DE102019202263A1 - Magnet component and injector with such a magnet component - Google Patents

Magnet component and injector with such a magnet component Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein einteiliges Magnetbauteil (1) eines Injektors, welches einen aus einer magnetischen Fe-Co-Verbindung hergestellten Magnetbereich (2) und einen nicht-magnetischen Bereich (3, 4) aufweist.The invention relates to a one-piece magnetic component (1) of an injector which has a magnetic area (2) made from a magnetic Fe-Co compound and a non-magnetic area (3, 4).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein einteiliges Magnetbauteil eines Injektors zum Zumessen eines Fluids, insbesondere eines Kraftstoffinjektors, einen magnetischen Aktor sowie einen Injektor mit einem derartigen einteiligen Magnetbauteil.The present invention relates to a one-piece magnetic component of an injector for metering a fluid, in particular a fuel injector, a magnetic actuator and an injector with such a one-piece magnetic component.

Aus dem Stand der Technik sind magnetische Aktoren beispielsweise zur Betätigung von Ventilen von Injektoren in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Um eine gute Kraftwirkung auf den Magnetanker und eine Ventilnadel bei einer Bestromung einer Magnetspule zu erreichen, wird im Magnetkreis der magnetische Fluss gezielt gedrosselt. Hierbei werden magnetische Bauteile verwendet, welche unterschiedliche Geometrien aufweisen. Für zukünftige Injektoren mit höheren Einspritzdrücken werden neuartige Werkstoffe mit verbesserten magnetischen Eigenschaften notwendig. Derartige Werkstoffe mit verbesserten magnetischen Eigenschaften sind jedoch teurer als die bisher verwendeten Werkstoffe. Von daher wäre es nicht wirtschaftlich, die neuen Werkstoffe mittels spanabhebenden Verfahren herzustellen. Auch ist eine Zerspanbarkeit bei derartigen Werkstoffen im Vergleich mit den bisher verwendeten ferritischen Werkstoffen deutlich erschwert.Magnetic actuators, for example for actuating injector valves, are known in various configurations from the prior art. In order to achieve a good force effect on the magnet armature and a valve needle when a magnet coil is energized, the magnetic flux is deliberately throttled in the magnetic circuit. Magnetic components with different geometries are used here. Novel materials with improved magnetic properties will be required for future injectors with higher injection pressures. Such materials with improved magnetic properties are, however, more expensive than the materials used previously. It would therefore not be economical to manufacture the new materials using machining processes. Machinability of such materials is also significantly more difficult in comparison with the ferritic materials previously used.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße einteilige Magnetbauteil eines Injektors mit den Merkmalen des Anspruches 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Magnetbauteil relativ einfach und kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere kann ein Bereich des einteiligen Magnetbauteils aus einem teuren Werkstoff mit verbesserten magnetischen Eigenschaften hergestellt werden. Das einteilige Magnetbauteil kann aus zwei Komponenten mittels eines MIM-Verfahrens (metal injection molding) hergestellt werden. Erfindungsgemäß umfasst das einteilige Magnetbauteil einen aus einer magnetischen Fe-Co-Verbindung hergestellten Magnetbereich und einen nicht-magnetischen Bereich. Somit ist das erfindungsgemäße Magnetbauteil aus wenigstens zwei verschiedenen Materialien hergestellt und trotzdem ein einteiliges Bauteil.The one-piece magnetic component of an injector according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the magnetic component can be produced relatively easily and inexpensively. In particular, a region of the one-piece magnetic component can be produced from an expensive material with improved magnetic properties. The one-piece magnetic component can be produced from two components by means of an MIM process (metal injection molding). According to the invention, the one-piece magnetic component comprises a magnetic area made from a magnetic Fe — Co compound and a non-magnetic area. The magnetic component according to the invention is thus made from at least two different materials and is nevertheless a one-piece component.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims show preferred developments of the invention.

Besonders bevorzugt ist das Magnetbauteil chromfrei. Insbesondere weist die magnetische Fe-Co-Verbindung kein Chrom auf.The magnetic component is particularly preferably chrome-free. In particular, the Fe-Co magnetic compound does not contain chromium.

Weiter bevorzugt umfasst die Fe-Co-Verbindung 49 Gew.% Co. Die Fe-Co-Verbindung ist vorzugsweise Fe-Co49. Besonders bevorzugt umfasst die Fe-Co-Verbindung 49 Gew.% Co und 49 Gew.% Fe und 2 Gew.% Zusatzstoffe, beispielsweise Vanadium oder Neodym.More preferably, the Fe-Co compound comprises 49 wt% Co. The Fe-Co compound is preferably Fe-Co49. The Fe-Co compound particularly preferably comprises 49% by weight of Co and 49% by weight of Fe and 2% by weight of additives, for example vanadium or neodymium.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Magnetbauteil ein rohrförmiges Bauteil, insbesondere ein Innenpol eines Magnetantriebes.According to a preferred embodiment of the invention, the magnetic component is a tubular component, in particular an inner pole of a magnetic drive.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der nicht-magnetische Bereich des einteiligen Magnetbauteils aus einem austenitischen Material oder aus einem ferritischen Material hergestellt.According to a further preferred embodiment of the invention, the non-magnetic area of the one-piece magnetic component is made from an austenitic material or from a ferritic material.

Bevorzugt ist das Magnetbauteil ein Innenpol eines Magnetantriebs, wobei der Magnetbereich ein rohrförmiger Bereich ist und der nicht-magnetische Bereich ebenfalls ein rohrförmiger Bereich ist. Vorzugsweise ist dabei der rohrförmige nicht-magnetische Bereich derart am rohrförmigen magnetischen Bereich angeordnet, dass der rohrförmige nicht-magnetische Bereich zumindest teilweise den magnetischen Bereich radial außen umgibt.The magnet component is preferably an inner pole of a magnet drive, the magnet area being a tubular area and the non-magnetic area likewise being a tubular area. The tubular non-magnetic area is preferably arranged on the tubular magnetic area in such a way that the tubular non-magnetic area at least partially surrounds the magnetic area radially on the outside.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Magnetbauteil ein Innenpol eines Magnetantriebs und umfasst einen ersten und einen zweiten nicht-magnetischen Bereich, welche vorzugsweise beide rohrförmig sind. Vorzugsweise ist dabei der erste rohrförmige Bereich an einem ersten Ende des Magnetbauteils an einem Außenumfang des Magnetbereichs angeordnet und der zweite rohrförmige Bereich ist an einem zweiten Ende zumindest teilweise an einem Innenumfang des Magnetbereichs angeordnet. Dadurch ist das zweite Ende des Magnetbauteils aus nicht-magnetischem Material durch den zweiten rohrförmigen Bereich gebildet.According to a further preferred embodiment of the invention, the magnetic component is an inner pole of a magnetic drive and comprises a first and a second non-magnetic area, which are preferably both tubular. The first tubular area is preferably arranged at a first end of the magnet component on an outer circumference of the magnetic area and the second tubular area is arranged at a second end at least partially on an inner circumference of the magnetic area. As a result, the second end of the magnetic component made of non-magnetic material is formed by the second tubular region.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen magnetischen Aktor, umfassend ein erfindungsgemäßes, einteiliges Magnetbauteil, wobei das Magnetbauteil vorzugsweise als Innenpol ausgebildet ist.The present invention further relates to a magnetic actuator, comprising a one-piece magnetic component according to the invention, the magnetic component preferably being designed as an inner pole.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Injektor, insbesondere einen Kraftstoffinjektor, welcher ein erfindungsgemäßes einteiliges Magnetbauteil umfasst, insbesondere als Teil eines magnetischen Aktors.The present invention further relates to an injector, in particular a fuel injector, which comprises a one-piece magnetic component according to the invention, in particular as part of a magnetic actuator.

Weiter bevorzugt umfasst der Injektor ein einteiliges Injektorgehäuse, welches aus einem einzigen, kostengünstigen Material hergestellt ist und mit dem erfindungsgemäßen Magnetbauteil direkt verbunden ist.The injector further preferably comprises a one-piece injector housing which is made from a single, inexpensive material and is directly connected to the magnetic component according to the invention.

Der Injektor ist vorzugsweise ein Kraftstoffinjektor oder ein Wasserinjektor oder ein Harnstoffinjektor zum Zumessen einer Flüssigkeit. The injector is preferably a fuel injector or a water injector or a urea injector for metering a liquid.

FigurenlisteFigure list

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

  • 1 eine schematische Ansicht eines Injektors mit einem einteiligen Magnetbauteil gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 2 eine schematische Teil-Schnittansicht eines magnetischen Aktors des Injektors von 1,
  • 3 eine schematische Teil-Schnittansicht eines magnetischen Aktors mit einem einteiligen Magnetbauteil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
  • 4 eine schematische Teil-Schnittansicht eines magnetischen Aktors mit einem einteiligen Magnetbauteil gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Preferred exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:
  • 1 a schematic view of an injector with a one-piece magnetic component according to a first preferred embodiment of the invention,
  • 2 a schematic partial sectional view of a magnetic actuator of the injector of 1 ,
  • 3 a schematic partial sectional view of a magnetic actuator with a one-piece magnetic component according to a second embodiment of the invention, and
  • 4th a schematic partial sectional view of a magnetic actuator with a one-piece magnetic component according to a third embodiment of the invention.

Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred embodiments of the invention

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ein Injektor 100 mit einem einteiligen Magnetbauteil 1 im Detail beschrieben.In the following, with reference to the 1 and 2 an injector 100 with a one-piece magnetic component 1 described in detail.

Der Injektor 100 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Kraftstoffinjektor. Der Injektor 100 ist ein Magnetinjektor und umfasst einen magnetischen Aktor 10, welcher im Detail aus 2 ersichtlich ist.The injector 100 is a fuel injector in this embodiment. The injector 100 is a magnetic injector and includes a magnetic actuator 10 which in detail 2 can be seen.

Der magnetische Aktor 10 umfasst einen Anker 5, an welchem eine Ventilnadel 7 angeordnet ist. Ferner umfasst der magnetische Aktor 10 einen Innenpol 1 und eine Spule 8. Zwischen dem Anker 5 und dem Innenpol 1 ist ein Ankerspalt 9 vorgesehen. Bei Bestromung der Spule 8 wird dann in bekannter Weise der Anker 5 gegen den Innenpol 1 angezogen und der Injektor geöffnet. Eine Rückstellung erfolgt beispielsweise über ein nicht gezeigtes Federelement.The magnetic actuator 10 includes an anchor 5 , on which a valve needle 7th is arranged. The magnetic actuator also includes 10 an inner pole 1 and a coil 8th . Between the anchor 5 and the inner pole 1 is an anchor gap 9 intended. When the coil is energized 8th then becomes the anchor in a known manner 5 against the inner pole 1 tightened and the injector opened. A reset takes place, for example, via a spring element (not shown).

Der Innenpol 1 ist erfindungsgemäß in diesem Ausführungsbeispiel als einteiliges Magnetbauteil 1 ausgebildet und in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei unterschiedlichen Materialien hergestellt.The inner pole 1 is according to the invention in this embodiment as a one-piece magnetic component 1 formed and made in this embodiment from two different materials.

Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst das als Innenpol 1 dienende Magnetbauteil 1 einen Magnetbereich 2, einen ersten nicht-magnetischen Bereich 3 und einen zweiten nicht-magnetischen Bereich 4. Der Magnetbereich 2 ist aus einem Material aus einer Fe-Co-Verbindung ohne Chrom hergestellt. Das Material des ersten nicht-magnetischen Bereichs 3 und des zweiten nicht-magnetischen Bereichs 4 ist vorzugsweise gleich und vorzugsweise ein austenitisches Material.How out 2 can be seen, includes this as an inner pole 1 serving magnetic component 1 a magnetic area 2 , a first non-magnetic area 3 and a second non-magnetic area 4th . The magnetic area 2 is made of a material made of an Fe-Co compound without chromium. The material of the first non-magnetic region 3 and the second non-magnetic region 4th is preferably the same and preferably an austenitic material.

Das Magnetbauteil 1 ist ein einteiliges Bauteil, welches mittels eines MIM-Verfahrens hergestellt ist. Dadurch ist es möglich, dass nur die notwendigen Bereiche aus dem teuren magnetischen Material hergestellt werden und die anderen Bereiche aus kostengünstigerem Material hergestellt werden.The magnetic component 1 is a one-piece component that is manufactured using an MIM process. This makes it possible for only the necessary areas to be made from the expensive magnetic material and the other areas to be made from less expensive material.

Wie aus 2 ersichtlich ist, ist der Magnetbereich 2 als rohrförmiges Bauteil vorgesehen. Ferner sind auch der erste magnetische Bereich 3 und der zweite magnetische Bereich 4 als rohrförmige Bauteile vorgesehen. Dabei ist der erste magnetische Bereich 3 an einem Außenumfang des Magnetbereichs 2 an einem ersten Ende des Magnetbauteils 1 angeordnet. Der zweite magnetische Bereich 4 ist an einem zweiten Ende des Magnetbauteils angeordnet und teilweise an einem Innenbereich des Magnetbereichs 2 positioniert. Hierbei legt der restliche Teil des zweiten magnetischen Bereichs 4 frei.How out 2 can be seen is the magnetic area 2 provided as a tubular component. Furthermore, there are also the first magnetic area 3 and the second magnetic area 4th provided as tubular components. The first is magnetic 3 on an outer periphery of the magnet area 2 at a first end of the magnetic component 1 arranged. The second magnetic area 4th is arranged at a second end of the magnetic component and partially on an inner region of the magnetic region 2 positioned. Here, the remaining part of the second magnetic area applies 4th free.

Somit kann erfindungsgemäß ein einteiliges Magnetbauteil 1 hergestellt werden, bei dem ein verwendetes Material für den Magnetbereich 2 minimiert werden kann. Dadurch können die Kosten für das Magnetbauteil signifikant reduziert werden und trotzdem ein höherwertiges magnetisches Material mit besseren magnetischen Eigenschaften verwendet werden. Das Magnetbauteil 1 wird vorzugsweise mittels MIM-Technik hergestellt, wobei eine hohe Genauigkeit erreicht wird, so dass auf eine spanabhebende Nachbearbeitung des Magnetbereichs 2 üblicherweise verzichtet werden kann. Gegebenenfalls können der erste und zweite nicht-magnetische Bereich 3, 4 spanabhebend nachbearbeitet werden, wobei dies jedoch aus Kostensicht unkritisch ist, da die Materialkosten für den ersten und zweiten nicht-magnetischen Bereich 3 nicht so hoch sind.Thus, according to the invention, a one-piece magnetic component 1 in which a material used for the magnet area 2 can be minimized. As a result, the costs for the magnetic component can be significantly reduced and a higher-quality magnetic material with better magnetic properties can still be used. The magnetic component 1 is preferably produced using MIM technology, with a high level of accuracy being achieved, so that the magnetic area can be re-machined 2 can usually be dispensed with. Optionally, the first and second non-magnetic areas 3 , 4th be reworked by machining, but this is not critical from a cost perspective, since the material costs for the first and second non-magnetic area 3 are not that high.

Weiterhin ist ein Injektorgehäuse 6 als einteiliges Bauteil vorgesehen. Das Injektorgehäuse 6 ist, wie in 2 dargestellt, mit dem ersten magnetischen Bereich 3 verbunden. Hierbei ergibt sich kein direkter Kontakt zwischen dem Injektorgehäuse 6 und dem Magnetbereich 2, so dass bei der Verbindung zwischen dem Injektorgehäuse 6 und dem Magnetbauteil 1 eine Schädigung, beispielsweise eine thermische Schädigung, des Magnetbereichs 2 vermieden werden kann.There is also an injector housing 6th provided as a one-piece component. The injector housing 6th is like in 2 shown with the first magnetic area 3 connected. There is no direct contact between the injector housing 6th and the magnetic area 2 so that at the connection between the injector housing 6th and the magnet component 1 damage, for example thermal damage, to the magnetic area 2 can be avoided.

Somit weist das erfindungsgemäße einteilige Magnetbauteil aufgrund der Verwendung des höherwertigen magnetischen Werkstoffs eine bessere Performance auf, so dass der Injektor auch für höhere Einspritzdrücke, insbesondere als Kraftstoffinjektor, geeignet ist.The one-piece magnetic component according to the invention therefore has better performance due to the use of the higher-quality magnetic material, so that the injector is also suitable for higher injection pressures, in particular as a fuel injector.

3 zeigt einen Injektor 100 gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel die Geometrie zwischen dem Magnetbereich 2 und dem zweiten nicht-magnetischen Bereich 4 verändert. Hierbei ist der zweite nicht-magnetische Bereich 4 teilweise auch am zweiten Ende des Magnetbauteils 1 am äußeren Umfang des Magnetbereichs 2 angeordnet. Dadurch können insbesondere reduzierte Einbaumaße für das einteilige Magnetbauteil 1 erreicht werden. 3 shows an injector 100 according to a second preferred embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are denoted by the same reference symbols. In contrast to the first exemplary embodiment, in the second exemplary embodiment the geometry is between the magnetic area 2 and the second non-magnetic area 4th changed. Here is the second non-magnetic area 4th partly also at the second end of the magnet component 1 on the outer periphery of the magnet area 2 arranged. This allows, in particular, reduced installation dimensions for the one-piece magnetic component 1 can be achieved.

4 zeigt einen Injektor 100 mit einem Magnetbauteil 1 gemäß einem dritten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Beispielen bezeichnet. 4th shows an injector 100 with a magnetic component 1 according to a third, preferred embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are again denoted by the same reference symbols as in the previous examples.

Wie aus 4 ersichtlich ist, ist beim dritten Ausführungsbeispiel die Verbindung zwischen dem Magnetbereich 2 und dem zweiten nicht-magnetischen Bereich 4 unterschiedlich gestaltet. Der zweite nicht-magnetische Bereich 4 umfasst einen umlaufenden Bund 40, welcher in eine entsprechend ausgebildete Nut im Magnetbereich 2 eingesetzt ist. Hierdurch wird eine besonders sichere Verbindung zwischen dem Magnetbereich 2 und dem zweiten nicht-magnetischen Bereich 4 erreicht.How out 4th As can be seen, in the third embodiment, the connection between the magnetic area 2 and the second non-magnetic area 4th designed differently. The second non-magnetic area 4th includes a circumferential collar 40 , which in a correspondingly designed groove in the magnet area 2 is used. This creates a particularly secure connection between the magnetic area 2 and the second non-magnetic area 4th reached.

Claims (12)

Einteiliges Magnetbauteil eines Injektors, welches einen aus einer magnetischen Fe-Co-Verbindung hergestellten Magnetbereich (2) und einen nicht-magnetischen Bereich (3, 4) aufweist.One-piece magnetic component of an injector, which has a magnetic area (2) made from a magnetic Fe-Co compound and a non-magnetic area (3, 4). Magnetbauteil nach Anspruch 1, wobei der Magnetbereich (2) chromfrei ist.Magnet component according to Claim 1 , the magnetic area (2) being chromium-free. Magnetbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fe-Co-Verbindung 49 Gew.% Co umfasst.Magnet component according to one of the preceding claims, wherein the Fe-Co compound comprises 49% by weight of Co. Magnetbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Magnetbauteil (1) ein im Wesentlichen rohrförmiges Bauteil ist und insbesondere ein Innenpol (1) eines magnetischen Antriebs ist.Magnet component according to one of the preceding claims, wherein the magnet component (1) is a substantially tubular component and in particular is an inner pole (1) of a magnetic drive. Magnetbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der nicht-magnetische Bereich (3, 4) aus einem austenitischen Material oder einem ferritischen Material hergestellt ist.Magnet component according to one of the preceding claims, wherein the non-magnetic area (3, 4) is made of an austenitic material or a ferritic material. Magnetbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Magnetbereich (2) ein rohrförmiger Bereich ist und der nicht-magnetische Bereich (3, 4) ebenfalls ein rohrförmiger Bereich ist.Magnet component according to one of the preceding claims, wherein the magnetic area (2) is a tubular area and the non-magnetic area (3, 4) is also a tubular area. Magnetbauteil nach Anspruch 6, wobei der nicht-magnetische Bereich (3, 4) ein rohrförmiger Bereich ist, welcher den Magnetbereich (2) zumindest teilweise radial außen umgibt.Magnet component according to Claim 6 wherein the non-magnetic area (3, 4) is a tubular area which at least partially surrounds the magnetic area (2) radially on the outside. Magnetbauteil nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der nichtmagnetischer Bereich (3, 4) einen ersten nicht-magnetischen Bereich (3) und einen zweiten nicht-magnetischen Bereich (4) umfasst, wobei der erste und zweite nicht-magnetische Bereich (3, 4) jeweils rohrförmig ist.Magnet component according to one of the Claims 6 or 7th wherein the non-magnetic area (3, 4) comprises a first non-magnetic area (3) and a second non-magnetic area (4), the first and second non-magnetic area (3, 4) each being tubular. Magnetbauteil nach Anspruch 8, wobei der erste rohrförmige nicht-magnetische Bereich (3) an einem ersten Ende des Magnetbauteils (1) an einem Außenumfang des Magnetbereichs (2) angeordnet ist und der zweite rohrförmige, nicht-magnetische Bereich (4) an einem zweiten Ende des Magnetbauteils (1) zumindest teilweise an einem Innenumfang des Magnetbereichs (2) angeordnet ist.Magnet component according to Claim 8 , wherein the first tubular non-magnetic area (3) is arranged at a first end of the magnetic component (1) on an outer circumference of the magnetic area (2) and the second tubular, non-magnetic area (4) is arranged at a second end of the magnetic component ( 1) is arranged at least partially on an inner circumference of the magnet area (2). Magnetischer Aktor, umfassend ein einteiliges Magnetbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Magnetic actuator, comprising a one-piece magnetic component (1) according to one of the preceding claims. Injektor, insbesondere Kraftstoffinjektor, umfassend einen magnetischen Aktor (10) nach Anspruch 10 und/oder ein einteiliges Magnetbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Injector, in particular fuel injector, comprising a magnetic actuator (10) Claim 10 and / or a one-piece magnetic component (1) according to one of the Claims 1 to 9 . Injektor nach Anspruch 11, umfassend ein Injektorgehäuse (6), welches mit dem Magnetbauteil (1) direkt verbunden ist.Injector Claim 11 , comprising an injector housing (6) which is directly connected to the magnet component (1).
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