CN102648364A - 用于传递旋转运动的齿轮和联接体装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括齿轮（4）和联接体（6）的装置（2），所述联接体为了传递旋转运动与齿轮（4）形状锁合地连接。所述齿轮（4）和联接体（6）在此在相互朝向的端面（16，28）上具有各一种几何结构G_Z，G_K，所述几何结构与其它各个体的几何结构相关连地形成形状锁合连接。所述齿轮（4）和联接体（6）在此构造成烧结工艺制造的构件，相应的端面的几何结构G_Z，G_K被压入到所述齿轮（4）和联接体（6）中，通过所述几何结构所述齿轮（4）和联接体（6）相互定位。

Description

用于传递旋转运动的齿轮和联接体装置

技术领域

本发明涉及一种用于传递旋转运动以及随之产生的转矩的齿轮和联接体的装置，其中所述装置特别应用在用于车辆的变速器中。在此该车辆可以指陆地车辆，飞行器，船舶或它们的组合。

背景技术

按照现有技术的这种装置，特别是在车辆变速器领域中，优选以形状锁合连接的形式实施，其中联接体可具有带有环形的内啮合部的空隙，齿轮或者说档位轮（Gangrad）的套筒形区段或者说套环区段（Bundabschnitt）可利用环形的外啮合部安装到所述内啮合部中。在此，这两个偶联体（Paarungskörper）也能够作为附加的或替代的方案相互焊接在一起，比如借助于逐点进行的熔焊方法或至少局部连续的焊接，比如沿装置的圆周方向消除这两个偶联体之间的相对运动。这两个偶联体以及它们的相应的形成形状锁合连接的几何结构在此通过切削加工的处理由各一个坯件制造而成。为了进行焊接这两个偶联体必须进行切削再加工，以确保精确的定位。在前面所提到的实施例中，齿轮的外啮合部和联接体的内啮合部因此必须进行加工。

此外，这两个偶联体也要进行硬化。硬化在此可以在单件上进行或者在单件的组装好的状态中进行。硬化会导致不期望的过度的变形，所述变形必须在切削再加工过程中消除，以便能够确保尽可能精确的定位。

为了这两个偶联体能够相互同中心地作用并且由此能够确保相应较高的定位精度，形成形状锁合所属几何结构或者说元件同样需要切削再加工。

发明内容

本发明的任务在于，简化并且改进这种装置的制造。此外，该任务还在于提供一种方法和应用，所述方法和应用能够由有待接合的部件实现配合精确的制造，所述有待接合的部件施加转矩。

所述任务利用具有权利要求1的特征的装置得到解决。在从属权利要求中所给出的特征是技术方案的优选的设计方案和改进方案的主题。此外，在接下来的描述中给出了其它有利的特征，所述特征能够是技术方案的其它的设计方案和改进方案的主题。其它的特征在此可以相互组合和/或与权利要求书的特征组合。

提出一种齿轮和联接体的装置，其中为了传递旋转运动，联接体与齿轮形状锁合地连接。齿轮和联接体在相互朝向的端面上各具有一种几何结构，所述几何结构与各个另外的构件的几何结构相关联地形成形状锁合连接、尤其是插接连接部。在此，形状锁合连接可表示为插接连接部，所述形状锁合连接由至少一个包含在第一接合件中的凹槽以及至少一个包含在第二接合件中与凹槽互补的凸起构成。在此，齿轮和联接体构造为烧结工艺制造的构件，相应的端面的几何结构成型和/或压入到所述齿轮和联接体中，通过所述几何结构齿轮和联接体可相互定位。

在这两个偶联体的烧结工艺的制造时粉末状的物质被压制成有待烧结的压坯，也称作生坯。通过以下方法在烧结时压坯达到了其最终的强度：被压制的粉末状物质或者压坯或生坯在穿过烧结炉时通过扩散过程以及再结晶过程形成连续的晶体装置。烧结的过程是通常已知的于是这里不再详细解释。作为烧结材料优选、但不仅仅使用金属材料。特别优选的材料是铁基合金。作为金属材料能够使用具有足够强度的材料。优选能够使用通常作为齿轮材料的并在这个意义上借助于传动机构中的装置实现可靠的转矩传递的材料。

所提出的装置的优点在于，形成形状锁合的端面的几何结构不需要切削再加工。这种情况有利地节省了时间和金钱。此外，这种情况有利地引起两个偶联体制造的简化。此外，这种几何结构在此可有利地如此相互调整，从而在烧结工艺的制造过程中能够避免（vorhalten）几何结构的相应的通过硬化引起的不期望的过度的变形，这样的优是为取消了几何结构的再加工。此外，端面的几何结构上的优点是，其关于几何的设计方案承认显著的自由度。

在此需要指出的是，之所以选择“形状锁合连接”这个概念，是因为接合对（Fügepartner）之间的每种形状锁合连接的类型都是可能的。在此，对于形状锁合连接的设计方案来说重要的是，借助于形状锁合连接实现和/或支持转矩的传递。在实施例中，传动机构中的齿轮和联接体用作接合对。在此可以想象的是，有待接合的构件借助于形状锁合连接可如此接合，它们的中间轴线重合，从而仅仅基于形状锁合就可传递力和/或传递转矩。

在优选的设计方案中，两个偶联体的这种几何结构各对齐至少一条配属的纵轴线，从而使得偶联体有利地相互定中心作用。在此例如中间轴线或中心线或对于旋转对称的部件来说的对称轴线和/或中间轴线可表示为为纵轴线。旋转对称的构件优选用作传动机构中有待接合的构件。此外，齿轮和联接体还可以同轴地相互布置并形成至少一个共同的纵轴线，其中它们的纵轴线相互重合，这样通过纵轴线形成了共同的旋转中心点或者共同的转轴。所述共同的纵轴线在此例如能够至少是提出的装置的中间轴线。

在另一种优选的设计方案中，如此设计形成插接连接部的几何结构，从而齿轮的几何结构优选至少设有多个凹槽，联接体的几何结构的各一个突出部分或者凸起嵌入到所述凹槽中。作为替代的或者附加的方案联接体也设有多个凹槽，齿轮的各一个互补地构造的突出部分嵌入到所述凹槽中。

在此，插接连接部在优选的实施方式中优选构造成插接啮合部的形式，其中优选齿轮在端面上优选在齿根圆直径与套筒形区段之间的区域中具有多个沿圆周方向的凹槽，所述凹槽通过各个接片区段相互隔开，其中所述各个接片区段优选从环形的凸缘（Ansatz）一直延伸到套筒形区段。接片区段在此优选均匀地相互等隔开。联接体在此相反在配属于齿轮的端面上具有多个齿形元件，所述齿形元件沿圆周方向布置并且分别从端面延伸到齿轮的凹槽的其中之一中。这些齿形元件在此在其形状装置设计上与联接体的凹槽相符，从而齿轮和联接体可无间隙地接合。这些凹槽在此对齐配属于齿轮的纵轴线，反之，齿形元件对齐配属于联接体的纵轴线，这样齿轮和联接体就可以有利地相互定心作用。

替代地或者附加地为此联接体也能够例如以类似的方式沿圆周方向设有多个凹槽，各一个相应地构造的齿和/或齿轮的以其它类型构造的突出部分嵌入到所述凹槽中。

在另一种优选的设计方案中，齿轮和联接体附加地材料锁合地相互连接。在此至少逐点地构造所述材料锁合连接。这样的逐点材料锁合连接的优点是，在制造所述材料锁合连接时的花费最小。此外，逐点的材料锁合连接、例如逐点的熔焊方法为有待接合的构件提供热输入最小的优点。为此替代地或者附加地，材料锁合连接也可以至少局部地、例如沿圆周方向连续地构造。在此，为了形状锁合连接齿轮与联接体可以熔焊和/或钎焊和/或粘贴在一起。

按照另一种优选的设计方案，齿轮和联接体附加地相对彼此敛缝，从而有利地停止了齿轮和联接体之间的、优选沿两个偶联体的纵向的相对运动。敛缝提供的优点是可靠的转矩传递，因为偶联体或接合件不可分开地相互连接。

在此，齿轮的套筒形区段或者说套环区段优选穿过联接体的相应的空隙突出出来，其中套筒形区段在端面上为了至少逐点地进行敛缝（Verstemmung），优选进行滚压。由此造成的突起保证了齿轮与联接体之间的物理连接，其中所述连接能够实现齿轮相对于联接体沿装置的纵向的定位。

此外提出一种由按照之前所述的类型的齿轮和联接体组成的装置用于车辆变速器的应用，其中车辆可以构造为陆地车辆，飞行器，船舶或它们的组合。在此，变速器可以构造为传统的手动变速器或者优选构造为自动变速器。

附图说明

下面参考附图对本发明的实施例进行详细的解释。来自于附图和附属的描述的特征在此并不限于相应的实施例。这些特征也不受限制地列出。更确切的说，所述特征用于说明示例性的实施方式。此外，各个关于技术方案的可能的其它设计方案和改进方案的特征可相互组合以及可与来自上述的描述中的特征组合，其中这些其它的设计方案和改进方案并未单独地示出。附图示出：

图1是齿轮和联接体的所提出的装置的三维示图和以及所述装置沿剖面线B-B的横截面示图；

图2 是在图1中所示的齿轮的二维示图以及所述齿轮沿剖面线C-C的横截面示图；

图3是在图1中所示的联接体的二维示图以及所述联接体沿剖面线D-D的横截面示图；

图4 是所述齿轮的三维的示图，在视图中示出了有待与联接体接合的侧面；

图5 是所述联接体的三维的示图，在视图中示出了有待与齿轮接合的侧面；

图6是所述联接体的三维的示图，在视图中示出了背离齿轮的侧面；

图7 是联接体的另一种实施方式的三维示图，在视图中示出了有待与齿轮接合的侧面；

图8 是根据图7的联接体的三维示图，在视图中示出了背离齿轮的侧面；

图9 齿轮的三维示图，在视图中示出了有待与根据图7和图8的联接体接合的侧面。

相同的附图标记在下面代表相同的或者同类的构件。

具体实施方式

在图1中示出的装置1包括作为具有优选斜齿的圆柱齿轮的齿轮2以及联接体3，为了传递旋转运动所述联接体与齿轮2形状锁合地连接并在此形成插接连接部。插接连接部优选构造成插接啮合部的形式。在此，齿轮2和联接体3在相互朝向的端面4，5上具有各一个几何结构Gz，Gk（参见图2和图3），所述几何结构与各个其它体2，3的几何结构Gz，Gk相关连地形成插接啮合部。齿轮2和联接体3在此用烧结工艺制造并且分别优选构造一体式的构件2，3，相应的端面的几何结构Gz，Gk压入和/或成型（eingeformt）到所述构件中，通过所述几何结构齿轮2和联接体3可相互定位。作为替代方案，齿轮2和联接体3也可以是分别至少由两部分接合在一起的构件。作为烧装置件的构造为相对于开始提到的现有技术的重要的改进奠定了基础，建立所述构造的原因在于，有利地省略了用于制成型成插接啮合部的几何结构Gz，Gk的切削加工过程。

在两个偶联体（Paarungskörper）2，3的烧结工艺的制造时粉末状的物质分别被压制成有待烧结的压坯（Pressling）、也称作生坯（Grünling）。通过以下方法在烧结时压坯达到了其最终的强度：被压制的粉末状物质或者说压坯或生坯在穿过烧结炉时特别通过扩散过程以及再结晶过程形成连续的晶体装置。此外，上述的烧结工艺的制造除了传统的烧结工艺之外也还应该理解为烧结锻造工艺，所述烧结锻造工艺应表示一种从属于传统烧结工艺的思路，以便提供具有更高密度和强度的烧装置件2，3。

图2示出了齿轮2的俯视图以及齿轮2沿线C-C的剖面图。图2中上部的图示示出了齿轮2的俯视图，所述俯视图示出了有待与联接体3接合的端面4。齿轮2优选在端面4上在优选齿根圆直径D_FK（参见图9）与套筒形区段或者说套环区段6之间的区域中具有多个沿圆周方向的凹槽7，所述凹槽通过各个接片区段8相互隔开。所述各个接片区段8在此优选均匀地相互隔开并且优选从环形的凸缘9延伸到套筒形区段6，其中环形的凸缘9的直径大于套环区段6的外径并且小于齿轮2的齿根圆直径D_FK。

图3示出了联接体3的一种优选的实施方式的俯视图以及联接体3沿线D-D的剖面图。图3中上部的图示示出了联接体3的俯视图，所述俯视图示出了有待与齿轮2 接合的端面5。相反地，联接体3优选在配属于齿轮2的端面5上具有多个齿形元件10，所述齿形元件沿圆周方向布置并且分别从端面5延伸到凹槽7的其中之一中，所述齿形元件在其几何设计方案中与所述凹槽相对应。在此，凹槽7优选与配属于齿轮2的纵轴线11对齐，反之，齿形元件10优选与配属于联接体3的纵轴线12对齐。不仅纵轴线11而且纵轴线12分别是配属的中间轴线，其中所述两条中间轴线11，12优选同轴地相互布置并在此形成装置1的共同的纵轴线13。

除了这种形状锁合连接之外，齿轮2和联接体3也可以通过以下方法材料锁合地相互连接：齿轮2与联接体3熔焊和/或钎焊和/或粘贴在一起，以便消除两个偶联体2，3之间的相对运动。在此优选至少逐点地构造成材料锁合连接。作为附加的或者替代的方案，这种材料锁合连接也能够是至少局部连续的、例如沿圆周方向构造。

此外，替代地或者除了材料锁合连接外，齿轮2和联接体3也能够彼此相对地敛缝（verstemmt）。在此，齿轮2的套筒形区段6优选穿过联接体3的相应的空隙14突出出来，其中套筒形区段6至少逐点地进行滚压，从而通过套筒形区段6的塑性变形产生的突起（Wulst）保证了齿轮2与联接体3之间的物理连接，所述突起消除了两个接合件2，3之间的相对运动。

在此，这种提出的装置1优选应用于作为车辆用的变速器中所谓锁止装置和同步装置的组成部分，其中利用锁止装置和同步装置能够简单并无噪声地换挡，只要换档联接套（Schaltmuffe）与所述联接体3具有相同的转速，所述联接体为了换入相应的档位通过其啮合部或者说换挡啮合部15与换挡联接套形状锁合地共同作用。所谓的中间同步环嵌入到优选在联接体3中形成的、优选矩形的凹部16中，所述凹部优选沿联接体3的圆周方向均匀地相互隔开。这种中间同步环在此包括与凹部16的数量相对应的数量的所谓的底接板（Fusslaschen），所述底接板嵌入到凹部16中。这种锁止装置和同步装置的基本结构和基本工作原理从文献中得出。这里比如参阅专业书籍 Kraftfahrzeugtechnik der Europa-Fachbuchreihe（欧洲专业丛书车辆技术卷）（第25版）（参见372页）或参阅专业书籍Das kraftfahrzeugtechnische Taschenbuch von Bosch（博世车辆技术手册）（第23版），它们的对锁止装置和同步装置的相应的描述就此成为发明的公开内容。所述变速器在此优选也能够是自动变速器。

在图4中示出齿轮2的三维图示。齿轮具有孔17，通过所述孔齿轮2可定位在轴上或轴线上。齿轮2在外圆周上具有带有斜齿的圆柱齿轮形式的啮合部18。通过啮合部18可承受或传递转矩或力。齿轮2在示出的实施方式中构造成一体的烧结件。烧结件2此时在制造过程中如此精确地成型、压制和烧结，从而能够省略再加工步骤或者至少把再加工步骤减少到最低限度。

凹槽7作为用于轴向地传递力的机构成型到齿轮2中，所述凹槽的在其形状上与齿形元件的逆形状相符。凹槽7在套环区段6上环绕地以统一的直径插入到齿轮2中。凹槽7是用于传递联接体3和齿轮2组成的装置的转矩的形状锁合连接的一部分。到齿轮2中的造型8形成了端面4中的凹槽7。套环区段6具有外径D_A，所述外径和联接体3中的空隙14相对应，其中套环接片6可接合到空隙14中。在齿轮2和联接体3接合时空隙14在套环接片6上移动。移动一直进行直到齿形元件10贴靠到凹槽7中。通过将齿形元件10贴靠到齿轮2的凹槽7中就产生了用于传递转矩的形状锁合连接。如果比如通过斜齿18将转矩导入到齿轮2中并且联接体3形状锁合地位于齿轮2上，那么转矩就可以借助于换档啮合部15导出。

图6示出了联接体3的三维视图，并且在视图中示出了背离齿轮2侧面19。通过将联接体3推到套环接片6上以及将齿形元件10接合到凹槽7中，齿轮2和联接体3如此相互对齐，从而齿轮2和联接体3的中间轴线11，12相互重合并且形成装置1的中间轴线13。

图7示出了本发明的另一种实施方式并且特别示出了联接体20的另一种几何结构G_K。视图示出了有待与齿轮21接合的端面22的三维视图。联接体20除几何结构G_K的构造之外与联接体3相同。与联接体3相反，联接体20的端面22上的凸起23不形成齿形，而是构造成波浪形的。凸起23以相同的直径布置并且有规律地围绕空隙24布置在联接体20上。凸起23从端面22上突出来并通过接片24隔开，其中接片24相对于端面22处于一个平面中。凸起23能够具有从内径D1到外径的统一的宽度B。在根据图7的实施例中凸起23构造成锥形。锥形在此意味着，宽度B从内径D1出发向外部的换档啮合部15增大。凸起23的锥形扩宽通过锥形延伸的线26在波形的凸起23上标示出来。

图8示出了根据图7所示的联接体20的三维俯视图，所述视图示出了背离齿轮的端面27。套环接片28同样成型到联接体20上。联接体20在本实施例中构造成一体的。但按照本发明同样可以设想，联接体20以及附属的齿轮21可以构造成多部分的。套环接片28用于进一步稳定联接体20与齿轮21之间的形状锁合连接。

图9示出了齿轮21的替代的实施方式的三维俯视图。齿轮21环绕地具有啮合部29，所述啮合部构造成渐开线形状的斜齿。套环接片30伸出啮合部29并且形成用于联接体20的空隙24的导向部。在套环接片30的外径D_A上掏制凹槽31，所述凹槽构造成相对于凸起23互补的凹槽31，也就是说，凸起23以如下的方式与凹槽31协同作用：凸起23在圆周上形状锁合地相互嵌接。凹槽31在此从套环接片30的外径D_A出发一直延伸到达凹槽31的直径D_V，其中凹槽31的直径D_V总是小于齿轮21的啮合部29的齿根圆直径D_FK。凹槽31位于齿轮21的端面32中并从直径D_A延伸到直径D_V，其中凹槽31的直径D_V大于导向套筒30的直径D_A并小于啮合部29的齿根圆直径D_FK。

在齿轮2，21与联接体3，20接合后产生了接合构件2，3，20，21的相对位置，如在图1中示例性地示出。在接合后，构件2，3，20，21形状锁合地或机械地连接起来。在形状锁合连接的情况下，例如在图1所示的区域33中对构件2，3，20，21进行焊接。然而在区域33中也可将构件2，3，20，21以及尤其是套环接片6，28，30敛缝。敛缝和/或形状锁合的连接提高了传递力或转矩时的安全性。

如所示的那样，齿轮2，21与联接体3，20之间的形状锁合连接的几何设计方案不是固定的。由此可以设想的是，构造齿轮2，21与联接体3，20之间的几何形状，所述几何形状能够协同作用并且能够具有任意的形状。由此例如可以设想的是，凸起10，23和/或凹槽7，31在齿轮2，21和/或联接体3，20中存在梯形的，齿形的，弧形的，正弦形的，波浪形的形状。当然也可以设想的是，齿轮2，21和/或联接体3，20中的凸起10，23和凹槽7，31构造成交替的，也就是说，在齿轮2，21和/或联接体3，20中依次构造凸起10，23和凹槽7，31。可以设想的是，在齿轮2，21和/或联接体3，20的圆周上的凸起10，23和/或凹槽7，31的结构是非对称的。也可以设想的是，齿轮2，21和/或联接体3，21中的凸起10，23和/或凹槽7，31为了建立形状锁合连接与齿轮2，21的套环接片6，28，30以及联接体3，20中的空隙共同作用。于是通过联接体3，20与齿轮2，21的套环接片上的空隙与齿轮2，21和/或联接体3，20中的凸起10，23和/或凹槽7，31之间的配合的组合形成形状锁合连接。

Claims (16)

1.包括齿轮（2，21）和联接体（3，20）的装置（1），所述联接体为了传递旋转运动与齿轮（2，21）形状锁合地连接，其特征在于，所述齿轮（2，21）和联接体（3，20）在相互朝向的端面（4，5，27，32）上具有各一种几何结构（G_Z，G_K），所述几何结构与各个其它构件（2，3，20，21）的几何结构相关连地形成形状锁合连接，其中所述齿轮（2，21）和联接体（3，20）分别构造成烧结工艺制造的构件，并且其中相应的端面的几何结构（G_Z，G_K）被压入到所述齿轮（2，21）和联接体（3，20）中，通过所述几何结构所述齿轮（2，21）和联接体（3，20）可相互定位。

2.按权利要求1所述的装置（1），其特征在于，所述几何结构（G_Z，G_K）具有对齐至少一条配属的纵轴线（11，12）的各一个对齐部。

3.按权利要求1或2所述的装置（1），其特征在于，所述齿轮（2，21）和联接体（3，20）同轴地相互布置并且形成至少一条共同的纵轴线（13）。

4.按权利要求1至3中任一项所述的装置（1），其特征在于，如此设计形成插接连接部的几何结构（G_Z，G_K），从而优选至少所述齿轮（2，21）的几何结构（G_Z）设有多个凹槽，所述联接体（3，20）的几何结构（G_K）的各一个突出部分嵌入到所述凹槽中。

5.按权利要求4所述的装置（1），其特征在于，所述插接连接部构造成插接啮合部的形式，其中所述齿轮（2，21）在端面（4，32）上在齿根圆直径（D_FK）和套筒形区段（6，30）之间的区域中具有多个沿圆周方向的凹槽（7，31），所述凹槽通过各个接片区段（8）相互隔开，其中所述各个接片区段（8）从凹槽（7，31）的直径（D_V）一直延伸到套筒形区段（18）的直径（D_A），并且其中所述联接体（3，20）在配属于齿轮（2，21）的端面（19，22）上具有多个凸起（10，23），所述凸起沿圆周方向布置并且分别从所述端面（19，22）延伸到凹槽（6，30）的其中之一中，其中所述凹槽（6，30）对齐配属于所述齿轮（2，21）的纵轴线（11），反之，齿形元件（10，23）对齐配属于所述联接体（3，20）的纵轴线（12）。

6.按权利要求5所述的装置（1），其特征在于，所述接片区段（8）均匀地相互隔开。

7.按权利要求1至6中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述齿轮（2，21）和联接体（3，20）材料锁合地相互连接。

8.按权利要求7所述的装置（1），其特征在于，至少逐点地构造所述材料锁合连接。

9.按权利要求8所述的装置（1），其特征在于，逐点地和/或连续地沿圆周方向构造所述材料锁合连接。

10.按权利要求7至9中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述齿轮（2，21）与联接体（3，20）熔焊和/或钎焊和/或粘贴在一起。

11.按权利要求1至10中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述齿轮（2，21）和联接体（3，20）彼此相对地敛缝。

12.按权利要求11所述的装置（1），其特征在于，所述齿轮(2，21)的套筒形区段（6，30）穿过联接体（3，20）的相应的空隙（14，24）突出出来，其中所述套筒形区段（6，30）在端面上至少逐点地进行滚压，从而使得由此造成的突起保证了所述齿轮(2，21)与联接体3之间的物理连接。

13.用于制造包括齿轮（2，21）和联接体（3，20）的装置（1）的方法，其中，为了传递旋转运动所述联接体（3，20）和齿轮（2，21）形状锁合地连接，其特征在于，所述齿轮（2，21）和联接体（3，20）作为烧结工艺制造的构件借助于在相互朝向的端面（4，5，27，32）上构造的几何结构形状锁合地接合在一起，其中相应的端面的几何结构（G_Z，G_K）压入到在之前的方法步骤中的齿轮（2，21）和联接体（3，20）中，从而使得所述齿轮（2，21）和联接体（3，20）可相互定位。

14.按权利要求13所述的方法，其特征在于，所述齿轮（2，21）和联接体（3，20）在接合后不可分离地连接在一起。

15.由按权利要求1至12中任一项所述的齿轮（2，21）和联接体（3，20）构成的装置（1）用于车辆的变速器的应用，其中所述车辆可以构造成陆地车辆，飞行器，船舶或它们的组合。

16.按权利要求15所述的应用，其特征在于，所述变速器构造为自动变速器。

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