DE19963653B4 - Ball synchronous fixed joint with multipart joint outer part - Google Patents
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Abstract
Kugelgleichlauffestgelenk
(11), umfassend
– ein
Gelenkaußenteil
(12) mit einer ersten Achse A1, das – glockenförmig – einen Gelenkboden (14) in
einer ersten axialen Richtung gelegen und eine Gelenköffnung (26)
in einer zweiten axialen Richtung bezüglich dieser ersten Achse A1
gelegen aufweist,
– ein
Gelenkinnenteil (23) mit einer zweiten Achse A2, das innerhalb des
Gelenkaußenteils
(12) liegt und sich bezüglich
dieser zweiten Achse A2 in der ersten axialen Richtung am Gelenkaußenteil
(12) abstützt
und mit einer in die zweite axiale Richtung weisenden Welle verbunden
ist,
– jeweils
in Ebenen durch die erste Achse und zweite Achse mit gekrümmten Mittellinien
verlaufende erste Kugelbahnen (15) im Gelenkaußenteil (12) und zweite Kugelbahnen
im Gelenkinnenteil (23),
– Kugeln
(16), die in Paaren von einander zugeordneten ersten Kugelbahnen
(15) und zweiten Kugelbahnen (25) laufen, welche Paare sich zur
Gelenköffnung
(26) hin erweitern,
– einen
Käfig (17),
der umfangsverteilte Käfigfenster
(18) zur...Ball-locked fixed joint (11) comprising
- An outer joint part (12) having a first axis A1, which - bell-shaped - a joint bottom (14) located in a first axial direction and a hinge opening (26) located in a second axial direction with respect to this first axis A1
- An inner joint part (23) having a second axis A2, which is within the outer joint part (12) and with respect to this second axis A2 in the first axial direction on the outer joint part (12) and is connected to a shaft pointing in the second axial direction .
In each case in planes through the first axis and second axis with curved center lines extending first ball tracks (15) in the outer joint part (12) and second ball tracks in the inner joint part (23),
Balls (16) running in pairs of associated first ball tracks (15) and second ball tracks (25), which pairs extend towards the hinge opening (26),
- A cage (17), the circumferentially distributed cage window (18) for ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Kugelgleichlauffestgelenk umfassend ein Gelenkaußenteil mit einer ersten Achse, das – glockenförmig – einen Gelenkboden in einer ersten axialen Richtung gelegen und eine Gelenköffnung in einer zweiten axialen Richtung gelegen bezüglich dieser ersten Achse aufweist, ein Gelenkinnenteil mit einer zweiten Achse, das innerhalb des Gelenkaußenteils liegt und sich bezüglich dieser zweiten Achse in der ersten axialen Richtung orientiert am Gelenkaußenteil abstützt und mit einer in die zweite axiale Richtung weisenden Welle verbunden ist, jeweils in Ebenen durch die erste Achse und die zweite Achse mit gekrümmten Mittellinien verlaufende erste Kugelbahnen im Gelenkaußenteil und zweite Kugelbahnen im Gelenkinnenteil, Kugeln, die in Paaren von einander zugeordneten ersten Kugelbahnen und zweiten Kugelbahnen laufen, welche Paare sich zur Gelenköffnung hin erweitern, einen Käfig, der umfangsverteilte Käfigfenster zur Aufnahme von Kugeln aufweist und diese jeweils in der Winkelhalbierenden Ebene zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse hält. Festgelenke dieser Art sind im weiteren Sinne als Rzeppa-Festgelenke (RF-Gelenke) bekannt. Sie schließen im Sinne der vorliegenden Erfindung speziell Kreisbahn oder angular-contact-Gelenke (AC-Gelenke) und Hinterschnittfrei Bahn bzw. undercutfree-Gelenke (UF-Gelenke) ein. Diese Gelenke erfüllen jeweils die allgemeine Gesetzmäßigkeit von Kugelgleich-laufgelenken, nach denen die gekrümmten Mittellinien der ersten Kugelbahnen und der zweiten Kugelbahnen symmetrisch zueinander verlaufen, wobei als Symmetriebene die Ebene der Kugelmittelpunkte bzw. die winkelhalbierende Ebene zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse in Erscheinung tritt. Gelenke dieser Art haben die Eigenheit, daß sich unter Drehmoment resultierende Axialkräfte zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil aufbauen, die das Gelenkinnenteil ins Innere des Gelenkaußenteils drängen. Diese Kräfte müssen vom Kugelkäfig aufgefangen werden, der dadurch sehr hoch belastet ist.The The invention relates to a ball tracking fixed joint comprising an outer joint part with a first axis, the - bell-shaped - a Joint bottom located in a first axial direction and a joint opening in having a second axial direction with respect to this first axis, an inner joint part with a second axis, which is within the outer joint part lies and with respect to this second axis in the first axial direction oriented at the outer joint part supported and connected to a shaft pointing in the second axial direction is, in planes through the first axis and the second axis respectively with curved Center lines extending first ball tracks in the outer joint part and second ball tracks in the inner joint part, balls in pairs of mutually associated first ball tracks and second ball tracks run, which pairs expand to the joint opening, a cage, the circumferentially distributed cage windows for receiving balls and these each in the bisector Plane between the first axis and the second axis stops. fixed joints of this kind are in the broader sense as Rzeppa-fixed joints (RF-joints) known. They close in the context of the present invention specifically circular path or angular-contact joints (AC joints) and undercut free or undercutfree joints (UF joints). These joints each meet the general legality of ball-and-cage joints, after which the curved centerlines the first ball tracks and the second ball tracks symmetrical to each other run, where as Symmetriebene the level of the ball centers or the bisector plane between the first axis and the second axis appears. Joints of this kind have the Peculiarity that yourself under torque resulting axial forces between outer joint part and inner joint part build, the inner joint part inside of the outer joint part. These personnel have to from the ball cage be caught, which is burdened by very high.
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In allen Fällen erfolgt die Gelenkmontage vollständig von der Öffnungsseite des Gelenkaußenteils her, durch die Käfig, Kugeln und Gelenkinnenteil eingeführt werden.In all cases the joint assembly is complete from the opening side of the outer joint part through the cage, Balls and inner joint part are introduced.
Aus
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kugelgleichlauffestgelenke der genannten Art kostengünstig herzustellen und mit verbesserten Eigenschaften auszustatten. Die Lösung hierfür liegt in Kugelgleichlaufgelenken der eingangs genannten Art mit den Merkmalen
- – der Kugelkäfig ist im Gelenkaußenteil axial zur ersten Achse formschlüssig fixiert,
- – das Gelenkinnenteil ist zur Montage in der zweiten axialen Richtung in den Kugelkäfig einschiebbar und unmittelbar gegenüber dem Kugelkäfig axial zur zweiten Achse zumindest über einen Teilbereich frei verschieblich geformt,
- – das Gelenkinnenteil stützt sich nach erfolgter Montage am Gelenkaußenteil in der zweiten axialen Richtung mittelbar über die Kugeln und den Käfig ab,
- – das Gelenkaußenteil umfaßt einen die Kugelbahnen formenden Ringkörper und einen davon separat hergestellten Gelenkboden,
- – das Gelenkinnenteil ist durch eine Öffnung im Ringkörper für den Gelenkboden in das Gelenkaußenteil einsetzbar,
- – der Gelenkboden ist bei zunächst zur Montage gegebener axialer Verstellbarkeit im Ringkörper nach erfolgter Montage gegen Verschiebung in der ersten axialen Richtung festgesetzt.
- The ball cage is fixed positively in the outer joint part axially to the first axis,
- - The inner joint part is inserted for mounting in the second axial direction in the ball cage and directly against the ball cage axially to the second axis at least over a partial area freely displaceable,
- The inner joint part rests indirectly after the assembly on the outer joint part in the second axial direction indirectly over the balls and the cage,
- The outer joint part comprises a ring body forming the ball raceways and a joint base produced separately therefrom,
- The inner joint part can be inserted into the outer joint part through an opening in the annular body for the joint bottom,
- - The joint bottom is set at initial assembly for given axial adjustability in the ring body after installation against displacement in the first axial direction.
Mit dieser konstruktiven Lösung ist ein Verfahren zur Montage eines Gelenks mit den vorgehaltenen Merkmalen mit den folgenden Montageschritten verbunden
- – der Kugelkäfig wird von der Öffnungsseite des Gelenkaußenteils in den Ringkörper eingesetzt,
- – die Kugeln werden vom Inneren des Kugelkäfigs aus in die Käfigfenster eingeführt,
- – das Gelenkinnenteil wird durch die für den Gelenkboden vorgesehene Öffnung im Ringkörper in den Ringkörper eingeführt,
- – der Gelenkboden wird in den Ringkörper eingesetzt, wobei er mit dem Gelenkinnenteil und dieses über die Kugeln und den Kugelkäfig mit dem Gelenkaußenteil in Anlage gebracht wird, der Gelenkboden wird im Ringkörper festgelegt.
- The ball cage is inserted from the opening side of the outer joint part into the annular body,
- The balls are inserted into the cage windows from the inside of the ball cage,
- - The inner joint part is inserted through the provided for the joint bottom opening in the annular body in the annular body,
- - The joint bottom is inserted into the annular body, wherein it is brought into contact with the inner joint part and this on the balls and the ball cage with the outer joint part, the joint bottom is fixed in the annular body.
Nach einer Variante dieses Verfahrens wird
- – nach dem Erreichen der genannten Anlage der Gelenkboden zunächst um einen definierten Betrag axial zurückgezogen und dann im Ringkörper festgesetzt,
- - After reaching the said plant, the joint bottom is first pulled back axially by a defined amount and then fixed in the ring body,
Charakteristisch ist hierbei, daß das Gelenkaußenteil aus zwei separaten Bauteilen, nämlich dem die ersten Kugelbahnen bildenen Ringkörper und dem Gelenkboden gefügt ist, wobei jedes für sich mit geringerem Umformgrad darstellbar ist, als ein einstückiges glockenförmiges Gelenkaußenteil. Infolge dieser Bauweise kann eine Montage durchgeführt werden, bei der das Gelenkinnenteil in koaxialer Ausrichtung zum Gelenkaußenteil durch die für den Gelenkboden vorgesehene Öffnung im Ringkörper eingeführt wird. Hieraus ergibt sich eine axiale Abstützung zwischen Gelenkinnenteil und Gelenkboden nach innen, die mit einer relativen axialen Abstützung zwischen Gelenkinnenteil, Kugeln, Kugelkäfig und Ge lenkaußenteil nach außen einhergeht. Innerhalb dieser genannten Abstützung kann auch ein definiertes Spiel vorgesehen sein. Der Kugelkäfig wird hierbei stark entlastet, insbesondere wird er frei von Zugkräften gehalten.Characteristic Here is that the Outer race from two separate components, namely the the first ball tracks form ring bodies and the joint floor is joined, each one for can be represented with a lower degree of deformation, as a one-piece bell-shaped outer joint part. As a result of this construction, an assembly can be carried out in which the inner joint part in coaxial alignment with the outer joint part through the for the joint bottom provided opening in the ring body introduced becomes. This results in an axial support between the inner joint part and joint bottom inward, with a relative axial support between Inner joint, balls, ball cage and Ge outer steering part outward accompanied. Within this support can also be a defined Game be provided. The ball cage is greatly relieved, in particular, it is kept free from tensile forces.
Nach einer günstigen Ausführung kann während der Montage zunächst eine radiale Verstellbarkeit des Gelenkbodens gegenüber dem Gelenkinnenteil vorgesehen sein, wobei sich der Gelenkboden auf dem Gelenkinnenteil zentrieren kann und danach die Festsetzung des Gelenkbodens gegenüber dem Ringkörper erfolgt, insbesondere durch Verschweißen der beiden Teile.To a cheap one execution can while the assembly first a radial adjustability of the joint bottom relative to the Be provided inner joint part, wherein the joint floor on centering the inner joint part and then fixing the Joint floor opposite the ring body takes place, in particular by welding the two parts.
In abweichender Ausgestaltung kann der Gelenkboden in dem Ringkörper des Gelenkaußenteils zentriert sein. Hierfür können beispielsweise am Gelenkboden und am Ringkörper ineinander greifende Wellenverzahnungen vorgesehen sein, die ineinander gesetzt werden, wobei eine axiale Fixierung beispielsweise durch eine Umbördelung am Ringkörper erfolgt. Es ist auch möglich, gehärtete Wellenverzahnung an einem der beiden Teile in das zuvor unbearbeitete Gegenstück einzupressen und danach die axiale Sicherung vorzunehmen.In deviating embodiment, the joint bottom in the annular body of the Outer race be centered. Therefor can For example, at the joint bottom and the ring body intermeshing splines be provided, which are placed in one another, with an axial Fixation is done for example by a flanging on the ring body. It is also possible, hardened Shaft toothing on one of the two parts in the previously unprocessed counterpart press in and then make the axial securing.
Weitere Ausgestaltungsformen gehen dahin, daß das Gelenkinnenteil eine Endkappe umfaßt, die eine Anlagefläche bildet und sich unmittelbar an einer Abstützfläche des Gelenkbodens abstützt oder daß der Gelenkboden eine Stützscheibe umfaßt, der eine Abstützfläche bildet, an der sich das Gelenkinnenteil mit einer Anlagefläche abstützt. Sofern Endkappe oder Stützscheibe radial verschiebbar sind, ist eine Möglichkeit zur Zentrierung der sich abstützenden Flächen aufeinander gegeben.Further Embodiments go to the fact that the inner joint part a Includes end cap, the one contact surface forms and is supported directly on a support surface of the joint floor or that the Joint bottom a support disc comprises which forms a support surface, at which the inner joint part is supported with a contact surface. Provided End cap or support disc are radially displaceable, is a way to center the supporting surfaces to each other given.
Der Kugelkäfig kann eine durchgehend innenzylindrische Innenfläche haben, da diese Innenfläche keine axiale Abstützfunktion übernimmt. Dies erleichtert die Herstellung. Alternativ kann der Käfig eine teilweise innenzylindrische Innenfläche haben, die von der Mitte ausgehend in Richtung zur Gelenköffnung in Sinne einer Wandverstärkung des Käfigs nach innen eingezogen ist.Of the ball cage can have a continuous inner cylindrical inner surface, since this inner surface no axial support function takes over. This facilitates the production. Alternatively, the cage can be a partly have inner cylindrical inner surface, that of the middle starting in the direction of the joint opening in the sense of a wall reinforcement of the cage inside retracted.
Zwischen Gelenkinnenteil und Gelenkboden bzw. den ensprechenden Zwischen- oder Einsatzkörpern kann zum Spielausgleich ein Federelement vorgesehen sein. Die gleiche Funktion kann durch eine höhere Elastizität der genannten Endkappe bzw. der genannten Stützscheibe bewirkt werden.Between Inner joint part and joint bottom or the corresponding intermediate or insert bodies can be provided for clearance compensation, a spring element. The same Function can by a higher elasticity said end cap or said support disk are effected.
Durch die vorgegebene Montageart kann das Gelenkinnenteil nahtlos einstückig mit der anschließenden Welle ausgeführt werden, da aufgrund der Axialmontage Beugebewegungen, die durch die Welle behindert werden könnten, während der Montage entfallen. Die Teilezahl kann hierdurch reduziert werden. Das Gelenkinnenteil kann durch Anstauchen der Welle gebildet werden.By the given type of mounting can seamlessly integrally with the inner joint part the subsequent Wave executed be due to the axial mounting Beugebewegungen by the wave could be obstructed, while the assembly omitted. The number of parts can be reduced thereby. The inner joint part can be formed by upsetting the shaft.
In ähnlicher Weise kann der Gelenkboden einstückig mit einem angeformten Wellenzapfen ausgeführt werden. Dieser Zapfen kann als Vollzapfen oder als Hohlzapfen ausgebildet werden.In similar Way, the joint floor in one piece be carried out with a molded shaft journal. This pin can be designed as a solid or as a hollow pin.
Das erfindungsgemäße Gelenk zeichnet sich durch folgende Vorteiqle aus.The joint according to the invention is characterized by the following advantages.
Das Gelenk weist eine axial bestimmte Verbauung auf, mit der Spiele und Toleranzen bei der Montage ausgeglichen werden können, d.h. sie sind am fertig montierten Gelenk eliminiert. Hierdurch kann gegebenenfalls eine Hartbearbeitung der Kugelbahn vollständig entfallen und gleichzeitig auf ein Klassieren von Gelenkbauteilen zur Reduzierung der Spiele verzichtet werden.The Joint has an axially determined obstruction, with the games and tolerances in the assembly can be compensated, i. they are eliminated at the ready assembled joint. This can optionally a hard machining of the ball track completely eliminated and at the same time to classify joint components for reduction the games are dispensed with.
Die Käfigfenster können in Umfangsrichtung können sehr kurz ausgeführt werden, da eine Überlänge zur Montage der Kugeln, wie sie beim überbeugen des Gelenks notwendig ist, nicht erforderlich wird. Die Festigkeit des Käfigs wird somit gesteigert.The cage window can in the circumferential direction can very short be, as an excess length to Mounting the balls, as they are necessary when bending over the joint is not required. The strength of the cage will thus increased.
Eine Anpassung an unterschiedliche Einbaubedingungen des Gelenks kann durch Austausch durch Gelenkbodens mit angeformten Wellenzapfen bei Beibehaltung der übrigen Gelenkkomponenten in unveränderten Form erfolgen. Hierdurch reduziert sich die Teilevielfalt innerhalb eines Gesamtprogrammes.A Adaptation to different installation conditions of the joint can by replacement by joint floor with molded shaft journal at Retention of the rest Joint components in unchanged Form done. This reduces the variety of parts within of a complete program.
Durch die separate Herstellung von Ringkörper und Gelenkboden mit angeformtem Wellenzapfen können neue Fertigungsverfahren in der Fertigung des Gelenkaußenteils am Ringkörper eingesetzt werden, wie Blechumformung eines geschweißten Ringkörpers, Blechumformung eines nahtlosen Rohrkörpers, spanende Bearbeitung aus einem ringförmigen Rohteil und anderes.Due to the separate production of annular body and joint bottom with molded shaft journal new manufacturing processes in the production of the outer joint part on the ring body can be Such as sheet metal forming a welded ring body, sheet metal forming a seamless tubular body, machining from a ring-shaped blank and other.
Durch die separate Herstellung von Ringkörper und Gelenkboden mit angeformtem Wellenzapfen können für diese Komponenten unterschiedliche, der jeweiligen Beanspruchung angepaßte Werkstoffe und Wärmebehandlungsverfahren vorgesehen werden, z.B. Verwendung eines einsatzgehärteten Ringkörpers in Verbindung mit einem induktivgehärteten Wellenzapfen oder einem aus vergütetem Material bestehenden Wellenzapfen.By the separate production of ring body and joint bottom with molded Shaft cones can for this Components different materials adapted to the respective stress and Heat treatment method be provided, e.g. Use of a case-hardened ring body in Connection with an inductively hardened shaft journal or one of remunerated ones Material existing shaft journal.
Die Länge des Kugelkäfigs von der Mitte aus betrachtet zum Gelenkboden hin kann erheblich reduziert werden, da das Gelenkinnenteil axial abstützungsfrei gegenüber dem Kugelkäfig ist.The Length of the ball cage viewed from the middle towards the joint floor can be considerable be reduced because the inner joint part axially free of support across from the ball cage is.
Eine mechanische Hartbearbeitung der Käfiginnenfläche kann entfallen, da das Gelenkinnenteil gegenüber dem Kugelkäfig axial verschieblich gestaltet ist und die genannte Käfiginnenfläche somit lastfrei ist.A mechanical hard machining of the cage inner surface can be omitted since the Inner joint opposite the ball cage is designed axially displaceable and said cage inner surface thus load-free is.
Gegebenenfalls kann auf eine Härtung der genannten zum Gelenkboden hingelegenen Hälfte des Kugelkäfigs ganz verzichtet werden oder es kann gegebenenfalls der Kugelkäfig in seiner Käfigquerschnittsfläche erheblich schwächer ausgelegt werden, da eine günstigere Käfigbeanspruchung, insbesondere ein Wegfall der Zugbeanspruchung in den Käfigstegen vorliegt.Possibly can work on a cure said half of the ball cage lying to the joint bottom completely be omitted or it may be the ball cage in his Cage cross section area considerably weaker be designed as a cheaper Cage strain, in particular a loss of tensile stress in the cage bars is present.
Der Umschlingungswinkel des Kugelkäfigs durch das Gelenkaußenteil kann auf der Seite der Gelenköffnung reduziert werden, d.h. das Gelenkaußenteil kann gekürzt werden, da die Käfigbelastung wie vorher angegeben wesentlich günstiger ausfällt und eine verminderte Abstützung des Kugelkäfigs durch die Führungsfläche hingenommen werden kann. Dies ermöglicht eine Vergrößerung des Gelenkbeugewinkels oder eine Vergrößerung des Wellendurchmessers.Of the Wrap angle of the ball cage through the outer joint part may be on the side of the joint opening be reduced, i. the outer joint part can be shortened, because the cage load like previously stated significantly cheaper fails and a reduced support through the ball cage the leadership area accepted can be. this makes possible an enlargement of the Gelenkbeugewinkels or an increase in the shaft diameter.
Die Reibung zwischen Gelenkinnenteil und Gelenkboden im Bereich der gegenseitigen axialen Abstützung kann durch Verwendung von gut gleitfähigen Mitteln reduziert werden, z.B. durch reibungsarme Beschichtung des Gelenkinnenteils oder durch Bestückung mit einer reibungsmindernden Scheibe.The Friction between inner joint part and joint floor in the area of mutual axial support can be reduced by using good lubricants e.g. by low-friction coating of the inner joint part or by equipping with a friction-reducing disc.
Eine Wärmebehandlung des Gelenkbodens auf der Innenseite kann entfallen, wenn eine harte verschleißfeste Scheibe im Gelenkboden eingesetzt wird. Durch die direkte axiale Abstützung des Gelenkinnenteiles am Gelenkboden können die Wirkungsgradverluste reduziert werden.A heat treatment The joint floor on the inside can be omitted if a hard wear-resistant disc is used in the joint bottom. Due to the direct axial support of the The inner joint part of the joint bottom can reduce the efficiency be reduced.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen dargestellt.preferred embodiments The invention will now be described with reference to the drawings.
- a) am Gelenkinnenteil
- b) am Kugelkäfig
- c) am Gelenkaußenteil;
- a) on the inner joint part
- b) on the ball cage
- c) on the outer joint part;
Die
In
den
In
In
In
In
Anhand
von
In
Darstellung a) sind die auf das Gelenkinnenteil von außen einwirkenden
Kräfte
mit Pfeilen bezeichnet, der Kraftfluß im Gelenkinnenteil
In
der Darstellung b) sind die auf den Kugelkäfig
In
Darstellung c) sind die auf das Gelenkaußenteil
- 1111
- KugelgleichlauffestgelenkConstant velocity fixed ball joint
- 1212
- GelenkaußenteilOuter race
- 1313
- Ringkörperring body
- 1414
- Gelenkbodenjoint base
- 1515
- Wellenzapfenshaft journal
- 1616
- KugelBullet
- 1717
- Kugelkäfigball cage
- 1818
- Käfigfenstercage window
- 1919
- Faltenbalgbellow
- 2020
- Spannbandstrap
- 2121
- Spannbandstrap
- 2222
- erste Kugelbahnfirst ball track
- 2323
- GelenkinnenteilInner race
- 2424
- Wellewave
- 2525
- zweite Kugelbahnsecond ball track
- 2626
- Gelenköffnungjoint opening
- 3131
- Führungsfläche (innenkugelig)Guide surface (inside ball)
- 3232
- Außenfläche (außenkugelig)Outer surface (outside spherical)
- 3333
- Innenfläche (zylindrisch)Inner surface (cylindrical)
- 3434
- Außenfläche (sphärisch)Outer surface (spherical)
- 3535
- Abstützfläche (innenkugelig)Support surface (inside ball)
- 3636
- Anlagefläche (außenkugelig)Contact surface (outside spherical)
- 3737
- SchweißnahtWeld
- 3838
- Wellenverzahnungshaft splines
- 3939
- Bördelungflanging
- 4040
- Stützscheibe support disc
- 4141
- Ausdrehung recess
- 4242
- Endkappe endcap
Claims (18)
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