BR102015017594A2 - conector elétrico - Google Patents

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Andrew Joseph Jozwiak
Daniel S Eichorn
Grant Michael Wheeler
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Delphi Tech Inc
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Abstract

conector elétrico. é descrito um conector elétrico mecanicamente auxiliado (12) que inclui uma alavanca (16) e um controle deslizante (23). o controle deslizante (23) é acoplado na alavanca (16) de maneira tal que o movimento da alavanca (16) mova o controle deslizante (23). o controle deslizante (23) define uma fenda (28) que é configurada para cooperar com uma coluna (30) de um conector casado (14) de uma maneira efetiva para impelir o conector elétrico (12) e o conector casado (14) em conjunto quando a alavanca (16) for movida de uma primeira posição (20) para uma segunda posição (22). um ângulo da rampa (42) da fenda (28) varia para reduzir um valor de pico de uma força aplicada (44) para avançar a alavanca (16) da primeira posição (20) para a segunda posição (22) durante a conexão do conector elétrico (12) no conector casado (14).

Description

“CONECTOR ELÉTRICO” REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO [001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente US 14/470.016 depositado em 27 de agosto de 2014, cuja íntegra da descrição é, pelo presente, incorporada pela referência.
CAMPO DA INVENÇÃO [002] Esta invenção, no geral, se refere a um conector elétrico e, mais particularmente, se refere a um conector elétrico com encaixe mecanicamente auxiliado.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[003] Conectores elétricos mecanicamente auxiliados tipicamente incluem recursos que proveem uma vantagem mecânica para um montador para reduzir a força para fazer uma conexão elétrica com um conector casado. Desenhos conhecidos que utilizam uma alavanca para atuar um controle deslizante que tem uma rampa linear (isto é, reta) que interage com pinos ou colunas de encaixe para reunir dois conectores são mostrados na Patente US 6.305.957 e na Publicação de Patente Internacional WO2014046877, pelo presente, aqui incorporados pela referência. Uma deficiência destes desenhos de conector é a necessidade de a pessoa operar a alavanca para prover força adicional para compensar a variação no comprimento efetivo da alavanca e na força de encaixe gerada pelo conector elétrico e pelo conector casado à medida que a alavanca está sendo avançada e a conexão está sendo feita. SUMÁRIO DA INVENÇÃO [004] De acordo com uma modalidade, é provido um conector elétrico. O conector elétrico inclui uma alavanca acoplada de forma móvel no conector elétrico e móvel de uma primeira posição para uma segunda posição e um controle deslizante que é acoplado de forma deslizável no conector elétrico e acoplado na alavanca de maneira tal que movimento rotacional da alavanca da primeira posição até a segunda posição mova o controle deslizante lateralmente. O controle deslizante define uma fenda que tem uma rampa entre uma parte da abertura da fenda e uma parte final da fenda. A rampa é configurada para encaixar uma coluna de um conector casado de uma maneira efetiva para impelir o conector elétrico e o conector casado em conjunto quando a alavanca for movida da primeira posição para a segunda posição. Um ângulo da rampa varia ao longo de um comprimento da rampa para reduzir um valor de pico de uma força aplicada para avançar a alavanca da primeira posição para a segunda posição durante a conexão do conector elétrico no conector casado. [005] O ângulo da rampa pode variar de acordo com uma vantagem mecânica da alavanca para mover o controle deslizante. O ângulo da rampa pode variar de acordo com uma força de encaixe gerada pelo conector elétrico e pelo conector casado quando o conector elétrico e o conector casado forem impelidos em conjunto. O ângulo da rampa pode variar adicionalmente de acordo com uma vantagem mecânica da alavanca para mover o controle deslizante. [006] O assunto em questão discutido na seção de fundamentos da invenção não deve ser considerado como tecnologia anterior meramente em decorrência de sua menção na seção de fundamentos da invenção. Similarmente, um problema mencionado na seção de fundamentos da invenção ou associado com o assunto em questão da seção de fundamentos da invenção não deve ser considerado como previamente reconhecido na tecnologia anterior. O assunto em questão na seção de fundamentos da invenção meramente representa diferentes abordagens que, em si mesmas e por si mesmas, também podem ser invenções.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [007] A presente invenção será agora descrita, a título de exemplo, em relação aos desenhos anexos, nos quais: [008] A figura 1 é uma vista isométrica de um conector elétrico e um conector casado de acordo com uma modalidade; [009] A figura 2 é uma vista lateral do conector elétrico e do conector casado da figura 1 quando uma alavanca do conector elétrico estiver em uma primeira posição de acordo com uma modalidade; [0010] A figura 3 é uma vista lateral do conector elétrico e do conector casado da figura 1 quando a alavanca do conector elétrico estiver em uma segunda posição de acordo com uma modalidade; [0011] A figura 4 é uma vista explodida do conector elétrico da figura 1 com uma vista não explodida do conector casado da figura 1 de acordo com uma modalidade; [0012] A figura 5 é uma vista lateral aproximada de uma fenda em um controle deslizante do conector elétrico da figura 1 de acordo com uma modalidade; [0013] A figura 6 é um gráfico de uma vantagem mecânica que é provida pela alavanca à medida que a alavanca é movida da primeira posição para a segunda posição de acordo com uma modalidade; [0014] A figura 7 é um gráfico de uma força de encaixe gerada pelo conector elétrico e pelo conector casado à medida que a alavanca é movida da primeira posição para a segunda posição de acordo com uma modalidade; [0015] A figura 8 é um diagrama de corpo livre da rampa e da coluna do conector elétrico da figura 1 de acordo com uma modalidade; [0016] A figura 9 é um diagrama de forças que agem no controle deslizante do conector elétrico da figura 1 de acordo com uma modalidade; [0017] A figura 10 é um diagrama de corpo livre da alavanca do conector elétrico da figura 1 de acordo com uma modalidade; e [0018] A figura 11 compreende gráficos de uma carga aplicada em relação a uma posição de alavanca que compara uma rampa que tem um ângulo da rampa variado com uma rampa que tem um ângulo da rampa constante de acordo com uma modalidade. [0019] Recursos e vantagens adicionais da invenção aparecerão mais claramente na leitura da seguinte descrição detalhada da modalidade preferida da invenção, que é dada por meio de exemplo não limitante somente, e em relação aos desenhos anexos.
DESCRIÇÃO DETALHADA [0020] As figuras 1-4 ilustram um exemplo não limitante de um conector elétrico mecanicamente auxiliado 12 configurado para conectar com um correspondente conector casado 14. O conector elétrico 12 inclui uma alavanca 16 para prover uma vantagem mecânica durante a conexão do conector elétrico 12 no conector casado 14. No geral, a alavanca 16 é acoplada de forma móvel no conector elétrico 12 por meio de entalhes circulares 18A e 18B, e é móvel de uma primeira posição 20 até uma segunda posição 22. Neste exemplo, a primeira posição 20 e a segunda posição 22 podem ser altemativamente caracterizadas como uma posição inicial 20 e uma posição final 22, respectivamente. O conector elétrico 12 inclui um controle deslizante 23 que, neste exemplo, consiste em um primeiro controle deslizante 23A e um segundo controle deslizante 23B. Versados na técnica percebem que o controle deslizante 23 pode ser altemativamente feito de uma única peça e pode ser referido de uma maneira singular. Os controles deslizantes 23 A, 23B são acoplados de forma corrediça no conector elétrico 12 por meio de cavidades 24A e 24B, respectivamente. Os controles deslizantes 23A, 23B são acoplados na alavanca 16 por meio de entalhes alongados 26A e 26B, respectivamente, de maneira tal que um movimento rotacional da alavanca 16 mova os controles deslizantes 23A, 23B lateralmente. [0021] Cada um dos controles deslizantes 23A, 23B do conector elétrico 12 define pelo menos uma fenda 28. A fenda 28 é configurada para cooperar com uma coluna 30 do conector casado 14 de uma maneira efetiva para impelir o conector elétrico 12 e o conector casado 14 em conjunto quando a alavanca 16 for movida da primeira posição 20 para a segunda posição 22. As aberturas 28A, 28B, 28C, 28D, 28E, 28F e 28G do controle deslizante 23 são todas configuradas similarmente à fenda 28. As aberturas 28A-G cooperam com colunas de encaixe 30A, 30B, 30C, 30D, 30E, 30F, 30G do conector casado 14, respectivamente, de maneira similar àquela da fenda 28 com a coluna 30. A fenda 28 distribui uma força de conexão 32 necessária para superar uma força de encaixe 34 gerada pelo conector elétrico 12 e pelo conector casado 14 quando o conector elétrico 12 e o conector casado 14 forem impelidos em conjunto. A fenda 28 tem uma parte em rampa entre uma parte da abertura da fenda 38 e uma parte final da fenda 40, da forma mostrada na figura 5. Cada uma da abertura da fenda 38 e das partes finais da fenda 40 tem uma parte de transição 38A e 40A, respectivamente, que é modelada para fazer interface com a abertura da fenda 38 e as partes finais da fenda 40 em relação à parte em rampa 36. A parte em rampa 36, a seguir, referida como a rampa 36, é configurada para impelir o conector elétrico 12 e o conector casado 14 em conjunto quando a fenda 28 interagir com a coluna 30. [0022] A rampa 36 é caracterizada como tendo um ângulo da rampa 42 que pode ser descrito como a inclinação da rampa 36 tangente ao ponto em que a coluna 30 contata a rampa 36. [0023] Este ângulo da rampa 42 varia ao longo do comprimento da rampa 36, isto é, a rampa 36 é curva, então, a inclinação da rampa 36 não é constante como seria se se a rampa 36 fosse linear. O ângulo da rampa 42 é selecionado de forma que a interface da coluna 30 com a rampa 36 reduza um valor de pico de uma força aplicada 44 e/ou uma variação da força aplicada 44 para avançar a alavanca 16 da primeira posição 20 até a segunda posição 22 durante a conexão do conector elétrico 12 no conector casado 14. O ângulo da rampa 42 varia para compensar a variação em outras variáveis que afetam o pico da força aplicada 44 e a variação da força aplicada 44. O ângulo da rampa 42 pode ser selecionado de forma que a curva da rampa 36 tenha um raio não constante. [0024] No exemplo mostrado, o ângulo da rampa 42 varia ao longo do comprimento da rampa 36 de acordo com a vantagem mecânica da alavanca 16 para mover o controle deslizante 23 (figura 6) e a força de encaixe 34 (figura 7). [0025] A força de encaixe 34 pode ser estimada pela determinação da força de encaixe total de todos os terminais casados FT. Esta força de encaixe do terminal pode ser reduzida de 30 a 70% pelo uso de um lubrificante de terminal. Esta redução na força de encaixe pode ser representada por um fator de lubrificação Lt- O desalinhamento entre os terminais casados pode aumentar a força de encaixe 34 entre 30 e 40%. Este aumento na força de encaixe pode ser representado por um fator de desalinhamento Ms. A força de encaixe 34 também pode ser afetada por forças adicionais necessárias para casar os conectores, tais como as forças necessárias para comprimir vedações e/ou anéis isolantes, representado por Foutro· Portanto, a força de encaixe 34 pode ser calculada pela fórmula: [0026] A figura 8 ilustra um diagrama de corpo livre da coluna 30 e da rampa 36. Para uma análise 'clássica', tratar a coluna 30 como um corpo com peso de magnitude Fr com uma força de magnitude Fup paralela à rampa 36, e direcionada para cima dela, em que: nr é o número total de rampas por corrediça, fp e Fr serão discutidos com mais detalhes a seguir. O ângulo da rampa 42, Θ, pode ser usado para decompor Fr em forças componentes perpendiculares e paralelas à rampa 36, de maneira tal que a força normal, Nr = Fr cosO um componente de Fr que desliza para baixo da rampa 36. :in Θ [0027] Atrito entre a coluna 30 e a rampa 36, .O coeficiente de atrito, μΓ, entre a rampa 36 e a coluna 30 é dependente dos materiais selecionados. Se μΓ for desconhecido, um valor conservador de 0,27 pode ser usado. [0028] Somando as forças paralelas à rampa 36: [0029] Na realidade, uma força horizontal, Fupx, está sendo aplicada na rampa 36 pelo movimento do controle deslizante 23 de maneira tal que Fup possa ser tratado como um componente de Fupx\ [0030] A figura 9 ilustra um diagrama de corpo livre da corrediça. O movimento da coluna deslizante 30 contra o controle deslizante 23 cria uma força, fp, devido ao atrito [0031] O movimento do controle deslizante 23 será oposto pela força de atrito, fs, entre a base do controle deslizante 23 e o alojamento [0032] Os coeficientes de atrito, μ8 (o coeficiente de atrito entre o alojamento e o controle deslizante 23) e μρ (o coeficiente de atrito entre a coluna deslizante 30 e o controle deslizante 23), são funções dos materiais selecionados. Se μ5 e μρ forem desconhecidos, um valor conservador de 0,27 pode ser usado. [0033] Somando as forças em x: Resolvendo para Fsp: ' r' ' ' [0034] Somando forças em y: [0035] De φί até φ = 90 °, EFy = 0 = 1/4Fengatar - Frnr + fp; Portanto, [0036] De φ = 90 ° até cpf, EFy = 0 = V2Fengatai - Frnr - fp; Portanto, [0037] Há atrito entre a coluna deslizante 30 e o controle deslizante 23, de maneira tal que: [0038] de cpi até φ = 90°, a alavanca 16 aplique uma força para cima no controle deslizante 23; e [0039] de φ = 90 ° até cpf, a alavanca 16 aplique uma força para baixo no controle deslizante 23. [0040] A vantagem mecânica para o controle deslizante 23 pode ser calculada: Quando [0041] O controle deslizante 23 realmente tem impacto negativo na vantagem mecânica devido ao atrito. [0042] A vantagem mecânica da alavanca 16 pode ser entendida em relação à figura 10. Pelo exame do diagrama de corpo livre da figura 10, as seguintes observações podem ser feitas: [0043] A força aplicada pelo operador 44 (Fo) é considerada como aplicada perpendicularmente ao raio da alavanca 16 R2. A força aplicada 44 é determinada pelas exigências ergonômicas impostas pelo operador. A força do controle deslizante 23 contra a coluna deslizante 30 age horizontalmente. O raio da coluna deslizante Rsp e os ângulos inicial e final cp; e cpf, respectivamente, da alavanca 16 também são mostrados. O componente vertical do raio da coluna deslizante Rspy = Rsp sen cp e o componente horizontal do raio da coluna deslizante Rspx = Rsp cos cp. Note que Rspy e Rspx variam à medida que a alavanca 16 se move entre a posição inicial 20 (cpj) e a posição final 22 (cpf). A medida que Rspy varia, tanto a força aplicada 44 (Fo) quanto a vantagem mecânica da alavanca 16 MaiaVanca variam. A soma dos momentos sobre o ponto pivô mostra que: em que fp = FSpgp e ; e F0R2 = 2FSpRSp sen cp + 2FSpppRsp cos cp, portanto [0044] A vantagem mecânica ideal da alavanca 16 Maiavanca, considerando que não há atrito e que o operador aplica a força aplicada 44 (Fo) tangente ao raio da alavanca R2, pode ser derivada como tal: portanto, a vantagem mecânica ideal da alavanca 16 é [0045] A mínima vantagem mecânica da alavanca Maiavanca ocorre quando o ângulo da alavanca φ for de 90°, já que sen 90° = 1, maximizando o denominador. [0046] A vantagem mecânica total M do conector elétrico mecanicamente auxiliado 12 é um produto tanto da vantagem mecânica da alavanca MaiaVanca quanto da vantagem mecânica Mramp da interface da coluna 30 e da rampa 36 M = MaiavancaMramp. A vantagem mecânica total M é uma função tanto do ângulo da alavanca φ quanto do ângulo da rampa 42 (Θ). [0047] Dado que a vantagem mecânica da alavanca 16 é mais alta na posição inicial 20 (φ,) e na posição final 22 (φ£> da alavanca e mais baixa em 90 °, a rampa 36 é desenhada com um ângulo da rampa 42 (inclinação) que é 'mais escarpado' em pontos inicial e final, mas 'menos escarpado' no meio. A inclinação desejada produz uma curva reminiscente de uma função trigonométrica, tais como seno ou cosseno, portanto, ela pode ser modelada como: em que A, B, C e D são constantes. [0048] Integrando esta equação para encontrar a forma da própria rampa 36: essencialmente, a combinação de uma linha reta, Dx, com uma função trigonométrica. [0049] Valores iniciais para os contatos A, B, C e D são selecionados como segue: [0050] Reconhecendo que D descreve a inclinação da linha de forma clássica y = mx + b (m sendo a inclinação da linha), D pode ser aproximado como a inclinação ou o ângulo da rampa básico 42. Portanto: [0051] Em x = 0, y = 0, portanto Esta equação é satisfeita somente se A = 0, B = co ou cos(C) = 0; cos(0 = 0 auando em que n é qualquer número inteiro. Como A Φ 0 e B afeta a frequência da função trigonométrica. Reconhecendo que a função cosseno é aplicada de 0 até 2π sobre o comprimento da rampa 36, [0052] A afeta a amplitude da função trigonométrica. A pode ser definido em um valor arbitrário de A = 0,1. [0053] Na realidade, a força de encaixe 34 não é constante, já que diferentes terminais ou conjuntos de terminais encaixarão em diferentes pontos ao longo do encaixe do conector elétrico mecanicamente auxiliado 12. Durante o acionamento de alavanca inicial, a força de encaixe 34 é muito baixa. Portanto, inicialmente, a alta vantagem mecânica do conector elétrico mecanicamente auxiliado 12 não é necessária e está sendo 'desperdiçada'. O desenho pode ser melhorado pelo ajuste da forma ou do perfil da rampa, mudando o ângulo da rampa 42 ao longo do comprimento da rampa 36 para melhor uso da vantagem mecânica da alavanca através do seu completo acionamento. Isto pode ser feito pela minimização da vantagem mecânica do conector elétrico 12, enquanto a força de encaixe 34 for baixa, e maximização da vantagem mecânica do conector elétrico 12 quando a força de encaixe 34 estiver em seu valor mais alto. A geometria da alavanca 16 não muda à medida que a alavanca 16 se move da posição inicial 20 (φΟ para a posição final 22 (cpf), portanto, não é possível fazer melhorias na alavanca 16. A inclinação da rampa 36 pode ser desenhada como uma função não linear de x, de maneira tal que sua inclinação seja mais alta inicialmente e mais baixa quando a força de encaixe 34 alcançar seu valor mais alto. Isto sugere uma rampa 36 caracterizada por uma curva com a equação com inclinação em vez de uma rampa linear com uma inclinação constante, da forma mostrada anteriormente. [0054] Dados os parâmetros de desenho da alavanca 16 e da rampa 36: Rsp - Distância entre coluna pivô e coluna deslizante 30 R2 - Distância entre ponto de contato do operador e coluna pivô nr - Número de rampas por corrediça ur - Coeficiente de atrito entre a rampa 36 e a coluna deslizante 30 us - Coeficiente de atrito entre controle deslizante 23 e as cavidades 24 no alojamento up - Coeficiente de atrito entre coluna da alavanca que impulsiona o controle deslizante 23 e o entalhe 26 no controle deslizante 23 lramp - Comprimento da rampa hramp - Altura da rampa Θ - Ângulo da rampa linear comparável φί - Ângulo da posição inicial da alavanca 20 4>f — Ângulo da posição final da alavanca 22 [0055] LFt(y) - Força de encaixe total dos terminais com base no número de terminais por tipo, a força de encaixe por tipo e o local dos terminais ao longo do eixo geométrico y, em que o conector elétrico mecanicamente auxiliado 12 encaixa ao longo do eixo geométrico y. [0056] ZFo(y) - Força de encaixe total das vedações e/ou dos anéis isolantes com base no local destes elementos ao longo do eixo geométrico y. [0057] O desenho da rampa 36 pode ser otimizado pelas seguintes etapas: 1. Desenvolver uma equação para descrever a força de encaixe em função y 2. Desenvolver uma equação para descrever a geometria da rampa 36 com uma ou mais constantes a serem otimizadas, de maneira tal que (b) y = f(x), de forma que a inclinação da rampa 36 seja (c) 3. Desenvolver uma equação para descrever o relacionamento entre x e o ângulo da alavanca φ, de maneira tal que (d) 4. Analisar forças que agem na coluna que impulsionam os controles deslizantes 23 A, 23B produz (e) Entendimento o relacionamento entre Θ as equações (a), (b), (c) e (e) podem ser combinadas, produzindo (f) 5. Analisar as forças que agem na alavanca 16 produz (g) 6. Substituir (f) em (g) simplifica Fo; e 7. Usar uma abordagem iterativa para otimizar mínimo Fomax de φι até φί, por exemplo, pelo ajuste de n, da forma mostrada nos seguintes exemplos das etapas a) até h): a) ; em que: b = 0; , este exemplo considera um aumento linear na força de encaixe, hramp também pode ser descrito como a sobreposição de contato do terminal exigida. b) , neste exemplo, n é uma variável que pode ser ajustada para otimizar a forma da rampa 36. c) d) χ(φ) = Rsp(cos φι - cos φ), derivado da geometria da alavanca em que n é iterativamente ajustado para otimizar mínimo Fomax de φ, até φΓ. [0058] Da forma mostrada na figura 11, o valor de pico resultante e a variação da força aplicada 46 de uma rampa 36 que tem um ângulo da rampa variável 42 são reduzidos quando comparados com o valor de pico resultante e a variação da força aplicada 48 de uma rampa que tem um ângulo da rampa constante. [0059] Desta maneira, um conector elétrico mecanicamente auxiliado 12 é provido. O desenho da alavanca 16 e das aberturas 28 no controle deslizante 23 do conector elétrico 12 reduz o valor de pico e a variação de uma força aplicada 44 para fazer uma conexão com um conector casado 14, quando comparado com a tecnologia anterior conhecida que utiliza uma rampa linear (isto é, reta). [0060] Embora esta invenção tenha sido descrita em termos das modalidades preferidas desta, não pretende-se que seja assim limitada, mas, em vez disto, apenas até a extensão apresentada nas seguintes reivindicações. Além do mais, o uso dos termos primeiro, segundo, etc. não denota nenhuma ordem de importância, mas, em vez disto, os termos primeiro, segundo, etc. são usados para distinguir um elemento do outro. Além do mais, o uso dos termos um, uma, etc. não denota uma limitação de quantidade, mas, em vez disto, denota a presença de pelo menos um dos itens referenciados.

Claims (4)

1. Conector elétrico (12), caracterizado pelo fato de que compreende: uma alavanca (16) acoplada de forma móvel ao conector elétrico (12) e móvel de uma primeira posição (20) para uma segunda posição (22); e um controle deslizante (23) acoplado de forma deslizável ao conector elétrico (12) e acoplado na alavanca (16) de maneira tal que movimento rotacional da alavanca (16) da primeira posição (20) para a segunda posição (22) mova o controle deslizante (23) lateralmente, em que o controle deslizante (23) define uma fenda (28) que tem um rampa (36) entre uma parte da abertura da fenda (38) e uma parte final da fenda (40), a dita rampa (36) configurada para encaixar uma coluna (30) de um conector casado (14) de uma maneira efetiva para impelir o conector elétrico (12) e o conector casado (14) em conjunto quando a alavanca (16) for movida da primeira posição (20) para a segunda posição (22), em que um ângulo da rampa (42) varia ao longo de um comprimento da rampa (36) para reduzir um valor de pico de uma força aplicada (44) para avançar a alavanca (16) da primeira posição (20) para a segunda posição (22) durante a conexão do conector elétrico (12) no conector casado (14).
2. Conector elétrico (12) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito ângulo da rampa (42) varia de acordo com uma vantagem mecânica da alavanca (16) para mover o controle deslizante (23).
3. Conector elétrico (12) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito ângulo da rampa (42) varia de acordo com uma força de encaixe (34) gerada pelo conector elétrico (12) e o conector casado (14) quando o conector elétrico (12) e o conector casado (14) forem impelidos em conjunto.
4. Conector elétrico (12) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o dito ângulo da rampa (42) varia adicionalmente de acordo com uma vantagem mecânica da alavanca (16) para mover o controle deslizante (23).
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