DE3336881A1 - Vorrichtung zur regelung des druckunterschieds einer durch eine pumpe versetzten fluessigkeit, wie das waerme-uebertragende medium in einer heizanlage - Google Patents

Description

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Titel:

Vorrichtung zur Regelung des Druckunterschieds einer durch eine Pumpe versetzten Flüssigkeit, wie das wärmeübertragende Medium in einer Heizanlage

Vertreter:

Patentanwälte Dipl.-Ing. S. Schulze Horn M. Sc.

Dr. H. Hoffmeister Goldstraße 36 4400 Münster

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Vorrichtung zur· Regelung des Druckunterschieds einer durch eine Pumpe versetzten Flüssigkeit, wie das Wärme-übertragende Medium in einer Heizanlage.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung des Druckunterschieds einer durch eine Pumpe versetzten Flüssigkei wie das wärme-übertragende Medium in einer Heizanlage, die einen Durchlauferhitzer mit einer Zu- und einer Abfuhr für das Medium, einen an die Zu- und Abfuhr angeschlossenen Kreis zur Abgabe von Ifirme, mindestens eine in dem Kreis aufgenommene, von einem Elektromotor angetriebene Pumpe und Mittel zur ^Regelung der im Kreis auftretenden Mediumdrucke umfasst.

Durch die Verwendung der genannten Mittel kann Ueberbelastung der Pumpe oder aber unnötiger Energiegebrauch durch die Pumpe vermieden werden. Ebenfalls kann erzielt werden, dass in dem Kreis keine ζu hohen Drucke auftreten, die für die Heizanlage schädlich sein könnten, wobei dennoch eine optimale Füllung der Anlage mit Flüssigkeit gewährleistet ist.

Die Erfindung bezweckt nur eine sehr einfache Ausführungsform der genannten Mittel zu verschaffen, so dass diese auch unbedenklich für verhältnismässig kleine, also billige Heizanlagen an gewandt werden können.

Gemäss der Erfindung werden die Mittel durch ein federbelastetes Regelventil und ein mit dem Verschlusselement des Regelventils gekuppeltes Organ zur Betätigung der Pumpe gebildet.

Die Erfindung kann zunächst im Falle angewandt werden, dass die Pumpe eine Umlaufpumpe ist und das Regelventil in einer Kurzschlussleitung zum Kurzschliessen der Pumpe aufgenommen ist, wenn der durch die Pumpe erzeugte Druckunterschied einen Maximalwert überschreitet. Eine Kurzschlussleitung wird insbesondere wohl bei verhältnismässig grossen Heizanlagen angeordnet, so dass die Pumpe weiterhin Flüssigkeit verpumpen kann, auch wenn eine Anzahl wärmeabnehmender Elemente, wie Radiatoren, mittels des zugehörigen Hahnes verschlossen sind. In diesem Fall ist in der Kurzschlussleitung ein Absperrventil vorgesehen, das sich öffnet wenn der von der Pumpe erzeugte Druckunterschied einen bestimmten fttert überschreitet. Dies wird während eines grossen Teiles der Zeit, während welcher die Heizanlage benutzt wird, der Fall sein, da die Pumpenleistung auf die maximal zu liefernde Wärmemenge dimen-

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sioniert sein muss, welche Menge nur während einer sehr beschränkten Zeit gefordert wird.

Es ist dabei bekannt Mittel zur Regelung der Drehzahl der Pumpe zu benutzen, wie z.B. in Abhängigkeit ν cn dem Druckunterschied, der zwischen der Zu- und Abfuhr des Durchlauferhitzers auftritt. Im Zusammenhang mit den Kosten eines derartigen Regels.ystems kommt dessen Anwendung nur bei grossen Heizanlagen in Betracht.

Im Zusammenhang damit werden auch wohl Pumpen mit einem Drehzahlwählschalter angewandt, der z.B. in zwei oder drei verschiedene Stellungen gesetzt werden kann. Da dies meistens mit einem kleineren Anlassmoment bei niedriger Drehzahl verbunden ist, treten bei derartigen Pumpen Anlassprobleme auf.

Gemäss der Erfindung trägt nun auf einfache Weise das mit dem Verschlusselement des Regelventils gekuppelte Organ für die Regelung der Pumpendrehzahl Sorge.

Eine derartige Regelung kann auch bei kleineren Heizanlagen angewandt werden, so dass bei diesen Anlagen und natürlich auch bei grossen Anlagen einebeträchtliche Menge Pumpenenergie erspart werden kann.

Wenn nun die Pumpe auf voller Leistung bei normal geschlossenem Regelventil arbeitet, wird, wenn z.B. ein oder einige Hähne von Radiatoren der Heizanlage geschlossen werden, der von der Umlaufpumpe gelieferte Druckunterschied anfangen zu steigen, wodurch das Regelventil geöffnet wird, Das mit dem Ventilelement gekuppelte Organ trägt dann für eine Herabsetzung der Drehzahl der Umlaufpumpe Sorge, so dass der von der Pumpe gelieferte Druckunterschied einigermassen sinkt. Die Regelung kann dabei derartig sein, dass der Druckunterschied nicht so viel sinkt, dass das Regelventil geschlossen wird, da sonst die Pumpe wieder auf ihre Maximaldrehzahl gebracht werden wird. Es wird also ein gewisser Gleichgewichtszustand bei noch gerade geöffnetem Regelventil auftreten.

Wenn nun z.B. noch mehr Radiatorhähne zugedreht werden, wird der von der Pumpe gelieferte Druckunterschied wieder zunehmen und das Regelventil wird weiter geöffnet werden, wodurch ein neuer Impuls zur Herabsetzung der Drehzahl der Umlaufpumpe erregt wird. Der von der Pumpe gelieferte Druckunterschied wird dadurch sinken bis ein neuer Gleichgewichtszustand erreicht ist.

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Beim Aufdrehen von Radiatorhähnen wird der von der Pumpe gelieferte Druckunterschied sinken, so dass das Regelventil anfängt sich nach der geschlossenen Stellung zu versetzen, wodurch die Motordrehzahl vergrössert wird. Dies könnte derart stattfinden, dass die Motordrehzahl wieder ihren Maximalwert bei völlig geschlossenem Regelventil erreicht, der dann gegebenenfalls wie-"der etwas geöffnet werden wird, wenn -nicht all die Radiatorhähne geöffnet sind. ■

In der Praxis wird aber die Masse des Pumpenrotors und des Schaufelrades der Pumpe eine schnelle Aenderung der Drehzahl verzögern, während auch das Regelsystem träger gemacht werden kann, so dass e ine allmählige Anpassung der Drehzahl an den geänderten Zustand des Heizkreises möglich ist.

Es wird klar sein, dass durch die Anpassung der Drehzahl der Umlaufpumpe die Abmessungen der Kurzschlussleitung und des darin angeordneten Regelventils beschränkt sein können, so dass auch die diesbezüglichen Kosten niedrig sein werden.

Ausser zum Umlaufenlassen des wärme-übertragenden Mediums durch den Durchlauferhitzer und die Radiatoren kann in dem Kreis auch eine Pumpe aufgenommen sein,um das Medium unter Druck zu halten und die Heizanlage mit Medium gefüllt zu halten.

Bei verhältnismässig kleinen Anlagen werden Volumenunterschiede des wärme-übertragenden Mediums durch die Anordnung eines Expansionsgefässes aufgefangen.

Dies liefert aber Nachteile bei verhältnismässig grossen Anlagen, insbesondere für hohe Gebäude, wobei allein bereits infolge des Höhenunterschieds ein beträchtlicher Druck in der Anlage auftreten kann.

In das Bxpansionsgefäss wird meistens eine Membran angeordnet um die Aufnahme von Luft durch das Medium möglichst viel zu verhindern, aber es ist dann wohl erwünscht die Abmessungen des Expansionsgefässes zu beschränken und bei grossen Anlagen wird dies z.B. dadurch erzielt, dass man Medium aus dem Kreis wegfHessen lässt, wenn der Druck des Mediums zu hoch steigt. Bei Druckherabsetzung, wie diese auftritt wenn die Anlage ausser Betrieb gesetzt oder auf eine niedrigere Temperatur e ingestellt wird, muss dann wieder Medium in die Ablage gepumpt werden.

Bei bekannten Anlagen lässt man Medium aus der Anlage mittels eines Magnetventils abfHessen, das von einem Pressostat

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betätigt wird. Dies verursacht aber viel Geräusch und eine genaue Regelung ist nicht möglich, so dass das Ventil oft geschlossen und geöffnet und die Pumpe vielmals ein- und ausgeschaltet wird.

Diese Nachteile werden ebenfalls auf die obenbeschriebene Weise dadurch beseitigt, dass die Mittel zur Regelung der im Kreise auftretende Drucke durch ein federbelastetes Regelventil und ein mit dem Verschlusselement des Regelventils gekuppeltes Organ zur Betätigung der Pumpe gebildet werden, wobei ferner das Ver-Schlusselement des federbelasteten Regelventils mit einem im wesentlichen zylindrischen Teil versehen ist, der derart in den Ventilsitz passt, dass beim Anfang des Abhebens des 'Verschlusselementes vom Ventilsitz nur eine geringe ■ Dur.chlassoffnung ,freigegeben wird.

Wenn die Anlage in Betri-^eb gesetzt wird und dadurch das Medium fortwährend wärmer wird, kann also allmählich Medium aus der Anlage abfHessen. Wenn jedoch der Druck im System zu schnell steigen würde, kommt der zylindrische Teil oberhalb des Ventilsitzes zu liegen, so dass die Durchlassöffnung beträchtlich vergrössert. .wird und keine gefährlichen Situationen auftreten können.

Wenn das Regelventil völlig geschlossen ist, könnte dies bedeuten, dass sich zu wenig Medium in der Anlage befindet und gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nun die Pumpe eingeschaltet bis das Regelventil anfängt sich zu öff-^ nen, während die Pumpe nach Verlauf eines bestimmten Zeitraums von diesem Oeffnung ab ausgeschaltet wird.

Der Zeitraum kann abhängig von der diesbezüglichen Anlage z.B. 5 Minuten betragen. Auch nach der Ausschaltung der Pumpe bleibt das Regelventil während einiger Zeit noch etwas geöffnet und erst nach dessen vollständigem Schliessen wiederholt sich der Zyklus.

Wie gesagt, kann also Ein- und Ausschaltung der Zufuhrpumpe stattfinden, aber natürlich ist es auch möglich die Drehzahl der Zufuhrpumpe durch das mit dem Verschlusselement des Regelventils gekuppelte Organ zu regeln.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindungkann das mit dem Regelventil gekuppelte Organ von einem auf eine Induktionspule einwirkenden Stift gebildet werden, welcher Stift an dem Ver-

schlusselement des Regelventils anliegen kann.

Es ist klar, dass eine derartige Ausbildung sowohl zur Regelung der Drehzahl der Umlaufpumpe wie für diejenige der Zufuhrpumpe angewandt werden kann.

Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann auf dem Gehäuse des Regelventils eine Büchse vorgesehen sein, deren Mittellinie in der Verlängerung des Verschlusselementes des Regel-ventils liegt, in welcher Büchse ein Stift verschiebbar ist, der -. mit dem Verschlusselement de's Regelventils zusammenwirken kann, und welcher Stift mit einer in der Büchse aufgenommenen Induktionspule zusammenwirkt.

Solange das Regelventil sich in der völlig oder nahezu völlig geschlossenen Stellung befindet, wird der Stift keinen Einfluss auf die Induktionspule ausüben. Wenn nun aber auf die obenbeschriebene Weise das Regelventil geöffnet wird, wird sich die Stellung des Stiftes in bezug auf die Induktionspule ändern und auf diese Weise kann ein Impuls geliefert werden, wodurch die Drehzahl der Pumpe erniedrigt wird.

An sich ist die Verwendung von Pulsen, die durch eine Induktionspule erzeugt werden und zur Verstellung irgendeiner Vorrichtung dienen, nicht von wesentlicher Bedeutung für die vorliegende Erfindung, so dass dies nicht näher besprochen zu werden braucht.

Die Erfindung wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema einer Heizanlage, in der Vorrchtungen gemäss der vorliegenden Erfindung angewandt sind;

Fig. 2 schematisch einen Schnitt über ein Regelventil wie dieses zur Regelung der Drehzahl der Umlaufpumpe gebraucht wird; und

Fig. 3 eine Einzelheit eines Regelventils wie dieses in der Abfuhrleitung der Anlage angewandt wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Heizanlage umfasst einen Durchlauferhitzer 1, z.B. in Form eines allgemein bekannten Heizkessels, eine an den Kessel angeschlossene Leitung 2, die nach einer Umlaufpumpe 3 hin läuft, die mittels einer Leitung 4 und über Hähne

5 an eine Anzahl Radiatoren 6 angeschlossen ist, von denen in dem Schema nur einige dargestellt sind.' Die andere Seite der Radiatoren

6 ist an eine Leitung 7 angeschlossen, die nach dem Heizkessel 1

zurückläuft.

Mit den Pfeilen A ist die Strömungsrichtung des wärmeübertragenden Mediums angedeutet, welche Strömung auftritt, wenn die Hähne 5 all der Radiatoren 6 geöffnet sind und die Maximalmenge Wärme abgeben, so dass auch die Pumpe 3 sich mit ihrer Maximaldrehzahl dreht.

Wenn nun einer oder mehrere Hähne 5 geschlossen werden, wird der Pumpendruck anfangen zu steigen und wird ein in der Kurzschlussleitüng 9 angeordnetes Regelventil 8 geöffnet werden.

Ein Teil des Umlaufmediums wird dann von der Pumpe ab unmittelbar über die Leitung 9 der Leitung 7 zugeführt werden, wie angegeben mit dem Pfeil B und dieses Medium wird nach dem Kessel 1 zurückfliessen.

Wenn sich das Regelventil 8 öffnet, wird ein Signal geliefert werden, das dafür Sorge trägt, dass die Drehzahl der Pumpe 3 herabgesetzt wird.

Fig. 2 zeigt nun einen Schnitt über das Regelventil 8, das für die Lieferung des Signals bei dessen Oeffnen Sorge trägt. Dieses Regelventil 8 umfasst ein Gehäuse 10, das in die Leitung 9 der in Fig. 1 dargestellten Heizanlage aufgenommen werden kann, In dem Gehäuse 10 ist ein Ventilsitz 11 gebildet, auf den ein Dichtungsring 12 mittels einer Schraubenhülse 13 gedrückt wird. In der Schraubenhülse 13 ist das Ventilelement 14 versetzbar, welches Ventilelement sich unter dem Einfluss der Feder 15 befindet, die mehr oder weniger mittels der Schraube 16 gespannt werden kann. Durch das mehr oder weniger weite Eindrehen der Schraube 16 kann geregelt werden bei welchem Druck des umlaufenden Mediums das Ventilelement 14 von dem Dichtungsring 12 gehoben werden wird, wodurch sich das Ventil öffnet.

Mit dem Ventilelement 14 wirkt ein Stift 17 zusammen, der mittels einer Feder 18 gegen das Ventilelement 14 gedrückt werden kann. In der Zeichnung ist deutlichkeitshalber der Stift 17 in ein gern Abstand von dem Ventilelement 14 dargestellt. Das andere Ende der Feder 18 ruht gegen den verschlossenen Boden einer Büchse 19.

In der Büchse 19 ist auf eine nicht näher dargestellte Weise die Induktionspule 20 aufgenommen. Es istklar dass beim Versetzen des aus einem magnetischen Material bestehenden Stiftes 17 in der Induktionspule 20 ein Strom zur Lieferung eines Pulses erzeugt werden kann, wodurch die Drehzahl der Umlaufpumpe 3 herabgesetzt

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wird, wenn das Ventilelement 14 von dem Dichtungsring 12 abgehoben wird.

Es ist klar, dass zwischen den verschiedenen sich in Bezug aufeinander bewegenden Teilen Dichtungsringe angeordnet werden, die wenigstens teilweise in der Zeichnung dargestellt sind, aber ' ferner oben nicht beschrieben sind, weil deren Funktion deutlich sein -wird.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind an die Leitung 7 der Heizanlage noch Leitungen 21,22 angeschlossen, deren anderes Ende an einen Behälter 23 angeschlossen ist.

In der Leitung 21 befindet sich das Regelventil 24 und in der Leitung 22 die Pumpe 25.

Eine Einzelheit des Ventils 24 ist in Fig. 3 dargestellt. Das Wirkungsprinzip des Ventils 24 entspricht demjenigen des in Fig. 2 dargestellten Ventils 8. Das abschliessende Element 26 ist nun aber mit einem Wulst 27 versehen, der unter die Abiichtungsoberfläche 2 8 des Ventilelementes 26 ausragt. Die Aussenoberflache des Wulstes 27 ist im wesentlichen zylindrisch und befindet sich in der geschlossenen Stellung des Ventils in der Bohrung 29 des Ventilsitzes 30. Das abschliessende Element 26 wird durch eine Feder 15 belastet und steht mit dem Stift 17 in Verbindung, wie dies mit dem Ventil von Fig. 2 der Fall ist. Die Anschlussöffnung 31 des Regelventils ist über die Leitung 21 mit der Leitung 7 der Heizanlage verbunden, während die Oeffnung 32 des Vent Ils mit dem Behälter 23 verbunden ist.

Wenn nun z.B. wenn die Heizanlage in Betrieb gesetzt wird, das Medium in der Anlage anfängt auszudehnen, wird dessen Druck steigen bis ein derartiger Wert erreicht wird, dass das Ventilelement 26 gegen den Druck der Feder 15 aufgehoben wird und Medium anfängt von dem Anschluss 30 ab nach dem Anschluss 32 wegzulecken über die Schlitze gebildet zwischen dem Wulst 27 und der Bohrung und zwischen der unteren Fläche 28 des Ventilelementes 26 und dem Sitz 30.

Zugleich wird der Stift 17 dafür Sorge tragen, dass die Pumpe 25 die für die Zufuhr von Medium an die Heizanlage Sorge trägt, ausgeschaltet wird oder ausgeschaltet bleibt oder aber anfängt sich auf eine niedrigere Drehzahl zu drehen.

Da im Anfang nur eine geringe Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit wegfliessen kann, wird verhindert dass der Druck des

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Mediums in der Anlage zu schnell sinkt und das Ventilelement 26 wieder durch die Feder 15 zugedrückt werden würde, was zu einer schnellen Aufeinanderfolge von Oeffnen und Schliessen des Ventils führen würde. Beim erfindungsgemassen Ventil wird nur bei einer sehr schnellen Zunahme des Mediumdrucks das Ventilelement 26 so hoch aufgehoben werden, dass ein schnelles Weg'fHessen von Flüssigkeit aus der Anlage gewährleistet ist.

Es wird klar sein, dass die Erfindung nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, während die Regelventile und die dadurch gesteuerten Pumpen, auch noch für andere Zwecke gebraucht werden können. Dabei kann z.B. an Anlagen gedacht werden, die in höheren Gebäuden angewandt werden um Leitungswasser auf genügenden Druck zu bringen.

Bei derartigen Anlagen wird ein Vorratsbehälter benutzt, dem mittels eine oder mehrere Pumpen Wasser zugeführt wird, das auf einem genügen Druck zu halten ist. Auch in diesem Falle kann ein erfindungsgemasses Regelventil gebraucht werden, das beim üeberschreiten eines bestimmten Druckes im Sammelbehälter geöff n,et wird und dadurch die Speisepumpe ausschaltet oder auf eine niedrigere Drehzahl sich drehen lässt.

All diese Möglichkeiten brauchen aber nicht näher erläutert zu werden.

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Claims (9)

1. Ansprüche

   (ι)* Vorrichtung zur Regelung des Druckunterschieds einer durch eine Pumpe versetzten Flüssigkeit, wie das wärme-üfaertragende Medium in einer Heizanlage, die einen Durchlauferhitzer mit einer Zuumd einer Abfuhr für das Medium, einen an die Zu- und Abfuhr abgeschlossenen Kreis zur Abgabe von Wärme, mindestens eine in dem Kreise aufgenommene, von einem Elektromotor angetriebene Pumpe und Mittel zur Regelung der im Kreis auftretenden Mediumdrucke umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel durch ein federbelastetes Regelventil (8,24) und ein mit dem Verschlusselement (14,26) des Regelventils gekuppeltes Organ (17) zur Betätigung der Pumpe (3,25) gebildet werden.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Pumpe eine Umlaufpumpe ist und das Regelventil in einer Kurzschlussleitung zum Kurzschliessen der Pumpe aufgenommen ist, wenn der von der Pumpe erzeugte Druckunterschied einen Maximalwert überschreitet, und Mittel zur Regelung der Drehzahl der Pumpe vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Verschlusselement (14) des Regelventils (8) gekuppelte Organ (17) für die Regelung der Pumpendrehzahl Sorge trägt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Pumpe zum Zuführen von Medium an die Anlage dient, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (26) des federbelasteten Regelventils (24) mit einem im wesentlichen zylindrischen Teil (27) versehen ist, der derart in den Ventilsitz (30) passt, dass beim Anfang des Abhebens des Verschlusselementes (26) vom Ventilsitz (30) nur eine geringe Durchlassöffnung freigegeben wird.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossenem Regelventil (24) die Pumpe (25) eingeschaltet wird bis das Regelventil (24) anfängt sich zu öffnen, während die Pumpe (25) nach Verlauf eines bestimmten Zeitraums von diesem Oeffnen ab ausgeschaltet wird.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Zufuhrpumpe (25) durch das mit dem Verschlusselement (26) des Regelventils (24) gekuppelte Organ (17) geregelt wird.

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6. 6. Vorrichtung gemäss Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Verschlusselement (14,26) des Regelven-· tils (8,24) gekuppelte Organ vom einem auf eine Induktionspule (20) einwirkenden Stift (17) gebildet wird, welcher Stift (17) an dem Verschlusselement (14,26) des Regelventils (8,24) anliegen kann.
7. 7. Regelventil zur Regelung des Druckes eines Mediums in einer Anlage, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Gehäuse (10) des Regelventils (8,24) eine Büchse (19) vorgesehen ist, deren Mttellinie in der Verlängerung des Verschlusselementes (14,26) des Regelventils (8,24) liegt, in welcher Büchse (19) ein Stift (17) verschiebbar ist, der mit dem Verschlusselement (14,26) zu- " sammenwirken kann und ebenfalls mit in der Büchse (19) aufgenommene Mitteln zum Ein- oder Ausschalten einer Pumpe oder zum Aendern der Drehzahl der Pumpe zusammenwirkt,
8. 8. Regelventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Büchse (19) aufgenommenen Mittel durch eine Induktionspule (20) gebildet werden.
9. 9. Vorrichtung und Einzelteile dafür wie beschrieben und/oder in der Zeichnung dargestellt.

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