DE102009002003A1 - Druckregelventil, insbesondere für ein Automatikgetriebe in einem Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Ein Druckventil (20) eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeugs umfasst ein Gehäuse (28), einen in dem Gehäuse (28) geführten Ventilschieber (32), der mehrere benachbarte Abschnitte (34, 36, 38) aufweist, wobei ein erster Abschnitt (34) einen ersten Durchmesser (D1), ein an diesen anschließender zweiter Abschnitt (36) einen zweiten Durchmesser (D2), der kleiner ist als der erste Durchmesser (D1), und ein an diesen anschließender dritter Abschnitt (38) den ersten Durchmesser (D1) aufweist. Dem ersten Abschnitt (34) ist eine Zulaufdrucköffnung (58), dem zweiten Abschnitt (36) eine Regeldrucköffnung (60) und dem dritten Abschnitt (38) eine Rücklauföffnung (62) zugeordnet. Eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung (26) beaufschlagt den Ventilschieber (32) über einen an einer ersten Stirnfläche (50) angreifenden und im Gehäuse (28) druckdicht geführten Kolben (72) in einer ersten Wirkrichtung (78). Eine Beaufschlagungseinrichtung (53) beaufschlagt den Ventilschieber (32) entgegen der ersten Wirkrichtung (78). Es wird vorgeschlagen, dass die erste Stirnfläche (50) des Ventilschiebers (32) einen ersten Druckraum (82) und eine entgegengesetzte zweite Stirnfläche (52) und einen zweiten Druckraum (80) begrenzen, die jeweils mit der Regeldrucköffnung (60) fluidverbunden sind.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil, insbesondere für ein Automatikgetriebe in einem Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Ein Druckregelventil der eingangs genannten Art ist aus der
US 2007/0023722 A1 - Offenbarung der Erfindung
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Druckregelventil zu schaffen, welches eine hohe Regelungsgüte bereitstellt und gleichzeitig preiswert hergestellt werden kann.
- Diese Aufgabe wird durch ein Druckregelventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus finden sich für die Erfindung wichtige Merkmale in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung.
- Dabei können die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein, ohne dass hierauf nochmals hingewiesen wird.
- Bei dem erfindungsgemäßen Druckregelventil hängt die Kraft, die entgegen der ersten Wirkrichtung auf den Ventilschieber einwirkt, von dem aktuell an der Regeldrucköffnung herrschenden Druck ab. Fällt der Druck an der Regeldrucköffnung, verringert sich auch die entgegen der ersten Wirkrichtung auf den Ventilschieber wirkende Kraft, wodurch der Ventilschieber in Wirkrichtung bewegt wird. Steigt dagegen der an der Regeldrucköffnung herrschende Druck, steigt auch die entgegen der ersten Wirkrichtung auf den Ventilschieber wirkende Kraft, wodurch er entgegen der ersten Wirkrichtung bewegt wird. Diese Selbstregelungsfunktion des Ventilschiebers wird dadurch erreicht, dass in den beiden Druckräumen, die von den entgegengesetzten Stirnflächen des Ventilschiebers begrenzt werden, der an der Regeldrucköffnung herrschende Druck herrscht, sich die in Wirkrichtung wirkenden hydraulische Fläche jedoch von der entgegen der ersten Wirkrichtung wirkenden hydraulischen Fläche unterscheidet.
- Dieser Unterschied zwischen den entgegen und in der ersten Wirkrichtung wirkenden hydraulischen Flächen wird durch den Kolben bewirkt, der die elektromagnetische Betätigungseinrichtung mit dem Ventilschieber koppelt: Da dieser Kolben im Gehäuse druckdicht geführt ist und sein vom Ventilschieber abgewandtes Ende lediglich mit Umgebungs- oder Rücklaufdruck oder ähnlichem beaufschlagt ist, wird die oben angesprochene Flächendifferenz exakt durch den Querschnitt des Kolbens bereitgestellt. Ein zusätzlicher Druckfühlstift, der an der zweiten Stirnfläche angreift und dessen auf den Ventilschieber wirkende Kraft von dem an der Regeldrucköffnung herrschenden Druck abhängt, ist nicht erforderlich.
- Alles in allem erhält man durch die vorliegende Erfindung ein Druckregelventil, welches eine präzise Selbstregelungsfunktion bereitstellt, bei gleichzeitig einfachem konstruktivem Aufbau und entsprechend geringen Herstellungskosten.
- Bei einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Druckregelventils umfasst dieses mindestens einen außerhalb des Ventilschiebers angeordneten Kanal, der mindestens einen der Druckräume mit der Regeldrucköffnung verbindet. Damit können die erfindungsgemäßen Vorteile auch bei einem sehr klein bauenden Druckregelventil erreicht werden, ohne dass die Herstellung der Fluidverbindung zwischen den Druckräumen und der Regeldrucköffnung einen besonderen Aufwand verursacht. Möglicherweise können die erfindungsgemäßen Vorteile sogar bei einem im Prinzip herkömmlichen Druckregelventil erzielt werden, wenn die erfindungsgemäße Fluidverbindung der beiden Druckräume mit der Regeldrucköffnung beispielsweise durch einen im Automatikgetriebe realisierten Kanal herbeigeführt wird. Andernfalls bietet es sich an, die Fluidverbindung durch einen im Gehäuse geführten Kanal herzustellen.
- Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es möglich, dass in dem Ventilschieber mindestens ein Kanal vorhanden ist, der mindestens einen der Druckräume mit der Regeldrucköffnung verbindet. Der Vorteil dieser Weiterbildung liegt darin, dass eine Umkonstruktion beispielsweise am Automatikgetriebe nicht erforderlich ist, da die äußeren Abmessungen und Anschlüsse des Druckregelventils unverändert bleiben. Selbst das Gehäuse des Druckregelventils kann unter Umständen im Wesentlichen unverändert bleiben, denn es genügt, den Ventilschieber gegen einen solchen mit einem Kanal auszutauschen und die beiden Druckräume nach außen hin beispielsweise durch entsprechende Stopfen abzudichten.
- Dabei kann der Kanal zur Längsachse des Ventilschiebers exzentrisch angeordnet sein. Somit kann der Kolben der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung mittig an der Stirnfläche angreifen, was Kippmomente und einseitigen Verschleiß verhindert, ohne den Kanal zu blockieren. Eine einfache Variante zur Verbindung des Kanals mit der Regeldrucköffnung besteht in der Realisierung einer entsprechenden Queröffnung im Ventilschieber.
- In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die erste Stirnfläche mindestens zum Teil an einem Druckstück ausgebildet ist, welches mit einem Basiskörper des Ventilschiebers verbunden ist und in welches der Kanal mündet. Dies ist besonders vorteilhaft dann, wenn der Kanal einfach dadurch gebildet wird, dass es sich bei dem Ventilschieber um ein hohlzylindrisches hülsenartiges Teil handelt, da besonders in einem solchen Fall die Fertigung des Stirnbereichs, an dem der Kolben angreift, vereinfacht wird und hierdurch Kosten gesenkt werden. Dabei ist ein Druckstück, welches als Stanz-Biegeteil ausgebildet ist, besonders preiswert.
- Alternativ hierzu kann die erste Stirnfläche auch als mindestens zum Teil als mit dem Ventilschieber einstückiger Boden ausgebildet sein, in den der Kanal mündet. Da üblicherweise der Kolben möglichst mittig am Ventilschieber angreift, um Kippmomente und in der Folge ungleichmäßigen Verschleiß sowie eine undefinierte Leckage zu vermeiden, sollte die Mündung des Kanals exzentrisch sein. Bei einem aus einem Vollmaterial hergestellten Ventilschieber kann der Kanal beispielsweise einfach durch eine außermittige Durchgangsbohrung hergestellt werden, die durch eine entsprechende Querbohrung mit der Regeldrucköffnung fluidverbunden ist.
- Der Kolben kann auch zumindest zum Teil einstückig mit dem Ventilschieber ausgebildet sein. Zwar wird hierdurch der Herstellungsaufwand etwas erhöht, da die Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit der Führung des Ventilschiebers im Gehäuse und der Führung des Kolbens im Gehäuse, sofern eine solche vorhanden ist, erhöht sind; im Gegenzug wird jedoch eine zusätzliche Führung geschaffen und die Anzahl der separat handzuhabenden Teile reduziert.
- Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beispielhaft erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Automatikgetriebes und einer zugehörigen Hydraulikschaltung mit einem Druckregelventil; -
2 einen teilweisen Schnitt durch das Druckregelventil von1 ; -
3 eine Darstellung ähnlich2 einer ersten alternativen Ausführungsform; und -
4 eine Darstellung ähnlich2 einer zweiten alternativen Ausführungsform. - Ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs ist in
1 durch einen strichpunktierten Kasten dargestellt, es trägt insgesamt das Bezugszeichen10 . - Zur Steuerung des Automatikgetriebes
10 dient unter anderem eine Hydraulikschaltung12 , zu der ein druckloses Hydraulikreservoir14 und eine Hydraulikpumpe16 gehören. Ein Auslass der Hydraulikpumpe16 bildet einen Versorgungsanschluss18 , an den ein Druckregelventil20 angeschlossen ist. - Von dem Druckregelventil
20 führt ein Rücklauf zu einem Rücklaufanschluss22 , der zum Hydraulikreservoir14 zurückführt. Ferner ist das Druckregelventil20 mit einem Arbeitsanschluss24 verbunden, an dem der von dem Druckregelventil20 zu regelnde Druck anliegt. Außerdem verfügt das Druckregelventil20 über eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung26 . - Wie aus
2 hervorgeht, ist das Druckregelventil20 folgendermaßen aufgebaut: Es umfasst ein hülsenartiges Gehäuse28 , in dem eine Führungsbohrung30 für einen ebenfalls hülsenartigen hohlen Ventilschieber32 vorhanden ist. Der Ventilschieber32 verfügt in axialer Richtung über drei benachbarte Abschnitte34 ,36 und38 . Der in2 äußerste linke und erste Abschnitt34 hat einen ersten Durchmesser D1, der in etwa dem Innendurchmesser der Führungsbohrung30 entspricht. Der in etwa mittige zweite Abschnitt36 , der sich an den ersten Abschnitt34 anschließt, hat einen zweiten Durchmesser D2, der kleiner ist als der erste Durchmesser D1. Der sich an den zweiten Abschnitt36 anschließende dritte Abschnitt38 hat wiederum den ersten Durchmesser D1. Da die Führungsbohrung30 überall die gleiche Innenweite aufweist, ist zwischen der Führungsbohrung des Gehäuses28 und dem zweiten Abschnitt36 des Ventilschiebers32 ein Ringraum40 gebildet. Der dem zweiten Abschnitt36 zugewandte Rand des ersten Abschnitts34 bildet eine Steuerkante42 , auf deren Funktion später noch stärker im Detail eingegangen werden wird. Der dem zweiten Abschnitt36 zugewandte Rand des dritten Abschnitts bildet eine Steuerkante43 . - Wie bereits erwähnt, ist der Ventilschieber
32 in seinem Inneren hohl. Während er an seinem in2 linken Ende vollständig offen ist, ist in seinem in2 rechten Ende ein scheibenförmiges Druckstück44 vorhanden, welches als Stanz-Biegeteil ausgebildet ist. Das Druckstück44 ist in eine entsprechende Aufnahme (ohne Bezugszeichen) eines Basiskörpers46 des Ventilschiebers32 eingepresst, dort also unverlierbar gehalten. Das Druckstück44 verfügt über eine Mehrzahl von außermittigen Durchgangsöffnungen48 . Die Außenseite des Druckstücks44 und eine hierzu benachbarte ringförmige Außenseite des Basiskörpers46 bilden eine erste Stirnfläche50 des Ventilschiebers32 . Am entgegengesetzten Ende des Basiskörpers46 ist eine entgegengesetzt angeordnete ringförmige zweite Stirnfläche52 vorhanden. An dieser greift eine Beaufschlagungseinrichtung in Form einer Schraubendruckfeder53 an, die sich an einer Endplatte (ohne Bezugszeichen) des Gehäuses28 , durch die die Führungsbohrung30 verschlossen wird, abstützt. - Der Hohlraum im Inneren des Ventilschiebers
32 bildet einen Kanal54 auf dessen Funktion ebenfalls weiter unten noch stärker im Detail eingegangen werden wird. Der Kanal54 ist im Bereich des zweiten Abschnitts36 durch Querbohrungen56 mit dem Ringraum40 verbunden. Dem ersten Abschnitt34 des Ventilschiebers32 ist im Gehäuse28 eine Zulaufdrucköffnung58 zugeordnet, dem zweiten Abschnitt36 eine Regeldrucköffnung60 und dem dritten Abschnitt38 eine Rücklauföffnung62 . Die Zulaufdrucköffnung58 ist mit dem Versorgungsanschluss18 verbunden, die Regeldrucköffnung60 mit dem Arbeitsanschluss24 , und die Rücklauföffnung62 mit dem Rücklaufanschluss22 . - Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung
26 ist in2 auf der rechten Seite des Druckregelventils20 angeordnet. Sie umfasst unter anderem eine ringförmige Spule64 und einen mittig angeordneten Anker66 . Ein Raum68 , in dem der Anker66 aufgenommen ist, ist durch eine Entlüftungsöffnung70 mit einem drucklosen Außenraum (ohne Bezugszeichen) verbunden. Zwischen dem Anker66 und dem Druckstück44 ist ein stiftförmiger Kolben72 angeordnet, dessen Stirnflächen73 und75 in der vorliegenden Ausführungsform ballig ausgebildet sind, um einen möglichst zentrischen, also auf der Längsachse des Ventilschiebers liegenden Kraftangriffspunkt zu schaffen. Die dem Druckstück44 zugewandte Stirnfläche73 des Kolbens72 liegt am Druckstück44 an, die dem Anker66 zugewandte Stirnfläche75 des Kolbens72 am Anker66 . Der Kolben72 ist in einer Durchgangsöffnung74 in einer die Führungsbohrung30 vom Ankerraum68 trennenden Gehäusewand76 fluiddicht geführt. - Im Betrieb wird der Ventilschieber
32 über den Kolben72 mittels der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung26 in einer ersten Wirkrichtung beaufschlagt, die in2 durch einen Pfeil78 angedeutet ist. Die Schraubendruckfeder53 beaufschlagt den Ventilschieber32 entgegen dieser ersten Wirkrichtung78 . - Das Druckregelventil
20 funktioniert folgendermaßen: Befindet sich der Ventilschieber32 in einer in2 eher linken Position, strömt Hydrauliköl unter hohem Druck vom Versorgungsanschluss18 und die Zulaufdrucköffnung58 in den Ringraum40 und von dort über die Regeldrucköffnung60 zum Arbeitsanschluss24 . Die Rücklauföffnung62 ist im Wesentlichen von der Steuerkante43 überdeckt, die Rücklauföffnung62 ist also vom Ringraum40 im Wesentlichen getrennt. Befindet sich der Ventilschieber32 dagegen in einer eher rechten Position, wird die Zulaufdrucköffnung58 im Gehäuse28 von der Steuerkante42 überdeckt, der Ringraum40 ist also im Wesentlichen von der Zulaufdrucköffnung58 getrennt. Statt dessen gibt die Steuerkante43 nun die Rücklauföffnung62 frei, so dass die Regeldrucköffnung60 mit der Rücklauföffnung62 kommuniziert. Auf diese Weise kann die Regeldrucköffnung60 mehr oder weniger mit der Zulaufdrucköffnung58 und/oder der Rücklauföffnung62 kommunizieren. - Die Position des Ventilschiebers
32 ergibt sich dabei aus dem Kräftegleichgewicht zwischen einerseits der am Ventilschieber32 und dem Kolben72 angreifenden hydraulischen Kräfte und andererseits der von der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung26 über den Kolben72 auf den Ventilschieber32 ausgeübten Kraft, sowie der von der Schraubenfeder53 am Ventilschieber32 anliegenden Kraft. Der Ventilschieber32 ist dabei bei der in2 gezeigten Ausführungsform druckausgeglichen, die Summe der an ihm angreifenden hydraulischen Kräfte also in etwa Null: Ein in2 links vom Ventilschieber32 vorhandener Druckraum80 , in dem die Schraubendruckfeder53 angeordnet ist, kommuniziert nämlich über den Kanal54 und die Querbohrungen56 ebenso mit der Regeldrucköffnung60 wie ein in2 rechts vom Druckstück44 vorhandener Druckraum82 , wobei letzterer über die Durchgangsöffnungen48 im Druckstück44 , den Kanal54 und die Querbohrungen56 mit der Regeldrucköffnung60 kommuniziert. In beiden Druckräumen80 und82 herrscht somit der am Arbeitsanschluss24 beziehungsweise der in der Regeldrucköffnung60 herrschende Regeldruck. - Da der Kolben
72 in den Druckraum82 eintaucht, wirkt auch an der Stirnfläche73 der Regeldruck, wohingegen die entgegengesetzt ausgerichtete Stirnfläche75 vom im Raum68 herrschenden Umgebungsdruck beaufschlagt wird. Der Kolben72 wird daher vom Regeldruck entgegen der ersten Wirkrichtung78 beaufschlagt. Auf diese Weise wirkt auf den Ventilschieber32 nicht nur die von der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung26 in der ersten Wirkrichtung78 erzeugte Kraft, sondern eine um die durch den Regeldruck an der Stirnfläche73 erzeugte hydraulische und entgegen der ersten Wirkrichtung78 wirkende Kraft verminderte Kraft. Sinkt der Druck an der Regeldrucköffnung60 erhöht sich die in2 nach links auf den Ventilschieber32 wirkende Kraft, erhöht sich der an der Regeldrucköffnung60 herrschende Druck, reduziert sich die auf den Ventilschieber32 in2 nach links wirkende Kraft. Hierdurch wird eine Selbstregelfunktion des Ventilschiebers32 bereitgestellt, ohne dass ein zusätzlicher Kolben (”Druckfühlstift”) erforderlich ist. - Eine alternative Ausführungsform ist in
3 dargestellt. Dabei gilt hier wie nachfolgend, dass solche Elemente und Bereiche, die äquivalente Funktionen zu Elementen und Bereichen aufweisen, die bereits im Zusammenhang mit einer vorhergehenden Figur beschrieben wurden, die gleichen Bezugszeichen tragen und nicht nochmals im Detail erläutert sind. - Bei dem in
3 gezeigten Druckregelventil20 ist der Ventilschieber32 nicht als hohles Teil, sondern als Vollmaterialkolben ausgeführt. Die Verbindung der beiden Druckräume80 und82 mit der Regeldrucköffnung60 wird daher durch einen externen Kanal84 bereitgestellt. Dieser kann beispielsweise in einer Struktur, in welche das Druckregelventil20 eingeschoben ist, vorhanden sein. - Bei einer weiteren in
4 dargestellten Ausführungsform ist der Ventilschieber32 hohl, entsprechend der in2 dargestellten Ausführungsform. Der Kolben72 ist jedoch nicht als separates Teil ausgeführt, sondern einstückig mit dem Druckstück44 ausgeführt. Die Regelfunktion entsprechend dem an der Regeldrucköffnung60 herrschenden Druck wird dadurch bereitgestellt, dass ein Bereich des Druckstücks44 , der dem Querschnitt des Kolbens72 entspricht, ”abgeschattet” ist, an ihm der im Druckraum82 herrschende Regeldruck also nicht angreifen kann. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- - US 2007/0023722 A1 [0002]
Claims (9)
- Druckregelventil (
20 ), insbesondere für ein Automatikgetriebe (10 ) in einem Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse (28 ), einem in dem Gehäuse (28 ) geführten Ventilschieber (32 ), der mehrere benachbarte Abschnitte aufweist, wobei ein erster Abschnitt (34 ) einen ersten Durchmesser, ein an diesen anschließender zweiter Abschnitt (36 ) einen zweiten Durchmesser, der kleiner ist als der erste Durchmesser, und ein an diesen anschließender dritter Abschnitt (38 ) den ersten Durchmesser aufweist, wobei dem ersten Abschnitt (34 ) eine Zulaufdrucköffnung (58 ), dem zweiten Abschnitt (36 ) eine Regeldrucköffnung (60 ), und dem dritten Abschnitt (38 ) eine Rücklauföffnung (62 ) zugeordnet ist, einer elektromegnatischen Betätigungseinrichtung (26 ), die den Ventilschieber (32 ) über einen an einer ersten Stirnfläche (50 ) des Ventilschiebers (32 ) angreifenden und im Gehäuse (28 ) druckdicht geführten Kolben (72 ) mindestens in einer ersten Wirkrichtung (78 ) beaufschlagen kann, und einer Beaufschlagungseinrichtung (53 ), die den Ventilschieber (32 ) entgegen der ersten Wirkrichtung (78 ) beaufschlagen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stirnfläche (50 ) des Ventilschiebers (32 ) einen ersten Druckraum (82 ) und eine entgegengesetzte zweite Stirnfläche (52 ) einen zweiten Druckraum (80 ) begrenzen, die jeweils mit der Regeldrucköffnung (60 ) fluidverbunden sind. - Druckregelventil (
20 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen außerhalb des Ventilschiebers (32 ) angeordneten Kanal (84 ) umfasst, der mindestens einen der Druckräume (80 ,82 ) mit der Regeldrucköffnung (60 ) verbindet. - Druckregelventil (
20 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ventilschieber (32 ) mindestens ein Kanal (54 ) vorhanden ist, der mindestens einen der Druckräume (80 ,82 ) mit der Regeldrucköffnung (60 ) verbindet. - Druckregelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (
54 ) als exzentrische Längsbohrung ausgebildet ist. - Druckregelventil nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (
54 ) über eine Queröffnung (56 ) mit der Regeldrucköffnung (60 ) in hydraulischer Verbindung steht. - Druckregelventil (
20 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stirnfläche (50 ) mindestens zum Teil an einem Druckstück (44 ) ausgebildet ist, welches mit einem Basiskörper (46 ) des Ventilschiebers (32 ) verbunden ist und in welches der Kanal (54 ) mündet. - Druckregelventil (
20 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (44 ) ein Stanz-Biegeteil umfasst. - Druckregelventil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stirnfläche mindestens zum Teil als mit dem Ventilschieber einstückiger Boden ausgebildet ist, in den der Kanal mündet.
- Druckregelventil (
20 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (72 ) mindestens zum Teil einstückig mit dem Ventilschieber (32 ) ausgebildet ist.
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