EP1292775A2 - Vorrichtung zum übertragen einer bewegung mit spielausgleich - Google Patents

Vorrichtung zum übertragen einer bewegung mit spielausgleich

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Publication number
EP1292775A2
EP1292775A2 EP01951405A EP01951405A EP1292775A2 EP 1292775 A2 EP1292775 A2 EP 1292775A2 EP 01951405 A EP01951405 A EP 01951405A EP 01951405 A EP01951405 A EP 01951405A EP 1292775 A2 EP1292775 A2 EP 1292775A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure chamber
piston
storage reservoir
passage
cylinder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01951405A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Bloching
Reda Rizk
Willibald SCHÜRZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1292775A2 publication Critical patent/EP1292775A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423—Component parts; Constructional details
    • F15B15/148—Lost-motion means between the piston and the output
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/20—Adjusting or compensating clearance
    • F01L1/22—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically
    • F01L1/24—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/167—Means for compensating clearance or thermal expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2309/00—Self-contained lash adjusters

Definitions

  • the invention relates to a device for transmitting a movement and / or for compensating for play according to the preamble of patent claim 1.
  • Piezo actuators lose a not negligible proportion of the useful stroke.
  • a play compensation By using a play compensation, a drive can be kept free of play so that the entire actuator stroke is available as a useful stroke.
  • Device for transmitting a movement to an injection valve which comprises a transmission module with a pressure chamber and an equalizing chamber.
  • the transmission module is arranged between a piezo actuator and a valve tappet.
  • the pressure chamber and compensation chamber are filled with a transmission medium, the pressure chamber being closed on one side by a membrane and connected to the compensation chamber via a throttle arranged on the opposite side.
  • the compensation chamber is on one side by a prestressed spring plate or a fixed derbeetzmannte second membrane completed, are above the compensation chamber and pressure chamber under a predetermined pressure.
  • the throttle is designed in such a way that short pressure differences are hardly compensated for and long pressure differences are completely compensated for.
  • a misalignment due to temperature change or wear is compensated for by a flow of the transmission medium from compensation chamber to pressure chamber and vice versa.
  • the disadvantage is that possible play compensation is limited by the maximum curvature of the membrane of the pressure chamber that can be achieved.
  • a quick and brief refilling of the pressure chamber with the transmission medium from the compensation chamber is not possible because of the throttle function described above.
  • a device for transmitting a deflection of a piezoelectric actuator with a pressure chamber is known, the pressure chamber being filled with a working medium and being delimited on both sides by a first and a second membrane.
  • the pressure chamber is arranged between the actuator and a plunger in such a way that the first membrane is the actuator and the second membrane is the
  • Pusher is assigned. A deflection of the actuator is transmitted to the tappet via the first and second diaphragms, the first and second diaphragms having different effective areas of different sizes. Match compensation via a compensation chamber is not provided.
  • a valve for controlling liquids with a hydraulic translator is known.
  • a pressure chamber is provided between two pistons, which are displaceably arranged in a housing.
  • control chambers are formed behind the pistons, the control chambers and pistons being sealed by a membrane.
  • the control rooms are connected to a drain hole via throttle bores.
  • the throttle bores have a sharp-edged and in the direction of relief of the control room a rounded transition in the filling direction.
  • Appropriate dimensioning means that a sufficient minimum pressure for refilling the pressure chamber is set in the control rooms.
  • the invention has for its object to overcome the disadvantages of the above prior art.
  • the pressure space and the elastic storage reservoir are connected to one another via a passage, the passage having a passage and a blocking direction, so that a flow of the transmission medium from the storage reservoir to the Pressure space allows and a flow in the opposite direction is essentially blocked.
  • the device according to the invention ensures gas-free filling of the transmission path under all operating conditions, with the annular gap and the passage thus how the pressure chamber and the storage reservoir, in particular, a closed system can be formed. A quick loss compensation of the transmission medium in the pressure chamber is ensured via the passage. By the immediate “re formation of the pressure space between the cylinder and piston, a play compensation over a wide range is possible.
  • the inventive device may be implemented as a pure metal type, thereby promoting a high load capacity and durability.
  • Fig. 1 shows a sectional side view of a first
  • Embodiment of a device for transmitting a movement and / or play compensation without stroke translation
  • Fig. 2 shows a sectional side view of a second embodiment of a device for transmitting a movement and / or play compensation with stroke translation and integrated movement reversal.
  • the device has a cylinder 1 with a guide, in which a piston 2 is slidably arranged with minimal radial play.
  • a pressure chamber 3 is formed between an end face 14 of the piston 2 and the guide 16 of the cylinder 1. 00 to co M o in o c ⁇ o c ⁇
  • Piezoelectric actuator The force applied by the piezo actuator acts via the piston 2, the pressure chamber 3 and the end face 12 of the cylinder 1 on an element (not shown) to be actuated.
  • This can be a control valve, for example.
  • the pressure in the pressure chamber 3 increases and a small amount of transmission medium escapes from the pressure chamber 3 into the storage reservoir via the annular gap 15.
  • the transmission medium in the pressure chamber 3 can be via the
  • Passage 5 and valve 6 are added again.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the device according to the invention for transmitting a movement and / or play compensation, wherein a stroke ratio with integrated movement reversal is provided.
  • a cylinder 21 is clamped with its two flat surfaces 24 into a housing, for example an injector housing.
  • Two pistons 22, 23, one of which is designed as a hollow piston 22 and the other as a reciprocating piston 23, are inserted in the cylinder 21.
  • the hollow piston 22 runs in a guide 45 of the cylinder 21 and the reciprocating piston 23 in a corresponding guide 46 of the hollow piston 22.
  • a pressure chamber 26 is formed by adjacent end faces 42, 43 of the pistons 22, 23 arranged one inside the other and the guidance of the ÜO LJ co to M ⁇ > c ⁇ O L ⁇ o c ⁇ o c ⁇
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  • a gas-free filling of the entire interior with the transmission medium is required for a loss-free force-distance transmission.

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Abstract

Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung mit Spielausgleich, die einen Zylinder (1, 21 ), mindestens einen Kolben (2, 22, 23) und ein elastisches Speicherreservoir (4, 30) für ein Übertragungsmedium umfasst, wobei ein Druckraum (6, 26) zwischen dem Kolben (2, 22, 23) und dem Zylinder (1, 21) ausgebildet ist, der Druckraum (6, 26) und das Speicherreservoir (4, 30) über einen Ringspalt (15, 44) zwischen Zylinder (1, 21) und Kolben (2, 22, 23 ) sowie einen zusätzlichen Durchgang (5, 40) miteinander verbunden sind und der Durchgang (5, 40) eine Durchlass- und eine Sperrichtung aufweist.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung mit Spielausgleich
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung und/oder zum Spielausgleich gemäß dem O- berbegriff des Patentanspruches 1.
Bei diversen Antrieben, beispielsweise beim Steuern/Antreiben von Ventilen, ist ein minimales Spiel bzw. eine definierte maximale Kontaktkraft zwischen einem Aktor und einer angetriebenen Komponente eine Voraussetzung für eine zuverlässige Funktion des Antriebes. Insbesondere bei der Verwendung von Piezoaktoren als Antrieb stellt dieses eine wesentliche Einsatzbedingung dar, weil Piezoaktoren zwar hohe Betäti- gungskräfte ermöglichen, die darstellbaren Aktorhübe jedoch sehr klein sind. Aufgrund von Längenänderungen infolge von Temperaturänderungen, Fertigungstoleranzen und Verschleißerscheinungen muss bei Systemen ohne Spielausgleich zumindest ein gewisses Maß eines Funktionsspiels vorgesehen werden, wo- durch jedoch der Arbeitshub entsprechend verringert wird.
Piezoaktoren verlieren dabei einen nicht zu vernachlässigen Anteil des Nutzhubes. Durch den Einsatz eines Spielausgleichs kann ein Antrieb spielfrei gehalten werden, so dass der gesamte Aktorhub als Nutzhub zur Verfügung steht.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 197 08 304 ist eine
Vorrichtung zur Übertragung einer Bewegung auf ein Einspritz- ventil bekannt, die ein Übertragungsmodul mit einer Druckkammer und einer Ausgleichskammer umfasst. Das Übertragungsmodul ist zwischen einem Piezoaktor und einem Ventilstößel angeord- net . Die Druckkammer und Ausgleichskammer sind mit einem Ü- bertragungsmedium gefüllt, wobei die Druckkammer auf einer Seite von einer Membran abgeschlossen und über eine an der gegenüberliegenden Seite angeordneten Drossel mit der Ausgleichskammer verbunden ist. Die Ausgleichskammer ist auf ei- ner Seite durch eine vorgespannte Federplatte oder eine fe- derbeaufschlagte zweite Membran abgeschlossen, über die Ausgleichskammer und Druckkammer unter einem vorgegebenen Druck stehen. Die Drossel ist dabei so ausgestaltet, dass zeitlich kurze Druckunterschiede kaum und lange Druckunterschiede vollständig ausgeglichen werden. Eine Dejustage aufgrund Temperaturänderung oder Verschleiß wird durch einen Fluss des Ü- bertragungsmediums von Ausgleichskammer zu Druckkammer und umgekehrt ausgeglichen. Nachteilig ist, dass ein möglicher Spielausgleich durch die maximal erreichbare Wölbung der Membran der Druckkammer begrenzt ist. Ein schnelles und kurzzeitiges Nachfüllen der Druckkammer mit dem Übertragungsmedium aus der Ausgleichskammer ist wegen der oben beschriebenen Drosselfunktion nicht möglich.
Aus der internationalen Veröffentlichung 98/15018 ist eine Vorrichtung zum Übertragen einer Auslenkung eines piezoelektrischen Aktors mit einer Druckkammer bekannt, wobei die Druckkammer mit einem Arbeitsmedium gefüllt und beidseitig durch eine erste und zweite Membran begrenzt ist. Die Druckkammer ist so zwischen dem Aktor und einem Stößel angeordnet, dass die erste Membran dem Aktor und die zweite Membran dem
Stößei zugeordnet ist. Eine Auslenkung des Aktors wird über die erste und zweite Membran auf den Stößel übertragen, wobei die erste und zweite Membran unterschiedlich große effektive Flächen aufweisen können. Ein Spielausgleich über eine Aus- gleichskammer ist nicht vorgesehen.
Aus der europäischen Veröffentlichung EP 0 947 690 ist ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit hydraulischem Übersetzer bekannt. Zwischen zwei Kolben, die in einem Gehäuse verschiebbar angeordnet sind, ist ein Druckraum vorgesehen. Zum Ausgleich von Flüssigkeitsverlusten des Druckraumes sind jeweils Steuerräume hinter den Kolben ausgebildet, wobei die Steuerräume und Kolben jeweils von einer Membran abgedichtet sind. Die Steuerräume sind über Drosselbohrungen an eine Leckölbohrung angeschlossen. Die Drosselbohrungen haben in Entlastungsrichtung des Steuerraumes einen scharfkantigen und in Füllrichtung einen gerundeten Übergang. Durch eine entsprechende Dimensionierung wird in den Steuerräumen so ein ausreichender Mindestdruck zum Wiederbefüllen des Druckraumes eingestellt. Bei einem Kolbenhub wird über die dem einen Kol- ben zugeordnete Membranfläche in der einen Steuerkammer ein Gegendruck entgegen dem Leckόlstrom aus der Druckkammer in Richtung dieser Steuerkammer aufgebaut. Gleichzeitig wird die andere Steuerkammer über die Drosselbohrung und aufgrund der entgegengesetzten Bewegung des anderen Kolbens mit der zuge- ordneten Membran wieder befüllt.
Bei Common Rail Injektoren wurden außerdem schon eine Reihe von hydraulischen Spielausgleichsvarianten vorgeschlagen, die als offene Systeme ausgeführt sind und Dieselkraftstoff, z.B. aus der Leckage, als Hydraulikflüssigkeit nutzen. Diese Sys- teme haben den Nachteil, dass eine gasfreie Befullung des Ü- bertragungsweges nicht unter allen Betriebsbedingungen sichergestellt ist.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des obigen Standes der Technik zu überwinden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen.
Demnach ist bei einer Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung und/oder zum Spielausgleich der Druckraum und das elastische Speicherreservoir über einen Durchgang miteinander verbunden, wobei der Durchgang eine Durchlass- und eine Sper- richtung aufweist, so dass ein Fluss des Übertragungsmediums von dem Speicherreservoir zu dem Druckraum ermöglicht und ein Fluss in entgegengesetzter Richtung im wesentlichen gesperrt wird.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine gasfreie Befullung des Übertragungsweges unter allen Betriebsbedingungen gewährleistet, wobei über den Ringspalt und den Durchgang so- wie den Druckraum und das Speicherreservoir insbesondere ein geschlossenes System ausgebildet werden kann. Ein schneller Verlustausgleich des Übertragungsmediums in dem Druckraum wird über den Durchgang sichergestellt. Durch die unmittelba- " re Ausbildung des Druckraumes zwischen Zylinder und Kolben ist ein Spielausgleich über einen weiten Bereich möglich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als reine Metallausführung realisiert sein, wodurch eine hohe Belastbarkeit und Lebensdauer gefördert werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnah- me auf die Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine geschnittene Seitenansicht einer ersten
Ausführungsform einer Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung und/oder Spielausgleich ohne Hubübersetzung und
Fig. 2 zeigt eine geschnittene Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung und/oder Spielausgleich mit Hubübersetzung und integrierter Bewegungsumkehr.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung und/oder Spiel- ausgleich, wobei keine Hubübersetzung vorgesehen ist. Die Vorrichtung weist einen Zylinder 1 mit Führung auf, in der ein Kolben 2 mit minimalem radialen Spiel verschiebbar angeordnet ist. Zwischen einer Stirnseite 14 des Kolbens 2 und der Führung 16 des Zylinders 1 ist ein Druckraum 3 ausgebil- 00 to co M o in o cπ o cπ
Piezoaktor. Die vom Piezoaktor aufgebrachte Kraft wirkt über den Kolben 2, den Druckraum 3 und die Stirnseite 12 des Zylinders 1 auf ein (nicht dargestelltes) zu betätigendes Element. Dieses kann beispielsweise ein Steuerventil sein. In- folge der Kraftwirkung des Piezoaktor im ausgelenktem Zustand steigt der Druck in dem Druckraum 3 an und eine geringe Menge Übertragungsmedium entweicht über den Ringspalt 15 aus dem Druckraum 3 in das Speicherreservoir .
In der Zeit, in der der Piezoaktor nicht angesteuert ist, kann das Übertragungsmedium in dem Druckraum 3 über den
Durchgang 5 und das Ventil 6 wieder ergänzt werden. Der statische Druck im Speicherreservoir 4 und die gleichzeitig als Druckfedern wirkenden Metallbälge 9, 10 erzeugen in dieser Phase eine definierte Kontaktkraft zwischen Stellglied und zu betätigendem Element. Änderungen in der Justage bzw. Abstimmung der einzelnen Komponenten aufgrund Temperaturausdehnung, Verschleiß und ähnlichem werden wegen der damit einhergehenden Druckänderung durch einen entsprechenden Fluss des Übertragungsmediums ausgeglichen.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung und/oder Spiel- ausgleich, wobei eine Hubübersetzung mit integrierter Bewegungsumkehr vorgesehen ist. Ein Zylinder 21 ist mit seinen beiden Planflächen 24 in ein Gehäuse, beispielsweise ein Injektorgehäuse eingespannt. Zwei Kolben 22, 23, von denen der eine als ein Hohlkolben 22 und der andere als ein Hubkolben 23 ausgeführt ist, sind in dem Zylinder 21 eingesetzt. Dabei läuft der Hohlkolben 22 in einer Führung 45 des Zylinders 21 und der Hubkolben 23 in einer entsprechenden Führung 46 des Hohlkolbens 22.
Ein Druckraum 26 wird von benachbarten Stirnflächen 42, 43 der ineinander angeordneten Kolben 22, 23 und der Führung des ÜO LJ co to M μ> cπ O LΠ o cπ o cπ
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tragungsmedium aus dem Speieherreservoir nachgefördert, die bei der Ansteuerung des Piezoaktors aus dem Druckraum 26 als Leckage entweicht. Die Metallbälge 31, 32 des Speicherreservoirs 30 übernehmen bei dieser Ausführungsform der Erfindung keine Federfunktion.
Für eine verlustfreie Kraft-Weg-Übertragung ist bei beiden Ausführungsformen eine gasfreie Befullung des gesamten Innenraumes mit dem Übertragungsmedium erforderlich.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung und/oder zum Spielausgleich umfassend einen Zylinder (1, 21) mit einer
Führung (16, 45, 46), mindestens einen Kolben (2, 22, 23)und ein elastisches Speicherreservoir (4, 30) für ein Übertragungsmedium, wobei der Kolben (2, 22, 23) in der Führung (16, 45, 46) des Zylinders (1, 21) angeordnet ist und zwischen der Führung (16, 45, 46) und einer Stirnseite (14, 42, 43) des
Kolbens ein Druckraum (6, 26) ausgebildet wird, der Druckraum (6, 26) mit dem Übertragungsmedium gefüllt sowie der Druckraum (6, 26 ) und das Speicherreservoir (4, 30) so zueinander beabstandet angeordnet sind, dass sie zumindest mittelbar ü- ber einen Ringspalt (15, 44) zwischen Zylinder (1, 21) und Kolben (2, 22, 23) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (1, 21) , der Kolben (2, 22, 23), das Speicherreservoir (4, 30), der Druckraum (6, 26) , der Ringspalt (15, 44) und der Durchgang (5, 40) ein ab- geschlossenes System für das Übertragungsmedium bilden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Druckraum (6, 26) und das elastische Speicherreservoir (4, 30) über einen Durchgang (5, 40) mit- einander verbunden sind, wobei der Durchgang (5, 40) eine
Durchlass- und eine Sperrichtung aufweist, so dass ein Fluss des Übertragungsmediums von dem Speicherreservoir (4, 30) zu dem Druckraum (6, 26) ermöglicht und ein Fluss in entgegengesetzter Richtung im wesentlichen gesperrt wird.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (5, 40) zum Erzielen der Durchlass- und Sperrwirkung ein Ventil (6, 29) um- fasst .
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (5, 40) in dem zumindest einen Kolben (2, 23) vorgesehen ist.
' 5. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Speicherreservoir (4, 30) derart ausgestaltet ist, dass ein Volumen des Übertragungsmediums, das dem Druckraum (6, 26) zum Ausgleich zugeführt wird, im wesentlichen keine Änderung des statischen Druckes des Speicherreservoirs (4, 30) bewirkt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Speicherreservoir (4, 30) aus zwei ineinander angeordneten Metallbälgen (9, 10, 31, 32) aufgebaut ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch geke nzeichnet, dass Mittel (7, 8, 38, 39) zum Befül- len der Vorrichtung mit dem Übertragungsmedium vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (7, 8, 38, 39) zum Befüllen der Vorrichtung in den Druckraum (6, 26) münden.
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