DE19800175C2 - Scharnier für klappbare oder schwenkbare Frontplatten - Google Patents

Scharnier für klappbare oder schwenkbare Frontplatten

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Description

Die Erfindung betrifft ein Scharnier für klappbare oder schwenkbare Frontplat­ ten, insbesondere zur Anwendung bei Schränken, Gehäusen und Baugruppenträ­ gern der Elektrotechnik und Elektronik, bestehend aus einem Lagerteil und ei­ nem Drehteil, wobei das Drehteil einen runden Lagerzapfen aufweist, der dreh­ bar und quer zu seiner Drehachse verschiebbar in einem Langloch des Lagerteils sitzt.
In der Industrieelektronik werden die mit den elektronischen Komponenten be­ stückten Leiterkarten in Modulschienen eingeschoben, welche ihrerseits Teil ei­ nes Schrankes, Gehäuses oder Baugruppenträgers darstellen. Die Leiterkarten tragen an ihrer Rückseite Steckverbinder. Nach vorne hin werden die eingebau­ ten Leiterkarten üblicherweise mit Teil- oder Gesamtfrontplatten abgedeckt. So­ fern die Leiterplatten später nicht mehr zugänglich sein müssen, werden diese Frontplatten fest mit den Modulschienen verschraubt. Oft müssen die eingebau­ ten elektronischen Komponenten aber auch zugänglich bleiben, beispielsweise für Wartungs- und Einstellarbeiten.
Mittels eines Scharniers um eine horizontale oder vertikale Drehachse klapp- bzw. schwenkbare Frontplatten sind Stand der Technik. Das Scharnier besteht aus einem feststehenden Teil, welches mit der Modulschiene verbunden ist und das Lager bildet, und einem beweglichen Teil, welches mit der Frontplatte ver­ bunden ist und somit das Drehteil darstellt.
Die bekannten Scharniere für klappbare oder schwenkbare Frontplatten weisen alle eine Drehachse auf, welche in einem unveränderlichen Abstand vor der zu bewegenden Frontplatte liegt. Die relative Lage dieser Drehachse zur Umgebung, also z. B. zur Modulschiene oder Gehäusekante, bestimmt die Kinematik des Scharniers und ist entscheidend für den maximal möglichen Drehwinkel.
In der Einschubtechnik der Elektrotechnik und Elektronik haben zwei Entwick­ lungen in jüngerer Zeit die Konstruktion von Scharnieren für die klappbare bzw. schwenkbare Anbringung von Frontplatten erheblich erschwert. Zum einen sollte aus Gründen der Hochfrequenz-Abschirmung die Frontplatte über die gesamte Höhe des Schrankes, Gehäuses oder Baugruppenträgers reichen und nicht etwa unten gekürzt sein, nur um einen einfachen Bewegungsablauf zu ermöglichen. Zum anderen erfordert der Einsatz von vielpoligen Steckverbindern an den Steckbaugruppen spezielle Ein- und Aushebegriffe, die sich an genormten Vor­ sprüngen der Modulschienen, sogenannten Dächern, abstützen. Beide Forderun­ gen, nämlich ungekürzte Frontplatte und möglicher Dachüberstand der Modul­ schiene, sind mit den bisher bekannten Scharnierkonstruktionen nicht gleichzei­ tig erfüllbar, da es hierfür keinen geeigneten theoretischen Ort für eine Drehach­ se gibt, sofern auch noch ein hinreichend großer Drehwinkel ermöglicht werden soll.
Aus der DE 83 37 091 U1 ist ein teilbares Scharnier zum Anbringen einer Bord­ wand am Rahmen von Lastfahrzeugen bekannt. Dieses besteht aus einem Lager­ teil und einem Drehteil. Das Drehteil weist einen runden Lagerzapfen auf, der drehbar und quer zu seiner Drehachse verschiebbar in einem Langloch des La­ gerteils sitzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Schar­ nier für klappbare oder schwenkbare Frontplatten zu entwickeln, bei dem die Frontplatte die gesamte Höhe des abzudeckenden Schrankes, Gehäuses oder Baugruppenträgers einnimmt, und bei dem weder die Unterkante der Frontplatte noch etwa das Drehteil des Scharniers selbst mit einem feststehenden Teil, wie z. B. der Modulschiene oder einem Überstand, kollidiert. Dabei soll das zu ent­ wickelnde Scharnier nur aus zwei Teilen bestehen und ferner einen möglichst großen Drehwinkel erlauben. Eine zusätzliche Aufgabe besteht darin, daß die scharnierte Frontplatte ohne Einsatz eines Werkzeugs aushängbar sein soll.
Die Lösung der gestellten Aufgabe beruht auf der Erkenntnis, daß sich die ge­ nannten, einander scheinbar widersprechenden Anforderungen mit einem Schar­ nier, das eine feststehende Drehachse hat, nicht erfüllen lassen. Um nämlich eine ungekürzte Frontplatte frei bewegen zu können, müßte die feststehende Dre­ hachse außerhalb der Frontplattenfläche und damit zwangsläufig im Bereich des Daches der Modulschiene liegen.
Gelöst wird das Problem bei einem Scharnier der eingangs genannten Art erfin­ dungsgemäß dadurch, daß das Lagerteil eine Steuerkulisse aufweist, daß das Drehteil einen radial am Lagerzapfen angeordneten Steuernocken hat, und daß der Steuernocken in der Steuerkulisse geführt ist und den Lagerzapfen in Abhän­ gigkeit vom Drehwinkel im Langloch verschiebt. Das erfindungsgemäße Schar­ nier hat damit eine wandernde Drehachse, die in Abhängigkeit vom Öffnungs­ winkel der Frontplatte (Drehwinkel) ihre Lage relativ zur Umgebung verändert. Die Veränderung der relativen Lage der Drehachse wird dadurch erreicht, daß sich der Lagerzapfen während der Drehbewegung hin- und herverschiebt. Ge­ steuert wird diese Verschiebung des Lagerzapfens - und damit die Verlagerung der Drehachse - durch die Steuerkulisse des Lagerteils im Zusammenwirken mit dem Steuernocken am Drehteil.
Aufgrund seiner wandernden Drehachse ermöglicht es das erfindungsgemäß ausgebildete Scharnier, eine Frontplatte ungekürzter Höhe über einen sehr wei­ ten Bereich zu klappen bzw. zu schwenken, ohne daß es eine Kollision der dreh­ baren Teile mit den feststehenden Teilen der Umgebung gibt. Insbesondere kann bei einem Schrank, Gehäuse oder Baugruppenträger für die Industrieelektronik die (genormte) Modulschiene an ihrem vorderen Ende einen beliebigen Über­ stand (Dach) aufweisen, ohne daß die Unterkante der scharnierten Frontplatte damit kollidiert.
Bevorzugt umfaßt die Steuerkulisse des Lagerteils eine Kurvenbahn, auf welcher der Steuernocken gleitet. Die Kontur dieser Kurvenbahn bestimmt die Ortskurve der Drehachse und die Bewegungsbahn der unteren Kante der scharnierten Frontplatte.
Die Steuerkulisse kann eine Anlageschulter für den Steuernocken umfassen, wel­ che die Ruhelage des Drehteils bestimmt.
Der Steuernocken des Drehteils hat zweckmäßigerweise die Form eines Kreisseg­ ments. Dadurch wird ein sanftes Auflaufen des Steuernockens in der Steuerkulis­ se bzw. dessen Kurvenbahn erzielt.
Um das Scharnier möglichst klein und kompakt zu halten, weist in bevorzugter Ausführung das Lagerteil ein Lagergehäuse auf, in welchem das Langloch ausge­ bildet ist, und welches ferner die Steuerkulisse aufnimmt. Dabei ist die Steuerku­ lisse und das Langloch in axialer Richtung hintereinander angeordnet, wobei der Lagerzapfen des Drehteils durch die Steuerkulisse hindurch in das Langloch ragt, während der Steuernocken in die vorgelagerte Steuerkulisse eingreift.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung trägt der Lagerzapfen an seinem freien Ende einen radial nach außen abstehenden Sperriegel, der bei einem be­ stimmten Drehwinkel durch das Langloch hindurchpaßt. Hierdurch wird das Drehteil bzw. die daran befestigte Frontplatte aushängbar, und zwar ohne jedes Werkzeug einfach durch seitliches Verschieben der Frontplatte - ähnlich einer normalen Zimmertür - in einer definierten, durch die Form des Sperriegels und des Langlochs vorgegebenen Position. Ein ungewolltes Aushängen ist nicht mög­ lich, denn über nahezu den gesamten Schwenkbereich ist das Drehteil durch den Sperriegel, der hinter das Langloch greift - ähnlich einem Schlüsselbart in einem Schloß - verriegelt. Die Aushängposition, bei welcher der Sperriegel durch das Langloch hindurchgezogen werden kann, muß gezielt gesucht werden, wodurch ein unbeabsichtigtes Aushängen und Abfallen der Frontplatte ausgeschlossen ist.
Damit sich der Sperriegel frei drehen kann, ist zweckmäßigerweise im Lagerge­ häuse anschließend an das Langloch ein Drehraum ausgebildet. Die gesamte Konstruktion für die Aushängesperre erfordert somit lediglich eine geringfügige Verlängerung des Lagergehäuses um die Breite des Sperriegels. Trotz dieser Zu­ satzfunktion bleibt das Scharnier äußerst kompakt.
Optimal ist eine ungefähr zylindrische Ausbildung des Lagergehäuses, wobei das Drehteil einen entsprechend ausgebildeten Flansch aufweist, welcher die Stirnseite des Lagergehäuses beweglich abdeckt.
Der einfachen Befestigung des Lagerteils und des Drehteils dient jeweils ein Befe­ stigungsloch zur Aufnahme einer Schraube, vorzugsweise einer Senkkopfschrau­ be.
Aufgrund seiner äußerst kompakten Konstruktion ist das erfindungsgemäß aus­ gebildete Scharnier prädestiniert für die Herstellung aus Druckguß oder, bei et­ was geringeren Anforderungen an die Festigkeit, aus spritzgegossenem Kunst­ stoff.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 Lagerteil und Drehteil eines Scharniers, in einer perspektivi­ schen Ansicht von vorne;
Fig. 2 Lagerteil und Drehteil des Scharniers von Fig. 1, in einer perspektivischen Ansicht von hinten;
Fig. 3 das Scharnier der Fig. 1 und 2 in einer Anwendung bei einem Baugruppenträger mit klappbarer Frontplatte, in ei­ nem vereinfachten Prinzipbild;
Fig. 4 den Bewegungsablauf beim Aufklappen der Frontplatte, schematisch;
Fig. 5-10 die Bewegung des Lagerzapfens und des Steuernockens während des Aufklappens der Frontplatte, bei ausgewählten Öffnungswinkeln von 0°, 40°, 90°, 135°, 180° und 210°;
Fig. 11-14 die Bewegung des Lagerzapfens und des Steuernockens während des Zuklappens der Frontplatte, bei ausgewählten Öffnungswinkeln von 155°, 90°, 35° und 0°;
Fig. 15-17 die Lage des Sperriegels bei ausgewählten Öffnungswinkeln von 0°, 135° und 210°.
Gemäß den Fig. 1 und 2 besteht das Scharnier aus einem Lagerteil (1) und ei­ nem Drehteil (2). Beide Teile sind einstückig aus Aluminium-Druckguß herge­ stellt.
Das Lagerteil (1) hat einen Sockel (3) und ein ungefähr zylindrisch ausgebildetes Lagergehäuse (4). Ein Befestigungsloch (5) dient zur Befestigung an einem Schrank, Gehäuse oder Baugruppenträger. In dem Lagergehäuse (4) ist eine zur Stirnseite hin offene Steuerkulisse (6) ausgebildet (vgl. Fig. 2). Diese Steuer­ kulisse (6) umfaßt eine Kurvenbahn (7) und eine Anlageschulter (8). In axialer Richtung anschließend an die Steuerkulisse (6) ist innerhalb des Lagerge­ häuses (4) ein Langloch (9) ausgebildet, welches das eigentliche Drehlager bildet. Hinter dem Langloch (9) befindet sich ein Drehraum (10).
Das Drehteil (2) weist einen ungefähr halbkreisförmigen Flansch (11) auf, wel­ cher bei montiertem Scharnier die Stirnseite des Lagergehäuses (4) des Lager­ teils (1) abdeckt. Ein Befestigungsloch (12) dient der Montage mittels einer Senk­ kopfschraube. Anschließend an den Flansch (11) erstreckt sich in axialer Rich­ tung ein runder Lagerzapfen (13). Am Schaft des Lagerzapfens (13) ist radial ein Steuernocken (14) angeordnet, welcher die Form eines Kreissegments hat. An sei­ nem freien Ende trägt der Lagerzapfen (13) einen radial nach außen abstehenden Sperriegel (15), dessen Kontur mit dem Langloch (9) im Lagerteil (1) korrespon­ diert.
Fig. 3 verdeutlicht das konstruktive Prinzip des Scharniers anhand eines An­ wendungsfalles. Das Lagerteil (1) sitzt auf der Frontseite einer genormten Modulschiene (16) eines Baugruppenträgers der Industrieelektronik. Man er­ kennt, daß der Querschnitt des Lagerteils (1) so auf den Querschnitt der Modul­ schiene (16) abgestimmt ist, daß diese eine überstehende Lippe, ein sogenanntes Dach (17), von beliebiger Länge aufweisen kann. Dieses Dach (17) dient der Ab­ deckung der Unterkante einer ungekürzten Frontplatte (18), die mittels des Scharniers klappbar an der Modulschiene (16) befestigt werden soll. Hierzu wird das Drehteil (2) auf die Vorderseite der Frontplatte (18) montiert und später in das Lagerteil (1) eingeführt. Die Höhe des Sockels (3) entspricht ungefähr der Dicke der zu montierenden Frontplatte (18).
In Funktion, wie in Fig. 4 dargestellt, sitzt der runde Lagerzapfen (13) des Drehteils (2) drehbar und quer zu seiner Drehachse verschiebbar in dem Lang­ loch (9) des Lagerteils (1). Man erkennt, daß die durch die Mittelachse des Lager­ zapfens (13) definierte Drehachse des Scharniers nicht ortsfest ist, sondern in Ab­ hängigkeit vom Drehwinkel auf einer kurzen Gerade um ein Maß hin- und her­ wandert, welches der Längsausdehnung des Langlochs (9) entspricht. Mit (19) ist die Bewegungsbahn der innenliegenden Unterkante der klappbaren Front­ platte (18) bezeichnet. Es sind drei ausgewählte Lagen der Frontplatte (18) darge­ stellt, entsprechend Öffnungswinkeln von 0° (Ruheposition), 45° und 90°. Die kritische Bewegungsbahn (19) liegt außerhalb des Querschnitts der Modul­ schiene (16). Dies ist möglich, weil in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel der Lagerzapfen (13) im Langloch (9) verschoben wird. Man erkennt ferner, daß das Drehteil (2) nicht mit dem Dach (17) der Modulschiene (16) in Berührung kommt.
Die zwangsgesteuerte Verlagerung der Drehachse erfolgt im Zusammenspiel zwischen Steuernocken (14) des Drehteils (2) und Steuerkulisse (6) des Lager­ teils (1). Je nach Drehwinkel drückt der Steuernocken (14) den Lagerzapfen (13) im Langloch (9) nach vorne oder nach hinten.
Die Fig. 5 bis 10 verdeutlichen den Bewegungsablauf beim Öffnen der Frontplatte (18).
In Fig. 5 befindet sich die Frontplatte (18) in ihrer Ruhelage. Der Öffnungs- bzw. Drehwinkel gegenüber der Vertikalen beträgt also 0°. Der Steuernocken (14) schlägt an der Anlageschulter (8) der Kurvenbahn (7) der Steuerkulisse (6) an. Der Lagerzapfen (13) wird dabei in seine hintere Position innerhalb des Lang­ lochs (9) gedrückt.
Fig. 6 zeigt die 40°-Position der Frontplatte (18). Unmittelbar nach dem Heraus­ drehen aus der Ruheposition von Fig. 5 wird der Lagerzapfen (13) durch den Steuernocken (14) in seine vordere Position im Langloch (9) gedrückt. Hierdurch wird ein Eintauchen der unteren Kante der Frontplatte (18) in den Querschnitt der Modulschiene (16) vermieden.
In Fig. 7 steht die Frontplatte horizontal; dies entspricht einem Öffnungswinkel von 90°. Der Lagerzapfen (13) sitzt nach wie vor in seiner vorderen Position.
Bei einem Öffnungswinkel von 135°, wie in Fig. 8 dargestellt, sitzt der Lager­ zapfen (13) immer noch in der vorderen Position. Nach dem sanften Auflaufen des Steuernockens (14) auf die Kurvenbahn (7) der Steuerkulisse (6) wird der Lagerzapfen (13) nun aber in die hintere Position gedrückt.
Fig. 9 zeigt den Lagerzapfen (13) in seiner hinteren Position bei einem Öff­ nungswinkel von 180°. Soweit läßt sich die Frontplatte (18) allerdings nur Her­ ausklappen, wenn die Modulschiene (16) ein kurzes Dach (17) aufweist. Ist die Modulschiene (16) dagegen mit einem langen Dach (17') - wie in der Zeichnung angedeutet - versehen, begrenzt dieses den Öffnungswinkel auf deutlich unter 180°.
In Fig. 10 hat die Frontplatte (18) ihre mögliche Endposition, entsprechend ei­ nem Öffnungswinkel von 210°, erreicht. Dieser maximale Öffnungswinkel wird durch die Länge des kurzen Daches (17) vorgegeben. Der Lagerzapfen (13) sitzt unverändert in der hinteren Position im Langloch (9).
Fig. 11 zeigt den Beginn der Schließbewegung der Frontplatte (18). Bis zu der hier dargestellten Position, welcher einem Öffnungswinkel von 155° entspricht, sind die Bewegungsabläufe innerhalb des Scharniers identisch denjenigen beim Öffnen. Aber gleich wird der Lagerzapfen (13) durch den Steuernocken (14) in seine vordere Position im Langloch (9) gedrückt werden.
In Fig. 12 befindet sich der Lagerzapfen (13) wieder in der vorderen Position. Die Frontplatte (18) steht horizontal.
Bei einem Öffnungswinkel von 35°, wie in Fig. 13 dargestellt, sitzt der Lagerzapfen (13) gerade noch in der vorderen Position, beginnt aber nun, diese zu verlassen. Bewirkt wird dies durch das Auflaufen des Steuernockens (14) auf die Anlageschulter (8) in der Steuerkulisse (6).
Wird die Frontplatte (18) weiter zugeklappt, so wird der Lagerzapfen (13) durch den Steuernocken (14) in seine hintere Position gezogen. Fig. 14 zeigt die Rück­ kehr zur Ruhelage der Frontplatte (18).
Obwohl hier stets nur ein einziges Scharnier, bestehend aus Lagerteil (1) und Drehteil (2), dargestellt und beschrieben ist, ist klar, daß zur klappbaren Montage einer Frontplatte (18) mindestens zwei solcher Scharniere benötigt werden. Die Aushängbarkeit wird prinzipiell dadurch erreicht, daß es nur linke oder nur rechte Scharniere gibt; d. h., ähnlich einer normalen Zimmertüre ist ein Aushän­ gen durch ein Verschieben der Frontplatte (18) zur Seite, bis der Lagerzapfen (13) nicht mehr im Eingriff ist, möglich. Dabei verhindert der am Lagerzapfen (13) an­ geordnete Sperriegel (15) ein unbeabsichtigtes Herausrutschen des Drehteils (2) aus dem Lagerteil (1).
Die Wirkungsweise der Aushängesperre ergibt sich aus den weiteren Fig. 15, 16 und 17, welche die Bewegung des Sperriegels (15) in seinem freien Drehraum (10) hinter dem Langloch (9) bei drei ausgewählten Öffnungswinkeln zeigen. Nur bei der in Fig. 16 dargestellten Position, entsprechend einem Öff­ nungswinkel von 135°, sitzt der Sperriegel (15) deckungsgleich zum Langloch (9). In dieser Position ist also ein Aushängen oder Einhängen der Frontplatte (18) möglich. Bei allen anderen Drehwinkeln, wie z. B. 0° (Fig. 15) oder 210° (Fig. 17), verhindert die Hintergreifung des Sperriegels (15) ein unbeabsichtigtes Aus­ hängen. Die Aushängeposition von 135° (Fig. 16) muß also ganz gezielt gesucht und gefunden werden, bevor das Drehteil (2) mit der daran montierten Frontplatte (18) seitlich aus dem Lagerteil (1) herausgezogen werden kann.
Bezugszeichenliste
1
Lagerteil
2
Drehteil
3
Sockel (von
1
)
4
Lagergehäuse
5
Befestigungsloch
6
Steuerkulisse
7
Kurvenbahn (von
6
)
8
Anlageschulter (von
6
)
9
Langloch
10
Drehraum
11
Flansch (von
2
)
12
Befestigungsloch
13
Lagerzapfen
14
Steuernocken
15
Sperriegel
16
Modulschiene
17
,
17
'Dach (an
16
)
18
Frontplatte
19
Bewegungsbahn (von
18
)

Claims (11)

1. Scharnier für klappbare oder schwenkbare Frontplatten, insbesondere zur An­ wendung bei Schränken, Gehäusen und Baugruppenträgern der Elektrotechnik und Elektronik, bestehend aus einem Lagerteil und einem Drehteil, wobei das Drehteil einen runden Lagerzapfen aufweist, der drehbar und quer zu seiner Drehachse verschiebbar in einem Langloch des Lagerteils sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß
  • 1. das Lagerteil (1) eine Steuerkulisse (6) aufweist;
  • 2. das Drehteil (2) einen radial am Lagerzapfen (13) angeordneten Steuer­ nocken (14) aufweist;
  • 3. der Steuernocken (14) in der Steuerkulisse (6) geführt ist und den Lager­ zapfen (13) in Abhängigkeit vom Drehwinkel im Langloch (9) verschiebt.
2. Scharnier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkulisse (6) des Lagerteils (1) eine Kurvenbahn (7) umfaßt, auf welcher der Steuernocken (14) gleitet.
3. Scharnier nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkulisse (6) eine Anlageschulter (8) für den Steuernocken (14) umfaßt, wel­ che die Ruhelage des Drehteils (2) bestimmt.
4. Scharnier nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuernocken (14) die Form eines Kreissegments hat.
5. Scharnier nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerteil (1) ein Lagergehäuse (4) aufweist, in welchem das Langloch (9) und die Steuerkulisse (6) ausgebildet sind.
6. Scharnier nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkulisse (6) und das Langloch (9) in axialer Richtung hintereinander ange­ ordnet sind und der Lagerzapfen (13) durch die Steuerkulisse (6) hindurchragt.
7. Scharnier nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerzapfen (13) an seinem freien Ende einen radial nach außen abste­ henden Sperriegel (15) trägt, der bei einem bestimmten Drehwinkel durch das Langloch (9) hindurchpaßt.
8. Scharnier nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Lagergehäuse (4) anschließend an das Langloch (9) ein Drehraum (10) für den Sperriegel (15) ausgebildet ist.
9. Scharnier nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagergehäuse (4) ungefähr zylindrisch ausgebildet ist und das Drehteil (2) einen Flansch (11) aufweist, welcher die Stirnseite des Lager­ gehäuses (4) abdeckt.
10. Scharnier nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Lagerteil (1) und das Drehteil (2) jeweils ein Befestigungsloch (5) bzw. (12) aufweisen.
11. Scharnier nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß das Lagerteil (1) und das Drehteil (2) jeweils einstückig aus Druckguß oder spritzgegossenem Kunststoff hergestellt sind.
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