DE102009013363A1 - Statorbuchse für eine Antriebseinheit eines Elektromotors sowie Elektromotor mit einer solchen Statorbuchse - Google Patents
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Abstract
Statorbuchsen werden bei Elektromotoren eingesetzt und nehmen das Statorpaket mit Wicklungen und Permanentmagneten auf. Ein Rotor des Elektromotors wird elektrisch mit einer Leiterplatte verbunden, die auf der Elektronikseite der Statorbuchse angeordnet ist. Es ist aufwändig, die Motorseite gegen die Elektronikseite abzudichten. Um in konstruktiv und verfahrenstechnisch einfacher Weise eine einwandfreie Abdichtung zwischen der Motor- und der Elekinen Boden, der wenigstens einen Durchlass aufweist. Er ist von einem umlaufenden Ansatz begrenzt, der zusammen mit einem Teil eines ihn umgebenden Mantels einen Aufnahmeraum für eine Vergussmasse begrenzt. Die Statorbuchse wird für Elektromotoren, vorzugsweise elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren, eingesetzt.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Statorbuchse für eine Antriebseinheit eines Elektromotors nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einen Elektromotor mit einer solchen Statorbuchse nach den Merkmalen des Anspruches 21.
- Statorbuchsen werden bei Elektromotoren eingesetzt und nehmen das Statorpaket mit den Wicklungen und Permanentmagneten auf. Bei Außenläufermotoren wird der Stator von einem Rotor umgeben, während bei Innenläufermotoren der Stator den Rotor umgibt. Der Rotor wird elektrisch mit einer Leiterplatte verbunden, die auf der sogenannten Elektronikseite der Statorbuchse angeordnet ist. Die Motorseite gegen die Elektronikseite abzudichten, um einen zuverlässigen Betrieb des Elektromotors zu gewährleisten, ist häufig aufwändig.
- Der Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Statorbuchse und den gattungsgemäßen Elektromotor so auszubilden, dass in konstruktiv und verfahrenstechnisch einfacher Weise eine einwandfreie Abdichtung zwischen der Motorseite und der Elektronikseite möglich ist.
- Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Statorbuchse erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und beim Elektromotor erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 21 gelöst.
- Die erfindungsgemäße Statorbuchse ist mit dem Boden versehen, der den wenigstens einen Durchlass aufweist. Der diesen Durchlass begrenzende umlaufende Ansatz bildet zusammen mit einem gegenüberliegenden Teil des Mantels der Statorbuchse einen Aufnahmeraum, in den eine Vergussmasse eingebracht werden kann. Die Statorbuchse ist damit etwa wannenförmig ausgebildet und ermöglicht, die Vergussmasse problemlos in die Statorbuchse einzubringen. Der den Durchlass begrenzende Ansatz verhindert, dass die Vergussmasse in den Durchlass gelangt. Aufgrund des Ansatzes ist eine zusätzliche Dichtung nicht erforderlich.
- Der Ansatz ist in axialer Richtung vorteilhaft niedriger als der Mantel der Statorbuchse. Darum besteht im Bereich oberhalb des Ansatzes noch Raum für weitere, eventuell erforderliche Bauteile auf der Elektronikseite der Statorbuchse zur Verfügung.
- In vorteilhafter Weise wird im Aufnahmeraum wenigstens eine Leiterplatte untergebracht, auf der vorteilhaft die Leistungselektronik angeordnet ist. Die Leiterplatte lässt sich einfach in den Aufnahmeraum einsetzen.
- In vorteilhafter Weise wird diese Leiterplatte von der Vergussmasse innerhalb des Aufnahmeraumes vollständig umhüllt. Unter Umhüllung ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass nicht nur die Leiterplatine, sondern auch ein Teil der darauf befindlichen Bauteile vollständig von der Vergussmasse umhüllt sind. Sie werden durch die Vergussmasse gegen Korrosion, aggressive Medien, Staub, Feuchtigkeit und dergleichen geschützt. Auch dient die Vergussmasse als Schutz gegen Schock und Vibrationen.
- Der Durchlass befindet sich vorteilhaft mittig im Boden der Statorbuchse.
- Der Mantel und der Ansatz sind in vorteilhafter Weise koaxial zueinander angeordnet. Dadurch kann die Statorbuchse sehr einfach hergestellt werden, beispielsweise aus Aluminiumdruckguss oder auch aus einem entsprechenden Kunststoff.
- An den Durchlass im Boden der Statorbuchse schließt vorteilhaft ein Lagerrohr für eine Motorwelle an. Der Ansatz kann somit eine Verlängerung des Lagerrohres bilden, in dem die Motorwelle drehbar gelagert werden kann.
- Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Lagerrohr und/oder der Ansatz einstückig mit dem Boden ausgebildet sind. Dann kann die Statorbuchse beispielsweise in einem Druckguss- oder einem Spritzgießverfahren einfach und kostengünstig hergestellt werden.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Boden der Statorbuchse an seiner vom Aufnahmeraum abgewandten Seite mit einem weiteren umlaufenden Ansatz versehen ist. Er bildet vorteilhaft mit einem Teil des Lagerrohres einen weiteren Aufnahmeraum, in den eine weitere Vergussmasse eingebracht werden kann. Dieser weitere Aufnahmeraum befindet sich dann auf der anderen Seite des Bodens, das heißt auf der Rotor- bzw. Motorseite.
- In der weiteren Vergussmasse wird vorteilhaft eine motorseitige Leiterplatte gehalten, vorzugsweise von ihr umhüllt. Auch in diesem Falle ist unter Umhüllen zu verstehen, dass die Leiterplatte einschließlich eines Teils der auf ihr befindlichen Bauteile von dieser weiteren Vergussmasse umhüllt ist. Damit sind auch diese Teile durch die weitere Vergussmasse gegen Korrosion, aggressive Medien, Staub, Feuchtigkeit und dergleichen sowie gegen Schock und Vibrationen geschützt.
- Vorteilhaft ist auch der weitere Ansatz einstückig mit dem Boden der Statorbuchse ausgebildet, so dass der weitere Ansatz ebenfalls bereits beim Druck- oder Spritzgießen der Statorbuchse vorgesehen werden kann.
- Der weitere Ansatz dient vorteilhaft nicht nur zur radialen Begrenzung des weiteren Aufnahmeraumes, sondern ist auch mit einer Aufnahme für das Rotorgehäuse versehen.
- Bevorzugt liegt der weitere Ansatz koaxial zum Lagerrohr.
- Um eine einfache Verbindung zwischen dem Rotor und der Leiterplatte auf der Elektronikseite zu ermöglichen, ist der Boden mit wenigstens einer Leitungsdurchführung versehen, die durch wenigstens ein Abdichtelement abgedichtet ist. Das Abdichtelement sorgt dafür, dass die jeweilige Vergussmasse nicht aus dem einen Aufnahmeraum über die Leitungsdurchführung in den anderen Aufnahmeraum gelangen kann.
- Das Abdichtelement ist vorteilhaft eine Durchführungstülle, die in bekannter Weise so ausgebildet ist, dass die Leitungen von der Rotorseite aus abgedichtet durch entsprechende Öffnungen der Tülle geführt werden können.
- Vorteilhaft ist es, wenn das Abdichtelement durch die weitere Vergussmasse nach dem Abbinden gehalten bzw. befestigt wird.
- Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung sind somit die Durchbrüche zwischen der Motorseite und der Elektronikseite durch die Vergussmassen gegeneinander abgedichtet. Dies hat den Vorteil, dass eventuell eingedrungene Feuchtigkeit aus dem Motor(Rotor)bereich nicht in den Elektronikbereich gelangen kann. Durch die Vergussmassen können auch die geforderten Luft- und Kriechstrecken sicher eingehalten werden, so dass die elektrisch aktiven Bauteile sowohl auf der Elektronik- als auch auf der Motorseite mit geringem Abstand voneinander und von der Statorbuchse (Masse) angeordnet werden können. Die Statorbuchse und damit auch der gesamte Elektromotor mit einer solchen Statorbuchse kann darum sehr kompakt gebaut werden, so dass der Elektromotor nur einen geringen Einbauraum benötigt.
- Die beiden Vergussmassen auf der Elektronik- und auf der Motorseite können aus unterschiedlichem Material bestehen. So ist es vorteilhaft, wenn die Vergussmasse auf der Elektronikseite aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit besteht, um von den vergossenen Bauelementen eine gute Wärmeabfuhr zu ermöglichen. Umgekehrt kann in vorteilhafter Weise die weitere Vergussmasse auf der Motor(Rotor)seite durch ein Material mit niedriger thermischer Leitfähigkeit gebildet werden. Dann bildet diese weitere Vergussmasse eine optimale Wärmeisolation, so dass die im Rotorbereich entstehende Wärme nicht oder nur in unbedenklichem Maße auf die Elektronikseite gelangt. Dadurch sind die Leiterplatte mit den darauf befindlichen Bauelementen auf der Elektronikseite optimal gegen Wärmeeinwirkung geschützt.
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
- Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt im Axialschnitt eine erfindungsgemäße Statorbuchse eines Elektromotors, insbesondere eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors.
- Die Zeichnung zeigt eine Statorbuchse
1 eines Elektromotors, der beispielsweise ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor ist. Die im Folgenden beschriebene Statorbuchse kann aber selbstverständlich auch für jede andere Art eines Elektromotors eingesetzt werden. Die Statorbuchse1 hat einen Mantel2 , der vorzugsweise ein Zylindermantel ist. Die Statorbuchse1 hat an ihrem einem Rotor3 zugewandten Ende einen Boden4 , von dem mittig ein buchsenförmiges Lagerrohr5 absteht, das sich in den Rotor3 erstreckt. Das Lagerrohr5 ist vorteilhaft einstückig mit dem Boden4 ausgebildet. Im Lagerrohr5 ist eine Motorwelle6 mit wenigstens einem Lager7 drehbar gelagert. Es ist im Ausführungsbeispiel ein Kugellager, kann aber auch jedes andere geeignete Lager sein. - Der Rotor
3 ist nur teilweise dargestellt und hat ein Rotorgehäuse8 , an dessen Innenseite Permanentmagnete9 befestigt sind. Sie umgeben unter Bildung eines ringförmigen Luftspaltes10 ein Rotorpaket11 , das mit einer Rotorwicklung12 in bekannter Weise versehen ist. - Das Lagerrohr
5 setzt sich in einen ringförmigen Ansatz13 fort, der über den Boden4 in den vom Mantel2 umgebenen Innenraum14 ragt. Der Ansatz13 ist vorteilhaft einstückig mit dem Boden4 ausgebildet und umgibt einen Durchlass39 im Boden4 . Der Ansatz13 hat vorteilhaft Zylinderform und liegt beispielhaft etwa mittig zum Boden4 . In Achsrichtung ist der Ansatz13 kürzer als der koaxial zu ihm liegende Mantel2 . Zwischen dem Ansatz13 und dem Mantel2 wird ein ringförmiger Aufnahmeraum15 gebildet, in den eine Vergussmasse16 eingebracht werden kann. - Von der dem Rotor
3 zugewandten Unterseite des Bodens4 steht ein ringförmiger Ansatz17 vor, der das Lagerrohr5 mit radialem Abstand umgibt. Der Außendurchmesser des Ansatzes17 ist im Ausführungsbeispiel beispielhaft geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Innenraumes14 . Der Ansatz17 begrenzt einen Aufnahmeraum18 radial nach außen, der radial innen durch das Lagerrohr5 bzw. dessen Übergang in den Boden4 begrenzt wird. In den Aufnahmeraum18 wird eine Vergussmasse19 eingebracht. - Der Ansatz
17 ist mit einer Ringnut20 versehen, in die das Rotorgehäuse8 ragt. An dessen Außenseite ist ein Rotorflansch21 befestigt. - Auf die Stirnseite des Mantels
2 der Statorbuchse1 ist unter Zwischenlage eines Dichtringes22 ein Deckel23 aufgesetzt, der in geeigneter Weise fest mit dem Mantel2 verbunden wird. - Der Boden
4 der Statorbuchse1 trennt den einen Elektronikraum bildenden Innenraum14 von einem Motorraum24 . Im Elektronikraum14 befindet sich der ringförmige Aufnahmeraum15 , der mit der Vergussmasse16 gefüllt ist. In ihr ist eine Leiterplatte25 untergebracht, welche die elektrischen/elektronischen Bauteile trägt. Im Motorraum24 befindet sich eine motorseitige Leiterplatte26 , die in die Vergussmasse19 eingebettet ist. - Der Boden
4 der Statorbuchse1 hat wenigstens eine Durchtrittsöffnung27 für die Durchführung von Leitungen28 , über welche die elektrische Verbindung zwischen der Motorseite (Stator) und der Elektronikseite (Leiterplatte25 ) hergestellt wird. Die Durchtrittsöffnung27 , welche die beiden Aufnahmeräume15 ,18 miteinander verbindet, liegt mit radialem Abstand zum Lagerrohr5 , zum Ansatz13 und zum Mantel2 . - Der Innendurchmesser des Ansatzes
13 ist größer als der Innendurchmesser des Lagerrohres5 . Das Kugellager7 stützt sich mit seinem äußeren Lagerring29 auf einer Schulterfläche30 in der Innenwand des Lagerrohres5 ab. Gesichert wird das Kugellager7 durch einen Sicherungsring31 , der in eine Ringnut32 in der Innenwand des Ansatzes13 eingesetzt ist. Die Motorwelle6 ist über einen Sicherungsring33 und einer Unterlegscheibe34 auf dem Kugellager7 axial abgestützt. - Bei der Herstellung des Elektromotors wird zunächst in die Durchtrittsöffnung
27 die Durchführungstülle35 eingesetzt, durch welche die Leitungen28 vom Motorraum in den Elektronikraum14 abgedichtet geführt werden. Es können aber auch zunächst die Leitungen28 durch die Durchtrittsöffnungen27 geführt und erst anschließend die Durchführungstüllen35 eingesetzt werden. Die Durchführungstülle35 liegt mit ihrer Außenseite dichtend am Rand der Durchtrittsöffnung27 an und kann einen radial nach außen gerichteten Flansch36 aufweisen, mit dem sie an der Innenseite des Bodens4 der Statorbuchse1 dichtend anliegt. Die Tülle35 dichtet die Durchtrittsöffnung27 ab, so dass beim Einbringen der jeweiligen Vergussmassen16 ,19 diese nicht über die Durchtrittsöffnung27 in den jeweils anderen Raum gelangen kann. Vor dem Vergießen der Vergussmasse16 wird in den Aufnahmeraum15 die Leiterplatte25 so eingesetzt, dass die Vergussmasse16 die Leiterplatte vollständig umgeben kann. Die Vergussmasse15 kann bis zum freien Rand des Ansatzes13 in den Aufnahmeraum15 eingebracht werden. Die Tülle35 verhindert, dass diese Vergussmasse16 in den Motorraum24 gelangt. - Sobald die Vergussmasse
16 abgebunden hat, wird in den Aufnahmeraum18 die motorseitige Leiterplatte26 eingesetzt. Dann wird in den Aufnahmeraum18 die Vergussmasse19 eingebracht. Die Leiterplatte26 kann mit dem Rotor3 bereits verbunden sein. Sein Gehäuse8 wird in die Ringnut20 des Ringansatzes17 eingesetzt, wodurch die Leiterplatte26 sehr einfach in ihre Einbaulage gebracht wird. Sobald die Vergussmasse19 abgebunden hat, ist die Leiterplatte26 von der Vergussmasse19 umhüllt. - Es ist selbstverständlich möglich, zunächst die Vergussmasse
19 in den Aufnahmeraum18 und erst in einem späteren Verfahrensschritt die Vergussmasse16 in den Aufnahmeraum15 einzubringen. - Die Innenwand
37 des Ansatzes17 ist vorteilhaft mit einer Profilierung38 versehen, wodurch eine gute Verankerung der Vergussmasse19 im Aufnahmeraum18 erreicht wird. Auch die Innenwand des Ansatzes13 kann mit einer derartigen Profilierung versehen sein. - Die Leiterplatte
25 ist vollständig von der Vergussmasse16 umgeben, so dass sie optimal gegen Korrosion, aggressive Medien, Staub, Feuchtigkeit und dergleichen geschützt ist. Auch wird durch diese vollständige Einbettung der Leiterplatte25 in die Vergussmasse16 ein Schutz gegen Schock und Vibrationen erreicht. - Auch die motorseitige Leiterplatte
26 ist, da sie von der Vergussmasse19 umhüllt ist, gegen Korrosion, aggressive Medien, Staub, Feuchtigkeit sowie auch gegen Schock und Vibrationen geschützt. Die Vergussmasse19 kann bis in die Höhe der freien Stirnseite des Ansatzes17 in den Aufnahmeraum18 eingebracht werden. - Durch geeignete Höhe des Ansatzes
13 und/oder des Ansatzes17 kann sichergestellt werden, dass je nach Bauart des Elektromotors Leiterplatten25 mit unterschiedlich hoher Bestückung in der Vergussmasse16 ,19 untergebracht werden können. - Da die Durchtrittsöffnung
27 durch die Tülle35 abgedichtet ist, kann in den Bereich des Motorraumes eventuell eingetretene Feuchtigkeit nicht in den Elektronikbereich innerhalb der Statorbuchse1 gelangen. - Da die elektrisch aktiven Bauteile auf den Leiterplatten
25 ,26 von der Vergussmasse16 ,19 umhüllt sind, sind sie gegeneinander und auch gegen Masse (Statorbuchse1 ) isoliert. Dadurch können die geforderten Luft- und Kriechstrecken sicher eingehalten werden. Dies hat den Vorteil, dass der Abstand zwischen den elektrisch aktiven Bauteilen untereinander und gegenüber der Masse (Statorbuchse1 ) klein gehalten werden kann. Darum benötigt der Elektromotor nur geringen Bauraum. - Die Vergussmassen
16 ,19 können optimal ausgewählt werden. So kann die auf der Elektronikseite befindliche Vergussmasse16 vorteilhaft aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit bestehen. Dadurch ergibt sich eine hervorragende Wärmeabfuhr der in der Vergussmasse16 eingebetteten Bauelemente der Leiterplatte25 gegenüber Luft. - Die Vergussmasse
19 im Motorraum24 kann demgegenüber beispielsweise durch ein Material mit niedriger thermischer Leitfähigkeit gebildet sein. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die auf der Leiterplatte25 befindliche Elektronik gegen die Motorwärme isoliert ist. Durch die Verwendung einer solchen Vergussmasse mit weniger thermischer Leitfähigkeit ist es sogar möglich, auf den Einsatz eines Kühlrades im Bereich des Elektronikraumes14 zu verzichten. - Durch die Vergussmassen
16 ,19 werden nicht nur die Leiterplatten und die darauf befindlichen Elemente, sondern auch die Wicklungsenden und Kontakte gegen Vibrationen und Umwelteinflüsse geschützt. - Die beschriebene Ausbildung macht es möglich, die Elektronik für eine hohe IP-Schutzklasse einzusetzen, beispielsweise für eine IP-Schutzklasse
67 . - Trotz des Vergießens ist der Innenraum des Lagerrohres
5 frei zugänglich, so dass nach dem Vergussvorgang Zutritt zu den Lagern und zur Motorwelle6 möglich ist.
Claims (21)
- Statorbuchse für eine Antriebseinheit eines Elektromotors, vorzugsweise eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors, mit einem Mantel, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorbuchse (
1 ) mit einem Boden (4 ) versehen ist, der wenigstens einen Durchlass (39 ) aufweist, der von einem umlaufenden Ansatz (13 ) begrenzt ist, der zusammen mit einem Teil des Mantels (2 ) einen Aufnahmeraum (15 ) für eine Vergussmasse (16 ) begrenzt. - Statorbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Höhe des Ansatzes (
13 ) kleiner ist als die axiale Breite des Mantels (2 ). - Statorbuchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Aufnahmeraum (
15 ) wenigstens eine Leiterplatte (25 ) untergebracht ist. - Statorbuchse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (
25 ) von der Vergussmasse (16 ) umhüllt ist. - Statorbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlass (
39 ) etwa mittig im Boden (4 ) vorgesehen ist. - Statorbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (
2 ) und der Ansatz (13 ) koaxial zueinander liegen. - Statorbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Durchlass (
39 ) ein Lagerrohr (5 ) für eine Motorwelle (6 ) anschließt. - Statorbuchse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerrohr (
5 ) einstückig mit dem Boden (4 ) ausgebildet ist. - Statorbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansatz (
13 ) einstückig mit dem Boden (4 ) ausgebildet ist. - Statorbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (
4 ) an seiner vom Aufnahmeraum (15 ) abgewandten Seite mit einem weiteren umlaufenden Ansatz (17 ) versehen ist. - Statorbuchse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Ansatz (
17 ) mit einem Teil des Lagerrohres (5 ) einen weiteren Aufnahmeraum (18 ) für eine weitere Vergussmasse (19 ) begrenzt. - Statorbuchse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der weiteren Vergussmasse (
19 ) eine motorseitige Leiterplatte (26 ) gehalten ist. - Statorbuchse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (
26 ) von der weiteren Vergussmasse (19 ) umhüllt ist. - Statorbuchse nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Ansatz (
17 ) einstückig mit dem Boden (4 ) ausgebildet ist. - Statorbuchse nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Ansatz (
17 ) eine Aufnahme (20 ) aufweist, in die ein Rotorgehäuse (8 ) eingreift. - Statorbuchse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (
20 ) eine Ringnut im weiteren Ansatz (17 ) ist. - Statorbuchse nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Ansatz (
17 ) koaxial zum Lagerrohr (5 ) liegt. - Statorbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (
4 ) wenigstens eine Leitungsdurchführung (27 ) aufweist, die durch wenigstens ein Abdichtelement (35 ) abgedichtet ist. - Statorbuchse nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtelement (
35 ) eine Durchführungstülle ist. - Statorbuchse nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtelement (
35 ) durch die weitere Vergussmasse (19 ) gehalten ist. - Elektromotor, insbesondere elektronisch kommutierter Gleichstrommotor, mit einer Statorbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 20.
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