EP0485818A1 - Scheinwerfer - Google Patents

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EP0485818A1
EP0485818A1 EP91118675A EP91118675A EP0485818A1 EP 0485818 A1 EP0485818 A1 EP 0485818A1 EP 91118675 A EP91118675 A EP 91118675A EP 91118675 A EP91118675 A EP 91118675A EP 0485818 A1 EP0485818 A1 EP 0485818A1
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EP
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light
headlight
lens
light source
headlight according
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EP91118675A
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English (en)
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Edwin Schwaller
Diego Bally
Walter Zürcher
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Bisy Bike-Systems Industrielle Fertigung Von Fahrr
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Vereinigte Drahtwerke AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S43/00—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights
    • F21S43/20—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S43/26—Refractors, transparent cover plates, light guides or filters not provided in groups F21S43/235 - F21S43/255
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S41/28—Cover glass

Definitions

  • the invention relates to a headlamp with a light source arranged in the headlamp axis, with a reflector and with a lens arranged in front of the light source, and in particular with a headlamp for relatively weak light sources, such as are present in bicycle lighting systems.
  • the light generated can be used in an optimal manner.
  • the smallest possible part of it should be lost as stray light.
  • the light of the first origin can be deflected relatively well in the desired direction by the diffusing lens optics in order to generate a corresponding light cone. With the light coming directly from the light source onto the lens, the problem arises that the beam path has to be deflected relatively strongly, for which purpose a collecting lens must be provided on the lens.
  • the converging lens is intended to capture as large a solid angle as possible of the directly emitted light, without, however, taking up too large an area of the lens.
  • it has already been proposed to cement a relatively thick converging lens on the inside of the lens, which bundles the direct light from the light source.
  • this solution is complex in terms of production technology.
  • the lens is curved inwards, a much larger solid angle of the direct light can be used, whereby the collecting lens structure, which is preferably designed as a Fresnel lens, does not require a significant local thickening of the lens, which could not be controlled during manufacture.
  • the spreading disc designed in this way can therefore be efficiently produced in a conventional manner as a one-piece molded part made of plastic or Olas.
  • the scattered light which is still reduced, is advantageously used to produce a laterally visible, illuminated zone on the headlamp, for which purpose a transparent ring is formed on the periphery of the lens, through which false light radially emerges.
  • the headlight has a light source 1, which is preferably is designed as a halogen lamp.
  • the light source is drawn in a dot shape in FIG. 1, but is actually designed as a spiral.
  • the light source is arranged in the focal point of a parabolically or elliptically shaped reflector 2.
  • the light rays striking the reflector 2 from the light source are therefore reflected approximately parallel to the headlight axis 3 and thus strike a diffusing screen 4.
  • the diffusing screen 4 is formed from a translucent material, for example a transparent plastic such as PMMA. Their shape essentially determines the beam path of the headlamp.
  • the lens 4 is divided into different zones.
  • a central zone 5 is provided for deflecting the light coming directly from the light source 1.
  • the outer peripheral zones 6, 7, 8 are divided into an upper zone 6, a central zone 7 and a lower zone 8 (see FIG. 2) and serve to deflect the light reflected in parallel by the reflector 2.
  • the lens 4 is curved toward the light source 1. This has the effect that the central zone 5 is close to the light source 1 and thus detects a relatively large solid angle of the directly emitted light from the light source.
  • the light incident on the lens at this solid angle is collected by means of a converging lens structure to form a light bundle 10 which is emitted essentially in the direction of the headlight axis 3.
  • the converging lens structure in the central zone 5 is designed as a Fresnel lens 9 arranged concentrically to the axis 3, so that the thickness of the lens 4 remains relatively uniform. This is an important prerequisite for their manufacture as plastic molded articles.
  • the lens in the central zone 5 forms a fourth-order curve in vertical section, which means that the rays that pass through this central zone 5 are deflected somewhat more strongly, ie towards the axis 3, than the deeper rays that pass through Axis direction 3 run (see FIG. 1).
  • the cone of light falling obliquely onto the street or other surface leads to a light spot of essentially constant brightness.
  • the brightness in the light spot generated by the obliquely incident light cone does not decrease with increasing distance from the headlight.
  • a corresponding configuration of the lens is present in the edge zones 6, 7, 8 already mentioned, of which only the upper zone 6 and the lower zone 8 are visible in FIG. 1.
  • the diffusing screen forms a fourth-order curve with a correspondingly greater deflection of the higher-passing rays.
  • the light bundles 11 and 12 from these zones 6, 8 also lead to a light spot with a regular light distribution on a base in the case of oblique incidence.
  • These zones are viewed in a horizontal section (cf. FIGS. 2 and 3), they have a scattering lens structure 14 of a type known per se, which, according to FIG. 3, leads to a lateral divergence of the light cone.
  • the edge zone 7 has the same configuration.
  • the headlight designed in this way is used as a bicycle lamp, it produces an essentially trapezoidal light spot of uniform brightness on the street at a distance of 4 m to 10 m from the lamp position. Since the direct light of the solid angle detected by the central zone 5 contributes to this, the luminous efficacy can be significantly improved.
  • the transparent ring 15 preferably has a signal color, so that it appears in a side view as a streak glowing in the signal color occurs (see Figure 4).
  • the scattered light from the headlight contributes to the lateral marking of, for example, a cyclist at night, which is otherwise often only possible with passive reflectors.
  • the transparent ring 15 can also be designed as a mounting element for connecting the reflector 2 and the diffuser 4.
  • Figure 4 shows a possible embodiment of the described headlamp as a bicycle lamp.
  • the headlight with signal ring 15 and reflector 2 is arranged on a housing 16.
  • FIG. 5 shows a somewhat modified configuration of the diffusing screen 4. As can be seen, this differs from the embodiment according to FIG. 1 only in that the central zone 5 itself forms a bulge against the light source 1. It can be achieved that the detected solid angle of the direct light is further increased.
  • the described headlight can also be provided with a reflector ring 16 directed forward. Should the light source 1 or its supply fail, this serves to make the bike recognizable for oncoming traffic at night.
  • the reflector ring 16 made of transparent plexiglass has a back 17 with a reflector structure. It is welded to a ring made of transparent red plexiglass designed as a signal ring 15, through which stray light can escape laterally in the manner described. The whole can be designed as a snap ring for mounting the lens 4 on the reflector 2.
  • the headlamp according to the invention is an integrated, active and passive effective, visual identification in traffic.
  • the described headlamp allows light sources with relatively low power, such as those used in bicycle light systems, to be used optimally for light generation by the false light losses are reduced and the light is emitted in an optimal manner, so that an extensive light spot with even light distribution is generated in front of the bicycle on the street.
  • the components, in particular the diffusing screen, can be produced as molded parts in efficient processes.

Abstract

Der Scheinwerfer besitzt eine zur Lichtquelle (1) hin gewölbte Streuscheibe (4). Diese ist als einstückiger Formteil ausgebildet und besitzt in ihrer zentralen Zone (5), die der Lichtquelle (1) am nächsten kommt, eine Sammellinsenstruktur (9). Damit kann ein wesentlicher Teil des von der Lichtquelle (1) direkt in einen vorderen Raumwinkel ausgestrahlten Lichts in Richtung der Scheinwerferachse gesammelt werden. Die Streuscheibe (4) kann als einfacher Formteil hergestellt sein. Aussen an der Streuscheibe (14) ist ein transparenter Ring (15) in einer Signalfarbe vorgesehen. Damit wird das Streulicht ausgenutzt zur seitlichen Markierung, wenn der Scheinwerfer z.B. in einer Fahrradlichtanlage eingesetzt wird. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer mit einer in der Scheinwerferachse angeordneten Lichtquelle, mit einem Reflektor und mit einer vor der Lichtquelle angeordneten Streuscheibe und insbesondere einen Scheinwerfer für relativ schwache Lichtquellen, wie sie etwa bei Fahrradlichtanlagen vorhanden sind.
  • Bei Lichtanlagen mit relativ geringer Speiseleistung für die Lichtquellen ist es wichtig, dass das erzeugte Licht in optimaler Weise genutzt werden kann. Es soll ein möglichst kleiner Teil davon als Streulicht verloren gehen. Dabei ist zu unterscheiden zwischen dem Licht, welches von der Lichtquelle zunächst auf den Reflektor fällt und durch diesen ungefähr parallel gerichtet wird und dem Licht, das in einen vorderen Raumwinkel direkt auf die Streuscheibe fällt. Das Licht der ersten Herkunft lässt sich durch die Streuscheibenoptik relativ gut in die gewünschte Richtung ablenken, um einen entsprechenden Lichtkegel zu erzeugen. Beim direkt aus der Lichtquelle auf die Streuscheibe gelangenden Licht stellt sich das Problem, dass der Strahlengang relativ stark abgelenkt werden muss, wozu an der Streuscheibe eine Sammellinse vorgesehen sein muss. Dabei soll die Sammellinse einen möglichst grossen Raumwinkel des direkt abgestrahlten Lichts erfassen, ohne indessen einen zu grossen Flächenbereich der Streuscheibe einzunehmen. Es wurde hierzu bereits vorgeschlagen, innen auf die Streuscheibe eine relativ dicke Sammellinse aufzukitten, welche das Direktlicht der Lichtquelle bündelt. Diese Lösung ist indessen herstellungstechnisch aufwendig.
  • Es stellt sich damit die Aufgabe, einen Scheinwerfer der eingangs erwähnten Art so zu gestalten, dass bei im wesentlichen unverändertem Herstellungsaufwand eine wesentlich bessere Ausnutzung des Direktlichts der Lichtquelle und eine Reduktion des Falschlichts erzielen lässt.
  • Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen erwähnten Merkmale gelöst.
  • Indem die Streuscheibe nach innen gewölbt ist, kann ein wesentlich grösserer Raumwinkel des Direktlichts genutzt werden, wobei die vorzugsweise als Fresnellinse ausgebildete Sammellinsenstruktur keine wesentliche, lokale Verdickung der Streuscheibe nötig macht, die sich bei der Herstellung nicht beherrschen liesse. Die so ausgebildete Streuscheibe kann deshalb als einstückiger Formteil aus Kunststoff oder Olas in herkömmlicher Weise rationell hergestellt werden. Das noch reduziert auftretende Streulicht wird dabei mit Vorteil zur Erzeugung einer seitlich sichtbaren, leuchtenden Zone am Scheinwerfer genutzt, wozu an der Peripherie der Streuscheibe ein transparenter Ring ausgebildet ist, durch den Falschlicht radial austritt.
  • Nachfolgend werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 eine erste Ausführung des Scheinwerfers in Schnittansicht, längs einem Vertikalschnitt durch die Scheinwerferachse;
    • Figur 2 eine Frontansicht auf die Streuscheibe;
    • Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Figur 2;
    • Figur 4 eine Seitenansicht des Scheinwerfers einschliesslich seinem Gehäuse;
    • Figur 5 eine zweite Ausführung des Scheinwerfers in der Darstellung gemäss Figur 1, und
    • Figur 6 eine weitere Ausführung des Scheinwerfers mit zusätzlichem Reflektorring.
  • Anhand der Figuren 1 und 2 wird zunächst die optische Ausgestaltung des Scheinwerfers im Grundsatz erläutert, bevor auf weitere Einzelheiten eingetreten wird. Der Scheinwerfer besitzt eine Lichtquelle 1, welche vorzugsweise als Halogenlampe ausgebildet ist. Die Lichtquelle ist in Figur 1 punktförmig gezeichnet, ist jedoch in Wirklichkeit als Wendel ausgestaltet. Die Lichtquelle ist im Brennpunkt eines parabolisch oder elliptisch geformten Reflektors 2 angeordnet. Die auf den Reflektor 2 auftreffenden Lichtstrahlen aus der Lichtquelle werden deshalb ungefähr parallel zur Scheinwerferachse 3 reflektiert und treffen so auf eine Streuscheibe 4. Die Streuscheibe 4 ist aus lichtdurchlässigem Material, z.B. einem transparenten Kunststoff wie PMMA, geformt. Ihre Form bestimmt wesentlich den Strahlengang des Scheinwerfers.
  • Die Streuscheibe 4 ist dabei in unterschiedliche Zonen unterteilt. Eine zentrale Zone 5 ist zur Ablenkung des direkt aus der Lichtquelle 1 kommenden Lichts vorgesehen. Die aussen anschliessenden Randzonen 6,7,8 sind in eine obere Zone 6, eine mittlere Zone 7 und eine untere Zone 8 unterteilt (vergl. Fig. 2) und dienen für die Ablenkung des vom Reflektor 2 parallel reflektierten Lichts.
  • Die Streuscheibe 4 ist zur Lichtquelle 1 hin gewölbt. Dies bewirkt, dass die zentrale Zone 5 nahe bei der Lichtquelle 1 liegt und somit einen relativ grossen Raumwinkel des direkt abgestrahlten Lichts der Lichtquelle erfasst. Das in diesem Raumwinkel auf die Streuscheibe einfallende Licht wird mittels einer Sammellinsenstruktur zu einem Lichtbündel 10 gesammelt, das im wesentlichen in der Richtung der Scheinwerferachse 3 ausgestrahlt wird.
  • Die Sammellinsenstruktur in der zentralen Zone 5 ist als konzentrisch zur Achse 3 angeordnete Fresnellinse 9 ausgebildet, womit die Dicke der Streuscheibe 4 relativ gleichförmig bleibt. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für ihre Herstellung als Kunststoff-Formkörper. Der Fresnellinse überlagert bildet die Streuscheibe in der zentralen Zone 5 im Vertikalschnitt eine Kurve vierter Ordnung, was bewirkt, dass die höher durch diese zentrale Zone 5 hindurchtretenden Strahlen etwas stärker, d.h. zur Achse 3 hin abgelenkt werden, als die tiefer hindurchtretenden Strahlen, die in Achsrichtung 3 verlaufen (vergl. Figur 1). Die wiederum hat zur Folge, dass der auf die Strasse oder einer anderen Unterlage schräg einfallende Lichtkegel zu einem Lichtfleck von im wesentlichen konstanter Helligkeit führt. Anders als bei herkömmlichen Lampen nimmt damit die Helligkeit im Lichtfleck, der durch den schräg einfallenden Lichtkegel erzeugt wird, nicht mit zunehmendem Abstand vom Scheinwerfer ab.
  • Eine entsprechende Ausgestaltung der Streuscheibe ist in den bereits erwähnten Randzonen 6,7,8 vorhanden, von denen in Figur 1 nur die obere Zone 6 und die untere Zone 8 sichtbar sind. Auch hier bildet die Streuscheibe im Vertikalschnitt zusätzlich zum Kreis eine Kurve vierter Ordnung mit entsprechend stärkerer Ablenkung der höher durchtretenden Strahlen. Entsprechend führen die Lichtbündel 11 und 12 aus diesen Zonen 6,8 bei schrägem Einfall ebenfalls zu einem Lichtfleck mit regelmässiger Lichtverteilung auf einer Unterlage.
  • Betrachtet man diese Zonen in einem Horizontalschnitt (vergl. Fig. 2 und 3), so besitzen sie eine Streulinsenstruktur 14 an sich bekannter Art, welche gemäss Figur 3 zu einer seitlichen Divergenz des Lichtkegels führt. Dieselbe Ausgestaltung besitzt die Randzone 7.
  • Wird der so ausgestaltete Scheinwerfer als Fahrradlampe eingesetzt, so erzeugt er im Abstand von 4 m bis 10 m von der Lampenposition einen im wesentlichen trapezförmigen Lichtfleck gleichmässiger Helligkeit auf der Strasse. Da dazu das Direktlicht des von der zentralen Zone 5 erfassten Raumwinkels beiträgt, kann die Lichtausbeute wesentlich verbessert werden.
  • Wie sich aus der Figur 1 ersehen lässt, wird ein Teil des Lichts aus der Lichtquelle weder am Reflektor gespiegelt, noch als Direktlicht von der zentralen Zone gesammelt. Dieses Streulicht wird nun ebenfalls genutzt, indem es seitlich radial durch einen transparenten Ring 15 austritt. Der transparente Ring besitzt vorzugsweise eine Signalfarbe, so dass er in seitlicher Ansicht als in Signalfarbe leuchtender Streifen in Erscheinung tritt (vergl. Figur 4). Damit trägt das Streulicht des Scheinwerfers zur seitlichen Markierung z.B. eines Fahrradfahrers in der Nacht bei, was sonst oft nur durch passive Reflektoren möglich ist. Der transparente Ring 15 kann zugleich als Montageelement zur Verbindung von Reflektor 2 und Streuscheibe 4 ausgestaltet sein.
  • Figur 4 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des beschriebenen Scheinwerfers als Fahrradlampe. Der Scheinwerfer mit Signalring 15 und Reflektor 2 ist an einem Gehäuse 16 angeordnet.
  • In Figur 5 schliesslich ist eine etwas abgewandelte Ausgestaltung der Streuscheibe 4 gezeigt. Wie ersichtlich, unterscheidet sich diese von der Ausfuhrung gemäss Figur 1 lediglich dadurch, dass die zentrale Zone 5 selbst nocheinmal eine Einwölbung gegen die Lichtquelle 1 hin bildet. Damit kann erreicht werden, dass der erfasste Raumwinkel des Direktlichts weiter vergrössert wird.
  • Wie aus Figur 6 zu ersehen ist, kann der beschriebene Scheinwerfer zudem mit einem nach vorn gerichteten Reflektorring 16 versehen sein. Sollte die Lichtquelle 1 oder deren Speisung ausfallen, so dient dieser dazu, das Fahrrad für den Gegenverkehr nachts dennoch erkennbar zu machen. Der Reflektorring 16 aus transparentem Plexiglas besitzt eine Rückseite 17 mit Reflektorstruktur. Er ist verschweisst mit einem als Signalring 15 ausgebildeten Ring aus transparentem roten Plexiglas, durch den seitlich in der beschriebenen Weise Streulicht austreten kann. Das Ganze kann als Schnappring ausgebildet sein zur Montage der Streuscheibe 4 am Reflektor 2. In dieser Ausführung stellt der erfindungsgemässe Scheinwerfer eine integrierte, aktiv und passiv wirksame, optische Kenntlichmachung im Verkehr dar.
  • Insgesamt gestattet es der beschriebene Scheinwerfer, Lichtquellen mit relativ geringer Leistung, wie sie z.B. bei Fahrradlichtanlagen eingesetzt werden, zur Lichterzeugung optimal zu nutzen, indem die Falschlichtverluste herabgesetzt werden und das Licht in optimaler Weise gerichtet abgestrahlt wird, so dass vor dem Fahrrad auf der Strasse ein ausgedehnter Lichtfleck mit gleichmässiger Lichtverteilung erzeugt wird. Die Komponenten, insbesondere die Streuscheibe, können in effizienten Verfahren als Formteile hergestellt werden.

Claims (12)

  1. Scheinwerfer mit einer in der Scheinwerferachse (3) angeordneten Lichtquelle (1), mit einem parabolischen oder elliptischen Reflektor (2) und mit einer vor der Lichtquelle angeordneten Streuscheibe (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Streuscheibe (4) als einstückiger Formteil ausgebildet und mit einer Wölbung gegen die Lichtquelle (1) hin versehen ist, wobei in einer der Lichtquelle (1) am nächsten kommenden, zentralen Zone (5) eine Sammellinsenstruktur (9) eingeformt ist, derart, dass ein wesentlicher Teil des von der Lichtquelle (1) direkt in einen vorderen Raumwinkel ausgestrahlten Lichts etwa in Richtung der Scheinwerferachse (3) gesammelt wird.
  2. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinsenstruktur (9) mindestens im radial äusseren Bereich der zentralen Zone als Fresnellinse ausgebildet ist.
  3. Scheinwerfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuscheibe (4) als Formteil von etwa gleichbleibender Dicke ausgebildet ist.
  4. Scheinwerfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Zone (5) der Streuscheibe (14) von Randzonen (6,7,8) umgeben ist zur Ablenkung des vom Reflektor (2) ungefähr parallel reflektierten Lichts, wobei in den Randzonen die Ablenkung in seitlicher Richtung derart erfolgt, dass ein seitlich divergierender Lichtkegel erzeugt wird.
  5. Scheinwerfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale und gegebenenfalls die Randzonen derart geformt sind, dass die Lichtstrahlen im unteren Bereich jeder Zone im wesentlichen in Scheinwerferachsrichtung (3) und in deren oberem Bereich zunehmend zur Scheinwerferachse hin abgelenkt werden.
  6. Scheinwerfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Streuscheibenfläche in jeder Randzone (6,7,8) im Vertikalschnitt zusätzlich zu den Kugelschnitten eine Kurve vierter Ordnung überlagert ist.
  7. Scheinwerfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Zone (5) mit einer zusätzlichen Wölbung gegen die Lichtquelle hin versehen ist.
  8. Scheinwerfer nach einem der vorangeheneen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Peripherie der Streuscheibe (4) ein transparenter Ring (15) ausgebildet ist, durch welchen Streulicht radial austritt.
  9. Scheinwerfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der transparente Ring (15) eine Signalfarbe besitzt.
  10. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der transparente Ring (15) als Haltering für die Befestigung der Streuscheibe am Reflektor ausgebildet ist.
  11. Scheinwerfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1) eine Halogenlampe, ist.
  12. Verwendung des Scheinwerfers als Fahrradleuchte.
EP91118675A 1990-11-12 1991-11-01 Scheinwerfer Expired - Lifetime EP0485818B1 (de)

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