufsicht und Figur 4 eine Unteransicht auf die Maschine in der Darstellung gemäss Figur 2 zeigen. Aus Figur 3 ist ersichtlich, wie ein Paar von Dichtflügeln vollständig in eine Lagernut im mittleren Abschnitt des Rotors 3 eingeschoben ist, wenn die festen Trennwände vorbeilaufen, während in Figur 4 veranschaulicht ist, wie ein Paar von Dichtflügeln 5 gegen die Druckplatte 17 in den Bereichen anliegt, in denen die Dichtflügel in ihre Arbeitsstellungen ausgefahren sind.

In Figur 5 ist die Steuer- oder Regelvorrichtung, die im Ergebnis eine geführte Regelung ergibt, in einer Schaltstellung dargestellt, in der die Last an der Rotorwelle zunimmt. Durch die erhöhte Energie, die dadurch durch das Druckmittel zur Drehung des Rotors aufgebracht werden muss, steigt auch der Druck in der Speiseleitung 8 an. Dadurch steigt auch der der

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Federkraft aus den Schieberkörper 25 entgegenwirkende Druck an, so dass der Schieberkörper sich gegen die Kraft der Feder in der Darstellung nach oben bewegt, bis der Raum 20 mit dem Raum 21 in Verbindung tritt, der mit der Umgebungsatmosphäre verbunden ist.

In Figur 6 schliesslich ist der umgekehrte Betriebszustand veranschaulicht, wonach also die Belastung an der Rotorwelle 2 abnimmt. Dadurch erfolgt ein Druckabfall in der Speiseleitung 8 und drückt die Feder 26 den ßchieberkörper 25 über seine Neutralstellung hinaus in eine solche Stellung, in der die Überdruck enthaltende Speiseleitung 8 mit dem Raum 20 zwischen den Druckplatten und den Gehäuseendwänden 11 verbunden wird.

Die erfindungsgemässe Flügelzellenmaschine nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel arbeitet wie folgt. Wenn das Drehmoment an der Welle 2 ansteigt, so erfolgt auch ein Anstieg des Drucks im öl in der Speiseleitung 8, so dass der Schieberkörper 25 derart verschoben wird, dass der Raum 20 zwischen den Druckplatten 17 und der Gehäuseendwand 11 mit dem Raum 21 im Inneren der Maschine in Verbindung tritt; der Raum 21 ist im wesentlichen drucklos und steht über die Entlüftungsöffnung 22 mit der Umgebung in Verbindung. Dadurch wird das zwischen den Druckplatten und den Gehäusewänden eingeschlossene Druckmittel unter Druck durch den Raum 21 und die Entlüftungs- oder Ablauföffnung 22 abgeleitet, so dass die Druckplatten unter dem Druck, dem sie von dem die Dichtflügel beaufschlagenden Drucköl her ausgesetzt sind, nach aussen gegen die benachbarten Gehäuseendwände 11 gedrückt werden. Dadurch wird die wirksame Arbeitsfläche der Dichtflügel vergrössert, so dass das Drehmoment zunimmt und gleichzeitig die Drehgeschwindigkeit umgekehrt proportional abnimmt.

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Wenn das Moment an der Welle 2 abnimmt, so nimmt der Schieberkörper 25 zunächst seine Neutralstellung ein, in der alle Kanäle gegeneinander abgeschlossen sind, so dass jede Strömung sverbindung zwischen den Räumen 8, 20 und 21 unterbunden ist. Wenn das Moment an der Welle 2 weiter abnimmt, so dass der Öldruck in der Speiseleitung 8 geringer ist als der von der Feder 26 aufgebrachte Druck, so wird der Schieberkörper 25 durch die Feder verschoben, bis seine andere Endstellung erreicht ist, in der die Hochdruckspeiseleitung 8 mit dem Raum 20 zwischen den Druckplatten und den Gehäusewänden verbunden ist. Die Druckplatten werden hierdurch nach innen gegeneinander bewegt, wodurch die Dichtflügel 5 weiter in die Lagernuten im Mittelabschnitt des Rotors hineingedrückt werden. Dadurch wird die wirksame Arbeitsfläche der Dichtflügel verringert und nimmt das Drehmoment ab, während gleichzeitig die Drehgeschwindigkeit des Rotors zunimmt. Auf diese Weise gibt der Motor stets eine konstante Ausgangsleistung ab, unabhängig von Änderungen in der Drehgeschwindigkeit des Rotors.

Die Drehgeschwindigkeit kann darüber hinaus von Hand durch entsprechende Einstellung der nicht näher dargestellten Betätigungshandhabe beeinflusst werden. Um die Drehgeschwindigkeit zu vermindern, wird am Bowdenzug 27 gezogen. Dadurch versucht die Seilscheibe 28, die an der Druckplatte 17 befestigt ist, die Druckplatte in Richtung auf den Zug am Kabel 27 mitzunehmen. Die Druckplatte wird Jedoch in ihrer momentanen Stellung durch das Druckmittel unter Druck im Raum 20 gehalten, so dass der Zug des Kabels stattdessen auf den Schieberkörper 25 übertragen wird, der gegen die Kraft der Feder 26 in die Stellung gezogen wird, in der der Raum 20 mit dem Miederdruckraum 21 in Verbindung tritt, so dass der Druck im Raum 20 abfällt. Wenn die Druck-

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platte hierdurch nach aussen bewegt wird und dabei die Breite des Raumes 20 vermindert, wird die an der Betätigungshandhabe eingestellte Zugkraft abgebaut und wird der Zug auf den Schieberkörper 25 soweit vermindert, dass der Schieberkörper 25 durch den Druck der Feder 26 wieder seine Neutralstellung einnehmen kann. Durch diese Handeinstellung erfolgt somit im Ergebnis dieselbe Steuerung wie bei einem Druckanstieg in der Speiseleitung 8, so dass ein Drehzahlabfall erzielt wird..

Wenn die Betätigungshandhabe derart eingestellt wird, dass sich das Kabel des Bowdenzüge27 verlängert, so kann der Schieberkörper 25, sofern der Druck in der Speiseleitung 8 nicht zu hoch ist, durch die Feder 26 derart bewegt werden, dass der Raum 20 mit der Hochdruckspeiseleitung 8 in Verbindung gelangt und somit unter Druck gesetzt wird. Die Druckplatten werden dabei nach innen bewegt, so dass die bewegliche Seilscheibe 28 das Kabel 2? auszieht und so der Schieberkörper wieder in seine Neutralstellung verschoben wird, so dass die Bewegung der Druckplatten aufhört. Bei dieser Beeinflussung durch Hand reagiert die Maschine in der weiter oben im Zusammenhang mit einem Druckanstieg erläuterten Weise, also so, als würde das Moment an der Welle zunehmen. Die Drehgeschwindigkeit des Motors und das Drehmoment hängen somit von der Einstellung der Betätigungshandhabe und vom Druckmitteldruck ab.

Wenn die erfindungsgemasse Flügelzellenmaschine als Flügelzellenpumpe arbeiten soll, so wird die Steuervorrichtung dahingehend abgeändert, dass die Anschlüsse für die Verbindungskanäle zur Hochdruckspeiseleitung 8 und zum Niederdruckraum 21 ausgetauscht werden. Die Führung des Kabels 27 für die Betätigunprshandhabe erfolgt dabei anders, da die Bewegungen der Druckplatten bei geändertem Druck im Falle der Arbeitsweise der Maschine als Pumpe entgegengesetzt wie im Falle der Arbeitsweise als Motor sind. Wenn die axial ver-

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stellbare JPlügelzellenmaschine als Pumpe arbeitet, so wird ein konstanter Förderdruck dadurch erzielt, dass die Pumpe automatisch das gepumpte Ölvolumen in Abhängigkeit von Druckänderungen oder von Ansätzen zu Druckänderungen vergrössert oder verkleinert. Das maximale 3?Ördervolumen wird darüber hinaus durch die Betatigungshandhabe eingestellt.

Wie die vorstehende Beschreibung zeigt, ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern sind vielfache Abwandlungen und Abänderungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

Patent- (Schutz-) Ansprüche

1. Steuervorrichtung für eine axial verstellbare Flügelzellenpumpe mit einem drehbar in einem Gehäuse gelagerten Rotor mit einer Mehrzahl von sich axial erstreckenden Lagernuten, von denen jede mit zwei axial verschiebbaren Dichtflügeln versehen ist, deren Arbeitsflächen axial aus der Lagernut des Rotors herausragen und die bei ihrem Vorbeilauf an einer Anzahl von fest im Gehäuse angeordneten und das Gehäuse in eine Mehrzahl von Druckkammern unterteilenden Trennwänden mittels IPührungen vollständig in die Nuten einschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Seite des Rotors (3) eine Druckplatte (17) mit schlitzförmigen Durchbrüchen (18) für die Trennwände (6) vorgesehen ist, dass die aus ihren Lagernuten (Λ-) axial herausragenden Dichtfiügel (5) an den Druckplatten anliegen und dass ein Steuerschieber (23) zur Steuerung des Druckmitteldruckes im Raum (20) zwischen den Druckplatten und der Wand (11) des Gehäuses zur axialen Einstellung der Druckplatten in Abhängigkeit von Änderungen des Druckmitteldruckes vorgesehen ist.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieberkörper (25) des Steuerschiebers (23) in einer Richtung federbelastet und in der Gegenrichtung durch den Momentandruck in der Speiseleitung (8) für die Druckkammern beaufschlagt ist, und dass mittels des Steuerschiebers (23) der Raum (20) zwischen

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den Druckplatten (17) und der Gehäusewand mit einem Niederdruckraum (21) oder einem Hochdruckraum (8) in Abhängigkeit von Druckänderungen in der Speiseleitung (8) zur Steuerung der Axialstellungen der Druckplatten (17) und damit der momentanen Arbeitsflächen der Dichtflügel (5) verbindbar ist.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (23) in einer Neutralstellung, in der der Druck in der Speiseleitung (8) die Federkraft ausgleicht, den Raum (20) zwischen den Druckplatten (17) und der Gehäusewand (11) von den anderen Räumen abschliesst.

4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3₅ dadurch gekennzeichnet, dass an dem Steuerschieber (23) eine Betätigungshandhabe zur Veränderung der wirksamen Federkraft angreift.

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