WO2019206373A1 - Locking device - Google Patents

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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • Charging socket is interrupted by an unauthorized third party.
  • Locking devices which len prevent the unplugging of the charging plug from a charging socket, are known from the prior art.
  • a position sensor in particular a Hall sensor is provided and
  • the position sensor is out leads to output a pulse width modulated current signal as a function of the position of the magnet.

Abstract

The invention relates to an electric motor-driven locking device (1) of a plug connector half (2) for producing an electric connection with another plug connector half for charging an electric vehicle by plugging the other plug connector half into the plug connector half (2), having a movable locking pin (4) for locking the other plug connector half plugged into the plug connector half (2) and having a position sensor arranged orthogonally to the plug-in direction (3), in particular a Hall effect sensor (7), wherein a magnet (8) which can be moved towards or away from the position sensor by the movement of the locking pin (4) is provided on the locking pin (4) in a manner corresponding to the position sensor.

Description

Verriegelungseinrichtung  locking device
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine elektromotorisch angetriebene Verriegelungseinrichtung einer Steckverbinderhälfte zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einer ande ren Steckverbinderhälfte zum Laden eines Elektrofahrzeugs durch Einstecken der anderen Steckverbinderhälfte in die Steckverbinderhälfte, aufweisend einen verfahrbaren Ver- rieglungsstift zum Verriegeln der in die Steckverbinder hälfte eingesteckten anderen Steckverbinderhälfte. Zudem betrifft die Erfindung einen Steckverbinder mit einer Steckverbinderhälfte mit einer Verriegelungseinrichtung sowie ein Elektrofahrzeug mit einem Steuergerät für das Elektrofahrzeug . The invention relates to an electric motor-driven locking means of a connector half for establishing an electrical connection with a walls ren connector half for charging an electric vehicle by inserting the other connector half in the connector half, comprising a movable locking pin for locking the plugged into the connector half other connector half. In addition, the invention relates to a connector with a connector half with a locking device and an electric vehicle with a control unit for the electric vehicle.
Batterien von Elektrofahrzeugen werden für gewöhnlich über einen Ladestecker als Steckverbinderhälfte aufgela den, der in eine fahrzeugseitige Ladesteckdose als andere Steckverbinderhälfte einsteckbar ist. Ein Ladevorgang zum Aufladen der Batterien des Elektrofahrzeugs dauert im Vergleich zum Betanken von Fahrzeugen mit einem Verbren nungsmotor sehr lange. In der Regel beträgt ein solcher Aufladevorgang mehrere Stunden. Batteries from electric vehicles are usually charged via a charging plug as a half connector, which can be plugged into a vehicle-side charging socket than other connector half. A charging process to recharge the batteries of the electric vehicle takes compared to refueling of vehicles with a combus- tion engine very long. As a rule, such a charging process takes several hours.
Bei einem derart langen Aufladevorgang ist es keiner Per son zumutbar, den Aufladevorgang des Fahrzeugs über die gesamte Ladedauer zu begleiten. Daher besteht die Gefahr, dass der Aufladevorgang vor dem vollständigen Aufladen der Batterien durch Ausstecken des Ladesteckers aus derWith such a long charging process, it is not reasonable for anyone to accompany the charging process of the vehicle over the entire charging time. Therefore, there is a risk that the charging process before fully charging the batteries by unplugging the charging plug from the
Ladesteckdose von einem unbefugten Dritten unterbrochen wird. Verriegelungseinrichtungen, welche das Ausstecken des Ladesteckers aus einer Ladesteckdose verhindern sol len, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Charging socket is interrupted by an unauthorized third party. Locking devices, which len prevent the unplugging of the charging plug from a charging socket, are known from the prior art.
Das Einstecken des Ladesteckers in die Steckdose erfolgt in der Regel manuell. Die zum Einstecken benötigte Steck kraft variiert nach Polzahl, Kontakt- und Gehäuseausfüh rung. Insofern kann es Vorkommen, dass die Steckverbin derhälften nicht vollständig zusammengefügt sind. In ei nem solchen Fall ist der elektrische Kontakt hergestellt, jedoch ist Dichtheit und Vibrationsfestigkeit der Steck verbindung beeinträchtigt, was zu Ausfällen führen kann. The plugging of the charging plug into the socket is usually done manually. The insertion force required for insertion varies depending on the number of poles, contact and Gehäuseausfüh tion. So it may V orkommen that Termina derhälften are not fully assembled. In such a case, the electrical contact is made, but the tightness and vibration resistance of the connector is impaired, which can lead to failures.
Ausgehend von dieser Situation ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in verlässlicher Weise sicherzu stellen, dass Steckverbinderhälften beim Laden eines Elektrofahrzeugs richtig verrastet sind und ein unplan- mässiges Ausstecken verhindert wird. Based on this situation, it is an object of the present invention to reliably ensure that connector halves are properly latched when charging an electric vehicle and unplugging unintentional unplugging is prevented.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der un abhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. The solution of the problem is achieved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.
Demnach wird die Erfindung durch eine elektromotorisch angetriebene Verriegelungseinrichtung einer Steckverbin derhälfte zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einer anderen Steckverbinderhälfte zum Laden eines Elektrofahrzeugs durch Einstecken der anderen Steckver binderhälfte in die Steckverbinderhälfte, aufweisend einen verfahrbaren Verrieglungsstift zum Verriegeln der in die Steckverbinderhälfte eingesteckten anderen Steckverbinderhälfte und Accordingly, the invention by an electric motor driven locking device of a half-connector for making an electrical connection with another connector half for charging an electric vehicle by inserting the other half of the connector fastec in the connector half, comprising a movable Verrieglungsstift for locking the plugged into the connector half other connector half and
einen orthogonal zu der Steckrichtung angeordneten Positionssensor, insbesondere einen Hallsensor, wobei  a position sensor arranged orthogonally to the plug-in direction, in particular a Hall sensor, wherein
an dem Verriegelungsstift korrespondierend zu dem Positionssensor ein Magnet vorgesehen ist, welcher durch Verfahren des Verrieglungsstifts auf den Positionssensor zu oder weg bewegbar ist.  on the locking pin corresponding to the position sensor, a magnet is provided, which is movable by moving the locking pin on the position sensor or away.
Die Erfindung wird ferner gelöst durch eine Steckverbin derhälfte zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einer anderen Steckverbinderhälfte zum Laden eines Elektrofahrzeugs durch Einstecken der anderen Steckver binderhälfte in die Steckverbinderhälfte, mit The invention is further achieved by a connector half for establishing an electrical connection with another connector half for charging an electric vehicle by inserting the other connector half in the connector half, with
einer elektromotorisch angetriebenen Verriegelungs einrichtung aufweisend einen Verrieglungsstift zum Ver riegeln der in die Steckverbinderhälfte eingesteckten an deren Steckverbinderhälfte, wobei  an electric motor driven locking device comprising a Verrieglungsstift for locking the Ver plugged into the connector half at the connector half, wherein
an der Steckverbinderhälfte orthogonal zu der Steck richtung ein Positionssensor, insbesondere ein Hallsensor vorgesehen ist und  on the connector half orthogonal to the plug direction, a position sensor, in particular a Hall sensor is provided and
an dem Verriegelungsstift korrespondierend zu dem Positionssensor ein Magnet vorgesehen ist, welcher durch Verfahren des Verrieglungsstifts auf den Positionssensor zu oder weg bewegbar ist.  on the locking pin corresponding to the position sensor, a magnet is provided, which is movable by moving the locking pin on the position sensor or away.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass durch den Positionssensor die Position des Verriegelungs stifts relativ zu der Verriegelungseinrichtung bestimmbar ist. Insofern ist objektiv feststellbar, ob die Steckver- binderhälften vollständig zusammengefügt sind, so dass nicht nur der elektrische Kontakt hergestellt, sondern auch Dichtheit und Vibrationsfestigkeit der Steckverbin dung gegeben ist, so dass Ausfälle minimiert werden. Der Positionssensor ist ein Sensor, der zur Wegerfassung des Verriegelungsstifts eingerichtet ist. Beispielsweise be steht der Positionssensor aus einem Sensor, der über ei nen magnetischen Effekt die Position des Verriegelungs stifts detektiert, beispielsweise ein Hall-sensor, ein Sensor, der den GMR-Effekt (Riesenmagnetowiderstand) oder den TMR-Effekt (magnetischen Tunnelwiderstand) ausnutzt. Alternativ kann der Positionssensor die Position des Ver riegelungsstifts indirekt bestimmen, beispielsweise, wenn ein elektromotorischer Antrieb zum Verfahren des Verrie gelungsstifts vorliegt, durch eine Auswertung eines Mo torstromsignals, beispielsweise durch einen Rippelcount bei einem Gleichstrommotor oder eine Phasenauswertung bei einem BLDC-Motor. An essential point of the invention is that the position of the locking pin relative to the locking device can be determined by the position sensor. In this respect, it is objectively ascertainable whether the plug-in binder halves are fully assembled so that not only the electrical contact made, but also tightness and vibration resistance of the connec tion is given, so that failures are minimized. The position sensor is a sensor that is set up to detect the position of the locking pin. For example, be the position sensor from a sensor that detects the position of the locking pin via ei NEN magnetic effect, such as a Hall sensor, a sensor that uses the GMR effect (giant magnetoresistance) or the TMR effect (magnetic tunnel resistance). Alternatively, the position sensor may indirectly determine the position of the locking pin, for example, if there is an electromotive drive for moving the locking pin, by evaluating a motor current signal, such as a ripple count on a DC motor or a phase evaluation on a BLDC motor.
In einer exemplarischen Ausgestaltungsvariante kann für den Positionssensor ein stationärer Hallsensor verwendet werden, wobei ein Magnet an dem Verriegelungsstift ange ordnet, dessen Magnetfeld von dem stationären Hallsensor detektiert wird. In einer weiteren exemplarischen Ausge staltungsvariante kann der Hallsensor durch einem Magne ten vorgespannt sein und am Verriegelungsstift ein ferti- gungs- und kostengünstig einfaches Metallteil angebracht sein, das beispielsweise aufgeklebt oder im Zuge eines Spritzgußprozesses zur Herstellung des Verriegelungs stifts eingespritzt sein kann. In einer Weiterbildung der Erfindung kann der Positions sensor eine integrierte Elektronik aufweisen, welche eine Programmierung nach Montage des Positionssensor in die Verriegelungseinheit ermöglicht, so dass nach der Montage fertigungsbedingte Schwankung der Eigenschaften des Posi tionssensor und Montagetoleranzen bestimmt und über die integrierte Elektronik berücksichtigt werden können. In an exemplary embodiment variant, a stationary Hall sensor can be used for the position sensor, wherein a magnet is arranged on the locking pin, whose magnetic field is detected by the stationary Hall sensor. In a further exemplary embodiment variant, the Hall sensor can be biased by a magnet and a production and cost-effective simple metal part attached to the locking pin, which can for example be glued or injected in the course of an injection molding process for producing the locking pin. In one embodiment of the invention, the position sensor may have integrated electronics, which allows programming after installation of the position sensor in the locking unit, so that after assembly manufacturing-related fluctuation of the properties of Posi tion sensor and mounting tolerances determined and can be taken into account via the integrated electronics.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung weist die Verriege lungseinrichtung einen elektromotorischen Antrieb einge richtet zum Verfahren des Verrieglungsstiftes orthogonal zur Steckrichtung auf. According to a preferred embodiment, the Verriege treatment device has an electric motor drive is directed to the method of Verrieglungsstiftes orthogonal to the insertion direction.
Zur Ausgestaltung des Positionssensor existieren grund sätzlich verschiedene Möglichkeiten. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist der Positionssensor ausge führt, in Abhängigkeit der Position des Magneten ein pulsweitenmoduliertes Stromsignal auszugeben. To design the position sensor exist in principle different ways. In a particularly preferred embodiment, the position sensor is out leads to output a pulse width modulated current signal as a function of the position of the magnet.
Nach einer noch anderen bevorzugten Weiterbildung ist in nerhalb der Verriegelungseinrichtung ein mit dem Positi onssensor in Kontakt stehender Kondensator vorgesehen ist. Bevorzugt ist der Kondensator zwischen Kontakten des Hallsensors angeordnet. According to yet another preferred embodiment, a capacitor in contact with the positi onssensor is provided in within the locking device. Preferably, the capacitor is arranged between contacts of the Hall sensor.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist der Positions sensor als Zweidraht-Hallsensor ausgeführt. According to a preferred embodiment of the position sensor is designed as a two-wire Hall sensor.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch einen Steck verbinder mit einer Steckverbinderhälfte mit einer wie zuvor beschriebenen Verriegelungseinrichtung gelöst . Die Aufgabe der Erfindung wird zudem durch ein Elektro fahrzeug mit einer wie zuvor beschriebenen Steckverbin derhälfte gelöst. The object of the invention is further achieved by a connector with a connector half with a locking device as described above. The object of the invention is also solved by an electric vehicle with a half as described above verbub half.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung weist das Elektro fahrzeug ein Steuergerät für das Elektrofahrzeug auf, wo bei das Steuergerät eingerichtet ist, die Verriegelungs einrichtung anzusteuern und einem von dem Positionssensor generiertes Signal zu verarbeiten. Bevorzugt ist das Steuergerät in einem Gehäuse, welches den elektromotori schen Antrieb der Verriegelungsvorrichtung aufnimmt, an geordnet oder unmittelbar an der Ladesteckdose angeord net . According to a preferred embodiment, the electric vehicle has a control unit for the electric vehicle, where is set up in the control unit, the locking device to control and process a signal generated by the position sensor signal. Preferably, the controller is in a housing which receives the electric motor's drive of the locking device, ordered or directly on the charging socket angeord net.
In anderer bevorzugter Weiterbildung des Steckverbinders oder des Elektrofahrzeugs ist die Steckverbinderhälfte als Steckdose ausgeführt. In another preferred embodiment of the connector or the electric vehicle, the connector half is designed as a socket.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Steck verbinders oder des Elektrofahrzeugs ist der andere Steckverbinderhälfte als Ladestecker ausgeführt. According to a further preferred embodiment of the plug connector or the electric vehicle of the other connector half is designed as a charging connector.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausfüh rungsbeispiels näher erläutert. Es gilt jedoch der Grund satz, dass die Ausführungsbeispiele die Erfindung nicht beschränken, sondern lediglich Ausführungsformen darstel len. Die dargestellten Merkmale können einzeln oder in Kombination mit weiteren Merkmalen der Beschreibung wie auch den Patentansprüchen einzeln oder in Kombination ausgeführt werden. The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings based on a preferred Ausfüh approximately example. However, it is the basic principle that the embodiments do not limit the invention, but only represent embodiments len represent. The illustrated features may be used alone or in combination with other features of the description such as also be executed the claims individually or in combination.
Es zeigt: It shows:
Fig. 1 eine Verriegelungseinrichtung einer Steck verbinderhälfte zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einer anderen Steckverbinderhälfte gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in einer schematisch perspektivischen Ansicht. Fig. 1 is a locking device of a connector half connector for making an electrical connection with another connector half according to a preferred embodiment in a schematic perspective view.
Fig. 1 zeigt eine Verriegelungseinrichtung 1 einer Steck verbinderhälfte, angedeutet mit einem Kasten 2, zum Her stellen einer elektrischen Verbindung mit einer anderen Steckverbinderhälfte gemäß einem bevorzugten Ausführungs beispiel in einer schematisch-perspektivischen Ansicht. Fig. 1 shows a locking device 1 of a connector half connector, indicated with a box 2, to make Her an electrical connection with another connector half according to a preferred embodiment, for example in a schematic-perspective view.
Die Verriegelungseinrichtung 1 weist einen insbesondere orthogonal zur Steckrichtung der Steckverbinderhälften 2, angedeutet durch einen Pfeil 3, verfahrbaren Verrieg- lungsstift 4 zum Verriegeln der in die Steckverbinder hälfte 2 eingesteckten anderen Steckverbinderhälfte. Zum Verfahren des Verrieglungsstiftes 4 weist die Verriege lungseinrichtung 1 einen elektromotorischen Antrieb 5 auf, der über ein Getriebe 6 mit dem Verrieglungsstift 4 bewegungsgekoppelt ist und derart zum Verfahren des Ver rieglungsstiftes 4 insbesondere orthogonal zur Steckrich tung 3 eingerichtet ist. Die Verriegelungseinrichtung 1 weist ferner einen ortho gonal zu der Steckrichtung 3 angeordneten Positionssensor auf, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Hallsensor 7 ausgeführt ist. Korrespondierend zu dem Hallsensor 7 ist an dem Verriegelungsstift 4 ein Magnet 8 vorgesehen, welcher durch Verfahren des Verrieglungs- stifts auf den Hallsensor zu oder weg bewegbar ist. Der art kann der Hallsensor 7 die Position des Verriege lungsstiftes 4 relativ zu der Verriegelungseinrichtung 1 bestimmen . The locking device 1 has an in particular orthogonal to the insertion direction of the connector halves 2, indicated by an arrow 3, movable locking pin 4 for locking the plugged into the connector half 2 other connector half. For moving the Verrieglungsstiftes 4, the Verriege treatment device 1 an electric motor drive 5, which is coupled in motion via a gear 6 with the locking pin 4 and so for the Ver rieglungsstiftes Ver 4 in particular orthogonal to the plug Rich device 3 is set up. The locking device 1 further comprises a ortho gonal to the insertion direction 3 arranged position sensor, which is designed as a Hall sensor 7 in the present embodiment. Corresponding to the Hall sensor 7, a magnet 8 is provided on the locking pin 4, which magnet can be moved toward or away from the Hall sensor by moving the locking pin. The type, the Hall sensor 7, the position of the Verriege ment pin 4 relative to the locking device 1 determine.
Konkret ist der Hallsensor 7 als Zweidraht-Hallsensor 7 ausgeführt, um in Abhängigkeit des Magneten 8 ein puls weitenmoduliertes Stromsignal auszugeben. Ferner ist in nerhalb der Verriegelungseinrichtung 1 ein mit dem Hallsensor 7 in Kontakt stehender Kondensator 9 vorgese hen . Specifically, the Hall sensor 7 is designed as a two-wire Hall sensor 7 to output in response to the magnet 8 a pulse width modulated current signal. Further, within the locking device 1, a standing with the Hall sensor 7 in contact capacitor 9 vorgese hen.
Das Elektrofahrzeug weist ein Steuergerät 10 auf, welches eingerichtet ist, die Verriegelungseinrichtung 1 anzu steuern und ein von dem Hallsensor 7 generiertes Signal zu verarbeiten. The electric vehicle has a control unit 10, which is set up to control the locking device 1 and to process a signal generated by the Hall sensor 7.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Verriegelungseinrichtung1 locking device
2 Steckverbinderhälfte 3 Steckrichtung 2 connector half 3 plug-in direction
4 Verrieglungsstift  4 locking pin
5 Antrieb  5 drive
6 Getriebe  6 gears
7 Hallsensor 7 Hall sensor
8 Magnet 8 magnet
9 Kondensator  9 capacitor
10 Steuergerät  10 control unit

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektromotorisch angetriebene Verriegelungseinrichtung (1) einer Steckverbinderhälfte (2) zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einer anderen Steckverbinder hälfte zum Laden eines Elektrofahrzeugs durch Einstecken der anderen Steckverbinderhälfte in die Steckverbinder hälfte (2), aufweisend 1. Electromotive driven locking device (1) a connector half (2) for establishing an electrical connection with another connector half for charging an electric vehicle by inserting the other connector half in the connector half (2), comprising
einen verfahrbaren Verrieglungsstift (4) zum Verrie geln der in die Steckverbinderhälfte (2) eingesteckten anderen Steckverbinderhälfte und  a movable Verrieglungsstift (4) for Verrie the plug in the connector half (2) inserted other connector half and
einen orthogonal zu der Steckrichtung (3) angeordne ten Positionssensor, insbesondere einen Hallsensor (7), wobei  an orthogonal to the plug-in direction (3) arrange th position sensor, in particular a Hall sensor (7), wherein
an dem Verriegelungsstift (4) korrespondierend zu dem Positionssensor ein Magnet (8) vorgesehen ist, wel cher durch Verfahren des Verrieglungsstifts (4) auf den Positionssensor zu oder weg bewegbar ist.  on the locking pin (4) corresponding to the position sensor, a magnet (8) is provided, wel cher by moving the Verrieglungsstifts (4) on the position sensor to or away is movable.
2. Verriegelungseinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Verriegelungseinrichtung (1) einen elektromotorischen Antrieb (5) eingerichtet zum Verfahren des Verrieglungsstiftes (4) orthogonal zur Steckrichtung (3) aufweist. 2. Locking device (1) according to the preceding claim, wherein the locking device (1) has an electric motor drive (5) arranged for moving the Verrieglungsstiftes (4) orthogonal to the plugging direction (3).
3. Verriegelungseinrichtung (1) nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei der Positionssensor ausgeführt ist, in Abhängigkeit des Magneten (8) ein pulsweitenmodu liertes Stromsignal auszugeben. 3. locking device (1) according to one of vorherge existing claims, wherein the position sensor is designed to output as a function of the magnet (8) a pulse width modu lated current signal.
4. Verriegelungseinrichtung (1) nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei innerhalb der Verriegelungsein richtung (1) ein mit dem Positionssensor in Kontakt ste hender Kondensator (9) vorgesehen ist. 4. locking device (1) according to one of vorherge existing claims, wherein within the Verriegelungsein direction (1) with the position sensor in contact ste rising capacitor (9) is provided.
5. Verriegelungseinrichtung (1) nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei der Positionssensor als Zwei- draht-Hallsensor (7) ausgeführt ist. 5. Locking device (1) according to one of vorherge existing claims, wherein the position sensor is designed as a two-wire Hall sensor (7).
6. Steckverbinder mit einer Steckverbinderhälfte mit ei ner Verriegelungseinrichtung (1) nach einem der vorherge henden Ansprüche. 6. Connector with a connector half with egg ner locking device (1) according to one of vorherge existing claims.
7. Elektrofahrzeug mit einer Steckverbinderhälfte nach dem vorhergehenden Anspruch. 7. Electric vehicle with a connector half according to the preceding claim.
8. Elektrofahrzeug nach dem vorhergehenden Anspruch, mit einem Steuergerät (10) für das Elektrofahrzeug, wobei das Steuergerät (10) eingerichtet ist, die Verriegelungsein richtung (1) anzusteuern und einem von dem Positions sensor generiertes Signal zu verarbeiten. 8. Electric vehicle according to the preceding claim, with a control unit (10) for the electric vehicle, wherein the control device (10) is arranged to control the Verriegelungsein direction (1) and to process a signal generated by the position sensor.
9. Steckverbinder oder Elektrofahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steckverbinderhälfte (2) als Steckdose ausgeführt ist. 9. Connector or electric vehicle according to one of the preceding claims, wherein the connector half (2) is designed as a socket.
10. Steckverbinder oder Elektrofahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit der anderen Steckverbinder hälfte ausgeführt als Ladestecker. 10. Connector or electric vehicle according to one of the preceding claims, with the other connector half executed as a charging plug.
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