CN112728099B - 可密封液体的磁性介质密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可密封液体的磁性介质密封装置，所述密封装置包括壳体、摆动轴、密封件和磁源，所述壳体包括球头部，所述壳体内设有球铰，所述摆动轴以所述球铰为中心可摆动，所述密封件设在所述球头部的外侧，且所述密封件与所述球头部共球心，所述密封件与所述摆动轴相连，所述密封件设有第一齿圈和第二齿圈，所述磁源设在所述密封件上，所述磁源用于产生沿第一方向的磁场，所述第一齿圈和所述第二齿圈与所述球头部的间隙处分别吸附有第一磁性介质和第二磁性介质。根据本发明实施例的可密封液体的磁性介质密封装置，以磁性介质作为密封介质，实现了对摆动轴的密封，且适用于密封液体的工况，密封效果好，耐压能力强，泄漏率低。

Description

可密封液体的磁性介质密封装置

技术领域

本发明涉及机械工程密封技术领域，尤其是涉及一种可密封液体的磁性介质密封装置。

背景技术

摆动轴是可绕定点朝任意方向摆动的轴，是机械传动和执行机构中的关键结构，在摆动油缸、汽车悬架控制臂、发动机矢量摆动喷管、万向接头等场合有重要应用。

但是，由于摆动轴可朝任意方向运动的特殊性，对其进行高性能、高可靠性的密封一直是技术难题，其中密封液体的情况尤其难以解决。相关技术中，摆动轴多使用橡胶圈作为密封材料，但是橡胶圈密封存在以下问题：摆动轴工作时的摩擦阻力大，橡胶磨损产生的碎屑污染内外腔，橡胶易磨损或老化失效，无法实现零泄漏。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种可密封磁性液体的磁性介质密封装置，可实现摆动轴的密封，密封性好，耐压能力强。

根据本发明实施例的可密封液体的磁性介质密封装置包括壳体、摆动轴、密封件和磁源，所述壳体包括球头部，所述球头部的外表面为球面，所述球头部设有开口，所述壳体内设有球铰，所述摆动轴贯穿所述开口，且所述摆动轴的一端与所述球铰相连，所述摆动轴以所述球铰为中心可摆动，所述密封件设在所述球头部的外侧，所述密封件邻近所述球头部的一侧的表面为球面，且所述密封件与所述球头部共球心，所述密封件与所述摆动轴相连，所述密封件邻近所述球头部的一侧设有沿所述密封件的周向连续布置的第一齿圈和沿所述密封件的周向连续布置的第二齿圈，所述第一齿圈位于所述第二齿圈的内侧，所述第一齿圈与壳体之间具有第一密封间隙，所述第一密封间隙内填充有用于密封的第一磁性介质，所述第二齿圈与所述壳体之间具有第二密封间隙，所述第二密封间隙内填充有用于密封的第二磁性介质，所述磁源设在所述密封件上，且所述磁源位于所述第一齿圈和所述第二齿圈之间，所述磁源用于产生沿第一方向的磁场，所述第一方向为由所述第一齿圈指向所述第二齿圈的方向或由所述第二齿圈指向所述第一齿圈的方向。

根据本发明实施例的可密封液体的磁性介质密封装置，通过在球头部的外侧设置密封件，并在磁场力的作用下将磁性介质吸附在密封间隙，实现了对摆动轴的密封，并且适用于密封液体的工况，密封效果好，耐压能力强，泄漏率低。

在一些实施例中，所述密封件包括第一密封件、第二密封件和连接梁，所述第二密封件环绕设置在所述第一密封件的周侧，所述第一密封件和所述第二密封件在所述第一方向上间隔开，所述第一密封环和所述第二密封环之间的间隙处设有所述连接梁，所述连接梁的一端与所述第一密封件相连，所述连接梁的另一端与所述第二密封件相连，所述第一齿圈设在所述第一密封件上，所述第二齿圈设在所述第二密封件上。

在一些实施例中，所述磁源包括线圈，所述线圈绕设在所述连接梁上，所述线圈通电后产生沿所述第一方向的磁场。

在一些实施例中，所述连接梁为多个，多个所述连接梁沿所述密封件的周向均匀分布，每个所述连接梁上均设有所述线圈。

在一些实施例中，所述密封件上设有卡槽，所述磁源为永磁体，所述永磁体配合在所述卡槽内，所述永磁体的磁化方向为所述第一方向。

在一些实施例中，所述卡槽为多个，多个所述卡槽沿所述密封件的周向均匀分布。

在一些实施例中，还包括气泵，所述密封件上设有进气孔和出气孔，所述进气孔和所述出气孔均位于所述第一齿圈和所述第二齿圈之间，所述气泵与所述进气孔连通。

在一些实施例中，所述第一磁性介质为磁性液体，所述第二磁性介质为磁粉。

在一些实施例中，所述密封件上设有多圈所述第一齿圈和多圈所述第二齿圈，多圈所述第一齿圈间隔布置，多圈所述第二齿圈间隔布置。

在一些实施例中，所述壳体还包括腔部，所述球铰设在所述腔部内，所述球头部与所述腔部连接。

附图说明

图1是根据本发明第一方面实施例的可密封液体的磁性介质密封装置的示意图；

图2是图1中所示的磁性介质密封装置的磁回路示意图；

图3是图1中所示的磁性介质密封装置的密封件的一个示例性示意图；

图4是图1中所示的磁性介质密封装置的密封件的另一个示例性示意图；

图5是根据本发明第二方面实施例的可密封液体的磁性介质密封装置的示意图；

图6是根据本发明第三方面实施例的可密封液体的磁性介质密封装置的示意图；

图7是图6中所示的磁性介质密封装置的密封件的示意图；

图8是根据本发明第四方面实施例的可密封液体的磁性介质密封装置的示意图；

图9是图8中所示的磁性介质密封装置的密封件的示意图。

附图标记：

壳体1，球头部11，进气孔111，出气孔112，腔部12，第二连接件13，第二密封圈14，

摆动轴2，轴肩21，

球铰3，

密封件4，第一密封件41，第一齿圈411，第二密封件42，第二齿圈421，连接梁43，第一连接件44，第一密封圈45，

磁源5，线圈51，永磁体52，

第一磁性介质6，

第二磁性介质7，

气泵8。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，根据本发明实施例的可密封液体的磁性介质密封装置包括壳体1、摆动轴2、密封件4和磁源5。

壳体1包括球头部11，球头部11的外表面为球面，球头部11设有开口，壳体1内设有球铰3，摆动轴2贯穿球头部11的开口，且摆动轴2的一端与球铰3相连，摆动轴2以球铰3为中心在开口内可沿任意方向摆动。

密封件4设在球头部11的外侧，密封件4邻近球头部11的一侧的表面为球面，且密封件4与球头部11共球心，密封件4与摆动轴2相连，密封件4可随摆动轴2的摆动而摆动。

密封件4邻近球头部11的一侧设有沿密封件4的周向连续布置的第一齿圈411和沿密封件4的周向连续布置的第二齿圈421，第一齿圈411位于第二齿圈421的内侧，可以理解的是，第一齿圈411和第二齿圈421均为环形，且均设置在密封件4的内侧，第一齿圈411的直径小于第二齿圈421的直径。

第一齿圈411与壳体1之间具有第一密封间隙，第一密封间隙内填充有用于密封的第一磁性介质6，第二齿圈421与壳体1之间具有第二密封间隙，第二密封间隙内填充有用于密封的第二磁性介质7，第一磁性介质6和第二磁性介质7可以相同，也可以不同，磁性介质包括但不限于磁性液体、磁粉、磁流变液、磁脂等。

磁源5设在密封件4上，且磁源5位于所述第一齿圈411和所述第二齿圈421之间，磁源5用于产生沿第一方向的磁场，第一方向为由第一齿圈411指向第二齿圈421的方向或由第二齿圈421指向第一齿圈411的方向。

其中，球头部11、密封件4、第一齿圈411和第二齿圈421的材料均为导磁材料，磁源5产生磁场时，如图2所示，磁源5、第一齿圈411、第一磁性介质6、球头部11、第二磁性介质7、第二齿圈421和密封件4组成磁回路，磁回路的方向与磁源5内部的磁场方向相同。

如此设置，在磁场力的作用下，第一磁性介质6被吸附在第一齿圈411的端部，用于密封第一密封间隙，第二磁性介质7被吸附在第二齿圈421的端部，用于密封第二密封间隙，从而对摆动轴2进行密封，防止被密封的介质通过第一密封间隙和第二密封间隙泄漏。

根据本发明实施例的可密封液体的磁性介质密封装置，通过在球头部11的外侧设置密封件4，在磁场力的作用下将第一磁性介质411和第二磁性介质422分别吸附在第一密封间隙、第二密封间隙处，实现了对摆动轴2的密封，且密封效果好，耐压能力强，泄漏率低。

如图3所示，在一些实施例中，密封件4包括第一密封件41、第二密封件42和连接梁43，第二密封件42环绕设置在第一密封件41的周侧，第一密封件41和第二密封件42在第一方向上间隔开，第一密封环和第二密封环之间的间隙处设有连接梁43，连接梁43的一端与第一密封件41相连，连接梁43的另一端与第二密封件42相连，第一齿圈411设在第一密封件41上，第二齿圈421设在第二密封件42上。

可以理解的是，第一密封件41、第二密封件42和连接梁43共同组成了内表面为球面的密封件4，且第一密封件41和第二密封件42之间具有间隔，连接梁43将第一密封件41和第二密封件42相连，这是为了便于安装磁源5。

具体地，磁源5包括线圈51，线圈51绕设在连接梁43上，线圈51通电后在连接梁43产生沿第一方向的磁场，并形成磁回路，第一磁性介质6在磁场力的作用下吸附在第一齿圈411上，第二磁性介质7在磁场力的作用下吸附在第二齿圈421上，第一磁性介质6和第二磁性介质7作为密封介质，从而实现密封。

需要说明的是，第一齿圈411和第二齿圈421的横截面形状优选为三角形，且第一齿圈411的横截面积在由第一密封件41朝向球头部11的方向上逐渐减小，第二齿圈421的横截面积在由第二密封件42朝向球头部11的方向上逐渐减小，如此设置，第一齿圈411和第二齿圈421端部的磁场强度最大，对磁性介质的吸附作用最强，密封更加可靠。

如图3和图4所示，在一些实施例中，连接梁43为多个，多个连接梁43沿密封件4的周向均匀分布，每个连接梁43上均设有线圈51。

如此设置，保证了在密封件4的周向上，任意位置处的第一齿圈411和第二齿圈421均有磁力线经过，使磁场在第一齿圈411和第二齿圈421的周向分布更均匀，从而将密封件4的周向全部密封，防止被密封的介质泄漏，密封效果好。

如图6所示，在一些实施例中，密封件4上设有卡槽，磁源5为永磁体52，永磁体52配合在卡槽内，永磁体52的磁化方向为第一方向。

永磁体52可以产生持续稳定的磁场，且无需通电，本实施例中的磁源5结构简单，可靠性强。需要说明的是，卡槽可以贯穿密封件4，也可以为凹槽，永磁体52嵌入式地配合在卡槽内。

如图7所示，在一些实施例中，卡槽为多个，多个卡槽沿密封件4的周向均匀分布，同样地，这是为了保证在密封件4的周向上，任意位置处的第一齿圈411和第二齿圈421均有磁力线经过，使磁场在第一齿圈411和第二齿圈421的周向分布更均匀，从而将密封件4的周向全部密封。

如图8和图9所示，在一些实施例中，可密封液体的磁性介质密封装置还包括气泵8，密封件4上设有进气孔111和出气孔112，进气孔111和出气孔112均位于第一齿圈411和第二齿圈421之间，气泵8与进气孔111连通。

第一齿圈411和第二齿圈421之间形成封闭的腔室，密封件4上设有进气孔111和出气孔112。当被密封物质为水时，气泵8通过进气孔111向腔室内排入干燥气体，干燥气体可以将腔室内的水蒸气通过出气孔112排出，防止腔室内的水蒸气污染第二磁性介质7，从而提高密封装置的密封性能。当被密封物质为其他液体时，通过气泵8向腔室内排入干燥气体，也可以实现同样的功能。

具体地，第一磁性介质6为磁性液体，第二磁性介质7为磁粉。

不同种类的磁性液体的亲疏水性不同，选择疏水性强的磁性液体，使磁性液体本身不易被水稀释或者冲走，由此，磁性液体可以长时间密封水和水蒸气，且不会产生泄漏，但磁性液体的耐压能力较小，而磁粉的磁化强度远高于磁性液体，因此耐压能力强、密封能力更强，但是磁粉不能长时间与水或者水蒸气接触。

采用磁性液体和磁粉组合的方式，不仅使得磁性介质密封装置可以长时间密封液体，且耐压能力强，密封效果好，使本装置满足更多复杂的密封需求。与此同时，气泵8持续向腔室内通入干燥气体，腔室内始终保持干燥，磁粉不会长时间与水或者水蒸气接触，延长了密封装置的使用寿命。

在本实施例中，第一磁性介质6可以采用将包覆油酸的Fe₃O₄纳米颗粒分散在氟醚油中制成的磁性液体，第二磁性介质7可以采用平均粒径30nm的SmCo₅粉末和平均粒径100μm的γ-Fe₂O₃颗粒以质量比2:1混合制成的粉体。

如图5所示，在一些实施例中，密封件4上设有多圈第一齿圈411和多圈第二齿圈421，多圈第一齿圈411在第一方向上间隔布置，多圈第二齿圈421在第一方向上间隔布置。

每一圈第一齿圈411上均吸附有第一磁性介质6，每一圈第二齿圈421上均吸附有第二磁性介质7，且每一圈第一齿圈411和第二齿圈421均形成一级密封，多圈第一齿圈411和第二齿圈421配合形成多级密封，相比于单级密封，多级密封的耐压能力更强、泄漏率更低、可靠性更高。

如图1所示，在一些实施例中，壳体1还包括腔部12，所述球铰3设在所述腔部12内，所述球头部11与所述腔部12连接。壳体1由腔部12和球头部11组成，腔部12具有内腔且一端开口，球头部11设在开口处以将开口封闭，这是为了便于在壳体1内安装球铰3以及将球铰3与摆动轴2相连。

在一些实施例中，可密封液体的磁性介质密封装置还包括第一连接件44和第二连接件13。摆动轴2上设有轴肩21，轴肩21上设有通孔或者螺纹孔，密封件4通过第一连接件44与轴肩21相连。第一连接件44优选为螺栓，第一连接件44穿过密封件4配合在第一轴肩21的孔内，从而将密封件4固定在摆动轴2上。

腔部12和球头部11均设有通孔，第二连接件13为螺栓，第二连接件13依次贯穿球头部11和腔部12将二者相连。

在一些实施例中，可密封液体的磁性介质密封装置还包括第一密封圈45和第二密封圈14。密封件4设有通孔，摆动轴2贯穿第一通孔与密封件4相连，通孔的孔壁上设有第一凹槽，第一密封圈45配合在第一凹槽内。

第一密封圈45用于防止被密封物质通过密封件4和摆动轴2之间的间隙泄漏，从而提高密封装置的密封效果。球头部11与腔部12相接触的端面上设有第二凹槽，第二密封圈14配合在第二凹槽内，以防止壳体1内被密封的介质通过球头部11与腔部12之间的间隙泄漏。

下面参考附图描述根据本发明的一个实施例的可密封液体的磁性介质密封装置。

如图4和图5所示，根据本发明实施例的可密封液体的磁性介质密封装置包括壳体1、摆动轴2、密封件4和磁源5。

壳体1包括球头部11和腔部12，球头部11和腔部12通过第二连接件13相连，球头部11的外表面为球面，球头部11设有开口，腔部12内设有球铰3，摆动轴2贯穿球头部11的开口，且摆动轴2的一端与球铰3相连，摆动轴2以球铰3为中心在开口内可沿任意方向摆动。

密封件4设在球头部11的外侧，密封件4邻近球头部11的一侧的表面为球面，且密封件4与球头部11共球心，密封件4与摆动轴2相连，密封件4邻近球头部11的一侧设有多圈第一齿圈411和多圈第二齿圈421。第一齿圈411与壳体1之间具有第一密封间隙，第一密封间隙内填充有用于密封的第一磁性介质6，第二齿圈421与壳体1之间具有第二密封间隙，第二密封间隙内填充有用于密封的第二磁性介质7。

密封件4包括第一密封件41、第二密封件42和连接梁43，第二密封件42环绕设置在第一密封件41的周侧，第一密封件41和第二密封件42在第一方向上间隔开，第一密封环和第二密封环之间的间隙处设有连接梁43，连接梁43的一端与第一密封件41相连，连接梁43的另一端与第二密封件42相连，第一齿圈411设在第一密封件41上，第二齿圈421设在第二密封件42上。

磁源5包括线圈51，线圈51绕设在连接梁43上，线圈51通电后在连接梁43产生沿第一方向的磁场，并形成磁回路，第一磁性介质6在磁场力的作用下吸附在第一齿圈411上，第二磁性介质7在磁场力的作用下吸附在第二齿圈421上，从而实现密封。

下面参考附图描述根据本发明的另一个实施例的可密封液体的磁性介质密封装置。

如图8和图9所示，根据本发明实施例的可密封液体的磁性介质密封装置包括壳体1、摆动轴2、密封件4、磁源5和气泵8。

密封件4上设有多圈第一齿圈411和多圈第二齿圈421，第一齿圈411与壳体1之间具有第一密封间隙，第一密封间隙内填充有用于密封的第一磁性介质6，第一磁性介质6为磁性液体，第二齿圈421与壳体1之间具有第二密封间隙，第二密封间隙内填充有用于密封的第二磁性介质7，第二磁性介质7为磁粉。

密封件4上设有多个卡槽，多个卡槽沿密封件4的周向均匀分布，磁源5为永磁体52，多个永磁体52分别配合在卡槽内，多个永磁体52的磁化方向均为第一方向。

第一齿圈411和第二齿圈421之间形成封闭的腔室，密封件4上设有进气孔111和出气孔112，气泵8通过进气孔111向腔室内排入干燥气体，防止腔室内的水蒸气污染第二磁性介质7，从而提高密封装置的密封性能。

图8和图9所示的用于摆动轴2的磁性介质密封装置的其他结构与图4和图5中所示的实施例相同，这里不再详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种可密封液体的磁性介质密封装置，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体包括球头部，所述球头部的外表面为球面，所述球头部设有开口，所述壳体内设有球铰；

摆动轴，所述摆动轴贯穿所述开口，且所述摆动轴的一端与所述球铰相连，所述摆动轴以所述球铰为中心可摆动；

密封件，所述密封件设在所述球头部的外侧，所述密封件邻近所述球头部的一侧的表面为球面，且所述密封件与所述球头部共球心，所述密封件与所述摆动轴相连，所述密封件邻近所述球头部的一侧设有沿所述密封件的周向连续布置的第一齿圈和沿所述密封件的周向连续布置的第二齿圈，所述第一齿圈位于所述第二齿圈的内侧，所述第一齿圈与壳体之间具有第一密封间隙，所述第一密封间隙内填充有用于密封的第一磁性介质，所述第二齿圈与所述壳体之间具有第二密封间隙，所述第二密封间隙内填充有用于密封的第二磁性介质；

磁源，所述磁源设在所述密封件上，且所述磁源位于所述第一齿圈和所述第二齿圈之间，所述磁源用于产生沿第一方向的磁场，所述第一方向为由所述第一齿圈指向所述第二齿圈的方向或由所述第二齿圈指向所述第一齿圈的方向。

2.根据权利要求1所述的可密封液体的磁性介质密封装置，其特征在于，所述密封件包括第一密封件、第二密封件和连接梁，所述第二密封件环绕设置在所述第一密封件的周侧，所述第一密封件和所述第二密封件在所述第一方向上间隔开，所述第一密封环和所述第二密封环之间的间隙处设有所述连接梁，所述连接梁的一端与所述第一密封件相连，所述连接梁的另一端与所述第二密封件相连，所述第一齿圈设在所述第一密封件上，所述第二齿圈设在所述第二密封件上。

3.根据权利要求2所述的可密封液体的磁性介质密封装置，其特征在于，所述磁源包括线圈，所述线圈绕设在所述连接梁上，所述线圈通电后产生沿所述第一方向的磁场。

4.根据权利要求3所述的可密封液体的磁性介质密封装置，其特征在于，所述连接梁为多个，多个所述连接梁沿所述密封件的周向均匀分布，每个所述连接梁上均设有所述线圈。

5.根据权利要求1所述的可密封液体的磁性介质密封装置，其特征在于，所述密封件上设有卡槽，所述磁源为永磁体，所述永磁体配合在所述卡槽内，所述永磁体的磁化方向为所述第一方向。

6.根据权利要求5所述的可密封液体的磁性介质密封装置，其特征在于，所述卡槽为多个，多个所述卡槽沿所述密封件的周向均匀分布。

7.根据权利要求5所述的可密封液体的磁性介质密封装置，其特征在于，还包括气泵，所述密封件上设有进气孔和出气孔，所述进气孔和所述出气孔均位于所述第一齿圈和所述第二齿圈之间，所述气泵与所述进气孔连通。

8.根据权利要求7所述的可密封液体的磁性介质密封装置，其特征在于，所述第一磁性介质为磁性液体，所述第二磁性介质为磁粉。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的可密封液体的磁性介质密封装置，其特征在于，所述密封件上设有多圈所述第一齿圈和多圈所述第二齿圈，多圈所述第一齿圈间隔布置，多圈所述第二齿圈间隔布置。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的可密封液体的磁性介质密封装置，其特征在于，所述壳体还包括腔部，所述球铰设在所述腔部内，所述球头部与所述腔部连接。

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