FR2512155A1 - FLAT SEAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF - Google Patents
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Abstract
JOINT D'ETANCHEITE PLAT COMPORTANT UNE PLAQUE D'ETANCHEITE AVEC UNE OUVERTURE AU MOINS, AINSI QU'UN CANAL CIRCULAIRE A PAROI METALLIQUE AMENAGE EN BORDURE DE L'OUVERTURE ET RENFERMANT UN PRODUIT DE REMPLISSAGE SOUPLE CEDANT AUX SOLLICITATIONS DE SERRAGE DU CANAL, CARACTERISE EN CE QUE LA PAROI METALLIQUE DU CANAL 24 ENROBE LA CAVITE 26 D'UNE MANIERE ABSOLUMENT HERMETIQUE SUR TOUTE SA LONGUEUR ET EN CE QUE LE PRODUIT DE REMPLISSAGE 32 EST CONSTITUE, EN GRANDE PARTIE AU MOINS, D'UN PRODUIT A L'ETAT LIQUIDE OU A L'ETAT PLASTIQUE ET CE AU MOINS AU MOMENT DE LA MISE EN PLACE DU JOINT D'ETANCHEITE PLAT.FLAT SEALING GASKET INCLUDING A SEALING PLATE WITH AT LEAST ONE OPENING, AS WELL AS A CIRCULAR CHANNEL WITH METAL WALL CONTAINED ON THE EDGE OF THE OPENING AND CONTAINING A FLEXIBLE FILLING PRODUCT AT LEAST TO TIGHTEN THE CHANNEL, CHARACTERIZED THAT THE METAL WALL OF THE CHANNEL 24 COVERS THE CAVITY 26 IN AN ABSOLUTELY HERMETIC MANNER THROUGHOUT ITS LENGTH AND IN THAT THE FILLING PRODUCT 32 CONSTITUTES, IN A LARGE PART AT LEAST, A PRODUCT IN A LIQUID OR IN A PLASTIC STATE AND AT LEAST WHEN THE FLAT GASKET IS IN PLACE.
Description
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L'invention concerne un joint d'étanchéité plat comportant une plaque d'étanchéité avec une ouverture au moins, ainsi qu'un canal circulaire à paroi métallique, aménagé en bordure de l'ouverture et renfermant un produit de remplissage souple, cédant aux sollicitations de serrage du canal L'invention se rapporte essentiellement à un joint de culasse. La construction légère et moderne des moteurs à pistons soulève une fois de plus le problème de plus en plus complexe posé par l'étanchéité fiable et durable entre les différentes parties du moteur, notamment entre la culasse et le bloc moteur En effet, cette construction légère ne permet pas d'utiliser un The invention relates to a flat seal comprising a sealing plate with at least one opening, as well as a circular channel with metal wall, arranged at the edge of the opening and containing a flexible filling product, yielding to stresses. for clamping the channel The invention relates essentially to a cylinder head gasket. The light and modern construction of piston engines once again raises the increasingly complex problem posed by reliable and durable sealing between the different parts of the engine, in particular between the cylinder head and the engine block. does not allow to use a
joint de culasse couvrant de grandes surfaces en restant exposés à des solli- cylinder head gasket covering large areas while remaining exposed to stresses
citations de serrage permanentes D'autre part, les déformations thermiques permanent clamping quotes On the other hand, thermal deformations
et dynamiques auxquelles un joint de culasse est exposé ne cessent de s'accroi- and dynamic to which a cylinder head gasket is exposed are constantly increasing
tre La conception moderne des moteurs fait apparaître ainsi des variations très nettes des sollicitations au niveau de la surface de contact notamment dans tre The modern design of motors thus shows very clear variations in stresses at the level of the contact surface, particularly in
la zone des chambres de combustion.the combustion chamber area.
Compte tenu de ces difficultés, l'on a utilisé d'ores et déjà des joints d'étanchéité plats du type cité ci-dessus, dont la plaque d'étanchéité constituée d'une plaque d'amiante traditionnelle comporte, dans la zone de l'ouverture, une bordure annulaire en t 6 le métallique et à section transversale en forme d'U, placée de manière qu'entre cette bordure annulaire et le bord de l'ouverture pratiquée dans la plaque d'étanchéité il se forme un canal annulaire logeant un anneau en caoutchouc à section transversale circulaire ou ovale (demande In view of these difficulties, flat seals of the type mentioned above have already been used, the sealing plate of which consists of a traditional asbestos plate comprises, in the area of the opening, an annular border in t 6 the metallic and U-shaped cross section, placed so that between this annular border and the edge of the opening in the sealing plate a channel is formed annular housing a rubber ring with circular or oval cross section (request
allemande publiée sous le numéro 26 04 253 et brevet américain N O 3 595 589). German published under the number 26 04 253 and American patent N O 3 595 589).
Ce joint de culasse connu se comporte tout comme un autre joint d'étanchéité plat également connu, sur lequel toutefois l'anneau en caoutchouc est remplacé This known cylinder head gasket behaves just like another also known flat gasket, on which however the rubber ring is replaced
par un ressort à boudin de forme annulaire (demande allemande mise à l'ins- by an annular coil spring (German request placed on the
pection publique sous le numéro 1 974 988). public office under number 1 974 988).
L'inconvénient de l'ensemble des joints d'étanchéité plats du type sus- The disadvantage of all the flat seals of the above type
visé connus, utilisés dans des cas o la pression exercée sur la surface de contact n'est même pas approximativement constante, réside dans le fait known targets, used in cases where the pressure exerted on the contact surface is not even approximately constant, lies in the fact
que l'élément d'étanchéité constitué par le canal cité plus haut ne peut provo- that the sealing element constituted by the above-mentioned channel cannot provoke
quer aucune compensation, ou alors et dans le meilleur des cas ne peut provo- that no compensation, or in the best of cases can not provoke
quer qu'une compensation très faible et insuffisante entre les différentes quer that a very weak and insufficient compensation between the different
pressions agissant sur la bordure de l'ouverture, ce qui fait que essentiel- pressures acting on the edge of the opening, which makes that essential-
lement sur les moteurs à piston, de construction de plus en plus légère, also on piston engines, of increasingly lighter construction,
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une étanchéité parfaite et durable, notamment dans la zone des chambres de combustion du joint de culasse, ne peut être assurée avec ces joints d'étanchéité plats connus Un autre inconvénient de ces mêmes joints d'étanchéité plats connus réside dans le fait qu'en présence de-s déformations provoquées par les forces de serrage, elles n'opposent qu'un pouvoir de rappel très faible, dia à a perfect and lasting seal, especially in the area of the combustion chambers of the cylinder head gasket, cannot be ensured with these known flat seals Another disadvantage of these same known flat seals is that presence of deformations caused by the clamping forces, they only oppose a very low return power, dia to
une force de rappel relativement réduite. a relatively reduced restoring force.
Vu ce qui précède, il incombe à l'invention de créer un joint d'étanchéité plat du type défini ci-dessus et notamment un joint de culasse qui assure une étanchéité fiable et durable, même en présence de pressions localement très variables dans la surface de contact et plus précisément dans la zone du bord des ouvertures comme cela se produit essentiellement dans la zone des chambres In view of the above, it is incumbent on the invention to create a flat gasket of the type defined above and in particular a cylinder head gasket which ensures a reliable and durable seal, even in the presence of locally highly variable pressures in the surface. of contact and more precisely in the area of the edge of the openings as it occurs mainly in the area of the rooms
de combustion des joints de culasse utilisés sur les moteurs à pistons modernes. combustion of cylinder head gaskets used on modern piston engines.
Le problème ainsi posé est résolu par le fait que pour le bouchage du canal on utilise un produit de remplissage qui se compose, en grande partie au moins, d'un produit à l'état liquide ou plastique et ce au moins au moment de la mise en place du joint d'étanchéité plat et que le canal est constitué d'une The problem thus posed is solved by the fact that for filling the channel, a filling product is used which consists, at least in large part, of a product in the liquid or plastic state and this at least at the time of fitting of the flat seal and that the channel consists of a
cavité fermée hermétiquement sur toute sa longueur par la seule paroi métal- cavity hermetically closed over its entire length by the single metal wall-
lique propre du canal.clean channel overview.
Sous matériaux plastiques déformables utilisés comme produit de rem- Under deformable plastic materials used as a replacement product
plissage, il y a lieu d'entendre, en plus des matériaux plastiques au sens le pleating, it is necessary to hear, in addition to plastic materials in the sense the
plus étroit du terme, des matériaux divers sous une forme pulvérulente. narrower of the term, various materials in powder form.
Un tel produit de remplissage est en mesure de s'adapter également aux surfaces qui sont à rendre étanches, l'une par rapport à l'autre et qui sont exposées à des forces de serrage d'ampleur localement variable En effet, lors de la mise en place du joint d'étanchéité plat défini par l'invention, chaque élément constitutif du volume du produit de remplissage se laisse refouler à Such a filling product is also able to adapt to surfaces which are to be sealed, one with respect to the other and which are exposed to clamping forces of locally variable magnitude. Indeed, during the fitting of the flat seal defined by the invention, each element constituting the volume of the filling product can be forced back to
un endroit quelconque du canal fermé, ce qui permet de compenser les varia- any place in the closed channel, which compensates for variations
tions des forces de serrage sur toute la longueur du bord de l'ouverture. tightening forces along the entire length of the edge of the opening.
Etant donné que, sur le joint d'étanchéité plat défini par l'invention, le canal comporte des parois entièrement métalliques et hermétiquement fermées, il est établi que le volume du canai reste pratiquement constant, même sous Since, on the flat seal defined by the invention, the channel has entirely metallic walls and hermetically closed, it is established that the volume of the channel remains practically constant, even under
l'effet des déformations provoquées par les forces de serrage. the effect of deformations caused by clamping forces.
Ainsi, non seulement l'on réduit les valeurs de pointe des pressions exercées sur les surfaces de contact en général, mais de plus et contrairement Thus, not only does it reduce the peak values of the pressures exerted on the contact surfaces in general, but also and unlike
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à ce qui se passe avec des joints d'étanchéité traditionnels, l'on provoque ainsi dans la zone des surfaces à étancher entre elles et constituées de matériaux to what happens with traditional seals, it causes in the area surfaces to be sealed between them and made of materials
plus facilement déformables des pressions plus importantes. more easily deformable higher pressures.
Ces produits sous forme de poudre étant amplement compressibles, l'on préfère utiliser en général comme matériau de remplissage du canal des pro- As these products in powder form are highly compressible, it is generally preferred to use as filling material for the channel of the pro-
duits liquides ou plastiques incompressibles Dans ce cas, le degré de compres- incompressible liquids or plastics In this case, the degree of compression
sibilité voulu peut être atteint par l'adjonction d'une certaine quantité de gaz. The desired sensitivity can be achieved by adding a certain amount of gas.
Les commentaires ci-dessus font apparaître que le joint d'étanchéité plat défini par l'invention s'adapte pratiquement à toutes les caractéristiques des The comments above show that the flat seal defined by the invention adapts to practically all the characteristics of the
déformations dans la zone du bord des ouvertures. deformations in the area of the edge of the openings.
Pour les machines qui fonctionnent à des températures supérieures à la température ambiante, notamment les moteurs à combustion interne, il est recommandé de choisir comme produit de remplissage un matériau à l'état liquide ou plastique qui, sous l'effet de la température de fonctionnement du moteur, se transforme en élastomère Un tel joint d'étanchéité plat fourni dans son état primitif ne s'adapte donc à son utilisation définitive qu'au moment de la première utilisation du moteur, étant donné que le premier échauffement du matériau de remplissage provoque sa vulcanisation ou sa polymérisation ou encore sa solidification au travers d'une autre réaction analogue En même tempe For machines operating at temperatures above ambient temperature, in particular internal combustion engines, it is recommended to choose a filling material in the liquid or plastic state which, under the effect of the operating temperature engine, turns into elastomer Such a flat gasket supplied in its primitive state therefore only adapts to its final use when the engine is used for the first time, since the first heating of the filling material causes its vulcanization or polymerization or its solidification through another analogous reaction At the same time
se modifie le comportement du joint dans la zone du bord des ouvertures, c'est- changes the behavior of the seal in the area of the edge of the openings,
à-dire dans la zone du canal défini par l'invention En effet, le comportement ie in the area of the channel defined by the invention Indeed, the behavior
initial, essentiellement plastique, se transforme en comportement essentiel- initial, essentially plastic, becomes essential behavior-
lement élastique Un tel joint d'étanchéité plat crée ainsi les conditions opti- elastically elastic Such a flat seal thus creates the optimum conditions
males au moment de sa mise en place tout en continuant à assurer par la suite males at the time of its installation while continuing to ensure thereafter
une étanchéité parfaite et durable du moteur. perfect and lasting engine sealing.
Le choix du matériau utilisé comme produit de remplissage, notamment la quantité et la nature des produits, peut être calqué sur le comportement à longue durée du joint d'étanchéité plat défini par l'invention (comportement sous les effets de tassement, comportement thermique etc) La paroi métallique du canal a un comportement thermique particulièrement avantageux, notamment sous l'effet des pointes de températures de courte durée qui sont ainsi dérivées par le métal de la paroi et ne peuvent donc pas se répercuter entièrement sur The choice of the material used as a filling product, in particular the quantity and the nature of the products, can be modeled on the long-term behavior of the flat seal defined by the invention (behavior under the effects of compaction, thermal behavior, etc. ) The metal wall of the channel has a particularly advantageous thermal behavior, in particular under the effect of short-term temperature spikes which are thus derived by the metal of the wall and therefore cannot fully affect
le produit de remplissage Finalement, le choix de la qualité, voire de l'épais- the filling product Finally, the choice of quality, even thickness
seur de la t 6 le, influent sur le comportement à la déformation de l'élément sor of t 6 le, influence the deformation behavior of the element
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d'étanchéité que constitue le canal. of sealing that constitutes the channel.
La méthode de réalisation la plus simple du canal consiste à replier la tôle métallique sur elle-même et de fixer la paroi ainsi repliée par un cordon The simplest method of making the channel is to fold the metal sheet over itself and fix the wall thus folded by a cord
de soudure ou de brasure continu Pour éviter lors du soudage ou lors du bra- Welding or continuous soldering To avoid when welding or brazing
sage une déformation gênante de cette tôle, il est recommandé de placer au préalable des points de soudure répartis à intervalles réguliers sur toute la longueur du canal et de terminer ensuite la soudure ou la brasure hermétique wise an annoying deformation of this sheet, it is recommended to place beforehand weld points distributed at regular intervals over the entire length of the channel and then to finish the welding or the hermetic soldering
en partant de ces points et en respectant toujours un même sens de progression. starting from these points and always respecting the same direction of progression.
L'invention offre également la possibilité d'éliminer les matériaux non métalliques tendres utilisés jusqu'à présent pour la fabrication des plaques d'étanchéité Il s'agit essentiellement de plaques en fibres d'amiante trempées dans un liant approprié En application de l'invention, il est en effet possible The invention also offers the possibility of eliminating the soft non-metallic materials hitherto used for the manufacture of sealing plates. These are essentially plates made of asbestos fibers soaked in an appropriate binder. invention it is indeed possible
d'utiliser une plaque en tôle monocouche ou multicouches qui pourra être équi- to use a single-layer or multi-layer sheet plate which may be equal
pée d'éléments d'étanchéité sous forme de canaux définis par l'invention aux endroits exigeant une parfaite étanchéité linéaire Sur un joint de culasse toutes les ouvertures de passage de la plaque d'étanchéité, c'està-dire les zones des bords de ces ouvertures, sont dotées d'un canal du type défini par l'invention, sheet of sealing elements in the form of channels defined by the invention in places requiring perfect linear sealing On a cylinder head gasket all the openings for passage of the sealing plate, that is to say the areas of the edges of these openings have a channel of the type defined by the invention,
lequel peut parfaitement être réalisé dans la tôle de la plaque d'étanchéité. which can perfectly be made in the sheet of the sealing plate.
D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de Other features and advantages of this invention will become apparent from
la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, qui en illustrent the description given below with reference to the accompanying drawings, which illustrate it
divers exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif Sur ces dessins: la figure 1 est une vue de dessus d'un joint de culasse les figures Z à 5 sont des vues en coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1 de divers exemples de réalisation, et la figure 6 est une vue schématique d'une ouverture de passage d'une chambre de combustion pratiquée dans un joint de culasse illustrant le various embodiments devoid of any limiting character In these drawings: Figure 1 is a top view of a cylinder head gasket Figures Z to 5 are sectional views along line 2-2 of Figure 1 of various examples embodiment, and Figure 6 is a schematic view of a passage opening of a combustion chamber formed in a cylinder head gasket illustrating the
procédé de fabrication du joint défini par l'invention. method of manufacturing the seal defined by the invention.
Le joint de culasse 10 représenté sur la figure 1 se compose d'une plaque d'étanchéité 12 avec des ouvertures de passage des chambres de combustion 14, des ouvertures de passage des circuits d'huile 18 et des ouvertures de passage des vis 20 Selon le modèle d'exécution de la figure 2, la plaque d'étanchéité 12 se compose d'une tôle 22 protégée le cas échéant par une couche de laque ou de produit synthétique Cette tôle a été recourbée sur elle-même dans la zone du bord de l'ouverture de passage, notamment l'ouverture de passage de la chambre de combustion 14 sur la droite du dessin, pour constituer un canal circulaire 24 enrobant une cavité 26 parfaitement étanche On obtient ainsi une collerette 28 maintenue sur la plaque d'étanchéité 12 proprement dire, d'une manière parfaitement hermétique par un procédé de soudage électrique dit à The cylinder head gasket 10 shown in FIG. 1 consists of a sealing plate 12 with openings for passage of the combustion chambers 14, openings for the passage of the oil circuits 18 and openings for the passage of the screws 20 According to the execution model of Figure 2, the sealing plate 12 consists of a sheet 22 protected if necessary by a layer of lacquer or synthetic product This sheet has been bent over itself in the edge area of the passage opening, in particular the passage opening of the combustion chamber 14 on the right of the drawing, to form a circular channel 24 enclosing a perfectly sealed cavity 26 A collar 28 is thus obtained maintained on the sealing plate 12 proper, in a perfectly hermetic manner by an electric welding process known as
la molette Une telle molette 30 est schématisée en pointillé dans la figure 2. the wheel Such a wheel 30 is shown diagrammatically in dotted lines in FIG. 2.
La cavité du canal de l'exemple de réalisation de la figure 2 est remplie entièrement avec un produit de remplissage 32 défini par l'invention Il peut The cavity of the channel of the exemplary embodiment of FIG. 2 is completely filled with a filling product 32 defined by the invention. It can
s'agir d'un élastomère au fluor ou d'un élastomère aux silicones qui a été in- be a fluorine elastomer or a silicone elastomer which has been
troduit à l'état non vulcanisé dans la cavité 26 du canal et qui présente une struc ture chimique telle que la chaleur produite par la première mise en marche produced in the unvulcanized state in the cavity 26 of the channel and which has a chemical structure such as the heat produced by the first start-up
du moteur provoque sa vulcanisation et, a fortiori, son passage de l'état essen- of the engine causes its vulcanization and, a fortiori, its passage from the essential state
tiellement plastique à l'état essentiellement élastique. mainly plastic in an essentially elastic state.
L'étanchéité du canal 24 peut être obtenue indifféremment par soudage, The tightness of the channel 24 can be obtained either by welding,
par brasage ou par coll&ge.by soldering or bonding.
La figure 3 montre un exemple de réalisation différent de l'objet de l'in- Figure 3 shows a different embodiment of the subject of the information.
vention, lequel occupe une position approximativement symétrique, au plan d'une tôle 22 ', constituant la plaque d'étanchéité 12 Etant donné que les autres éléments sont identiques à ceux des figures 1 et 2, ils ont été identifiés par vention, which occupies an approximately symmetrical position, in the plane of a sheet 22 ', constituting the sealing plate 12 Since the other elements are identical to those of FIGS. 1 and 2, they have been identified by
les mêmes références assorties du signe "prime". the same references with the sign "prime".
Les exemples de réalisation des figures 1 à 3 comportent une plaque d'étanchéité 12 sous forme d'une simple plaque de tôle, alors que l'exemple de réalisation de la figure 4 présente une structure plus conventionnelle Il comporte en effet d'une manière traditionnelle une tôle porteuse 22 " qui, tout comme la tôle 22 ' de la figure 3, forme un canal 24 ", mais porte en plus sur ses deux faces le revêtement traditionnel 50 " en matériau non métallique tendre La cavité 26 " du canal 24 " de cette figure 4 est remplie essentiellement, mais non pas complètement, d'un matériau à l'état liquide ou plastique 32 " au momen The exemplary embodiments of FIGS. 1 to 3 include a sealing plate 12 in the form of a simple sheet metal plate, while the exemplary embodiment of FIG. 4 has a more conventional structure. It in fact comprises in a way traditional a 22 "supporting sheet which, like the 22 'sheet in FIG. 3, forms a 24" channel, but also carries on its two faces the traditional coating 50 "of soft non-metallic material The 26" cavity of the channel 24 "of this figure 4 is filled essentially, but not completely, with a material in the liquid or plastic state 32" at least
du remplissage En plus de ce matériau de base, la cavité 26 " du canal con- filling In addition to this base material, the 26 "cavity of the channel
tient un gaz 33 " qui assure au canal 24 " une certaine compressibilité. holds a 33 "gas which ensures a certain compressibility in the 24" channel.
La figure 5 présente un exemple de réalisation identique à ceux des fi- FIG. 5 shows an exemplary embodiment identical to those of the
gures 2 et 3, qui comporte également une tôle 2 Za, enrobée, le cas échéant, d'un enduit léger dont le bord, dans la zone d'une ouverture de passage d'une chambre de combustion par exemple, est enserré dans une bande de tôle en Figures 2 and 3, which also includes a sheet 2 Za, coated, if necessary, with a light coating whose edge, in the region of a passage opening of a combustion chamber for example, is enclosed in a sheet metal strip
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forme d'U, 24 b qui constitue un canal circulaire rempli d'un produit de remplis- form of U, 24 b which constitutes a circular channel filled with a filling product
sage 32 a défini par l'invention et dont les deux ailes enserrant la tôle 22 a sont fixées sur celle-ci par des cordons de soudure 30 a Ce type de joint offre des sage 32 defined by the invention and whose two wings enclosing the sheet 22a are fixed thereon by weld beads 30a This type of seal offers
avantages certains au niveau de la fabrication et permet éventuellement d'utili- certain advantages at the manufacturing level and eventually allows
ser pour la tôle 2 Ma un matériau de moins bonne qualité et de limiter ainsi à l'ouverture Ae passage de la chambre de combustion, c'est-à-dire à la bande de for sheet 2 Ma be a lower quality material and thus limit the opening Ae passage of the combustion chamber, that is to say the strip of
tôle 24,4 le matériau de très bonne qualité. sheet 24.4 the material of very good quality.
La figure 6 illustre le procédé de fabrication du canal 24 des figures 1 et 2 Selon l'invention, l'on amorce dans une première étape l'obturation de la cavité 26 du canal en plaçant des points de soudure ou de brasure aux points FIG. 6 illustrates the process for manufacturing the channel 24 of FIGS. 1 and 2 According to the invention, the first step is to close off the cavity 26 of the channel by placing solder or solder points at the points
1, II et III, répartis à égale distance sur le pourtour du canal Puis l'on pro- 1, II and III, distributed at equal distance around the edge of the canal Then we pro-
cède au soudage ou au brasage en amorçant l'opération simultanément à la hauteur de chacun de ces points et en suivant la direction indiquée par les yields to welding or soldering by initiating the operation simultaneously at each of these points and following the direction indicated by the
flèches L'on crée ainsi le cordon 52 indiqué en pointillé. arrows The cord 52 indicated in dotted lines is thus created.
L'on utilisera utilement soit des tôles d'acier du commerce d'une épais- It will be useful to use either commercial steel sheets of thick-
seur de 0, 1 à 0, 4 mm, soit des aciers fortement alliés. from 0.1 to 0.4 mm, i.e. highly alloyed steels.
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