DE102007020439A1 - Modulares Rotorblatt für eine Windkraftanlage und Verfahren für dessen Zusammenbau - Google Patents

Modulares Rotorblatt für eine Windkraftanlage und Verfahren für dessen Zusammenbau Download PDF

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Abstract

Ein modulares Rotorblatt (1400) für eine Windkraftanlage (100) enthält wenigstens ein erstes Modul (1410) und ein zweites Modul (1450), wobei die ersten und zweiten Module dafür angepasst sind, dass sie fest miteinander über eine Verbindungsanordnung (1510, 1520, 1530) verbunden sind.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein modulares Rotorblatt für eine Windkraftanlage und ein Verfahren für den Zusammenbau eines derartigen modularen Rotorblattes.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In den letzten Jahren nahm die Bedeutung von Windkraftanlagen in der Energieerzeugung immer mehr zu. Demzufolge werden immer mehr Windkraftanlagen installiert. Weil die Anzahl profitabler Stellen für die Windenergiererzeugung begrenzt ist, besteht eine Tendenz, die installierte Leistung pro Anlage zu erhöhen. Da die installierte Leistung proportional zu dem Durchmesser des Turbinenrotors ist, nehmen die Rotorgrößen und demzufolge die Anlagengrößen zu. Folglich nimmt die Länge der Windkraftanlagen-Rotorblätter immer mehr zu. Typische Blattlängen derzeitiger Anlagenkonstruktionen betragen bis zu 70 Meter oder mehr.
  • Wenn eine Windkraftanlage aufgebaut wird, müssen die Rotorblätter mittels Lastwagen auf normalen Straßen zur Baustelle transportiert werden. Neben der unzureichenden Manövrierbarkeit eines ein Rotorblatt von 70 Metern transportierenden Fahrzeugs ist der Straßentransport von Rotorblättern mit 70 Metern oder mehr extrem teuer. Ferner müssen spezielle Routen für den Transport gefahren werden, da keine engen Kur ven passiert werden können. Ferner ist das Laden und Entladen sehr langer Rotorblätter auf die und von den Lastwagen schwierig. Zusätzlich müssen Rotorblätter manchmal per Schiff oder selbst mittels Helikoptern transportiert werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Angesichts des Vorstehenden wird ein modulares Rotorblatt für eine Windkraftanlage geschaffen. Das modulare Rotorblatt weist wenigstens ein erstes Modul und ein zweites Modul auf, wobei die ersten und zweiten Module dafür angepasst sind, dass sie starr mittels einer Verbindungsanordnung aneinander befestigt zu werden. Ferner wird ein Verfahren zum Zusammenbauen eines unterteilten Windkraftanlagen-Rotorblattes bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte der Bereitstellung eines unterteilten Windkraftanlagen-Rotorblattes mit ersten und zweiten Blattteilen, das Zusammenfügen der Blattteile mittels eines Verbinders und die Erzeugung einer permanenten Verbindungsstelle zwischen den ersten und zweiten Teilen umfasst.
  • Weitere Aspekte, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein unterteiltes Windkraftanlagen-Rotorblatt mit ersten und zweiten Blattteilen bereitgestellt. Die ersten und zweiten Blattteile können fest aneinander mittels eines Verbinders aneinander befestigt werden. Aufgrund der modularen Konstruktion des Rotorblatts wird die Gesamtlänge der zu transportierenden Teile im Vergleich zu der longitudinalen Länge eines nicht-modularen Rotorblattes verringert. Somit werden die Transportkosten erheblich reduziert. Das Vorsehen eines Verbinders hat einen. relativ geringen Einfluss auf die Blattstruktur und das Gewicht, so dass die Betriebseigenschaften des Rotorblattes nicht verschlechtert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Verbinder einen Verbinderstab und eine für die Aufnahme des Stabes angepasste Aufnahmehülse. Beispielsweise können der Verbinderstab und die Aufnahmehülse durch Steck- und Aufnahmehülsen-Hohlkastenträger ausgebildet sein, welche zu Ineinanderstecken angepasst sind. Der Stab kann an einem entsprechenden Blattteil vorgesehen sein, oder kann als ein getrenntes Teilstück vorgesehen sein. In dem ersteren Falle wird eine Aufnahmehülse an dem Anschlussmodul vorgesehen, während in dem letzteren Falle Aufnahmehülsen an den zu verbindenden Modulen vorgesehen werden und der getrennte Verbinder in beide Aufnahmehülsen eingeführt werden kann. Eine derartige Stecker/Buchsen-Verbindung ermöglicht einen leichten Zusammenbau der Blattmodule an der Baustelle.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die permanente Verbindungsstelle zwischen zwei benachbarten Rotorblattteilen durch Vakuuminfusion erzeugt. Somit wird eine feste jedoch flexible Verbindung zwischen den Blattteilen erhalten. Ferner ermöglicht die Vakuuminfusion die Verwendung von faserverstärkten Materialien für den Verbinder. Typischerweise sind derartige Materialien mit dem Mantelmaterial des Blattes kompatibel.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Zusammenbau eines unterteilten Windkraftanlagenblattes geschaffen, wobei das Verfahren die Schritte der Bereitstellung eines modularen Windkraftanlagen- Rotorblattes mit wenigstens zwei Modulen, das Verbinden der Module mittels eines Verbinders und den Aufbau einer permanenten Verbindung zwischen den Modulen umfasst.
  • Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die permanente Verbindung zwischen den Modulen durch Vakuuminfusion erzeugt. Dieses ermöglicht einen leichtes Zusammenbauen und Verbinden der Rotorblattmodule.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Eine vollständige und ausführbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich ihrer besten Ausführungsart, für den Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet wird insbesondere in dem Rest der auf die beigefügten Figuren Bezug nehmenden Beschreibung dargestellt. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine Windkraftanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ein Rotorblatt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 eine erste Ausführungsform eines unterteilten Rotorblattes gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ein modulares Windkraftanlagen-Rotorblatt gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 5 noch eine weitere Ausführungsform eines unterteilten Windkraftanlagen-Rotorblattes.
  • 6A bis 6C unterschiedliche Querschnittsformen eines in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten Verbinders.
  • 7 eine perspektivische Ansicht eines Verbindungsabschnittes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ein Rotorblatt gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 9 ein Flussdiagramm eines Zusammenbauverfahrens gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es wird nun im Detail auf die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, wovon ein oder mehrere Beispiele in den Figuren dargestellt sind, Bezug genommen. Jedes Beispiel wird im Rahmen einer Erläuterung der Erfindung bereitgestellt und ist nicht als eine Einschränkung der Erfindung gedacht. Beispielsweise können als Teil einer Ausführungsform dargestellte oder beschriebene Merkmale bei einer oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erzeugen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Variationen enthält.
  • 1 stellt eine Windkraftanlage 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Windkraftanlage 100 enthält einen Turm 110, typischerweise aus Stahl bestehend, auf welchem eine Gondel 120 befestigt ist. Eine Ro tornabe 130 ist an einem seitlichen Ende der Gondel 120 befestigt. Rotorblätter 140 sind an der Rotornabe 130 befestigt.
  • 2 stellt ein Rotorblatt 1400 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Das Rotorblatt 1400 enthält ein erstes Modul 1410 und ein zweites Modul 1450, welche an einem Verbindungsabschnitt 150 miteinander verbunden sind. In der in 2 dargestellten Ausführungsform enthält das erste Modul 1410 ein Fußteil 1420 des Rotorblattes und das zweite Modul 1450 enthält eine Spitze 40 des Rotorblattes. Eine permanente Verbindungsstelle zwischen den ersten und zweiten Modulen 1410 und 1450 wird mit dem Verbindungsabschnitt 1500 entlang der Linie A-A' erzeugt.
  • 3 stellt eine erste Ausführungsform eines unterteilten Rotorblattes gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Auf der linken Seite von 3 ist ein erstes Modul 1410 dargestellt. An seiner unteren Endseite enthält das erste Modul 1410 einen Fußteil 1420 zur Befestigung des Rotorblattes an der Nabe 130 der Windkraftanlage. An seinem gegenüberliegenden Ende, in der Längsrichtung des Rotorblattes gesehen, enthält das erste Modul 1410 einen Verbinder 1510. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Verbinder 1510 als ein Verbinderstab ausgebildet. Beispielsweise kann der Verbinderstab 150 als ein Hohlkastenträger, z.B. in einem Holmsteg oder als eine Verlängerung eines Holmstegs ausgebildet sein. Auf der rechten Seite von 3 ist ein zweites Modul 1450 mit einer Spitzenendeseite 1460 des Rotorblattes dargestellt. Gegenüber der Spitzenendeseite 1460 enthält das Modul 1450 eine Aufnahmehülse 1520. Beispielsweise kann die Aufnahmehülse 1520 als ein Hohlkastenträger z.B. in einem Holmsteg ausgebildet sein.
  • 4 stellt ein modulares Windkraftanlagen-Rotorblatt gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Gemäß dieser Ausführungsform ist eine Aufnahmehülse 1520 bei dem ersten Modul 1410 gegenüber dem Fußende 1420 angeordnet. Gemäß Darstellung auf der rechten Seite von 4 ist ein Verbinderstab 1510 an dem zweiten Modul 1450 vorgesehen. Der Verbinderstab 1510 ist gegenüber der Spitzenendeseite 1460 des zweiten Moduls 1450 angeordnet. Mit anderen Worten, in der in 4 dargestellten Ausführungsform sind die Positionen des Verbinders 1510 und der Aufnahmebuchse 1520 in Bezug auf die in 3 dargestellte Ausführungsform vertauscht.
  • Noch eine weitere Ausführungsform eines unterteilten Windkraftanlagen-Rotorblattes ist in 5 dargestellt. Darin ist eine erste Aufnahmehülse 1520 an einem ersten Modul 1410 gegenüber dem Blattfuß 1420 angeordnet. Eine zweite Aufnahmehülse 1530 ist an einem zweiten Modul 1450 gegenüber dem Spitzenende 1460 angeordnet. Ferner ist ein Verbinder 1510 als ein getrenntes Teilstück vorgesehen. Der getrennte Verbinder 1510 kann in beide Aufnahmehülsen 1520, 1530 eingeführt werden, um eine Verbindung zwischen den ersten und zweiten Modulen 1410, 1450 zu erzeugen.
  • In jeder von den in den 3, 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen sind die Aufnahmehülsen 1520, 1530 zum Zusammenstecken mit einem Verbinder 1510 angepasst. Insbesondere sind die Querschnittsformen der Aufnahmehülsen 1520, 1530 und des Verbinders 1510 ähnlich oder identisch in Bezug zueinander, so dass der Verbinder 1510 in die Aufnahmehülsen 1520, 1530 passt. Typischerweise sitzen der Verbinder 1510 und die Aufnahmehülsen 1520, 1530 engen ineinander, so dass nur ein kleiner Hohlraum zwischen dem Verbinder 1510 und den Aufnahmehülsen 1520, 1530 zugelassen wird. Vorstehend ist beschrieben worden, dass der Verbinder 1510 innerhalb der Aufnahmehülsen 1520, 1530 angeordnet ist. Es dürfte sich jedoch verstehen, dass auch eine umgekehrte Konfiguration gewählt werden kann, das heißt, dass trägerartige Verlängerungen an den ersten und zweiten Modulen 1410, 1450 vorgesehen werden können, welche in einen hohlen Verbinder 1510 sitzen. Mit anderen Worten, der Verbinder 1510 wirkt in diesem Falle wie eine Buchse oder Hülse.
  • Typische Querschnittsformen des Verbinders 1510 sind in den 6A bis 6C dargestellt. 6A stellt einen Verbinder 1510 mit einem rechteckigen Querschnitt dar. Es dürfte sich auch verstehen, dass auch ein quadratischer Querschnitt in der Bedeutung des Begriffes "rechteckig" eingeschlossen ist. Gemäß einer weiteren in 6B dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Verbinder einen elliptischen Querschnitt auf. Es dürfte sich verstehen, dass auch ein kreisrunder Querschnitt in der Bedeutung des Begriffes "elliptisch" eingeschlossen ist. Noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 6C dargestellt. Darin ist die Querschnittsform des Verbinders 1510 an die Querschnittsform des Windkraftanlagen-Rotorblattes 1400 angepasst. Die Querschnittsform ist im Grunde rechteckig, aber die oberen und unteren Verbindungsoberflächen sind gekrümmt, so dass sie der Form der Blattmäntel folgen. Obwohl die 6A bis 6C die Querschnittsform des Verbinders 1510 darstellen, dürfte es sich verstehen, dass die Querschnittsformen von Aufnahmehülsen 1520, 1530 so gewählt werden, dass sie der Querschnittsform des Verbinders 1510 entsprechen. Somit kann während eines Vakuuminfusionsprozesses eine gleichmäßige Verteilung von Harz zwischen dem Verbinder 1510 und den Aufnahmehülsen 1520, 1530 garantiert wer den. Demzufolge kann eine gleichmäßige Klebeschicht zwischen dem Verbinder und den Aufnahmehülsen durch einen derartigen Infusionsprozess ausgebildet werden. Somit wird eine gleichmäßige Lastverteilung innerhalb der Klebeverbindung zwischen den ersten und zweiten Modulen erreicht.
  • 7 stellt eine perspektivische Ansicht eines Verbindungsabschnittes 1500 dar. Darin ist der Verbinder 1510 an dem ersten Modul 1410 angeordnet, während die Aufnahmehülse 1520 an dem zweiten Modul 1450 angeordnet ist. Somit entspricht die in 7 dargestellte Ausführungsform der in 3 dargestellten Ausführungsform. Ferner ist die Querschnittsform des Verbinders 1510 und der Aufnahmehülse 1520 an die Form der Rotorblattmäntel angepasst, und entspricht somit der in 6C dargestellten Ausführungsform. Die Aufnahmehülse 1520 enthält ferner einen Dichtungsflansch 1540. Ein (nicht dargestellter) ähnlicher entsprechender Dichtungsflansch oder eine Trennwand kann bei dem Verbinder 1510 vorgesehen sein. Die Dichtungsflansche 1540 und/oder Trennwände dienen zum Abdichten des Hohlraums zwischen dem Verbinder 1510 und der Aufnahmehülse 1520 während der Vakuuminfusion.
  • 8 stellt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Darin ist ein Zwischenblattteil 1480 zwischen einem Fußendeblattteil 1410 und einem Spitzenende-Blattteil 1450 angeordnet. Demzufolge ist ein erster Verbindungsabschnitt 1500 entlang der Linie A-A' zwischen dem Fußendeteil 1410 und dem Zwischenteil 1480 und ein zweiter Verbindungsabschnitt 1600 entlang der Linie B-B' zwischen dem Zwischenteil 1480 und dem Spitzenendeteil 1450 ausgebildet. Die Verbindungen 1500, 1600 zwischen den Blattteilen 1410, 1450, 1480 können gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein. Insbesondere können Ver binderstäbe 1510 an einem oder an beiden Enden des Zwischenteils 1480 vorgesehen sein. Alternativ können Aufnahmehülsen 1520, 1530 an einem oder an beiden Enden des Zwischenteils 1480 vorgesehen sein. Ferner dürfte es sich verstehen, dass mehr als nur ein Zwischenteil 1480 zwischen den Fuß- und Spitzenendeteilen 1410, 1450 vorgesehen sein kann. Somit kann die maximale Länge der zu transportierenden Blattteile 1410, 1450, 1480 auf eine gewünschte und/oder optimale Länge begrenzt werden. Die optimale Länge kann in Bezug auf die Transportkosten, Zusammenbaukosten und strukturelle Sicherheit optimiert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die longitudinale Länge der Blattteile, das heißt, die Länge der Teile vom Fuß zur Spitze des Rotorblattes gesehen, so gewählt werden, dass sie im Wesentlichen gleich ist. In diesem Zusammenhang bedeutet der Begriff "im Wesentlichen", dass die longitudinale Länge nicht genau gleich aber ähnlich sein muss. Somit wird die Länge der Blattteile in Bezug auf die Transportanforderungen dahingehend optimiert, dass Teile mit im Wesentlichen gleicher Länge erzeugt werden.
  • Anschließend wird ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Teilblattes unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Gemäß einem ersten Verfahrensschritt 910 wird ein unterteiltes Rotorblatt bereitgestellt, in dem z.B. kompatible Teile eines Rotorblattes werden an eine Baustelle transportiert werden. In einem zweiten Schritt 920 werden die Rotorblattteile 1410, 1450 mittels eines Verbinders 1510 zusammengesteckt. Beispielsweise ist der Verbinder 1510 als ein Hohlkastenträger an dem ersten Blattteil 1410 ausgebildet. Eine entsprechende Aufnahmehülse 1520 ist an dem zweiten Blattteil 1450 ausge bildet. Der Verbinder 1510 wird in die Aufnahmehülse 1520 eingeführt, und somit die ersten und zweiten Blattteile 1410, 1450 zusammengesteckt. In einem weiteren Schritt 930 wird der Hohlraum zwischen dem Verbinder 1520 und der Aufnahmehülse 1520 abgedichtet. Für große Blätter kann dieses vom Inneren des Blattes aus erfolgen. Beispielsweise kann ein Arbeiter über den Blattfuß 1420 zu dem Verbindungsabschnitt 1500 gelangen. Typischerweise werden auch eine Trennwand und/oder Dichtflansche 1540 an dem Verbinder 1510 und/oder der Aufnahmehülse 1520 vorgesehen, um die Abdichtung des Hohlraums zu ermöglichen. Nachdem der Hohlraum zwischen dem Verbinder 1510 und der Aufnahmehülse 1520 abgedichtet ist, wird Harz in den Hohlraum mittels Vakuuminfusion infundiert. Für diesen Zweck können herkömmliche Vakuuminfusionsverfahren angewendet werden. Derartige Vakuumsinfusionsverfahren sind im Fachgebiet allgemein bekannt. Nachdem das infundierte Harz ausgehärtet ist, ist eine permanente Verbindungsstelle zwischen den ersten und zweiten Teilen 1410, 1450 hergestellt. Die geklebte Verbindungsstelle 1500 zwischen den ersten und zweiten Teilen erfüllt die Anforderungen bezüglich mechanischer Stabilität und struktureller Sicherheit ohne die Notwendigkeit irgendeiner weiteren Befestigungseinrichtung. Somit kann eine zuverlässige mechanische Verbindung zwischen den ersten und zweiten Rotorblattteilen leicht an einer Baustelle der Windkraftanlage hergestellt werden.
  • Ein modulares Rotorblatt 1400 für eine Windkraftanlage 100 enthält wenigstens ein erstes Modul 1410 und ein zweites Modul 1450, wobei die ersten und zweiten Module dafür angepasst sind, dass sie fest miteinander über eine Verbindungsanordnung 1510, 1520, 1530 verbunden sind.
  • Diese niedergeschriebene Beschreibung verwendet Beispiele um die Erfindung einschließlich der besten Ausführungsart zu offenbaren, und um auch jedem Fachmann auf diesem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung auszuführen und zu nutzen. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.
    • 100
    Windkraftanlage
    110
    Turm
    120
    Gondel
    130
    Rotornabe
    140
    Rotorblatt
    910
    Erster Verfahrensschritt
    920
    Zweiter Verfahrensschritt
    930
    Dritter Verfahrensschritt
    1400
    Rotorblatt
    1410
    Teile/Blattteil/Rotorblattteile/Modul
    1420
    Blattfuß/Fußteil
    1450
    Spitzenabschnitt
    1460
    Blattspitze
    1480
    Mittelabschnitt
    1500
    Erste Verbindungsstelle
    1510
    Verbinder
    1520, 1530
    Aufnahme
    1540
    Dichtflansche
    1600
    Zweite Verbindungsstelle

Claims (10)

  1. Modulares Rotorblatt für eine Windkraftanlage mit wenigstens einem ersten Modul und einem zweiten Modul, wobei das erste und das zweite Modul dazu eingerichtet sind, dass sie fest miteinander über eine Verbindungsanordnung verbunden sind.
  2. Modulares Rotorblatt nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsanordnung einen Verbinderstab und wenigstens eine Aufnahmehülse aufweist, die für die Aufnahme des Verbinderstabes angepasst ist.
  3. Modulares Rotorblatt nach Anspruch 2, wobei der Verbinderstab an dem ersten Modul angeordnet ist.
  4. Modulares Rotorblatt nach Anspruch 2, wobei der Verbinderstab an dem zweiten Modul angeordnet ist.
  5. Modulares Rotorblatt nach Anspruch 2, wobei die Aufnahmehülse an dem ersten Modul angeordnet ist.
  6. Modulares Rotorblatt nach Anspruch 2, wobei die Aufnahmehülse an dem zweiten Modul angeordnet ist.
  7. Modulares Rotorblatt nach Anspruch 2, wobei der Verbinderstab und die Aufnahmehülse einen rechteckigen Querschnitt haben.
  8. Modulares Rotorblatt nach Anspruch 2, wobei der Verbinderstab und die Aufnahmehülse einen elliptischen Querschnitt haben.
  9. Modulares Rotorblatt nach Anspruch 2, wobei der Verbinderstab und/oder die Aufnahmehülse eine Trennwand aufweisen.
  10. Modulares Rotorblatt nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsanordnung durch Vakuuminfusion erzeugt ist.
DE102007020439.8A 2006-04-30 2007-04-27 Modulares Rotorblatt für eine Windkraftanlage und Verfahren für dessen Zusammenbau Active DE102007020439B4 (de)

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