CN105431966B - 用于连接两个电池或电池单元的极的连接件和用于连接两个电池或电池单元的极的连接件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由冲压板材制成的用于导电地连接两个电池或电池单元的极的连接件，该连接件具有带有凹口的基体(1)，其中，至少一个置入元件(6)设置在至少一个凹口的内部区域中。所述置入元件(6)在其周向侧上具有至少局部环绕的凹槽或者所述基体在其至少一个凹口的内侧上具有至少局部环绕的凹槽(8)。相应对应的构件能够具有凸起，在压紧两个构件或两个构件中的一个构件时，该凸起通过材料排挤产生，并且该凸起形状锁合地嵌接到凹槽(8)中，从而所述基体(1)和每个置入元件(6)沿着所述置入元件(6)的周边至少局部地相互形状锁合连接。

Description

用于连接两个电池或电池单元的极的连接件和用于连接两个 电池或电池单元的极的连接件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于导电地连接两个电池或电池单元的极的连接件，该连接件具有带有至少一个凹口的基体，其中，至少一个置入元件设置在至少一个凹口的内部区域中。此外，本发明涉及一种用于这样的连接件的制造方法。
背景技术
电驱动的机动车具有由单个电池单元组装而成的电池。在此，大多涉及锂离子电池，其中，各个单元由一个阳极以及一个阴极构成，所述阳极和所述阴极分别由不同材料制成。各个单元以串联的形式相互连接，以便产生必需的总电压。
出于这个目的，电池的各个单元必须借助于连接件相互连接。在此，分别将一个单元的阳极和一个紧接着的单元的阴极相互连接。
阳极经常以铝合金为基础进行制造，反之，阴极大多以铜合金为基础。
连接件应具有良好的导电性，从而铜是优选的制造材料。但如果由铜制成的连接件直接与由铝制成的电池触点连接，则存在如下危险：在存在氧气和空气湿度的情况下，连接件或在连接件和电池触点之间的接触面被腐蚀并且由此被破坏。
这可以通过如下方式防止，即，在电池极和连接件之间的接触部位处使用相同材料(例如分别为铝)。但是同时，连接件应具有在铜的情况下存在的非常好的导电性。
因此，由现有技术已知这样的连接件，其连接点相应于电池触点的材料进行构造。
因此，例如由DE 10 2011 080 977 A1已知一种用于对电池单元的端子进行电连接的单元连接器，该单元连接器由多个材料层制成，其中，交替地设置由第一材料和第二材料制成的层。这些材料可以是铜和铝。相应的层具有两个孔，其中，铜层中的孔大于铝层中的孔。所述层这样重叠地设置，使得较小孔与较大孔同轴地设置。因此，在较大孔的内部区域中构造由铝制成的连接部位，使得在单元连接器装配在电池单元上时，铝极可以与由铝制成的接触区域连接。在此，在相反的布置结构中也可以制造用于铜极的连接部位。
这种连接件的缺点首先是耗费的制造方法，因为大量的单个材料层必须彼此精确重叠地设置。同时，存在各个材料层之间的腐蚀的危险，根据DE 10 2011 080 977 A1，该危险应通过塑料密封而排除。但是，该密封为附加的加工步骤，该加工步骤使这样的连接件的制造复杂化并且使其变贵。
DE 10 2007 063 177 A1公开一种用于连接电池单元两极的连接件的简化的制造变型方案。在这里，连接件包括具有两个孔的基体。在两个孔中的每一个孔中装入一个套筒形的补偿元件，其中，补偿元件和基体以及补偿元件和电池极相互材料锁合地连接。
在这里，虽然使连接件的制造强烈地简化，然而由铝或铝合金制成的内套筒与由铜或铜合金制成的基体的焊接技术上的连接非常困难地建立。尽管如此但仍然必需将这种套筒与基体这样连接，使得套筒不可失落地保持在基体中。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种用于导电地连接两个电池或电池单元的极的连接件，其中，防止连接件和配置的电池极之间的接触腐蚀，该连接件可简单制造并且此外能实现电池或电池单元的稳定连接。
此外，本发明的任务在于，给出一种用于这样的连接件的制造方法。
为此，本发明提供一种由冲压板材制成的用于导电地连接两个电池或电池单元的极的连接件，该连接件具有带有至少一个凹口的基体，其中，至少一个置入元件设置在至少一个凹口的内部区域中，其中，所述置入元件在其周向侧上具有至少局部环绕的凹槽或者所述基体在其至少一个凹口的内侧上具有至少局部环绕的凹槽，其中，相应对应的构件具有凸起，在压紧两个构件或两个构件中的一个构件时，该凸起通过材料排挤产生，并且该凸起形状锁合地嵌接到凹槽中，从而所述基体和每个置入元件沿着所述置入元件的周边至少局部地相互形状锁合连接，其中，所述凹槽具有局部变化的深度，以用于防扭转。
此外，本发明还提供一种用于由冲压板材制成的用于导电地连接两个电池或电池单元的极的连接件的制造方法，其特征在于如下方法步骤：
-准备毛坯板材以及至少一个置入元件；
-将至少一个凹口冲压到所述毛坯板材中；
-将至少一个置入元件置入至少一个凹口中；
-压紧置入元件和毛坯板材，从而在所述置入元件的外周边和所述凹口的内周边之间至少局部地产生形状锁合连接；
-由毛坯板材冲压出所述连接件的基体的外轮廓；
-将所述连接件从所述毛坯板材上分离。
根据本发明的由冲压板材制成的用于导电地连接两个电池或电池单元的极的连接件具有带有至少一个凹口的基体，其中，至少一个置入元件设置在至少一个凹口的内部区域中。所述置入元件在其周向侧上具有至少局部环绕的凹槽或者所述基体在其至少一个凹口的内侧上具有至少局部环绕的凹槽。相应对应的构件具有凸起，在压紧两个构件或两个构件中的一个构件时，该凸起通过材料排挤产生。该凸起形状锁合地嵌接到凹槽中，从而所述基体和每个置入元件沿着所述置入元件的周边至少局部地相互形状锁合连接。
连接件用于连接两个电池或电池单元的极。在此，不仅可以涉及传统的电池或电池单元，而且可以涉及可再次充电的大多称为蓄电池的电池或电池单元。在此同样地，也可以是不同的蓄能器，所述蓄能器例如利用电容器的原理。
一般地，根据本发明的连接件的使用地点是电动驱动车辆的电池。在此，可以涉及纯电动车，也可以涉及全混合动力车或插电式混合动力车。整个电池的各个电池单元以串联的形式相互连接。这意味着，一个电池单元的阴极总是与一个邻近的单元的阳极通过连接件进行连接。
根据本发明的连接件优选这样构造，使得连接件与相应的电池极连接的接触区域由如下材料或材料化合物构成，由该材料也制成相应的电池触点。
所述连接件具有设有至少一个凹口的基体。所述至少一个凹口例如可以构造成圆形的、椭圆形的或者构造为规则的或不规则的多边形。优选地，所述基体具有两个凹口，其中相应一个凹口与邻近的电池单元的一个电池极连接。但是，也可以只有一个例如形式为长形孔的凹口，该凹口于是与两个电池极连接。
所述凹口不必强制性地以孔的形式仅仅位于基体的内部区域中。所述凹口也可以在基体的边缘区域中以凹处的形式设置，从而所述凹口的形状例如是半圆形、半椭圆形或者是规则的或不规则的多边形的部分区域。
在至少一个凹口的内部区域中设置有置入元件。该置入元件构成在连接件和配置的电池极之间的接触区域。在此，置入元件可以以其完整的周边与基体接触。如果凹口构造成圆形的、椭圆形的或多角形的，则置入元件具有相应的的圆形的、椭圆形的或多角形的外周边。另一方面，例如如果凹口具有长形孔的形状，则置入元件也只能以其外周边的一部分与基体接触。在凹口形式为长形孔的情况下，置入元件只设置在长形孔的一个端部上。于是，置入元件只在长形孔的该端部上接触基体，反之，置入元件的周边的指向长形孔中心的区域则保持敞露。
为了防止置入元件非期望地从凹口中掉落，所述置入元件在其周向侧上至少局部地具有环绕的凹槽。备选地，所述基体也可以在其至少一个凹口的内侧上具有相应的凹槽。相应对应的构件具有凸起，该凸起形状锁合地嵌接到凹槽中。由此，构成一个侧凹，该侧凹防止置入元件可能非期望地从凹口中脱出。
根据基体和其凹口的构造方案，所述形状锁合可以完全沿着置入元件的周边构造或者也可以仅局部地构造。
以这种方式，在基体和置入元件之间建立稳定的连接，由此，改善各个电池或电池单元之间的连接。在置入元件置入凹口中之后，优选通过从上方施加压力到构件的共同的表面上使所述构件相互压紧。在此，压力可以同时施加到两个构件上或者仅施加到所述构件中的一个构件上。通过压紧，对应体的材料被排挤到体的凹槽中。由此，产生形状锁合地嵌接到凹槽中的凸起。
所述凹槽例如可以具有半圆形的、半椭圆形的、三角形的或不同多角形的横截面，从而确保材料良好地流动到凹槽的内部空间中。
事后产生凸起能实现：置入元件能够毫无问题地置入凹口中。此外，通过压紧建立形状锁合连接能够极其无问题地接合到制造过程中。
在本发明的一个优选构造方案中，所述置入元件由与所述基体不同的材料制成。
在这里，特别是连接件与电池单元的分别由不同材料制成的阳极和阴极的匹配可能性起作用。优选地，连接件的接触部位应该由与电池触点相同的材料或类似的材料合金制成。这防止在连接和电池触点之间的接触腐蚀，以及能实现在连接和电池触点之间的可能更简单的连接。
连接和电池触点可以以极其简单的方式通过螺纹连接相互连接。在此，连接和电池触点仅相互压紧。但也可能的是，建立焊接技术上的连接，这能更简单地实现，如果要相互焊接的部件由类似材料构成的话。
此外，基体和置入元件通过形状锁合进行连接完全与所使用的材料无关。不必考虑关于焊接或类似的材料锁合连接的困难。
此外，通过压紧两个构件产生完全气密的形状锁合。因此，空气中的氧气和湿气都不能到达两个构件之间的接触面，从而从一开始就防止对连接的腐蚀性损坏。
在本发明的另一个特别的构造方案中，制成所述置入元件的材料具有比制成所述基体的材料大的膨胀系数。
这个构造方案具有物理学根据。机动车中的电池单元经受快速连续的充电循环和放电循环。总是随之出现电池单元的和连接件的温度变化，由此，导致各个电池组成部分的以及连接件组成部分的由热引起的体积变化。为了防止由于各个材料的不均匀的纵向延展使置入元件从凹口中滑出，所述置入元件的材料优选具有比所述基体的材料大的膨胀系数。因此，保证置入元件在任何时刻都不可失落地保持在基体内。
此外，在本发明的一个优选构造方案中，所述连接件的基体由铜或铜合金制成并且所述置入元件由铝或铝合金或者由以铝或铝合金镀层的钢制成。
通过本发明的这个构造方案，考虑到如下情况：电池极在阴极处大多由铜或铜合金制成，反之，阳极大多由铝或铝合金制成。由此，连接件可以与电池触点的材料成份相匹配地制造。如已经说明的那样，由此排除了连接件和电池触点之间的接触腐蚀的危险并且使连接件和电池触点之间的连接能力达到最佳程度。
在本发明的另一个特别的构造中规定，所述置入元件是环形的。
所述置入元件的外周边与基体中的凹口的构造相匹配。这意味着，环形的置入元件例如可以具有圆形的、椭圆形的或多边形的外周边。置入元件在中心设有孔，螺栓或螺柱可以穿过该孔，以便建立与电池触点的连接。因此，孔的尺寸和形状与螺栓或螺柱相匹配。
特别是具有非圆形外周边的置入元件、亦即构造成椭圆形的或多边形的置入元件具有如下优点：置入元件无相对转动地保持在相对应地构造的凹口中。因为连接件优选通过螺栓或螺柱固定在电池触点上，所以在拧紧螺栓或螺母时，置入元件应不能松脱，而无相对扭转地固定在凹口中。
优选地，所述置入元件的最小延展大于螺栓头或螺母的最大延展，以便确保螺栓头和螺母与置入元件的整面接触。
为了将圆形的置入元件同样构造成防扭转的，置入元件的或基体的凹槽在本发明的另一个构造方案中这样构造，使得凹槽的深度局部地变化。由此，在压紧连接件时同样实现防扭转的形状锁合连接。即使在置入元件为其他周边几何形状的情况下，凹槽的变化的深度同样引起附加的防扭转。
在本发明的另一个特别的构造方案中，所述基体和所述置入元件具有相同的厚度并且由此构成齐平的表面。
优选地，所述基体和所述置入元件为0.8至1.0mm厚。但根据使用状况，构件也可以具有更大或更小的厚度，例如如果需要更大或更小的刚性的话或者如果由于使用特别的材料种类必需更大的或更小的厚度的话。
齐平的表面具有如下优点：在装配连接件时绝对不必注意厚度突变。因此，电池触点的相应形状不是必需的。此外，因为不必注意置入元件的相应定位，所以使置入元件置入基体的凹口中变得简单。
制造连接件和压紧构件也可以在一个构造得较简单的模具中实施，如果基体和置入元件构成齐平的表面的话，因为然后在压模中不必考虑厚度突变。
此外，齐平的表面较不易于污物和湿气在棱边中积聚并且较不易于应力集中，所述应力集中长时间可能削弱连接件的稳定性。
用于由冲压板材制成的用于导电地连接两个电池或电池单元的极的的连接件的制造方法，其特征在于如下方法步骤：
-准备毛坯板材以及至少一个置入元件；
-将至少一个凹口冲压到所述毛坯板材中；
-将至少一个置入元件置入至少一个凹口中；
-压紧置入元件和毛坯板材，从而在所述置入元件的外周边和所述凹口的内周边之间至少局部地产生形状锁合连接；
-由毛坯板材冲压出所述连接件的基体的外轮廓；
-将所述连接件从所述毛坯板材上分离。
这些方法步骤的顺序不由列举的顺序而固定。各个冲压步骤的次序也可以以相反的顺序进行，从而首先由毛坯板材冲压出基体并且然后在该基体中冲压出凹口。
在本发明的一个特别的构造方案中，所述至少一个置入元件沿着其外周边至少局部地设有凹槽。在压紧时，所述毛坯板材的材料流入到该凹槽中，以用于实现形状锁合连接。
压紧优选这样实施，使得压力施加在或者毛坯板材的下表面和/或上表面上、或者毛坯板材的和置入元件的下表面和/或上表面上。通过这个压力，毛坯板材的材料被排挤并且流入到置入元件的凹槽中。
由此，在之前冲压出的凹口的内侧上产生凸起，该凸起形状锁合地嵌接到凹槽中。由此，又产生侧凹，该侧凹防止置入元件可能从凹口中滑出。
取代压紧过程，也可以使用压制或能够实现材料流动的所有其他方法。
也可能的是，压紧力不是施加在构件的表面上，而是施加在较窄的侧面上。
本发明的另一个构造方案以类似的方式规定：在冲压所述至少一个凹口之后，至少一个凹口沿着其内周边至少局部地设有凹槽，并且在压紧时所述置入元件的材料流入到该凹槽中，以用于实现形状锁合连接。
在这里，为了建立形状锁合连接利用与前面描述的相同的原理，仅仅在于：凹槽和凸起分别构造在不同的构件上。相应地，对压紧过程进行匹配。方法变型方案和连接的优点保持不相同。
在本发明的另一个构造方案中，通过如弯曲、冲压、切割的方法来进一步加工所述连接件。
通过其他加工步骤，连接件可以定制地与电池触点的相应的构造方案相匹配。例如可以将连接件弯曲成确定的形状，可以设置其他连接点或者可以除去多余材料。
电池或电池单元的频繁的充电过程和放电过程导致：电池或电池单元由于其在过程期间变热而经受长度变化或体积变化。这意味着，电池或电池单元根据充电状态和/或温度而改变其体积。因此有利的是，连接件这样构造，使得所述连接件能够补偿这些体积变化。这例如可以通过将狭缝加工到连接件中进行或者也通过将连接件弯曲成一个形状的方式进行，在该形状中，所述连接件能够补偿这些长度波动。出于这个目的，在一个或多个加工步骤中对所述连接件进行弯曲、冲压、切割等。
特别是在这里示出的制造方法中有利的是：该制造方法能够以极其简单的方式在一个复合连续模具中实施。基体的极其简单的几何形状可以通过后续的方法步骤如弯曲、冲压、切割等达到特定的形状。
此外，对于本方法，由连接件的几何形状引起地也不必需复杂的模具，从而这些模具也可以成本低廉地提供。
附图说明
下面借助示意图详细阐述本发明。同时，所有描述的和/或图解示出的特征本身或以任意的、富有意义的组合构成本发明的技术方案。
附图中：
图1a示出基体的一个可能的构造方案；
图1b示出基体的另一个可能的构造方案；
图2a示出基体中的凹槽的可能的构造方案；
图2b示出置入元件中的凹槽的可能的构造方案；
图3示出基体和置入元件的形状锁合连接，和
图4示出制造方法中的步骤的次序。
具体实施方式
附图中的相同对象标以相同附图标记。图1a和1b分别以可能的构造方式示出连接件的基体1。在图1a中，基体1具有两个凹口2，这两个凹口分别构造成八角形的。
在这个情况下，配属的置入元件的周边同样构造成八角形的，由此，已经通过凹口和置入元件的形状确保对于置入元件的防扭转。
在图1b中示出具有两个椭圆形凹口3的基体1。
在这个情况下，配属的置入元件具有同样椭圆形的外轮廓。椭圆的特征在于其长轴4和其短轴5。这两个轴长度不同，从而在这里由几何形状引起地又产生对于置入元件的防扭转。
在图2a中示出基体1在凹口的区域中的横截面。置入元件6置入凹口中，其中，两个构件基体1和置入元件6还没有相互压紧。基体1的凹口的内周边7设有环绕的凹槽8，该凹槽在横截面中构造成三角形的。
置入元件6在未压紧状态下具有比基体1大的厚度。因为以优选的方式在压紧之后置入元件6和基体1应具有相同的厚度，所以在压紧时应流入到凹槽8中的材料必须预保持在置入元件6的厚度中。
本发明的相反的构造方案在图2b中示出。在这里，置入元件6同样置入基本元件1的凹口中，但是其中，具有半圆形横截面的凹槽9成形在置入元件6的外周边上。
在这里，基本元件1的材料通过作用到基本元件1上的压力移动到凹槽9的区域中并且由此构成将置入元件6不可失落地保持在凹口中的侧凹。
在本发明的这个构造方案中，基本元件1首先具有比置入元件大的厚度，目的是为了在压紧两个构件之后实现相同的厚度必须将基体1的对于材料流动必需的材料预保持在所述基体的厚度中。
图2a中的连接件在压紧过程之后的实施方式在图3中示出。在这里，可看到的是，置入元件6的材料流入到基体1的凹槽8中，由此，构成形状锁合地嵌接到凹槽8中的凸起10。
因此，基体1和置入元件6形状锁合地相互连接，从而置入元件6不可失落地保持在基体1的凹口中。
置入元件6的厚度由材料流动引起地减小，从而基体1和置入元件6具有相同的厚度并且共同构成一个齐平的表面。
根据本发明连接件的制造可以以有利的方式在一个复合连续模具中实施。各个制造步骤在图4中加以说明。
除了在图4中示例性示出的方法之外，当然各个方法步骤的多种组合也是可能的。因此，在这里示出的实施方式可视为代表所有其他的实施变型方案和实施方案组合。
在图4中示出毛坯板材11，该毛坯板材在多个依次的加工步骤Ⅰ至Ⅳ中加工成根据本发明的连接件。在这里，毛坯板材在这个实施例中具有这样的宽度，该宽度大约相应于连接件的之后的基体的长度。
毛坯板材可以作为连续板材从卷材展开。但是，毛坯板材也可以以定长切断的板材条的形式置入复合连续模具中。
在步骤Ⅰ中，从毛坯板材冲压出两个凹口12。毛坯板材的在一个方法步骤中分别冲压出的区域在图4中以阴影线示出。
在这个实施例中，凹口12构造成圆形的。紧接着，在步骤Ⅱ中将置入元件13置入两个凹口中。这些置入元件具有圆环的形状并且在其外周边上设有环绕的凹槽。居中的孔14用于使螺栓或螺柱穿过，以便能够建立与相应的电池触点的螺纹连接。同样地，在步骤Ⅱ中，使置入元件13和毛坯板材11这样相互压紧，使得引起毛坯板材11的材料移动到置入元件13的凹槽中并且由此建立在毛坯板材11和置入元件13之间的形状锁合连接。在步骤Ⅲ中，这样切割毛坯板材11(切割区域15)，使得连接件的基体获得其外部几何形状。
同时，在这个实施例中也加工狭缝16，这些狭缝用于给连接件带来较大的柔性。
在最后的工序Ⅳ中，将完成的连接件17从毛坯板材11上分离。
必要时，连接件17现在可以经过其他加工步骤，如弯曲、冲压或切割等，如果这根据结构情况应是必需的话。
附图标记列表
1 基体
2 凹口
3 凹口
4 长轴
5 短轴
6 置入元件
7 周边
8 凹槽
9 凹槽
10 凸起
11 毛坯板材
12 凹口
13 置入元件
14 孔
15 切割区域
16 狭缝
17 连接件

Claims (11)

1.由冲压板材制成的用于导电地连接两个电池或电池单元的极的连接件，该连接件具有带有至少一个凹口(2、3、12)的基体(1)，其中，至少一个置入元件(6、13)设置在至少一个凹口的内部区域中，其中，所述置入元件(6、13)在其周向侧上具有至少局部环绕的凹槽(9)或者所述基体(1)在其至少一个凹口(2、3、12)的内侧(7)上具有至少局部环绕的凹槽(8)，其中，相应对应的构件具有凸起，在压紧两个构件或两个构件中的一个构件时，该凸起通过材料排挤产生，并且该凸起形状锁合地嵌接到凹槽(8、9)中，从而所述基体(1)和每个置入元件(6、13)沿着所述置入元件(6、13)的周边至少局部地相互形状锁合连接，其中，所述凹槽(8、9)具有局部变化的深度，以用于防扭转。
2.按照权利要求1所述的连接件，其特征在于，所述置入元件(6、13)由与所述基体(1)不同的材料制成。
3.按照权利要求2所述的连接件，其特征在于，所述置入元件(6、13)的材料具有比所述基体(1)的材料大的膨胀系数。
4.按照权利要求2所述的连接件，其特征在于，所述基体(1)由铜或铜合金制成并且所述置入元件(6、13)由铝或铝合金或者由以铝或铝合金镀层的钢制成。
5.按照权利要求3所述的连接件，其特征在于，所述基体(1)由铜或铜合金制成并且所述置入元件(6、13)由铝或铝合金或者由以铝或铝合金镀层的钢制成。
6.按照权利要求中1至5中任一项所述的连接件，其特征在于，所述置入元件(6、13)是环形的。
7.按照权利要求中1至5中任一项所述的连接件，其特征在于，所述基体(1)和所述置入元件(6、13)具有相同的厚度并且构成齐平的表面。
8.用于按照权利要求1至7中任一项所述的由冲压板材制成的用于导电地连接两个电池或电池单元的极的连接件的制造方法，其特征在于如下方法步骤：
-准备毛坯板材(11)以及至少一个置入元件(6、13)；
-将至少一个凹口(2、3、12)冲压到所述毛坯板材(11)中；
-将至少一个置入元件(6、13)置入至少一个凹口(2、3、12)中；
-压紧置入元件(6、13)和毛坯板材(11)，从而在所述置入元件(6、13)的外周边和所述凹口(2、3、12)的内周边之间至少局部地产生形状锁合连接；
-由毛坯板材(11)冲压出所述连接件的基体(1)的外轮廓；
-将所述连接件从所述毛坯板材(11)上分离。
9.按照权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述至少一个置入元件(6、13)沿着其外周边至少局部地设有凹槽(9)，并且在压紧时所述毛坯板材(11)的材料流入到该凹槽(9)中，以用于实现形状锁合连接。
10.按照权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在冲压所述至少一个凹口(2、3、12)之后，至少一个凹口(2、3、12)沿着其内周边至少局部地设有凹槽(8)，并且在压紧时所述置入元件(6、13)的材料流入到该凹槽(8)中，以用于实现形状锁合连接。
11.按照权利要求8至10中任一项所述的制造方法，其特征在于，通过选自弯曲、冲压、切割的方法来加工所述连接件。
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