DE1500326B1 - Klauenkupplung - Google Patents
KlauenkupplungInfo
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Description
zosischen Patentschrift 1036 472 bekannten Klauenkupplung
vor. Auch hier findet im Falle einer unbeabsichtigten oder beabsichtigten Ausrückbewegung
zunächst eine relative Axialverschiebung zwischen
den beiden nuteinander im Eingriff stehenden drehmomentübertragenden
Gliedern statt, bevor eine entgegenwirkende Kraft erzeugt wird, wenn man von
der Reibungskraft absieht, die zwischen den in gegenseitiger
Flächenberührung stehenden Zahnflankenabschnitten wirkt, jedoch oft für die Verhinderung
einer unbeabsichtigten Außereingriffbewegung nicht ausreicht, wie die Erfahrung gezeigt hat. Auch
bei dieser bekannten Klauenkupplung kann es zu ungleichmäßigem Tragen der Zähne zumindest während
einer langen Einlaufzeit kommen. ^
Aus der USA.-Patentschrift 2070140 ist des weiteren
eine Klauenkupplung bekanntgeworden, bei welcher eine einer relativen Ausrückbewegung der
gekuppelten Glieder entgegenwirkende Kraft nicht erst nach Zurücklegung eines bestimmten Verschiebeweges
erzeugt wird, vielmehr bereits bei Beginn einer relativen Ausrückbewegung vorhanden ist.
Doch weist auch diese bekannte Klauenkupplung Nachteile auf. Ein Nachteil dieser Kupplung besteht
ßen Klauenkupplung besonders groß. Infolgedessen ergibt sich an den lmienförmigen Ubertragungssteilen
eine besonders schnelle gegenseitige Abnutzung und Ausbildung von Einarbeitungsstellen. Mit zunehmen-
der Abnutzung, d.h. stärker werdender Ausarbeitung, wird der einer Ausrückbewegung entgegenwirkende
Rampenflächenabschnitt zum Ausnehmungsende' hin steiler, so daß der erstrebte Effekt noch verstärkt
wird.
ο Infolge der auf Grund der linienförmigen Berührung und der mit dieser einhergehenden großen Flächenpressung
auftretenden schnellen Abnutzung an den Zahnkanten, die infolge von Herstellungsungenauigkeiten
über das Sollmaß hinausgehen, kommen bereits nach kürzester Betriebsdauer weitere Zähne
zum Eingriff bzw. zum Tragen, wobei sich der Vorgang wiederholt, so daß bereits nach kurzer Betriebszeit eine gleichmäßig verteilte Drehmomentübertragung
vorliegt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung können die Ausnehmungen an den Zahnflanken des zweiten
Gliedes durchgehend gekrümmt sein.
Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbeispiclcn
unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter
beispielsweise darin, daß infolge der komplizierten 25 erläutert. Es zeigt
Ausbildung der Zähne bzw. Zahnflanken die Her- Fig. 1 eine teilweise Seitenansicht einer eine Klau-
steilung außerordentlich teuer ist, ohne daß tin annä- enkupplung aufweisenden Kraftübertragungseinrich-
hernd gleichmäßiges Tragen gewährleistet ist. Dies - - ■ hegt unter anderem daran, daß auch bei dieser beKupplung
kannten Kupplung ein Fläche-zu-Fläche-Kontakt
zwischen den Zahnflanken vorgesehen ist, bei dem die weiter oben beschriebenen Mangel grundsätzlich
nicht zu verhindern sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Klauenkupplungen zu verbessern, d. h. insbesondere
eine Klauenkupplung zu schaffen, die eine noch weiter verbesserte Sicherung gegen ungewollte
Ausrückbewegungen der eingekuppelten Kupplungsteile gewährleistet, ohne daß es zu stoßartigen Beanspruchungen
kommt, und die selbst bei relativ großen Herstellungstoleranzen infolge schnell erreichbarer
gleichmäßiger Belastung der Zähne die erstrebte günstige gleichmäßige Übertragung des Drehmomentes
ermöglicht, wobei die angestrebten Effekte mit fortschreitender betrieblicher Abnutzung der Arbeitsflächen
zusammenwirkender Zähne keine Einbuße erleiden, sondern sogar noch verstärkt werden
sollen.
Als Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung vorgesehen, daß in drehmomentübertragender Eingriffsstellung
nur die Zahnflankenkanten der Zähne des ersten Gliedes jeweils mit den rampenförmig ansteigenden
Abschnitten der Ausnehmung in einer Flanke der entsprechenden Zähne des zweiten Gliedes
zusammenwirken.
Die einer relativen Ausrückbewegung der gekuppelten Glieder entgegenwirkende Kraft ist also
zwangläufig stets wirksam, wenn während der drchmomentübertragendcn
Anlage der miteinander im Eingriff stehenden Glieder ungewollte äußere Kräfte
auftreten, die beispielsweise die Schaltmuffe der Klauenkupplung in Axialrichtung auszurücken suchen.
Da das gesamte Drehmoment zumindest bei
55 tung für ein Motorfahrzeug mit teilweise aufgeschnittenem
Gehäuse,
Fig. 2 eine vergrößerte, geschnittene Teilansicht
der Einrichtung nach Fig. 1 gemäß der gestrichelten Kreislinie 2, wobei die Klauenkupplung entkuppelt
ist,
F i g. 3 eine der F i g. 2 entsprechende Darstellung, wobei jedoch die Klauenkupplung eingekuppelt ist,
F i g. 4 eine perspektivische Teilansicht einer Ausführungsform eines zweiten verzahnten Gliedes, dessen
Zahnflanken mit in Axialrichtung rampenförmig ansteigenden Ausnehmungen versehen sind,
F i g. 5 eine vergrößerte schematische Teilschnittdarstellung einer eingekuppelten Klauenkupplung in
selbstzentrierter Drehmomentübertragungsstellung,
F i g. 5 a einen Schnitt durch die Klauenkupplung gemäß F i g. 3 nach der Schnittlinie 5 a-5 a,
F i g. 6 eine vergrößerte Darstellung der Zahnclcmente gemäß F i g. 5 nach Einlauf der Klauenkupplung
und
Fig.7 einen Teilschnitt durch die Zahnelemente einer Variante der Klauenkupplung.
Die F i g. 1 bis 3 zeigen eine in einem Gehäuse 10 angeordnete Kraftübertragungseinrichtung für ein
Kraftfahrzeug mit einer Welle 11, auf der ein Zahnrad 12 drehfest angeordnet ist. Außerdem befindet
sich auf der Welle 11 ein ebenfalls als Zahnrad ausgebildetes erstes verzahntes Glied 13. Das auf der
Welle 11 befestigte Zahnrad 12 treibt ein axial verschiebbar angeordnetes zweites verzahntes Glied 20
an, so daß das Glied 20 nach erfolgter axialer Verschiebung durch innere Kupplungszähne 23 mit äußeren
Kupplungszähnen 16 des dem Zahnrad 12 axial benachbarten ersten Gliedes 13 in Eingriff zu
bringen ist, welches drehbar auf der Welle 11 sitzt. Die Verzahnung der beiden Glieder 13, 20 ist im wesentlichen
gleich ausgebildet. Die Welle 11, das Zahnrad 12, das erste verzahnte Glied 13 und das
einer neuen Kupplung linienförmig über die quer zur
Axialrichtung der Kupplung verlaufenden Zahnflan-
kenkanten der Zähne des ersten Gliedes erfolgt, sind zweite verzahnte Glied 20 sind koaxial angeordnet.
die solchen ungewollten Ausrückkräften entgegenge- Die betriebliche Verbindung des Zahnrades 12 mit
richteten Kraftkomponenten bei der erfindungsgeniä- dem ersten verzahnten Glied 13 über das axial ver-
5 6
schiebbare zweite verzahnte Glied 20 wird weiter un- handen ist. In der eingependelten Betriebsstellung
ten noch beschrieben. (F i g. 5) ist auch zwischen dem freien Endabschnitt
Das axial verschiebbare zweite verzahnte Glied 20 des Zahnes 23 des zweiten Gliedes 20 und der Körist
mit einer Umfangsnut 21 versehen (Fig. 1), um perwandung des ersten Gliedes 13 ein Zwischenraum
das Zahnrad 12 mit dem ersten verzahnten Glied 13 5 vorhanden. Auf Grund der gegebenen Kräfteverhältkuppeln
und entkuppeln zu können. Hierfür ist eine nisse stellen sich die Zähne 23 im Verhältnis zu den
Verschiebegabel 22 vorgesehen, welche in die Um- Zähnen 16 in der in F i g. 5 dargestellten Weise mitfangsnut
21 greift. Das zweite verzahnte Glied 20 ist tig zu der Ausnehmung 25 ein, da die Kräfte, welche
ringförmig ausgebildet. Seine Innenverzahnung die Zähne 23 in die axiale Mittellage bewegen,
(Zähne 23) steht in ständigem Eingriff mit Außen- io grundsätzlich größer sind als die Kräfte, die das
zähnen 15 des Zahnrades 12, während die Innenver- zweite verzahnte Glied 20 bzw. die Zähne 23 veranzahnung
mit den Außenzähnen 16 des ersten ver- lassen, über die gezeichnete Mittellage hinauszuwanzahnten
Gliedes 13 lediglich wahlweise in Eingriff dem.
oder außer Eingriff zu bringen ist. Dieser ständige Die Zähne 16 des ersten verzahnten Gliedes 13
bzw. wahlweise Eingriff ist aus den F i g. 2 und 3 er- 15 weisen quer zur Axialrichtung der Kupplung verlaukennbar,
In der in F i g. 3 dargestellten Stellung ist fende Zahnflankenkanten 30 und 31 auf, die so
das zweite verzahnte Glied 20 aus der in F i g. 2 dar- scharfkantig belassen werden, wie sie sich auf Grund
gestellten Außer-Eingriff-Stellung nach links in eine ihrer maschinellen Herstellung ergeben. Die scharfen
In-Eingriff-Stellung verschoben, wobei der linke Teil Zahnflankenkanten 30, 31 stehen daher jeweils mit
der Innenverzahnung des zweiten Gliedes 20 mit den 20 den in Axialrichtung rampenförmig ansteigenden
Zähnen 16 des ersten verzahnten Gliedes 13 kämmt, Wandungen 25 a, 25 b des betreffenden Zahnes 23
ohne dabei außer Eingriff mit den äußeren Zähnen im wesentlichen in linienförmiger Berührung. Wenn
15 des Zahnrades 12 zu kommen. In der in F i g. 3 vorstehend oder nachfolgend von »im wesentlichen
gezeigten Stellung drehen sich mithin das Zahnrad linienförmiger« Berührung die Rede ist, so soll dieses
12, das erste Glied 13 und das zweite Glied 20 zu- 35 zum Ausdruck bringen, daß die geometrische Berühsammen
mit der Welle 11. Die einander gegenüber- rungsform bei fortschreitender gegenseitiger Abnutliegenden
Endabschnitte der Zähne 16 des ersten zung der miteinander im Eingriff stehenden gezahn-Gliedes
13 sowie der Zähne 23 des zweiten Gliedes ten Glieder durch entsprechende Vergrößerung der
20 sind an der Stelle 17 bzw. 18 (F i g. 2) konisch zu- Kontaktstellen nicht mehr exakt linienförmig vergespitzt
ausgebildet, um den Eingriff bzw. die Ver- 30 bleibt.
Schiebung zu erleichtern. Ein zur Unterstützung einer In der Zeichnung sind die Neigungswinkel der
ungehemmten Verschiebung in üblicher Weise be- Ausnehmungen 25, 27 zur Zahnachse übertrieben
nutzter bekannter Synchronisierungsring ist der bes- groß dargestellt, um die Verhältnisse besser veran-
seren Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet. schaulichen zu können. Die tatsächliche Tiefe der
In den Zahnflanken der Zähne 23 sind Ausneh- 35 Ausnehmungen 25, 27 beträgt bei dem dargestellten
mungen 25 und 27 vorgesehen, wie aus den F i g. 4 Ausführungsbeispiel nur 0,26 bis 0,28 mm. Um die
bis 6 erkennbar ist. Da alle Zähne 23 die gleiche geo- rampenförmig ausgebildeten Abschnitte der Ausneh-
metrische Form aufweisen, sind sie im folgenden nur mungen 25, 27 für die Zahnflankenkanten 30, 31 der
an einem Zahn beschrieben. Kupplungszähne 16 des ersten verzahnten Gliedes 13
Die Ausnehmung 25 bzw. 27 erstreckt sich nur 40 zu schaffen, geht daher die Ausnehmung 25, 27 jeüber
einen Teil der Gesamtlänge eines Zahnes der weiis über die Zahnflankenkanten 30, 31 hinaus, wie
Zähne 23 des zweiten verzahnten Gliedes 20 und ist dieses beispielsweise aus F i g. 5 erkennbar ist.
jeweils langer als ein Zahn 16 des ersten Gliedes 13. F i g. 6 zeigt die Verhältnisse nach einer bestimm-Die Ausnehmung 25 bzw. 27 endet kurz vor dem zu- ten Betriebszeit und entsprechender Abnutzung, Zugespitzten Ende 18 des Zahnes 23, so daß von die- 45 bei diese Darstellung selbstverständlich ebenfalls sem Ende der Ausnehmung 25 bzw. 27 bis zu dem übertrieben dargestellt ist.
jeweils langer als ein Zahn 16 des ersten Gliedes 13. F i g. 6 zeigt die Verhältnisse nach einer bestimm-Die Ausnehmung 25 bzw. 27 endet kurz vor dem zu- ten Betriebszeit und entsprechender Abnutzung, Zugespitzten Ende 18 des Zahnes 23, so daß von die- 45 bei diese Darstellung selbstverständlich ebenfalls sem Ende der Ausnehmung 25 bzw. 27 bis zu dem übertrieben dargestellt ist.
zugespitzten Ende 18 ein gerader Abschnitt verbleibt Es sei noch darauf hingewiesen, daß im Falle einer
(s. F i g. 5 und 6). Statt dessen kann in anderer Aus- kurvenförmig gekrümmten Ausnehmung (F i g. 5) die
bildung die Ausnehmung 25 jedoch auch bis an das Krümmung so gewählt wird, daß die vorstehend bezugespitzte
Ende 18 des Zahnes 23 herangeführt sein 50 schriebene Haltewirkung gegen ein unbeabsichtigtes
und dort eine scharfe Eckkante bilden, wobei dann Ausrücken der gekuppelten Glieder 13, 20 gesichert
die Zahnquerschnittsdicke an der Stelle 26 auf die ist, ohne daß die einer Ausrückbewegung entgegennormale
oder eaie reduzierte Größe gebracht werden wirkende Kraft so groß wird, daß sie sich bei gewollkann.
Die Zähne 16 des ersten Gliedes 13 liegen bei ter Entkupplung ungünstig auf die Betätigung der
der dargestellten Ausbildung mithin im Bereich der 55 Klauenkupplung auswirkt. Im Falle des Auftretens
Ausnehmungen 25 bzw. 27, wenn das zweite ver- ungewollter Ausrückkräfte »klettern« die Zähne 16
zahnte Glied 20 mit dem ersten verzahnten Glied im des ersten verzahnten Gliedes 13 so weit an der Aus-Eingriff
ist, wobei die Berührflanke von der Preh- nehmung hoch, bis die progressiv ansteigende Widerrichtung
des zweiten Gliedes 20 abhängt, so daß die Standskraft mit der ungewollt auftretenden Ausrück-Zähne
16 des ersten verzahnten Gliedes 13 entweder 60 kraft im Gleichgewicht steht.
mit den Ausnehmungen 25 oder aber mit den Aus- F i g. 7 zeigt eine Ausführung einer Klauenkuppnehmungen
27 in den Zähnen 23 des zweiten ver- lung, bei welcher der den Zähnen 16 des ersten verzahnten
Gliedes 20 zusammenwirken. Bei der in zahnten Gliedes 13 entsprechende Zahn 39 an der
F i g. 5 durch einen Pfeil eingezeichneten Drehrich- Stelle 38 besonders stark abgeschrägt ist Derartige
tung liegt der Zahn 16 des ersten Gliedes 13 in der 65 Zähne 39 werden besonders gut in der Ausnehmung
Ausnehmung 25, während zwischen der Ausneh- des Zahnes 23 zentriert und es ergibt sieb eine antmung
27 auf der anderen Seite des Zahnes 23 und sprechend gute Haltewirkung der Zähne 39 in den
dem nachfolgenden Zahn 16 ein Zwischenraum vor- Ausnehmungen der Zähne 23. Die Berührung zwi-
sehen dem Zahn 39 und dem Zahn 23 erfolgt jeweils an zwei Stellen 39 c, wobei zur Erzielung der Selbstzentrierung
selbstverständlich eine Berührung mit einem anderen Körper verhindert werden muß, so
daß ein hinreichend großer Zwischenraum zwischen
der Spitze 23 d und der Wandung des dem ι Glied 13 (z.B. Fig.2, 3) entsprechenden Gli<
gewährleistet sein muß. Entsprechendes gilt s verständlich zur Erzielung einer »frei schwinden«
Lagerung der Zähne 23 für die andere Seite
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
J09510,
Claims (1)
1 2
■ Klauenkupplungen zu verhindern. - So ist aus der
Patentansprüche: deutschen Patentschrift 744949 eine axial ausrück
bare Zahnkupplung bekanntgeworden, bei welcher
1. Klauenkupplung mit einem ersten verzahn- die Zähne des ersten verzahnten Gliedes an ihrem
ten Glied, dessen quer zur Axialrichtung der 5 freien kopfseitigen Endabschnitt mit Vorsprüngen
Kupplung verlaufende Zahnflankenkanten versehen sind und bei der die Zahnflanken des zweischarfkantig
ausgebildet sind, und mit einem ten Gliedes im Bereich der Vorsprünge der Zähne zweiten verzahnten Glied, dessen Zahnflanken des ersten Gliedes mit Ausnehmungen versehen sind.
mit in Axialrichtung rampenförmig ansteigenden Die Vorsprünge weisen quer zur Axialrichtung der
Ausnehmungen versehen sind und bei der eines io Kupplung verlaufende scharfe Kanten auf, während
der beiden verzahnten Glieder zur Übertragung die Ausnehmungen im axialen Querschnitt kreisboeines
Drehmomentes aus einer entkuppelten Stel- genförmig~gekrümmt ausgebildet sind. Während der
lung in eine gekuppelte Stellung axial verschieb- Drehmomentübertragung stehen die Vorsprünge der
bar ist, wobei während der relativen Ausrückbe- Zähne des ersten verzahnten Gliedes im Abstand zu
wegung jeweils zwischen einer scharfen Zahn- 15 der jeweiligen Außenfläche einer zugeordneten Ausflankenkante
des ersten Gliedes und einem ram- nehmung, da die Übertragung des Drehmomentes
penförmig ausgebildeten Abschnitt einer Ausneh- nicht im Bereich der Vorsprünge bzw. Ausnehmunmung
in einer Zahnflanke des zweiten Gliedes gen, sondern im Bereich der nicht mit Vorsprüngen
eine der Ausrückbewegung entgegenwirkende bzw. Ausnehmungen versehenen Abschnitte der
Kraft erzeugt wird, dadurch gekenn- 20 Zahnflanken in gegenseitiger flächiger Anlage erzeichnet,
daß in drehmomentübertragender folgt. Kommt es bei dieser bekannten Klauenkupp-Eingriffsstellung
(Fig. 3,5) nur die Zahnflanken- lung zu einer relativen axialen Ausrückbewegung, so
kanten (30, 31) des ersten Gliedes (13) jeweils kommt jeweils eine quer zur Axialrichtung der
mit den rampenförmig ansteigenden Abschnitten Kupplung verlaufende Kante eines Vorsprungs in
(25 a, 2Sb) der Ausnehmung (25 bzw. 27) in 25 Verlaufe der Ausrückbewegung in Berührung mit der
einer Flanke der entsprechenden Zähne (23) des Außenseite einer Ausnehmung, so daß die unbeabzweiten
Gliedes (20) zusammenwirken. sichtigte Ausriickbewegung durch die dabei erzeugte.
2. Klauenkupplung nach Anspruch 1, dadurch der Ausrückbewegung entgegenwirkende Kraft vergekennzeichnet,
daß die Ausnehmungen (25 bzw. hindert wird.
27) an den Zahnflanken des zweiten Gliedes (20) 30 Bei dieser bekannten Klauenkupplung bedarf es
durchgehend gekrümmt sind. einer Axialverschiebung zwischen den beiden ver
zahnten Gliedern, bevor eine der Ausriickbewegung entgegenwirkende Kraft erzeugt wird und wirksam
werden kann. Aus diesem Grunde kann es bei dieser
35 bekannten Klauenkupplung bei verhältnismäßig schneller axialer Relativbewegung zu Stoßen kommen,
die tunlichst vermieden werden sollten.
Die Erfindung betrifft eine Klauenkupplung mit Bei dieser bekannten Kupplung ist außerdem die
einem ersten verzahnten Glied, dessen quer zur Belastung der Zähne ständig oder zumindest über
Axialrichtung der Kupplung verlaufende Zahnflan- 40 eine sehr lange Betriebsdauer ungleichmäßig, wenn
kenkanten scharfkantig ausgebildet sind, und mit nicht mit sehr engen Herstellungstoleranzen gearbeieinem
zweiten verzahnten Glied, dessen Zahnflanken tet wird, was jedoch mit entsprechenden Kosten
mit in Axialrichtung rampenförmig ansteigenden verbunden ist. Dieses ungleichmäßige Tragen er-Ausnehmungen
versehen sind und bei der eines der gibt sich auf Grund des oben beschriebenen beiden verzahnten Glieder zur Übertragung eines 45 Fläche-zu-Fläche-Kontaktes zwischen jeweils zwei
Drehmomentes aus einer entkuppelten Stellung in einander zugeordneten Zähnen der beiden verzahneine
gekuppelte Stellung axial verschiebbar ist, wobei ten Glieder. Erhebt sich nämlich beispielsweise die
während der Ausrückbewegung jeweils zwischen Zahnflanke eines Zahnes auf Grund ungenauer Beareiner
scharfen Zahnflankenkante des ersten Gliedes beitung beachtlich mehr über die Symmetrieachse
und einem rampenförmig ausgebildeten Abschnitt 50 des Zahnes als es bei den anderen Zähnen der Fall
einer Ausnehmung in einer Zahnflanke des zweiten ist, so kommt es möglicherweise lediglich zum EinGliedes
eine der Ausrückbewegung entgegenwir- griff und damit zum Tragen zwischen diesem betrefkende
Kraft erzeugt wird. fenden Zahn und dem ihm zugeordneten Zahn des
Es ist bekannt, daß zwei miteinander im Eingriff anderen Gliedes, während die übrigen Zähne prakstehende
verzahnte Glieder einer Klauenkupplung in 55 tisch außer Eingriff sind. Infolge der
bestimmten Betriebszuständen v.ährend der Übertra- Fläciie-zu-Fläche-Berührung wird dieser ungünstige
gung eines Drehmomentes außer Eingriff kommen Betriebszustand erst nach längerer Betriebszeit auf
können. Eine solche Tendenz ist beispielsweise bei Grund auftretenden Verschleißes abgebaut, was
Kraftfahrzeuggetrieben zu beobachten. Dabei können zwangsläufig zu einer Übertragungsunwucht führt. In
aber nicht nur betriebliche Schwierigkeiten austreten, 60 besonders ungünstigen Fällen kann es dabei zu einer
eine solche ungewollte Entkupplung kann darüber Beschädigung des betreffenden Zahnes und sogar zu
hinaus außerordentlich große Gefahren entstehen dessen Bruch kommen, da die auf den Zahn einwirlassen.
Dieses ist beispielsweise dann der Fall, wenn kenden Kräfte so groß werden können, daß die zuein
Motorfahrzeug auf einer Straße mit starkem Ge- lässige Beanspruchung, beispielsweise die Biegebeanfälle
gefahren wird, wobei der Motor bekanntlich mit 65 spruchung im Zahnfuß, überschritten wird, bevor
zur Bremsung herangezogen wird. überhaupt weitere Zähne bzw. Zahnpaare in gegen-
Es sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht seitigen Eingriff gelangen,
worden, um ein ungewolltes Entkuppeln derartiger Ähnliche Verhältnisse liegen bei der aus der fran-
worden, um ein ungewolltes Entkuppeln derartiger Ähnliche Verhältnisse liegen bei der aus der fran-
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