DE102004021349A1 - Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung mit wenigstens einem Lager (1) und einem Befestigungsflansch (2) zur Befestigung des Lagers (1) an einem Maschinenteil. Im Befestigungsflansch (2) wird wenigstens eine zylinderförmige Ausnehmung (10) zur Aufnahme des Lagers (1) ausgebildet, deren Durchmesser (d¶1¶) wenigstens bereichsweise größer als der Außendurchmesser (d¶2¶) des Lagers (1) ist. Das Lager (1) wird in der Ausnehmung (10) positioniert und fixiert. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zur Fixierung des Lagers (1) in der Ausnehmung (10) eine Lötverbindung zwischen dem Lager (1) und dem Befestigungsflansch (2) ausgebildet wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung mit wenigstens einem Lager und einem Befestigungsflansch. Weiterhin betrifft die Erfindung eine derartige Lageranordnung.
- Für eine Vielzahl von Anwendungen im Maschinen- und Fahrzeugbau werden Lageranordnungen benötigt, die einen Befestigungsflansch zur Befestigung eines oder mehrerer Lager an einem Maschinenteil aufweisen. Dabei besteht prinzipiell die Möglichkeit, den Befestigungsflansch einteilig mit einem Außenring des Lagers auszuführen. Dies ist fertigungstechnisch allerdings sehr aufwendig, so dass die Herstellung einer derartigen Lageranordnung sehr kostenintensiv ist.
- Ebenso ist es auch möglich, das Lager und den Befestigungsflansch separat zu fertigen und anschließend miteinander zu verbinden. Eine derartige Vorgehensweise ist beispielsweise aus der
EP 1 072 806 A2 bekannt. Dort ist ein Lagerschild offenbart, der eine Vertiefung zur Aufnahme eines Lagers aufweist. Damit eine stabile und präzise Verbindung des Lagers mit dem Lagerschild erfolgen kann, ist vorgesehen, dass zunächst eine Positionierungsfläche am Lagerschild angeprägt wird, die für die Positionierung eines Halteblechs benötigt wird. Nach dem Einlegen des Lagers in die Aufnahmefläche des Lagerschilds wird das Halteblech an der Positionierungsfläche angelegt, wobei dies so erfolgt, dass dieses im späteren Betrieb des Lagers eine axiale Kraft auf einen Teil des Lagers ausübt. Dann wird das Halteblech durch Schweißen mit dem Lagerschild stoffschlüssig verbunden. - Die aus der
EP 1 072 806 A2 bekannte Lageranordnung hat sich zwar sehr gut bewährt, ist allerdings insbesondere im Hinblick auf die axiale Fixierung des Lagers ziemlich aufwendig. Außerdem müssen die Außenabmessungen des Lagers und die Abmessungen der Vertiefung des Lagerschilds relativ genau aufeinander abgestimmt werden. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung, die wenigstens ein Lager und einen Befestigungsflansch aufweist, mit möglichst geringem Aufwand so auszubilden, dass sie dauerhaft hohen Belastungen Stand hält.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
- Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung mit wenigstens einem Lager und einem Befestigungsflansch zur Befestigung des Lagers an einem Maschinenteil wird im Befestigungsflansch wenigstens eine zylinderförmige Ausnehmung zur Aufnahme des Lagers ausgebildet, deren Durchmesser wenigstens bereichsweise größer als der Außendurchmesser des Lagers ist. Weiterhin wird das Lager in der Ausnehmung positioniert und fixiert. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass zur Fixierung des Lagers in der Ausnehmung eine Lötverbindung zwischen dem Lager und dem Befestigungsflansch ausgebildet wird.
- Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass mit einem relativ geringen Aufwand eine Lageranordnung bestehend aus wenigstens einem Lager und einem Befestigungsflansch hergestellt werden kann, die dauerhaft hohen Belastungen standhält und somit eine zuverlässige Befestigung des Lagers an einem Maschinenteil ermöglicht. Dabei ist es besonders vorteilhaft; dass für die Herstellung der Lageranordnung Standardlager in unveränderter Form eingesetzt werden können.
- Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Befestigungsflansch zur Ausbildung der Ausnehmung gelocht, so dass die axiale Erstreckung der Ausnehmung der Materialstärke des Befestigungsflansches in der Umgebung der Ausnehmung entspricht. Diese Variante hat den Vorteil, dass der Aufwand für die Herstellung des Befestigungsflansches sehr gering ist und dass das Verfahren auch für große Materialstärken geeignet ist. Somit kann auf diese Weise eine sehr steife Lageranordnung hergestellt werden, die auch extremen Belastungen Stand hält.
- Bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Ausbildung der Ausnehmung eine zylinderförmige Hülse an den Befestigungsflansch angeformt. Diese Variante hat den Vorteil, dass eine große Fläche für die Lötverbindung zwischen dem Lager und dem Befestigungsflansch zur Verfügung steht und somit eine sehr haltbare Lötverbindung hergestellt werden kann.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Befestigungsflansch wenigstens eine axiale Lochung, vorzugsweise eine Gewindebohrung oder Gewindedurchhalsung, zur Befestigung des Befestigungsflansches am Maschinenteil ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache und zuverlässige Befestigung des Befestigungsflansches und damit der Lageranordnung am Maschinenteil.
- Eine zuverlässige Lötverbindung lässt sich insbesondere dann ausbilden, wenn der Durchmesser der Ausnehmung des Befestigungsflansches zwischen 20 μm und 1000 μm, vorzugsweise zwischen 100 μm und 600 μm größer als der Außendurchmesser des Lagers ist.
- Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht die Möglichkeit, das Lager axial und/oder radial und/oder bezüglich seiner Winkellage in der Ausnehmung des Befestigungsflansches zu justieren und in der durch die Justage ermittelten Position durch die Lötverbindung zu fixieren. Dies hat den Vorteil, dass der Befestigungsflansch und einige äußere Flächen des Lagers mit relativ großen Fertigungstoleranzen hergestellt werden können und bei der Lageranordnung dennoch eine hohe Präzision erreichbar ist. Die Justage kann mittels wenigstens einer dafür vorgesehenen Vorrichtung und/oder mittels wenigstens einer am Lager und/oder am Befestigungsflansch ausgebildeten Justagehilfe vorgenommen werden.
- Besonders günstige Bedingungen für die Ausbildung der Lötverbindung lassen sich dadurch einstellen, dass das Lager in einem zur Ausnehmung des Befestigungsflansches benachbart angeordneten Bereich auf eine erste Temperatur erwärmt wird und der Befestigungsflansch in einem an die Ausnehmung angrenzenden Bereich auf eine zweite Temperatur erwärmt wird, die höher als die erste Temperatur ist. Dabei kann die erste Temperatur zwischen 100°C und 180°C, vorzugsweise zwischen 120°C und 160°C, betragen. Die zweite Temperatur kann zwischen 180°C und 260°C, vorzugsweise zwischen 220°C und 240°C, betragen. Die zweite Temperatur wird insbesondere so gewählt, dass sie mindestens der Schmelztemperatur eines für die Ausbildung der Lötverbindung verwendeten Lots entspricht. Auf diese Weise lässt sich eine vollflächige und qualitativ hochwertige Lötverbindung ausbilden, ohne dass es zu einer thermischen Schädigung des Lagers kommt.
- Die erfindungsgemäße Lageranordnung weist wenigstens ein Lager und einen Befestigungsflansch zur Befestigung des Lagers an einem Maschinenteil auf. Der Befestigungsflansch verfügt über wenigstens eine zylinderförmige Ausnehmung, deren Durchmesser wenigstens bereichsweise größer als der Außendurchmesser des Lagers ist und in der das Lager angeordnet und fixiert ist. Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Lageranordnung besteht darin, dass zur Fixierung des Lagers in der Ausnehmung eine Lötverbindung zwischen dem Lager und dem Befestigungsflansch ausgebildet ist.
- Damit für den Befestigungsflansch kein zusätzlicher axialer Bauraum vorgesehen werden muss, wird die Geometrie der Lageranordnung vorzugsweise so gewählt, dass die maximale axiale Erstreckung des Befestigungsflansches die maximale axiale Erstreckung des Lagers nicht übersteigt. Um Kosten zu sparen, ist das Lager im Bereich seiner äußeren Mantelfläche vorzugsweise hinterschnittsfrei ausgebildet.
- Das Lager kann als ein Wälzlager, vorzugsweise als ein Rillenkugellager ausgebildet sein.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
- Es zeigen:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lageranordnung in Aufsicht, -
2 das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lageranordnung in Schnittdarstellung, -
3 das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lageranordnung während der Herstellung in Schnittdarstellung und -
4 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lageranordnung in Schnittdarstellung. -
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lageranordnung in Aufsicht. Eine zugehörige Schnittdarstellung entlang der Linie AA ist in2 dargestellt. Die Lageranordnung weist ein Lager1 und einen Befestigungsflansch2 auf. Die Lageranordnung ist insbesondere für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, wobei das Lager1 durch den Befestigungsflansch2 in Arbeitsposition gehalten wird. Das Lager1 ist als ein Rillenkugellager ausgebildet und verfügt über einen Innenring3 , einen Außenring4 und einen Satz von Wälzkörpern5 , die in einem Käfig6 angeordnet sind und zwischen dem Innenring3 und dem Außenring4 abrollen. Der Außenring4 weist eine durchgehend zylinderförmige äußere Mantelfläche ohne Hinterschnitte auf. Die radialen Spalte zwischen dem Innenring3 und dem Außenring4 sind durch Dichtungen7 abgedichtet. - Der Befestigungsflansch
2 weist eine zylinderförmige Hülse8 auf, die an den Befestigungsflansch2 angeformt ist. Die Hülse8 wird vorzugsweise mittels eines Tiefziehprozesses ausgebildet. Außerhalb der Hülse8 ist der Befestigungsflansch2 eben ausgebildet und weist drei axiale Gewindebohrungen9 auf, mit deren Hilfe der Befestigungsflansch2 an einem nicht figürlich dargestellten Maschinenteil fixiert werden kann. Anstelle der Gewindebohrungen9 können auch Gewindedurchsetzungen vorgesehen werden. Die Hülse8 begrenzt eine zylinderförmige Ausnehmung10 , deren Durchmesser d1 größer als der Außendurchmesser d2 des Außenringes4 ist, der innerhalb der Ausnehmung10 angeordnet ist. Der Unterschied zwischen den Durchmessern d1 und d2 beträgt zwischen 20 μm und 1000 μm, vorzugsweise zwischen 100 μm und 600 μm. Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser d1 und d2 besteht zwischen dem Außenring4 des Lagers1 und dem Befestigungsflansch2 ein radialer Freiraum, der erfindungsgemäß durch ein Lot11 ausgefüllt ist. Durch das Lot11 wird eine hochbelastbare Verbindung zwischen dem Außenring4 des Lagers1 und dem Befestigungsflansch2 ausgebildet. Die Herstellung der in den1 und2 dargestellten Lageranordnung wird anhand von3 erläutert. -
3 zeigt das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lageranordnung während der Herstellung in Schnittdarstellung. Zur Ausbildung der Lötverbindung zwischen dem Lager1 und dem Befestigungsflansch2 wird der Befestigungsflansch2 in einer Aufnahmebohrung12 einer Positioniervorrichtung13 angeordnet und schlägt dabei axial an eine erste Axialfläche14 der Positioniervorrichtung13 an. Außerdem liegt die Hülse8 des Befestigungsflansches2 radial an der Wandung der Aufnahmebohrung12 an. Je nach Materialstärke des Befestigungsflansches2 besteht dabei die Möglichkeit, durch Einpressen der Hülse8 des Befestigungsflansches2 in die Aufnahmebohrung12 Unrundheiten zu beseitigen. Das Lager1 wird mit Hilfe eines Zentrierdorns15 in einer gewünschten Ausrichtung relativ zum Befestigungsflansch2 , beispielsweise koaxial zur Hülse8 in der Ausnehmung10 positioniert und schlägt mit seinem Außenring4 axial an eine zweite Axialfläche16 der Positioniervorrichtung13 an. Auf die beschriebene Weise kann das Lager1 axial, radial und bezüglich seiner Winkellage in der Ausnehmung10 justiert werden. - Vor oder nach dem Anordnen des Lagers
1 in der Ausnehmung10 des Befestigungsflansches2 wird der Außenring4 auf eine erste Temperatur T1 und der Befestigungsflansch2 im Bereich der Ausnehmung10 auf eine zweite Temperatur T2 erwärmt. Die Erwärmung erfolgt beispielsweise mittels elektrischer Induktion und/oder durch Wärmestrahlung, die von der Positioniervorrichtung13 oder einer zusätzlichen Einrichtung abgegeben wird. Die erste Temperatur T1 beträgt zwischen 100°C und 180°C, vorzugsweise zwischen 120°C und 160°C. Die zweite Temperatur T2 entspricht mindestens der Schmelztemperatur TS des Lots11 und beträgt zwischen 180°C und 260°C, vorzugsweise zwischen 220°C und 240°C. Durch die vergleichsweise niedrig gewählte erste Temperatur T1 kann eine thermische Schädigung des Lagers1 und insbesondere seiner Dichtungen7 verhindert werden. - Im Bereich des radialen Freiraums zwischen dem Außenring
4 und dem Befestigungsflansch2 wird das Lot11 in Form eines nicht figürlich dargestellten festen Ringes aufgelegt, der sich aufgrund der hohen zweiten Temperatur T2 des Befestigungsflansches2 verflüssigt. Der Lotring kann nach dem Auflegen auch mittels elektrischer Induktion aufgeheizt und verflüssigt werden. Ebenso ist es auch möglich, das Lot11 in flüssiger Form zu dosieren. In jedem Fall dringt das flüssige Lot11 aufgrund der Kapillarwirkung in den radialen Freiraum ein und füllt diesen aus. Während des Eindringens in den radialen Freiraum beträgt die Temperatur T3 des Lots11 etwa 200°C bis 240°C. Um das Auflegen des Lotringes oder das Zuführen des flüssigen Lots11 zu erleichtern, kann der Befestigungsflansch2 angrenzend an die Ausnehmung10 eine nicht figürlich dargestellte umlaufende Vertiefung aufweisen. - Als Lot
11 eignet sich ein Weichlot, das aus einer Legierung aus Zinn und Blei sowie geringer Mengen von Antimon, Silber oder Kupfer besteht. Das Lot11 kann beispielsweise 60 % Blei und 40 % Zinn oder umgekehrt 60 % Zinn und 40 % Blei enthalten oder auch 60 % Zinn, 36 % Blei und 4 % Silber. Ebenso kann auch ein bleifreies Lot11 verwendet werden. - Nach dem Erstarren des Lots
11 , das erforderlichenfalls durch eine aktive Kühlung des Außenrings4 und/oder des Befestigungsflansches2 unterstützt wird, wird das Lager1 mit dem angelöteten Befestigungsflansch2 aus der Positioniervorrichtung13 entnommen und dabei auch vom Zentrierdorn15 abgezogen. Das erstarrte Lot11 verbindet den Außenring4 und den Befestigungsflansch2 stoffschlüssig miteinander. - Auf die Positioniervorrichtung
13 inklusive Zentrierdorn15 kann auch verzichtet werden, wenn am Befestigungsflansch2 entsprechende Positionierhilfen angeformt sind. Beispielsweise kann in einem axialen Teilbereich der Ausnehmung10 eine Radialfläche vorgesehen werden, an welcher der Außenring4 berührend anliegt. Die Radialfläche kann in Umfangsrichtung zusammenhängend ausgebildet sein oder mehrere, vorzugsweise drei, Teilflächen aufweisen. -
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lageranordnung in Schnittdarstellung. Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist der Befestigungsflansch2 als eine Metallplatte ohne die Hülse8 ausgebildet und kann daher eine größere Materialstärke als beim ersten Ausführungsbeispiel aufweisen. Bezüglich der Ausnehmung10 und der axialen Gewindebohrungen9 stimmen die Befestigungsflansche2 der beiden Ausführungsbeispiele überein und auch die verwendeten Lager1 sind identisch. - Bei der Herstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lageranordnung wird ähnlich vorgegangen, wie anhand von
3 beschrieben. Allerdings ist die Positioniervorrichtung13 geringfügig abzuwandeln und es besteht die Möglichkeit, den Befestigungsflansch2 in einer gewünschten Axialposition am Außenring4 des Lagers1 anzulöten, da die axiale Erstreckung der Ausnehmung10 lediglich der Materialstärke des Befestigungsflansches2 in der Umgebung der Ausnehmung10 entspricht und damit geringer ist als die axiale Erstreckung des Außenrings4 . - Das erste und das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lageranordnung können jeweils so abgewandelt werden, dass mehrere Ausnehmungen
10 im Befestigungsflansch2 vorgesehen sind, in denen je ein Lager1 angeordnet ist. -
- 1
- Lager
- 2
- Befestigungsflansch
- 3
- Innenring
- 4
- Außenring
- 5
- Wälzkörper
- 6
- Käfig
- 7
- Dichtung
- 8
- Hülse
- 9
- axiale Gewindebohrung
- 10
- Ausnehmung
- 11
- Lot
- 12
- Aufnahmebohrung
- 13
- Positioniervorrichtung
- 14
- erste Axialfläche
- 15
- Zentrierdorn
- 16
- zweite Axialfläche
- d1
- Durchmesser
der Ausnehmung
10 - d2
- Außendurchmesser
des Außenrings
4 - T1
- erste Temperatur
- T2
- zweite Temperatur
- T3
- Lottemperatur
- TS
- Schmelztemperatur
des Lots
11
Claims (15)
- Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung mit wenigstens einem Lager (
1 ) und einem Befestigungsflansch (2 ) zur Befestigung des Lagers (1 ) an einem Maschinenteil, wobei im Befestigungsflansch (2 ) wenigstens eine zylinderförmige Ausnehmung (10 ) zur Aufnahme des Lagers (1 ) ausgebildet wird, deren Durchmesser (d1) wenigstens bereichsweise größer als der Außendurchmesser (d2) des Lagers (1 ) ist, und das Lager (1 ) in der Ausnehmung (10 ) positioniert und fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fixierung des Lagers (1 ) in der Ausnehmung (10 ) eine Lötverbindung zwischen dem Lager (1 ) und dem Befestigungsflansch (2 ) ausgebildet wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsflansch (
2 ) zur Ausbildung der Ausnehmung (10 ) gelocht wird, so dass die axiale Erstreckung der Ausnehmung (10 ) der Materialstärke des Befestigungsflansches (2 ) in der Umgebung der Ausnehmung (10 ) entspricht. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Ausnehmung (
10 ) eine zylinderförmige Hülse (8 ) an den Befestigungsflansch (2 ) angeformt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Befestigungsflansch (
2 ) wenigstens eine axiale Lochung (9 ), vorzugsweise eine Gewindebohrung oder Gewindedurchhalsung, zur Befestigung des Befestigungsflansches (2 ) am Maschinenteil ausgebildet wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d1) der Ausnehmung (
10 ) des Befestigungsflansches (2 ) zwischen 20 μm und 1000 μm, vorzugsweise zwischen 100 μm und 600 μm größer als der Außendurchmesser (d2) des Lagers (1 ) ist. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (
1 ) axial und/oder radial und/oder bezüglich seiner Winkellage in der Ausnehmung (10 ) des Befestigungsflansches (2 ) justiert wird und in der durch die Justage ermittelten Position durch die Lötverbindung fixiert wird. - Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Justage mittels wenigstens einer dafür vorgesehenen Vorrichtung (
13 ,15 ) und/oder mittels wenigstens einer am Lager (1 ) und/oder am Befestigungsflansch (2 ) ausgebildeten Justagehilfe vorgenommen wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (
1 ) in einem zur Ausnehmung (10 ) des Befestigungsflansches (2 ) benachbart angeordneten Bereich auf eine erste Temperatur (T1) erwärmt wird und der Befestigungsflansch (2 ) in einem an die Ausnehmung (10 ) angrenzenden Bereich auf eine zweite Temperatur (T2) erwärmt wird, die höher als die erste Temperatur (T1) ist. - Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur (T1) zwischen 100°C und 180°C, vorzugsweise zwischen 120°C und 160°C, beträgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Temperatur (T2) zwischen 180°C und 260°C, vorzugsweise zwischen 220°C und 240°C, beträgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Temperatur (T2) mindestens der Schmelztemperatur (TS) eines für die Ausbildung der Lötverbindung verwendeten Lots (
11 ) entspricht. - Lageranordnung mit wenigstens einem Lager (
1 ) und einem Befestigungsflansch (2 ) zur Befestigung des Lagers (1 ) an einem Maschinenteil, wobei der Befestigungsflansch (2 ) wenigstens eine zylinderförmige Ausnehmung (10 ) aufweist, deren Durchmesser (d1) wenigstens bereichsweise größer als der Außendurchmesser (d2) des Lagers (1 ) ist und in der das Lager (1 ) angeordnet und fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fixierung des Lagers (1 ) in der Ausnehmung (10 ) eine Lötverbindung zwischen dem Lager (1 ) und dem Befestigungsflansch (2 ) ausgebildet ist. - Lageranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale axiale Erstreckung des Befestigungsflansches (
2 ) die maximale axiale Erstreckung des Lagers (1 ) nicht übersteigt. - Lageranordnung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (
1 ) im Bereich seiner äußeren Mantelfläche hinterschnittsfrei ausgebildet ist. - Lageranordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (
1 ) als ein Wälzlager, vorzugsweise als ein Rillenkugellager, ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
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