DE2650803A1

DE2650803A1 - Ventil

Info

Publication number: DE2650803A1
Application number: DE19762650803
Authority: DE
Inventors: Frank Francis Domyan; Chester Richard Lewan
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1975-11-10
Filing date: 1976-11-06
Publication date: 1977-05-12
Also published as: CA1059106A; AU1914976A; FR2330932A1; JPS5286535A; FR2330932B3; NL7612122A; IT1072854B

Description

Deutsche ITT Industries GmbH
Freiburg

F.P.Domyan-C.R.LeWan 5-

Ventil

Die Erfindung betrifft ein Ventil zur Steuerung von Flüssigkeiten oder Gasen mit einem Gehäuse, das eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung aufweist, wobei zwischen diesen öffnungen eine dreh- oder verschwenkbare Absperrvorrichtung angeordnet ist, an die eine Dichtanordnung unter Einwirkung von Federkräften angedrückt wird.

Bei den bisherigen Ventilen war die Abnutzung der Dichtwirkung abhängig von dem zur Dichtung notwendigen Druck, Die öffnungs- und Schließungskräfte für ein Ventil sind aber ebenso abhängig von .dem zur Dichtung notwendigen Druck. Bei allen bekannten Ventilen liegt sowohl in der Schließ- als auch in der Offenstellung des Ventils der gleiche zur Abdichtung benötigte Druck an. Dadurch ergeben sich die Nachteile, daß zur Betätigung solcher Ventile von der einen in eine andere Stellung viel Kraft benötigt und das Dichtmittel vorzeitig abgenutzt wird.

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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Verstellung eines Ventils von der einen in eine andere Stellung mit weniger Kraftaufwand und unter Schonung des Dichtmittels zu bewirken.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

In Übereinstimmung mit der Anordnung der vorliegenden Erfindung sind die oben beschriebenen und andere Nachteile an zum Stand der Technik gehörenden Ventilen durch die Justierbarkeit des Druckes für eine Ventildichtung überholt.

Vorteilahfte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patentanspruches 1 sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die oben beschriebenen und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden detailierten Beschreibung unter Hinzuziehung der dazugehörigen Zeichnungen besser verständlich gemacht.

Die Erfindung wird anhand von dargestellten Beispielen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht in der Längsrichtung eines Ventils, teilweise im Aufriß, nach der Linie 1-1 in Fig. 2, durch ein Kugel-Ventil nach der vorliegenden Erfindung in Schließstellung;

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Fig. 2 eine Ansicht der Frontseite des Ventils, teilweise geschnitten gezeichnet nach der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht in der Längsrichtung durch das Ventil nach Fig. 1, bei der das Ventil in geschlossener Stellung dargestellt ist;

Fig. H eine Ansicht ähnlich der in Fig. 2 dargestellten, bei der das Ventil sich in Offenstellung befindet;

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine einzelne Blattfeder, die bei dem Ventil nach der Erfindung zur Anwendung kommt;

Fig. 6 eine Seitenansicht der in Fig. 5 dargestellten Blattfeder;

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen mit Ausnehmungen versehenen Ring mit acht daran befestigten Blattfedern, wobei jede dieser Blattfedern die in den Fig. 5 und 6 dargestellten Formen aufweisen;

Fig. 8 einen Ausschnitt aus einem Ringpaar, zwischen denen die Blattfedern angeordnet sind und bei geschlossenem Ventil zusammengedrückt sind, wobei dieser Ausschnitt den Teil des Ringes nach Fig. 8 darstellt, der durch die Linie 8-8 in Fig. 7 markiert ist;

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Pig. 9 einen Ausschnitt aus einem Ringpaar, wie dargestellt in Fig. 8, die durch die Blattfedern auseinandergedrückt werden, wenn das Ventil sich in Offenstellung befindet, wobei dieser Ausschnitt den Teil des Ringes nach Fig. 7 darstellt, der durch die Linie 9~9 markiert ist.

In Fig. 1 ist das Kugel-Ventil nach der vorliegenden Erfindung mit 10 bezeichnet und das Ventilgehäuse mit 11, das einen Einbauflansch 12 und eine Einlassöffnung 13 aufweist. Der Einbauflansch 12 ist an dem Ventilgehäuse 11 befestigt und ist abgedichtet über den Umfang desselben durch einen O-Ring 14, der in einer äußeren Nut 15 des Einbauflansches 12 angeordnet ist. Die Auslassöffnung 16 wird durch das der Einlassöffnung 13 gegenüberliegende Ende des Ventilgehäuses gebildet.

Unabhängig von dem Vorhergeschilderten kann für einige Fälle die öffnung 16 auch als' Einlassöffnung und die öffnung 13 auch als Auslassöffnung verwendet werden. Dies trifftspeziell dann zu, wenn, wie dargestellt, die Ventilanordnung wie unter 17 gezeigt mit einem Druckausgleich bzw. einer Entlastung versehen ist.

Eine Kugel 18 ist drehbeweglich um eine gemeinsame Achse geführt von sich fluchtend gegenüberliegenden Wellenstümpfen 19 und 20, die an - einem im allgemeinen kugelförmigen Ventilkörper 21 befestigt sind und in der Umdrehungsrichtung um die

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gemeinsame Achse der Wellenstümpfe 19 und 20 eine kugelförmige Oberfläche aufweisen.

Die kugelförmige Oberfläche 22 ist nicht unterbrochen außer durch eine Bohrung 23, die sich durch den ganzen Ventilkörper 21 erstreckt. Die Bohrung 23 weist eine zylindrische Fläche auf, die durch die gemeinsame Achse der Wellenstümpfe 19 und 20 hindurchgeht und senkrecht dazu angeordnet ist.

Der Wellenstumpf 19 wird gegenüber dem Ventilgehäuse durch einen O-Ring 24 abgedichtet, der in einer 0-Ring-Auskehlung des Ventilgehäuses 11 angeordnet ist.

Ein Teil des Wellenstumpfes 19 ist mit 26 bezeichnet und in Rollenlagern 2 drehbar gelagert, die in einer Ausnehmung 28 des Ventilgehäuses 11 angeordnet sind. Eine Unterlegscheibe 29 ist als Gleitscheibe um den Teil 26 des Wellenstumpfes 19 gelagert.

Der Wellenstumpf 19 weist auch ein Teil 30 auf, um den eine Nooke 31 angeordnet ist, die mit einem Stift 32, der im Press-Sitz in einer Bohrung 33 des Ventilkörpers 21 steckt, am Ventilkörper 21 befestigt ist.

In der dargestellten Position ist die Gesamtheit der Oberfläche des Ventilkörpers 21 innerhalb der Dichtanordnung 17 nicht unterbrochen durch die Bohrung 23, die sich im allgemeinen im rechten Winkel bzw. senkrecht zu der Längsachse des Ventils IO Und gleich* zeitig durch die Mitte des Ventilkörpers 21 sich erstreckt und zwar horizontal in der Ebene, wie in Fig. dargestellt ist.

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Zur Dichtanordnung 17 gehören die Ringe 3¹* und 35, die, außer Einzelheiten, im wesentliche identisch ausgebildet sind. Die Einzelheiten, die die Unterschiede bilden, werden später beschrieben. Die Ringe J>k und 35 können in axialer Richtung gleitend auf einem Zylinder 36 ausgebildet sein, wenn dies gewünscht wird. Der Ring 3¹J muß gleitend auf dem Zylinder 36 angeordnet sein. Der Zylinder 35 ist gegenüber einer zylindrischen Anordnung 37 des Exnbauflansches 12 mit einem O-Ring 38 abgeschlossen, der in einer O-Ringnut 39 der zylindrischen Anordnung 37 sitzt.

Zwischen den Ringen 3^ und 35 ist ein Satz von Blattfedern angeordnet, wie später noch beschrieben wird. Diese Blattfedern sind aus übersichtliehkeitsgründen in Fig. 1 nicht dargestellt.

Die Blattfedern üben eine Kraft auf die Dichtanordnung aus, wenn der Ventilkörper 21 in Offen-Stellung ist. Die Blattfedern sind relativ schwach um das notwendige Drehmoment beim öffnen oder Schließen des Ventils 10 durch Drehen des Wellenstumpfes 19 in der einen oder in der anderen Richtung,in welche der Wellenstumpf 19 drehbar ist, zu beeinflussen.

Auf der anderen Seite ist eine schneckenförmig gewundene Druckfeder *J0 angeordnet, um die Kraft auf die Dichtanordnung 17 wesentlich zu vergrößern und dadurch auch den Dichtdruck gegen die kugelförmige Oberfläche 22, wenn das Ventil geschlossen ist, wie in Fig. 1 dargestellt ist.

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Die Druckfeder Ίο wird immer unter Druck gehalten zwischen einer kreisförmigen Plliche Hl innerhalb des Einbauflansches 12 und deir? Ring 3*1.

In der in Fig. 1 dargestellten Stellung des Ventils sind im wesentlichen identische Vorsprünge H2 und 42' durch die Ausnehmungen *J3 und k3' in dem Ring 35 hindurchgeführt. Die Größe und die Ausbildung der Hocken und 31' verhindern, daß die Vorsprünge k2 und Ί2' in der Schließstellung" eine wesentliche Kraft oder irgendeine Kraft ausüben, um den Ring 3^ in Richtung der Druckfeder *IO (nach links) zu bewegen, wie in Pig» I dargestellt ist. Eine maximale Kraft wirkt so durch die am Ring 3^ anliegende Druckfeder kO und die zwischen den Ringen 3^ und 35 angeordneten, nicht in Fig. 1 dargestellten Blattfedern auf die Dichtanordnunp 17 ein.

Die Dichtanordnung 17 wird so gepen die kugelförmige Oberfläche 22 des Ventilkörpers 21 mit einer maximalen Kraft gedrückt, da, wie vorher schon beschrieben, der Ventilkörper 21 mittels des Wellenstumpfes 19 in die Schliesstellung gedreht worden ist.

Zum besseren Verständnis wird die Bichtanordnung 17 in den Einzelheiten noch in Zusammenhang itrit Fig. 3 beschrieben. Der Zylinder 36 weist einen Flansch ¹Mf (Fig. 3) auf, gegen den der Ring 35 anliegt. Der Zylinder 36 weist auch einen Flansch %5 auf, der mit diesem verbunden ist. Ein Ring 46, dessen vordere

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nach innen weisende Kante abgeschrägt ist, ist ebenfalls daran befestigt.. Ein Dichtring Ί7 und ein darunter liegender Ring M8 sindVdem Spalt zwischen dem Ring '4 und dem Flansch *J5 gegen die innere Oberfläche des Flansches ¹Hl anliegend, befestigt.

Wie weiterhin der Fig. 1 zu entnehmen ist, ist ein Teil des Wellenstumpfes 20 mit 30' bezeichnet, -der identisch zu dem Teil 30 ausgebildet sein kann. Wie bereits erwähnt, ist eine Nocke 31' vorgesehen, die ebenfalls identisch zur Nocke 31 ausgebildet sein kann, und ein Stift 32', der identisch zu dem Stift 32 ausgebildet sein kann, der in einer Bohrung (nicht dargestellt aber identisch zu 33) im Press-Sitz angerodnet ist, wobei die Nocke 31' mit dem Stift 32' in Eingriff steht. Die Vorsprünge *I2 und ^2' sind gleitbar in den Ausnehmungen ^9 und 49' des Ventilgehäuses 11 angeordnet.

Im Ventilgehäuse 11 ist auch eine Scheibe 50 vorgesehen, die zwischen einem Schnappring 51 und den Schultern 52 und 53 des Ventilgehäuses 11 sitzt. Gegenüber dem kreisförmigen Teil 5^ des Ventilgehäuses ist die Scheibe 50 durch einen 0-Ring 55 abgedichtet, der in einer O-Ring-Ausnehmung 56 der Scheibe 50 angeordnet ist. In der Scheibe 50 sind an der Stelle, an der der Wellenstumpf 20}irehbar hindurchragt, in einer Ausnehmung 58 Rollenlager 57 angeordnet.

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Unterlegscheiben 59 und 60, in denen sich der Wellenstumpf 20 drehen kann, sind auf diesem so gegenüberliegend angeordnet, daß eine wellenförmig gebogene Feder 61 zwischendiesen Unterlegscheiben 59 und 60 aufgenommen wird.

V/enn das Kugel-Ventil 10 nach Fig. 1 verwendet wird, um für normales Gas als offner und Schließer zu dienen unter einem Druck von 50 kg (100 pound) pro Quadrat-Zoll, kann der Wellenstumpf 19 mit der Hand gedreht werden. Alternativ dazu kann der Wellenstumpf 19 mit einem Ausgleichsteil 62 versehen werden, auf dem ein bekannter Knopf mittels einer Madenschraube befestigt werden kann. In diesem Fall kann der Knopf ebenfalls von Hand gedreht werden.

V/eiterhin kann irgendeine hydraulische oder eine andere halbautomatische oder automatische Ventilsteuerung vorgesehen werden, z.B. so eine Steuerung, wie sie Gegenstand des US-Patentes Nr. 3,880,05*] ist.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist eine Anzahl von Blattfedern 63 zwischen den Ringen 3¹J und 35 vorgesehen. Ebenso zeigt Fig. 2 die Aussparung ^9'j die durch die Ventilgehöusevorsprürige Gk und 65 gebildet werden. Wie auch aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Nocke 31 (Geschlossene Position) nicht in der Stellung, die ausreichen würde den Ring 3^ gegen die Druckfeder (nach links) zu drücken.

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In Pig, 4 dagegen vermindert die Stellung der Nocke den Druck der Feder ^O auf den Ring 3^ und damit auf die Blattfedern 63.

V/ie aus Fig. 3 hervorgeht, in der der Ventilkörper 21 in der Offen-Stellung dargestellt ist, wird der Dichtring 47 so gegen die kugelige Oberfläche 22 mit der kleineren Kraft, die durch die Blattfedern 63 erzeugt wird, gepreßt. Die größere Kraft die auf den Dichtring 47 drückt wird durch die Druckfeder 40 erreicht und zwar dann, wenn die Nocke 31 in der Stellung sich befindet, wie sie aus Fig. 2 hervorgeht.

V/ie bereits vorher erläutert, kann derjRing 3¹J gleich ausgebildet sein wie der Ring 35s ausgenommen die Ausbildung der Ausnehmungen ¹13 und ^3'. Der Ring 35 ist in Fig. 7 dargestellt und weistElattfedern 66 auf, die mit Nieten 67 am Ring 35 so befestigt sind, daß deren Federwii"kung nicht beeinträchtigt wird.

Eine vergrößerte Ansicht einer in Fig. 7 dargestellten Blattfeder 66 ist in Fig. 5 in Draufsicht und in Fig. in Seitenansicht gezeigt. Die Blattfeder ist hier mit 68 bezeichnet und weist eine Durchgangsbohrung 69 auf, durch die eine der.Nieten 67 gesteckt und darin mit dem Ring 35 so vernietet wird, daß die Wirkung der Blattfeder nicht beeinträchtigt wird.

Wenn das VentilllO in Schliesstellung ist, nehmen die Ringe 3^ und 35 eine Stellung ein, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist, wobeijwie ebenfalls in Fig. 8 dargestellt, die Blattfedern 70 durch die Druckfeder 40

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zusammengedrückt werden.

Wenn das Ventil 10 in Offen-Stellung fet, nehmen die Ringe 3¹I und 35 eine Stellung ein, wie sie aus Fig. 9 hervorgeht, wobei, wie ebenfalls in Fig. 9 dargestellt, die Blattfedern 71 auffedern.

Für jede der Blattfedern 68, 70 und 71 wurden individuelle Bezugszeichen gegeben; wie auch immer,jede von diesen ist eine der Blattfedern 66 und diese wiederum eine Blattfeder des Blattfedersatzes 63 (Fig.2 oder ¹O .

Es können nicht dargestellte Anschläge für ein oder beide Wellenstümpfe 19 und 20/ wie in Fig. 1 dargestellt, vorgesehen werden, wenn sie gewünscht bzw. benötigt werden. Alternativ dazu können diese Anschläge auch bei oder an halbautomatischen oder automatischen; hydraulischen oder anderwertig ausgebildeten Ventilbetätigungseinrichtungen vorgesehen werden, montiert in einer festen Stellung relativ .zu dem Ventilgehäuse 11 und mit dem Teil 62 des Wellenstumpfes 19 in Eingriff stehend.

Bei einer anderen Ausbildung kann zwischen dem Wellenstumpf 19 und dem Gehäuse 11 eine Anzeigevorrichtung vorgesehen sein, die anzeigt, ob das Ventil 10 offen oder geschlossen ist.

Die Verwendung von Blattfedern für die Federn 66 nach Fig. 7 ist nicht kritisch. Es können aber auch gewundene Federn oder Federn von anderer Form zwischen den Ringen 3*1 und 35 vorgesehen werden, wenn dies gewünscht wird.

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Die Ausnehmungen 43 und 43' im Ring 35 sind für dieses Beispiel ausgewählt. Wenn die Vorsprünge 42 und 42' in einer Stellung außerhalb des äußeren Durchmessers des Ringes 35 angeordnet sind und dann mit dem Ring in Eingriff kommen sollen, kann der Ring 35 auch mit einem größeren Durchmesser versehen werden als der dargestellte Durchmesser des Ringes 35. Die Blattfedern 66, die in Fig.7 dargestellt sind, oder andere Ausführungen solcher Federn brauchen nicht notwendigerweise am Ring 35 befestigt werden, sondern können auch am Ring 34 befestigt sein. In diesem Fall kann oder nicht der Ring 34 einen größeren äußeren Durchmesser als der Außendurchmesser des Ringes 35 haben und die Ausnehmungen 43 und 43' könnenv&der können beispielsweise im Ring 35vorgesehen sein.

11 Ansprüche

4 Bl. Zeichnungen

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Claims

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Ansprüche

Ventil zur Steuerung von Flüssigkeiten oder Gasen mit einem Gehäuse, das eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung aufweist, wobei zwischen diesen Öffnungen eine dreh- oder verschwenkbare Absperrvorrichtung angeordnet ist, an die eine Dichtanordnung unter Einwirkung von Federkräften angedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von Steuermitteln (31, 31', 42, 42') die auf dem dreh- oder verschwenkbaren Ventilkörper (21) angeordnet sind.bzw. zwischen Teilen (64, 65) des Ventilgehäuses (11) geführt v/erden, die Andruckkraft der Dichtanordnunp (17) an den Ventilkörper (21) zwischen Offen-Stellung und Schliesstellunr des Ventilkörpers (21) bzw. umgekehrt variierter ist.

Ventil nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (21) im wesentlichen kugelförmig (22) ausgebildet ist und die Dichtänordnung (17) sowohl in der Offen- als auch in der Schliesstellung des Ventilkörpers (21) an die kugelförmige Fläche (22) des Ventilkörpers (21) angedrückt wird.

Ventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der \>"entilkörper (21) senkrecht zur durch die Wellenstümpfe (19 und 20) gegebenen Drehachse eine Bohrung (23) aufweist, die in Schliesstellung senkrecht zur Längsausdehnung des Ventilgehäuses (11) und in Offen-Stellung in Richtung der Längsausdehnung des Ventilkörpers (11) angeordnet ist.

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4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (31, 31', 42, 42') so ausgebildet sind, daß die die Dichtanordnung (17) an den Ventilkörper (21) andrückende Kraft (Federn 40, 66, 68, 70, 71) in der einen Stellung des Ventilkörpers (21) kleiner ist als in der anderen Stellung.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtanordnung (17) "auf einem Zylinder (36) angeordnet ist, der entlang der Außenfläche eines weiteren Zylinders (37) verschiebbar ist, wobei eine Druckfeder (40) beide Zylinder (36, 37) um-

ersten
gibt und in Richtung der anryiyiinder (36) befindlichen Dichtanordnung (17) drückt.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zylinder (36, 37) umgebende Druckfeder (40) sich auf der einen Seite amJBoden (4l) des Ventilgehäuses (11) abstützt und gepen eine Anordnung von zwei Ringen (34, 35), von denen mindestens ein Ring (34) auf der Außenseite des einen Zylinders (36) verschiebbar ist, drückt.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenfläche einen der beiden Ringe (34, 35) Federn (66, 68, 70, 7D angeordnet sind, die so ausgebildet sind, daß sie bestrebt sind die Ringe (34 und 35) auseinander zu drücken.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der in Richtung der Dichtanordnung (17) liegende eine Ring (35) zwei Ausnehmungen (43 und 43') aufweist, durch die Teile der Steuermittel

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(Vorsprünge 42, 42') hindurchgreifen und in Offen-Stellung des Ventilkörpers (21) zur Anlage an der Innenseite des anderen Ringes (34) gelangen und diesen gegen die Wirkung der Druckfeder (40) verschieben.

9. Ventil nach den Ansprüchenl bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verschieben des Ringes (34) gegen die VJirkung der Druckfeder (40) (Offen-Stellung) die zwischen den Ringen (34 und 35) angeordneten Federn (66, 68, 70, 71) zum Teil entspannt werden, aber mit einem Teil ihrer Federkraft noch die Dihtanordnung (17) gegen den Ventilkörper (21) drücken.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,· daß die Federkräfte, die die Dichtanordnung (17) mit ihrem abgeschrägten Teil an den Ventilkörper (21)in Offen- und/oder in Schliesstellung drücken, einstellbar sind.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellbarkeit der Federkräfte von dem Verlauf der Kurvenform der Nocken (31, 31')> der Länge der Vorsprünge (42 und 42') und der Steifigkeit des verwendeten Federmaterials abhängig ist.

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