DE10114820A1 - Verfahren zur Herstellung einer Sohle - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer SohleInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Sohle (50), insbesondere eines Sportschuhs, bei dem zunächst ein Vorformling der Sohle aus einem ersten (52) und zumindest einem zweiten Material (51; 53; 54; 57) in einer ersten Form durch Spritzgießen erzeugt wird und daraufhin der Vorformling vulkanisiert wird, um die fertige Sohle aus dem ersten und dem zumindest einen zweiten Material zu erhalten.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Sohle,
insbesondere eines Sportschuhs.
Bei der Konstruktion von modernen Schuhen, insbesondere von Sportschuhen,
werden eine Vielzahl von Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften der
Sohle gestellt. So sind beispielsweise bei Laufschuhen im Fersenbereich gute
Dämpfungseigenschaften wünschenswert, um Ermüdungserscheinungen oder
sogar Verletzungen der Muskulatur und der Gelenke des Trägers des Schuhs
durch die hohen Bodenreaktionskräfte beim Aufsetzen mit der Ferse zu
verhindern. Andererseits werden insbesondere im Vorderfußbereich elastische
Eigenschaften der Schuhsohle angestrebt, um das Abstoßen mit dem Ballen in der
letzte Phase eines Schrittzyklus zu unterstützen und dadurch den Energieaufwand
beim Gehen oder Laufen zu reduzieren. Weitere Anforderungen stellen sich
insbesondere bei Sportschuhen, bei denen die Sohle so gestaltet werden muß, dass
eine Supination oder eine zu starke Pronation des Fußes während des
Bewegungsablaufes verhindert wird.
Aus diesen Gründen werden die Sohlen von modernen Schuhen gegenwärtig nicht
mehr in einem Stück aus einem homogen geformten Material hergestellt, sondern
die oben genannten biomechanischen Anforderungen spiegeln sich in einer
Vielzahl unterschiedlicher Materialien wieder, die in Übereinstimmung mit dem
spezifischen Einsatzzweck des Schuhs zu einer Sohle kombiniert werden.
Dämpfungselemente im Fersenbereich werden mit einem oder mehreren
Stützelementen verbunden, die sich je nach der Gestaltung des einzelnen Modells
in unterschiedlichen Bereichen der Sohle erstrecken. Bei der Sohle kann es sich
im Sinne der vorliegenden Anmeldung sowohl um die gesamte Sohle des Schuhs
handeln als auch nur um eine für die biomechanischen Eigenschaften relevante
Zwischensohle, an der weitere Sohlenschichten, beispielsweise eine
Außensohlenschicht zur Haftungsverbesserung, befestigt sind.
Als ein Beispiel für diesen Stand der Technik sei die US 4,642,911 genannt, die
die Verwendung zweier Materialien verschiedener Kompressibilität offenbart, die
gezielt im Vorderfußbereich der Sohle miteinander kombiniert werden, um eine
Pronation oder Supination zu verhindern. Bei der Fertigung dieser Sohle werden
zunächst zwei keilförmige gestaltete Ausgangselemente separat hergestellt und
anschließend miteinander laminiert, um die Sohle mit den gewünschten
Eigenschaften herzustellen.
Bei diesem Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik steigen jedoch der
Fertigungsaufwand und die damit verbundenen Kosten erheblich an, da die
verschiedenen Sohlenbestandteile zunächst einzeln hergestellt werden und
anschließend in einem weiteren Herstellungsschritt, der weitgehend manuell
erfolgt, miteinander zu der vollständigen Sohle verbunden werden müssen.
Darüber hinaus werden zum Laminieren üblicherweise leistungsfähige Klebstoffe
mit gefährlichen Lösungsmitteln verwendet, die sowohl bei der Produktion als
auch bei der späteren Entsorgung der Schuhe zu erheblichen Umweltproblemen
führen können. Zudem haben Klebstoffe einen negativen Einfluss auf die
Dämpfungs- und Elastizitätseigenschaften der Sohle und erhöhen unnötig das
Gesamtgewicht des Schuhs
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein einfacheres
und damit kostengünstigeres Verfahren zur Herstellung komplexer Sohlen aus
zumindest zwei verschiedenen Materialien bereitzustellen, mit dem die oben
genannten Nachteile des Stands der Technik überwunden werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Sohle,
insbesondere eines Sportschuhs, beim dem zunächst ein Vorformling der Sohle
aus einem ersten und zumindest einem zweiten Material in einer ersten Form
durch Spritzgießen erzeugt wird und daraufhin der Vorformling vulkanisiert wird,
um die fertige Sohle aus dem ersten und dem zumindest einen zweiten Material zu
erhalten.
Die gemeinsame Formung des ersten und des zweiten Materials durch
Spritzgießen macht ein manuelles nachträgliches Verbinden der beiden
Sohlenbestandteile überflüssig. Das dem Fachmann bekannte Spritzgießen mit
mehreren Komponenten erlaubt die gezielte Anordnung des ersten und / oder des
zweiten Materials in unterschiedlichen Bereichen der Sohle, so dass auch nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Sohlen den oben erläuterten
komplexen biomechanischen Anforderungen gerecht werden.
Der nachfolgende Vulkanisationsschritt stellt bei der Auswahl geeigneter erster
und zweiter Materialien eine zuverlässige Verbindung sicher, die den auftretenden
Kräften dauerhaft widerstehen kann. Die Verwendung von giftigen Klebstoffen
und den entsprechenden Lösungsmitteln entfällt daher.
Anders als bei der separaten Herstellung von Sohlenbestandteilen, die
nachfolgend miteinander verklebt werden, ermöglicht das erfindungsgemäße
Verfahren zusätzlich durch eine gezielte Interdiffusion der Materialien einen
allmählichen Übergang von einer Komponente zu anderen, um so in bestimmten
Sohlenbereichen einen gleichmäßigen Veränderung der gewünschten
Eigenschaften (beispielsweise von viskos zu elastisch) zu erreichen.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel werden das erste und das zweite
Material gleichzeitig in die erste Form eingespritzt, beispielsweise mit einer
Spritzgußform, die zwei oder mehr Öffnungen aufweist. Dadurch wird der erste
Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens beschleunigt. Die Anordnung der
Öffnungen kann dabei mit der gewünschten Verteilung der zwei oder mehr
Materialien in der Sohle korrespondieren.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel werden die beiden Materialien
nacheinander in die erste Form eingespritzt. Diese Variante ist denkbar, wenn
beispielsweise eine teilweise Verfestigung der ersten Komponente vor dem
Spritzgießen der zweiten Komponente erwünscht ist.
Vorzugsweise wird der aus dem ersten und dem zumindest einen zweiten Material
hergestellte Vorformling in einer zweiten Form vulkanisiert. Während des
Vulkanisierens finden eine Expansion in die endgültige Form der Sohle statt,
deren Ausmaß vorzugsweise durch die zweite Form bestimmt wird. Durch
geeignete Einrichtungen kann zudem in der zweiten Form der Druck, die
Temperatur sowie weitere Prozessparameter während des Vulkanisierens
festgelegt werden.
Die Auswahl des ersten und des zumindest einen zweiten Materials bestimmt sich
nach den jeweiligen biomechanischen Anforderungen. Vorzugsweise weisen die
Materialien unterschiedliche Dichten auf, um dadurch zur gezielten Unterstützung
des Fußes Bereiche der Sohle mit unterschiedlicher Härte und/oder Steifigkeit
zu erzeugen.
Gemäß einem weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das
erste Material im wesentlichen elastische Eigenschaften auf, während das zweite
Material im wesentlichen viskose Eigenschaften hat. Diese Materialkombination
ermöglicht erfindungsgemäß die kostengünstige Herstellung einer Sohle, die in
ersten Teilbereichen die bei einer Verformung der Sohle auftretende Energie im
wesentlichen speichert und später dem Bewegungsablauf wieder zuführt, während
in anderen Teilbereichen die auftretenden Bodenreaktionskräfte viskos gedämpft
werden, d. h. die Energie wird nicht gespeichert, sondern durch
Relaxationsprozesse "vernichtet".
Das Ausmaß der Expansion des ersten und des zweiten Materials während des
Vulkanisierens stimmt vorzugsweise im wesentlichen überein, um eine gute
Verbindung zwischen den beiden Komponenten während des Vulkanisierens zu
erzielen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens
bilden den Gegenstand weiterer abhängiger Ansprüche.
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden derzeit bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung
beschrieben, in der zeigt:
Fig. 1 Ein schematisches Flußdiagramm der einzelnen Prozeßschritte
gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2a Eine Ansicht von unten einer Sohle, die mit dem erfindungs
gemäßen Verfahren hergestellt worden ist und einen integral
verbundenen lateralen Fersendämpfungsbereich aufweist;
Fig. 2b Eine Ansicht von unten einer Sohle, die mit dem erfindungs
gemäßen Verfahren hergestellt worden ist und ein integral
verbundenes mediales Stützelement im Bereich des Fußgewölbes
aufweist;
Fig. 2c Eine Ansicht von unten einer Sohle, die mit dem erfindungs
gemäßen Verfahren hergestellt worden ist und ein integral
verbundenes mediales Stützelement im Mittel- und Vorderfuß
bereich aufweist, um eine zu starke Pronation des Fußes zu
verhindern;
Fig. 2d Eine Ansicht einer weiteren nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Sohle mit einem schematisch angedeuteten
Einsatz aus einem zweiten Material im Inneren des Fersenbereichs.
Fig. 3a Eine Seitenansicht der Sohle aus Fig. 2a;
Fig. 3b. Eine Seitenansicht der Sohle aus Fig. 2b;
Fig. 3c Eine Seitenansicht der Sohle aus Fig. 2c; und
Fig. 3d Eine Seitensicht der Sohle aus Fig. 2d.
Im folgenden werden besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
sowie die damit hergestellten Sohlen mit Bezug auf einen Sportschuh
beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch
für andere Schuhtypen verwendet werden kann.
Fig. 1 zeigt schematisch den Ablauf des Verfahrens. In einem ersten Schritt 10
wird dazu in einer Spritzgußform ein Vorformling aus zumindest zwei Materialien
gespritzt.
Obwohl sich die folgende Beschreibung auf ein Verfahren beschränkt, bei dem
nur zwei verschiedene Materialien zum Einsatz kommen, ist auch die
Verwendung weiterer unterschiedlicher Materialien denkbar. Beispielsweise kann
im Fersenbereich der Sohle ein besonders viskoses und damit dämpfendes
Material eingespritzt werden und zusätzlich im Vorderfußbereich ein
Stützelement aus dichterem EVA (Kopolymer aus Ethylenvinylacetat) angespritzt
werden, während der Hauptteil der Sohle aus einem gewöhnlichen EVA mittlerer
Dichte gespritzt wird.
Das Mehrkomponentenspritzen ist dem Fachmann der Kunststofftechnik bekannt
und braucht daher nicht im Detail beschrieben zu werden. In Betracht kommen
sowohl Verfahren, bei denen simultan durch mehrere Einspritzdüsen die
verschiedenen Materialien in die Spritzgußform eingeführt werden, als auch das
aufeinanderfolgende Einspritzen der beiden Komponenten, wenn beispielsweise
zunächst eine gewisse Verfestigung der ersten Komponente erwünscht ist.
Nach Abschluß des ersten Verfahrensschritts 10 wird der erzeugte Vorformling
im Schritt 20 in eine zweite Form umgesetzt. Die zweite Form wird benötigt, da
während das nachfolgenden Vulkanisierschritt 30 der Vorformling in die
endgültige Form der Sohle expandiert und die beiden Materialkomponenten ihre
gewünschten Eigenschaften (Viskosität, Elastizität, etc.) annehmen.
Neben der abschließenden Formgebung wird während des Vulkanisierens im
Schritt 30 bei Temperaturen, die vorzugsweise im Bereich von 155°-170°C
liegen, durch die Vernetzung der Moleküle der beiden Ausgangsmaterialien eine
chemische Bindung zwischen den unterschiedlichen Bestandteilen der Sohle
erzielt, die zu einer stabilen mechanischen Verbindung führt. Die
Prozessparameter des Vulkanisierschritts, d. h. der Druck und die genannten
Temperaturen, sowie die Dauer des Verfahrensschritts muß dabei den
verwendeten Materialien angepasst werden. Ferner ist das Maß der Expansion der
beiden Materialien während des Schritts 30 vorzugsweise so aufeinander
abgestimmt, dass übermäßige mechanische Spannungen in der Verbindung der
beiden Komponenten verhindert werden.
Nach Abschluss der Vulkanisation wird die fertige Sohle im Schritt 40
ausgegeben und steht zur Weiterverarbeitung (Befestigen des Schuhoberteils und
gegebenenfalls zusätzlicher Sohlenschichten oberhalb und unterhalb der
erfindungsgemäßen Sohle) bei der Schuhherstellung zur Verfügung.
Die Fig. 2a-2d zeigen Unteransichten von Sohlen 50, die mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sind. Die Fig. 3a-3d
zeigen entsprechende Seitenansichten. In Fig. 2a ist im lateralen Fersenbereich
durch die Schraffur ein sich vom Rest 52 der Sohle unterscheidendes Material 51
angedeutet. Vorzugsweise handelt es sich dabei um ein Material, das hochviskose
Eigenschaften aufweist, um die beim Aufsetzen mit der Ferse auftretenden hohen
Bodenreaktionskräfte zu dämpfen. Besonders bevorzugt ist dabei eine viskose
Kunststoffzusammensetzung mit den folgenden Komponenten:
- A) Ein Polymer A, erhältlich aus mindestens
- 1. einem C4- bis C10-Dien als ein Monomer A1 sowie
- 2. einem vinylaromatischen C8- bis C20-Monomer als Monomer A2;
oder
- A) ein Polymer B, erhältlich aus mindestens
- 1. einem C2- bis C20-Olefin als ein Monomer B1,
- 2. einem Monomer aus einem C2- bis C10-Vinylalkohol und einer C2- bis C10-Carbonsäure als Monomer B2;
und mindestens eine der Komponenten C) bis E)
- A) ein Polymer C, erhältlich aus mindestens einem vinylaromatischen Monomer;
- B) ein Halogen beinhaltendes Polymer D, erhältlich aus mindestens einem C4- bis C10-Dien und mindestens einem Halogen;
- C) ein Füllstoff;
oder A) und B) alleine oder A) und B) zusammen mit mindestens einer
Komponente C) bis E). Ferner kann die bevorzugte Kunststoffzusammensetzung
übliche Zusatz- und Hilfsstoffe, wie z. B. Entformer, als Komponente F) enthalten.
Alle denkbaren Kombinationen der Komponente A mit den Komponenten B bis E
sind möglich. Außerdem kann auch Komponente B alleine mit den Komponenten
C bis E kombiniert werden. Besonders bevorzugte Kombinationen der
Komponenten für die viskose Kunststoffzusammensetzung ergeben sich aus
folgenden Buchstabenkombinationen: AB, AC, BC, ABC, AD, AE, AEC, ABCD,
ABCDE und ABCDEF.
Weiterhin wird ist bevorzugt in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine viskose
Kunststoffzusammensetzung zu verwenden, die als Komponenten:
- A) im Bereich von 0 bis 99,9, bevorzugt von 5 bis 60 Gew.-% Polymer A,
- B) im Bereich von 0 bis 99,9, bevorzugt von 5 bis 60 Gew.-% Polymer B,
- C) im Bereich von 0 bis 99,9, bevorzugt von 5 bis 60 Gew.-% Polymer C,
- D) im Bereich von 0 bis 90,4, bevorzugt von 5 bis 50 Gew.-% Polymer D,
- E) im Bereich von 0 bis 40, bevorzugt von 1 bis 20 Gew.-% Füllstoffe als Komponente E,
enthält, wobei die Summe der Komponenten A bis E insgesamt 100 Gew-.%
ergibt, und die Zusammensetzung stets zumindest eine der beiden Komponenten
A und B enthält, und sofern sie A oder B enthält, mindestens eine weitere
Komponente C bis E umfaßt.
Der Gehalt der Komponente F, falls vorhanden, beträgt bis zu 15 Gew.-%,
vorzugsweise 0,5 bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf die restliche
Kunststoffzusammensetzung.
Die genannte Kunststoffzusamensetzung weist dabei bevorzugt einen
Energieverlust von 50-80%, eine dynamische Steifheit bei 200-400 N im
Bereich von 80-150 N/mm, eine dynamische Steifheit bei 1000-1500 N im
Bereich von 100-400 N/mm und ein spezifisches Gewicht von 0,3-0,8 g/cm3
auf.
Der nicht schraffierte Bereich 52 der Sohle 50 ist in dem Ausführungsbeispiel aus
den Fig. 2a und 3a aus einem üblichen EVA gefertigt. Dabei handelt es sich
vorzugsweise um ein Standard-EVA mit der folgenden Zusammensetzung: Die
Basis bildet ein EVA mit einem VA-Anteil von 18-25%. Dazu kommen
Füllstoffe wie SiO2 oder TiO2 sowie Vernetzungsmittel, Verarbeitungsmittel und
Blähmittel.
Der Übergang von einem Material zum anderen muß nicht einer scharfen Linie
folgen, sondern eine Durchmischung in angrenzenden Bereichen der beiden
Materialien 51, 52 während des Spritzgießen und/oder der Vulkanisation ist
möglich und kann gezielt dazu verwendet werden, um einen gleichmäßigen
Übergang von viskosen, d. h. in erster Linie dämpfenden Eigenschaften, zu mehr
elastischen Eigenschaften zu erreichen.
Die Fig. 2d und 3d zeigen eine weitere Ausführungsform einer nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Sohle, bei der elastische und viskose
Materialien miteinander kombiniert werden. Wie zu erkennen, ist im
Fersenbereich direkt unterhalb des Fersenbeins (nicht dargestellt) ein
vorzugsweise kreisförmiger Einsatz 57 angeordnet, der vom übrigen
Sohlenmaterial 52 umgeben ist. Der im umgebenden Material 52 "versteckte"
Dämpfungseinsatz 57 schützt somit bei Aufsetzen den Fersenknochen vor
übermäßiger Belastung ohne selbst einem vorzeitigen Verschleiss durch Abrieb
ausgesetzt zu sein.
Die Fig. 2b und 3b zeigen ein weiteres Beispiel einer nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Sohle 50. Während der überwiegende
Teil 52 der Sohle 50 aus einem EVA einer für Schuhsohlen normalen
Standarddichte gespritzt worden ist, weist der mediale Mittelfußbereich ein
simultan gespritztes Stützelement 53 auf, das ebenfalls aus einem EVA gespritzt
wird, jedoch eine größere Dichte aufweist. Die höhere Dichte fährt nach dem
Vulkanisationsschritt 30 zu einer größeren Steifigkeit des Stützelements im
Vergleich zum übrigen Bereich 52 der Sohle 50 und damit zu einer wirksamen
Unterstützung des Fußgewölbes des Trägers des Schuhs.
Anders als im Stand der Technik wird jedoch dieses Stützelement 53 nicht
nachträglich mit dem Rest 52 der Sohle durch Kleben oder ähnliche Techniken
verbunden sondern direkt durch das erfindungsgemäße Verfahren in die Sohle 50
integriert. Zur optischen Betonung des Stützelements 53 ist zusätzlich eine
unterschiedliche Farbgebung gegenüber der übrigen Sohle möglich.
Die Fig. 2c und 3c, schließlich, zeigen die Verwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zu Einbettung eines medialen Stützelements 54 aus einem EVA
höherer Dichte in den Mittel- und Vorderfußbereich der Sohle, das eine zu starke
Pronation des Fußes während eines Schrittzyklus verhindern soll. Ähnliche
Stützelemente können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch auf der
lateralen Seite in die Sohle integriert werden.
Wie in den Fig. 3a-3d zu erkennen, ermöglicht das erfindungsgemäße
Mehrkomponentenspritzen der Sohle auch eine dreidimensionale Gestaltung des
integral in die Sohle eingearbeiteten Dämpfungs- oder Stützelements 51, 57 bzw.
53, 54. Eine entsprechende Anordnung der Einspritzdüsen beim Spritzgießen des
Vorformlings gewährleistet bei der Verteilung der zwei oder mehr verschiedenen
Komponenten der Sohle 50 somit die gleiche konstruktive Freiheit wie eine
separate Einzelanfertigung der Bestandteile mit nachfolgendem Verkleben.
Claims (13)
1. Verfahren zur Herstellung einer Sohle (50), insbesondere eines
Sportschuhs, mit den folgenden Schritten:
- a) Spritzgießen eines Vorformlings der Sohle (50) aus einem ersten (52) und zumindest einem zweiten Material (51; 53; 54; 57) in einer ersten Form;
- b) Vulkanisieren des Vorformlings, um die fertige Sohle (50) aus dem ersten (52) und dem zumindest einen zweiten (51; 53; 54; 57) Material zu erhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste (52) und das zweite Material
(51; 53; 54; 57) gleichzeitig in die erste Form eingespritzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die beiden Materialien (52), (51; 53;
54; 57) nacheinander in die erste Form eingespritzt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei der Vorformling in
einer zweiten Form vulkanisiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das Ausmaß der
Expansion des ersten (52) bzw. des zweiten (51; 53; 54; 57) Materials
während des Vulkanisierens im wesentlichen übereinstimmt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das erste Material (52)
im wesentlichen elastische Eigenschaften aufweist und das zweite Material
(51; 57) im wesentlichen viskose Eigenschaften aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Sohle (50) einen Fersenbereich
umfasst und das zweite Material (51; 57) so in die erste Form eingespritzt
wird, dass es in der fertigen Sohle zumindest Teile des Fersenbereichs
bildet.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das zweite Material (57) im
Fersenbereich unterhalb des Fersenbeins einen hochviskosen Einsatz (57)
bildet, der in das erste Material (52) eingebettet ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das erste (52) und das
zweite (53; 54; ) Material unterschiedliche Dichten aufweisen, um
unterschiedliche Härten und/oder Steifigkeiten zu erzielen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Sohle (50) einen Mittelfußbereich
aufweist und das zweite Material (53; 54) so in die erste Form eingespritzt
wird, dass es in der fertigen Sohle (50) zumindest Teile des
Mittelfußbereichs bildet.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Sohle (50) einen lateralen und/
oder einen medialen Stützbereich (53) aufweist und das zweite Material
(53) so in die erste Form eingespritzt wird, dass es in der fertigen Sohle
(50) den lateralen und/oder den medialen Stützbereich (53) bildet.
12. Sohle (50) hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-
11.
13. Schuh, insbesondere Sportschuh, mit einer Sohle nach Anspruch 12.
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