DE10216485B4 - Verfahren zur Einstellung eines Elektromagnetventils - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Einstellung eines Elektromagnetventils, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug-Radschlupfregelsystem, das ein Ventilgehäuse aufweist, in dem sich ein Ventilschließglied bewegt, mit einem an Ventilschließglied angebrachten Magnetanker, der in Abhängigkeit von der elektromagnetischen Erregung einer am Ventilgehäuse angebrachte Ventilspule eine Hubbewegung in Richtung eines im Ventilgehäuse angeordneten Magnetkerns vollzieht, sowie mit einer Feder, die in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung den Magnetanker in einem definierten Axialabstand vom Magnetkern positioniert, so dass der Magnetanker vom Magnetkern durch einen Zwischenraum getrennt ist, sowie mit einem magnetischen Widerstand in einem Magnetkreis des Elektromagnetventils, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung einer für das Elektromagnetventil charakteristischen Öffnungs- oder Schließkennlinie mittels der Veränderung des magnetischen Widerstands und zwar entweder durch die Veränderung eines Luftspalts (s) zwischen dem Magnetkern (3) und einer Einstellhülse (14) oder abhängig von einer Einschubtiefe der Einstellhülse (14) zwischen einer den Magnetanker (5) umhüllenden Ventilhülse (2) und einem die Ventilspule (11) umschließenden Jochblech (12) erfolgt, wozu die Ventilspule (11) mit einem konstanten Prüfstrom (I) erregt und das Ventilschließglied (7) mit einem konstanten hydraulischen oder pneumatischen Prüfdruck (p) beaufschlagt wird, wobei zur Einstellung des gewünschten Strom-/Druckkennlinienverlaufs der Prüfstrom (I) eine gewünschte Korrelation zum Prüfdruck (p) besitzt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines Elektromagnetventils, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug-Radschlupfregelsystem, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Die
DE 197 00 980 A1 offenbart bereits ein Elektromagnetventil, das infolge des gewählten einfachen Aufbaus ausschließlich die Funktion eines bistabil schaltenden Zweistellungsventils erfüllen kann. - Es sind aber auch bereits proportionalisierte Elektromagnetventile bekannt, die allerdings einen beträchtlichen regelungstechnischen als auch fertigungstechnischen Aufwand erfordern. Ein Elektromagnetventil dieser Bauart wird in der
DE 196 538 95 A1 beschrieben. - Aus der
DE 197 22 216 C2 ist bereits ein Elektromagnetventil der gattungsbildenden Art bekannt, das mindestens zwei Einstellparameter zur Einstellung zweier Kennlinien vorsieht, die sich durch unterschiedliche Bestromung der Magnetspule unterscheiden, indem eine Veränderung der wirksamen Federkraft bezogen auf eine Ventilhubeinstellung vorgenommen werden kann und wobei des weiteren eine Einstellbarkeit der magnetischen Leitfähigkeit eines Rückschlusskörpers mittels einer Stelleinrichtung gegeben ist, die aus einer magnetischen Engstelle besteht, zu der ein magnetischer Leitkörper parallel geschaltet ist. - Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil zu schaffen, das unabhängig von seiner Ausführungsform entweder als in Grundstellung geschlossenes oder geöffnetes Ventil auf möglichst einfache Weise einer exakten Einstellung einer elektromagnetisch initiierten Öffnungs- bzw. Schließcharakteristik folgt.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Elektromagnetventil der angegebenen Art durch ein Einstellverfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden im nachfolgenden anhand mehrerer Zeichnungen erläutert.
- Es zeigen:
-
1 einen Längsschnitt durch ein in der Grundstellung stromlos geschlossenes Elektromagnetventil, -
2 einen Längsschnitt durch ein in Grundstellung stromlos geöffnetes Elektromagnetventil, - Die
1 zeigt ein in Grundstellung stromlos geschlossenes Elektromagnetventil, dessen Ventilgehäuse1 beispielhaft in Patronenbauweise ausgeführt ist. Das Oberteil des Ventilgehäuses1 ist als dünnwandige Ventilhülse2 gestaltet, in deren Endbereich ein stopfenförmiger Magnetkern3 befestigt ist. Unterhalb des Magnetkerns3 befindet sich der kolbenförmige Magnetanker5 . Der Magnetanker5 nimmt innerhalb einer Stufenbohrung eine an sich bekannte Feder6 mit linearem Kennlinienverlauf auf, die sich als Schraubendruckfeder mit ihrem einen Windungsende auf die Stirnfläche des Magnetkerns3 erstreckt. Der Magnetanker5 ist folglich unter der Wirkung der Feder6 mit seinem stößelförmigen Ventilschließglied7 gegen einen Ventilsitz8 im Ventilgehäuse1 gepresst, wodurch ein das Ventilgehäuse1 in Horizontal- und Vertikalrichtung durchdringender Druckmittelkanal9 in der abbildungsgemäßen Ventilgrundstellung unterbrochen ist. Das stößelförmige Ventilschließglied7 ist vorzugsweise mittels einer Presspassung im Magnetanker5 fixiert und an seinem dem Ventilsitz8 zugewandten Endabschnitt8 in einer Führungshülse10 zentriert, die konzentrisch zum Ventilsitz8 im Ventilgehäuse1 fixiert ist. - Durch eine auf dem Ventilgehäuse
1 angebrachte Ventilspule11 und einen die Ventilspule11 teilweise umschließendes Joch12 lässt sich durch eine Erregung der Ventilspule11 der Magnetkreis schließen und der Magnetanker5 in Richtung auf den Magnetkern3 bewegen. - Damit ist zunächst der Aufbau und die Wirkungsweise eines stromlos geschlossenen, binär schaltenden Elektromagnetventils beschrieben. Zum Betrieb, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug-Radschlupfregelsystem, muß die Vorspannung der Feder
6 dem maximalen hydraulischen Eingangsdruck im Druckmittelkanal9 entsprechen, da der Eingangsdruck in der Bohrung des Ventilsitzes8 das Ventilschließglied7 beaufschlagt. Ein solches Ventil verhält sich bistabil, d. h. es ist entweder geschlossen oder geöffnet. - Erst durch die Anordnung eines Federelementes
4 im Elektromagnetventil nach1 , vorzugsweise im Luftspalt zwischen dem Magnetanker5 und dem Magnetkern3 , wird die Magnetkraft virtuell geschwächt, wozu die Charakteristik des Federelementes4 derart ausgelegt ist, dass die resultierende Magnetkraft bei Annäherung des Magnetankers5 an den Magnetkern3 und damit scheinbar mit zunehmendem Ventilhub im Ventilöffnungssinn schneller abnimmt als die aus dem hydraulischen Druck am Ventilschließglied7 resultierende Stößelkraft, die im wesentlichen durch die hydraulische Beaufschlagung des Stößels festgelegt ist. Hierdurch kann entweder mittels geeigneter elektrischer Stromregelung in der Ventilspule11 bei jeweils konstantem hydraulischen Druck oder aber durch Regelung des Drucks bei jeweils konstantem Ventilspulenstrom I jede beliebige Ventilhubposition zwischen den bistabilen Grenzlagen eingesteuert werden. Man hat damit die Möglichkeit, das Elektromagnetventil nicht nur als 2-Wegeventil, sondern auch im Analogbetrieb als Volumenstromregelventil zu betreiben. - Das scheibenförmige Federelement
4 liegt mit seinem Außenrand an der schrägen Magnetkernstirnfläche an, während der Innenrand des Federelementes4 an der schrägen Stirnfläche des Magnetankers5 abstützt. Der zwischen den parallelen Stirnflächen des Magnetankers5 und des Magnetkerns3 bestehende Axialabstand entspricht somit nach Berücksichtigung der Dicke des Federelementes4 dem maximalen Magnetankerhub. Das Federelement4 kann aus einem den Magnetfluss leitenden Material bestehen, um den effektiven Arbeitsluftspalt nicht unnötig zu vergrößert, so dass vorteilhaft keine Abschwächung der Magnetkraft eintritt. Bei elektromagnetischer Erregung wird das Federelement4 elastisch zusammengepreßt und vollflächig an den Stirnflächen des Magnetkerns3 und des Magnetankers5 angelegt. Infolge einer der Bewegung des Magnetankers5 entgegen gerichteten Federkraft des Federelements4 kann überdies der Magnetanker5 abgebremst werden, bevor er das Federelement4 vollflächig gegen die Stirnfläche des Magnetkerns3 drückt, so dass sich u. a. auch bei Bedarf das Schaltgeräusch des Elektromagneten vermindern lässt. - Durch die Vorspannkraft des Federelementes
4 wird überdies nach Abschluss der elektromagnetischen Erregung eine mögliche schnelle Rückstellung des Magnetankers5 aus der Endlage am Magnetkern3 bewirkt, da durch die Rückstelltendenz des Federelementes4 das durch Remanenz normalerweise hervorgerufene sog. Magnetankerkleben am Magnetkern unterbrochen wird. - Die Zuströmung und damit die Druckbeaufschlagung des Ventilschließgliedes
7 erfolgt von unten, d. h. über einen den vertikalen Druckmittelkanal9 abdeckenden Plattenfilter13 in Richtung auf die Stirnfläche des Ventilschließgliedes7 und damit über den freigebbaren Ringquerschnitt und über die in der Führungshülse10 gelegenen Durchgangsöffnungen in Richtung der das Ventilgehäuse1 durchquerenden Druckmittelkanäle9 . - Die Einstellung einer für das Elektromagnetventil charakteristischen Kennlinie erfolgt mittels der Veränderung des magnetischen Widerstands, wozu die Ventilspule
11 mit einem konstanten Prüfstrom I erregt und das Ventilschließglied7 mit einem konstanten hydraulischen oder pneumatischen Prüfdruck p beaufschlagt wird, wobei der Prüfstrom I eine gewünschte Korrelation zum Prüfdruck p besitzt. Hierzu wird eine den magnetischen Widerstand beeinflussende magnetische Einstellhülse14 von oben in eine Jochöffnung16 des Jochs12 zur Justierung des Ventilschließ- oder Öffnungspunktes hineinverschoben, bis infolge der Magnetkreisveränderung (Magnetkreisverstärkung) das Ventilschließglied7 gerade so vom Ventilsitz8 abgehoben wird, so daß ein Durchfluß Q eines unter dem Prüfdruck p stehendes Druckmittels vom Ventilschließglied7 in Richtung der quer zur Ventilachse verlaufenden Druckmittelkanäle9 freigegeben wird. Die Einstellhülse14 wird nach der Einstellung des Ventilöffnungspunktes kraft-, form-, oder stoffschlüssig in der Jochöffnung16 am Magnetkern3 arretiert. In vorliegendem Ausführungsbeispiel besteht die Einstellhülse14 aus einem auf den Magnetkern3 aufgepreßten Ring, der in Richtung des Magnetkerns3 trichterförmig geöffnet ist und der zur Beeinflussung des magnetischen Widerstands gegenüber einem Kegelabschnitt des Magnetkerns3 einen Luftspalts s aufweist. Zur kraftschlüssigen Befestigung der Einstellhülse14 weist der Magnetkern3 einen aus der Jochöffnung16 hervorstehenden Zapfen auf, der in der erwähnten Pressverbindung mit der Innenwand der Einstellhülse14 steht. Hingegen kontaktiert die zylindrische Außenwand der Einstellhülse14 das Joch12 im Bereich der Jochöffnung16 in Form einer leichtgängigen Schiebepassung. - Das Elektromagnetventil ist in einer mit einer Ventilaufnahmebohrung
17 versehene Vorrichtung18 aufgenommen, die unten mit einer dem Prüfdruck p ausgesetzten Zulaufbohrung19 und seitlich mit einer Ablaufbohrung20 für ein pneumatisches oder hydraulisches Prüfmittel versehen ist. Die auf den aus der Vorrichtung18 hervorstehende Hülsenabschnitt des Ventilgehäuses1 aufgesetzte Ventilspule11 übernimmt die Funktion einer Prüfspule, die mit einem konstanten elektrischen Strom I erregt wird. - Die blockförmige Vorrichtung
18 ist derart gestaltet, daß sowohl wenigstens ein in Grundstellung stromlos geschlossene oder ein stromlos geöffnete Elektromagnetventil aufgenommen und eingestellt werden kann. - Abweichend von den Darstellungen in der vorangegangenen Figur ist in der
2 eine Anwendung des Erfindungsgegenstandes für ein elektromagnetisch nicht erregtes, in Grundstellung geöffnetes Elektromagnetventil gezeigt. Abweichend von dem bereits bekannten Ventilaufbau gemäß1 ist nunmehr der als dickwandiger Hohlzylinder ausgeführte Magnetkern3 ein einstückiges Bestandteil des in Patronenbauweise gefertigten Ventilgehäuses1 . Der stößelförmige Abschnitt des Ventilschließgliedes7 erstreckt sich folglich durch den Magnetkern3 in Richtung des domförmig geschlossenen Bereichs der dünnwandigen Ventilhülse2 bis in den Magnetanker5 , dessen Stirnfläche in Richtung auf das ebene Federelement4 konvex geformt ist, während die unter dem Federelement4 befindliche Stirnfläche des Magnetkerns3 eine konkave Form aufweist. Eine in der Durchgangsbohrung des Magnetkerns3 angeordnete Feder6 mit linearer Kennlinie erstreckt sich durch die Öffnung des Federelementes4 und hält den Magnetanker5 in der elektromagnetisch nicht erregten Grundstellung auf Anschlag am Dom der Ventilhülse2 , so daß das Ventilschließglied7 einen ungehinderten Druckmitteldurchgang zwischen den unterhalb und seitlich in die Ventilpatrone einmündenden Druckmittelkanälen9 herstellt. In dieser Ventilstellung liegt das Federelement4 wirkungslos zwischen der erhabenen Außenkante der Magnetkernstirnfläche und der erhabenen Innenkante des Magnetankers5 an. Bei einem stromlos offenen Elektromagnetventil muss sichergestellt sein, dass das Ventilschließglied7 den Ventilsitz8 in der erregten Magnetankerstellung absolut dicht verschließt, weshalb ein minimaler, vom Magnetanker5 überbrückbarer Restluftspalt im Bereich des gedrückten Federelementes4 verbleiben muss. Die Zuströmung und damit die Druckbeaufschlagung des Ventilschließgliedes7 erfolgt abbildungsgemäß von unten, d. h. stromaufwärts des Ventilschließgliedes7 über einen den vertikalen Druckmittelkanal9 abdeckenden Plattenfilter13 in Richtung auf die Stirnfläche des geöffneten Ventilschließgliedes7 und damit über den freigegebenen Ringquerschnitt in Richtung der das Ventilgehäuse1 durchquerenden Druckmittelkanäle9 . Die Abströmung erfolgt somit über einen die quer verlaufenden Druckmittelkanäle9 abdeckenden Ringfilter15 . - Durch die Überlagerung der progressiven Kennlinie des Federelements
4 mit der linear verlaufenden Kennlinie der Feder6 ergibt sich die Voraussetzung für einen regelungtechnisch einfachen Betrieb eines ursprünglich bistabilen Elektromagnetventils als Volumenstrom-Regelventil. - Die Einstellung der gewünschten Kennlinie für das Elektromagnetventil nach
2 erfolgt wiederum mittels der Veränderung des magnetischen Widerstands, wozu die Ventilspule11 mit einem konstanten Prüfstrom I erregt und das Ventilschließglied7 mit einem konstanten hydraulischen oder pneumatischen Prüfdruck p beaufschlagt wird, wobei der Prüfstrom I eine gewünschte Korrelation zum Prüfdruck P besitzt. Hierzu wird eine den magnetischen Widerstand beeinflussende dünnwandige Einstellhülse14 von oben in eine Jochöffnung16 des Jochs12 zur Justierung des Ventilschließpunktes hineinverschoben, bis infolge der Magnetkreisverstärkung das Ventilschließglied7 am Ventilsitz8 anliegt, so daß in der Ventilsitzöffnung der ursprüngliche Durchfluß Q eines unter dem Prüfdruck p stehendes Druckmittels abgesperrt ist. Folglich ist durch die Veränderung des magnetischen Übergangs zwischen der Einstellhülse14 und dem Magnetanker5 die Magnetkraft soweit gesteigert worden, daß das Ventil den gewünschte Strom/Druck-Kennlinienverlauf erreicht. Die Einstellhülse14 wird nach der Einstellung der angestrebten Kennlinie vorzugsweise mittels Laserschweißung stoffschlüssig an der Ventilhülse2 fixiert. In vorliegendem Ausführungsbeispiel besteht die Einstellhülse14 aus einem verschiebbar am Außenumfang der Ventilhülse2 aufgesetzten magnetischen Ring, der zur Beeinflussung des magnetischen Widerstands in der Jochöffnung12 gegenüber der Innenwand des Jochblechs12 einen möglichst kleinen Luftspalt s aufweist Damit ist der magnetischen Widerstand zwischen der Ventilspule11 und dem Ventil möglichst gering. Infolge der nicht magnetisierbaren Ventilhülse2 besteht aber auch ein in Richtung des Magnetankers5 elektromagnetisch zu überbrückender Radialabstand, dessen die Magnetkraft schwächender Einfluß durch die Einschubtiefe der zwischen der Ventilhülse2 und dem Jochblech12 angeordneten Einstellhülse14 veränderbar ist. Mit zunehmender Überdeckung L des Magnetankers5 durch die Einstellhülse14 läßt sich nämlich der durch den Radialabstand primär beeinflußte magnetische Widerstand verringern. - Auch das Elektromagnetventil nach
2 ist in einer mit einer Ventilaufnahmebohrung17 versehene Vorrichtung18 aufgenommen, die von unten mit einer dem Prüfdruck p ausgesetzten Zulaufbohrung19 und seitlich mit einer Ablaufbohrung20 für ein pneumatisches oder hydraulisches Prüfmittel versehen ist. Die auf den aus der Vorrichtung18 hervorstehenden Hülsenabschnitt des Ventilgehäuses1 aufgesetzte Ventilspule11 übernimmt die Funktion einer Prüfspule, die mit einem konstanten elektrischen Strom I erregt wird. - Die blockförmige Vorrichtung
18 ist derart gestaltet, daß sowohl das eingangs erwähnte, in Grundstellung stromlos geschlossene als auch das stromlos geöffnete Elektromagnetventil aufgenommen und eingestellt werden kann. - Durch die anhand den beiden Ausführungsbeispielen erläuterte Einstellmaßnahme wird deutlich, daß die im Rahmen der Ventilfertigung auftretenden geometrischen Abweichungen, Federkraftstreuungen und unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe verblüffend einfach kompensiert werden können, indem nach dem Zusammenbau des Elektromagnetventils dessen Istkennlinie (Ventilschließ- bzw. Öffnungsverhalten in Abhängigkeit von Strom I und Prüfdruck p) gemessen wird und durch die Veränderung des magnetischen Widerstands mittels der Einstellhülse
14 auf die gewünschte Sollkennlinie korrigiert wird. - Die Erfindung ist nicht auf Proportionalventile beschränkt, sondern universell für alle Bau- und Betätigungsformen von Magnetantriebe verwendbar. Überdies kann die zur Ventileinstellung beispielhaft vorgestellte Vorrichtung
18 auch zur Ventilfunktionsprüfung dienen. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Ventilgehäuse
- 2
- Ventilhülse
- 3
- Magnetkern
- 4
- Federelement
- 5
- Magnetanker
- 6
- Feder
- 7
- Ventilschließglied
- 8
- Ventilsitz
- 9
- Druckmittelkanal
- 10
- Führungshülse
- 11
- Ventilspule
- 12
- Joch
- 13
- Plattenfilter
- 14
- Einstellhülse
- 15
- Ringfilter
- 16
- Jochöffnung
- 17
- Ventilaufnahmebohrung
- 18
- Vorrichtung
- 19
- Zulaufbohrung
- 20
- Ablaufbohrung
- I
- Ventilspulenstrom
- p
- Druck
- s
- Luftspalt
- L
- Überdeckung
- Q
- Durchfluß
Claims (5)
- Verfahren zur Einstellung eines Elektromagnetventils, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug-Radschlupfregelsystem, das ein Ventilgehäuse aufweist, in dem sich ein Ventilschließglied bewegt, mit einem an Ventilschließglied angebrachten Magnetanker, der in Abhängigkeit von der elektromagnetischen Erregung einer am Ventilgehäuse angebrachte Ventilspule eine Hubbewegung in Richtung eines im Ventilgehäuse angeordneten Magnetkerns vollzieht, sowie mit einer Feder, die in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung den Magnetanker in einem definierten Axialabstand vom Magnetkern positioniert, so dass der Magnetanker vom Magnetkern durch einen Zwischenraum getrennt ist, sowie mit einem magnetischen Widerstand in einem Magnetkreis des Elektromagnetventils, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung einer für das Elektromagnetventil charakteristischen Öffnungs- oder Schließkennlinie mittels der Veränderung des magnetischen Widerstands und zwar entweder durch die Veränderung eines Luftspalts (s) zwischen dem Magnetkern (
3 ) und einer Einstellhülse (14 ) oder abhängig von einer Einschubtiefe der Einstellhülse (14 ) zwischen einer den Magnetanker (5 ) umhüllenden Ventilhülse (2 ) und einem die Ventilspule (11 ) umschließenden Jochblech (12 ) erfolgt, wozu die Ventilspule (11 ) mit einem konstanten Prüfstrom (I) erregt und das Ventilschließglied (7 ) mit einem konstanten hydraulischen oder pneumatischen Prüfdruck (p) beaufschlagt wird, wobei zur Einstellung des gewünschten Strom-/Druckkennlinienverlaufs der Prüfstrom (I) eine gewünschte Korrelation zum Prüfdruck (p) besitzt. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den magnetischen Widerstand beeinflussende Einstellhülse (
14 ) zur Justierung des Ventilschließ- oder Öffnungspunktes in eine Jochöffnung (16 ) hineinverschoben wird, bis infolge der Magnetkreisveränderung entweder das Ventilschließglied (7 ) am Ventilsitz (8 ) druckmitteldicht anliegt oder gerade abgehoben ist, so daß ein Durchfluß (Q) eines unter dem Prüfdruck (p) stehendes Druckmittels vom Ventilschließglied (7 ) unterbrochen oder freigegeben wird. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellhülse (
14 ) nach der Einstellung des Ventilschließ- oder Öffnungspunktes kraft-, form-, oder stoffschlüssig in der Jochöffnung (16 ) arretiert wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektromagnetventil in eine mit wenigstens einer Ventilaufnahmebohrung (
17 ) versehene Vorrichtung (18 ) aufgenommen wird, die mit einer dem Prüfdruck (p) ausgesetzten Zulaufbohrung (19 ) und einer Ablaufbohrung (20 ) für ein Druckmittel versehen ist, und daß die auf das aus der Vorrichtung (18 ) hervorstehende Teil des Ventilgehäuses (1 ) aufgesetzte Ventilspule (11 ) als Prüfspule ausgeführt ist, die auf das Ventilgehäuse (1 ) aufgesetzt wird, bis durch das Verschieben einer Einstellhülse (14 ) in einer Jochöffnung (16 ) in der Prüfspule die gewünschte Ventilkennlinie erreicht wird. - Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Vorrichtung (
18 ) sowohl in Grundstellung stromlos geschlossene als auch stromlos geöffnete Elektromagnetventile eingesetzt und mittels der Justierung einer Einstellhülse (14 ) in einer Jochöffnung (16 ) der Ventilspule (11 ) eingestellt werden.
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