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WO2000036284A1 - Lagerungsmatte für die lagerung eines abgaskatalysators - Google Patents

Lagerungsmatte für die lagerung eines abgaskatalysators Download PDF

Info

Publication number
WO2000036284A1
WO2000036284A1 PCT/EP1999/009881 EP9909881W WO0036284A1 WO 2000036284 A1 WO2000036284 A1 WO 2000036284A1 EP 9909881 W EP9909881 W EP 9909881W WO 0036284 A1 WO0036284 A1 WO 0036284A1
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WO
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temperature
filaments
storage mat
stitching
mat
Prior art date
Application number
PCT/EP1999/009881
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English (en)
French (fr)
Inventor
Claus Schierz
Bernhard Kohlsdorf
Original Assignee
ASGLAWO GmbH Stoffe zum Dämmen und Verstärken
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Publication date
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2839—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F01N3/2853—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration using mats or gaskets between catalyst body and housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2839—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F01N3/2853—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration using mats or gaskets between catalyst body and housing
    • F01N3/2864—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration using mats or gaskets between catalyst body and housing the mats or gaskets comprising two or more insulation layers
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    • Y10T428/24777—Edge feature

Definitions

  • the invention relates to a storage mat for storing an exhaust gas catalytic converter used for the cleaning of motor vehicle exhaust gases in a metallic catalytic converter housing.
  • the storage mat is arranged on the circumference of the ceramic carrier body of an exhaust gas catalytic converter and seals the annular gap between the ceramic carrier body and the catalytic converter housing, which consists of a metallic material. It is intended to enable safe, vibration-free storage of the ceramic support body and must compensate for a change in the width of the annular gap to be sealed when the metallic catalyst housing expands at the operating temperature specified by the combustion exhaust gases.
  • the storage mat also forms a thermal barrier coating on the inner wall of the catalytic converter housing and reduces the sound noise transmitted to the outside by the flowing exhaust gases.
  • the storage mat consists of short inorganic fibers, an organic binder, and particulate inclusions made of an expanding material, for example mica or vermiculite, which expands under the action of heat and causes the storage mat to increase in volume at operating temperature.
  • the inorganic fibers embedded in the binder consist of ceramic staple fibers or comminuted Si0 2 filaments with an average length of a few millimeters. (DE-U 93 11 571).
  • a storage mat with short inorganic fibers tends to erode and Abrasion. Both fibers and particulate expandable material are discharged with the flowing combustion exhaust gases, with the result that the sealing of the annular gap becomes worse and the erosion increases.
  • the invention has for its object to provide a storage mat for catalytic converters that is blow-out-proof and seals the annular gap between the catalytic converter and the catalyst housing well both at low and at high exhaust gas temperatures.
  • a storage mat in the form of a binder-free, multi-layer fabric made of temperature-resistant threads, which is mechanically consolidated by stitching, wherein
  • the threads consist of a crimped yarn made of filaments and are fixed by the stitching under tension in the fabric and the stitching is carried out with a sewing thread whose temperature resistance is lower than the operating temperature of the storage mat.
  • the resulting crimped yarns are voluminous and are characterized by high elasticity.
  • the threads consisting of a crimped yarn have been deposited under tension to form a flat structure which has a thickness which is customary for bearing mats.
  • the threads are fixed within the fabric by quilting seams, while the tension is maintained.
  • the sewing thread used for the stitching is made of a material whose temperature resistance is lower than the operating temperature of the storage mat.
  • the storage mat according to the invention can thus be used in exhaust gas catalysts which are operated at relatively low temperatures, just as in exhaust gas catalysts for hot combustion exhaust gases, as are customary in gasoline engines. Since the storage mat according to the invention does not contain any particulate expanded materials or fiber fragments but instead consists exclusively of long filament threads, the risk of erosion or abrasion under the action of the flowing combustion exhaust gases is low.
  • the crimped yarn preferably consists of Si0 2 filaments and / or filaments made of textile glass and / or AL 2 0 3 -containing inorganic filaments.
  • other high-temperature-resistant crimped yarns made from organic or inorganic materials should not be excluded.
  • the invention teaches that seams made of a temperature-resistant thread are provided on cut edges of the storage mat. The seams on the cut edges made of a temperature-resistant thread material ensure additional edge protection and contribute to a further improvement in the blow-out safety of the bearing mat according to the invention. Threads are suitable which still have sufficient tensile strength at the working temperature of the storage mat. Threads made of textile glass, Si0 2 , metals and the like come into question.
  • the invention also relates to a method for producing the storage mat with the following features: a) crimped yarn made of temperature-resistant filaments is drawn off from rolls in several strands and placed under tension on a transport device moved transversely to the pull-off direction to form a flat, multi-layered flat structure.
  • Fabric is released from the transport device.
  • the invention teaches that mats are punched out of the continuous web, which is mechanically consolidated with quilting seams, and before or after the punching
  • crimped yarn made of inorganic filaments is rolled in a plurality of strands 1 2 pulled off and placed under tension on a transport device 3 moved transversely to the pull-off direction to form a flat, multi-layered sheet-like structure 4.
  • the strands 1 are hooked onto the edge-side chains 5 of the transport device 3. This maintains the tension in strands 1.
  • the thickness of the fabric depends on the application. Depending on the diameter and weight of the catalyst for which the storage mat is intended, storage mats with a thickness of a few millimeters to a few centimeters are used. The thickness of the fabric is set up accordingly.
  • the transport device 3 passes through a station 6, in which the fabric 4 is mechanically consolidated with stitching 7 so that the threads of the fabric continue to be under tension when the fabric 4 is released from the transport device 3.
  • a sewing thread is used for the stitching seams 7, the temperature resistance of which is lower than the operating temperature of the storage mat.
  • mats 8 are punched out of the continuous web, which is mechanically consolidated with quilting seams 7, seams 9 being made with a thread of temperature-resistant material in the area of the cut edges before or after the punching process.
  • the material web mechanically consolidated with quilting seams can also first be rolled up to form an endless belt and the assembly into mats is carried out by the customer through punching operations elsewhere.
  • binder-free storage mats for the storage of exhaust gas catalysts are produced. They consist of a multi-layer fabric made of inorganic threads, which is mechanically consolidated by stitching.
  • the threads consist of a crimped yarn made of filaments and are fixed in the fabric by the stitching under tension and that the stitching is carried out with a sewing thread whose temperature resistance is lower than the operating temperature of the storage mat.
  • the crimped yarn preferably consists of Si0 2 filaments and / or filaments made of textile glass and / or AL 2 0 3 -containing filaments.
  • Synthetic sewing threads are used for the quilting seams, which are not heat-resistant and are destroyed when the storage mat is heated to working temperature. With the destruction of the sewing threads, deformation energy of the crimped yarn is released, whereby the volume of the storage mat increases and the sealing force of the storage mat clamped between the catalyst and the catalyst housing increases.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Lagerungsmatte (8) für die Lagerung eines Abgaskatalysators in Form eines bindemittelfreien, viellagigen Flächengebildes (4) aus temperaturbeständigen Fäden, welches durch Steppnähte (7) mechanisch verfestigt ist. Die Fäden bestehen aus einem Kräuselgarn aus Filamenten und sind durch die Steppnähte (7) unter Zugspannung im Flächengebilde fixiert. Die Steppnähte (7) sing mit einem Nähfaden ausgeführt, dessen Temperaturbeständigkeit kleiner ist als die Betriebstemperatur der Lagerungsmatte (8). Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung der Matte (8), bei dem Kräuselgarn aus temperaturbeständigen Filamenten in mehreren Strängen (1) von Rollen (2) abgezogen und unter Zugspannung auf einer quer zur Abzugsrichtung bewegten Transporteinrichtung (3) zu einem ebenen, viellagigen Flächengebilde (4) abgelegt wird. Das mit der Transporteinrichtung (3) weiterbewegte Flächengebilde (4) wird mit Steppnähten (7) mechanisch so verfestigt, dass die Fäden des Flächengebildes (4) weiterhin unter Zugspannung stehen, wenn das Flächengebilde von der Transporteinrichtung (3) gelöst wird.

Description

Lagerungsmatte für die Lagerung eines Abgaskatalysators
Die Erfindung betrifft eine Lagerungsmatte für die Lagerung eines für die Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen eingesetzten Abgaskatalysators in einem metallischen Katalysatorgehäuse. Die Lagerungsmatte wird am Umfang des keramischen Trägerkörpers eines Abgaskatalysators angeordnet und dichtet den Ringspalt zwischen keramischem Trägerkörper und dem aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Katalysatorgehäuse. Sie soll eine sichere, erschütterungsfreie Lagerung des keramischen Trägerkörpers ermöglichen und muss eine Änderung der abzudichtenden Ringspaltenbreite ausgleichen, wenn das metallische Katalysatorgehäuse sich bei der durch die Verbrennungsabgase vorgegebenen Betriebstemperatur ausdehnt. Die Lagerungsmatte bildet ferner eine Wärmedämmschicht an der Innenwandung des Katalysatorgehäuses und reduziert die nach außen übertragenen Schall - geräusche der strömenden Abgase .
Im Rahmen der bekannten Maßnahmen besteht die Lagerungs- matte aus kurzen anorganischen Fasern, einem organischen Bindemittel sowie partikelförmigen Einlagerungen aus einem Blähmaterial, zum Beispiel Glimmer oder Vermiculit, welches unter der Einwirkung von Wärme expandiert und eine Volumenzunahme der Lagerungsmatte bei Betriebstemperatur bewirkt . Die im Bindemittel eingelagerten anorganischen Fasern bestehen aus keramischen Stapelfasern oder aus zerkleinerten Si02-Filamenten mit einer durchschnittlichen Länge von einigen Millimetern. (DE-U 93 11 571) . Eine Lagerungsmatte mit kurzen anorganischen Fasern neigt zu Erosion und Abrieb. Sowohl Fasern als auch partikelförmiges Blähmaterial werden mit den strömenden Verbrennungsabgasen ausgetragen, mit der Folge, dass die Abdichtung des Ringspaltes schlechter wird und sich die Erosion verstärkt. Bei Verwendung eines Fasermaterials aus längeren Filamenten ist die Gefahr, dass Fasern ausgeblasen werden, zwar geringer, doch behindern Brückenbildung und Vernetzung der Filamente eine Expansion der Matte und kommt die Wirkung des Blähmaterials nicht voll zum Tragen. Schließlich besteht das Problem, dass die Blähwirkung von Vermiculit und Glimmer erst bei hohen Temperaturen einsetzt. Für Abgaskatalysatoren, die zur Reinigung von Verbrennungsabgasen aus Dieselmotoren eingesetzt werden, eignen sich die bekannten Lagerungsmatten nicht oder nur mit Einschränkung, da die auftretenden Abgastemperaturen für die Initiierung einer Blähwirkung der Lagerungsmatte nicht ausreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerungsmatte für Abgaskatalysatoren anzugeben, die ausblassicher ist und den Ringspalt zwischen Abgaskatalysator und Katalysatorgehäuse sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Abgastemperaturen gut abdichtet .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lagerungsmatte in Form eines bindemittelfreien, viellagigen Flächengebildes aus temperaturbeständigen Fäden, welches durch Steppnähte mechanisch verfestigt ist, wobei
die Fäden aus einem Kräuselgarn aus Filamenten bestehen sowie durch die Steppnähte unter Zugspannung im Flächengebilde fixiert sind und die Steppnähte mit einem Nähfaden ausgeführt sind, dessen Temperaturbeständigkeit kleiner ist als die Betriebstemperatur der Lagerungsmatte .
Verfahren zum Umformen von strukturlosen Filamentgarnen in gekräuselte, texturierte Garne mit textilem Erscheinungsbild sind bekannt. Die entstehenden Kräuselgarne sind voluminös und zeichnen sich durch eine hohe Elastizität aus. Erfindungsgemäß sind die aus einem Kräuselgarn bestehenden Fäden unter Zugspannung zu einem Flächengebilde abgelegt worden, welches eine für Lagermatten übliche Dicke aufweist. Durch Steppnähte sind die Fäden innerhalb des Flächengebildes fixiert, wobei die Zugspannung aufrecht- erhalten wird. Der für die Steppnähte verwendete Nähfaden besteht aus einem Material, dessen Temperaturbeständigkeit kleiner ist als die Betriebstemperatur der Lagerungsmatte. Bei erstmaliger Erwärmung der in das Katalysatorgehäuse eingebauten Lagerungsmatte auf die durch die Verbrennungs- abgase vorgegebene Betriebstemperatur werden die Steppnähte zerstört, wobei mit einer Zugentlastung der temperaturbeständigen Fäden im Kräuselgarn gespeicherte Verformungs- energie freigesetzt wird. Die freigesetzte Verformungsenergie ist erheblich und ermöglichst eine beachtliche Volumenzunahme des Flächengebildes. Entsprechend groß ist die Dichtkraft der zwischen dem Katalysatorgehäuse und dem Abgaskatalysator eingebauten Lagerungsmatte, sobald die Steppnähte durch erstmalige Erwärmung der Lagerungsmatte auf Betriebstemperatur zerstört worden sind. Die mit der Auflösung der Steppnähte einsetzende Volumenzunahme der erfindungsgemäßen Lagerungsmatte ist temperaturunabhängig. Somit ist die erfindungsgemäße Lagerungsmatte bei Abgas- katalysatoren, die mit verhältnismäßig geringen Temperaturen betrieben werden, ebenso einsetzbar, wie bei Abgaskatalysatoren für heiße Verbrennungsabgase, wie sie bei Ottomotoren üblich sind. Da die erfindungsgemäße Lagerungsmatte weder partikelförmige Blähstoffe noch Faserbruchstücke enthält sondern ausschließlich aus langen Filament- fäden besteht, ist die Gefahr einer Erosion bzw. eines Abriebs unter der Wirkung der strömenden Verbrennungsabgase gering.
Das Kräuselgarn besteht vorzugsweise aus Si02-Filamenten und/oder Filamenten aus Textilglas und/oder AL203-haltigen anorganischen Filamenten. Andere hochtemperaturbeständige Kräuselgarne aus organischen oder anorganischen Materialien sollen jedoch nicht ausgeschlossen sein. In weiterer Ausgestaltung lehrt die Erfindung, dass an Schnittkanten der Lagerungsmatte Nähte aus einem temperaturbeständigen Faden vorgesehen sind. Die aus einem temperaturbeständigen Fadenmaterial hergestellten Nähte an den Schnittkanten gewährleisten einen zusätzlichen Kantenschutz und tragen zu einer weiteren Verbesserung der Ausblassicherheit der erfindungsgemäßen Lagermatte bei. Geeignet sind Fäden, die bei der Arbeitstemperatur der Lagerungsmatte noch eine ausreichende Zugfestigkeit besitzen. In Frage kommen Fäden aus Textilglas, Si02, Metallen und dergleichen.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der Lagerungsmatte mit folgenden Merkmalen: a) Kräuselgarn aus temperaturbeständigen Filamenten wird in mehreren Strängen von Rollen abgezogen und unter Zugspannung auf einer quer zur Abzugsrichtung bewegten Transporteinrichtung zu einem ebenen, viellagigen Flächengebilde abgelegt.
b) Das mit der Transporteinrichtung weiterbewegte Flächengebilde wird mit Steppnähten mechanisch so verfestigt, dass die Fäden des Flächengebildes weiterhin unter Zugspannung stehen, wenn das
Flächengebilde von der Transporteinrichtung gelöst wird.
c) Für die Steppnähte wird ein Nähfaden verwenden, dessen Temperaturbeständigkeit kleiner ist als die
Betriebstemperatur der Lagerungsmatte.
In weiterer Ausgestaltung lehrt die Erfindung, dass aus der fortlaufenden und mit Steppnähten mechanisch verfestigten Bahn Matten ausgestanzt werden und vor oder nach dem Stanz-
Vorgang im Bereich der Schnittkanten Nähte mit einem Faden aus einem temperaturfestem Material angebracht werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Verfahrensschema zur Herstellung von Lagerungsmatten für Abgaskatalysatoren.
In einem ersten Verfahrensschritt des in der Figur dargestellten Herstellungsverfahrens wird Kräuselgarn aus anorganischen Filamenten in mehreren Strängen 1 von Rollen 2 abgezogen und unter Zugspannung auf einer quer zur Abzugsrichtung bewegten Transporteinrichtung 3 zu einem ebenen, viellagigen Flächengebilde 4 abgelegt. Bei der Ablage werden die Stränge 1 an randseitigen Ketten 5 der Transporteinrichtung 3 eingehakt. Hierdurch wird die Zugspannung in den Strängen 1 aufrechterhalten. Die Dicke des Flächengebildes richtet sich nach dem Anwendungsfall . Je nach Durchmesser und Gewicht des Katalysators, für den die Lagerungsmatte bestimmt ist, werden Lagerungsmatten von einigen Millimetern Dicke bis einigen Zentimetern Dicke eingesetzt. Entsprechend wird die Dicke des Flächengebildes eingerichtet .
Die Transporteinrichtung 3 durchläuft eine Station 6, in der das Flächengebilde 4 mit Steppnähten 7 mechanisch so verfestigt wird, dass die Fäden des Flächengebildes weiterhin unter Zugspannung stehen, wenn das Flächengebilde 4 von der Transporteinrichtung 3 gelöst wird. Für die Steppnähte 7 wird ein Nähfaden verwendet, dessen Temperaturbeständig- keit kleiner ist als die Betriebstemperatur der Lagerungsmatte .
In einem letzten Arbeitsschritt werden aus der fortlaufenden, mit Steppnähten 7 mechanisch verfestigten Bahn Matten 8 ausgestanzt, wobei vor oder nach dem Stanzvorgang im Bereich der Schnittkanten Nähte 9 mit einem Faden aus temperaturfestem Material angebracht werden.
Es versteht sich, dass die mit Steppnähten mechanisch ver- festigte Materialbahn auch zunächst zu einem endlosen Band aufgerollt werden kann und die Konfektionierung zu Matten durch Stanzvorgänge an anderer Stelle kundenseitig vorgenommen wird.
Mit dem in der Figur dargestellten Verfahren werden binde- mittelfreie Lagerungsmatten für die Lagerung von Abgaskatalysatoren hergestellt. Sie bestehen aus einem viellagigen Flächengebilde aus anorganischen Fäden, welches durch Steppnähte mechanisch verfestigt ist. Für die zuvor bestehende Funktion der Lagerungsmatte ist wesentlich, dass die Fäden aus einem Kräuselgarn aus Filamenten bestehen sowie durch die Steppnähte unter Zugspannung im Flächengebilde fixiert sind und dass die Steppnähte mit einem Nähfaden ausgeführt sind, dessen Temperaturbeständigkeit kleiner ist als die Betriebstemperatur der Lagerungsmatte. Das Kräuselgarn besteht vorzugsweise aus Si02-Filamenten und/oder Filamenten aus Textilglas und/oder AL203-haltigen Filamenten. Für die Steppnähte werden synthetische Nähfäden verwendet, die nicht hitzebeständig sind und bei der Erwärmung der Lagerungsmatte auf Arbeitstemperatur zerstört werden. Mit der Zerstörung der Nähfäden wird Verformungs- energie des Kräuselgarns freigesetzt, wobei sich das Volumen der Lagerungsmatte vergrößert und die Dichtkraft der zwischen dem Katalysator und dem Katalysatorgehäuse eingespannten Lagerungsmatte zunimmt .

Claims

Patentansprüche :
1. Lagerungsmatte für die Lagerung eines für die Reinigung von Kraftfahrzeugabgasen eingesetzten Abgaskatalysators in einem metallischen Katalysatorgehäuse, gekennzeichnet durch ein bindemittelfreies, viellagiges Flächengebilde aus temperaturbeständigen Fäden, welches durch Steppnähte mechanisch verfestigt ist, wobei
die Fäden aus einem Kräuselgarn aus Filamenten bestehen sowie durch die Steppnähte unter Zugspannung im Flächengebilde fixiert sind und
die Steppnähte mit einem Nähfaden ausgeführt sind, dessen Temperaturbeständigkeit kleiner ist als die Betriebstemperatur der Lagerungsmatte.
2. Lagerungsmatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kräuselgarn aus Si02-Filamenten und/oder Filamenten aus Textilglas und/oder AL203-haltigen anorganischen Filamenten besteht.
3. Lagerungsmatte nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass an Schnittkanten der Lagerungsmatte Nähte aus einem temperaturbeständigen Faden, zum Beispiel aus Textilglas, vorgesehen sind.
4. Verfahren zur Herstellung einer Lagerungsmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Kräuselgarn aus temperaturbeständigen Filamenten in mehreren Strängen (4) von Rollen (2) abgezogen und unter Zugspannung auf einer quer zur Abzugsrichtung bewegten Transporteinrichtung (3) zu einem ebenen, viellagigen Flächengebilde abgelegt wird,
das mit der Transporteinrichtung (3) weiterbewegte Flächengebilde (4) mit Steppnähten (7) mechanisch so verfestigt wird, dass die Fäden des Flächengebildes weiterhin unter Zugspannung stehen, wenn das Flächengebilde (4) von der Transporteinrichtung (3) gelöst wird, und
für die Steppnähte (7) eine Nähfaden verwendet wird, dessen Temperaturbeständigkeit kleiner ist als die Betriebstemperatur der Lagerungsmatte .
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei aus der fortlaufenden, mit Steppnähten (7) mechanisch verfestigten Bahn Matten (8) ausgestanzt werden und vor oder nach dem Stanzvorgang im Bereich der Schnittkanten Nähte (9) mit einem Faden aus temperaturfestem Material angebracht werden.
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