KR102064654B1 - 차량의 현가장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 스프링을 적용하여 작은 진동과 큰 진동을 분리하여 흡수하도록 하여 승차감이 개선되도록 하고, 판스프링의 재질을 경량의 섬유강화 복합소재가 적용된 차량의 현가장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 차량의 현가장치는, 차량의 프레임(10)과 상기 차량의 차륜이 설치되는 차축(20) 사이에 설치되는 차량의 현가장치에 있어서, 상기 프레임(10)의 저면에 설치되는 코일스프링과, 상기 코일스프링과 상기 차축(20) 사이에 설치되고, 상기 코일스프링에서 흡수하는 진동보다 큰 진동을 흡수하는 판스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 코일스프링은 작은 진동을 우선적으로 흡수하여 차량의 승차감을 개선한다. 또한 상기 판스프링이 경량재질로 이루어져 차량의 중량을 감소시킬 수 있다.

Description

차량의 현가장치{SUSPENSION OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 주행 시 지면과 차량 사이에 발생하는 진동을 흡수하는 차량의 현가장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 스프링을 적용하여 작은 진동과 큰 진동을 분리하여 흡수하도록 하여 승차감이 개선되도록 하고, 판스프링의 재질을 경량의 섬유강화 복합소재가 적용된 차량의 현가장치에 관한 것이다.
차량에는 상기 차량의 차체와 차륜 사이에 지면으로부터 상기 차량으로 전달되는 진동을 흡수하는 현가장치에 구비된다.
차량 중에서 비교적 중량이 많이 나가는 차량에서는 통상적으로 복수의 강판을 겹쳐 제작한 판스프링이 적용된다. 상기 판스프링이 적용된 현가장치는 주로 트럭이나 버스와 같이 차량의 중량이 많이 나가거나, 많은 승객이 탑승하는 차량에 적용된다.
상기 판스프링이 적용된 차량의 현가장치는 비교적 큰 진동을 흡수하게 되므로, 상기 차량은 승차감이 좋지 못한 문제점이 있다.
또한, 상기 판스프링은 철강을 소재로 하기 때문에 상기 차량의 경량화를 달성하는 것도 한계가 있고, 이로 인하여 차량의 연비를 개선하는데 한계가 있었다.
한편, 승차감을 개선하기 위해서 코일스프링을 적용할 수 있지만, 상기 코일스프링은 차량의 중량이나, 적재 중량이 증가함에 따라 제조원가가 상승하게 되고, 차량의 주행 시 과도하게 압축과 신장을 반복하여 차량이 튀는 현상이 발생하는 문제점이 있다.
한편, 하기의 선행기술 문헌에는 '차축식 현가장치'에 관한 기술이 개시되어 있다.
KR 10-2004-0097664
본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하고 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 판스프링이 적용되더라도 작은 진동을 흡수할 수 있는 차량의 현가장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 차량의 현가장치를 철강이 아닌 복합재료를 사용함으로써, 경량화가 가능하고, 이로 이하여 차량의 연비도 개선되도록 한 차량의 현가장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 공구 위치 자동 조정 장치는, 차량의 프레임과 상기 차량의 차륜이 설치되는 차축 사이에 설치되는 차량의 현가장치에 있어서, 상기 프레임의 저면에 설치되는 제1완충수단과, 상기 제1완충수단과 상기 차축 사이에 설치되고, 상기 제1완충수단에서 흡수하는 진동보다 큰 진동을 흡수하는 제2완충수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 상기 제1완충수단은 상기 프레임의 저면에 상기 차량의 길이방향으로 서로 이격되어 설치되는 코일스프링이고, 상기 제2완충수단은 서로 이격된 상기 코일스프링에 양단에 인접한 부분이 각각 지지되고, 중간부분에 상기 차축이 설치되며 스프링판이 적층되는 판스프링인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 프레임의 저면에는 상단이 상기 프레임에 고정되는 로드가 설치되고, 상기 로드의 상부에 상기 코일스프링이 설치되며, 상기 코일스프링의 하단에 상기 판스프링에 끼워지며, 상기 로드의 하단에 상기 판스프링의 저면을 지지하는 판스프링 서포트가 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 코일스프링과 상기 판스프링 사이에는 상기 코일스프링의 하단을 지지하는 코일스프링 마운트가 구비되고, 상기 프레임의 저면에는 상기 코일스프링이 최대로 압축되면 상기 코일스프링 마운트에 접촉되는 메인스토퍼가 장착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 차축을 고정하는 U자형의 차축고정부에는 상기 판스프링의 저면과 상기 차축 사이에 차축고정 플레이트가 설치되고, 상기 차축고정 플레이트는 상기 판스프링과 상기 차축고정 플레이트에 양단이 각각 지지되는 보조스프링이 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 차축고정 플레이트에는 상기 보조스프링의 최대로 압축되면 상기 판스프링과 상기 차축고정 플레이트의 접촉을 제한하는 보조스토퍼가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 스프링판은 적층된 섬유에 합성수지를 함침한 섬유강화복합재료(FRP; fiber reinforced plastics)를 재질로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 스프링판은 표피층과 중간층이 서로 다른 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 스프링판은, 상기 표피층이 유리섬유, 아라미드 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 중간층은 탄소섬유, 단방향직물, NCF (Non-Crimp Fabrics), 프리프레그 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 스프링판에서 적층되는 섬유는, 상하로 인접한 다른 층의 섬유와 0도, ±45도, 90도 중 어느 하나의 각도를 두고 적층되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 스프링판은 RTM(Resin Transfer Molding), PCM(Prepreg Compression Molding), 오븐성형, 오토클레이브(autoclave) 공법 중 어느 하나로 성형되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 차량의 현가장치에 따르면, 진동의 크기에 따라 코일 스프링과 판스프링이 진동을 흡수하게 되므로, 작은 진동이 발생하더라도, 상기 코일 스프링에 의해 진동이 흡수되므로, 차량의 승차감이 개선된다. 이와 같이, 차량의 승차감이 좋아지므로, 탑승자가 장시간 차량을 타더라도 피로감이 저감된다.
또한, 코일스프링 만으로 현가장치를 구성한 경우에 비하여, 제조원가를 낮출 수 있고, 과도하게 현가장치가 튀는 현상을 방지할 수 있다.
아울러, 상기 판스프링의 재질로 경량의 복합재료가 적용됨으로써, 차량의 현가장치의 경량화가 가능해져, 차량의 전체 중량을 감소시킬 수 있고, 이로 인하여 연비가 개선된다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 현가장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1의 A부분에 대한 확대도이다.
도 3은 도 2의 B부분에 대한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4b는 차량의 하방으로 하중이 작용할 때의 차량의 현가장치의 상태를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5b는 차량의 상방으로 하중이 작용할 때의 차량의 현가장치의 상태를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.
본 명세서에서 각 도면의 대응되는 구성 요소들은 동일한 번호로 참조된다. 또한, 구성요소들의 형상이나 크기 등은 실제보다 과장될 수 있다. 그리고 관련된 공지 기술에 대한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 생각되는 경우 그 공지 기술에 대한 설명은 생략한다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 차량의 현가장치에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 차량의 현가장치는, 차량의 프레임(10)과 상기 차량의 차륜이 설치되는 차축(20) 사이에 설치되는 차량의 현가장치에서, 상기 프레임(10)의 저면에 설치되는 제1완충수단과, 상기 제1완충수단과 상기 차축(20) 사이에 설치되고, 상기 제1완충수단에서 흡수하는 진동보다 큰 진동을 흡수하며 경량의 섬유복합재료로 이루어지는 제2완충수단을 포함한다.
제1완충수단은 상기 프레임(10)의 저면에 설치되는 코일스프링(30)이 될 수 있다.
상기 코일스프링(30)은 비교적 작은 크기의 하중이 작용하더라도 상기 하중의 입력과 동시에 변경되면서 1차적으로 완충작용을 하게된다.
상기 코일스프링(30)은 상기 차량의 길이방향을 따라 이격되게 복수로 설치된다.
상기 코일스프링(30)은 상기 코일스프링(30)이 축방향, 즉 지면과 수직한 방향으로 압축되면서 완충작용을 하는데, 상기 코일스프링(30)이 최대로 압축되면, 이를 제한하는 수단이 구비된다.
상기 코일스프링(30)의 하단에 상기 코일스프링(30)의 하단을 지지하는 코일스프링 마운트(32)가 설치되고, 상기 프레임(10)의 저면에서 상기 코일스프링(30)이 설치된 부위와 인접한 부위에 상기 코일스프링 마운트(32)와 접촉되는 메인스토퍼(33)가 설치된다. 따라서, 상기 코일스프링(30)은 상기 코일스프링 마운트(32)가 상기 메인스토퍼(33)에 접촉할 때까지만 변형되면서 완충작용을 한다.
상기 코일스프링 마운트(32)와 상기 메인스토퍼(33)가 접촉된 상태에서는 후술되는 제2완충수단에 의해 완충작용이 이루어진다.
제2완충수단은 상기 제1완충수단의 하부에 설치되는 판스프링(40)이 될 수 있다.
상기 판스프링(40)은 상기 차량의 길이방향으로 형성되는 스프링판(41)을 상하로 적층하여 이루어질 수 있다. 상기 스프링판(41)을 복수로 마련하고 이를 상하방향으로 적층한 후, 판스프링 고정부재(42)로 서로 고정함으로써, 하나의 판스프링(40)으로 작용하게 된다.
상기 판스프링(40)은 양단에 인접한 부위가 상기 코일스프링(30)의 저면에 위치한다.
이를 위하여, 상단이 상기 프레임(10)에 고정되게 로드(51)를 설치하고, 상기 로드(51)에 상기 코일스프링(30)과 상기 판스프링(40)을 끼워 고정되도록 함으로써, 상기 코일스프링(30)의 하부에 상기 판스프링(40)이 위치하도록 한다. 즉, 상기 로드(51)의 상부에 상기 코일스프링(30)을 끼우고, 상기 코일스프링(30)의 저면에 상기 코일스프링 마운트(32)를 위치시킨다. 이후, 상기 코일스프링 마운트(32)의 하방에 상기 판스프링(40)의 일측을 삽입한 후, 상기 로드(51)의 하단에 판스프링 서포트(52)를 체결하여, 상기 판스프링 서포트(52)가 상기 판스프링(40)의 저면을 지지하도록 한다.
상기 판스프링(40)의 중간부분에 U자형태의 차축고정부(21)를 끼우고, 상기 차축고정부(21)의 상단을 체결너트(22)를 이용하여 상기 판스프링(40)과 상기 차축고정부(21)를 고정한 상태에서 상기 차축고정부(21)에 상기 차축(20)을 설치하게 된다. 한편, 주행 시 상기 차축(20)이 상기 판스프링(40)과 접촉하는 것을 제한하기 위해서, 상기 차축고정부(21)에서 상기 판스프링(40)과 상기 차축(20) 사이에는 차축고정 플레이트(53)를 설치하고, 상기 차축고정 플레이트(53)에 보조스프링(54)과 보조스토퍼(55)를 설치한다. 상기 보조스프링(54)은 코일스프링의 형태로서 상단과 하단이 각각 상기 판스프링(40)과 상기 차축고정 플레이트(53)에 지지된다. 또한, 상기 차축고정 플레이트(53)d는 보조스토퍼(55)가 설치되어, 상기 보조스프링(54)이 최대로 압축된 상태에서는 상기 보조스토퍼(55)가 상기 판스프링(40)의 저면에 접촉하도록 한다.
한편, 본 발명에서는 상기 스프링판(41)의 재질을 적층된 섬유에 합성수지를 함침한 섬유강화복합재료(FRP; fiber reinforced plastics)를 재질로 하는 것이 바람직하다. 상기 섬유강화복합재료는 철강에 비하여 경량임에도 불구하고 충분한 기계적 성능을 가지므로, 상기 판스프링(40)이 경량화되도록 한다. 즉, 상기 스프링판(41)을 상기 섬유강화복합재료로 제조한 후, 이를 적층하여 상기 판스프링(40)이 되도록 한다.
이때, 상기 섬유강화복합재료는 유리섬유, 탄소섬유, 단방향직물, 아라미드 등의 섬유에 수지를 함침하여 이루어질 수 있다.
특히, 상기 스프링판(41)은 표피층(41a)과 중간층(41b)이 서로 다른 섬유가 포함되도록 할 수 있다. 예컨대, 상기 표피층(41a)은 내부식성이 우수한 유리섬유, 아라미드 중 적어도 어느 하나를 포함하여, 상기 판스프링(40)이 부식되는 것을 방지하도록 한다. 상기 중간층(41b)은 탄소섬유, 단방향직물, NCF (Non-Crimp Fabrics), 프리프레그 중 적어도 어느 하나를 포함하여 충분한 기계적 강도를 발휘하도록 한다. 상기 스프링판(41)을 구성하는 섬유강화복합재료의 내부에서 섬유는 상하로 인접한 다른 섬유층과 0도, ±45도, 90도 등의 각도로 적층될 수 있다.
또한, 상기 스프링판(41)은 RTM(Resin Transfer Molding), PCM(Prepreg Compression Molding), 오븐성형, 오토클레이브(autoclave) 공법 등에 의해 성형될 수 있다.
이와 같이, 상기 판스프링(40)을 경량의 섬유복합재료를 사용함으로써, 현가장치를 경량화시킬 수 있고, 이는 차량의 경량화로 이루어진다. 차량의 경량화에 따라 상기 차량의 연비도 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 차량의 현가장치의 작용에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
도 4a 내지 도 4d에는 상기 차량으로부터 상기 차축(20)을 향하여 하중이 작용하는 상태에 대하여 도시되어 있다.
도 4a는 하중이 작용하지 않는 상태로서, 상기 프레임(10)과 상기 코일스프링 마운트(32)는 각각 초기 위치(L0,M0)에 위치하고 있다.
이후, 비교적 작은 하중(P1)이 작용하면(도 4b 참조), 상기 프레임(10)은 초기위치(L0)에서 약간 하방으로 이동하게 되어, 상기 프레임(10)은 L1에 위치한다. 비교적 작은 하중이므로, 상기 판스프링(40)은 작용하지 않고, 상기 코일스프링(30)이 상기 하중(P1)에 의한 진동을 흡수하게 된다.
또 하중이 일정 크기까지 작용할 때까지는 상기 코일스프링(30) 의해 완충작용이 수행되고, 실질적으로 상기 판스프링(40)은 완충작용을 수행하지 않는다 .즉, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 메인스토퍼(33)가 상기 코일스프링 마운트(32)에 접촉할 때 까지는 하중(P2)가 작용하여 상기 프레임(10)이 L2에 위치할 때까지는 상기 코일스프링(30)이 실질적으로 완충역할을 한다.
이와 같이, 비교적 작은 크기의 하중에 대해서는 상기 코일스프링(30)이 바로 작용하여 완충역할을 하므로, 승차감이 개선된다.
한편, 도 4d와 같이, 비교적 큰 하중(P3)이 작용하는 경우가 도시되어 있다. 상기 하중(P3)이 작용하면, 일부 하중은 상기 코일스프링(30)을 최대로 압축시키면서 상기 코일스프링(30)에 의해 완충되고, 나머지 하중은 상기 판스프링(40)으로 전달되어 상기 판스프링(40)에 의해 완충된다. 상기 코일스프링(30)이 최대로 압축된 상태에서는 상기 판스프링(40)과 상기 코일스프링 마운트(32)이 접촉된 상태이므로, 상기 하중이 상기 판스프링(40)으로 전달되어, 상기 판스프링(40)에 의해 완충될 수 있다. 이때, 상기 판스프링(40)이 변형되면서, 상기 프레임(10)은 L3까지 하강하고, 상기 코일스프링 마운트(32)도 M1으로 하강한다.
이와 같이, 비교적 작은 크기의 하중에 대해서는 상기 코일스프링(30)이 작용하여 완충작용을 하게 되므로, 변형이 큰 힘이 필요한 판스프링(40)이 변형 전에 완충작용이 이루어지게 되어 차량의 승차감을 해소할 수 있다.
도 5a 및 도 5b에는 상기 지면으로부터 상기 프레임(10)으로 하중이 작용하는 상태가 도시되어 있다.
도 5a의 초기상태에서 상방으로 하중(P1)이 작용하면, 상기 판스프링(40)이 완충작용을 한다. 이후, 상기 판스프링(40)이 최대로 변형된 후, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 코일스프링(30)을 압축하게 되어 완충작용을 하게 된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10 : 차량 프레임
20 : 차축
21 : 차축 고정부
22 : 체결너트
30 : 코일스프링
32 : 코일스프링 마운트
33 : 메인스토퍼
40 : 판스프링유닛
41 : 판스프링
42 : 판스프링 고정부재
51 : 로드
52 : 판스프링 서포트
53 : 차축고정 플레이트
54 : 보조스프링
55 : 보조스토퍼

Claims (11)

  1. 차량의 프레임(10)과 상기 차량의 차륜이 설치되는 차축(20) 사이에 설치되는 차량의 현가장치에 있어서,
    상기 프레임(10)의 저면에 설치되는 코일스프링(30)과,
    상기 코일스프링(30)과 상기 차축(20) 사이에 설치되고, 상기 코일스프링(30)에서 흡수하는 진동보다 큰 진동을 흡수하는 판스프링(40)을 포함하며,
    상기 프레임(10)의 저면에는 상단이 상기 프레임(10)에 고정되는 로드(51)가 설치되고, 상기 로드(51)의 상부에 상기 코일스프링(30)이 설치되며, 상기 코일스프링(30)의 하단에 상기 판스프링(40)이 끼워지며, 상기 로드(51)의 하단에 상기 판스프링(40)의 저면을 지지하는 판스프링 서포트(52)가 고정되는 것을 특징으로 하는 차량의 현가장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일스프링(30)은 상기 프레임(10)의 저면에 상기 차량의 길이방향으로 서로 이격되어 설치되고,
    상기 판스프링(40)은 서로 이격된 상기 코일스프링(30)에 양단에 인접한 부분이 각각 지지되고, 중간부분에 상기 차축(20)이 설치되며 스프링판(41)이 적층되는 것을 특징으로 하는 차량의 현가장치.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 코일스프링(30)과 상기 판스프링(40) 사이에는 상기 코일스프링(30)의 하단을 지지하는 코일스프링 마운트(32)가 구비되고,
    상기 프레임(10)의 저면에는 상기 코일스프링(30)이 최대로 압축되면 상기 코일스프링 마운트(32)에 접촉되는 메인스토퍼(33)가 장착되는 것을 특징으로 하는 차량의 현가장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 차축(20)을 고정하는 U자형의 차축고정부(21)에는 상기 판스프링(40)의 저면과 상기 차축(20) 사이에 차축고정 플레이트(53)가 설치되고,
    상기 차축고정 플레이트(53)는 상기 판스프링(40)과 상기 차축고정 플레이트(53)에 양단이 각각 지지되는 보조스프링(54)이 설치되는 것을 특징으로 하는 차량의 현가장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 차축고정 플레이트(53)에는 상기 보조스프링(54)의 최대로 압축되면 상기 판스프링(40)과 상기 차축고정 플레이트(53)의 접촉을 제한하는 보조스토퍼(55)가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량의 현가장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 스프링판(41)은 적층된 섬유에 합성수지를 함침한 섬유강화복합재료(FRP; fiber reinforced plastics)를 재질로 하는 것을 특징으로 하는 차량의 현가장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스프링판(41)은 표피층(41a)과 중간층(41b)이 서로 다른 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 현가장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스프링판(41)은,
    상기 표피층(41a)이 유리섬유, 아라미드 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 중간층(41b)은 탄소섬유, 단방향직물, NCF (Non-Crimp Fabrics), 프리프레그 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 현가장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 스프링판(41)에서 적층되는 섬유는, 상하로 인접한 다른 층의 섬유와 0도, ±45도, 90도 중 어느 하나의 각도를 두고 적층되는 것을 특징으로 하는 차량의 현가장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 스프링판(41)은 RTM(Resin Transfer Molding), PCM(Prepreg Compression Molding), 오븐성형, 오토클레이브(autoclave) 공법 중 어느 하나로 성형되는 것을 특징으로 하는 차량의 현가장치.
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