CN106286508B - 紧固装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于将第一部件组装到第二部件上的紧固装置(1)，该紧固装置包括：母元件(2)，该母元件具有呈现为管状内表面的轴向腔(6)，并用于接合在第一部件上；公元件(3)，该公元件具有杆的形状用于轴向插入至所述腔(6)内，并用于接合在第二部件上；以及保持装置(4)，该保持装置为U形夹具的形式，插入至母元件(2)的壳体(5)内，横向穿过轴向腔(6)，从而夹紧公元件(3)并将公元件轴向锁定在母元件(2)的腔(6)内；保持装置(4)设置有抗扭曲装置，该抗扭曲装置防止U形在公元件(3)相对于母元件(2)被向外拉动的情况下扭曲。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于将两个部件组装在一起的紧固装置。
本发明更具体的涉及这样一种紧固装置，该紧固装置用于将第一部件(例如用于装饰机动车门的装饰面板)组装到第二部件(例如车门的内壁)上，该紧固装置包括：母元件，该母元件具有呈现为管状内表面的轴向腔，并用于接合在第一部件上；公元件，该公元件具有杆的形状，用于轴向地插入至所述腔内，并用于接合在第二部件上；以及保持装置，该保持装置具有U形夹具的形式，插入至母元件的壳体内，横向穿过轴向腔，从而夹紧公元件，并将公元件轴向锁定在母元件的腔内。
背景技术
在汽车工业中，应用多种技术来通过紧固装置(诸如粘合、螺钉紧固或使用卡扣(clasp))将两个部件组装在一起。
在机动车辆中，紧固装置必须是一种定位在预定位置的安全构件，从而确保特别是当门装饰面板位于气囊的展开路径上时，门装饰面板不会在侧面冲击的影响下与门壁的片状金属分离，然后被危险地驱甩至车辆的乘客室内。
通过示例，已知这样一种紧固装置，包括螺钉，该螺钉具有穿过内门装饰面板的螺纹，并固定至紧固在门壁的卡扣上。通常认为螺钉抵抗从卡扣脱离的强度是不足的，所以门装饰面板在冲击情况下可能会被驱甩进车辆的乘客室内。
这就是为什么机动车辆制造商探求使用可以在侧面冲击的情况下表现出良好抗脱离强度的紧固装置。
基于卡扣和叉形件(prong)的紧固装置部分地满足这种限制。每个卡扣和叉形件元件结合到待组装在一起的相应部件中，并通过将叉形件滑动或扣合紧固至卡扣的腔内来进行组装。将叉形件保持在其腔内的卡扣目前表现出最好的抗脱离强度。
在文件EP 1 360 420、US 6 254 302和EP 1 577 567中描述了此类紧固装置。
具体的，文件FR 2 981 135展现了这种类型的紧固装置，该紧固装置具有用于接合在面板上的公元件和用于接合在门的金属壁上的母元件，这两种元件配置成使得母元件能够通过保持装置来保持公元件，该保持装置为销的形式，可插入至母元件中，从而紧固并保持公元件。
在该紧固装置中，销是一种具有末端的弯曲金属丝，所述末端构成了容纳在母元件中的保持装置。通过公元件的与销的柔性部分相接触的肩部而防止公元件从腔内移除。然而，在侧面冲击的情况下，肩部施加在柔性部分的强大压力可能造成柔性部分扭曲，造成公元件从母元件意外释放。
该销的另一特征在于它能够通过控制构件而从母元件中取出，从而释放公元件，进而能够将面板从车壁移除。
控制构件是由上述弯曲金属丝构成的环，该环从母元件突出。在该装置中，为了从母元件移除销，必须将一工具接合在环中并在销上进行拉动，从而从母元件移除销。
为了多次使用紧固系统，必须通过执行不太实用的销插入步骤来将销重新定位在母元件中。
另外，当从母元件中释放销时，该销可能在操作期间丢失，因此使得紧固装置不可用。
因此，为了更换待紧固的元件之一，机动车辆制造商需要开发在受限(heldcaptive)时仍能够易于重复使用、解开和重新组合的紧固装置。
这就是为什么制造商也倾向于寻求可移除的紧固装置的原因，以便在必要时，通过此类快速且容易改变的装置能够将部件组装在一起。
发明内容
本发明的目的是克服这些缺点，同时提出一种具有高抗脱离强度并且周全、容易和快速使用的紧固装置。
更具体的，本发明提供一种用于将第一部件组装到第二部件上的紧固装置，该紧固装置包括：母元件，该母元件具有呈现为管状内表面的轴向腔，并用于接合在第一部件上；公元件，该公元件具有杆的形状，用于轴向地插入至腔内，并用于接合在第二部件上；以及保持装置，该保持装置具有U形夹具的形式，插入至母元件的壳体内，横向穿过轴向腔，从而夹紧公元件并将公元件轴向锁定在母元件的腔内。该紧固装置的特征在于，保持装置设置有抗扭曲装置，该抗扭曲装置在公元件相对于母元件被向外拉动的情况下防止U形扭曲，该抗扭曲装置包括位于U形的每个分支上的至少一个第一肋，所述第一肋轴向突出到腔内部，并与腔的管状内表面邻接，从而防止U形的分支在这种拉动期间扭曲。
本发明的紧固装置还展现出以下特征：
·该抗扭曲装置还包括位于U形的每个分支上的至少一个第二肋，所述第二肋邻接在设置于母元件的壳体内的槽中，从而防止U形的分支在这种拉动期间扭曲；
·该抗扭曲装置可以有利地设置有分布在保持装置的两个U形分支上的两个第一肋和两个第二肋；
·保持装置的U形的分支形成朝着U形的内侧突出的锯齿，从而在公元件插入到母元件的腔内时夹紧公元件，第一肋大体垂直于锯齿突出；
·第一肋从保持装置的第一面突出，并且第二肋从保持装置的第二面突出，所述第二面远离保持装置的第一面；
·保持装置为具有外部第一夹具和内部第二夹具的两个U形夹具的形式，所述外部第一夹具和内部第二夹具具有公共底部，并在一公共平面中一个装配在另一个内部；
·外部第一夹具包括具有柔性抗返回叶片的柔性U形分支，当保持装置插入至母元件内时，柔性抗返回叶片从U形朝着U形的底部向外倾斜，并与设置在壳体内的凹部邻接；
·保持装置布置成，在母元件中的第一插入位置，保持装置将公元件保持在母元件的腔内，并且在母元件中的第二插入位置，保持装置允许公元件从母元件的腔内移除，所述第二插入位置比第一插入位置驱入的更远；
·内部第二夹具包括相对的直边段，当所述保持装置处于母元件内的第二插入位置时，所述直边段允许公元件通过；
·第一部件是位于机动车门内侧的片状金属，并且第二部件是机动车门的内装饰面板；
·第一部件是窗户升降机构，而第二部件是机动车门的窗户；以及
·母元件、保持装置和公元件由模制的塑料材料制成。
通过本发明的这种布置，获得了用于将两个部件组装在一起的紧固装置，例如面板与壁，面板是可分离的但也具有非常抗脱离。
在机动车门受到侧面冲击的情况下，公元件拉拽母元件。因此，公元件的杆在保持装置的U形夹具的分支上施加轴向力，这易于使抗扭曲装置的第一肋在母元件的腔内上升，然后与腔的内表面邻接，这防止了U形分支扭曲，还防止分支彼此移开。
此外，位于保持装置的U形的另一面上的第二肋(其邻接在母元件的壳体的槽中)增强了保持装置的分支承受肋趋于抵靠槽而导致的扭曲的能力，并因此保持保持装置的U形贴合在母元件的壳体内。
此外，母元件内的保持装置的两个插入位置甚至在将紧固装置移除的操作之后也有助于保持保持装置受限。
通过本发明的装置，机动车制造商可获得用于将面板紧固至壁上的紧固装置，该紧固装置容易使用、可以解开、不会丢失，并在侧面冲击的情况下提供更好的抗脱离强度。
附图说明
通过阅读以下描述以及附图，可以更好地理解本发明，并且其他优点也很显然，附图中：
图1是本发明的紧固装置的三个组成元件的立体图；
图2是本发明的紧固装置的立体图，其中保持装置插入在母元件内的第一插入位置，用于接收并保持公元件；
图3是本发明的紧固装置的立体图，其中公元件接合在母元件中，公元件通过插入在母元件内的第一插入位置的保持装置而保持在母元件中；
图4A是本发明的紧固装置的公元件的立体图；
图4B是本发明的紧固装置的公元件的侧视图；
图5A至图5C是母元件的分别从上方、侧面、下面所看的立体图；
图6A是本发明的紧固装置的保持装置的平面图；
图6B是本发明的紧固装置的保持装置的下侧的立体图；
图6C是本发明的紧固装置的保持装置的侧视图；
图7是从上面所看的母元件的另一立体图，其中保持装置插入在母元件内的第一插入位置；
图8是母元件的纵向剖视图，其中保持装置插入在母元件内的第一插入位置；
图9是紧固装置的轴向剖视图，其中公元件与插入在母元件内的第一插入位置的保持装置相接触；
图10是紧固装置的轴向剖视图，其中公元件通过插入在母元件内的第一插入位置的保持装置而保持在母元件的腔内；
图11是冲击期间的紧固装置的轴向剖视图，其中公元件通过插入在母元件内的第一插入位置的保持装置而保持在适当位置；
图12是母元件的立体图，其中保持装置插入在母元件内的第二插入位置；以及
图13是母元件的纵向剖视图，其中保持装置插入在母元件内的第二插入位置。
具体实施方式
图1示出了本发明的紧固装置1，该紧固装置适于将第一部件(本实施例中为机动车门的内装饰面板，图中未示出)紧固至第二部件(本实施例中为门的内部片状金属壁，图中未示出)。
紧固装置1包括：母元件2，在本实施例中为具有贯通的柱状轴向腔6且旨在接合在门壁上的中空卡扣；公元件3，在本实施例中为旨在接合在门面板上的叉形件；以及用于将公元件3轴向锁定在母元件2中的保持装置4或U形夹紧螺栓。
更具体地，螺栓4布置成使得其径向(BB')插入到卡扣2的壳体5内，该壳体横向于柱状腔6延伸，该锁定沿着箭头F1从U形末端开始插入，使得U形分支定位在穿过卡扣2的腔6的两侧。
如图2所示，叉形件3沿着箭头F2轴向(AA')插入到腔6内。
图3示出了叉形件3通过螺栓4保持在卡扣2中的适当位置。
图4A和图4B示出了杆形的叉形件3。该叉形件通常包括锚部7和头部8。
头部8由板9、背板10以及将板9和背板10相互连接的间隔件11组成。
背板10包括轮毂和臂部(可从图4A看出)。
以已知方式，叉形件3的头部8用于将叉形件3经由轮毂和臂部接合在门面板中。
叉形件3的锚部7包括子弹形尖端12、杆身13和底座14。
底座14在远离间隔件11的一面连接至板9。
杆身13具有构成位于尖端12之上的肩部15的狭窄部段。
图5A至图5C示出了卡扣2的多个立体图。
卡扣2包括中空本体16，一杯状件17从中空本体16的底面轴向延伸，该杯状件大体为柱形的，具有从杯状件17的筒体径向延伸的翅片18。
以已知方式，杯状件17用于通过将杯状件17轴向插入穿过壁中的孔而将卡扣2接合在壁上。
翅片18在将杯状件17插入穿过孔时用作键控装置，还用作在卡扣2相对于孔转向之后用于将卡扣2紧固于壁上的紧固装置。
本实施例中，由裙部19提供卡扣2和壁之间的防尘和防水密封，该裙部为布置在本体16和杯状件17之间的柔性伞的形状。
在图5A中，在卡扣2的本体16的顶面可以看到腔6的进口。
柱状腔6轴向延伸穿过卡扣2的本体16，直至到达卡扣2的柱形杯状件17的端壁20。替换地，腔6无需具有端壁，因此可以为通孔。
腔6具有的直径略大于叉形件3的锚部7的肩部15的外轮廓。
图5B中可看出，壳体5径向地直接穿过卡扣2的本体16，横向于腔6。
在本实施例中，壳体5是长方形截面的，并具有沿壳体底面的全长走向的纵向槽21。
螺栓4经由壳体5的一个末端的进口插入至卡扣2的壳体5内。
特别从图5A中可看出，由卡扣2的本体16上的定向箭头F3示出了插入方向。
在用于将螺栓4插入壳体5内的进口端处，壳体5具有位于其壁上的凹部22，用于将螺栓4保持在卡扣2中。图8和图13中可以更好地看出凹部22。
在图中，可以观察到，腔6经由对称径向开口23与壳体5连通。
在图6A至图6C中特别示出了螺栓4。在本实施例中，螺栓4包括两个U形夹具，“外部”第一夹具24和“内部”第二夹具25，所述第一夹具和第二夹具具有公共底部26，并在公共平面P中将一个装配在另一个内部。
外部夹具24的厚度大体上对应于卡扣2的壳体5的长方形截面，并且外部夹具具有柔性分支27，该柔性分支的长度对应于卡扣2的本体16的槽21的长度。
在U形底部26的旁侧，分支27具有柔性叶片28，所述柔性叶片在其展开位置朝着U形底部26向外倾斜。
在外部夹具24的每个分支27的末端处，具有布置在夹具平面中的相应的朝向的突耳29。
内部夹具25具有柔性分支30。每个分支30具有从底部26突出的直段，接着是具有锯齿31的弯曲段，使得每个分支30上的锯齿31彼此相向。
锯齿31是圆弧形状的，从而构成以从螺栓4的顶面至底面横向变宽的方式倾斜的爪形件。
相向的锯齿31具有的直径小于叉形件3的锚部7的肩部15的外轮廓。
在分支的末端，内部夹具25的每个分支30具有朝着U形内侧倾斜的部段32。
在本实施例中，在每个分支的锯齿31的顶面上，窄圆弧形肋33轴向地突出，并且在图6B中示出的螺栓4的底面上，可以看到位于内部夹具25的每个分支30上的纵向肋34。
为了将螺栓4预安装在紧固装置1的卡扣2中，最初将螺栓4的外部夹具24的分支27的末端在插入进口端处沿着图1的箭头F1插入到本体16的壳体5内。
然后将螺栓4径向推入到壳体5内，直至到达第一插入位置(图7和图8中所示)，在第一插入位置中，外部夹具24的分支27的末端在其末端(该末端远离用于将螺栓4插入到壳体5内的末端)处面向本体16。
在该第一插入位置中，螺栓4的柔性叶片28处于其展开位置，与卡扣2的本体16中的凹部22邻接，从而防止螺栓4从卡扣2的壳体5移除。
当螺栓4被推入到卡扣2的本体16内时，螺栓4的分支30的末端的倾斜部段32遇到卡扣2内的腔6的上游分区。
部段32的倾斜形状有助于螺栓4弹性变形。
内部夹具25的分支30分开，然后在开口23中回到一起，从而使螺栓4处于卡扣2中的第一插入位置，螺栓4的锯齿31与卡扣2的腔6相向，并且锯齿形成穿过腔6内的径向开口23而伸入到腔6内的爪形件。
可以观察到，锯齿31的突出肋33并不妨碍螺栓4插入到卡扣2中，因为具有肋33的锯齿31的总高度略小于腔6内的径向开口23的高度。
在将螺栓4插入至卡扣2内的预安装位置(还与螺栓4在卡扣2内的第一位置相对应)之后，通过将叉形件3的锚部7的尖端12朝着卡扣2的腔6引导，并通过沿着图2中的箭头F2插入尖端，可以继续将面板组装在壁上。因此，面板被推向壁，伸入到腔6内的子弹形尖端12与倾斜锯齿31相接触，如图9所示。
在尖端12作用于锯齿31上的压力作用下，分支30彼此分开，然后当尖端12已经经过锯齿31时，叉形件3的锚部7被底切(undercut)，分支30夹持在杆13上并开始夹紧该杆。
当叉形件3相对于卡扣2被向外拉动时，通过抵靠锯齿31的肩部15来阻止锚部7从腔6移除。
可以观察到，锚部7的尖端12的形状和锯齿31的倾斜使得锚部7能够插入到腔6内，其中面板与车门壁之间的定位具有相对较大的公差量。
如图10所示，腔6被配置成使得锚部7可以被完全驱入腔内。
因此，在锚部7被完全驱入腔6内的位置与不再可能将锚部7从腔6移除的位置之间，面板可以从壁移开例如大约5毫米(mm)的距离。
在本实施例中，本发明的紧固装置1是位于预定位置的安全构件，从而能够避免在冲击影响下(特别是当面板位于气囊的展开路径上时)面板与壁分离。
在本实施例中，紧固装置1能够承受大于100十牛顿(daN)的剪切力，这超过了现有技术的紧固装置的已知值。
由于螺栓4和卡扣2的元件之间的互相配合，获得了这种抗剪切力的强度。
在现有技术的紧固装置中，当叉形件3被朝向腔6的出口拉动时，例如在侧面冲击期间，锚部7的肩部15因此抵靠在螺栓4的锯齿31的底面上。在此轴向力的作用下，倾斜锯齿31可能会遭受扭曲应力，并且它们倾向于朝着径向开口23的后部径向缩回，因而它们还可能扭曲并不再将叉形件3保持在允许锚部7穿过的腔6内。
在本发明中，如图11所示，在侧面冲击的情况下，当肩部15在螺栓4的锯齿31的底面上施加轴向力时，柔性分支30的锯齿31被轴向向上拉动。
从锯齿31的每个顶面突出的窄肋33进入腔6内，与腔6的内侧管状表面邻接。
因此，肋33作为用于U形螺栓的抗扭曲装置，因为它们可以使每个U形分支贴合在壳体5内侧，防止分支扭曲。
此外，螺栓4的内部夹具25的分支30的底肋34被锁定在卡扣2的本体16的壳体5的槽21内，这防止底肋扭曲，并有助于保持U形螺栓贴合在壳体5内。
螺栓的内部夹具25的分支30上的肋34还有助于确保螺栓的分支30是适当刚性的。
上述在肩部15抵靠锯齿31的底面之前将面板从壁移开的可能性使得叉形件3能够从卡扣2释放，从而可以将面板从壁移除。
特别地，因此，在一具体实施例中，存在于面板和壁之间的偏置使得可以插入用于使螺栓4的端部压靠公共底部26的工具，从而将螺栓一直沿着箭头F1进一步驱入至壳体5内，直至螺栓4处于卡扣2中的第二插入位置。在第二插入位置中，锯齿31不再面向卡扣2的腔6，并不再能够保持叉形件3的锚部7，如图12和图13所示。
特别地，当驱动螺栓4进入卡扣2的壳体5内时，螺栓4的内部夹具25的柔性分支30以如下方式变形，即锯齿31在与腔6的下游分区接触时分开，螺栓4被驱入，直至公共底部26的与腔6的上游分区邻接，因此限制了螺栓4在卡扣2内的行程。
在该第二插入位置，螺栓4的外部夹具24的分支27的末端延伸超出卡扣2的壳体5。
在驱动螺栓4进入卡扣2时螺栓4的缩回的柔性叶片28然后与卡扣2的壳体5的壁邻接。
在该第二插入位置，正是U形底部26与螺栓4的内部夹具25的锯齿31之间的直段面向腔6。
在该第二插入位置，没有障碍物面向腔6，并且叉形件3可以在没有力的情况下从卡扣2的腔6移除。
在上述实施例中，在卡扣2与壁接合之前，螺栓4已经被驱入到卡扣2内的预安装位置(或者螺栓4在卡扣2内的第一位置)，但是卡扣2可以自己接合于壁上，即，螺栓4未处于卡扣的本体16内，随后螺栓4可以插入到壳体5内。
在本发明中，从螺栓4在卡扣2内的第二插入位置起始，一旦叉形件3已经从卡扣2移除，通过在螺栓4的外部夹具24的分支27的末端(从卡扣2的壳体5处突起)上径向按压，以使所述末端返回到壳体5内，螺栓4返回至卡扣2内的第一插入位置。
螺栓4的柔性叶片28再次处于其展开位置，与卡扣2的本体16的凹部22邻接，从而防止螺栓4从卡扣2的壳体5移除。
因此，卡扣2内的螺栓4再次处于适当位置，以接收、底切并将叉形件3保持在卡扣2内。
因此，可以将新的面板非常快速地安装在壁上。
自然地，在以上描述中，卡扣2可以与面板接合，而叉形件3可以与壁接合。
自然地，本发明的紧固装置还可以用于紧固其它类型的部件，例如，用于将窗户升降机构紧固在机动车辆的窗户上。
本发明的紧固装置的各个元件(即，卡扣2、叉形件3和螺栓4)可以完全通过模制塑料材料或注塑成型塑料材料制成。可以以低成本生产此类紧固装置。
各元件还可以另外通过3D打印机生产，小规模地生产。
Claims (12)
1.一种用于将第一部件组装到第二部件上的紧固装置(1)，所述紧固装置包括：母元件(2)，所述母元件具有呈现为管状内表面的沿轴向方向延伸的腔(6)，并用于接合在第一部件上；公元件(3)，所述公元件具有杆的形状用于轴向插入至所述腔(6)内，并用于接合在第二部件上；以及保持装置(4)，所述保持装置具有分支、为U形夹具的形式，并插入至所述母元件的壳体(5)内，横向穿过所述腔(6)，从而夹紧所述公元件(3)并将所述公元件轴向锁定在所述母元件(2)的所述腔(6)内；所述紧固装置的特征在于，所述保持装置(4)设置有抗扭曲装置，所述抗扭曲装置防止U形在所述公元件(3)相对于所述母元件(2)被向外拉动的情况下扭曲，所述抗扭曲装置包括至少一个第一肋(33)，所述第一肋沿所述轴向方向从所述U形的分支中至少之一突出到所述腔(6)内部，并与所述腔(6)的所述管状内表面邻接，从而防止所述U形的所述分支在这种拉动期间扭曲。
2.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，所述抗扭曲装置还包括位于所述U形的每个分支上的至少一个第二肋(34)，所述第二肋邻接在设置于所述母元件(2)的所述壳体(5)内的槽(21)中，从而防止所述U形的所述分支在这种拉动期间扭曲。
3.根据权利要求2所述的紧固装置，其特征在于，所述抗扭曲装置包括分布在所述保持装置(4)的所述U形的所述分支上的两个第一肋(33)和两个第二肋(34)。
4.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，所述保持装置(4)的所述U形的所述分支形成朝着所述U形的内侧突出的锯齿(31)，从而在所述公元件插入到所述母元件的所述腔(6)内时夹紧所述公元件(3)，所述第一肋大体上垂直于所述锯齿(31)突出。
5.根据权利要求2所述的紧固装置，其特征在于，所述第一肋(33)从所述保持装置(4)的第一面突出，并且所述第二肋(34)从所述保持装置(4)的第二面突出，所述第二面远离所述保持装置(4)的所述第一面。
6.根据前述权利要求中任一项所述的紧固装置，其特征在于，所述保持装置(4)为具有外部第一夹具(24)和内部第二夹具(25)的两个U形夹具的形式，所述第一夹具和第二夹具具有公共底部(26)，并在一公共平面(P)中一个装配在另一个内部。
7.根据权利要求6所述的紧固装置，其特征在于，所述外部夹具(24)包括具有柔性抗返回叶片(28)的柔性U形分支(27)，当所述保持装置(4)插入至所述母元件(2)内时，所述柔性抗返回叶片从所述U形朝着所述U形的底部(26)向外倾斜，并与设置在所述壳体(5)内的凹部(22)邻接。
8.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，所述保持装置(4)布置成，在所述母元件(2)中的第一插入位置，所述保持装置将所述公元件(3)保持在所述母元件的所述腔(6)内，并且在所述母元件(2)中的第二插入位置，所述保持装置允许所述公元件(3)从所述母元件(2)的所述腔(6)移除，所述第二插入位置比所述第一插入位置驱入的更远。
9.根据权利要求8所述的紧固装置，其特征在于，所述U形内部夹具(25)包括相对的直边段，当所述保持装置(4)处于所述母元件(2)内的所述第二插入位置时，所述直边段允许所述公元件(3)通过。
10.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，所述第一部件是位于机动车门内侧的片状金属，并且所述第二部件是机动车门的内装饰面板。
11.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，所述第一部件是窗户升降机构，并且所述第二部件是机动车门的窗户。
12.根据前述权利要求1-5中任一项所述的紧固装置，其特征在于，所述母元件(2)、所述保持装置(4)和所述公元件(3)由模制的塑料材料制成。
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