DE1949182A1 - Kugellager - Google Patents

Kugellager

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Description

Patentanwälte Dipl. - Ing. F. "Weickmann, I 9 4 3 I O
D1PL.-ING. H. Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
8 MÜNCHEN 86, DEN
POSTFACH 860 820
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22
Deutsche Star Kugelhalter GmbH 3 chweinfurt
Kugellager
Die Erfindung betrifft ein Kugellager für hin- und herbewegliche Maschinenteile mit einem Kunststoffkäfig, der wenigstens eine Kugellaufbahn aufweist, die sich aus geraden, zur Bewegungsrichtung parallelen , lastübertragenden und geraden, lastfreien Teilen sowie diese verbindenden, bogenförmigen Teilen zusammensetzt, und mit lastaufnehmenden Metallplatten im Bereich der lastübertragenden Teile der Laufbahn.
Derartige Kugellager für hin- und herbewegliche Maschinenteile, in denen die Kugeln eine in sich geschlossene Bahn durchlaufen, sind bekannt. Sie haben die Aufgabe, in Be-
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-Z-
wegungsrichtung eine reibungsfreie Lagerung zu schaffen. Diese Aufgabe erfüllen sie jedoch nicht, wenn ein Fluch— tungsfehler z.Bo zwischen der sich hin- und herbewegenden Welle gegenüber der Bohrung auftritt, in die das Lager eingebaut ist,
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kugellager der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dein zumindest kleinere Pluchtungsfehler zwischen dein sich hin- und herbewegenden Maschinenteil und der Halterung desKugellagers ausgeglichen werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass die Platten an der Aussenseite parallel zur Bewegungsrichtung vonder Mittezu den Enden hin abgeschrägt sind. Durch diese Ausbildung erreicht man, dass die Platten um ihre Mitte, die eine Art Drehachse bildet, entsprechend der Abschrägung eine Drehbewegung ausführen können. Bei dieser Drehbewegung werden die aus Kunststoff bestehenden Teile des Kugellagers, die die Platten halten, elastisch verformt. Dabei verursacht die Bewegung der Platten eine Verminderung des Durchmessers der Bohrung,,in die das Lager eingebaut ist; daher ist die Form der Aussenseite der Platten von besonderer Bedeutung. Z.B. beträgt bei einer Lagerbohrung mit einem Durchmesser von etwa 25,4 mm (i inch) bei einem Fluchtungsfehler von 1/2 die Verminderung des Bohrungsdurchmessers etwa 0,017 nim (O,OOO68 inch) bei einem schwach gekrümmten und etwa 0,0015 mm (O,OOOO68 inch) bei einem V-förmigen Profil» Ein kurzes, gekrümmtes Stück bzw. eine Verrundung der V-Spitze ist erwünscht, um eine Abnützung des Gehäuses infolge der scharfen Berührungslinie zu vermeiden·
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_ 3—
In den Figuren 1 bis 11 der Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine teilweise Seitenansicht und einen teilweisen Längsschnitt eines Kugellagers gemäss der Erfindung, das uni eine Welle angeordnet ist, wobei der obere Schnitt den lastaufnehmenden Teil und der untere Schnitt den lastfreien Teil einer einzelnen Laufbahn wiedergibt;
Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linien 2-2 und 2a-2a der Fig. 1 mit einer Reihe von Kugeln, die in Längsrichtung des Lagers in gleichen Abständen um die Welle angeordnet sind;
Fig. 3 eine Aufsicht eines entsprechend den Linien 3-3 in Fig. 2 geschnittenen und in Richtung des Pfeiles D gesehenen Sektors, aus dem eine einzelne Laufbahn des Lagers gemäss der Erfindung hervorgeht;
Fig. k eine Aufsicht auf eine lastaufnehmende Platte, die in dem lastübertragenden Teil einer jeden Laufbahn angeordnet ist;
Fig. 5 eine Endansicht einer lastaufnehmenden Platte;
Fig. 6 eine Seitenansicht der in Fig. 5 gezeigten lastaufnehmenden Platte; ·
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Fig. 7 einen Teilquerschnitt einer weiteren Ausführungsform gemäss der Erfindung;
Fig. 8 eine Aufsicht auf den Käfig der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform;
Fig. 9 eine Aufsicht auf die äussere Büchse der in
Fig. 7 gezeigten Ausführungsform;
Fig. 10 eine Seitenansicht einer lastaufnehmenden Platte der in Fig. 7 gezeigten Ausfuhrungsform und
Fig. 11 eine Endansicht der in Fig. 10 gezeigten Platte.
Das in den Figuren 1 bis 6 dargestellte Ausführungsbeispiel besitzt einen Käfig 1, der eine Welle 2 umgibt und in dem mehrere im wesentlichen ovale Laufbahnen 3 ausgebildet sind.
Wie sich am besten aus Fig. 3 ergibt, besitzt jede Laufbahn 3 einen geraden, lastübertragenden Teil 4, in dem
die umlaiif enden Kugeln ,5 die Welle 2 und eine lastaufnehmende Platte 6 berühren, sowie einen weiteren geraden Teil 71 in dem die Kugeln 5 die Welle nicht berühren und keine Last übertragen. Die geraden Teile 4 und 7 sind
durch ein Paar bogenförmige Teile 8 verbunden, die es
den umlaufenden Kugeln ermöglichen, von dem einen geraden Teil der Laufbahn in den anderen entsprechend der Ri chtung zu laufen, in der die lastübertragenden Kugeln durch die relative Bewegung der zu lagernden Welle angetrieben werden.
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Der Käfig 1 für die Kugeln ist vorzugsweise aus einem einzigen, elastischen Material hergestellt und besteht aus einem Stück. Ein Beispiel eines Materials, das insgesamt zufriedenstellend arbeitet, ist Nylon; es arbeiten jedoch auch andere formbare Materialien zufriedenstellend. Die Materialien werden vorteilhafterweise so ausgewählt, dass der Käfig mit geringen Kosten, schnell und unter Anwendung von Massenproduktionsverfahren, z.B. im Spritzgussverfahren, hergestellt werden kann.
Vorteilhafterweise ist der Boden des geraden,lastübertragenden Teils 4 einer jeden Laufbahn 3 geschlitzt, so dass die Kugeln die Welle 2 berühren; der Schlitz ist etwas enger als der Durchmesser der Kugeln. Der Schlitz endet an jedem Ende des geraden Teils k, von dem ab der Boden geschlossen und längs bogenförmigen Teils 8 der Laufbahn leicht geneigt ist, bis er die Höhe des Bodens 9 des geraden, lastfreien Teils 7 der Laufbahn erreicht. Die Kugeln 5 stehen in direktem Kontakt mit der Welle 2 und der lastaufnehmenden Platte 6, wenn sie sich in dem geraden Teil 4 der Laufbahn befinde , berühren jedoch weder die Welle 2 noch die lastübertragende Platte 6, während sie sich in dem bogenförmigen Teil 8 bzw, dem geraden Teil 7 der Laufbahn befinden.
Der laetfreie Teil· 7 und di· verbindenden Teil· 8 einer j«den Laufbahn 3 sind so geformt, dass sie mehr als 180 des Umfange der Kugeln 5 umgeben, wodurch der Oberteil der Teile 7, 8 schmaler ist als der Kugeldurchraesser, um dadurch die Kugeln in den Laufbahnen zu halten
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und zu führen und dennoch die Kugeln schnell einschnappend in den Käfig einsetzen und aus diesem herausnehmen zu können. Die Kugeln 5 werden in dem lastübertragenden Teil k einer jeden Laufbahn mittels der lastaufnehmenden Platte β gehalten. .
Wie in den Figuren T bis 6 gezeigt ist, sind vorteilhaft erweise an dem '. Käfig 1 dicht an jeder Kante der Laufbahn 3 Nuten 10 ausgebildet, um dadurch Randkanten ^ 11 der Laufbahn (Fig. 2) zu bilden und dadurch" eine Selbsteinstellung, eine Hin- und Herbewegung und das Einsetzen der Kugeln in die Laufbahn und das Herausnehmen aus dieser ebenso wie der lastaufnehmenden Platte zu erleichtern. . ·
Es sind Einrichtungen vorgesehen, um die lastaufnehmende Platte .an dem lastübertragenden Teil einer jeden Laufbahn 3 so zu befestigen, dass eine axiale Bewegung der . Platte relativ zu dem Käfig verhindert wird und dass auch eine geringe radiale Bewegung der Platte zugelassen wird, die eine richtige Lagerung der lastaufnehmenden Platte in der Gehäusebohrung (nicht gezeigt) erleichtert. Zu diesem Zweck ist, wie am besten in Fig. k zu sehen ist, jede Platte 6 mit in Längsrichtung verlaufenden, abgeschrägten Kanten 12 versehen, die ein Paar gegenüberliegende Nuten 13 besitzen·
In gleicher Weise sind die Rändkanten 14 des Käfigs 1 nahe dem Teil 4 der Laufbahn bei 15 hinterschnitten, um in der Form den abgeschrägten Kanten 12 der Platte zu entsprechen) sie besitzen weiterhin Vorsprtinge i6,
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die in die Nuten 13 eingreifen. Dadurch wird die Plattefest in der richtigen Lage angeordnet und es wird eine relative axiale Verschiebung zwischen der Platte und
dem Käfig 1 verhindert· Die Muten 10 lassen es zu, die lastaufnehmenden Platten in der gleichen Weise, wie
in Verbindung mit dem Einsetzen und dem Herausnehmen
der Kugeln 5 in die bzw. aus den Laufbahnen beschrieben wurde, schnell einschnappend einzusetzen und herauszunehmen.
Die lastaufnehmenden Platten sind im einzelnen in den
Figuren h, 5 und 6 dargestellt. An der Innenseite besitzt jede Platte eine axial verlaufende, zylindrische Nut 20, in der die lastübertragenden Kugeln laufen
können. Vorzugsweise besitzt jede Nut 20 einen Radius, der etwas grosser ist als der Radius der Kugeln 5» die darin laufen, so dass die Platte im belasteten Zustand nachgeben kann. Jede der Platten ist an ihren Enden 22 abgeschrägt, um den Übergang der Kugeln von dem lastübertragenden Teil der Laufbahn zu dem lastfreien Teil zu erleichtern. .
Jede Platte 6 besitzt an der Aussenseite ein Zwischenbzw, in Längsrichtung verlaufendes Mittelteil 24, das
dicker ist als die Endteile 26. Vorzugsweise ist der
Mittelteil Zk an seiner Aussenseite unter einem kleinen Winkel zu den Enden hin in Längsrichtung abgeschrägt.
Somit bildet der mittlere, gekrümmte Teil 2k eine Drehachse, die es zulässt, dass sich die Platten 6 durch
eine geringe Verschiebung der elastischen Masse des
Käfigs, in den sie eingebettet sind und in dem sie gehalten werden, hin- und herbewegen, wenn die Welle 2
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gegenüber der Achse des Lagers winkelig verstellt wird.
Um die Fähigkeit des Lagers, eine Last aufzunehmen, zu erhöhen, besitzt jede Platte 6 eine aussere, in Längsrichtung verlaufende Vertiefung 27» die von zwei in Längsrichtung verlaufenden Auflageflächen 28 begrenzt wird, mittels derer sich die Platte 6 in der Einbaubohrung abstützt. Dadurch wird ein Zwischenbereich mit verminderter Dicke geschaffen, der dem Arbeitsteil der Nut in der Platte 6 eine Nachgiebigkeit verleiht und dazu dient, die Last über einen grösseren Bereich als im Falle einer starren Platte 6 oder einer Platte, deren Mittelteil auf der Bohrungswand ruht, zu verteilen. Die in Längsrichtung abgeschrägten Enden der Platten 6 verleihen auch eine Elastizität in der axialen Richtung des Lagers und verteilen durch die Nachgiebigkeit in gleicher Weise die Last, da die Belastung selten gleichmässig über die Länge eines linearen Kugellagers verteilt ist. Diese zweiachsige Elastizität führt zu einer erhöhten Lastaufnahmefähigkeit und einer grosseren Lebensdauer als bei einem starren Laufelement.
Wenn das Lager in eine Bohrung eingebaut werden soll, deren Wandung aus weichem Material besteht, das der Abnutzung unterliegt oder die nur grob bearbeitet ist, kann das Läger in eine zylindrische Büchse 30 aus hartem Material, wie z.B. Stahl, eingeschlossen und darin durch eingepresste Endringe 32 gehalten werden. Es können auch Lagerdichtungen 3k aus Gummi oder einem
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ähnlichen elastischen Material vorgesehen werden. An ihrer Aussenseite ist die Büchse 30 zweckmässigerweise mit einer Ringnut 36 versehen, um C-Ringe (nicht gezeigt) aufzunehmen, mittels derer das Lager gegen eine axiale Verschiebung in seiner Halterung gehalten wird.
Das Lager zeichnet sich dadurch aus., dass sich die lastübertragenden Kugeln bei einer winkeligen Verstellung der Welle durch die Hin- und Herbewegung der Platten 6 selbst einstellen, die sich um ihre Zwischenteile infolge der Nachgiebigkeit des Käfigs. hin- und herbewegen können, während der innere Spurteil einer jeden Platte 6 parallel zu der zugehörigen Welle 2 verbleiben kann. Auch dient die zweiachsige Nachgiebigkeit der lastaufnehmenden Platten dazu, die Belastung der lastübertragenden Kugeln über einen grossen Bereich der Laufbahnuten 20 zu verteilen.
Die Figuren 7 bis 11 zeigen eine weitere Ausführungsform gemäss der Erfindung. Das Lager besitzt eine aussere Büchse 40 und einen fest eingepassten Käfig 42, die beide aus einem elastischen, nichtmetallischen Material, wie z.B. Nylon, bestehen.
Die äussere Büchse 40 besitzt Öffnungen 44 zur Aufnahm· mehrerer lastaufnehmender Platten 46,die symmetrisch über den Umfang der Büchse verteilt sind. Jede: der Platten 46 besteht aus hartem Material und besitzt wie die Platten 6 (Fig* 4, 5 und 6) eine innere axial verlaufende,teilzylindrische Nut 48,
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in der die Kugeln 50 laufen können, sowie eine äussere Nut 52, die axial zu dem Lager zwischen den in Längsrichtung verlaufenden Auflageflächen verläuft, um dem Arbeit steil der Nut 48 eine gewisse Nachgiebigkeit zu verleihen. Der Mittelteil einer jeden Platte 46 ist dicker als seine Längsenden und ist in beiden Richtungen von einer abgerundeten ausseren Drehachse 56 in der Mitte der Platte 46 aus abgeschrägt. An der Innenseite ist die Platte 46 an ihren Enden 58 abgeschrägt, um den Übergang der Kugeln von der Arbeite- bzw. last- W übertragenden Spur auf die lastfreien Teile der Laufbahn zu erleichtern.
Es sind Einrichtungen vorgesehen, um die Platten 46 in ihren jeweiligen Öffnungen 44 sowohl gegen eine Axialais auch eine Umfangsbewegung und gegen eine radiale Verschiebung, bevor sie zur Benutzung befestigt sind, zu halten. Zu diesem Zweck besitzen beide Längsseitenkanten einer jeden Platte 46 eine Nut 60, in die ein elastischer Vorsprung 62 eingreift, der mit der äuss·- ren Büchse 40 ein Stück bildet und der es zulässt, dass die Platte 46 radial nach innen in ihre Öffnung k 44 geschoben wird, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Um die Elastizität des Vorsprunges 62 zu erhöhen, sind in Längsrichtung verlaufende Nuten 64 an dem ausseren Teil der Büchse 4o nahe wenigstens eines Vorsprunges 62 eines jeden Paares von Vorsprüngen. 62 vorgesehen.
Der Kugelkäfig 42 besitzt mehrere symmetrisch angeordnete gerade Laufbahnen, von denen jede wie bei 68 geschlitzt ist, so dass die Kugeln die Welle berühren
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können; der Schlitz ist etwas schmaler als der Durch- · messer der Kugeln. Jeder Schlitz 68 endet an jedem Ende des geraden Teils 70 und ist längs der bogenfirmigen Teile 72 leicht geneigt, so dass die Kugeln von der ¥elle wegbewegt werden, wenn die Kugeln in den geraden, lastfreien Teil 74 der Laufbahn gelangen, um zu dem anderen Ende des geraden Teils 70 zurückzukehren.
Die Kugeln in dem geraden Teil 7° einer-jeden Nut laufen längs der Welle und gegen die Nut 48 in den lastaufnehmenden Platten 46, die sich um ihre Drehachsen 5& zur Selbsteinstellung des Lagers bewegen können. Die Büchse 42 besitzt bei 43 eine Ausnehmung, um für eine unbehinderte Bewegung der Platten 46 zu sorgen. Gleichzeitig können die lastaufnehmenden Platten 46 nachgeben, um dem Arbeitsteil der Nut eine gewisse Nachgiebigkeit zu verleihen. Infolge der Elastizitätseigenschaft der Vorsprünge 62 besteht kein wesentlicher Widerstand gegen eine winkdige Bewegung der Platten 46, die erforderlich ist, wenn sich das Lager selbst einstellen soll.
Die aussere Büchse 40 und die Kugelkäfigbüchse 42 werden vorzugsweise gegen eine axiale Bewegung relativ zueinander dadurch gehalten, dass die aneinanderstoßenden Kunststoffflächen miteinander verklebt werden. Die ausβere Büchse und die Kugelkäfigbüchse 42 können durch Einbringung einer kleinen Menge eines Schmiermittels, wie z.B. fein verteilten Molybdändisulfide in das elastische: Kuratstoffmaterial, wie z.B. Nylon oder Delrin, aus dem die Büchsen 4θ und 42 her-
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gestellt werden können, selbstschmierend ausgebildet werden.
Das Lager der Figuren 7 bis 11 arbeitet in der gleichen Weise wie das der Figuren 1 bis 6.
Die Kugelkäfigteile des Lagers sind aus einem elastischen Material hergestellt; das Lager kann in einem einstellbaren Gehäuse angeordnet werden, so dass es fe vorbelastet werden kann oder gewünschtenfalls ein gewisses Mass an Spielraum besitzen kann. So kann das Linearbewegungskugellager der Figuren 1 bis 6 und 8 bis 11 in einen zweiteiligen Block 80 eingebaut werden, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Der Spalt 82 in dem Block kann mittels der Schraube 84 eingestellt werden, um das Lager zusammenzupressen und den Spielraum an seiner Welle zu vermindern oder sogar das Lager mit einer Vorlast zu beaufschlagen·
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Claims (16)

  1. Ί949182
    -13-
    An s p r ü c h e
    ( 1y. Kugellager für hin- und herbewegliche Maschinenteile mit einem Kunststoffkäfig, der wenigstens eine Kugellaufbahn aufweist, die sich aus geraden, zur Bewegungsrichtung parallelen,'lastübertragenden und geraden, lastfreien Teilen sowie diese verbindenden, bogenförmigen Teilen zusammensetzt, und mit lastauf nehmenden Metallplatten im Bereich der lastübertragenden Teile der Laufbahn, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (6,46) an der Aussenseite parallel zur Bewegungsrichtung von der Mitte(24, 56) zu den Enden hin abgeschrägt sind.
  2. 2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (6,' 46) an der Aussenseite in der Mitte (24, 56) verrundet sind.
  3. 3· Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (6,46) in dem Käfig (1) gehalten sind.
  4. 4. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (1) von einer Büchse (30) aus Hartmetall umgeben ist, an der die Platten (6,46) anliegen.
  5. 5. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (6,46) an der Aussenseite Vertiefungen (27»52)aufweisen, die parallel zur Bewegungsrichtung verlaufen.
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  6. 6. Lager insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (i) in einer äusseren Büchse (4o) angeordnet ist, die Öffnungen (44) zur Aufnahme der Platten (46) besitzt.
  7. 7. Lager nach Anspruch 6r dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Büchse (4o) aus einem elastischen Kunststoff besteht,,
  8. 8. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (1) aus einem elastischen Kunststoff besteht, in dem ein Schmiermittel dispergiert ist.
  9. 9· Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (i) in einem zweiteiligen Block (80) angeordnet ist, der eine verstellbare Ausnehmung zur Aufnahme des Käfigs (1) besitzt.
  10. 10. Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Büchse (4o) und der Käfig (i) miteinander verklebt sind.
    ;;■■ - λ .- .. : ■■■■■;■■■ ; '-..";■
  11. 11. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Platten (6,46) haltenden Teile (1,4O) des Lagers Längsnuten (lO, 64) aufweisen.
  12. 12. Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Käfig (1) nahe den Platten (6) zur Bewegungsrichtung parallele Nuten (TO) aufweist·
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  13. 13· Lager nach. Anspruch 6, gekennzeichnet durch parallel zur Bewegungsrichtung verlaufende Nuten (64), die in der äusseren Büchse (4o) nahe den Öffnungen (44) ausgebildet sind.
  14. l4. Lager nach Anspruch !,gekennzeichnet durch quer zur Bewegungsrichtung verlaufende Vorsprünge (i6) an dem Käfig (i)» die in entsprechend ausgebildete Nuten (13) der Platten (6) eingreifen.
  15. 15« Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel zur Bewegungsrichtung verlaufenden Kanten (ΐ2) der Platten (6) abgeschrägt sind.
  16. 16. Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (46) seitliche, parallel zur Bewegungsrichtung verlaufende Nuten (60) aufweist, in die Vorsprünge (62) der Ränder der Öffnungen (44) eingreifen.
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    Le e rs e i te
DE1949182A 1969-05-07 1969-09-29 Kugellager für längsbewegliche Maschinenteile Expired DE1949182C3 (de)

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