ES2264947T3 - Sistema de freno de vehiculo con una unidad de motor/bomba. - Google Patents

Sistema de freno de vehiculo con una unidad de motor/bomba. Download PDF

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Abstract

Sistema de freno de vehículo, que presenta una unidad de motor/bomba (10) con un motor eléctrico (12) y al menos una bomba (14) para el transporte de líquido de frenos, en el que - el motor eléctrico (12) presenta un estator del motor (16) en el que está dispuesto de modo giratorio un inducido del motor (18), y - la bomba (14) está dispuesta fundamentalmente en el interior del inducido del motor (18), y puede ser accionada por éste, caracterizado porque - el estator del motor (16) y al menos una sección (22) del inducido del motor (18) orientada hacia el estator del motor (16) definen una región (16, 22, 24) electromagnética, - al menos la bomba (14) define una región hidráulica (14, 26), y - está previsto al menos un elemento de obturación (28, 96, 98), que separa de forma estanca la región electromagnética (16, 22, 24) de la región (14, 26) hidráulica, en el que entre el estator del motor (16) y el inducido del motor (18) sólo se encuentra un entrehierro (44).

Description

Sistema de freno de vehículo con una unidad de motor/bomba.
Antecedentes de la invención
La invención se refiere a un sistema de freno de vehículo que presenta una unidad de motor/bomba con un motor eléctrico y al menos una bomba para el transporte de líquido de freno. El motor eléctrico presenta en este caso un estator del motor en el que está dispuesto de modo giratorio un inducido del motor. La bomba está dispuesta fundamentalmente en el interior del inducido del motor, y puede ser accionada por éste. Adicionalmente, la invención se refiere a una unidad de motor/bomba de este tipo.
La unidad de motor/bomba sirve para el transporte de líquido de frenos a y desde los frenos de rueda del sistema de freno de vehículo, para accionar y/o soltar estos frenos de rueda. Estos tipos de sistemas de freno de automóviles también se designan como sistemas de frenos electrohidráulicos, que pueden ser accionados en el denominado funcionamiento de antibloqueo, antideslizamiento o de regulación de la dinámica de conducción. La unidad de motor/bomba puede estar dispuesta directamente en un freno de rueda de un vehículo o puede servir como órgano de suministro central para varios frenos de rueda.
Estado de la técnica
Del documento US4435021A se conoce un sistema de freno con un actuador de frenado del vehículo, en el que un motor eléctrico presenta un devanado del estator dispuesto de modo fijo y un inducido dispuesto en su interior de modo giratorio. El inducido lleva varios émbolos axiales que se apoyan en una superficie terminal inclinada y que conforman con ésta una bomba de disco oscilante. Durante el funcionamiento de la bomba de disco oscilante, en el émbolo axial sale líquido de freno que pasa por el inducido. El líquido de freno también penetra en una ranura entre el arrollamiento del estator y el inducido, lleva allí a una mayor resistencia de rozamiento del líquido, y reduce el flujo magnético entre el arrollado del estator y el inducido. El motor eléctrico presenta debido a ello una menor dinámica, es decir, un mal comportamiento en el arranque y de respuesta.
Problema en el que se basa la invención
El objetivo de la invención es solucionar el problema mencionado anteriormente y, en particular, crear un sistema de freno de vehículo con una unidad de motor/bomba que sea capaz de transportar líquido de freno de un modo altamente dinámico.
Solución conforme a la invención
El objetivo se alcanza según la invención mediante un sistema de freno de vehículo con una unidad de motor/bomba que presente las características mencionadas anteriormente y que esté mejorado de tal manera que el estator del motor y al menos una sección orientada hacia el estator del motor del inducido del motor definan una región electromagnética, que al menos la bomba defina una región hidráulica, y que al menos esté previsto un elemento de obturación que separe de forma estanca la región electromagnética de la región hidráulica, encontrándose entre el estator del motor (16) y el inducido del motor únicamente un entrehierro.
El elemento de obturación dispuesto conforme a la invención separa el estator del motor y la sección opuesta a él del inducido del motor de la región hidráulica de la bomba en la que se encuentra el líquido de freno. Gracias a ello no puede ir a parar a la ranura entre el estator del motor y el inducido del motor ningún líquido de frenos. En la ranura no se origina ninguna resistencia de rozamiento del líquido, y se incrementa de un modo considerable la dinámica del motor eléctrico. Con esta medida se incrementa también el rendimiento del motor eléctrico. Se crea una combinación optimizada desde el punto de vista de la regulación del motor eléctrico y la bomba. Adicionalmente, la región electromagnética está separada de forma estanca de la región hidráulica, de manera que no puede ir a parar ninguna suciedad a la región electromagnética. Con ello se evitan de un modo seguro la suciedad y los daños del estator del motor, por ejemplo por medio de un líquido de frenos agresivo. El motor eléctrico y la bomba están configurados en este caso de un modo especialmente compacto en el denominado modo de construcción de cartucho. También es posible que varias bombas estén rodeadas por el inducido del motor, en particular, de modo radial, para proporcionar para cada freno de rueda, por ejemplo, una fuente de presión propia.
El objetivo también se consigue según la invención con una unidad de motor/bomba de este tipo.
Configuraciones ventajosas
El sistema de freno de vehículo está mejorado ventajosamente de tal manera que entre el estator del motor y el inducido del motor sólo se encuentra un entrehierro. En el actuador de freno del vehículo descrito en el documento US4435021, todo el inducido del motor se encuentra en la región hidráulica. Debido a ello, el devanado del motor está rodeado en su interior por una pared de separación que lo limita de la región hidráulica y también del inducido del motor. En la solución conforme a la invención, por el contrario, se puede prescindir de esta pared de separación. La distancia entre el estator del motor y el inducido del motor, debido a ello, se puede conformar muy pequeña. El motor eléctrico, gracias a ello, presenta un rendimiento adicionalmente mayor y un mejor comportamiento de respuesta y en el arranque.
Una variante ventajosa prevé que el estator del motor esté dispuesto fijamente en una carcasa, y que el elemento de obturación esté conformado en forma anular entre el inducido del motor y la carcasa. En esta configuración especialmente sencilla de la invención se puede usar como elemento de obturación un anillo de obturación convencional barato que se puede elegir de entre un amplio surtido, y debido a ello puede estar adaptado especialmente bien a la tarea de obturación que se ha de realizar.
En un sistema de freno de automóvil mejorado de modo ventajoso, el inducido del motor está apoyado en la carcasa de modo giratorio alrededor de un eje de giro por medio de dos soportes que están dispuestos en las regiones terminales axiales del inducido del motor. Los soportes hacen posible un guiado preciso del inducido del motor, pudiéndose ajustar su posición independientemente de la bomba.
El inducido del motor está conformado ventajosamente fundamentalmente en forma de copa, y comprende en su suelo un árbol de accionamiento dispuesto coaxialmente y unido por arrastre para el accionamiento de la bomba. Puesto que la forma de copa sólo está abierta hacia un lado, en una conformación de este tipo se puede obturar de un modo particularmente sencillo en el inducido del motor un espacio cerrado para la bomba. Por ejemplo, para ello puede estar dispuesto un elemento de obturación en la abertura del inducido del motor en forma de
copa.
De un modo ventajoso, sin embargo, la carcasa presenta una sección de la carcasa fundamentalmente cilíndrica hueca que sobresale radialmente en el interior y coaxialmente en el inducido del motor en forma de copa, y el elemento de obturación está dispuesto entre la sección cilíndrica hueca de la carcasa y el árbol de accionamiento. Gracias a ello, el inducido del motor se obtura en una superficie comparativamente pequeña, y se puede usar un elemento de obturación con un diámetro pequeño. Este tipo de elementos de obturación presentan una resistencia de rozamiento reducida, y requieren poco espacio constructivo. Puesto que entre el inducido del motor y la bomba está dispuesta la sección de la carcasa, además, entre el inducido del motor y la bomba no se produce ningún rozamiento de corriente.
En una configuración ventajosa, el inducido del motor es fundamentalmente cilíndrico hueco, y está unido con una superficie lateral interior con la bomba por arrastre. Con ello se realiza un acoplamiento especialmente sencillo entre la bomba y el inducido del motor, que puede estar conformado, por ejemplo, por medio de una unión de ranura lengüeta. En este caso, el inducido del motor y la bomba pueden estar unidos entre ellos elásticamente de tal manera que se transmita poco ruido propagado por estructuras sólidas desde la bomba hacia el exterior al inducido del motor y a la carcasa.
En esta configuración está dispuesto, ventajosamente, un elemento de obturación entre las secciones terminales axiales del inducido del motor y la carcasa. Con ello está disponible axialmente, en particular, mucho espacio constructivo para la bomba. Además, la bomba puede atravesar axialmente el inducido del motor.
La bomba se conforma ventajosamente como bomba de disco oscilante en la que con el inducido del motor está acoplado por arrastre un rotor de la bomba en el que está guiado al menos un émbolo axial que se puede desplazar que se apoya en un disco oscilante dispuesto fijamente en la carcasa. Esta conformación se emplea conjuntamente con un inducido del motor cilíndrico hueco al que está acoplado directamente el rotor de la bomba. El rotor de la bomba también puede estar conformado en este caso en una pieza con el inducido del motor.
Una conformación alternativa de la bomba prevé que ésta sea una bomba de disco oscilante, en la que con el inducido del motor está acoplado un disco oscilante por arrastre, en el que se apoya al menos un émbolo axial que está guiado en una guía del émbolo colocada en la carcasa fijamente de modo desplazable axialmente. Esta conformación se puede emplear de un modo especialmente ventajoso conjuntamente con un inducido del motor en forma de copa, en cuyo suelo está acoplado el disco oscilante.
Breve descripción de los dibujos
Otras características y particularidades se explican a partir de la descripción de dos formas de realización tomando como referencia los dibujos anexos.
Fig. 1 muestra una primera forma de realización de una unidad de motor/bomba conforme a la invención en la sección longitudinal.
Fig. 2 muestra una segunda forma de realización de una unidad de motor/bomba conforme a la invención en la sección longitudinal.
Descripción detallada de una forma de realización preferida
En la Figura 1 está representada una unidad de motor/bomba 10, que comprende un motor eléctrico 12, en el ejemplo de realización representado un motor eléctrico de corriente continua sin escobillas, y una bomba 14.
El motor eléctrico 12 está conformado con un estator de motor 16 cilíndrico hueco, y con un inducido del motor 18 dispuesto en su interior. El inducido del motor 18 se puede hacer girar alrededor de un eje de giro 20, y su sección opuesta radialmente al estator del motor 16 presenta imanes permanentes 22. El inducido del motor 18 está conformado fundamentalmente cilíndrico hueco. En su espacio hueco está dispuesta la bomba 14 coaxialmente respecto al eje de giro 20. La bomba 14 se acciona durante el funcionamiento de la unidad de motor/bomba 10 con la ayuda del inducido del motor 18, para transportar líquido de freno a frenos de ruedas no representados, o alejándolo de ellos.
Para obtener una unidad de motor/bomba 10 altamente dinámica, el estator del motor 16, y la parte exterior radial del inducido del motor 18, es decir, los imanes permanentes 22, están rodeados por un volumen de gas 24 (marcado con puntos), en el que se encuentra aire. Esta parte de la unidad de motor/bomba 10 se designa como región electromagnética. Además, la bomba 14 está rodeada de una cámara de líquido 26 (marcada con líneas onduladas), que está llena de líquido de freno, designándose esta parte como región hidráulica de la unidad de motor/bomba 10. Entre la región electromagnética y la región hidráulica está dispuesto un elemento de obturación 28 en forma anular, que separa estas regiones de modo estanco. Puesto que en la región electromagnética, con ello, no se encuentra ningún líquido de freno, entre el estator del motor 16 y el inducido del motor 18 no se origina ningún rozamiento de líquido. La unidad de motor/bomba 10 presenta, debido a ello, una mayor dinámica. Además, el estator del motor 16 y el inducido del motor 18 no pueden ser ensuciados o dañados por líquido de frenos.
A continuación se describe con más detalle la forma de realización representada en la Fig. 1. La unidad de motor/bomba 10 está limitada en su exterior por una parte de la carcasa 30 en forma de copa que presenta simetría de rotación respecto al eje de giro 20, que en una parte frontal izquierda en la Fig. 1 está cerrada con una tapa de la carcasa 32. En la parte de la carcasa 30 está insertado axialmente un anillo de distanciamiento 34, y a continuación el estator del motor 16. El estator del motor 16 está sujeto entre el anillo de distanciamiento 34 y la tapa de la carcasa 32 de modo axial, y se apoya radialmente en la parte de la carcasa 30.
En la pared frontal opuesta a la tapa de la carcasa 32, la parte de la carcasa 30 en forma de copa presenta una abertura a través de la que se guía un tubo de alimentación 36 en el interior de la parte de la carcasa 30. El paso del tubo de alimentación 36, en este caso, está hermetizado por medio de un manguito de elastómero 38.
El estator del motor 16 presenta un devanado del estator 40 que está colocado alrededor de un núcleo de hierro 42. Entre el núcleo de hierro 42 y los imanes permanentes 22 se encuentra únicamente un entrehierro 44 delgado.
El inducido del motor 18 presenta un cuerpo del inducido 46 en forma de copa que lleva en la parte exterior radial los imanes permanentes 22. El cuerpo del inducido 46 en forma de copa está alojado en su sección terminal derecha en la Fig. 1 por medio de un rodamiento de bolas 48 que está sujeto en la parte en forma de copa de la carcasa 30 por un anillo elástico 50. La sección terminal del cuerpo del inducido 46 en forma de copa opuesta axialmente al rodamiento de bolas 48 está apoyada con la ayuda de un segundo rodamiento de bolas 52 en la tapa de la carcasa 32. El cuerpo del inducido 46 está posicionado desde los rodamientos 48 y 52 de modo preciso hacia el estator del motor 16. Debido a ello, puede estar conformado un entrehierro 44 especialmente delgado. En un suelo del cuerpo del inducido 46 en forma de copa sobresale de modo coaxial un árbol de accionamiento 54 en el espacio hueco conformado por el cuerpo del inducido 46. Desde la parte opuesta al suelo del cuerpo del inducido 46 en forma de copa penetra una sección cilíndrica hueca de la carcasa 56 de la tapa de la carcasa 32 en el espacio hueco. Esta sección de la carcasa 56 está escalonada en la región terminal opuesta al árbol de accionamiento 54, y lleva allí el elemento de obturación 28 en forma anular que obtura hacia el árbol de accionamiento 54. En este caso, el elemento de obturación 28 está introducido a presión en la sección de la carcasa 56, y presenta dos faldas de obturación 58 y 60, que están en contacto con el árbol de accionamiento 54. El elemento de obturación 28 está conformado en forma de "U", estando orientada la abertura de la forma de "U" hacia la región hidráulica. La falda de obturación 58, como consecuencia de ello, se presiona por medio de presión hidráulica contra el árbol de accionamiento 54.
De modo axial junto al elemento de obturación 28 está dispuesto en la carcasa de obturación 56 y fijado por medio de un muelle de ajuste 64 un disco oscilante 62 que se engancha en una ranura longitudinal 66 conformada en la sección de la carcasa 56 cilíndrica hueca. En el disco oscilante 62 está conformado un taladro 68 coaxial en el que el árbol de accionamiento 54 atraviesa el disco oscilante 62. El árbol de accionamiento 54 penetra en un rotor de la bomba 70 cilíndrico que está dispuesto axialmente junto al disco oscilante 62 en la sección de la carcasa 56, y está alojado en ésta de modo giratorio. La superficie exterior cilíndrica del rotor de la bomba 70, para ello, actúa conjuntamente con una parte de la superficie interior cilíndrica de la sección de la carcasa 56 como cojinete de deslizamiento.
En el rotor de la bomba 70 están guiados émbolos axiales de modo que se pueden desplazar, de los cuales en la Fig. 1 están designados dos con los símbolos de referencia 72 y 74. Los émbolos axiales 72 y 74 se apoyan en el disco oscilante 62, de manera que se conforma una bomba de émbolo axial en la forma de una máquina de disco oscilante. En la parte frontal del rotor de la bomba 70 opuesta al disco oscilante 62 se apoya éste en una placa de la bomba 76 en forma de disco que está posicionada por medio de un muelle de ajuste 78 en la ranura longitudinal 66 de modo resistente a la torsión respecto a la sección de la carcasa 56.
A la placa de la bomba 76 se conecta axialmente en la parte exterior una tapa de la bomba 80 que presenta un talón orientado hacia la sección de la carcasa 56 con un dentado exterior 82 radial. El dentado exterior 82 se engancha en un dentado interior correspondiente conformado en la tapa de la carcasa 32. En la tapa de la carcasa 32 está insertado en la parte frontal opuesta a la tapa de la bomba 80 un anillo de obturación 84. La tapa de la bomba 80, con ello, está dispuesta de modo resistente a la torsión, y cierra la tapa de la carcasa 32 de modo estanco.
En la tapa de la bomba 80 están conformadas dos conexiones 86 y 88 para unir la placa de la bomba 76 y el rotor de la bomba 70 con tuberías de líquido de frenos no representadas.
En el funcionamiento de la unidad de motor/bomba 10, el inducido del motor 18 rota de modo relativo al estator del motor 16, y gira con ello el árbol de accionamiento 54. El árbol de accionamiento 54 hace girar al rotor de la bomba 70, desplazándose los émbolos axiales 72 y 74 y transportando líquido de frenos. Puesto que la bomba 14 no presenta distribución por válvulas, por medio de la inversión de la dirección de giro del árbol de accionamiento se puede cambiar la dirección de transporte de la bomba 14.
El ejemplo de realización representado en la Fig. 2 es idéntico en su funcionamiento al representado en la Fig. 1. En la parte de la carcasa 30 está colocado el estator del motor 16, en el que está alojado de modo giratorio en el interior el inducido del motor 18. El inducido del motor 18 presenta en este caso un cuerpo de inducido 90 cilíndrico hueco que en sus regiones terminales axiales está alojado con el rodamiento por bolas 48 en la parte de la carcasa 30 y con el rodamiento por bolas 52 en la tapa de la carcasa 32. En este caso, el rodamiento por bolas 48 está fijado igualmente con el anillo elástico 50, y conforma un rodamiento fijo, mientras que el rodamiento por bolas 52 conforma un rodamiento libre. En la parte de la carcasa 30 en forma de copa está conformada una rosca exterior 92 en la que está atornillado un anillo de cierre 94. La tapa de la carcasa 32 está acoplada en la parte de la carcasa 30 con el anillo de cierre 94, para posicionar los rodamientos por bolas 48 y 52 entre ellos y el inducido del motor 18 en el estator del motor 16.
En la parte de la carcasa 30 en forma de copa y en la tapa de la carcasa 32 está dispuesta en la parte exterior radial alrededor del rodamiento por bolas 48 ó 52, respectivamente, un elemento de obturación 96 ó 98 en forma anular que realiza una obturación entre el cuerpo del inducido 90 cilíndrico hueco y la parte de la carcasa 30 o bien la tapa de la carcasa 32. Con ello, tal y como se ha descrito anteriormente, se separa la región electromagnética de la hidráulica.
El disco oscilante 62 está dispuesto en esta forma de realización directamente en la parte de la carcasa 30, y en este caso está asegurado de modo resistente a la torsión por medio del muelle de ajuste 64 en la ranura 66 en la parte de la carcasa 30. El rotor de la bomba 70 está dispuesto junto a él axialmente, y presenta tres émbolos axiales. En la superficie interior del cuerpo del inducido 90 cilíndrico hueco está conformada una ranura longitudinal 100. En la ranura longitudinal 100 se engrana un muelle de ajuste 102 que está insertado en la superficie exterior del rotor de la bomba 70 fijamente. El rotor de la bomba 70 está acoplado por medio del muelle de ajuste 102 con el inducido del motor 18 por arrastre. En el rotor de la bomba 70 está conformado además un taladro de paso 104 axial que une la conexión 88 con la cámara de líquido 26.
En la tapa de la carcasa 32 está conformada en una región del contorno una entalladura en la que se engancha un talón 106 de la parte de la carcasa 30. La tapa de la carcasa 32 está posicionada, con ello, de modo resistente a la torsión. Adicionalmente, en la placa de la bomba 76 está insertado un anillo de obturación 108 que obtura hacia la tapa de la carcasa 32.
En el funcionamiento de la unidad de motor/bom-
ba 10 representada en la Fig. 2, el inducido del motor 18 acciona por medio del muelle de ajuste 102 el rotor de la bomba 70. En este caso, el inducido del motor 18 está separado del estator del motor 16 únicamente por medio del entrehierro 44, de manera que se garantiza un mayor flujo magnético y se puede despreciar la resistencia de rozamiento entre las partes que rotan de modo relativo entre ellas. El rotor de la bomba 70 gira conjuntamente con el inducido del motor 18, de manera que también entre estas piezas constructivas no se produce ningún rozamiento, por ejemplo, por medio del rozamiento de la corriente del líquido de frenos. La unidad de motor/bomba 10 presenta, debido a ello, una dinámica especialmente elevada y un comportamiento muy bueno en el arranque y de respuesta.

Claims (10)

1. Sistema de freno de vehículo, que presenta una unidad de motor/bomba (10) con un motor eléctrico (12) y al menos una bomba (14) para el transporte de líquido de frenos, en el que
-
el motor eléctrico (12) presenta un estator del motor (16) en el que está dispuesto de modo giratorio un inducido del motor (18), y
-
la bomba (14) está dispuesta fundamentalmente en el interior del inducido del motor (18), y puede ser accionada por éste,
caracterizado porque
-
el estator del motor (16) y al menos una sección (22) del inducido del motor (18) orientada hacia el estator del motor (16) definen una región (16, 22, 24) electromagnética,
-
al menos la bomba (14) define una región hidráulica (14, 26), y
-
está previsto al menos un elemento de obturación (28, 96, 98), que separa de forma estanca la región electromagnética (16, 22, 24) de la región (14, 26) hidráulica, en el que entre el estator del motor (16) y el inducido del motor (18) sólo se encuentra un entrehierro (44).
2. Sistema de freno de vehículo según la reivindicación 1, caracterizado porque el estator del motor (16) está colocado en una carcasa (30, 32, 56) de modo fijo, y el elemento de obturación (28, 96, 98) está conformado en forma anular entre el inducido del motor (18) y la carcasa (30, 32, 56).
3. Sistema de freno de vehículo según la reivindicación 2, caracterizado porque el inducido del motor (18) está apoyado en la carcasa (30, 32, 56) de modo giratorio alrededor de un eje de giro (20) por medio de dos rodamientos (48, 52) que están dispuestos en las regiones terminales axiales del inducido del motor (18).
4. Sistema de freno de vehículo según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el inducido del motor (18) está conformado fundamentalmente en forma de copa (46), y comprende en un suelo un árbol de accionamiento (54) colocado coaxialmente y unido por arrastre para el accionamiento de la bomba (14).
5. Sistema de freno de vehículo según la reivindicación 4, caracterizado porque la carcasa (30, 32, 56) presenta una sección de la carcasa (56) fundamentalmente cilíndrica hueca, que penetra radialmente en el interior y coaxialmente en el inducido del motor (18) en forma de copa, y el elemento de obturación (28) está dispuesto entre la sección de la carcasa (56) cilíndrica hueca y el árbol de accionamiento (54).
6. Sistema de freno de vehículo según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el inducido del motor (18) está conformado (90) fundamentalmente cilíndrico hueco, y en una superficie lateral interior está unido (102) con la bomba (14) por arrastre.
7. Sistema de freno de vehículo según la reivindicación 6, caracterizado porque entre las secciones terminales axiales del inducido del motor (18) y la carcasa (30, 32) está dispuesto un respectivo elemento de obturación (96, 98).
8. Sistema de freno de vehículo según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la bomba (14) es una bomba de disco oscilante, en la que con el inducido del motor (18) está acoplado un rotor de la bomba (70) por arrastre, en el que está guiado al menos un émbolo axial (72, 74) de modo desplazable que se apoya en un disco oscilante (62) colocado fijamente en la carcasa (30).
9. Sistema de freno de vehículo según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la bomba es una bomba de disco oscilante en la que con el inducido del motor está acoplado un disco oscilante por arrastre, en el que se apoya al menos un émbolo axial que está guiado de modo desplazable axialmente en un guiado de émbolo colocado fijamente en la carcasa.
10. Unidad de motor/bomba para un sistema de freno electrohidráulico de vehículo, que presenta las características de una unidad de motor/bomba (10) tal y como se han descrito en una o varias de las reivindicaciones precedentes.
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