DE1941169A1

DE1941169A1 - Elektrischer Generator mit Permanentmagneten

Info

Publication number: DE1941169A1
Application number: DE19691941169
Authority: DE
Inventors: Merriam Frank R
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1968-10-14
Filing date: 1969-08-13
Publication date: 1970-04-23
Also published as: GB1251574A; DE1941169C2; CA918733A; BE740101A; FR2020691A1; US3521096A; DE6931992U

Description

DER Pj*VBHTANWALr DlPL-ING. W. BEYER

ορρόfrankfurt/main "Dipl.«Wirtsch,-Ins,B.· Jochem - freiherr-vöm-stein-strabseib

Αϊ.!

Ford-Werke ' ' '""--'.

Aktiengesellschaft . "" ■ ■

Köln/ Rhein

Elektrischer Generator mit Permanentmagneten.

Priorität der amerikanischen Patentanmeldung Ser.Ho, 76? 233 vom 14-, Oktober 1968

Die Erfindung betrifft einen"-elektrischen Generator-mit ?ormanentmsLgneten und ferromagnetischen Verbindungsgliedern ^Wischen de.n Polen aur Rii§kleitung des. magnetischen Flusses als. Stator; .einem sent^alen Rotor und* einem BUa? st entrag er.

I]s gibt eine Vielzahl von Vorrichtungen um leldmagnete im Gene^ato^ehauae zu befestigen« Ss sind aiich bereits viel=' f ach .Klemm-* und' Spannmittel zur Lage sicherung der'Magnete und des lttrstenträgea?&^:, -der dio "•aEi-Eömmutator schleifenden Bürsten h£lt, bekannt geworden. Beispielsweise beschreiben dl© üHiUPatente. 2 4|| 701 und 2 971 107 salohe Anardnungen ^on P©,2?maii©ntmagn€!.ten in einem G-eneratox⁵* Dort ist weiter^ hin a"u§h ©ίϊΐ® funktiönsgerephte _s !lagerung des Bürsten^ ti gegeigt» Die Vorrichtungen WlCl Anüi*dn\msen 4er

Verof-fentlichungen sind fü2> den Stand der

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BAD ORf»AL

Die 3rfindung3aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Permanentmagnete, die Verbindungsglieder und der Borstenträger; an einer gemeinsamen, in das Generatorgehäuse einsetzbaren Klemmhalterung befestigt sind. ...

In der bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung haben die · Permanentmagnete die Form von flachen Ojuadern iind ist die Klemmhalte rung mit zur Quaderform pissenden Rahmen, in welche die Permanentmagnete einsetzbar sind, ausgebildet. Die flachen, quaderförnigen Magnete sind dabei mit bezug " auf den Rotor in' tangentlaler Lage im Oeneratorgehäuse gehalten* Sie'haben gegenüber anderen Formen von Permanentmagneten den Torzug, große Feldstärke mit niedrigem Preis zu vereinen,

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung können als Verbindungsglieder ein'Paar Mstallbänder mit einem gebogenen Mittelteil und geraden: Enden, die mit der Innenseite flach an die Rückseite der Permanentmagnete anlegbar Bind, dienen. Der Bürsteriträgei' wird' vorzugsweise" scheibenförmig ausgebildet und veist mehrere Schlitze auf, in die an axialen Fortsätzen; des? lahmen der Klemmhalterung- . ' k sitzende ilaKen feaernd eingreif-en und den -Biirstenträger in einer lage quer- z'tir 'RatorAshVse halten. Der Sitz der gesamten Einheit wird ©inerseits-dadurch sichergestellt, daß vorzugsweise die Außenseite des Mittelteila der Verbindungsglieder eirieft K^'ümmvirigar-adius aufweist^'" im wesentliciien "dem Radius' d#'r-;'i'njfi©r^:©n Gehäu Generators gleich^;iat,' *"un'd*dml"'Äi*# Endöü der glied©? nur ©int durch AnscKl'Sge bög^enite Mftge ίϊί^<ν'Α1Ι ' der il'emmlialterung 'tiÄsöKi^bbsj? ^;,aM, 'a

_% daß das (ien^rsLijo^gfii^uat

spannung'dÄr KetallbäMfii» -'^uot^^oiil^^iats V(M'. auf der Inn ta» fit«' mit ii

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sind,'εwinchen- denen die N^tsllbänder und/oder die Teile der Kleröihhal-terurg axial f.Lxierbar sind.

Die Erfind\mg wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführunrrcbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialer. Lär.trsschritt durch einen Gene-. rator gemäß der Erfindung,

Pig. 2 einen Querschnitt durch den Π-enerator nach

PiQ-. 1 gcr.nf? der dort eingetragenen Schnittlinie 2-2₁

Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie 3-3 iv Fig. 1,

Fig. 4 einen Axial schnitt durch Generatorgehäuse urd Stator nach Linie 4-4 in Fig. 2,

Fig. 5 eine Teilarsicht in Pfeilrichtung 5-? in Fig. 2,

Fig. 6 die crfindTingsgemä¹? vorgesehene Klenmhalterur:fc und die an ihr zu befestigender^ Perm=inentr?~- r.ete und Verbindungsglieder in auseinanderrezogener Darstellung. .

Der insgesamt mit 10 bezeichnete Generator gemäf? der Erfindung: besitzt zwei tas?enförmige Gehüunehälften 12 und 1A_t, deren-{jede zylindrische Seitenwar.de 16 .und 18 aufweist. Die geger.;5berlie;Tenden .Stirnwände 2,0 v.nn 2^- der Gehäuseteile tra3en mit Dauerschmierxmg versehene Lager 22 und -2^', in dene.n_rdle. Welle-28-eires .Hotprp, 26 ,gelp.gert: ist. D°r Rotor^-tst herkömnlicher Konstruk^ißs^urid rj^igä^ert; ,sich_ ir. .., erwicklung .29 und einen ,KomT.vHotor.,.,3.0«.,."Die .G?^v."^:"..^ca-.

Fo ?913/1>.8.1^α6^ , _; , ,.

- O 0^9 6 ίΨ/\ 27 a

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_ Zl. _

teile 12 und 14 können in bekannter Weise mittels Durchsteck-

schrauben 32 und 34 verbunden sein, die in Fig. 2 im Querschnitt erscheinen.

Das magnetische Feld des Generators wird durch, eine Vielzahl flacher Permanentmagnete, nämlich die Magnete 36, 38, 40 und 42, hergestellt. Sie haben vorzugsweise quaderförmige Gestalt und sind mit bezug auf die Generatorachse in radialer Richtung magnetisiert, wobei Jeweils Nord- und Südpol auf . die radial innere bzw. radial äußere Hauptfläche fallen. Im Ψ Beispielsfall stellt die Fläche 44 des Magneten 38 einen Nordpol und die gegenüberliegende Fläche 46 einen Südpol dar, bei dem Permanentmagneten 42 ist die Fläche 48 Süd- : und die Fläche 50 Nordpol. In entsprechender Weise befindet sich bei dem Magneten 36 der-Nordpol auf der Fläche 52 und ■ der Südpol auf der Fläche 5^i und bei dem Magneten 40 ist die Fläche 56 Südpol und die Fläche 58 Nordpol. Diese Anordnung schafft innerhalb des Generators ein magnetisches Feld, dessen Südpol mit bezug auf Fig. 3 sich auf der linken Seite befindet, während der magnetische Nordpol rechter Hand . ' ι des Rotors liegt. Die Permanentmagnete 36» 38, 40 und 42

können aus jedem geeigneten dauerhaft magnetisierbaren k Material bestehen, vorgezogen werden jedoch keramische * Sintermaterialien. ;

Zur äußeren Rückleitung des magnetischen Flusses zwischen den Polen sind Verbindungsglieder "60 und 62 aus ferromagnetischem .Material, vorzugsweise Stahl, in Form von Streifen • oder Bändern vergesehen. Die Metallbänder 60 und 62 gliedern sich jeweils in einen bogenförmig; gekrümmten mittleren Bereich 64 bzw. 70 und flache Enden 66,.68 bzw. 72, 74. Jedes " j der Enden 66, 68, 72 und ?4 ist mit einem Paar nach außen - \ weisender Anschlagschultern 76 und 78 versehen, deren An-"

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" schlagfläche sichv mit; bezug; auf die Generatorachse in axialer Richtung erstreckt.

Soxvohl die Permanentmagnete -36-,.-"38„ 40 und 42 als auch die Verbindungsglieder 60 und 62 werden nach der Montage' gehalten und in ihrer Lage gesichert mittels einer Klemmhalte-rung, die vorzugsweise- aus zwei feilen 80 und 82 aus Kunst-· . stoff besteht. Jedes der feile 80 und 82 wiederum besteht aus zwei aneinandergesetzten Rahmen,, so daß sich in axialer Richtung drei parallele. Rahmenleisten 84₁ 86 und-88 ergeben, die durch vordere und hintere Querleisten 90 und 92 miteinander verbunden sind. Die - entstehenden Aufnahmerahmen sind mit den Besugsseichen 94,_: 96,.. 98 und 100 versehen. Damit die in den Rahmen getragenen Permanentmagnete gegen eine Bewegung von. außen nach innen mit bezug:-auf den Rotor geh3.1ten und gesichert sind,·, tragen die äußeren Rahmenleisten . 84 tind 88 sich radial.nach innen ·erstreckende Randleisten 102 bzw. 108.· Die ,mittlere Rahmenleiste .86 ist zu. diesem ■Zweck'mit zwei inneren Randleistea. 104 und .106 versehen.. -.- Die Anordnung ist im "Beispielsfall so getroffen,, daß.im Rahmen 98 der Hagnet 3&* im Rahmien 100'der Magn.et -3Q._t im .; Rahmen 94. der Kagnet 40 und.im Rahmen 9S der.Magnet 42 aitfgenoTiimen ist. :

In jedem der Rahmen befindet sich auf der Außenseite der Querleiste 9ö ein Haken 110 und entgegengericjhtet: auf der ^: Außenseite, der. Que-rjleiste:^2 ein. "Haken 112* Die Hakennasen 114 der Haken 110 und 112 weisen, in axialer Richtitng gegen-'' einander* .. - * ... - ■ ..; "V.;-

Da erfindungsgemäß, die Ftmktiort der Klemmhalterung- 80, 82 ■".[ auch^ ,darift^besteht.,. einen Bürstenträger 130 zu h^iten^:, \ sind an den Kunatstoffteilen in die gleiche aslale Richtung \_ weisende Fortsätze 116 und 118 vorgesehen, die an den Quer- Γ

leisten 90 ansetzen und durch ariale Schlitze 120 und 122 gabelförmig gespalten sind. Wie aus Fig. 5 und 6 ersicht-'lich, sitzen an den Enden der durch die Spalte 120 und 122 · gebildeten Arme der Fortsätze 116 und 118 in Richtung voneinander wegweisende Haken 124- und 126.

Der Borstenträger 150 kann herkömmlicher Bauart sein und z.B. zvrei- mit bezug auf die Rotorachse gegenüberliegende Aufnahmebehälter 132 find 134- für ein Paar Bürsten 136 und ^ 158 tragen, die am Kommutator 30 schleifen. Die Bürste 136 ist in bekannter Weise mit einem Leiter 14-0 verbunden, die Bürste 138 entsprechend mit einem Leiter 14-2. Soll der Generator als Motor arbeiten, so werden die Leitungen. 14-0 und 14-2 an eine äußere Stromquelle angeschlossen. Bürstenträger, Bärstenbehälter und Bürsten, wie sie hier gemäß der Erfindung Anwendung finden können, sind näher beschrieben in der USA-Patentschrift 3 089 04-?. Im vorliegenden Fall w^ist der Bürntenträger 130 vier rechteckige Öffnungen oder Schlitze 14-4-, 14-6, 14-8 und 150 auf, von denen der Schlitz 14-8, in den die Haken 124- und 126 eingreifen, in Fig. 5 im Schnitt gezeigt ist.

} Die im wesentlichen zylindrische Innenwand 16 des Gehäuseteils 12 trägt eine Vielzahl Anschlagnasen 160, Tiährend" entsprechende Anschlagnasen 162 auch an der zylindrischen^¹ Innenwand 18 des Gehäuseteils 14- ausgebildet sind (s. Fig. Ί ui

Der Aufbau des Generators gemäß der Erfindung: ergibt sich nun wie folfft: ' .-■-.. >

Die Permanentmagnete 36, jS, 4-0 unct 4-.2 sitzen in den 98, 100, 94/ und 96 der Kunststoff teile, 80 ttnd 82 der Klemm halterung. Eine Bewegung der 'Permänetttmagiiete radial

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innen wird durch .die Randleisten 102, 104, 106 und 108 ver-

hindert. Gegen eine Bewegung in axialer Richtung sichern die Querleisten 90 und 92 mit den Haken 110 und 112. Auf ' der Rückseite liegen an den Magneten die flachen Enden 66, 68, 72 und 74 der Metallbändor 60 und 62 an, welche wiederum in radialer Richtung von den Hakennasen 11'I- gehalten und in dichte Anlage gegen die Rückseiten der Permanentmagnete gedrückt werden. - -

Nach dem Einsetzen der Permanentmagnete und der Verbindungsglieder in die Teile der Klemmhalterung werden die Fortsätze 116 und 118 der letzteren durch die Schlitze I¹Mi-, 146,· 148 und 150 des Bürstonträgers I5Ö gedrückt, so daß die Haken 124 und 126, wie in Fig. 5 Erzeigt» ^^en plattenförmigen Bürstenträger beidseitig erfassen. Der axiale Söhlitz 120 im Fortsatz 116 und der entsprechendeSchlitz 122 im Fortsatz 118 haben dabei die Funktion, während.des Aufsteckens des Bürstenträgers ein Zurückfedern der Haken 124 und 126 in Richtung gegeneinander zn ermöglichen.. Die Haken schnappen dann in die Schlitze 144, 146, 148 und I.50 des Bürstenträgers ein.

Die gesarate vormontierte Einheit läßt sich ureter Spannung in das"Gehäuseteil 12 einsetzen, wenn in bevorzugter Ausführung, wie aus Fig. 2 und 3. zu entnehmen, der Innendurchmesser der zylindrischen Wand 16 des Gehäuseteils 12 im wesentlichen gleich ist dem Außeiidurchmesser des bogenförmig gekrümmten Mittelteils 64 bzw, ?Ö der ferromsgnetischen Verbindungsglieder 60 und 62. Die sich radial nach,einwärts erstreckenden Anschlagnasen 160 auf der Innenseite der zylindrischen Wand 16 des Gehäuseteils 12 begrenzen die , axtäle. iEinschiebbewegung der Einheit in das GehauseteiX 12, idH",'jß%ß. sich gegen die bogenförmig Uit^^li'' *

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teile 64 und 70 der V^rbj ndungsglieder 60 und 62 anlegen.

Aus Pic· 2 läßt Rieh ersahen, daß die sich in axialer Rieh- · tung erstreckenden Anscblagflachen 76 und 78 der flachen Enden 66, 68, 72 und '74- der Verbindungsglieder 60 und 62 gegen die Haken 110 und 112 zur Anlage kommen und somit eine Bewegung der letzteren radial nach einwärts begrenzen. Es wird dadurch die bereits erwähnte Einspannung bzw. ein Preßsitz zwischen den beiden bogenförmig gekrümmten Mittelteilen 64 und 70 der Verbindungsglieder 60 und. 62 und der Innenseite der zylindrischen Wände 16 und 18 der Gehäuseteile 12 "und 14 erzielt.

In Fortgang der Montage wird anschließend der Rotor 26 in das Gehäuseteil 12 eingeführt, bis die Rotorwelle 28 richtig im Lager 22 sitzt. Danach wird das andere Gehäuseteil 14 ' übergesteckt und in die in Fig. 1 und 4 gezeigte Lage gebracht, wobei die inneren radialen Anschlagnasen 162 auf der gegenüberliegenden Seite der Verbindungsglieder 60 und 62 zur Anlage kommen wie die Anschlagnasen 160 des ersten Gehäuseteils 12.

Im Anschluß damn werden die beiden Gehäuseteile 12 und 14· mittels der "Durchsteckschrauben 32 fest miteinander verbunden.

Wach der vorstehend beschriebenen Montage kann der Generator in eine Vorrichtung fest eingespannt werden und dann einem solchen magnetischer. Feld ausgesetzt werden, daß die Permanentmagnete in'der gewünschter*. Weise magnetisiert werd'eir.--Dieses Vorgehen sei ,jedoch nur als Möglichkeit erwähnt, da die K?gnete auch vor ihrer Montage in den Generator bereits magnetisiert werden können.

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Es ist ersichtlich, daß durch die vorliegende Erfindung ein Generator mit Permanentmagneten geschaffen wird, der einerseits eine gute Wirkung; aufweist, andererseits im Aufbau sehr einfach und entsprechend leicht zu montieren ist. Die gute Wirkung des magnetischen Feldes kommt dadurch zustande, daß die Enden der Verbindungsglieder zwischen den Polen zur Rückleitung des magnetischen Flusses jeweils auf der Rückseite der quaderförmigen Permanentmagnete auf der gesamten Fläche dicht.anliegen. Der minimale Luftspalt verursacht nur einen geringen magnetischen Widers-tand, so daß auch die Verluste gering sind und die Feldstärke voll ausgenutzt werden kann. Eine weitere wesentliche Vereinfachung bedeutet auch die vorgeschlagene. Anbringung des Bürstenträgers an der Klemmhalterung der Magneten. Deren quäderförmige Gestalt bringt außerdem den Vorteil, daß die .Haltevorrichtung an ihnen an den sich in 8.xialer Richtung erstreckenden. Kanten angreifen kann, da diese Kanten, einen ausreichenden Abstand vom Außenumfang des Rotors haben. Es ist leicht ersichtlich, daß teurere, bogenförmig gekrümmte Permanentmagnete diesen Vorzug nicht aufweisen, da ihre Kanten zu nahe an den Rotor- -umfang heranreichen.

Ansprüche /

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Claims

Ansprüche

Iy Elektrischer Generator mit Permanentmagneten und f erromagnetischen Verbindungsgliedern zwischen den Polen zur Riickleitung. des magnetischen Flusses als Stator, einem zentralen Rotor und einem Bürstenträger, dadurch gekennzeichnet , daß die Permanentmagnete (36, 38, 40, 42), die Verbindungsglieder (60, 62) und der Bürstenträger (130) an einer gemeinsamen, in das Generator- - gehäuse (12, 14) einsetzbaren Klemmhalterung (80, 82) befestigt sind.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete die Form von flachen Quadern haben und die Klemmhalterung (80,82) mit zur Quaderform passenden Rahmen (94, 96, 98, 100), in welche die Permanentmagnete einsetzbar sind, ausgebildet ist.

3· Generator nach Anspruch 2, dadurch ge — kennzeichnet, daß als Verbindungsglieder ein Paar Metallbänder (60, 62) mit einem gebogenen Mittelteil (64, 70) und geraden Enden (66, 68, 72, 74), die mit der Innenseite flach an die Rückseite der Permanentmagnete anlegbar sind, dienen.

4. Generator nach Anspruch 3, cL a d ure h g e ken ηζ ei c h η e t , daß die Enden der Verbindungsglieder (60, 62) und die Permanentmagnete in den Rahmen der Klemmhalterung (80, 82) ,durch außen an deren axialen Rahmenleisten (90, 92) ansetzende Haken (11O₅ ii2) gegen ■: eine Bewegung mit bezug auf den Rotor (26) radial von innen

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nach außen gehalten sind, wobei die Haken (110, 112, 114) gegen die Außenseite der Endon der Verbindungsglieder (60,62) anliegen. . "'

5. Generator nach. Anspruch 4, dad Λι r c h gekennzeichnet , daß die Permanentmagnete in den Rahmen der Klemmhalterung (80, 82) gegen eine Bewegung mit bezug auf die Rotorachso (28) von aüße-n nach innen durch innere, in die Rahmenöffnung^n vorstehende, längs der Rahrnenleisten (8A-, 86, 88) \rerlaufende Randleisten (102, 104, 106, 103) gehalten sind.

6. Generator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche_t dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t * daß der Bürstenträger (130) scheibenförmig ausgebildet ist lind mehrere Schlitze (144, 146, 148, 150) auf- weist, in.die an axialen Fortsätzen (116, 418)derRahmen der Klemmhalterung (80, 82) sitzende Haken (124,126) federnd eingreifon und d^ri Bürst-pntrnger. (I30) in einer Lage quer stxr Rotorachne (28) halten.

7. Generator nach Anspruch 6, d a du r c h g e k e η η ζ ei c h η e t , d^ß die Fortsatze (116, 118) in Längsrichtung genpalten sind, so daß* jeweils zwei federnde Arme entstehen, on deren Enden je ein-Haken (124, 126)

sitzt. ■·-·"■

8. Generator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da' du rc h ge k: e η η ζ. e i c h net ,daß die Klemmh-?lterung (Bf) _v 8;2) aus einer der An^shl der Pole entsprechenden Anzahl id-rm^x^chier; Einze.lteile besteht, WP¹ ehe durch die .V^ribindiingif^ieder-.CeO,. 62) mit-' einander verbunden sind. '.· , ■ - -. ^p -_: .-- , ·..-"--

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9· Generator'· nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite des Mittelteils (64·, 70) der· Verbindungsglieder (60, 62) einen Krümmungsradius aufweist, v/elcher im wesentlichen dem Radius der inneren G-ehäusewnndung (16, 18) des Generators gleich ist und daß die Enden (66, 68, 72, 74) der Verbindungsglieder (6p, 62) nur eine durch Anschläge (76, 78) begrenzte Länge in "die Teile der Klemmhalterung (80, 82) einschiebbar sind, so daß die aus der Klemmhalterung, den PermanentTnp^neten, dem Borstenträger und den Verbindungsgliedern bestehende Einheit unter Spannung im Preßsitz im Gehäuse festlegbar ist.

10. Generator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (76, 78) durch Absätze an den TTetallbandern (60, 62) gebildet sind, welche gegen die äußeren Haken (110, 112) der Rahmen der Klemmhalterung (80, 82) zur Anlage kommen.

11. Generator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Klemmhalterung (80, 82) aus zwei identischen Teilen besteht, in welche vier Permanentmagnete einsetzbar· sind und welche durch zwei Metallbänder (60, 62) zur Einheit verbindbar sind.

12. Generator nach Anspruch 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die Teile der Klemmhalterung (80, 82) aus Kunststoff bestehen.

13· Generator nach Anspruch 9» 'd _a durch g e kennzeichnet, daß das Generatorgehäuse (12,

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im Bereich der Einscannung der Metallbänder (60, 62) quergeteilt'ist und beide Gehäuseteile auf der Innenseite mit Anschlagnasen (160, 162) versehen sind, zwischen denen die aus. den Metallbändern und den übrigen an den Teilen der Klemmhalterung (80,82) befestigten Teilen gebildete Einheit axial fixierbar ist. -'.....-

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