CN104094021A - 多级变速器 - Google Patents

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Abstract

具有八个前进挡和一个倒挡的多级变速器包括四个行星齿轮组(P1、P2、P3、P4)、八个可转动的轴(1、2、3、4、5、6、7、8)以及五个切换元件(03、04、15、27、56、57、67)，其中，第一行星齿轮组(P1)的太阳轮与第三轴(3)连接，该第三轴能经由第一制动器(03)耦联于壳体(G)上并且该第三轴与第四行星齿轮组(P4)的齿圈连接，驱动轴(1)与第一行星齿轮组(P1)的行星架连接并且可经由第一离合器(15)可松脱地与第五轴(5)连接，该第五轴与第二行星齿轮组(P2)的齿圈和第四行星齿轮组(P4)的太阳轮连接，第一行星齿轮组(P1)的齿圈与连接于第二行星齿轮组(P2)的太阳轮的第六轴(6)连接。

Description

多级变速器
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1前序部分所述的行星齿轮结构方式的多级变速器、特别是用于机动车的自动变速器。
背景技术
自动变速器、特别是用于机动车的自动变速器根据现有技术包括多个行星齿轮组，这些行星齿轮组借助摩擦元件或者说切换元件、如离合器和制动器被切换并且通常与承受打滑作用的并且选择性地配设有桥接离合器的起动元件、如液力变矩器或液力耦合器连接。
这样的自动变速器例如由本申请人的DE 199 12 480 B4已知。该自动变速器包括三个单行星架行星齿轮组以及三个制动器和两个离合器用于切换六个前进挡和一个倒挡，并且包括一个驱动轴和一个从动轴，其中，第一行星齿轮组的行星架与第二行星齿轮组的齿圈固定连接，第二行星齿轮组的行星架与第三行星齿轮组的齿圈固定连接，并且驱动轴直接与第二行星齿轮组的太阳轮连接。
此外，在该已知的变速器中规定，驱动轴可经由第一离合器与第一行星齿轮组的太阳轮连接并且可经由第二离合器与第一行星齿轮组的行星架连接，第一行星齿轮组的太阳轮可经由第一制动器与变速器的壳体连接并且第一行星齿轮组的行星架可经由第二制动器与变速器的壳体连接，第三行星齿轮组的太阳轮可经由第三制动器与变速器的壳体连接。变速器的从动轴与第三行星齿轮组的行星架和第一行星齿轮组的齿圈固定连接。
另外，由DE 29 36 969 A1公开了一种九挡多级变速器；其包括八个切换元件和四个行星齿轮组，其中一个行星齿轮组用作前置变速器并且主变速器包括一个辛普森行星齿轮组和另一用作反转变速器的行星齿轮组。
其它的多级变速器例如由本申请人的DE 10 2005 010 210 A1和DE 10 2006 006 637 A1公开。
一般而言可自动换挡的行星齿轮结构方式的车辆变速器已在现有技术中被多次描述并且始终被进一步开发和改进。这些变速器应当要求小的结构耗费、尤其是少量的切换元件，并且在顺序换挡方式时避免双切换、即避免接通或断开两个切换元件，从而在定义的挡组中换挡时分别仅变换一个切换元件。
由本申请人的DE 10 2008 000 428 A1公开了一种行星齿轮结构方式的多级变速器，该多级变速器具有设置在一个壳体中的驱动端和从动端。在该已知的变速器中设有至少四个行星齿轮组(以下称为第一、第二、第三和第四行星齿轮组)、至少八个可转动的轴(以下称为驱动轴、从动轴、第三、第四、第五、第六、第七和第八轴)以及至少六个切换元件，所述切换元件包括多个制动器和多个离合器，所述切换元件的选择性接合引起在驱动端和从动端之间的不同传动比，从而优选能实现九个前进挡和一个倒挡。
在此优选构造成负传动比行星齿轮组、即设有负的固定传动比(Standgetriebeübersetzung)的第一和第二行星齿轮组构成一个可切换的前置齿轮组，第三和第四行星齿轮组构成主齿轮组。
在该已知的多级变速器中规定，第一和第二行星齿轮组的行星架经由第四轴彼此耦联，该第四轴与主齿轮组的一个元件连接，第一行星齿轮组的齿圈与第二行星齿轮组的太阳轮经由第八轴耦联，该第八轴可经由第一离合器可松脱地与驱动轴连接并且第一行星齿轮组的太阳轮可借助第三轴经由第一制动器耦联于变速器的壳体上并且可经由第二离合器可松脱地与驱动轴连接，第二行星齿轮组的齿圈可借助第五轴经由第二制动器耦联于变速器的壳体上。此外，第七轴与主齿轮组的至少一个元件固定连接并且可经由第三制动器耦联于变速器的壳体上，第六轴与主齿轮组的至少一个另外的元件固定连接并且可经由第三离合器可松脱地与驱动轴连接；从动轴与主齿轮组的至少一个另外的元件固定连接。
优选在该已知的变速器中，第四轴与第三行星齿轮组的齿圈固定连接，第六轴与第四行星齿轮组的齿圈并且与第三行星齿轮组的行星架固定连接并且可经由第三离合器可松脱地与驱动轴连接。另外，第七轴与第三和第四行星齿轮组的太阳轮固定连接并且可经由第三制动器耦联于变速器的壳体上。输出在此通过与第四行星齿轮组的行星架固定连接的从动轴进行。另外，第三和第四行星齿轮组可合并或者说减少成一个具有一个共同行星架和一个共同齿圈的拉威娜式齿轮组。
发明内容
本发明所基于的任务在于，提出一种开头所提类型的多级变速器，该多级变速器包括设有足够传动比的八个前进挡和一个倒挡，并且在该多级变速器中结构耗费和结构尺寸、尤其是结构长度、或重量被优化并且效率在拖曳损失和啮合损失方面得到改善。另外，在根据本发明的多级变速器中应有少量的支承力矩作用于切换元件。此外，变速器尤其应适合用于前置-横向-安装方式。
所述任务根据本发明通过权利要求1的特征来解决。其它的优点和有利的设计方案由从属权利要求得出。
据此建议一种行星齿轮结构方式的根据本发明的多级变速器，该多级变速器具有设置在一个壳体中的驱动端和从动端。此外，设有至少四个行星齿轮组(以下称为第一、第二、第三和第四行星齿轮组)、八个可转动的轴(以下称为驱动轴、从动轴、第三、第四、第五、第六、第七和第八轴)以及至少五个优选构造为片式切换元件或形锁合切换元件的切换元件，所述切换元件包括两个制动器和三个离合器，所述切换元件的选择性接合引起在驱动端和从动端之间的不同传动比，从而优选能实现八个前进挡和一个倒挡。
第一、第二和第四行星齿轮组优选构造成负传动比行星齿轮组，第三行星齿轮组优选构造成正传动比行星齿轮组。
一个单级的负传动比行星齿轮组已知包括一个太阳轮、一个齿圈和一个行星架，在该行星架上可转动地支承有行星齿轮，这些行星齿轮分别与太阳轮和齿圈啮合。由此，齿圈在行星架固定的情况下具有与太阳轮相反的转动方向。与此相对地，一个单级的正传动比行星齿轮组包括一个太阳轮、一个齿圈和一个行星架，在该行星架上可转动地支承有内侧的和外侧的行星齿轮，其中，所有内侧的行星齿轮与太阳轮啮合、而所有外侧的行星齿轮与齿圈啮合，每个内侧的行星齿轮分别与一个外侧的行星齿轮啮合。由此，在行星架固定的情况下，齿圈具有与太阳轮相同的转动方向并且正的固定传动比产生。
根据本发明，第一行星齿轮组的太阳轮与第三轴连接，该第三轴可经由第一制动器耦联于变速器的壳体上并且该第三轴与第四行星齿轮组的齿圈连接，驱动轴与第一行星齿轮组的行星架连接并且可经由第一离合器可松脱地与第五轴连接，该第五轴与第二行星齿轮组的齿圈和第四行星齿轮组的太阳轮连接。
另外，第一行星齿轮组的齿圈与变速器的连接于第二行星齿轮组的太阳轮的第六轴连接，第八轴与第四行星齿轮组的行星架和第三行星齿轮组的太阳轮连接并且连接于第三行星齿轮组的行星架的第四轴可经由第二制动器耦联于变速器的壳体上。
另外，变速器的从动轴与第三行星齿轮组的齿圈连接并且可经由第二离合器可松脱地与连接于第二行星齿轮组的行星架的第七轴连接，并且根据本发明设有另一离合器，通过该另一离合器的闭合可锁止第二行星齿轮组。
根据本发明的第一种实施方式，所述另一离合器构造成将第六轴与第七轴可松脱地连接的离合器，从而通过第二行星齿轮组的太阳轮与第二行星齿轮组的行星架的耦联可锁止第二行星齿轮组。
在本发明的另一种实施方式的范围内，所述另一离合器可构造成将第六轴与第五轴可松脱地连接的离合器，从而通过第二行星齿轮组的齿圈与第二行星齿轮组的太阳轮的耦联可锁止第二行星齿轮组。
此外，所述另一离合器可构造成将第五轴与第七轴可松脱地连接的离合器，从而通过第二行星齿轮组的行星架与第二行星齿轮组的齿圈的耦联可锁止第二行星齿轮组。
优选，其中两个行星齿轮组沿径向观察上下相叠地设置，这致使达到非常短的结构长度，变速器由此可以按前置-横向安装方式安装到轿车中。
以有利的方式，第二行星齿轮组沿径向观察设置在第一行星齿轮组上方。在本发明的其他实施方式的范围内，各行星齿轮组的轴向顺序可以是任意的；此外，各行星齿轮组可以沿轴向观察相继设置。
通过多级变速器的按照本发明的设计方案，得到多级变速器的特别适合于轿车的传动比以及提高的总速比范围，由此实现行驶舒适性的改善和显著的消耗降低。
此外，利用按照本发明的多级变速器通过少量的切换元件显著降低结构耗费。利用按照本发明的多级变速器以有利的方式可以利用液力变换器、外部的起动离合器或者也利用其他适合的外部起动元件实施起动。也可想到，利用集成在变速器中的起动元件能实现起动过程。优选地，一个在第一前进挡中和倒挡中被操纵的切换元件是适合的。
此外，在按照本发明的多级变速器中在主行驶挡中在拖曳损失和啮合损失方面得到好的效率。
此外，在多级变速器的切换元件和行星齿轮组中存在小的转矩，由此以有利的方式降低在多级变速器中的磨损。此外，通过小的转矩能实现相应小的尺寸化，由此降低所需的结构空间和相应的成本。此外，在各轴、切换元件和行星齿轮组中也存在小的转速。
另外，根据本发明的变速器这样设计，使得在力流方向和空间方面能实现可匹配于不同的动力系统设计。
附图说明
下面参考附图示例性更详细地阐述本发明。在这些附图中：
图1示出根据本发明的多级变速器的第一种优选实施方式的示意图；
图2示出根据本发明的多级变速器的第二种优选实施方式的示意图；
图3示出根据本发明的多级变速器的第三种优选实施方式的示意图；
图4示出用于根据图1、2和3的多级变速器的示例性换挡示意图；和
图5示出根据图1的实施方式的混合动力方案的示意图。
具体实施方式
在图1中示出一种根据本发明的多级变速器，其包括一个驱动轴1、一个从动轴2和四个行星齿轮组P1、P2、P3和P4，它们设置在一个壳体G中。第一、第二和第四行星齿轮组P1、P2、P4在图1所示的示例中构造为负传动比行星齿轮组，而第三行星齿轮组P3构造为正传动比行星齿轮组。根据本发明，所述行星齿轮组P1、P2、P4中的至少一个行星齿轮组可构造为正传动比行星齿轮组，当行星架连接和齿圈连接同时更换并且固定传动比的值与作为负传动比行星齿轮组的实施方式相比提高1时。
在所示的实施例中，第二行星齿轮组P2沿径向观察设置在第一行星齿轮组P1上方；各行星齿轮组沿轴向观察按第一行星齿轮组P1/第二行星齿轮组P2、第三行星齿轮组P3、第四行星齿轮组P4的顺序设置。在本发明的其它实施方式的范围内，各行星齿轮组的轴向顺序可以是任意的。此外，各行星齿轮组可沿轴向观察相继设置、优选按第一行星齿轮组P1、第二行星齿轮组P2、第三行星齿轮组P3、第四行星齿轮组P4的顺序设置。
如由图1可见，设有五个切换元件，即两个制动器03、04和三个离合器15、27和67。各切换元件的空间布置可以是任意的并且仅仅受尺寸和外部造型限制。变速器的离合器和制动器优选构造成摩擦锁合的切换元件或形锁合的切换元件。
利用这些切换元件可实现八个前进挡和一个倒挡的选择性换挡。根据本发明的多级变速器总共具有八个可转动的轴、即轴1、2、3、4、5、6、7和8，其中，驱动轴构成变速器的第一轴1，而从动轴构成变速器的第二轴2。输出横向于驱动轴1的纵轴线进行，由此可实现前置-横向-安装方式。
根据本发明在根据图1的多级变速器中规定，第一行星齿轮组P1的太阳轮与第三轴3连接，该第三轴可经由第一制动器03耦联于变速器的壳体G上并且该第三轴与第四行星齿轮组P4的齿圈连接，驱动轴1与第一行星齿轮组P1的行星架连接并且可经由第一离合器15可松脱地与第五轴5连接，该第五轴与第二行星齿轮组P2的齿圈和第四行星齿轮组P4的太阳轮连接。
如由图1可见，第一行星齿轮组P1的齿圈与连接于第二行星齿轮组P2的太阳轮的第六轴6连接，第八轴8与第四行星齿轮组P4的行星架和第三行星齿轮组P3的太阳轮连接。连接于第三行星齿轮组P3的行星架的第四轴4可经由第二制动器04耦联于变速器的壳体G上。
另外，从动轴2与第三行星齿轮组P3的齿圈连接并且可经由第二离合器27可松脱地与连接于第二行星齿轮组P2的行星架的第七轴7连接，并且根据本发明设有另一离合器，通过该另一离合器的闭合可锁止第二行星齿轮组P2。
在图1所示的实施例中，所述另一离合器构造成将第六轴6与第七轴7可松脱地连接的第三离合器67，从而通过行星架与太阳轮的耦联可锁止第二行星齿轮组P2。
根据本发明，所述另一离合器可构造成将第五轴5与第六轴6可松脱地连接的第四离合器56；以这种方式通过太阳轮与齿圈的耦联来锁止第二行星齿轮组P2。该实施方式为图2的技术方案。在此第一和第四离合器15、56沿轴向观察优选彼此并排设置并且可具有一个共同的外部片载体。
此外，参考按照图3的实施例，所述另一离合器可构造成将第五轴5与第七轴7可松脱地连接的第五离合器57，从而通过行星架与齿圈的耦联来锁止第二行星齿轮组P2。在此，第一和第五离合器15、57沿轴向观察优选彼此并排设置并且可具有一个共同的外部片载体。
参考图1、2和3，输出横向于驱动轴1的纵轴线进行；从动轴2沿轴向观察设置在沿径向观察上下相叠地设置的第一和第二行星齿轮组P1、P2与第三行星齿轮组P3之间。
在图4中示出根据图1、2和3的多级变速器的示例性的换挡示意图。对于每个挡闭合三个切换元件。从该换挡示意图可以示例性地得出各个挡位的各自的传动比i和可由此确定的向下一更高挡的挡速比间隔或者说级速比间隔φ，其中，值8.040是变速器的速比范围。
在所示的示例中，构造成负传动比行星齿轮组的行星齿轮组P1、P2、P4的固定传动比的值分别为-1.720、-1.630和-1.580，构造成正传动比行星齿轮组的第三行星齿轮组P3的固定传动比为1.970。由图4可见，在顺序换挡方式时分别仅须接通一个切换元件并断开一个切换元件，因为两个相邻的挡位共用两个切换元件。此外可见，在多个小的挡速比间隔时得到一个大的速比范围。
通过闭合第一和第二制动器03、04以及第一离合器15得到第一前进挡，通过闭合第一和第二制动器03、04以及第三离合器67得到第二前进挡，通过闭合第二制动器04以及第一和第三离合器15、67得到第三前进挡，通过闭合第二制动器04以及第二和第三离合器27、67得到第四前进挡，通过闭合第二制动器04以及第一和第二离合器15、27得到第五前进挡，通过闭合第一、第二和第三离合器15、27、67得到第六前进挡，通过闭合第一制动器03和第一与第二离合器15、27得到第七前进挡，并且通过闭合第一制动器03和第二与第三离合器27、67得到第八前进挡，并且通过闭合第一和第二制动器03、04与第二离合器27得到倒挡。
对于图2所示的实施方式而言，换挡示意图与根据图4的换挡示意图的区别仅在于，以第四离合器56代替第三离合器67，并且对于根据图3的变速器的情况而言，以第五离合器57代替第三离合器67。
通过在第一前进挡中和在倒挡中闭合第一和第二制动器03、04，可将这些切换元件用作起动元件。
按照本发明，即使在相同的变速器示意图中视换挡逻辑的不同也得到不同的挡速比间隔，从而能实现应用特定或车辆特定的变型方案。
在图5中所示的实施例与按照图1的实施例相当，区别在于：设有电机E，该电机与变速器的驱动轴1直接连接。代替电机E与驱动轴1的直接连接，电机E可以轴向平行于驱动轴1设置并且经由齿轮级或者链式传动机构与驱动轴1连接。在图5所示的示例中，设有第六离合器K0，通过该第六离合器可使内燃机与变速器脱开，由此能使变速器的所有挡以纯电动方式运行。
与根据图5的示例类似，根据图2和3的其它根据本发明的实施方式也可混合化。
另外，根据本发明可选地可能的是，在多级变速器的每个合适的位置上设置附加的单向离合器，例如在一个轴和壳体之间或者以便将两个轴必要时连接。
在驱动侧或在从动侧可以设置轮间差速器和/或轴间差速器。
在本发明一种有利的进一步改进方案的范围内，驱动轴1可按照需要通过一个离合元件与驱动发动机分开，作为离合元件可使用液力变换器、液压式离合器、干式起动离合器、湿式起动离合器、磁粉离合器或者离心力离合器。也可能的是，这样的起动元件沿力流方向设置在变速器下游，其中，在这种情况下驱动轴1固定地与驱动发动机的曲轴相连接。
此外，按照本发明的多级变速器能实现扭转减震器设置在驱动发动机和变速器之间。
在本发明的另一未示出的实施方式的范围内，可以在每个轴上、优选在驱动轴1或从动轴2上设置有无磨损的制动器、例如液压式或者电力式减速器或类似物，这特别是对于用在商用车中具有特别的意义。此外，为了驱动附加的机组可以在每个轴、优选在驱动轴1或从动轴2上设有副从动装置。
所使用的摩擦切换元件可以构成为可无动力中断地切换的离合器或者制动器。特别是可以使用力锁合的离合器或制动器、例如片式离合器、带式制动器和/或圆锥离合器。
在这里所建议的多级变速器的另一优点在于，在每个轴上可安装作为发电机和/或作为附加驱动装置的电机。
附图标记
1   第一轴、驱动轴
2   第二轴、从动轴
3   第三轴
4   第四轴
5   第五轴
6   第六轴
7   第七轴
8   第八轴
03  第一制动器
04  第二制动器
15  第一离合器
27  第二离合器
56  第四离合器
57  第五离合器
67  第三离合器
E   电机
G   壳体
K0  第六离合器
P1  第一行星齿轮组
P2  第二行星齿轮组
P3  第三行星齿轮组
P4  第四行星齿轮组
i   传动比
  级速比间隔

Claims (10)

1.行星齿轮结构方式的多级变速器、特别是用于机动车的自动变速器，包括一个驱动轴(1)、一个从动轴(2)、四个行星齿轮组(P1、P2、P3、P4)，它们设置在一个壳体(G)中，所述多级变速器包括总共八个可转动的轴(1、2、3、4、5、6、7、8)以及至少五个切换元件(03、04、15、27、56、57、67)，所述切换元件包括多个制动器(03、04)和多个离合器(15、27、56、57、67)，所述切换元件的选择性接合引起在驱动轴(1)和从动轴(2)之间的不同传动比，从而能实现八个前进挡和一个倒挡，其中，第一行星齿轮组(P1)的太阳轮与第三轴(3)连接，该第三轴能经由第一制动器(03)耦联于壳体(G)上并且该第三轴与第四行星齿轮组(P4)的齿圈连接，驱动轴(1)与第一行星齿轮组(P1)的行星架连接并且能经由第一离合器(15)可松脱地与第五轴(5)连接，该第五轴与第二行星齿轮组(P2)的齿圈和第四行星齿轮组(P4)的太阳轮连接，第一行星齿轮组(P1)的齿圈与连接于第二行星齿轮组(P2)的太阳轮的第六轴(6)连接，第八轴(8)与第四行星齿轮组(P4)的行星架和第三行星齿轮组(P3)的太阳轮连接，并且连接于第三行星齿轮组(P3)的行星架的第四轴(4)能经由第二制动器(04)耦联于壳体(G)上，从动轴(2)与第三行星齿轮组(P4)的齿圈连接并且能经由第二离合器(27)可松脱地与连接于第二行星齿轮组(P2)的行星架的第七轴(7)连接，并且设有第三离合器(67)、第四离合器(56)或第五离合器(57)，通过该第三离合器、第四离合器或第五离合器的闭合能锁止第二行星齿轮组(P2)。
2.根据权利要求1所述的多级变速器，其特征在于：所述第三离合器(67)构造成将第六轴(6)与第七轴(7)可松脱地连接的离合器，从而在第三离合器(67)闭合时通过第二行星齿轮组(P2)的行星架与第二行星齿轮组(P2)的太阳轮的耦联来锁止第二行星齿轮组(P2)。
3.根据权利要求1所述的多级变速器，其特征在于：所述第四离合器(56)构造成将第五轴(5)与第六轴(6)可松脱地连接的离合器，从而在第四离合器(56)闭合时通过第二行星齿轮组(P2)的太阳轮与第二行星齿轮组(P2)的齿圈的耦联来锁止第二行星齿轮组(P2)。
4.根据权利要求1所述的多级变速器，其特征在于：所述第五离合器(57)构造成将第五轴(5)与第七轴(7)可松脱地连接的离合器，从而在第五离合器(57)闭合时通过第二行星齿轮组(P2)的行星架与第二行星齿轮组(P2)的齿圈的耦联来锁止第二行星齿轮组(P2)。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的多级变速器，其特征在于：所述第一、第二和第四行星齿轮组(P1、P2、P4)构造成负传动比行星齿轮组并且第三行星齿轮组(P3)构造成正传动比行星齿轮组。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的多级变速器，其特征在于：所述第二行星齿轮组(P2)沿径向观察设置在第一行星齿轮组(P1)上方。
7.根据权利要求6所述的多级变速器，其特征在于：各所述行星齿轮组沿轴向观察按第一行星齿轮组(P1)/第二行星齿轮组(P2)、第三行星齿轮组(P3)、第四行星齿轮组(P4)的顺序设置。
8.根据上述权利要求之一所述的多级变速器，其特征在于：设有电机(E)，该电机与变速器的驱动轴(1)直接连接或者经由齿轮级或链式传动机构相连接。
9.根据权利要求8所述的多级变速器，其特征在于：所述内燃机能借助第六离合器(K0)与变速器脱开，由此能使变速器的全部挡以纯电动方式运行。
10.根据上述权利要求之一所述的多级变速器，其特征在于：对于设有将第五轴(5)与第六轴(6)可松脱地连接的第三离合器(67)的情况，通过闭合第一和第二制动器(03、04)以及第一离合器(15)得到第一前进挡，通过闭合第一和第二制动器(03、04)以及第三离合器(67)得到第二前进挡，通过闭合第二制动器(04)以及第一和第三离合器(15、67)得到第三前进挡，通过闭合第二制动器(04)以及第二和第三离合器(27、67)得到第四前进挡，通过闭合第二制动器(04)以及第一和第二离合器(15、27)得到第五前进挡，通过闭合第一、第二和第三离合器(15、27、67)得到第六前进挡，通过闭合第一制动器(03)和第一与第二离合器(15、27)得到第七前进挡，并且通过闭合第一制动器(03)和第二与第三离合器(27、67)得到第八前进挡，并且通过闭合第一和第二制动器(03、04)与第二离合器(27)得到倒挡；对于设有将第六轴(6)与第七轴(7)可松脱地连接的第四离合器(56)的情况，以第四离合器(56)代替第三离合器(67)；而对于设有将第五轴(5)与第七轴(7)可松脱地连接的第五离合器(57)的情况，以第五离合器(57)代替第三离合器(67)。
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