EP4367381B1 - Pumpe, insbesondere kraftstoffeinspritzpumpe - Google Patents
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- EP4367381B1 EP4367381B1 EP22731211.3A EP22731211A EP4367381B1 EP 4367381 B1 EP4367381 B1 EP 4367381B1 EP 22731211 A EP22731211 A EP 22731211A EP 4367381 B1 EP4367381 B1 EP 4367381B1
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- F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
- F02M2200/16—Sealing of fuel injection apparatus not otherwise provided for
Definitions
- Fuel injection pumps supply fuel to an internal combustion engine.
- the engine can be used to power a vehicle, for example.
- a suitable drive mechanism could, for example, comprise a camshaft with a cam on which the piston is supported at the end facing away from the pump working chamber. The rotary movement of the camshaft is then converted into a linear movement of the piston. The return movement can be achieved using the spring force of a piston spring.
- the piston must be guided into the drive chamber, which is supplied with a lubricating medium during operation of the fuel injection pump. Since fuel is generally not used as a lubricating medium, measures must be taken to ensure media separation.
- an annular sealing element can be arranged in the area of the piston guide. Since this is subjected to dynamic loads due to the movements of the piston, a particularly robust sealing element must be provided. So-called rod seals are therefore typically used.
- the present invention is based on the object of reducing the loads on a rod seal used for media separation in a pump, particularly in a fuel injection pump. As a result, the robustness and thus the service life of the pump are to be increased.
- the proposed pump in particular a fuel injection pump, comprises a housing part with a cylinder bore in which a lifting rod is accommodated for reciprocating movement.
- a rod seal is integrated into the cylinder bore for media separation, in particular for separating the fuel as the first medium from a lubricating medium as the second medium.
- the housing part forms a first stop surface that limits the stroke of the lifting rod and interacts with a second stop surface formed on the lifting rod to form a stop.
- At least one relief groove is formed in at least one stop surface, via which the cylinder bore is connected to a media-carrying pressure chamber when the lifting rod comes into contact with the stop surface of the housing part.
- the at least one relief groove Through the at least one relief groove, a medium located between the two stop surfaces can escape into the media-carrying pressure chamber when the lifting rod reaches the stop. In this way, the at least one relief groove counteracts the formation of a fluid backup in the stop area and in front of the rod seal within the cylinder bore. This means that with the help of the at least one relief groove, high pressure peaks within the cylinder bore are avoided, which could negatively affect the sealing function and the service life of the rod seal.
- the at least one relief groove therefore leads to a Relieving the rod seal load. Relieving the rod seal load not only increases the service life of the seal itself, but also the service life of the pump.
- the relieving effect of at least one relief groove increases with the size of the contact surfaces, since the larger the contact surfaces, the larger the displacement volume.
- the stop formed by the two stop surfaces together can be a stop that defines the top or bottom dead center of the lifting rod.
- the medium that escapes into the media-carrying pressure chamber via the at least one relief groove can, in particular, be the fuel to be injected.
- the at least one relief groove preferably runs radially with respect to a longitudinal axis of the cylinder bore and/or the lifting rod. If the at least one relief groove is formed in the stop surface of the housing part, it preferably runs radially with respect to the longitudinal axis A of the housing part. If the at least one relief groove is formed in the stop surface of the lifting rod, it preferably runs radially with respect to the longitudinal axis A of the lifting rod. Since ideally the lifting rod is aligned coaxially to the cylinder bore, the respective longitudinal axes coincide on a common longitudinal axis A. The radial course of the at least one relief groove corresponds to the shortest connection between the cylinder bore and the media-carrying pressure chamber, so that medium located between the stop surfaces is displaced into the pressure chamber via the shortest route.
- several relief grooves are arranged at equal angular spacing from one another, for example, in a cross or star pattern, in at least one of the two stop surfaces.
- This arrangement at equal angular spacing from one another results in a uniform displacement of the medium in the stop area into the media-carrying pressure chamber, so that no pressure cushion can build up between the stop surfaces.
- the at least one relief groove may have a square, for example triangular or square, trapezoidal or round cross-section.
- the rectangular cross-sectional shape has the advantage of being particularly easy to manufacture using a material-removing process and enabling large flow cross-sections.
- the round cross-sectional shape is primarily flow-optimized.
- the stop surface of the lifting rod is formed on an annular collar of the lifting rod, which is formed by a diameter step in the lifting rod or by a separate body arranged on the lifting rod.
- the annular collar is firmly connected to the lifting rod, so that it can interact with the stop surface of the housing part to form a stop.
- the stop surface of the housing part is formed on a plateau surrounding the cylinder bore.
- the at least one relief groove can then be created by a corresponding recess in the plateau, making it easy to manufacture.
- the plateau preferably has a circular basic shape that is arranged concentrically with respect to the cylinder bore. In this way, an annular stop surface surrounding the cylinder bore is created, which has the same width all the way around and is interrupted only by the at least one relief groove.
- the media-carrying pressure chamber to which the cylinder bore is connected via the at least one relief groove, be pressurized with fuel as the first medium during operation of the pump.
- the stop is therefore preferably arranged on the fuel side of the cylinder bore.
- the fuel can, in particular, be the fuel to be injected.
- the rod seal integrated into the cylinder bore prevents the fuel in the pressure chamber from mixing with another medium on the other side of the cylinder bore, in particular with a lubricating medium for lubricating a pump drive mechanism.
- the cylinder bore at its end facing away from the stop surface, open into a pressure chamber, which is pressurized with a lubricating medium during pump operation.
- the fuel and the lubricating medium can be permanently and safely separated.
- the pump 1 shown can in particular be a fuel injection pump with the aid of which fuel can be injected into a combustion chamber of an internal combustion engine.
- the pump 1 shown comprises a housing part 2 with a cylinder bore 3 in which a lifting rod 4 is received or guided so as to be movable back and forth.
- a first section of the lifting rod 4 extends into a first pressure chamber 9 which, during operation of the pump 1, is pressurised with a first medium, for example fuel.
- a second section of the lifting rod 4 extends beyond the cylinder bore 3 into a second pressure chamber 12 which, during operation of the pump 1, is pressurised with a further medium, for example a lubricating medium.
- a rod seal 5 is integrated into the cylinder bore 3.
- the housing part 2 forms a plateau 11 surrounding the cylinder bore 3 with a stop surface 6, which interacts with a stop surface 7 formed on an annular collar 10 of the lifting rod 4 to form a stop. If the lifting rod 4 moves towards the stop during operation of the pump 1, a fluid backup can occur in the stop area and within the cylinder bore 3. The resulting pressure peaks lead to a high load on the rod seal 5, so that the sealing effect is compromised. To prevent this, the stop surface 6 of the housing part 2 has several relief grooves 8, which are formed by clearances in the plateau 11. If the lifting rod 4 comes to rest against the stop, any medium present between the stop surfaces 6, 7 can escape via the relief grooves 8 into the pressure chamber 9.
- the relief grooves 8 can be arranged in a cross shape and each extend radially outwards from the cylinder bore 3.
- Figure 2 shows four relief grooves 8 as an example. However, the number can also be less than four, for example two or three, or more than four, for example five or six.
- any groove cross-section can be selected. Examples of embodiments are shown in the Figures 3a) to 3c ), where Figure 3a ) a round cross-section, the Figure 3b ) a square cross-section and the Figure 3c ) show a trapezoidal cross-section.
- the at least one relief groove 8 can also be formed in the stop surface 7 of the annular collar 10 of the lifting rod 4.
- reference number 7 is given in parentheses after reference number 6.
- reference number 10 is given in brackets after the reference number 11.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Kraftstoffeinspritzpumpe.
- Kraftstoffeinspritzpumpen dienen der Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff. Mit Hilfe der Brennkraftmaschine kann beispielsweise ein Fahrzeug angetrieben werden.
- Aus der
EP 1 722 098 A1 undDE102015201444 A1 gehen beispielhaft Kraftstoffeinspritzpumpen mit einem Kolben hervor, der in einem Zylinder hin und her beweglich geführt ist. Durch die Bewegungen des Kolbens wird Kraftstoff in einen Pumpenarbeitsraum angesaugt und anschließend verdichtet. - Die Bewegungen des Kolbens erfordern ein Triebwerk. Ein geeignetes Triebwerk kann beispielsweise eine Nockenwelle mit einem Nocken umfassen, an dem der Kolben an seinem dem Pumpenarbeitsraum abgewandten Ende abgestützt ist. Die Drehbewegung der Nockenwelle wird dann in eine lineare Bewegung des Kolbens umgesetzt. Die Rückstellung kann mit Hilfe der Federkraft einer Kolbenfeder bewirkt werden. Unabhängig von der konkreten Ausführung des Triebwerks muss der Kolben bis in den Triebwerksraum geführt werden, der im Betrieb der Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem Schmiermedium beaufschlagt wird. Da in der Regel kein Kraftstoff als Schmiermedium eingesetzt wird, müssen Maßnahmen ergriffen werden, die eine Medientrennung sicherstellen. Beispielsweise kann im Bereich der Führung des Kolbens ein ringförmiges Dichtelement angeordnet werden. Da dieses über die Bewegungen des Kolbens dynamisch belastet wird, ist ein besonders robustes Dichtelement vorzusehen. Üblicherweise werden daher sogenannte Stangendichtungen eingesetzt.
- Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Belastungen einer in einer Pumpe, insbesondere in einer Kraftstoffeinspritzpumpe, zur Medientrennung eingesetzten Stangendichtung zu verringern. Im Ergebnis soll auf diese Weise die Robustheit und damit die Lebensdauer der Pumpe gesteigert werden.
- Zur Lösung der Aufgabe wird die Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
- Die vorgeschlagene Pumpe, insbesondere Kraftstoffeinspritzpumpe, umfasst ein Gehäuseteil mit einer Zylinderbohrung, in der eine Hubstange hin und her beweglich aufgenommen ist. In die Zylinderbohrung ist zur Medientrennung, insbesondere zur Trennung des Kraftstoffs als erstem Medium von einem Schmiermedium als zweitem Medium, eine Stangendichtung integriert. Erfindungsgemäß bildet das Gehäuseteil eine den Hub der Hubstange begrenzende erste Anschlagfläche aus, die mit einer an der Hubstange ausgebildeten zweiten Anschlagfläche anschlagbildend zusammenwirkt. In zumindest einer Anschlagfläche ist dabei mindestens eine Entlastungsnut ausgebildet, über welche die Zylinderbohrung mit einem medienführenden Druckraum verbunden ist, wenn die Hubstange zur Anlage an der Anschlagfläche des Gehäuseteils gelangt.
- Über die mindestens eine Entlastungsnut kann ein Medium, das sich zwischen den beiden Anschlagflächen befindet, in den medienführenden Druckraum entweichen, wenn die Hubstange den Anschlag erreicht. Die mindestens eine Entlastungsnut wirkt auf diese Weise der Ausbildung eines Fluidstaus im Anschlagbereich sowie vor der Stangendichtung innerhalb der Zylinderbohrung entgegen. Das heißt, dass mit Hilfe der mindestens einen Entlastungsnut hohe Druckspitzen innerhalb der Zylinderbohrung vermieden werden, welche die Dichtfunktion und die Lebensdauer der Stangendichtung negativ beeinflussen könnten. Die mindestens eine Entlastungsnut führt demzufolge zu einer Entlastung der Stangendichtung. Die Entlastung der Stangendichtung führt nicht nur zu einer erhöhten Lebensdauer der Dichtung selbst, sondern ferner zu einer erhöhten Lebensdauer der Pumpe. Die entlastende Wirkung der mindestens einen Entlastungsnut steigt mit der Größe der Anschlagflächen, da mit der Größe der Anschlagflächen auch das Verdrängervolumen größer wird.
- Bei dem Anschlag, den die beiden Anschlagflächen gemeinsam ausbilden, kann es sich um einen Anschlag handeln, der einen oberen oder unteren Totpunkt der Hubstange definiert. Bei dem Medium, das über die mindestens eine Entlastungsnut in den medienführenden Druckraum entweicht, kann es sich insbesondere um den einzuspritzenden Kraftstoff handeln.
- Die mindestens eine Entlastungsnut verläuft bevorzugt radial in Bezug auf eine Längsachse der Zylinderbohrung und/oder der Hubstange. Sofern die mindestens eine Entlastungsnut in der Anschlagfläche des Gehäuseteils ausgebildet ist, verläuft sich vorzugsweise radial in Bezug auf die Längsachse A des Gehäuseteils. Sofern die mindestens eine Entlastungsnut in der Anschlagfläche der Hubstange ausgebildet ist, verläuft sie vorzugsweise radial in Bezug auf die Längsachse A der Hubstange. Da im Idealfall die Hubstange koaxial zur Zylinderbohrung ausgerichtet ist, fallen die jeweiligen Längsachsen zusammen auf eine gemeinsame Längsachse A. Der radiale Verlauf der mindestens einen Entlastungsnut entspricht der kürzesten Verbindung zwischen der Zylinderbohrung und dem medienführenden Druckraum, so dass zwischen den Anschlagflächen befindliches Medium auf kürzestem Weg in den Druckraum verdrängt wird.
- Vorteilhafterweise sind mehrere Entlastungsnuten in gleichem Winkelabstand zueinander, beispielsweise kreuz- oder sternförmig, in zumindest einer der beiden Anschlagflächen angeordnet. Die Anordnung im gleichen Winkelabstand zueinander führt zu einer gleichmäßigen Verdrängung des im Anschlagbereich befindlichen Mediums in den medienführenden Druckraum, so dass sich zwischen den Anschlagflächen kein Druckpolster aufbauen kann.
- Die mindestens eine Entlastungsnut kann einen eckigen, beispielsweise drei- oder viereckigen, einen trapezförmigen oder runden Querschnitt aufweisen. Die eckige Querschnittsform besitzt den Vorteil, dass sie in einem materialabtragenden Verfahren besonders einfach herzustellen ist und große Strömungsquerschnitte ermöglicht. Die runde Querschnittsform ist vor allem strömungsoptimiert.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Anschlagfläche der Hubstange an einem Ringbund der Hubstange ausgebildet, der durch einen Durchmesssersprung der Hubstange oder durch einen auf der Hubstange angeordneten separaten Körper ausgebildet wird. Der Ringbund ist in jedem Fall fest mit der Hubstange verbunden, so dass er anschlagbildend mit der Anschlagfläche des Gehäuseteils zusammenwirken kann. Die gebaute Ausführung besitzt den Vorteil, dass die Herstellung der Hubstange sowie die Montage der Pumpe vereinfacht werden.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Anschlagfläche des Gehäuseteils an einem die Zylinderbohrung umgebenden Plateau ausgebildet. Die mindestens eine Entlastungsnut kann dann durch eine entsprechende Freistellung im Plateau geschaffen werden, so dass sie einfach herzustellen ist. Das Plateau weist vorzugsweise eine kreisförmige Grundform auf, die konzentrisch in Bezug auf die Zylinderbohrung angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine die Zylinderbohrung umgebende ringförmige Anschlagfläche geschaffen, die umlaufend die gleiche Breite aufweist und nur durch die mindestens eine Entlastungsnut unterbrochen wird.
- Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der medienführende Druckraum, mit dem die Zylinderbohrung über die mindestens eine Entlastungsnut verbunden ist, im Betrieb der Pumpe mit Kraftstoff als erstem Medium beaufschlagt ist. Der Anschlag ist demnach bevorzugt auf der Kraftstoffseite der Zylinderbohrung angeordnet. Bei dem Kraftstoff kann es sich insbesondere um den einzuspritzenden Kraftstoff handeln. Die in die Zylinderbohrung integrierte Stangendichtung verhindert, dass sich der im Druckraum befindliche Kraftstoff mit einem anderen Medium auf der anderen Seite der Zylinderbohrung, insbesondere mit einem Schmiermedium zur Schmierung eines Triebwerks der Pumpe mischt.
- In Weiterbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, dass die Zylinderbohrung an Ihrem der Anschlagfläche abgewandten Ende in einen Druckraum mündet, der im Betrieb der Pumpe mit einem Schmiermedium beaufschlagt ist. Mit Hilfe der in die Zylinderbohrung integrierten Stangedichtung können der Kraftstoff und das Schmiermedium dauerhaft sicher getrennt werden. Denn durch Vorsehen der mindestens einen Entlastungsnut in zumindest einer Anschlagfläche kann ein Fluidstau vor der Stangendichtung und damit eine erhöhte Belastung der Stangendichtung durch Druckspitzen vermieden werden.
- Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
-
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Pumpe im Bereich einer in eine Zylinderbohrung integrierten Stangendichtung zur Medientrennung, -
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf das die Zylinderbohrung aufweisende Gehäuseteil der Pumpe derFig. 1 und -
Fig. 3 a) bis c) verschiedene Querschnittsformen einer Entlastungsnut für eine erfindungsgemäße Pumpe. - Bei der in der
Figur 1 dargestellten Pumpe 1 kann es sich insbesondere um eine Kraftstoffeinspritzpumpe handeln, mit deren Hilfe Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzbar ist. Die dargestellte Pumpe 1 umfasst ein Gehäuseteil 2 mit einer Zylinderbohrung 3, in der eine Hubstange 4 hin und her beweglich aufgenommen bzw. geführt ist. Ein erster Abschnitt der Hubstange 4 taucht dabei in einen ersten Druckraum 9 ein, der im Betrieb der Pumpe 1 mit einem ersten Medium, beispielsweise Kraftstoff, beaufschlagt ist. Ein zweiter Abschnitt der Hubstange 4 taucht jenseits der Zylinderbohrung 3 in einen zweiten Druckraum 12 ein, der im Betrieb der Pumpe 1 mit einem weiteren Medium, beispielsweise einem Schmiermedium, beaufschlagt ist. Zur sicheren Medientrennung ist in die Zylinderbohrung 3 eine Stangendichtung 5 integriert. - Das Gehäuseteil 2 bildet ein die Zylinderbohrung 3 umgebendes Plateau 11 mit einer Anschlagfläche 6 aus, die mit einer an einem Ringbund 10 der Hubstange 4 ausgebildeten Anschlagfläche 7 anschlagbildend zusammenwirkt. Führt die Hubstange 4 im Betrieb der Pumpe 1 eine Bewegung in Richtung des Anschlags aus, kann es zu einem Fluidstau im Anschlagbereich sowie innerhalb der Zylinderbohrung 3 kommen. Die dabei auftretenden Druckspitzen führen zu einer hohen Belastung der Stangendichtung 5, so dass die Dichtwirkung gefährdet ist. Um dies zu verhindern, weist die Anschlagfläche 6 des Gehäuseteils 2 mehrere Entlastungsnuten 8 auf, die durch Freistellungen im Plateau 11 ausgebildet werden. Gelangt die Hubstange 4 zur Anlage am Anschlag, kann zwischen den Anschlagflächen 6, 7 vorhandenes Medium über die Entlastungsnuten 8 in den Druckraum 9 entweichen.
- Wie beispielhaft in der
Figur 2 dargestellt, können die Entlastungsnuten 8 kreuzförmig angeordnet sein und sich jeweils von der Zylinderbohrung 3 nach radial außen erstrecken.Figur 2 zeigt beispielhaft vier Entlastungsnuten 8. Die Anzahl kann aber auch weniger als vier, beispielsweise zwei oder drei, oder mehr als vier, beispielsweise fünf oder sechs, betragen. Ferner kann ein beliebiger Nutquerschnitt gewählt werden. Ausführungsbeispiele sind in denFiguren 3a) bis 3c ) gezeigt, wobeiFigur 3a ) einen runden Querschnitt, dieFigur 3b ) einen viereckigen Querschnitt und dieFigur 3c ) einen trapezförmigen Querschnitt zeigen. - Alternativ zu den Darstellungen der
Figuren 1 bis 3 kann die mindestens eine Entlastungsnut 8 auch in der Anschlagfläche 7 des Ringbunds 10 der Hubstange 4 ausgebildet sein. In denFiguren 2 und 3 ist daher das Bezugszeichen 7 in Klammern hinter dem Bezugszeichen 6 angegeben. Analog ist in derFigur 2 hinter dem Bezugszeichen 11 das Bezugszeichen 10 in Klammern angegeben.
Claims (8)
- Pumpe (1), insbesondere Kraftstoffeinspritzpumpe, umfassend ein Gehäuseteil (2) mit einer Zylinderbohrung (3), in der eine Hubstange (4) hin und her beweglich aufgenommen ist, wobei in die Zylinderbohrung (3) zur Medientrennung, insbesondere zur Trennung des Kraftstoffs als erstem Medium von einem Schmiermedium als zweitem Medium, eine Stangendichtung (5) integriert,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (2) eine den Hub der Hubstange (4) begrenzende erste Anschlagfläche (6) ausbildet, die mit einer an der Hubstange (4) ausgebildeten zweiten Anschlagfläche (7) anschlagbildend zusammenwirkt, wobei in zumindest einer Anschlagfläche (6, 7) mindestens eine Entlastungsnut (8) ausgebildet ist, über welche die Zylinderbohrung (3) mit einem medienführenden Druckraum (9) verbunden ist, wenn die Hubstange (4) zur Anlage an der Anschlagfläche (6) des Gehäuseteils (2) gelangt. - Pumpe (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Entlastungsnut (8) radial in Bezug auf eine Längsachse (A) der Zylinderbohrung (3) und/oder der Hubstange (4) verläuft. - Pumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Entlastungsnuten (8) in gleichem Winkelabstand zueinander, beispielsweise kreuz- oder sternförmig, in zumindest einer der beiden Anschlagflächen (6, 7) angeordnet sind. - Pumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Entlastungsnut (8) einen eckigen, beispielsweise drei- oder viereckigen, einen trapezförmigen oder runden Querschnitt aufweist. - Pumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche (7) der Hubstange (4) an einem Ringbund (10) der Hubstange (4) ausgebildet ist, der durch einen Durchmesssersprung der Hubstange (4) oder durch einen auf der Hubstange (4) angeordneten separaten Körper ausgebildet wird. - Pumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche (6) des Gehäuseteils (2) an einem die Zylinderbohrung (3) umgebenden Plateau (11) ausgebildet ist. - Pumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der medienführende Druckraum (9), mit dem die Zylinderbohrung (3) über die mindestens eine Entlastungsnut (8) verbunden ist, im Betrieb der Pumpe (1) mit Kraftstoff als erstem Medium beaufschlagt ist. - Pumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderbohrung (3) an Ihrem der Anschlagfläche (6) abgewandten Ende in einen Druckraum (12) mündet, der im Betrieb der Pumpe (1) mit einem Schmiermedium beaufschlagt ist.
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2022
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