DE102009049315A1 - Verfahren zum Herstellen eines Verbundgussteiles - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Verbundgussteiles, insbesondere einer Verbundgussbremsscheibe für Scheibenbremsen von Kraftfahrzeugen, mit einem in einer verlorenen Form gegossenen, ringförmigen Bauteil aus höherschmelzendem Werkstoff und radial nach innen ragenden Mitnehmern, die beim nachfolgenden Gießen eines nabenförmigen Gussteiles aus niedriger schmelzendem Werkstoff in einer in zwei Formhälften unterteilten Dauerform mit umgossen werden, wobei das Bauteil in die untere Formhälfte der Dauerform eingelegt und durch Aufsetzen der oberen Formhälfte die Mitnehmer dicht umschließt und wobei die Teilungsebene der Dauerform mit der im Wesentlichen in einer Rotationsmittelebene liegenden Teilungsebene des Bauteiles zusammenfällt. Zum Ausgleich von ggf. vorliegenden Teilungsversätzen wird vorgeschlagen, dass beim Gießen des Bauteiles (12) an dessen der oberen Formhälfte (22) zugewandten Seite Zentriermittel (18) angegossen werden, die mittelbar oder unmittelbar mit der parallel zur Teilungsebene (11) schwimmend angeordneten, oberen Formhälfte (22) der Dauerform zusammenwirken.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundgussteiles, insbesondere einer Verbundguss-Bremsscheibe für Scheibenbremsen von Kraftfahrzeugen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
- Eine Verbundguss-Bremsscheibe sowie ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer solchen Bremsscheibe beschreibt beispielsweise die
US 2007/0246314 A1 - Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, das in erhöhtem Maße durch die Teilung der Sandgussform verursachte Teilungstoleranzen (Teilungsversätze) am Bauteil bzw. am Reibring zulässt und ohne eine spanende Bearbeitung der Mitnehmer eine zuverlässige Positionierung und Abdichtung des Bauteiles in der Dauerform ermöglicht.
- Die Lösung der verfahrensgemäßen Aufgabe gelingt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angeführt.
- Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass beim Gießen des Bauteiles an dessen der oberen Formhälfte zugewandten Oberfläche Zentriermittel angegossen werden, die mittelbar oder unmittelbar mit der parallel zur Teilungsebene schwimmend angeordneten, oberen Formhälfte der Dauerform zusammenwirken. Vereinfacht ausgedrückt wird nach dem Einlegen des Bauteiles bzw. Reibringes in die untere Formhälfte der Dauerform die obere Formhälfte zum Bauteil über die angeformten Zentriermittel derart zentriert, dass der ggf. vorliegende Teilungsversatz am Bauteil auf die Formhälfte übertragen wird. Dies stellt sicher, dass die in die Dauerform einragenden Mitnehmer des Bauteiles ohne Verzwängungen und absolut dicht umschlossen werden und damit ein problemloses Umgießen der Mitnehmer sicherstellen.
- Als Zentriermittel können besonders bevorzugt zumindest drei symmetrisch über den Umfang des ringförmigen Bauteiles verteilte, achsparallel abstehende Führungsstifte angegossen werden, die mit zumindest drei an einer Aufspannplatte angeordneten, parallel zur Teilungsebene der Dauerform verschieblichen Zentrierungsschiebern zusammenwirken. Damit werden in herstellungstechnisch günstiger Weise nach dem Einlegen des Bauteiles in die untere Form- bzw. Kokillenhälfte die Zentrierungsschieber eingefahren und damit dessen der oberen Form- bzw. Kokillenhälfte zugewandter Teilungsversatz kompensiert.
- Ferner weisen die Zentrierungsschieber weitere Zentrierungsmittel auf, die in deren geschlossener Position mit der oberen Kokillenhälfte zusammenwirken und somit die Kokillenhälfte entsprechend dem Teilungsversatz des Bauteiles nachführen.
- Insbesondere können die drei kreissegmentförmigen Zentrierungsschieber in deren geschlossener Position einen geschlossenen Kreiszylinder bilden, in den dann die Kokillenhälfte mit einem korrespondierenden Zylinderabschnitt einfahren kann. Die Kokillenhälfte ist dadurch besonders stabil und passgenau in den Zentrierungsschiebern und diese an der Aufspannplatte gehalten.
- Der Kreiszylinder der geschlossenen Zentrierungsschieber und der korrespondierende Zylinderabschnitt der oberen Kokillenhälfte können besonders zweckmäßig mit Vorzentrierungsschrägen versehen werden, die ein schnelles, problemloses Einfahren der oberen Kokillenhälfte ermöglichen.
- Des Weiteren können die Zentriermittel zur Zentrierung der oberen Kokillenhälfte so ausgeführt sein, dass beim Aufsetzen der oberen Kokillenhälfte eine Zentrierung vor dem Umschließen der Mitnehmer des Bauteiles durch die obere Kokillenhälfte erfolgt. Dies stellt einen Verfahrensablauf sicher, bei dem zuerst eine Zentrierung der oberen Kokillenhälfte und erst dann ein Einfahren der die Mitnehmer des Bauteiles umschließenden Wandbereiche der Kokillenhälfte erfolgt.
- Um eine genaue Positionierung in Umfangsrichtung der oberen Kokillenhälfte zu erreichen, wird des Weiteren vorgeschlagen, dass die schwimmend angeordnete Kokillenhälfte an drei an den Zentrierungsschiebern in deren Verschieberichtung ausgerichteten Führungsleisten in Umfangsrichtung geführt wird.
- Sofern die an dem Bauteil vorgesehenen Zentriermittel die Funktion des gefertigten Verbundgussteiles beeinträchtigen, wird ferner vorgeschlagen, dass die Zentriermittel bei einer nach dem Umgießen des Bauteiles erfolgenden, spanenden Endbearbeitung des Verbundgussteiles abgearbeitet werden.
- Eine besonders bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine in zwei Kokillenhälften unterteilte Dauerform und eine Aufspannplatte mit zumindest drei symmetrisch umfangsverteilten Zentrierungsschiebern auf, die parallel zur Teilungsebene der Dauerform verschiebbar sind und die in der geschlossenen Position eine Zentrierung der schwimmend zur Aufspannplatte angeordneten, oberen Kokillenhälfte relativ zum Bauteil bewirken.
- Des Weiteren können zur Erzielung einer fertigungstechnisch günstigen und robusten Konstruktion der Dauerform die segmentförmigen Zentrierungsschieber in der geschlossenen Position einen geschlossenen Kreiszylinder bilden, dessen Innenumfang Ausnehmungen zum Zentrieren von an dem zu umgießenden Bauteil abragenden Zentriermitteln aufweist und zugleich zentrierend einen korrespondierenden Zylinderabschnitt der oberen Kokillenhälfte umschließt.
- Schließlich können die Zentrierungsschieber zur oberen Kokillenhälfte abragende, in Verschieberichtung ausgerichtete Führungsleisten tragen, die in komplementäre Führungsnuten der oberen Kokillenhälfte einragen.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand der beiliegenden, schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Draufsicht auf eine Verbundguss-Bremsscheibe für Scheibenbremsen in Kraftfahrzeugen, mit einer ringförmigen Bremsscheibe und einem nabenförmigen Gussteil; -
2 ein Prinzipbild der ringförmigen Bremsscheibe, an der Zentriermittel in Form von Führungsstiften angeformt sind; -
3 die Bremsscheibe nach den1 und2 mit Darstellung eines Teilungsversatzes und einem von drei Zentrierungsschiebern, die mit den Führungsstiften zusammenwirken; -
4 einen Längsschnitt durch die Dauerform des Gießwerkzeuges zur Herstellung der Verbundguss-Bremsscheibe mit der unteren und der oberen Kokillenhälfte und den Zentrierungsschiebern; -
5 eine raumbildliche Ansicht von oben auf die noch geöffneten Kokillenhälften, auf die drei Zentrierungsschieber und auf die an den Zentrierungsschiebern angeordneten Führungsstege für die obere Kokillenhälfte; und -
6 eine analoge, raumbildliche Ansicht auf die Kokillenhälften von unten mit Darstellung der mit den Führungsstegen der Zentrierungsschieber zusammenwirkenden Führungsnuten in der oberen Kokillenhälfte. - Die
1 zeigt als Verbundgussteil eine innenbelüftete Bremsscheibe10 einer Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge, mit einem radial äußeren Reibring12 und daran angeformten, radial nach innen ragenden Mitnehmern14 , die in ein topfförmiges, rotationssymmetrisches Gussteil16 eingegossen sind. Das Gussteil16 setzt sich aus einem Nabenabschnitt16a und einem Flanschabschnitt16b zusammen. - Der Reibring
12 (vereinfacht und ohne Mitnehmer14 in2 gezeigt) ist aus einem bei größerer Temperatur schmelzenden Werkstoff bzw. aus einer Graugusslegierung in einer zweischaligen, verlorenen Form im Sandgussverfahren gegossen. Durch die Teilung der Sandgussform in einer hier beispielhaft mittigen Teilungsebene11 entsteht prozessbedingt durch unvermeidliche Toleranzen an der Sandgussform am Reibring12 ein Teilungsversatz Δt (in den2 ,3 und4 übertrieben dargestellt), der auch an den nach innen ragenden Mitnehmern14 (3 ) vorliegt. Es entstehen quasi zwei Reibringhälften12a ,12b , deren Mittelpunkte M, M' um den Teilungsversatz versetzt sind und die zueinander entsprechend versetzten Mitnehmern14a ,14b aufweisen. - Um diesen ggf. auftretenden Teilungsversatz Δt zu kompensieren, sind an eine Seite des Reibringes
12 drei achsparallel ausgerichtete und symmetrisch umfangsverteilte Führungsstifte18 z. B. ovalen Querschnittes angeformt, deren Mittelachsen auf einem Kreis mit dem gleichen Mittelpunkt M' wie die entsprechend versetzte Reibringhälfte12a liegen. Die Führungsstifte18 sind in der korrespondierenden Sandgussformhälfte entsprechend im Negativ ausgeführt und werden beim Gießen des Reibringes12 mit angegossen. - Das topfförmige Gussteil
16 der Bremsscheibe10 wird in einer Dauerform mit einer fest angeordneten unteren Kokillenhälfte20 (vgl.4 bis6 ) und einer schwimmend dazu gelagerten oberen Kokillenhälfte22 aus einem niedriger schmelzenden Werkstoff bzw. aus einer Aluminiumlegierung im Schwerkraft-Kokillenguss-Verfahren hergestellt, wobei die Mitnehmer14 der Bremsscheibe12 teilweise mit umgossen werden. Alternativ zum Schwerkraft-Kokillenguss können auch andere Gussverfahren durchgeführt werden, die mit Dauerformen arbeiten, etwa ein Niederdruck-Kokillenguss-Verfahren. - Die obere Kokillenhälfte
22 des Gießwerkzeuges, das nur soweit beschrieben ist, als dies für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, kann auf die untere Kokillenhälfte20 aufgesetzt werden, wobei die Kokillenhälften20 ,22 im geschlossenen Zustand (4 ) die schraffiert dargestellte Außenform des Gussteiles16 als Negativform nachbilden und in der gleichen Teilungsebene11 aneinander angrenzen. Die obere Kokillenhälfte22 ist dabei wie ausgeführt relativ zu der unteren Kokillenhälfte20 in nicht dargestellter Weise horizontal bzw. parallel zu der besagten Teilungsebene11 der Bremsscheibe12 schwimmend gelagert. - Ferner sind gemäß der
4 in den Kokillenhälften20 ,22 durch Ausnehmungen24 unterbrochene, stegförmige Wandabschnitte26 vorgesehen, die die Mitnehmer14 der Bremsscheibe12 jeweils bis zu der besagten Teilungsebene11 von beiden Seiten umschließen. - Liegt wie vorbeschrieben ein Teilungsversatz Δt an den Mitnehmern
14 vor, so ist zu einem problemlosen und absolut dichten Umschließen der Mitnehmer14 auch ein entsprechender Versatz an der oberen Kokillenhälfte22 relativ zu der unteren Kokillenhälfte20 herzustellen. - Dazu sind an einer nicht dargestellten Aufspannplatte des Gießwerkzeuges drei kreissegmentförmige Zentrierungsschieber
28 vorgesehen, von denen in der3 nur einer gestrichelt dargestellt ist. Die Zentrierschieber28 sind anliegend an der mit den Zentrierstiften18 versehenen Seite der Bremsscheibe12 in drei jeweils um 120 Grad versetzte und durch die Mittelachsen der Zentrierstifte18 und durch den Mittelpunkt M' verlaufende Schieberichtungen (vgl. Pfeile30 der3 ) verschiebbar. - In der geschlossenen Position der Zentrierungsschieber
28 liegen diese in Umfangsrichtung aneinander an und bilden einen Kreisring (5 ) mit einer Innenumfangsfläche28a . - In diese Innenumfangsfläche
28a sind je Zentrierungsschieber28 mit Zentrierschrägen28b versehene Ausnehmungen28c eingearbeitet, die die Zentrierstifte18 formschlüssig umfassen und somit zu der den Teilungsversatz Δt aufweisenden „Bremsscheibenhälfte”12a fixieren und zentrieren. - An der oberen Kokillenhälfte
22 ist gemäß der4 ein rotationssymmetrischer Zylinderabschnitt32 mit einer konisch sich verjüngenden Vorzentrierungsschräge32a ausgeführt, der bei sich absenkender oberen Kokillenhälfte22 zunächst in die Innenumfangsfläche28a der geschlossenen Zentrierungschieber28 einfährt und in dieser geführt ist. Auch an der Innenumfangsfläche28a ist dazu eine korrespondierende, konische Vorzentrierungsschräge28d angeordnet (vgl.4 ). - Des Weiteren sind an den Zentrierungsschiebern
28 (5 ) je eine zur Kokillenhälfte22 ragende Führungsleiste34 befestigt, die in korrespondierende Führungsnuten36 eines oberen Ringflansches38 der Kokillenhälfte22 einragen und die jeweils in der Verschieberichtung30 der Zentrierungsschieber28 ausgerichtet sind. Die Führungsleisten34 bilden eine Führung der oberen Kokillenhälfte20 in Umfangsrichtung bzw. eine genaue Positionierung der Ausnehmungen24 und der Wandabschnitte26 in der oberen Kokillenhälfte22 relativ zu den Mitnehmern14 . - Der Verfahrensablauf beim Verbundgießen des Gussteiles
16 mit den Mitnehmern14 der Bremsscheibe12 ist wie folgt:
Nach dem Gießen der Bremsscheibe12 wird zur Herstellung des Verbundgusses mit dem Gussteil16 die Bremsscheibe12 mit den Führungsstiften18 nach oben in die untere Kokillenhälfte20 der Dauerform eingelegt, wobei die Ausnehmungen24 und die stegförmigen Wandabschnitte26 der unteren Kokillenhälfte20 die Mitnehmer14 (exakt die Abschnitte14b ) des Reibringes12 (12b ) bis zur Teilungsebene11 dicht umschließen. - Sodann werden bei noch geöffneter Kokille
20 ,22 die Zentrierungsschieber28 in Richtung der Pfeile30 eingefahren und auf die dem Teilungsversatz Δt entsprechende Desachsierung M' ausgerichtet. - Anschließend wird die Kokillenhälfte
22 nach unten abgesenkt, wobei zunächst deren zylindrischer Abschnitt32 über die Vorzentrierungsschrägen28d und32a in die Innenumfangsfläche28a der Zentrierungsschieber28 einfährt. In diesem Zustand liegt noch kein Kontakt zwischen der Kokillenhälfte22 und den oberen Mitnehmerabschnitten14a vor. - Über die Führungsleisten
34 der Zentrierschieber28 , die in die Führungsnuten36 im Flanschabschnitt38 der oberen Kokillenhälfte22 eingearbeitet sind, wird die schwimmend gelagerte Kokillenhälfte22 in Umfangsrichtung präzise auf die Position der Mitnehmer14 ausgerichtet. - Durch weiteres Absenken der oberen Kokillenhälfte
22 umschließen schließlich die in die Kokillenhälfte22 analog zur unteren Kokillenhälfte20 eingearbeiteten Ausnehmungen24 und stegförmigen Wandabschnitte26 die Mitnehmer14 (14a ) und liegen in der Teilungsebene11 an der unteren Kokillenhälfte20 entsprechend an. - Schließlich wird durch Zuführen der flüssigen Aluminiumlegierung in die Kokille
20 ,22 in an sich bekannter Weise das Gussteil16 gegossen bzw. gießtechnisch die Verbundguss-Bremsscheibe10 hergestellt. - Nach dem Gießverfahren werden bei einer spanenden Endbearbeitung der Bremsscheibe
10 die Führungsstifte18 mit abgearbeitet. - Aufgrund der Anpassung der oberen Kokillenhälfte
22 auf einen ggf. vorliegenden Teilungsversatz an der Bremsscheibe12 kann sowohl auf eine vorhergehende, einen Teilungsversatz eliminierende Bearbeitung der Mitnehmer14 oder aber auf zusätzliche Abdichtungen in der Kokille20 ,22 verzichtet werden. Ferner sind durch den Teilungsversatz ggf. auftretende Schäden beim Zusammenfahren der Kokillenhälften20 ,22 ausgeschlossen. - Zudem ist beim Gießen des topfförmigen Gussteiles
16 sichergestellt, dass im Teilungsbereich beim Umgießen der Mitnehmer14 kein flüssiges Gießmaterial austritt oder sich Gießfehler (unsaubere Trennungsstellen, etc.) einstellen. - Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Anstelle einer Bremsscheibe
10 können auch andere Verbundgussteile mit einer ähnlichen Geometrie und Problematik hergestellt werden. - Mögliche Gießverfahren zum Herstellen des Gussteiles
16 sind auch Druckgussverfahren, Counter Pressure Casting (CPC), Squeeze Casting, etc. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- US 2007/0246314 A1 [0002]
Claims (11)
- Verfahren zum Herstellen eines Verbundgussteiles, insbesondere einer Verbundgussbremsscheibe für Scheibenbremsen von Kraftfahrzeugen, mit einem, insbesondere in einer verlorenen Form gegossenen, ringförmigen Bauteil (
12 ) aus höherschmelzendem Werkstoff und radial nach innen ragenden Mitnehmern (14 ), die beim nachfolgenden Gießen eines nabenförmigen Gussteiles (16 ) aus niedriger schmelzendem Werkstoff in einer in zwei Formhälften (20 ,22 ) unterteilten Dauerform umgossen werden, wobei das Bauteil (12 ) in die untere Formhälfte (20 ) der Dauerform eingelegt und durch Aufsetzen der oberen Formhälfte (22 ) die Mitnehmer (14 ) umschlossen sind, wobei die Teilungsebene (11 ) der Dauerform mit der im wesentlichen in einer Rotationsmittelebene liegenden Teilungsebene (11 ) des Bauteiles (12 ) zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, dass beim Gießen des Bauteiles (12 ) an dessen der oberen Formhälfte (22 ) zugewandten Seite Zentriermittel (18 ) angegossen werden, die mittelbar oder unmittelbar mit der parallel zur Teilungsebene (11 ) schwimmend angeordneten, oberen Formhälfte (22 ) der Dauerform zusammenwirken. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Zentriermittel zumindest drei symmetrisch über den Umfang des ringförmigen Bauteiles (
12 ) verteilte, achsparallel abstehende Führungsstifte (18 ) angegossen werden, die mit zumindest drei an einer Aufspannglatte angeordneten, parallel zur Teilungsebene (11 ) der Dauerform verschieblichen Zentrierungsschiebern (28 ) zusammenwirken. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierungsschieber (
28 ) weitere Zentrierungsmittel (28a ,34 ) aufweisen, die in deren geschlossener Position mit der oberen Formhälfte (22 ) zusammenwirken. - Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die drei kreissegmentförmigen Zentrierungsschieber (
28 ) in deren geschlossener Position einen geschlossenen Kreisring bilden, in den die Formhälfte (22 ) mit einem korrespondierenden Zylinderabschnitt (32 ) einfahren kann. - Verfahren nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreisring der geschlossenen Zentrierungsschieber (
28 ) und der korrespondierende Zylinderabschnitt (32 ) der oberen Formhälfte (22 ) mit Vorzentrierungsschrägen (32a ,28d ) versehen werden. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriermittel (
32 ,34 ) zur Zentrierung der oberen Formhälfte (22 ) so ausgeführt sind, dass beim Aufsetzen der oberen Formhälfte (22 ) eine Zentrierung vor dem Umschließen der Mitnehmer (14a ) des Bauteiles (12 ) durch die obere Formhälfte (22 ) erfolgt. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schwimmend angeordnete Formhälfte (
22 ) an, an den Zentrierungsschiebern (28 ) in deren Verschieberichtung ausgerichteten Führungsleisten (34 ) in Umfangsrichtung geführt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriermittel (
18 ) bei einer nach dem Umgießen des Bauteiles (12 ) erfolgenden, spanenden Endbearbeitung des Verbundgussteiles (10 ) abgearbeitet werden. - Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in zwei Formhälften (
20 ,22 ) unterteilte Dauerform und eine Aufspannplatte mit symmetrisch umfangsverteilten Zentrierungsschiebern (28 ), die parallel zur Teilungsebene (11 ) der Dauerform verschiebbar sind und in einer Zentrierposition eine Zentrierung der schwimmend zur Aufspannplatte angeordneten, oberen Formhälfte (22 ) relativ zum Bauteil (12a ,14a ) bewirken. - Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die segmentförmigen Zentrierungsschieber (
28 ) in der geschlossenen Position einen geschlossenen Kreisring bilden, dessen Innenumfang (28a ) Ausnehmungen (28b ,28c ) zum Zentrieren von an dem zu umgießenden Bauteil (12 ) abragenden Zentriermitteln (18 ) aufweist und zugleich zentrierend einen korrespondierenden Zylinderabschnitt (32 ) der oberen Formhälfte (22 ) umschließt. - Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierungsschieber (
28 ) zur oberen Formhälfte (22 ) abragende, in Verschieberichtung (30 ) ausgerichtete Führungsleisten (34 ) tragen, die in komplementäre Führungsnuten (36 ) der oberen Formhälfte (22 ) einragen.
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2009
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