DE19749845A1 - Cold-rolled fastening screw with self-tapping thread for plastics - Google Patents
Cold-rolled fastening screw with self-tapping thread for plasticsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine durch Kaltwalzen geformte Schraube mit selbstfurchendem eingängigen Gewinde für das Einschrauben insbesondere in thermoplastische Kunststoffe mit im wesentlichen durchgehend zylindrischem Gewindegrund und Gewindezähnen, die einen durchgehend gleich hohen Scheitel aufweisen, wobei die Freiräume zwischen benachbarten Gewindezäh nen längs des Gewindes gleich gestaltet sind.The invention relates to a screw formed by cold rolling self-tapping catchy thread for screwing in thermoplastic materials with a substantially continuous cylindrical Thread root and thread teeth that have a consistently high level Have apexes, with the clearances between adjacent threads NEN are designed the same way along the thread.
Eine derartige Schraube ist aus der DE-PS 39 26 000 bekannt. Diese Schraube, zu der in der Patentschrift ausdrücklich darauf hingewiesen wird, daß sie sich besonders gut für Ein- und Verstelleinrichtungen eigene, also für sogenannte Bewegungsgewinde, soll ein qualitativ hochwertiges Gewinde aufweisen, mit dem sich ein kontinuierliches und gut dosierbares Einschraub moment erzielen läßt. Der Verformungsaufwand beim Herstellen der Schrau be durch Kaltwalzen soll dabei geringer sein als bei herkömmlichen Schrau benarten. Um diese Aufgabe zu lösen, besitzt die Schraube einen Scheitel winkel von etwa 40°, was das Fließen des Schraubenmaterials im Prozeß des Kaltwalzens erleichtert.Such a screw is known from DE-PS 39 26 000. This Screw, to which the patent specification expressly refers, that they are particularly good for setting and adjusting devices, so For so-called motion threads, a high quality thread should be used have, with which a continuous and easy to dose screwing moment. The amount of deformation when producing the screw be by cold rolling should be less than with conventional screw species. To solve this task, the screw has a vertex angle of about 40 °, which means the flow of screw material in the process relieved of cold rolling.
Durch die vorliegende Erfindung soll eine Schraube geschaffen werden, die im Gegensatz zur Wirkung eines Bewegungsgewindes für das Einschrauben insbesondere in thermoplastische Kunststoffe zum Zwecke einer Befestigung besonders geeignet ist. Beim Eindrehen derartiger Schrauben in Kunststoff wird dieser von den in den Kunststoff eindringenden Gewindezähnen ver drängt, wofür der Gewindequerschnitt einen ausreichenden Freiraum zur Verfügung stellen muß. Das von den Gewindezähnen verdrängte Kunststoff material quetscht sich dabei in diesen Freiraum. Gemäß der DE-PS 27 54 870 Spalte 2, Abs. 1 ging man dabei von dem Gedanken aus, möglichst tief in das betreffende aus Kunststoff bestehende Werkstück einzudringen (große Tragtiefe), wozu bei einem Flankenwinkel von etwa 30° dann ein entsprechend großer Freiraum zur Verfügung gestellt werden muß. Bei der Schraube gemäß der DE-PS 27 54 870 weist hierzu der Gewindegrund eine Einschnürung auf, so daß für das von den Gewindezähnen verdrängte Kunststoffmaterial ein entsprechend großer Freiraum zur Verfügung steht. Das von den Gewindezähnen verdrängte Kunststoffmaterial muß dabei von dem Bereich des in den Kunststoff eingedrungenen Gewindezahnes einen Weg in den Gewindegrund zurücklegen, auf dem das verdrängte Kunststoff material wegen der Länge dieses Weges die direkte enge Verbindung mit dem unverdrängten Kunststoffmaterial verliert, womit seine Fähigkeit, zur Auszugskraft beizutragen, vermindert wird. Unter Auszugskraft ist diejenige Kraft zu verstehen, die zum Ausreißen der eingedrehten Schraube erforder lich ist. Ein großer Freiraum für die Aufnahme von verdrängtem Kunststoff material hat allerdings einen entsprechend geringen Gewindegrunddurchmesser (Kerndurchmesser) zur Folge, was dazu führen kann, daß beim Eindrehen einer solchen Schraube, insbesondere wenn sie über eine größere Zahl von Gewindegängen eingedreht wird, diese durch das auf sie wirkende Drehmo ment überlastet wird und abreißt.The present invention is intended to create a screw which in contrast to the effect of a movement thread for screwing in especially in thermoplastics for the purpose of attachment is particularly suitable. When screwing such screws into plastic this is ver from the thread teeth penetrating into the plastic urges what the thread cross-section has sufficient clearance for Must provide. The plastic displaced by the thread teeth material squeezes into this space. According to DE-PS 27 54 870 Column 2, paragraph 1 was based on the idea, if possible to penetrate deeply into the relevant workpiece made of plastic (large wearing depth), which is why at a flank angle of about 30 ° a correspondingly large amount of free space must be made available. In the Screw according to DE-PS 27 54 870 has the thread base for this Constriction so that for the displaced by the thread teeth Plastic material a correspondingly large free space is available. The plastic material displaced by the thread teeth must be from the area of the threaded tooth penetrated into the plastic Travel back to the bottom of the thread on which the displaced plastic material because of the length of this path the direct close connection with loses the unrestrained plastic material, with which its ability to Pulling force is reduced. That is under pull-out force Understand the force required to pull out the screw is. A large free space for the reception of displaced plastic However, material has a correspondingly small basic thread diameter (Core diameter), which can lead to screwing in such a screw, especially if it has a larger number of Threads is screwed in, this by the torque acting on them ment is overloaded and tears off.
Der Gedanke der Kunststoffmaterialverdrängung steht auch im Fordergrund bei der Gestaltung der Schraube gemäß der europäischen Patentschrift 0 589 399. Mit dieser Schraube, die ausdrücklich für eine große Tragtiefe der Gewindeflanken konzipiert ist, soll eine derartige Materialverdrängung er reicht werden, daß das Material an den Gewindeflanken verdichtet wird, und zwar an denjenigen Flanken, die als sogenannte Lastflanken auf die Schrau be wirkende Ausreißkräfte aufzunehmen haben. Um die Materialströmung in diesem Sinne zu beeinflussen, besitzt die Schraube einen konischen Gewinde grund mit dem kleineren Kerndurchmesser benachbart zu der erwähnten Lastflanke. Hierdurch soll die Strömung des Kunststoffmaterials gegen die Lastflanke gerichtet werden, wo sich dann das Kunststoffmaterial verdichten soll. Diese gewollte Strömung des Kunststoffmaterials setzt voraus, daß das Material beim Eindrehen der Schraube ausreichend erwärmt und sowohl in eine Strömung und Verfestigung verwandelt wird. Die Gestaltung der be kannten Schraube beruht also darauf, das Kunststoffmaterial am Eindrehen der Schraube erheblich zu erweichen, zu verschieben und zu verdichten, womit es aus seinem ursprünglichen Verbund vollständig herausgelöst und in seiner Struktur verändert wird. Die Folge davon ist, daß die Lastflanken der Schrauben sich auf dieses derart veränderte Material abzustützen haben, was aber gerade zu einer Verringerung der Ausreißkräfte einer derart eingedreh ten Schraube führt.The idea of plastic material displacement is also in the foreground when designing the screw in accordance with European patent specification 0 589 399. With this screw, which is expressly for a large carrying depth of the Thread flanks is designed, such a material displacement he be enough that the material is compressed on the thread flanks, and indeed on those flanks that act as so-called load flanks on the screw must be absorbed by effective pull-out forces. To the material flow in To influence this sense, the screw has a conical thread reason with the smaller core diameter adjacent to the mentioned Load flank. This is intended to flow the plastic material against the Load flank are directed where the plastic material then condense should. This deliberate flow of the plastic material presupposes that the Material sufficiently heated when screwing in the screw and both in a flow and solidification is transformed. The design of the be Known screw is based on screwing the plastic material to soften, move and compress the screw considerably, which completely detaches it from its original composite and in its structure is changed. The consequence of this is that the load flanks of the Screws have to be supported on this material which has been changed in this way but just to reduce the pull-out forces of such a screwed leads screw.
Die vorliegende Erfindung bricht mit dem bisher im Stand der Technik
vorherrschenden Gedanken des möglichst tiefen Eindringens der Gewindezäh
ne in das Kunststoffmaterial, was zunächst zur Erzielung hoher Ausreißkräfte
plausibel erscheint. Hierzu wird folgende Dimensionierung verwendet:
The present invention breaks with the previously prevailing idea of the prior art of penetrating the thread teeth as deeply as possible into the plastic material, which at first seems plausible to achieve high pull-out forces. The following dimensioning is used for this:
- 1. der Außendurchmesser Do und der Kerndurchmesser Dk des Ge windes bildet einen Quotienten Q1 = Do/Dk in der Größe von 1,25 bis 1,65;1. the outer diameter Do and the core diameter Dk of Ge windes forms a quotient Q1 = Do / Dk in the size of 1.25 up to 1.65;
- 2. der Axialabstand P benachbarter Gewindezähne bildet mit der Höhe H der Gewindezähne einen Quotienten Q2 = P/H, der zwischen 2,35 und 2,7 liegt;2. The axial distance P between adjacent thread teeth forms with the height H of the thread teeth has a quotient Q2 = P / H which is between 2.35 and is 2.7;
- 3. der Scheitelwinkel der Gewindezähne liegt bei etwa 30°.3. the apex angle of the thread teeth is about 30 °.
Diese Dimensionierung führt dazu, daß die Schraube relativ niedrige Gewin dezähne aufweist, so daß die Schraube in dem Kunststoffmaterial mit relativ geringer Eindringtiefe sitzt. Dies hat den Vorteil, daß das verdrängte Kunst stoffmaterial in seinem Gefüge nicht in erheblichem Umfang beeinträchtigt wird. Um trotz der relativ geringen Eindringtiefe hohe Ausreißkräfte zu erzielen, wird das Gewinde mit relativ kleiner Steigung hergestellt, so daß eine große Zahl von im Eingriff mit dem Kunststoff stehenden Gewindegän gen geschaffen wird. Dabei besitzt der Kerndurchmesser ein Maß, das es ermöglicht, das Umformverhalten eines betreffenden Schraubenrohlings bei dessen Herstellung durch Rollen zu berücksichtigen, nämlich dadurch, daß die auf dem Kerndurchmesser aufbauende Höhe der Gewindezähne noch ausreichend groß ist, um beim Rollen mit dem auf den Rohling ausgeübten Druck im Bereich zwischen den Gewindezähnen das Material der Schraube in günstiger Weise zu verdrängen und damit gut ausgeformte Gewindezähne zu erzeugen, die einerseits noch den Vorteil aufweisen, daß sie bei ihrem Eindringen in Kunststoffmaterial dieses nicht beeinträchtigen, jedoch noch eine solche Höhe besitzen, daß sie sich mit erheblicher Präzision beim Rollen ausformen lassen.This dimensioning leads to the screw being relatively low in profit has teeth, so that the screw in the plastic material with relative shallow penetration. This has the advantage of being repressed art material material in its structure is not significantly impaired becomes. In order to achieve high pull-out forces despite the relatively low penetration depth achieve, the thread is made with a relatively small pitch, so that a large number of threads that are engaged with the plastic gene is created. The core diameter has a dimension that it enables the forming behavior of a screw blank in question to consider its manufacture by rolling, namely in that the height of the thread teeth based on the core diameter is sufficiently large to roll with that exerted on the blank Pressure in the area between the thread teeth the material of the screw to displace in a favorable manner and thus well-shaped thread teeth to produce, which on the one hand still have the advantage that they are in their Penetration into plastic does not affect it, however have such a height that they are with considerable precision when Let the roles be shaped.
Um diese durch die vorstehend erläuterte Dimensionierung ermöglichte Effekte voll ausnutzen zu können, besitzt die erfindungsgemäße Schraube einen Scheitelwinkel des Gewindes, der bei etwa 30° liegt.This was made possible by the dimensioning explained above The screw according to the invention is able to take full advantage of effects an apex angle of the thread, which is about 30 °.
An sich ist ein derartiger Scheitelwinkel für in Kunststoff einzudrehende Schrauben bekannt, wie z. B. die DE-PS 27 54 870 zeigt. Mit dieser Schraube wird angestrebt, dem Kunststoffmaterial, in das die Schraube einge dreht wird, einen relativ großen Freiraum zwischen den Gewindegängen zur Verfügung zu stellen. Die mit dieser Schraube verfolgte Tendenz läuft also darauf hinaus, möglichst viel Kunststoffmaterial durch die Gewindezähne zu verdrängen, also mit großer Eindringtiefe zu arbeiten, um auf diese Weise hohe Ausreißkräfte zu erzielen. Die Lehren dieser Patentschrift passen daher nicht zu dem durch die DE-PS 39 26 000 gegebenen Stand der Technik, da dieser, abgesehen von der besonderen Eignung für Bewegungsgewinde, im Falle seiner Anwendung auf Kunststoffschrauben darauf hinausläuft, mit diesen möglichst wenig Kunststoffmaterial zu verdrängen.Such an apex angle is in itself for those to be screwed into plastic Known screws, such as. B. DE-PS 27 54 870 shows. With this Screw is sought, the plastic material in which the screw is inserted rotates, a relatively large space between the threads To make available. So the trend pursued with this screw is running in addition, as much plastic material as possible through the thread teeth oust, so to work with great depth of penetration, in this way to achieve high pull-out forces. The teachings of this patent therefore fit not to the state of the art given by DE-PS 39 26 000, since this, apart from the special suitability for movement threads, in In case its application on plastic screws boils down to using to displace this as little plastic material as possible.
Aufgrund der Kombination der die Höhe und den Abstand der Gewindezäh ne betreffenden Dimensionierungsmerkmale mit der Verwendung eines an sich bekannten, besonders kleinen Scheitelwinkels ergibt sich eine Intensivie rung des Prinzips, beim Eindrehen der Schraube in Kunststoff möglichst wenig Kunststoffmaterial zu verdrängen, da die wegen des kleinen Scheitel winkels von 30° zu verdrängende Kunststoffmasse wesentlich kleiner ist als bei einem Scheitelwinkel von 40°, wie er in der DE-PS 39 26 000 her ausgestellt wird, was dazu führt, daß der zwischen den Gewindegängen bestehende Zwischenraum, definiert durch die Steigung des Gewindes, kürzer gehalten werden kann, womit die Zahl der in einem Kunststoffteil zu verankernden Gewindegänge bei gleicher Einschraublänge entsprechend erhöht wird. Dies führt dann zu entsprechend erhöhten Ausreißkräften.Because of the combination of the height and distance of the thread toughness ne relevant dimensioning features with the use of an known, particularly small apex angle results in an intensity principle, when screwing the screw into plastic if possible to displace little plastic material because of the small parting Plastic mass to be displaced at an angle of 30 ° is considerably smaller than at an apex angle of 40 °, as in DE-PS 39 26 000 ago is issued, which leads to that between the threads existing space, defined by the pitch of the thread, shorter can be kept, which increases the number in a plastic part anchoring threads are increased accordingly with the same screw-in length becomes. This then leads to correspondingly higher pull-out forces.
Hohe Ausreißkräfte bedingen eine entsprechende Belastbarkeit der Schrauben sowohl in axialer als auch in tangentialer Richtung. Je dünner der Quer schnitt der Schraube gegenüber ihrem Außendurchmesser ist, desto starker ist die auf ihren Querschnitt bezogene Belastung der Schraube sowohl bei ihrem Eindrehen als auch bei ihrem Anziehen. Um dabei hohen Ausreiß kräften standhalten zu können, mußte man bisher bei den bekannten Schrau ben sehr hohe Festigkeit des verwendeten Schraubenmaterials verlangen, was dazu geführt hat, daß für die hier in Rede stehenden Schrauben hochver gütete Materialien verwendet werden mußten, die einerseits teuer sind, die andererseits empfindlich auf Versprödungen reagieren, die sich aufgrund von Wasserstoffdiffusion ergeben. Dieser bekannte Effekt kann dazu führen, daß bei den bekannten fest angezogenen Schrauben aus hochvergütetem Material nach ihrem Eindrehen und Anziehen zeitverzögerte Sprödbrüche eintreten, z. B. durch nach Tagen auftretendes Wegsprengen ihres Kopfes. Aufgrund der erfindungsgemäßen Schraubendimensionierung ergeben sich Schrauben mit einem relativ großen Querschnitt in bezug auf ihren Außendurchmesser (wie z. B. ein Blick auf die Fig. 1 deutlich zeigt). Die erfindungsgemäßen Schrau ben können daher aufgrund ihrer Gestaltung über ihren Querschnitt erheblich größere Drehmomente und Axialkräfte aufnehmen, als dies bisher möglich war. Hieraus eröffnet sich die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Schraube aus einem Material herzustellen, das gegenüber herkömmlichen Schrauben eine geringere Festigkeit aufweist, d. h. es können Materialien verwendet werden, die aufgrund geringerer Vergütung nicht die Tendenz aufweisen, Wasserstoff durch Diffusion aufzunehmen und damit zu Sprödbrüchen zu neigen.High pull-out forces mean that the screws can withstand loads in both the axial and tangential directions. The thinner the cross-section of the screw compared to its outer diameter, the greater the stress on the screw related to its cross-section, both when screwing in and when tightening it. In order to be able to withstand high pull-out forces, it was previously necessary to require very high strength of the screw material used in the known screws ben, which has led to the fact that highly-hardened materials had to be used for the screws in question, which on the one hand are expensive, which, on the other hand, are sensitive to embrittlement resulting from hydrogen diffusion. This known effect can lead to time-delayed brittle fractures occurring in the known tightly tightened screws made of high-quality material after they have been screwed in and tightened, e.g. B. by blowing up her head after days. Due to the screw dimensioning according to the invention, screws with a relatively large cross-section with respect to their outer diameter result (as, for example, a view of FIG. 1 clearly shows). The screw ben according to the invention can therefore take up significantly greater torques and axial forces than was previously possible due to their design over their cross section. This opens up the possibility of producing the screw according to the invention from a material which has a lower strength than conventional screws, ie materials can be used which, because of the lower tempering, do not have the tendency to absorb hydrogen by diffusion and thus tend to brittle fractures.
In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:An exemplary embodiment of the invention is shown in the figures. Show it:
Fig. 1 eine in einen Tubus eingedrehte Befestigungs schraube zum Befestigen einer Platte, Fig. 1 is a screwed-in fastening screw for fixing a tube to a plate,
Fig. 2 einen Ausschnitt des eingängigen Gewindes der Schraube gemäß Fig. 1 in vergrößerter Dar stellung, Fig. 2 position a section of the single-flight thread of the screw according to FIG. 1 in an enlarged Dar,
Fig. 3 einen Ausschnitt eines zweigängigen Gewindes. Fig. 3 shows a detail of a two-start thread.
Fig. 1 zeigt eine durch Kaltwalzen geformte Schraube 1 mit dem selbstfur chenden Gewinde 2, das sich gleichförmig über den Schaft 3 erstreckt. Auf der dem Ende des Schaftes 3 gegenüberliegenden Seite der Schraube 1 besitzt diese den Schraubenkopf 4, der hier mit einer profilierten Vertiefung 5 zum Einsetzen eines passenden Schlüssels versehen ist, mit dem die Schraube 1 in ein Werkstück, hier der Tubus 6, eingedreht wird. Die Schraube 1 dient zum Befestigen der Platte 7 an dem Tubus 6. Zu diesem Zweck wird die Schraube gegenüber dem Tubus 6 so angezogen, daß dabei ihr Kopf 4 die Platte 7 gegen den Tubus 6 preßt. Fig. 1 shows a cold-formed screw 1 with the self-tapping thread 2 , which extends uniformly over the shaft 3 . On the side of the screw 1 opposite the end of the shaft 3 , the screw 1 has the screw head 4 , which here is provided with a profiled recess 5 for inserting a suitable key, with which the screw 1 is screwed into a workpiece, here the tube 6 . The screw 1 serves to fasten the plate 7 to the tube 6. For this purpose, the screw is tightened relative to the tube 6 so that its head 4 presses the plate 7 against the tube 6 .
Aus Fig. 1 geht deutlich die Besonderheit der erfindungsgemäßen Befesti gungsschraube 1 hervor, nämlich ihre relativ geringe Eindringtiefe in das Material des Tubus 6 und der demgegenüber relativ große Kerndurchmesser Dk des Gewindes 2, dessen durchgehend zylindrischer Gewindegrund 8 gegenüber der Innenfläche 9 des Tubus 6 nur einen relativ kleinen Freiraum beläßt.From Fig. 1 clearly shows the peculiarity of the fastening screw 1 according to the invention, namely its relatively small depth of penetration into the material of the tube 6 and the relatively large core diameter Dk of the thread 2 , the continuous cylindrical thread base 8 of which relative to the inner surface 9 of the tube 6 only leaves a relatively small free space.
In Fig. 2 ist in vergrößerter Darstellung ein Ausschnitt des Schaftes 3 gemäß Fig. 1 dargestellt. An diesem Ausschnitt sind der Kerndurchmesser Dk, der Außendurchmesser Do und der Axialabstand P sowie die Höhe H der Gewindezähne 10 dargestellt. Außerdem ist in Fig. 2 der Flankenwin kel der Gewindezähne mit 30° angegeben. FIG. 2 shows an enlarged section of the shaft 3 according to FIG. 1. The core diameter Dk, the outer diameter Do and the axial distance P as well as the height H of the thread teeth 10 are shown on this section. In addition, the flank angle of the thread teeth is indicated at 30 ° in FIG. 2.
Aus Fig. 2 ergibt sich, daß bei der vergrößert dargestellten Schraube der Quotient Q1 = Do/Dk bei 1,46 liegt. Der Quotient Q2 = Axialabstand P/Höhe H liegt hier bei dem Wert 2,48.From Fig. 2 it follows that the quotient Q1 = Do / Dk is 1.46 in the screw shown enlarged. The quotient Q2 = axial distance P / height H is 2.48.
In Fig. 3 ist ein Ausschnitt aus einem zweigängigen Gewinde 11 darge stellt, das, abgesehen von der Gangzahl, sonst weitgehend mit dem Gewinde 2 gemäß Fig. 2 übereinstimmt. Der Axialabstand P bei dem Gewinde 11 gemäß Fig. 3 wird hier zwischen den beiden benachbarten Gewindezähnen des einen und des anderen Gewindeganges gemessen. Daraus ergibt sich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 der Quotient Q2 = Axialabstand P/Höhe H mit einem Wert von 2,48.In Fig. 3 is a section of a two-start thread 11 Darge provides that, apart from the number of gears, otherwise largely corresponds to the thread 2 of FIG. 2. The axial spacing P for the thread 11 according to FIG. 3 is measured here between the two adjacent thread teeth of one and the other thread. As in the exemplary embodiment according to FIG. 1, this results in the quotient Q2 = axial distance P / height H with a value of 2.48.
Bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Befestigungsschrauben handelt es sich um solche, die üblicherweise mit einem Außendurchmesser von 1 mm bis 10 mm hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Schraube eignet sich für das Einschrauben nicht nur in die heute üblichen thermoplastischen Kunst stoffe, sondern auch in alle anderen Werkstoffe, die ähnliche Eigenschaften wie thermoplastische Kunststoffe aufweisen.The fastening screws shown in FIGS. 1 and 2 are those which are usually produced with an outside diameter of 1 mm to 10 mm. The screw according to the invention is suitable for screwing in not only in the thermoplastic synthetic materials common today, but also in all other materials that have similar properties to thermoplastic plastics.
Claims (1)
- 1. der Außendurchmesser Do und der Kerndurchmesser Dk des Ge windes bildet einen Quotienten Q1 = Do/Dk in der Größe von 1,25 bis 1,65;
- 2. der Axialabstand P benachbarter Gewindezähne bildet mit der Höhe H der Gewindezähne einen Quotienten Q2 = P/H, der zwischen 2,35 und 2,7 liegt;
- 3. der Scheitelwinkel der Gewindezähne liegt bei etwa 30°.
- 1. the outer diameter Do and the core diameter Dk of the thread forms a quotient Q1 = Do / Dk in the size of 1.25 to 1.65;
- 2. the axial spacing P of adjacent thread teeth forms a quotient Q2 = P / H with the height H of the thread teeth, which is between 2.35 and 2.7;
- 3. the apex angle of the thread teeth is about 30 °.
Priority Applications (16)
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
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Family
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Family Applications (1)
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