WO1999030044A1 - Shear connector with a pyrotechnic heat and expulsion generator - Google Patents

Shear connector with a pyrotechnic heat and expulsion generator Download PDF

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WO1999030044A1 PCT/EP1998/008027 EP9808027W WO9930044A1 WO 1999030044 A1 WO1999030044 A1 WO 1999030044A1 EP 9808027 W EP9808027 W EP 9808027W WO 9930044 A1 WO9930044 A1 WO 9930044A1
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Joachim Fibranz
Dirk Fritsch
Peter Lehniger
Wolfgang Mosig
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Dynamit Nobel Gmbh Explosivstoff- Und Systemtechnik
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/006—Explosive bolts; Explosive actuators

Definitions

  • the invention has for its object to improve a composite anchor according to the preamble of claim 1 such that handling is improved, fewer parts are required, no complex special tool is required, the bolt diameter can be equal to the diameter of the composite anchor, the suitability for the tensile zone of reinforced concrete structures (in particular ceilings) is fulfilled, the suitability is also given for peripheral zones and short waiting times have to be observed before the composite anchor can be fully loaded.
  • the composite anchor has a sleeve-shaped housing with a receiving space extending in the longitudinal direction, from which outflow channels lead radially outwards.
  • the longitudinal direction is understood to mean the axial direction of the composite anchor.
  • the described embodiment has an impact piece 3.
  • the triggering of the ignition element which can also be arranged outside the generator 2, can, for. B. thermally or by laser energy.

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Abstract

The invention relates to a shear connector with a curable mass (5) to secure said connector in a bore hole (6). In order to improve handling and to reduce the number of parts, a pyrotechnic heat and expulsion generator (2) is, amongst others, arranged in the shear connector. Said generator heat the curable mass (5) when the pyrotechnic charge (7) is ignited and expels it into the bore hole (6).

Description

Verbundanker mit einem pyrotechnischen Heiz- und Austreibgenerator Composite anchor with a pyrotechnic heating and expulsion generator
Die Erfindung betrifft einen Verbundanker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a composite anchor according to the preamble of claim 1.
Verbundanker bzw. Injektionsanker sind seit langem bekannt. Dazu wird in das Bohrloch eine Glasampulle (Mörtelpatrone, die Reaktionsharz, Quarz und Härter enthält) eingeführt und eine Gewindestange bzw. ein speziell geformter Bolzen nachgeschoben. Die Glasampulle zerbricht, und durch Einvibrieren des Bolzens verteilt sich die Masse gleichmäßig im Bohrloch. Solche Verbundanker sind auch für den Einsatz in der Zugzone erhältlich. Dort bilden sich aufgrund der geringen Zugfestigkeit des Betons im Laufe der Zeit Risse, so daß einmalig aufgespreizte Verbundanker nachrutschen können bzw. nur noch einen Bruchteil ihrer Tragkraft haben.Compound anchors or injection anchors have long been known. To do this, a glass ampoule (mortar cartridge containing reaction resin, quartz and hardener) is inserted into the borehole and a threaded rod or a specially shaped bolt is pushed in. The glass ampoule breaks, and by vibrating the bolt, the mass is evenly distributed in the borehole. Such composite anchors are also available for use in the tension zone. There, due to the low tensile strength of the concrete, cracks form over time, so that one-time spread composite anchors can slip or have only a fraction of their load-bearing capacity.
Diese Verbundanker werden auch als Dübel bezeichnet, d. h. die Begriffe sind äquiva- lent.These composite anchors are also called dowels, i. H. the terms are equivalent.
Nachteilig an diesen Verbundankern ist, daß der Bohrlochdurchmesser immer größer sein muß als der Dübeldurchmesser, da der Dübel eingeschoben und vibriert werden muß. Dazu ist zusätzliches SpezialWerkzeug nötig. Desweiteren bestehen Verbund- anker stets aus mehreren Komponenten, wie dem Gehäuse, der Mörtelpatrone und dem Bolzen, die getrennt voneinander gelagert werden und im Bedarfsfall zusammengefügt bzw. benutzt werden.A disadvantage of these composite anchors is that the borehole diameter must always be larger than the anchor diameter, since the anchor must be inserted and vibrated. This requires additional special tools. Furthermore, composite anchors always consist of several components, such as the housing, the mortar cartridge and the bolt, which are stored separately from each other and can be assembled or used if necessary.
Ferner ist die Bohrtiefe exakt einzuhalten, da sonst Mörtel austritt bzw. die Länge des herausstehenden Bolzenteils nicht ausreichend ist. Es sind Aushärtezeiten vor Belastung einzuhalten (je nach Umgebungstemperatur einige Minuten bis einige Stunden) bis der Dübel voll belastet werden kann.Furthermore, the drilling depth must be observed exactly, otherwise mortar will escape or the length of the protruding bolt part will not be sufficient. Curing times must be observed before loading (depending on the ambient temperature, a few minutes to a few hours) until the dowel can be fully loaded.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbundanker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart zu verbessern, daß die Handhabung verbessert ist, weniger Teile erforderlich sind, kein aufwendiges Spezialwerkzeug erforderlich ist, der Bolzendurchmesser gleich dem Durchmesser des Verbundankers sein kann, die Taug- lichkeit für die Zugzone von Stahlbetonkonstruktionen (insbesondere Decken) erfüllt ist, die Tauglichkeit auch für Randzonen gegeben ist und geringe Wartezeiten zu beachten sind, bis der Verbundanker voll belastet werden kann.The invention has for its object to improve a composite anchor according to the preamble of claim 1 such that handling is improved, fewer parts are required, no complex special tool is required, the bolt diameter can be equal to the diameter of the composite anchor, the suitability for the tensile zone of reinforced concrete structures (in particular ceilings) is fulfilled, the suitability is also given for peripheral zones and short waiting times have to be observed before the composite anchor can be fully loaded.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Verbundanker ein pyro- technischer Heiz- und Austreibgenerator angeordnet ist, der bei Zündung der pyro- technischen Ladung die aushärtbare Masse erhitzt und in das Bohrloch austreibt. Durch die erfindungsgemäße Lehre wird aushärtbare Masse im Inneren des Verbundankers erhitzt und durch die Druckwirkung des Generators aus dem Dübel in das Bohrloch ausgetrieben. Die Festigkeit kommt durch die innige Verbindung der aushärtbaren Masse mit dem Bohrloch und der Außenfläche des Verbundankers bzw. Dübels zustande.According to the invention, this object is achieved in that a pyro-technical heating and expulsion generator is arranged in the composite anchor, which heats the curable mass when the pyro-technical charge is ignited and expels it into the borehole. Through the teaching of the invention, curable mass is heated inside the composite anchor and driven out of the dowel into the borehole by the pressure effect of the generator. The strength comes from the intimate connection of the curable mass with the drill hole and the outer surface of the anchor or dowel.
In bevorzugter Ausführungsform weist der Verbundanker ein hülsenförmiges Gehäuse mit einem sich in Längsrichtung erstreckenden Aufnahmeraum auf, von dem Abströmkanäle radial nach außen führen. Mit Längsrichtung ist die Axialrichtung des Verbundankers verstanden.In a preferred embodiment, the composite anchor has a sleeve-shaped housing with a receiving space extending in the longitudinal direction, from which outflow channels lead radially outwards. The longitudinal direction is understood to mean the axial direction of the composite anchor.
Vorteilhafterweise weist im Bereich der Austrittsöffnungen der Abströmkanäle die Mantelfläche des Gehäuses eine Einbuchtung auf. In diese Einbuchtung wird die aushärtbare Masse gedrückt.The lateral surface of the housing advantageously has an indentation in the region of the outlet openings of the outflow channels. The curable mass is pressed into this indentation.
Zweckmäßigerweise ist die Mantelfläche im Bereich der Einbuchtung mit Schrägen versehen, die sich in Richtung zur Spitze des Verbundankers hin verbreitern. Hier- durch ist ein Nachrutschen im Falle von Rißbildungen in der Zugzone möglich, ohne daß sich der Verbundanker lockert, da durch die Schrägen während des Nachrutschens die angrenzende aushärtbare Masse weiter verdichtet wird und dadurch den festen Sitz wieder sicherstellt.The lateral surface is expediently provided with bevels in the region of the indentation, which widen towards the tip of the composite anchor. This makes it possible to slide in the case of cracks in the tensile zone without loosening the bonded anchor, since the sloping surface further compresses the adjacent curable mass and thereby ensures a firm fit again.
Erfindungsgemäß ist am Ende des Aufnahmeraums die aushärtbare Masse angeordnet. Diese ist bevorzugt ein Kunststoff als Granulat oder Formteil. Vorteilhaft ist die aushärtbare Masse jedoch auch ein thermisch aushärtender Flüssigmörtel oder ein Kleber bzw. Klebstoff. In bevorzugter Ausführungsform ist im Aufnahmeraum unterhalb der aushärtbaren Masse der pyrotechnische Heiz- und Austreibgenerator angeordnet. Mit „oben" ist die Spitze des Verbundankers bzw. Dübels gemeint. Unten ist das entgegengesetzte En- de, welches z. B. aus dem Bohrloch herausragen kann.According to the invention, the curable composition is arranged at the end of the receiving space. This is preferably a plastic as granules or molded part. However, the curable composition is also advantageously a thermosetting liquid mortar or an adhesive. In a preferred embodiment, the pyrotechnic heating and expulsion generator is arranged in the receiving space below the curable mass. “Top” means the tip of the composite anchor or dowel. Below is the opposite end, which can protrude from the borehole, for example.
Der Generator ist sinnvollerweise eine Randfeuerpatrone, ein mechanisches Anzünd- hütchen oder ein thermisch oder laserinitiierbares Druckelement. Ein Anzündelement ist bevorzugt im Generator selbst angeordnet. Es kann jedoch auch unterhalb des Generators im Aufnahmeraum eingebaut sein.The generator is usefully a rimfire cartridge, a mechanical primer or a thermally or laser-initiated pressure element. An ignition element is preferably arranged in the generator itself. However, it can also be installed below the generator in the receiving space.
Bevorzugt besteht der Generator aus einem unteren becherförmigen Boden und einem haubenförmigen Deckel, wobei der Deckel beweglich aber dicht auf dem Boden aufgesetzt ist und im gebildeten Innenraum die Treibladung und das Anzündelement angeordnet sind.The generator preferably consists of a lower cup-shaped base and a hood-shaped cover, the cover being movably but tightly placed on the base and the propellant charge and the ignition element being arranged in the interior formed.
Zweckmäßigerweise ist angrenzend an den Aufnahmeraum ein an der unteren Stirnseite offener zylindrischer Halteraum mit einem Innengewinde angordnet. Dieses Innengewinde dient zum Einschrauben einer Schraube und damit zur Befestigung eines Gegenstandes am Verbundanker.A cylindrical holding space with an internal thread, which is open at the lower end face, is expediently arranged adjacent to the receiving space. This internal thread is used to screw in a screw and thus to fasten an object to the composite anchor.
Weitere Merkmale ergeben sich aus der einzigen Figur, die nachfolgend beschrieben ist. Diese Figur zeigt im Schnitt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbundankers eingesetzt in ein Bohrloch 6, jedoch noch nicht im verankerten Zustand.Further features result from the single figure, which is described below. This figure shows in section an embodiment of a composite anchor according to the invention inserted into a borehole 6, but not yet in the anchored state.
Der Verbundanker besteht aus einem hülsenförmigen Gehäuse 1 mit einem sich in Längsrichtung erstreckenden Aufnahmeraum 8, der bis zur Spitze 12 bzw. zur oberen Stirnseite des Verbundankers reicht. Von diesem Aufnahmeraum 8 führen Abströmkanäle 9 radial nach außen in eine Einbuchtung 10 der Mantelfläche des Verbund- ankers. Im Bereich der Austrittsöffnungen der Abströmkanäle 9 ist die Mantelfläche mit Schrägen 11 versehen, die sich in Richtung zur Spitze 12 des Verbundankers hin verbreitern. Am Ende des Aufnahmeraums 8 ist als aushärtbare Masse 5 ein Kunststoff bzw. ein Thermoplast eingesetzt. Mit dem Bezugszeichen 18 ist alternativ eine Pille bzw. ein Behälter mit thermisch aushärtendem Fiüssigmörtel oder Kleber gekennzeichnet. Angrenzend an die aushärtbare Masse 5 ist ein pyrotechnischer Heiz- und Austreibgenerator 2 angeordnet, der eine pyrotechnische Ladung 7 und ein Anzündelement 13 beinhaltet. Dieser Generator 2 ist in dieser Ausführungsform als Randfeuerpatrone ausgebildet. Der Generator 2 besteht aus einem unteren becherförmigen Boden 14 und einem haubenförmigen Deckel 15, wobei der Deckel 15 beweglich aber dicht auf den Boden 14 aufgesetzt bzw. übergestülpt ist. Der Deckel 15 reicht dabei bis in den Bodenbereich des Bodens 14 und der Boden 14 reicht bis in den Deckelbereich des Deckels 15, so daß ein langer Überlappungsbereich geschaf- fen ist. Der Bodenbereich des becherförmigen Bodens 14 ragt aus dem Aufnahmeraum heraus und kragt radial nach außen aus. In der dadurch geschaffenen Randzone ist ein Anzündelement 13 eingesetzt. Ansonsten ist der Innenraum des Generators 2 vollständig mit der pyrotechnischen Ladung 7 gefüllt. Das obere Ende des haubenförmigen Deckels 15 ist zur Mittellängsachse 19 hin konisch ausgebildet, so daß eine Spitze gebildet ist.The composite anchor consists of a sleeve-shaped housing 1 with a longitudinally extending receiving space 8, which extends to the tip 12 or to the upper end face of the composite anchor. Outflow channels 9 lead radially outward from this receiving space 8 into an indentation 10 in the lateral surface of the composite anchor. In the area of the outlet openings of the outflow channels 9, the lateral surface is provided with bevels 11 which widen in the direction of the tip 12 of the composite anchor. At the end of the receiving space 8, a plastic or a thermoplastic is used as the curable mass 5. The reference number 18 is alternatively one Pill or a container marked with thermally curing liquid mortar or adhesive. A pyrotechnic heating and expulsion generator 2 is arranged adjacent to the hardenable mass 5 and contains a pyrotechnic charge 7 and an ignition element 13. In this embodiment, this generator 2 is designed as a rimfire cartridge. The generator 2 consists of a lower cup-shaped base 14 and a hood-shaped cover 15, the cover 15 being movably but tightly placed or put over the base 14. The lid 15 extends into the bottom area of the bottom 14 and the bottom 14 extends into the lid area of the lid 15, so that a long overlap area is created. The bottom area of the cup-shaped bottom 14 protrudes from the receiving space and projects radially outwards. An ignition element 13 is inserted in the edge zone created thereby. Otherwise, the interior of the generator 2 is completely filled with the pyrotechnic charge 7. The upper end of the hood-shaped cover 15 is conical towards the central longitudinal axis 19, so that a tip is formed.
Unterhalb des Generators 2 ist ein von einem Sicherungsring 4 gehaltenes Schlagstück 3 angordnet. Dieses Schlagstück 3 liegt über Spitzen 20 am Boden 14 an und ragt mit seiner als Wölbung ausgebildeten abgewandten Seite in einen Halteraum 16, der zylinderförmig ausgebildet und an seiner unteren Stirnseite offen ist. Ein Innengewinde 17 in diesem Halteraum 16 dient zum Einschrauben einer Schraube in den Verbundanker.Arranged below the generator 2 is an impact piece 3 held by a securing ring 4. This striking piece 3 abuts the bottom 14 via tips 20 and projects with its side facing away from the curvature into a holding space 16 which is cylindrical and is open on its lower end face. An internal thread 17 in this holding space 16 serves to screw a screw into the composite anchor.
Die beschriebene Ausführungsform weist ein Schlagstück 3 auf. Die Auslösung des Anzündelements, welches auch außerhalb des Generators 2 angeordnet sein kann, kann jedoch z. B. auch thermisch oder durch Laserenergie erfolgen.The described embodiment has an impact piece 3. The triggering of the ignition element, which can also be arranged outside the generator 2, can, for. B. thermally or by laser energy.
Ist das Bohrloch 6 eingebracht, wird der Verbundanker eingesetzt. Anschließend wird über einen Hammer ein Schlag auf das Schlagstück 3 gegeben. Die Schlagenergie wird über die Spitzen 20 auf das Anzündelement 13 bzw. die Anzündladung übertragen, die dadurch angezündet wird. Diese wiederum zündet die pyrotechnische Ladung 7 an, die den Deckel 15 vom Boden 14 weg beschleunigt und die aushärtbare Masse 5 über die Abströmkanäle 9 in die Einbuchtung 10 drückt. Durch die Zündung der Ladung 7 wird die aushärtbare Masse 5 erhitzt und bei der Verwendung von Thermoplast als aushärtbare Masse 5 gleichzeitig verflüssigt. Als Ergebnis befindet sich die aushärtbare Masse 5 in der Einbuchtung 10 und schafft einen innigen Kontakt von der Bohrlochwandung zur Mantelfläche des Verbundankers. Bei späteren Rissen im Gestein kann der Verbundanker etwas aus dem Bohrloch herausrutschen. Hierdurch wird durch die Schrägen 11 die aushärtbare Masse weiter verdichtet, wodurch wieder ein fester Kontakt hergestellt ist. If the borehole 6 is drilled, the composite anchor is used. A blow is then given to the striking piece 3 using a hammer. The impact energy is transmitted via the tips 20 to the ignition element 13 or the ignition charge, which is thereby ignited. This in turn ignites the pyrotechnic charge 7, which accelerates the cover 15 away from the base 14 and presses the curable composition 5 into the indentation 10 via the outflow channels 9. Through the ignition the charge 7, the curable mass 5 is heated and liquefied when using thermoplastic as a curable mass 5. As a result, the hardenable mass 5 is located in the indentation 10 and creates intimate contact from the borehole wall to the outer surface of the composite anchor. In the event of later cracks in the rock, the composite anchor can slip somewhat out of the borehole. As a result, the curable mass is further compressed by the bevels 11, as a result of which firm contact is established again.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verbundanker mit einer aushärtbaren Masse (5), die den Verbundanker im Bohrloch (6) befestigt, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbundanker ein py- rotechnischer Heiz- und Austreibgenerator (2) angeordnet ist, der bei Zündung der pyrotechnischen Ladung (7) die aushärtbare Masse (5) erhitzt und in das1. Composite anchor with a curable mass (5) which fastens the composite anchor in the borehole (6), characterized in that a pyro-technical heating and expulsion generator (2) is arranged in the composite anchor, which upon ignition of the pyrotechnic charge (7) the curable mass (5) heated and in the
Bohrloch (6) austreibt.Drills out borehole (6).
2. Verbundanker nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundanker ein hülsenförmiges Gehäuse (1 ) mit einem sich in Längsrichtung erstrek- kenden Aufnahmeraum (8) aufweist.2. Composite anchor according to claim 1, characterized in that the composite anchor has a sleeve-shaped housing (1) with a longitudinally extending receiving space (8).
3. Verbundanker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vom Aufnahme- räum (8) Abströmkanäle (9) radial nach außen führen.3. Anchor according to claim 2, characterized in that from the receiving space (8) outflow channels (9) lead radially outwards.
4. Verbundanker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Austrittsöffnungen der Abströmkanäle (9) die Mantelfläche des Gehäuses (1 ) eine Einbuchtung (10) aufweist.4. Composite anchor according to claim 3, characterized in that in the region of the outlet openings of the outflow channels (9) the lateral surface of the housing (1) has an indentation (10).
5. Verbundanker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche im Bereich der Einbuchtung (10) mit Schrägen (11 ) versehen ist, die sich in Richtung zur Spitze (12) des Verbundankers hin verbreitern.5. Anchor according to claim 4, characterized in that the lateral surface in the region of the indentation (10) is provided with bevels (11) which widen towards the tip (12) of the anchor.
6. Verbundanker nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Aufnahmeraums (8) die aushärtbare Masse (5) angeordnet ist.6. Composite anchor according to one of claims 2 to 5, characterized in that the curable mass (5) is arranged at the end of the receiving space (8).
7. Verbundanker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aushärtbare Masse (5) ein Kunststoff (Granulat oder Formteil), ein thermisch aushärtender Flüssigmörtel oder ein Kleber ist. 7. Anchor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the curable mass (5) is a plastic (granulate or molded part), a thermally curing liquid mortar or an adhesive.
8. Verbundanker nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Aufnahmeraum (8) unterhalb der aushärtbaren Masse (5) der pyrotechnische Heiz- und Austreibgenerator (2) angeordnet ist.8. Anchor according to one of claims 2 to 7, characterized in that the pyrotechnic heating and expulsion generator (2) is arranged in the receiving space (8) below the curable mass (5).
9. Verbundanker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (2) eine Randfeuerpatrone, ein mechanisches Anzündhüt- chen oder thermisch oder laserinitiierbares Druckelement ist.9. Composite anchor according to one of claims 1 to 8, characterized in that the generator (2) is a rimfire cartridge, a mechanical primer or thermally or laser-initiatable pressure element.
10. Verbundanker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anzündelement (13) im Generator (2) selbst oder unterhalb des Generators (2) im Aufnahmeraum (8) angeordnet ist.10. Anchor according to one of claims 1 to 9, characterized in that an ignition element (13) in the generator (2) itself or below the generator (2) is arranged in the receiving space (8).
11. Verbundanker nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (2) aus einem unteren becherförmigen Boden (14) und einem haubenförmigen Deckel (15) besteht, wobei der Deckel (15) beweglich aber dicht auf den Boden (14) aufgesetzt ist und im gebildeten Innenraum die Treibladung (7) und das Anzündelement (13) angeordnet sind.11. Composite anchor according to one of claims 1 to 10, characterized in that the generator (2) consists of a lower cup-shaped base (14) and a hood-shaped cover (15), the cover (15) being movable but close to the base ( 14) is placed and the propellant charge (7) and the ignition element (13) are arranged in the interior formed.
12. Verbundanker nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß angrenzend an den Aufnahmeraum (8) ein an der Stirnseite offener zylindrischer Halteraum (16) mit einem Innengewinde (17) angeordnet ist. 12. Composite anchor according to one of claims 1 to 11, characterized in that adjacent to the receiving space (8) an open at the end cylindrical holding space (16) is arranged with an internal thread (17).
PCT/EP1998/008027 1997-12-10 1998-12-10 Shear connector with a pyrotechnic heat and expulsion generator WO1999030044A1 (en)

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