KR20190024430A - 4-웨이 토크 컨버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차 챔버의 유압을 항시 일정하게 유지함으로써, 록업 클러치의 제어 성능을 높일 수 있는 4-웨이 토크 컨버터를 개시한다.
본 발명의 4-웨이 토크 컨버터는 내부 오일 순환을 위한 1차 챔버, 프론트 커버와 록업 피스톤 사이에 형성되어 록업 클러치의 작동 유압을 공급하기 위한 2차 챔버, 상기 록업 피스톤과 밸런스 플레이트 사이에 마련되어 상기 록업 클러치의 작동 압력과 토크 컨버터의 내부 압력을 보상시켜 주기 위한 3차 챔버를 포함하고, 외경부의 한쪽 끝은 상기 록업 클러치의 다판식 마찰판으로 연계되면서 내·외주면을 경계로 상기 2차 챔버 및 상기 3차 챔버의 공간을 양쪽으로 분할하는 록업 피스톤, 상기 록업 피스톤의 원주단 플랜지 일단 내측으로 밀착되며 상기 1차 챔버와 상기 2차 챔버 사이에 배치되는 상기 3차 챔버의 한쪽 경계면을 형성하는 밸런스 플레이트, 일단이 파일롯에 고정되고 엔진의 토크를 변속기로 전달하는 인풋 샤프트 상의 터빈 스플라인 허브 상에 결합되며 끝단에는 상기 밸런스 플레이트의 내경단이 고정되고 상기 록업 피스톤의 내경단이 슬라이딩 가능하게 결합되는 내경단 절곡플랜지가 일체로 구비되는 프론트 커버를 포함한다.

Description

4-웨이 토크 컨버터{4-way torque converter}

본 발명은 3차 챔버의 유압을 항시 일정하게 유지함으로써, 록업 클러치의 제어 성능을 높일 수 있는 4-웨이 토크 컨버터에 관한 것이다.

자동차 메이커들은 최근 세계적인 고유가 정책 및 이산화탄소(CO2)의 규제로 인해 연비 향상 및 친환경 차량의 기술 개발에 총력을 기울이고 있다.

이러한 연비 향상 및 친환경 차량의 기술 개발 기조는 차량의 자동 변속기에 적용되는 토크 컨버터의 기술 개발에도 그대로 이어진다.

자동 변속기의 토크 컨버터는 엔진의 회전동력을 직접 전달받는 임펠러와, 상기 임펠러에 대향 배치되어 상기 임펠러로부터 공급되는 유체에 의하여 구동되는 터빈과, 상기 임펠러와 터빈의 대향부 내측에 배치되어 토크 증배 작동를 수행하는 스테이터를 구비하고 있다.

또한, 자동 변속기의 토크 컨버터는 고속 영역에서 토크를 기계적으로 직접 전달할 수 있는 록업 클러치(Lock Up Clutch)를 보유하고 있으며, 상기 록업 클러치는 토크 컨버터의 입력측 회전부재로서 상기 임펠러와 직접 연결된 프론트 커버와 출력측 회전부재인 터빈 사이의 공간부에 배치된다.

그리고 상기 록업 클러치는 토크 증배 작동을 이용하는 발진이나 임펠러와 터빈의 상대 회전을 허용할 필요가 있는 변속을 제외한 고속 영역에서 작동함으로써, 연비 성능을 향상시킬 수 있다.

그러나 이와 같은 통상적인 록업 클러치는 토크 컨버터 케이스 내의 임펠러와 터빈 사이에서 동력을 전달하기 위하여 충전되어 있는 유압이 체결 유압으로 공급될 수 있도록 하고 있기 때문에 효과적인 제어가 이루어질 수 없다는 문제점을 안고 있다.

더 구체적으로 살펴보면, 토크 컨버터의 케이스 내부에는 임펠러와 터빈 사이에서 동력을 전달하기 위하여 작동유가 충전되어 있으나, 상기 케이스 내의 유압은 임펠러의 회전 속도, 터빈의 회전 속도 및 상기 임펠러와 터빈 간의 상대 속도비의 변화에 따라 크게 변동된다.

이러한 작동 유압이 상기 록업 클러치의 피스톤에 체결 유압으로 작용하는 경우, 록업 클러치에 작용하는 체결력이 변동되기 때문에 록업 클러치의 체결 및 슬립 제어가 제대로 이루어지지 않는다.

또한, 상기 작동 유압은 록업 클러치의 체결 유압으로 작용하기 위해서는 작동 유압 이상의 고압으로 인가되어야 하기 때문에 고용량의 오일펌프를 필요로 하게 되며, 이는 결과적으로 변속기의 동력전달효율을 떨어뜨리는 것은 물론, 엔진부하의 증대로 인하여 연비 성능을 저하시키는 등의 문제점을 야기한다.

미국 공개특허공보 제2003-0056319호(2003. 3. 7. 공개) 국제 공개특허공보 제2016-010712호(2016. 1. 21. 공개)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 3차 챔버의 유압을 항시 일정하게 유지할 수 있도록 하여 록업 클러치의 작동 압력을 경감시키는 방향에 주안점을 둔다.

또한, 본 발명은 록업 클러치의 제어 성능은 그대로 유지하면서 부품 수를 줄이고, 작업성을 개선하는 동시에 설계자유도를 높일 수 있는 4-웨이 토크 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가, 본 발명은 록업 클러치의 작동 제어 구조를 개선하여 제어 성능을 높이는 동시에 록업 클러치 작동 상의 신뢰도를 높일 수 있는 4-웨이 토크 컨버터를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부 오일 순환을 위한 1차 챔버, 프론트 커버와 록업 피스톤 사이에 형성되어 록업 클러치의 작동 유압을 공급하기 위한 2차 챔버, 상기 록업 피스톤과 밸런스 플레이트 사이에 마련되어 상기 록업 클러치의 작동 압력과 토크 컨버터의 내부 압력을 보상시켜 주기 위한 3차 챔버를 포함하고, 외경부의 한쪽 끝은 상기 록업 클러치의 다판식 마찰판으로 연계되면서 내·외주면을 경계로 상기 2차 챔버 및 상기 3차 챔버의 공간을 양쪽으로 분할하는 록업 피스톤, 상기 록업 피스톤의 원주단 플랜지 일단 내측으로 밀착되며 상기 1차 챔버와 상기 2차 챔버 사이에 배치되는 상기 3차 챔버의 한쪽 경계면을 형성하는 밸런스 플레이트, 일단이 파일롯에 고정되고 엔진의 토크를 변속기로 전달하는 인풋 샤프트 상의 터빈 스플라인 허브 상에 결합되며 끝단에는 상기 밸런스 플레이트의 내경단이 고정되고 상기 록업 피스톤의 내경단이 슬라이딩 가능하게 결합되는 내경단 절곡플랜지가 일체로 구비되는 프론트 커버를 포함하는 4-웨이 토크 컨버터를 제공한다.

상기 밸런스 플레이트는 록업 작동 시 상기 3차 챔버의 유압을 항시 일정하게 유지시키기 위한 오리피스 홀을 포함할 수 있다.

상기 밸런스 플레이트는 외경단과 상기 록업 피스톤의 원주단 플랜지 사이에 마련된 제3 씰링이 비피에스(BPS:Bonded Piston Seal)로 적용하는 것이 바람직하다.

상기 제3 씰링의 비피에스(BPS:Bonded Piston Seal)는 싱글 립 또는 투윈 립 형태로 실시할 수 있다.

상기 록업 피스톤은 록업 작동 시 원심력에 의한 축 회전을 방지할 수 있도록 돌출형 피스톤 키를 구비하고, 상기 프론트 커버는 상기 피스톤 키에 대응되는 키 홀더를 더 포함할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 실시 예는 3차 챔버의 유압을 항시 일정하게 유지하는 것은 물론, 보다 작은 압력으로 록업 클러치를 제어하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 록업 클러치의 해제 방향으로도 소정의 압력을 제어할 수 있으므로 제어 성능의 향상을 도모하는 효과도 있다.

이외에도, 본 발명의 실시 예는 프론트 커버와 피스톤 허브를 일체로 형성하여 부품 수를 줄이고, 작업성을 개선하는 동시에 설계자유도를 높이는 효과를 얻는다.

도 1은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위해 4-웨이 토크 컨버터를 나타내 보인 반단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예를 설명하기 위해 4-웨이 토크 컨버터의 주요특징부를 파악할 수 있도록 분해 상태로 나열해 나타내 보인 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위해 4-웨이 토크 컨버터의 밸런스 플레이트 외경단에 구비되는 제3 씰링의 비피에스(BPS:Bonded Piston Seal) 적용 예를 간략하게 나타내 보인 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위해 4-웨이 토크 컨버터를 나타내 보인 반단면도이고, 도 2는 도 1의 4-웨이 토크 컨버터에 대한 주요특징부를 도시한 분해 사시도로, 4-웨이 토크 컨버터를 도시하고 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 4-웨이 토크 컨버터는 엔진의 크랭크축에 연결되어 회전하는 프론트 커버(1), 이 프론트 커버(1)에 연결되어 함께 회전하는 임펠러(3), 이 임펠러(3)와 마주하는 위치에 배치되는 터빈(5), 그리고 임펠러(3)와 터빈(5) 사이에 위치하여 터빈(5)으로부터 나오는 오일의 흐름을 임펠러(3) 측으로 바꿔 전달하는 리엑터(7, 또는 '스테이터'라고도 함)를 포함한다.

임펠러(3) 측으로 오일을 전달하는 리엑터(7)는 프론트 커버(1)와 동일한 회전 중심을 가진다. 그리고, 엔진과 변속기를 직접 연결하는 록업 클러치(9)는 프론트 커버(1)와 터빈(5) 사이에 배치된다.

록업 클러치(9)는 대략 원판형으로 형성되어 축 방향으로의 이동이 가능하게 배치되는 록업 피스톤(11)을 구비한다.

그리고, 록업 피스톤(11)은 프론트 커버(4)와의 마찰 접촉을 위한 록업 드럼(13) 및 다판식 마찰판(15)으로 연계된다.

록업 클러치(9) 측에는 소정의 토셔널 댐퍼(17, Torsional damper)가 결합될 수도 있다. 토셔널 댐퍼(17)는 록업 클러치(9)의 록업 드럼(13)과 리벳 이음으로 결합되어 다판식 마찰판(15)이 프론트 커버(1)에 밀착될 때, 축의 회전 방향으로 작용하는 비틀림력을 흡수하고 진동을 감쇄시키는 역할을 한다.

록업 드럼(13)은 상부 드럼(13a)과 하부 드럼(13b)으로 구성된다.

토셔널 댐퍼(17)와 리벳으로 결합된 록업 클러치(9)는 터빈(5)과 리벳으로 연결된 터빈 스플라인 허브(19)로 연결된다.

본 발명의 실시 예는 제1 유로(53)와 제2 유로(55)를 통해 내부 오일 순환을 위한 1차 챔버(21)와, 록업 클러치(9)의 작동 압력을 위한 2차 챔버(23) 및 상기 록업 클러치(9)의 작동 압력 보상을 위한 3차 챔버(25)를 포함한다.

2차 챔버(23)는 프론트 커버(1)와 록업 피스톤(11)에 의해 둘러싸인 소정의 공간 형태로, 록업 클러치(9)의 작동 유압을 공급하기 위한 것이라면, 3차 챔버(25)는 록업 피스톤(11)과 밸런스 플레이트(27)에 의해 둘러싸인 소정의 공간 형태로 이루어진다.

3차 챔버(25)는 1차 챔버(21)와 2차 챔버(23) 사이에 배치되어 록업 클러치(9)의 작동 압력 보상과 더불어 토크 컨버터의 내부 압력을 보상시켜 주는 기능을 맡는다.

록업 피스톤(11)은 외경부의 한쪽 끝이 록업 클러치(9)의 다판식 마찰판(15)으로 연계된다. 특히, 2차 챔버(23)와 3차 챔버(25)는 단일체인 록업 피스톤(11)의 내·외주면을 경계로 좌우 양측으로 분할되는 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명의 록업 피스톤(11)은 환형의 원주단 플랜지(11a)를 포함한다.

이때, 환형의 원주단 플랜지(11a)는 도 1에서처럼 일단이 프론트 커버(1)의 제2 씰링(37)에 밀착되는 제2 씰링면(11c)을 형성하는 반면에, 타단은 밸런스 플레이트(27)의 외경단에 구비되는 제3 씰링(39)에 밀착되는 제3 씰링면(11d)으로 형성된다.

록업 피스톤(11)의 원주단 플랜지(11a)는 중심축으로부터 2차 챔버(23)와 3차 챔버(25)의 외곽 경계면을 일괄 커버하게 되므로 부품 수를 줄이는 간소화 효과를 발휘한다.

환형의 원주단 플랜지(11a) 즉, 제2 씰링면(11c)과 제3 씰링면(11d)을 포함하는 단일체의 록업 피스톤(11)은 다이캐스팅 주물 구조로 구현될 수 있다.

록업 피스톤(11)의 원주단 플랜지(11a) 일단 즉, 제2 씰링면(11c)으로는 프론트 커버(1)에 마련된 제2 씰링(37)이 밀착되어 2차 챔버(23)의 밀폐성을 보장하게 된다.

그리고, 원주단 플랜지(11a)의 타단 내측 즉, 제3 씰링면(11d)의 안쪽으로는 밸런스 플레이트(27)의 외경단에 마련된 제3 씰링(39)이 밀착된다. 이때, 밸런스 플레이트(27)의 외경단과 제3 씰링면(11d) 사이에 배치된 제3 씰링(39)은 3차 챔버(25)의 밀폐성을 보장하게 된다.

제3 씰링(39)은 비피에스(BPS:Bonded Piston Seal)의 형태로 실시할 수 있다. 예를 들면, 도 3에서 나타낸 것처럼 싱글 립 또는 투윈 립과 같은 형태를 들 수 있다.

밸런스 플레이트(27)는 록업 피스톤(11)의 원주단 플랜지(11a) 타단 내측 즉, 제3 씰링면(11d)으로 장착되어 3차 챔버(23)의 한쪽 경계면을 형성한다.

이때, 밸런스 플레이트(27)의 내경단은 프론트 커버(1)의 내경단 즉, 절곡플랜지(1a)의 끝단에 용접된 형태로 이루어진다.

밸런스 플레이트(27)는 오리피스 홀(27a)을 더 포함할 수 있다.

오리피스 홀(27a)은 1차 챔버(21) 내의 순환 오일과 연계되어 3차 챔버(25)의 유압을 항시 일정하게 유지시켜 줄 수 있다. 즉, 록업 클러치(9) 작동 시 오리피스 홀(27a)을 통해 3차 챔버(25) 내의 유압을 일정하게 형성하는 반면, 록업 클러치(9)의 해제 시에는 인풋 샤프트(29) 쪽으로 난 제4 유로(43)를 통해 소정의 작동 오일을 드레인시킨다.

본 발명의 프론트 커버(1)는 내경단 부위에 피스톤 허브 기능을 가진 절곡플랜지(1a)가 일체로 구비되고, 프론트 커버(1)는 엔진의 토크가 직접 걸리는 파일롯(31)과 용접으로 고정된다.

프론트 커버(1)의 절곡플랜지(1a)는 엔진의 토크를 변속기로 전달하는 인풋 샤프트(29)가 장착되는 터빈 스플라인 허브(19) 상에 결합된다.

절곡플랜지(1a)의 외면상에는 밸런스 플레이트(27)의 내경단이 용접되는 것 외에 록업 피스톤(11)의 내경단이 슬라이딩 가능하게 결합된다.

즉, 프론트 커버(1)의 절곡플랜지(1a)는 프론트 커버(1)와 피스톤 허브가 일체로 구비된 형태라 할 수 있다.

따라서, 프론트 커버(1)의 절곡플랜지(1a)는 궁극적으로 부품 수를 줄이고, 작업성을 개선하는 효과를 발휘한다.

본 발명의 실시 예는 프론트 커버(1)와 피스톤 허브를 일체로 형성하여 부품 수를 줄이고, 용접과 같은 공정과정을 없애 원가를 절감하는 동시에 설계자유도를 높이는 효과를 얻는다.

프론트 커버(1)는 내경단 부위의 절곡플랜지(1a) 내부로 제3 유로(41)와 제4 유로(43)를 포함한다.

제3 유로(41)는 2차 챔버(23)로 연계되고, 제4 유로(43)는 3차 챔버(25)로 연계된다.

2차 챔버(23)의 록업 작동 압력과 3차 챔버(25)의 록업 작동 보상 압력 사이에 발생하는 작동 압력의 차이에 따라 록업 피스톤(11)은 축 방향으로 슬라이딩되면서 록업 클러치(9)를 작동 또는 작동 해제하게 된다.

이때, 2차 챔버(23) 및 3차 챔버(25)의 작동 오일은 작동 모드 즉, 록업 작동 또는 작동 해제에 따라 제3 유로(41)를 통해서는 2차 챔버(23) 쪽으로, 제4 유로(43)를 통해서는 3차 챔버(25) 쪽으로 각각의 작동 오일을 유입 또는 유출한다.

이와 같이, 록업 피스톤(11)의 축 방향 슬라이딩 즉, 록업 클러치(9)의 작동 또는 작동 해제를 위한 작동 오일의 제어가 쉽고 빠르게 이루어지게 된다.

본 발명의 실시 예는 록업 작동을 위한 2차 챔버(23)와 3차 챔버(25) 간의 유기적인 작동 압력에 따라 록업 피스톤(11)이 움직이므로 록업 작동에 필요한 압력을 경감하는 것은 물론, 자동차의 연비 향상을 새롭게 도모하는 등의 효과를 얻는다

록업 피스톤(11)에 따른 양쪽 경계면으로 구분되는 2차 챔버(23)와 3차 챔버(25)는 제1 씰링(35)과 제2 씰링(37) 및 제3 씰링(39)을 포함한다.

제1 씰링(35)과 제2 씰링(37) 및 제3 씰링(39)은 2차 챔버(23)와 3차 챔버(25) 내의 유압을 일정하게 유지시켜 주는 역할을 한다. 즉, 2차 챔버(23)와 3차 챔버(25)는 공간상의 밀폐성이 제1 씰링(35)과 제2 씰링(37) 및 제3 씰링(39)에 의해 보장된다.

제1 씰링(35)은 프론트 커버(1)의 내경단 절곡플랜지(1a)와 록업 피스톤(11)의 내경단 사이에 구비된다. 제2 씰링(37)은 프론트 커버(1)와 록업 피스톤(11)의 원주단 플랜지(11a) 일단 즉, 제2 씰링면(11c) 사이에 구비된다. 그리고, 제3 씰링(39)은 밸런스 플레이트(27)의 외경단과 록업 피스톤(11)의 원주단 플랜지(11a) 타단 내측 즉, 제3 씰링면(11d) 사이에 형성된다.

프론트 커버(1)의 절곡플랜지(1a)와 터빈 스플라인 허브(19) 사이에는 제4 씰링(45)과 제5 씰링(47)이 구비된다.

제4 씰링(45)과 제5 씰링(47)은 절곡플랜지(1a)의 제4 유로(43)와 터빈 스플라인 허브(19) 내에 형성된 제4 유로(43)와의 연계성 및 유밀성을 확보할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

록업 피스톤(11)은 돌출형 피스톤 키(11b)를 더 구비할 수 있다. 이때, 프론트 커버(1)는 상기 피스톤 키(11b)에 대응되는 키 홀더(1b)를 더 포함한다.

피스톤 키(11b)와 키 홀더(1b)는 상호 간의 작동에 의해 록업 클러치(9)의 작동 시 원심력에 의한 록업 피스톤(11)의 축 회전을 방지하는 것이 가능하다.

키 홀더(1b)는 프론트 커버(1) 내측 해당 부위에 엠보 가공 또는 프레스 가공과 같은 방법으로 실시할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능한 범주 내에서는 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해하여야 할 것이다.

1. 프론트 커버, 1a. 절곡플랜지, 1b. 키 홀더
3. 임펠러
5. 터빈
7. 리엑터
9. 록업 클러치
11. 록업 피스톤, 11a. 원주단 플랜지, 11b. 피스톤 키, 11c. 제2 씰링면, 11d. 제3 씰링면
13. 록업 드럼, 13a. 상부 드럼, 13b. 하부 드럼
15. 마찰판
17. 토셔널 댐퍼
19. 터빈 스플라인 허브
21. 1차 챔버
23. 2차 챔버
25. 3차 챔버
27. 밸런스 플레이트, 27a. 오리피스 홀
29. 인풋 샤프트
31. 파일롯
35. 제1 씰링
37. 제2 씰링
39. 제3 씰링
41. 제3 유로
43. 제4 유로
45.제4 씰링
47.제5 씰링
51. 오일씰
53. 제1 유로
55. 제2 유로

Claims (5)

1. 내부 오일 순환을 위한 1차 챔버, 프론트 커버와 록업 피스톤 사이에 형성되어 록업 클러치의 작동 유압을 공급하기 위한 2차 챔버, 상기 록업 피스톤과 밸런스 플레이트 사이에 마련되어 상기 록업 클러치의 작동 압력과 토크 컨버터의 내부 압력을 보상시켜 주기 위한 3차 챔버를 포함하고,
   외경부의 한쪽 끝은 상기 록업 클러치의 다판식 마찰판으로 연계되면서 내·외주면을 경계로 상기 2차 챔버 및 상기 3차 챔버의 공간을 양쪽으로 분할하는 록업 피스톤,
   상기 록업 피스톤의 원주단 플랜지 일단 내측으로 밀착되며 상기 1차 챔버와 상기 2차 챔버 사이에 배치되는 상기 3차 챔버의 한쪽 경계면을 형성하는 밸런스 플레이트,
   일단이 파일롯에 고정되고 엔진의 토크를 변속기로 전달하는 인풋 샤프트 상의 터빈 스플라인 허브 상에 결합되며 끝단에는 상기 밸런스 플레이트의 내경단이 고정되고 상기 록업 피스톤의 내경단이 슬라이딩 가능하게 결합되는 내경단 절곡플랜지가 일체로 구비되는 프론트 커버를 포함하는 4-웨이 토크 컨버터.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 밸런스 플레이트는 록업 작동 시 상기 3차 챔버의 유압을 항시 일정하게 유지시키기 위한 오리피스 홀을 포함하는 4-웨이 토크 컨버터.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 밸런스 플레이트는 외경단과 상기 록업 피스톤의 원주단 플랜지 사이에 마련된 제3 씰링이 비피에스(BPS:Bonded Piston Seal)로 적용되는 4-웨이 토크 컨버터.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제3 씰링의 비피에스(BPS:Bonded Piston Seal)는 싱글 립 또는 투윈 립 형태인 4-웨이 토크 컨버터.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 록업 피스톤은 록업 작동 시 원심력에 의한 축 회전을 방지할 수 있도록 돌출형 피스톤 키를 구비하고, 상기 프론트 커버는 상기 피스톤 키에 대응되는 키 홀더를 더 포함하는 4-웨이 토크 컨버터.

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