DE1807916A1

DE1807916A1 - Vorrichtung zur Regelung von waermetechnischen,in sich geschlossenen Kreislaeufen

Info

Publication number: DE1807916A1
Application number: DE19681807916
Authority: DE
Inventors: Ulrich Brieskorn
Original assignee: AURORA FAHRZEUGHEIZUNGEN
Current assignee: AURORA FAHRZEUGHEIZUNGEN
Priority date: 1968-11-08
Filing date: 1968-11-08
Publication date: 1970-06-04
Also published as: DE1807916C3; DE1807916B2

Description

Vorrichtung zur Regelung von wärmetechnischen in sich geschlossenen Kreisläufen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung von wärmetechnischen, in sich geschlossenen Kreisläufen mittels eines vier Anschlüsse für das Strömungsmittel aufweisenden Steuerorgans. Eine derartige Vorrichtung findet bei Warmwasserheizungen, insbesondere Fernheizungen, im Kühlkreislauf von Verbrennungskraftmaschinen oder dgl. Anwendung.

In dem speziellen Fall der Fernheizungsanlagen ist es bekannt, einen Hauptkreislauf vorzusehen, von dem eine Vielzahl parallel geschalteter_tNebenkreisläufe abgezweigt ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß bei einer derartigen Anlage sich ständig ändernde Betriebsverhältnisse vorliegen und die Pumpe deshalb für die höchste Belastung ausgelegt werden muß. Deshalb ist es erwünscht, die Anlage so auszulegen, daß die für den Hauptkreislauf erforderliche Pumpenenergie weitgehend unabhängig von den Nebenkreisläufen ausgelegt werden kann. Die hierfür bekannten Steuerorgane

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•sind sehr aufwendig, ohne daß eine befriedigende Lösung, beispielsweise eine vollkommene Abschaltung eines Nebenkreislaufes, gefunden wurde. Eine einfache Regelungsmöglichkeit für die Nebenkreisläufe ist ebenfalls nicht bekannt.

Derartige Probleme treten auch bei der Beheizung von Kraftfahrzeugen, insbesondere Fahrgasträumen von Omnibussen, auf. Beim Anfahren in der kalten Jahreszeit muß zunächst dafür Sorge getragen werden, daß der Motor auf die erforderJLiche Betriebstemperatur kommt. Ist diese dann erreicht, ψ so kann bald die Heizung an der vorderen Stirnseite durchströmt werden. Ist für die weitere Raumbeheizung auf jeder Seite des Fahrgasträumes je ein weiterer Umlufterhitzer vorgesehen, so ergibt sich bei zunehmender Tageserwärmung, daß diese Umlufterhitzer geregelt werden müssen. Sei es, .daß die Sonne nur einseitig das Fahrzeug bestrahlt und dort der Umlufterhitzer vollkommen abgeschaltet werden soll, sei es, daß bei wechselnden Temperaturen beide Erhitzer eine ausgeglichene Innentemperatur sicherstellen müssen.

Hieraus ergibt sich die Forderung, beispielsweise für die Beheizung von Kraftfahrzeugen,eine Vorrichtung vorzusehen, deren schaltungstechnischer Aufwand gering ist, deren Organe einfach und leicht austauschbar sind und die eine sichere Regelbarkeit, insbesondere auch bei schnell wechselnden Temperaturbedingungen gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird - ausgehend von der eingangs erläuterten Vorrichtung - erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zwei voneinander unabhängige Kreise, von denen mindestens einer als Hauptkreis.ein Umwälzorgan aufweist, an sich gegenüberliegenden Anschlüssen mit dem Steuerorgan verbunden sind und das Steuerorgan so ausgelegt ist, daß es bei Stillsetzung des Nebenkreises mindestens eine Zuleitung zum Hauptkreis sperrt. _ ■,

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Zur Erzielung eines kompakten raumsparenden Aufbaus des Steuerorgans und dessen einfacher Gestaltung ist . gemäß einem weiteren "Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß das Steuerorgan aus einem länglich ausgebildeten Gehäuse besteht, das an den beiden Stirnseiten je einen Anschluß für den Vorlauf und den Rücklauf des Nebenkreises und an dem Umfang in Längsrichtung versetzt je einen weiteren Anschluß für den Zulauf und den Ablauf des Hauptkreises aufweist, wobei der Zulauf benachbart dem Vorlauf und der Ablauf benachbart dem Bücklauf angeordnet ist und innerhalb des Gehäuses zwischen dem Zulauf und dem Ablauf, benachbart dem Zulauf, und zwischen dem Ablauf und dem Rücklauf, benachbart dem Ablauf, je ein Anschlag vorgesehen ist, die beide einen Baum begrenzen, in dem ein Verschlußelement frei bewegbar ist.·

Das Verschlußelement kann in einfachster Weise aus einer Kugel bestehen, deren Durchmesser größer ist als der freie verbleibende Querschnitt der Anschläge und die lichte. Veite des Ablaufes des Hauptkreises. Das Verschlußelement bzw. die Kugel kann aus Kunststoffen, Netall, Gummi, Glas oder dgl. bestehen und massiv oder hohl ausgebildet sein. Ihr Gewicht ist vorzugsweise auf das Strömungsmittel abgestimmt, um ausschließlich durch dieses bewegt zu werden. Die Anwendung einer Kugel hat dabei den Vorteil, daß etwaige Verunreinigungen im Strömungsmittel sich -nicht störend auf der Oberfläche des Verschlußelementes ablagern können.

Der Zulauf und der Ablauf sind vorzugsweise diametral gegenüberliegend an dem Gehäuse angeordnet. Diese beiden Anschlüsse können, wenn das Steuerorgan eingebaut ist, in der horizontalen Ebene liegen.

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Zulauf und Ablauf können jedoch auch nebeneinander in Längsrichtung versetzt in die Gehäusewandung eingelassen sein. ■ , ■

Der Hauptkreis weist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Umwälzpumpe auf, die - in Strömungsrichtung betrachtet vor dem Wärmeerzeuger liegt. Der Wärmeerzeuger ist in dem Hauptkreis in Reihe mit dem Zulauf und Ablauf des Steuerorgans geschaltet. Der Nebenkreis weist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung in Reihenschaltung mit dem Verbraucher ebenfalls eine Umwälzpumpe auf, die durch die im Nebenkreis erzeugte Strömung das Verschlußelement steuert. Die Umwälzpumpe im Hebenkreis ist im Stillstand geöffnet und setzt einem Druckausglaich zwischen Vorlauf und Rücklauf keinen Widerstand entgegen. Unter dem Überdruck im Zulauf und dem relativen Unterdruck im Ablauf legt sich das Verschlußelement vor die Mündung des Ablaufes und verschließt diesen. Dadurch wird jegliche Strömung im Zulauf und Ablauf unterbunden. Der Nebenkreis ist vollständig abgeschaltet.

Läuft die Pumpe im Nebenkreis an, so drückt die Strömung im Nebenkreis die Kugel von der Mündung des Ablaufes weg gegen den Anschlag zwischen Zulauf und Ablauf. Die Hauptströmung verläuft dann vom Zulauf zum Vorlauf und vom Rücklauf zum Ablauf.

Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß der Hauptkreis zum Kühlsystem einer Verbrennungskraftmaschine parallel geschaltet ist und in Parallelschaltung mehrere Nebenkreise sowie feste Wärmeverbraucher aufweist. Diese Anordnung ist insbesondere für die Klimatisierung von Eahrgasträumen bei Omnibussen, Schienenfahrzeugen, Flugzeugen oder dgl. geeignet. Eine optimale Anpassung an äußere Temperatureinflüsse wird auf diese Weise erreicht*

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In-der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben, das anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert wird. Es zeigen:

Fig·. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit einem Kühlsystem für eine Verbrennungskraftmaschine ,

Fig· 2 einen Längsschnitt durch das Steuerorgan,

wobei der Nebenkreis abgeschaltet ist, und

Fig. 3 einen Querschnitt gemäß Linie III-III

in Fig. 2

Der Hauptkreis gemäß Fig. 1 umfaßt einen Wärmeerzeuger 10, wie einen Heizkessel, eine Verbrennungskraftmaschine oder dgl. In Reihenschaltung mit dem Wärmeerzeuger sind eine Druckleitung 11, gegebenenfalls ein Verbraucher 12, eine Saugleitung 1J und eine Hauptumwälzpumpe 14 vorgesehen. Zwischen der Druckleitung 11 und der Smgleitung I3 sind in Parallelschaltung mehrere Nebenkreise vorgesehen, von denen in Fig. beispielsweise die Nebenkreise 21 und 22 dargest'eJL₁₁₁It sind. An die Druckleitung 11 ist eine Zulaufleitung I5 und an die Saugleitung 13 eine Ablaufleitung 16 angeschlossen.

Die Zulaufleitung I5 führt zu einem Zulauf a eines Steuerorgans 20 und die Ablaufleitung 16 zu einem Ablauf b des Steuerorgans 20. .

Die Nebenkreise 21, 22 weisen in Reihenschaltung das Steuerorgan 20, eine Umwälzpumpe 23 und einen Verbraucher 24 auf. Die Pumpe 23 ist dabei in einer Vorlaufleitung 25 angeordnet, die bei d am Steuerorgan 20 beginnt und zum Verbraucher 24 führt, Vom Yerbraucher 24 verläuft eine Rücklaufleitung 26

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zurück zum Steuerorgan 20 und mündet in dieses bei c.

In Fig. 2 und 3 ist das Steuerorgan 20 dargestellt. Dieses besteht aus einem länglichen Gehäuse 27» das aus einem zylindrischen Metallrohr mit kreisringförmigem Querschnitt besteht. Das Gehäuse 27 kann auch einen anderen Querschnitt aufweisen und aus Kunststoffen oder dgl. bestehen. An den beiden Stirnseiten des Gehäuses 27 befindet sich ein Anschluß für den Vorlauf d und den Rücklauf c. Der äußere Umfang des Gehäuses 27 kann dabei gemäß Fig. 2. zur Aufnahme der Anschlüsse def Vorlaufleitung 25 und der Rücklaufleitung 26 ausgebildet

In der Umfangswandung des Gehäuses 27 sind in Längsrichtung versetzt einander diametral gegenüberliegend zwei weitere Anschlüsse für den Zulauf a und den Ablauf b des Hauptkreises vorgesehen. Der Zulauf a ist benachbart dem Vorlauf d und der Ablauf b benachbart dem Rücklauf c angeordnet. Innerhalb des Gehäuses 27 ist ein Verschlußelement 28 in Form einer Kugel geführt. Hierzu ist innerhalb des Gehäuses zwischen dem Zulauf a und dem Ablauf b benachbart dem Zulauf a ein Anschlag 29 in Form von drei Stiften vorgesehen, die - gemäß Fig. 3 - in den Innenraum des Gehäuses 27 ragen und so/Lang bemessen sind, daß der freie Querschnitt zwischen den freien Enden der Stifle 29 kleiner ist als der Durchmesser der Kugel 28. Die andere Begrenzung für die Kugel ist durch einen Anschlag 30 gebildet, der in Form eines Stabes zwischen dem Ablauf b und dem Rücklauf c benachbart dem Ablauf b innerhalb des Gehäuses 27 vorgesehen ist.

Da in der einen stabilen Lage die Kugel 28 auf der Mündung 31 des Ablaufs b ruht, ist der Anschlag 30 gemäß Fig. 2 soweit von dem Ablauf b entfernt anzuordnen, daß die Kugel 28 bündig auf der Mündung 31 ruhen kann. Andererseits ist es vorteilhaft, den Anschlag 30 so dicht an der Mündung 31 anzuordnen, daß die Bewegungsbahn der Kugel

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auf die Mündung 31 hin gelenkt wird.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Durchmesser der Kugel 28 größer als der der Mündung 31, damit sich die Kugel 28 · dichtend vor den Ablauf b legen kann.

Geht man davon aus, daß in dem Hauptkreis durch die Pumpe 14- eine konstante Strömung aufrechterhalten wird, so kann in den Nebenkreisen 21, 22 die Wärmeabgabe dadurch geregelt werden, daß die Förderleistung der Pumpe 23 den gewünschten Erfordernissen angepaßt wird. Innerhalb des Steuerorgans erfolgt dann eine Strömung vom Zulauf a zum Vorlauf d und über den Verbraucher 24 zum Rücklauf c und von dort zum Ablauf b. Die Kugel 28 liegt in dieser Betriebsstellung an dem Anschlag 29 an - gestrichelte Lage in Fig. 2 - und die Strömung kann ungehindert ablaufen. Da der Anschlag 29 auch das Umströmen der Kugel 28 gestattet, kann auch Strömungsmittel vom Rücklauf c zum Vorlauf d gelangen. Dadurch wird eine Beimischung und damit erhöhte Regelbarkeit siehergestellt. Eine Überlastung der Pumpe 23 ist ebenfalls ausgeschlossen. Die Pumpe kann sehr schwach ausgelegt werden.

Soll einer der Nebenkreise 21, 22 abgeschaltet werden, so wird die Pumpe 23 stillgesetzt und die Hauptströmung von der Zulaufleitung 15 zur Ablaufleitung 16 drückt die Kugel 28 auf die Mündung 31 - Fig. 2 -. Damit wird sofort die Strömung in den Leitungen I5 und 16 unterbunden und jegliche Wärmezufuhr zum abgeschalteten Nebenkreis ausgeschaltet. Sollte sich in dem Nebenkreis noch eine Schwerkraftzirkulation einstellen, so kann diese durch einen Etagenbogen unterbunden werden.

Obgleich in Fig. 2 der Zulauf a und der Ablauf b diametral gegenüberliegend am Umfang des Gehäuses 27 angeordnet sind, können beide Anschlüsse auch unter einem beliebigen anderen Winkel zueinander angeordnet sein. Es besteht sogar die

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Möglichkeit, daß Zu- und Ablauf nebeneinander in Längsrichtung versetzt in die Gehäusewandung münden. Beim Einbau des Steuerorgans liegt vorteilhafterweise der Zulauf oberhalb einer gedachten horizontalen Ebene durch die Symmetrieachse des Gehäuses und der Ablauf unterhalb dieser Ebene. Diese Forderung braucht jedoch nicht eingehalten zu werden, da die Kugel 28 in der Weise ausgebildet bzw. aus einem derartigen Werkstoff hergestellt ist, daß sie sich frei schwebend in dem Strömungsmittel . bewegt und nur durch dieses bewegt wird.

In Fig. 2 sind der Zulauf a und der Ablauf b unter einem P Winkel von 90° zur Hauptachse des Gehäuses 27 angeordnet. Beide Anschlüsse können jedoch auch zu den Stirnseiten des Gehäuses 27 hin geneigt unter einem kleineren Winkel in die Gehäusewandung münden. Die Mündungen des Zulaufs und Ablaufs sind auch in diesem Fall zur Zulauf- bzw. · Ablaufachse rechtwinklig ausgerichtet und ragen soweit in den Gehäuseinnenraum hinein, daß sie die Bewegung der Kugel 28 begrenzen. Die Anschläge 29 und 30 können dann ■ entfallen.

Dient der Kreislauf gemäß Fig. 1 der Beheizung eines Fahrzeuginnenraumes, so ist der Wärmeerzeuger 10 der Motor. Von der Druckleitung 11 ist eine Leitung 40 abgezweigt, die zu einem Thermostaten 41 führt, der mit einem Kühler 42 verbunden ist. Von dem Kühler 42 führt eine weitere Leitung 43 zur Saugleitung 13 mit der Motorpumpe 14. Von dem Thermostaten 41 zweigt die Bypassleitung 44 ab, die hinter dem Kühler 42 in die Leitung 43 mündet.· Der Verbraucher 12 kann der Frontheizer in einem Fahrgastraum eines Omnibusses sein und der Nebenkreis 21 mit einem Umlufterhitzer 24 die eine Seite des Fahrgastraumes und der Nebenkreis 22 mit dem Umlufterhitzer 24 die andere Seite des Fahrgastraumes klimatisieren. Die Umwälzpumpen 23 der beiden Nebenkreise

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*'31 und 22 können mit Thermo stab en in Verbindung stehen, die die !Temperatur auf den beiden iahrzeugseiten ermitteln. Wird ein« Seite stärker erwärmt, so läuft die Pumpe 23

des entsprechenden Kreises langsamer oder wird angehalten. Ss ist ohne weiteres verständlich, daß auf diese Weise eine.optimale Klimatisierung eines. Fahrgastraumes möglich ist.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise können • der zweite Nebenkreis 22 und der Verbraucher fortgelassen werden, d.h. die Druckleitung 11 mündet unmittelbar in die Zulaufleitung 15 und die Ablaufleitung 16 in die Saugleitung 13. Auf diese Weise läßt sich die gesamte Beheizung einheitlich feinfühlig durch die Pumpe 23 regeln oder vollkommen abstellen. Anstelle eines Verbrauchers 24 können auch mehrere Verbraucher in Reihe geschaltet werden.

Der Anschlag 29 kann als Blende ausgebildet sein, in deren öffnung sich die Kugel 28 legt, wenn die Pumpe 23 arbeitet. Dadurch wird eine Strömung von c nach d unterbunden. Ist die Blende 29 teilweise unterbrochen oder die Kugel 2% mit einem bestimmten Durchmesser versehen, so kann neben der Steuerung der Pumpe 23 durch die Kugel*28 und die Blende 29 eine Beimischungsregelung durchgeführt werden. Dieses ist von besonderer Bedeutung bei Fernheizungen, bei denen das Heißwasser in dem Hauptkreis eine Temperatur von 140° 0 aufweist. Der Verbraucher am liebenkreis benötigt Jedoch nur 70 - 90° C und es ist in diesem Fallmöglich, dem Heißwasser des Zulaufes a Rücklaufwasser von c zuzumischen. Man erhält dann allein aufgrund der Konstruktion der beiden Elemente 28 und 29 beispielsweise eine Vorlauftemperatur von 90° G. Auch hierfür sind keine besonderen Regelorgane erforderlich.

Patentansprüche : 009823/0780

Claims

1867916 Patentansprüche ;

1. Vorrichtung zur Regelung von wärmetechnischen, in sich geschlossenen Kreisläufen mittels eines vier Anschlüsse für das Strömungsmittel aufweisenden .Steuerorgans, dadurch gekennzeichnet, daß zwei voneinander unabhängige Kreise von denen mindestens einer als Hauptkreis ein Umwälzorgan (14) aufweist, an sich gegenüberliegenden Anschlüssen mit dem Steuerorgan (20) verbunden sind, und das Steuerorgan (20) so ausgelegt ist, daß es bei Still-

W Setzung des Nebenkreises mindestens eine Zuleitung zum Hauptkreis sperrt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (20) aus einem länglich ausgebildeten Gehäuse (27) besteht, das an den beiden Stirnseiten je einen Anschluß für den Vorlauf (d) und den Rücklauf (c) des Hebenkreises (21, 22) und an dem Umfang in Längsrichtung versetzt j© einen.weiteren Anschluß für den Zulauf (a) und den Ablauf (b) des Hauptkreises aufweist, wobei der Zulauf (a) benachbart dem Vorlauf (d) und Atr Ablauf (b) benachbart dem ßücklauf (c) ange-. ordnet ist und innerhalb des Gehäuses (27) zwischen dem Zulauf (a) und dem Ablauf (b) benachbart dem Zulauf (a) und zwischen dem Zulauf (b) und dem Rücklauf (c) benachbart dem Ablauf (b) je ein Anschlag vorgesehen ist, die beide einen Raum begrenzen, in dem ein Verschlußelement (28) frei beweghar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Nebenkreis (21, 22) in Reihenschaltung mit einem Verbraucher (24)eine Umwälzpumpe (23) aufweist, die durch die im Nebenkreis erzeugte Strömung das Verschlußelement (2Θ) steuert.

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4·. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement aus einer Kugel (28) besteht, deren Durchmesser größer ist als die lichte Weite des einen kreisringförmigen Querschnitt aufweisenden Rohres des Ablaufs (b) jedoch kleiner ist als der Innendurchmesser des Steuerorgangehäuses (27).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag zwischen dem Zulauf (a) und dem Ablauf (b) als kreisringförmige Blende ausgebildet ist, deren lichte Weite etwas kleiner ist als der Durchmesser der Kugel (28).

6. Vorrichtung nach Anspruch 1'bis 4·, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (29) zwischen dem Zulauf Ca) und dem Ablauf (b) in Form von einzelnen Stiften ausgebildet ist, die radial von der inneren Umfangswandung des Gehäuses (27) h.er in dessen Innenraum ragen und so lang bemessen sind, daß der freie Querschnitt zwischen

den freien Enden der Stifte kleiner ist als der Durchmesser der Kugel (28i

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (50) zwischen dem Ablauf (b) und dem Rücklauf (c) in Form eines Stabes, einer Blende, Stiften oder dgl. ausgebildet ist, die ein Entweichen der Kugel verhindern, ohne den inneren freien Querschnitt des Gehäuses (27) wesentlich zu reduzieren.

8. Vorrichtungmch Anspruch 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse zylinderförmig ausgebildet ist und der äußere Umfang des Vorlaufs (d) und des Rücklaufs (c) zur Aufnahme von Anschlußschläuchen oder dgl. (25j 26) ausgebildet ist.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (27) aus Gummi oder Kunststoffen besteht und unmittelbar .mit den Zuleitungen (15» 16» 25». 26) verschweißt ist. '

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (a) und der Ablauf (b) unter einem Winkel von weniger als 90° zur Längsachse in Richtung des Vorlaufs(d) und Rücklaufs (e) geneigt in das Gehäuse geführt sind und rechtwinklig zur Zulaufachse bzw. Ablaufachse ausgerichtete Mündungen aufweisen, die.als Anschlag für die Kugel (28) in den Gehäuseinnenraum ragen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Hauptkreislauf mehrere Nebenkreisläufe (21, 22) angeschlossen sind.

12* Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptkreis zum Kühlsystem (40 bis 44) einer Verbrennungskraftmaschine (10) parallel geschaltet ist und in Parallelschaltung mehrere Nebenkreise (21, 22) sowie feste Wärmeverbraucher (12) aufweist... .

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