DE2201811A1 - Primary element and process for its manufacture - Google Patents
Primary element and process for its manufactureInfo
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Description
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Timex Corporation
Waterbury, Connecticut, USATimex Corporation
Waterbury, Connecticut, USA
Primärelement und Verfahren zu seiner Herstellung Primary element and process for its manufacture
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Primärelement, insbesondere eine KnopfZeIIexHiXt einem Behälter, welcher aktives Anoden- und Kathodenmaterial enthält, und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einer verbesserten Versiegelung solcher Elemente bzw. Knopfzellen. The present invention relates to a primary element, in particular a KnopfZeIIe x HiXt a container which contains active anode and cathode material, and a method for its production. In particular, the invention is concerned with an improved sealing of such elements or button cells.
Die kleinen Primärelemente, die beispielsweise in Uhren und Hörhilfen verwendet werden, werden aufgrund ihrer Form "und ihrer geringen Abmessungen im allgemeinen als Knopfzellen bezeichnet. Beispielsweise sind Typen derartiger runder Knopf-The small primary elements that are used in watches and hearing aids, for example, are "and" because of their shape due to their small dimensions, commonly referred to as button cells. For example, types of such round button
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zellen bekannt, die eine Höhe von etwa ο,5334 cm (ο,21π) und einen Durchmesser von etwa 1,143 cm (o,45") besitzen. Diese Zellen sind im allgemeinen Alkali-Primärelemente. Ein typisches Primärelement dieser Art arbeitet mit einer Zinkamalgam-Anode, einer Quecksilberoxyd-Kathode und mit einem alkalischen Elektrolyten, wie zum Beispiel Natriumhydroxyd.cells known ο a height of about, 5334 cm (ο, π 21) and a diameter of about 1.143 cm (o, 45 ") have These cells are. generally alkaline primary elements. A typical primary element of this type operates with a Zinc amalgam anode, a mercury oxide cathode and an alkaline electrolyte such as sodium hydroxide.
Natriumhydroxyd als Elektrolyt ist eine stark korrodierende Flüssigkeit, welche zum Kriechen neigt, d.h. eine Flüssigkeit, welche an den Seitenwänden eines Gefässes emporsteigt. Der alkalische Elektrolyt und die in dem Primärelement erzeugten Gase haben bei der Dichtung der Primärelemente zu ernsten Problemen geführt. Der alkalische Elektrolyt könnte nämlich bei seinem Austreten aus der Knopfzelle nicht nur die Zelle selbst zerstören, sondern auch das möglicherweise komplizierte und teuere Gerät, welches durch die Knopfzelle betrieben wird, beschädigen. In ähnlicher Weise können die Gase,die möglicherweise aus der Zelle austreten, korrodierend auf das Gerät wirken. Das Problem des Leckens der Zelle ist besonders bei Armbanduhren sehr schwerwiegend. Eine Armbanduhr enthält nämlich viele Teile, welche bei einer Korrosion infolge eines Leckens der Batterie im Inneren des Uhrengehäuses ungünstig beeinflusst werden könnten.Sodium hydroxide as an electrolyte is a highly corrosive liquid that tends to creep, i.e. a liquid which rises on the side walls of a vessel. The alkaline electrolyte and those generated in the primary element Gases have created serious problems in sealing the primary elements. Namely, the alkaline electrolyte could If it escapes from the button cell, it will not only destroy the cell itself, but also possibly do that which is complicated and damage expensive device that is operated by the button cell. Similarly, the gases may be leak from the cell, have a corrosive effect on the device. The problem of cell leakage is particular very serious for wristwatches. A wristwatch contains many parts which, if corroded as a result of a Leakage of the battery inside the watch case could be adversely affected.
Es sind bereits verschiedene Versuche unternommen worden, das Problem der Dichtung kleiner Batterien vom Typ der Knopfzellen zu lösen. Beispielsweise ist vorgeschlagen worden, die Primärzelle mit einem Ventilsystem zu versehen, durch welchesVarious attempts have been made to solve the problem of sealing small button cell batteries. For example , it has been proposed to provide the primary cell with a valve system through which
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Gas austreten kann, und es ist auch vorgeschlagen worden, in Bereichen, in denen ein Lecken auftreten könnte, absorbierendes Material vorzusehen, welches dann die aus der Zelle austretende Flüssigkeit aufnehmen sollte. Diese Massnahmen haben sich jedoch beim Dichten von Zellen nicht als vollständig befriedigend erwiesen und ausserdem die Menge des in die Zelle einbringbaren, aktiven Materials verringert. Im einzelnen sind die jüngsten Versuche auf diesem Gebiet im übrigen in den US-Patentschriften 3 418 172, 3 44o Ho und 3 457 117 beschrieben. Gas can leak, and it has also been suggested to be absorbent in areas where leakage might occur Provide material which should then absorb the liquid emerging from the cell. Have these measures however, did not prove completely satisfactory in densifying cells, and so was the amount of in the cell Bringable, active material is reduced. Incidentally, the most recent attempts in this area are detailed in US patents 3,418,172, 3,440 Ho, and 3,457,117.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der vorliegenden Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, eine wirklich gas- und flüssigkeitsdichte Primärzelle mit einem alkalischen Elektrolyten vorzuschlagen, wobei die für die Erzielung dieser Dichtung getroffenen Massnahmen die Abmessungen der Zelle nicht merklich erhöhen sollten.The present invention was based on this prior art now the underlying task is a really gas- and liquid-tight Propose primary cell with an alkaline electrolyte, taking into account the achievement of this seal measures taken should not noticeably increase the dimensions of the cell.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch ein Primärelement, insbesondere eine Knopfzelle mit aktivem Anoden- und Kathodenmaterial gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein napfartiges, nach oben offenes Element zur Aufnahme des Kathodenmaterials vorgesehen ist, dass eine Kappe zur Aufnahme des Anodenmaterials vorgesehen ist, welche einen nach unten weisenden Teil besitzt, der seinerseits einen sich nach aussen erweiternden Bereich und einen sich daran anschliessenden Endbereich aufweist, dass mindestens eine Trennplatte zum Trennen des Anodenmaterials von dem Kathodenmaterial vorgesehen ist,This object is achieved according to the invention by a primary element, in particular a button cell with active anode and cathode material solved, which is characterized in that a cup-like, upwardly open element for receiving the Cathode material is provided that a cap is provided for receiving the anode material, which one down facing part, which in turn has an outwardly widening area and an adjoining end area has that at least one separating plate is provided for separating the anode material from the cathode material,
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dass ein flexibler, dichtender Fassungsring mit einer von zwei umlaufenden Flanschen begrenzten Ringnut vorgesehen ist, welche der Aufnahme des Endbereichs der Kappe dient, dass der innere, umlaufende Flansch eine Schulter besitzt und dass der äussere, umlaufende Flansch auf der Aussenseite der Kappe nach oben ragt, dass der nach unten weisende Teil der Kappe mit der Schulter des inneren, umlaufenden Flansches verklebt ist, während der Endbereich mit den Wänden der Ringnut verklebt ist, und dass die Aussenwand des napfartigen Elementes umgepresst ist und damit den äusseren, umlaufenden Flansch des Fassungsrings zwischen dem umgepressten Bereich und der Aussenseite der Kappe zur Dichtung der Zelle zusammenpresst, so dass durch den umgepressten Bereich der Aussenwand, durch den äusseren Flansch des Fassungsrings und die Kappe ein beträchtlich verlängerter Pfad für ein Lecken gebildet wird.that a flexible, sealing mounting ring is provided with an annular groove delimited by two circumferential flanges, which serves to accommodate the end region of the cap that the inner, circumferential flange has a shoulder and that the outer, circumferential flange on the outside of the cap protrudes above that the downward-facing part of the cap is glued to the shoulder of the inner, circumferential flange, while the end area is glued to the walls of the ring groove, and that the outer wall of the cup-like element is pressed around is and thus the outer, circumferential flange of the mounting ring between the pressed area and the outside of the The cap to seal the cell is pressed together, so that through the pressed area of the outer wall, through the outer flange of the socket ring and the cap a considerably elongated path for leakage is formed.
Die erfindungsgemässe Zelle besitzt also einen ersten, behälterartigen Teil, der auf einer Seite offen ist/ ferner sind eine Kappe und ein flexibler Fassungsrimj vorgesehen, wobei die Kappe im wesentlichen konvex ist. Der Fassungsring besitzt eine Ringnut zwischen sich nach oben erstreckenden Wänden bzw. Flanschen. Die Kappe und der Fassungsring werden miteinander verklebt, indem man den Endbereich der Kappe mit einem Klebstoff bestreicht und ihn dann in die Ringnut des Fassungsringes einsetzt. In diese Baugruppe bzw. in das Innere der Kappe worden dann das Anodenmaterial, der Elektrolyt und eine Anzahl von geeigneten Trennplatten eingebracht. Line Kathode und mindestens eine Trennplatte sind in dem unteren, napfartigen EIe-The cell according to the invention thus has a first, container-like one Part that is open on one side / furthermore a cap and a flexible socket rim are provided, wherein the cap is substantially convex. The mounting ring has an annular groove between upwardly extending walls or Flanges. The cap and the socket ring are glued together by sealing the end portion of the cap with an adhesive and then inserts it into the ring groove of the mounting ring. In this assembly or in the interior of the cap then introduced the anode material, electrolyte and a number of suitable separator plates. Line cathode and at least a partition plate are in the lower, cup-like egg
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ment angeordnet. Die Anoden- und die Kathodeminordnung werden dann miteinander verbunden, indem zunächst die Anodenanordnung in das offene Ende des napfartigen Elementes eingesetzt wird, so dass die Basis des Fassungsrings auf den Trennplatten über der Kathode aufliegt. Der obere Bereich der Aussenwände des napfartigen Elementes v/ird dann umgepresst, wodurch der äussere Flansch des Fassungsrings gegen die Aussenseite der Kappe gepresst wird.ment arranged. The anode and cathode arrangement will be then connected to one another by first inserting the anode assembly into the open end of the cup-like element, so that the base of the socket ring rests on the separator plates over the cathode. The upper area of the outer walls of the Cup-like element is then pressed around, whereby the outer flange of the mounting ring is pressed against the outside of the cap will.
Das erfindungsgemässe Primärelement besitzt den Vorteil, dass durch die zur Abdichtung getroffenen Massnahmen keine wesentliche Verringerung des aktiven Materials, welches in die Zelle einbringbar ist, erfolgt.The primary element according to the invention has the advantage that the measures taken for sealing do not significantly reduce the active material that enters the cell can be brought in, takes place.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung v/erden nachstehend
anhand einer Zeichnung näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Schutzansprüche.
In der Zeichnung zeigen:Further advantages and details of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing and / or are the subject matter of the claims.
In the drawing show:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine zusammengebaute Knopfzeile gemäss der Erfindung,Fig. 1 shows a cross section through an assembled row of buttons according to the invention,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Anodenanordnung der Knopfzelle gemäss Fig. 1 vor dem Zusammenbau und2 shows a cross section through the anode arrangement of the button cell according to FIG. 1 before assembly and
Fig. 3 einen Querschnitt durch die Kathodenanordnung der Knopfzelle gemäss FLg. 1 vor dem Zusammenbau.3 shows a cross section through the cathode arrangement of FIG Button cell according to FLg. 1 before assembling.
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Die in Fig. 1 dargestellte Knopfzelle 9 gemäss vorliegender Erfindung besitzt eine Kappe Io aus leitendem Material, beispielsweise aus rostfreiem Stahl und Phosphorbronze, die vorzugsweise als eine Doppelschicht iibereinandergewalzt sind. Die Kappe Io bildet den einen Pol der Knopfzelle 9, während der andere Pol von einem napfartigen Element 11 gebildet wird. Zwischen der Kappe Io und dem napfartigen Element 11 liegt ein Fassungsring 12, der die beiden Pole der Knopfzelle gegeneinander isoliert. Die Kappe Io enthält das Anodenmaterial 13, welches beispielsweise ein Zinkamalgam sein kann, welches in die Kappe Io eingepresst ist. Vor dem endgültigen Zusammenbau der Knopfzelle 9 wird zu der Zinkamalgam-Anode ein alkalischer Elektrolyt hinzugegeben, wie beispielsweise Kalium- oder Natriumhydroxyd .The button cell 9 shown in FIG. 1 according to the present invention has a cap Io made of conductive material, for example made of stainless steel and phosphor bronze, which are preferably rolled over one another as a double layer. the Cap Io forms one pole of the button cell 9, during the other pole is formed by a cup-like element 11. Between the cap Io and the cup-like element 11 is a Socket ring 12, which isolates the two poles of the button cell from each other. The cap Io contains the anode material 13, which for example a zinc amalgam which is pressed into the cap Io. Before the final assembly of the Button cell 9, an alkaline electrolyte, such as potassium or sodium hydroxide, is added to the zinc amalgam anode .
Das napfartige Element 11 enthält in der in Fig. 3 dargestell-The cup-like element 11 contains in the illustrated in Fig. 3
Kathodenten Kathodenanordnung 3o ein der Depolarisation dienendes/material 15, welches beispielsweise eine Mischung aus Quecksilberoxyd und einem geringen Prozentsatz Graphit sein kann. Zwischen der Anode und der Kathode liegen ein oder mehrere Trennplatten 31, die beispielsweise aus einem geeigneten mikroporösen Kunststoffmembranmaterial bestehen können.Cathodent cathode arrangement 3o a depolarization serving / material 15, which can be, for example, a mixture of mercury oxide and a small percentage of graphite. Between the anode and the cathode are one or more separating plates 31, for example made of a suitable microporous Plastic membrane material can exist.
Fig. 2 zeigt die Anodenanordnung 25, wobei die Kappe Io mit dem Fassungsring 12 verklebt Lst. Die Kappe Io besitzt als integrierten Bestandteil einen nach aussen sich erweiternden Bereich 18 und einen senkrecht nach unten ragenden Endbereich 19. Der Fassungsring 12 besitzt eine Basis 23, von der ein tn-Fig. 2 shows the anode assembly 25, the cap Io with Lst glued to the mounting ring 12. As an integrated component, the cap Io has an outwardly widening Area 18 and a vertically downwardly projecting end area 19. The mounting ring 12 has a base 23 from which a tn-
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nerer und ein äusserer, tunlaufender Flansch 24 bzw. 26 nach oben ragen und eine Ringnut 27 begrenzen. Der äussere Flansch 26 ist dabei zur Erzielung der gewünschten Dichtung beträchtlich höher als der innere Flansch 24.Nerer and an outer, tunnel running flange 24 and 26 protrude upwards and delimit an annular groove 27. The outer flange 26 is considerably higher than the inner flange 24 in order to achieve the desired seal.
Zum Zusammenbau wird der Endbereich 19 der Kappe Io mit einem Klebstoff 2o bestrichen und in die Ringnut 27 des Fassungsrings 12 eingesetzt. Der überschüssige Klebstoff, der von dem Endbereich 19 beim Einsetzen in die Ringnut abgestreift wild, sammelt sich zwischen der Schulter 21 des inneren Flansches und dem gekrümmten, inneren Bereich 22 der Kappe Io. Auf diese Weise wird die Kappe sowohl im Bereich der Ringnut 27 als auch im Bereich der Schulter 21 fest mit dem Fassungsring verbunden. Als geeigneter Klebstoff 2o hat sich eine Mischung aus Epoxydharz und einem Polysulfid erwiesen. Die Kappe Io wird für etwa eine Stunde unter einem Druck von beispielsweise 2o g gegen den Fassungsring 12 gepresst, und die Anordnung wird danach zum Aushärten des Klebers für eine vorgegebene Zeit auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt. Jede Anordnung wird nachFor assembly, the end region 19 of the cap Io is provided with a Coated with adhesive 2o and inserted into the annular groove 27 of the mounting ring 12. The excess glue left by the End region 19 stripped wildly when inserted into the annular groove, collects between the shoulder 21 of the inner flange and the curved inner portion 22 of the cap Io. In this way, the cap is both in the area of the annular groove 27 as also firmly connected to the mounting ring in the area of the shoulder 21. A mixture of epoxy resin and a polysulfide has proven to be a suitable adhesive 2o. The cap Io will pressed against the mounting ring 12 for about an hour under a pressure of, for example, 20 g, and the assembly is then heated to a predetermined temperature for a predetermined time to harden the adhesive. Each arrangement is made according to
2 24 Stunden einzeln mit einem Druck von etwa 1,4 kg/cm (2o lbs. pro Quadratzoll) auf ihre Dichtigkeit geprüft, und zwar für etwa Io Sekunden.2 24 hours individually at a pressure of approximately 1.4 kg / cm (2o lbs. per square inch) is checked for leaks, for about 10 seconds.
Wenn sich die Anordnung als dicht erwiesen hat, wird sie umgedreht und das als Anodenmaterial dienende Zinkamalgam wird in der Kappe komprimiert. Anschliessend wird dann der Elektrolyt hinzugegeben, und die Kappe Io wird dann beispielsweise in einer Halterung mit dem napfartigen Element 11 verbunden. Wäh-If the arrangement is found to be tight, it is turned over and the zinc amalgam serving as the anode material is compressed in the cap. Then the electrolyte added, and the cap Io is then connected to the cup-like element 11 in a holder, for example. Select
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rend dieser Phase des Zusammenbaus steht der äussere Flansch des Fassungsrings 12, wie dies Fig. 2 zeigt, immer noch aufrecht. At the end of this assembly phase, the outer flange is in place of the mounting ring 12, as shown in FIG. 2, is still upright.
Die Endphase des Zusammenbaus besteht darin, dass der obere Bereich der frei nach oben stehenden Aussenwand 32 des napfartigen Elementes 11 uingepresst wird, um im Zusammenwirken mit dem Fassungsring 12 einen dichten Verschluss zu bilden. Der Pressdruck kann dabei bei ungefähr 1,75 t liegen. Nach Beendigung des Umpressens wird der Fassungsring 12 bzw. der umlaufende Flansch 26 von dem umgepressten, oberen Bereich 33 der Aussenwand 32 unter Druck gehalten, so dass eine^sorgfältige Dichtung herbeigeführt wird.The final stage of assembly is that of the top section the freely upstanding outer wall 32 of the cup-like Element 11 is pressed to work in conjunction with the Mounting ring 12 to form a tight seal. The pressing pressure can be around 1.75 t. After completion of the pressing around, the mounting ring 12 or the circumferential The flange 26 is held under pressure by the pressed, upper area 33 of the outer wall 32, so that a careful seal is brought about.
Tatsächlich ergeben sich bei diesem Aufbau der Knopfzelle zwei getrennte Dichtungen, die beide ein Austreten von Gas und Flüssigkeit v/irksam verhindern. Die eine dieser Dichtungen wird durch den Klebstoff zwischen dem Endbereich 19 der KappeIn fact, with this button cell construction, there are two separate seals, both of which effectively prevent gas and liquid leakage. The one of these seals is made by the adhesive between the end region 19 of the cap
10 und der Schulter 21 einerseits sowie der Innenwand dor Ringnut 27 des Fassungsrings andererseits gebildet. Die zweite dieser Dichtungen wird durch den Fassungsring 12 selbst gebildet, der unter Druck zwischen der Aussenseite des sich nach aussen erweiternden Bereichs 18 der Kappe und der Innenseite des umgepressten, oberen Bereichs 33 des napfartigen Elementes10 and the shoulder 21 on the one hand and the inner wall dor Annular groove 27 of the mounting ring is formed on the other hand. The second this seal is formed by the mounting ring 12 itself, which is under pressure between the outside of the outside expanding area 18 of the cap and the inside of the pressed, upper area 33 of the cup-like element
11 liegt.11 lies.
Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebenen Beirpiele lediglich der Erläuterungder Prinzipien der vorliegenden Er-It goes without saying that the examples described above only to explain the principles of the present
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findung dienen. Für den Fachmann ergeben sich also zahlreiche Möglichkeiten der Abwandlung des vorstehend beschriebenen Beispiels, ohne dass er die der Erfindung zugrundeliegende Grundidee verlassen müsste. So ist es beispielsweise möglich, ein Silber-Zink-Element herzustellen, welches im wesentlichen den gleichen Aufbau besitzt wie das Quecksilber-Zink-Element, welches vorstehend beschrieben wurde. Die Kathode würde bei einem solchen Element aus einer Mischung von Silberoxyd und Graphit bestehen, und die Abmessungen der Elektroden und des Elementes wären anders, wobei jedoch trotzdem der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung anwendbar wäre.serve finding. For the person skilled in the art there are numerous possibilities for modifying the example described above, without having to leave the basic idea on which the invention is based. For example, it is possible to use a To produce silver-zinc element, which has essentially the same structure as the mercury-zinc element, which has been described above. In such an element, the cathode would consist of a mixture of silver oxide and graphite exist, and the dimensions of the electrodes and the element would be different, but still the spirit of the present Invention would be applicable.
Im übrigen sind ausser der Trennplatte in der Kathodenanordnung (Fig. 3) bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch in der Anodenanordnung (Fig. 2) mehrere Trennplatten 14 vorgesehen. In addition, in addition to the separating plate in the cathode arrangement (FIG. 3), in the illustrated embodiment, too a plurality of separating plates 14 are provided in the anode arrangement (FIG. 2).
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Graphit besteht.4. Primary element according to claim 1 to 3, characterized in that the anode material is a zinc amalgam to which an alkaline electrolyte is added, and that the cathode material consists of a mixture of mercury oxide and
Consists of graphite.
Flansche (24, 26) aufweist, zwischen denen eine Ringnut (27) liegt, v/obei der innere Flansch (24) eine geringere Höhe und eine Schulter (21) aufweist und wobei die Kappe (lo) mit der Schulter (21) und den Wänden der Ringnut (27) verklebbar ist.5. Primary element according to claim 1 to 4, characterized in that the mounting ring prior to assembly has a base (23) and two extending from this base, circumferential
Has flanges (24, 26) between which an annular groove (27) lies, v / obei the inner flange (24) has a smaller height and a shoulder (21) and wherein the cap (lo) with the shoulder (21) and the walls of the annular groove (27) can be glued.
wird, dass danach das aktive Anodenmaterial (13) in die
Kappe (lo) und das aktive Kathodenmaterial (15) in das
napfartige Element (11) eingebracht werden, dass daraufhin der Fassungsring (12) bzw. die Anodenanordnung (Fig. 2)6. A method for producing a primary element according to one or more of the preceding claims, characterized in that first the end region (19) of the cap (lo) is glued to the annular groove (27) of the mounting ring (12), and then the adhesive connection between the cap (lo) and the mounting ring (12) checked for leaks
is that then the active anode material (13) in the
Cap (lo) and the active cathode material (15) in the
Cup-like element (11) are introduced so that the mounting ring (12) or the anode arrangement (Fig. 2)
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Applications Claiming Priority (2)
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| US10739071 | 1971-01-18 |
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Legal Events
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