DE2133259A1

DE2133259A1 - Selbstausrichtendes Lager

Info

Publication number: DE2133259A1
Application number: DE19712133259
Authority: DE
Inventors: Mccloskey Albert Richard; Alfreds Rozentals
Original assignee: Heim Universal Corp
Current assignee: Incom International Inc
Priority date: 1970-08-05
Filing date: 1971-07-05
Publication date: 1972-03-09
Also published as: NL7110412A; GB1349008A; CA935858A; FR2103876A5; AU463421B2; BE770889A; AU3118271A; DE2133259C2; US3656821A; CH546898A; JPS5347469U; AT309157B; JPS5413498Y2

Description

Pcrfenianwölie

Dr -Ing. Willifclm Reicliel Dipl-Ing. Wolfgang Reichel

6 Frankfurt a. M. 1
Paiksiraße 13

6692

THE HEIM UNIVERSAL CORPORATION, Pittsburgh, Pennsylvania, VStA

Selbstausrichtendes Lager

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf selbstausrichtende Lager mit einem kugelähnlichen inneren Teil und einem Zwischenteil aus einem nachgiebigen oder federnden selbstschmierenden Material. Lager mit kugelähnlichen Teilen, die man auch gewöhnlich als "sphärische Lager" bezeichnet, werden in der Industrie schon über eine beträchtliche Zeitspanne verwendet. Die technologische Entwicklung dieser Art von Lagern war mehr auf die Materialzusammensetzung der Komponenten gerichtet als auf grundlegende Änderungen der Konstruktionsmerkmale. Als demzufolge neue Materialien auf den Markt kamen, insbesondere Werkstoffe mit Schmiereigenschaften, hat man sie in typischer Weise in sphärische Lager eingebaut.

Ein Gebiet von besonderem Interesse war die Schmierung der sphärischen Lager, und mit dem Aufkommen von V/erkstoffen wie z.B. Teflon, Delrin, Celcon und dgl. hat man den Versuch unternommen, diese V/erkstoffe als Ersatz für die üblichen Schmieröle und -fette zu verwenden. Ein Beispiel eines solchen Versuches findet sich in der US-PS 2 958 927, wonach ein aus Teflonfaden zusammengesetztes Tuch oder Gewebe unmittelbar an der Lagerfläche befestigt wird.

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Eine andere typische bekannte Lösung besteht in der chemischen Verbindung eines selbstschraierenden blatt- oder bogenförmigen Materials mit den Lagerflächen.

Diese Versuche oder-Lösungen weisen, wenngleich sie einen begrenzten Erfolg bei der Erzielung einer Schmierung zwischen den Lagerteilen haben, eine fundamentale Schwäche auf. Die Verläßlichkeit der Bindung und demzufolge die Gesamtlebensdauer des Lagers können nämlich so lange nicht zuverlässig geprüft werden, bis das Lager echten Betriebsbedingungen un-

•terworfen wird. D.h., nachdem man das selbstschmierende Ma-■
' terial an den Lagerteilen angeklebt oder anderweitig chemisch befestigt hat, ist es scheinbar unmöglich, die Wirksamkeit der Verbindung oder die Integrität der Lagerfläche zu bestimmen, die durch das selbstschmierende Material gebildet wird.

Ein zusätzliches Problem, das bei den typischen bekannten Lösungen auftritt, besteht darin, daß die Bindung oder Verbindung genau kontrollierte Herstellungsvorgänge erfordert, welche wiederum einen umfangreichen Einsatz von empfindlichen hochwertigen Geräten und hochqualifiziertem Personal bedingen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lager zu schaffen, bei dem das selbstschmierende Material innerhalb der Lageranordnung mechanisch verriegelt ist.

Es ist ferner beabsichtigt, ein Lager zu schaffen, das preiswert zusammengebaut werden kann und trotzdem eine sehr gute Qualität mit unbegrenzten Toleranzen aufweist.

Diese und weitere Ziele gehen zusammen mit den Vorteilen des Anmeldungsgegenstands gegenüber den bekannten Ausführungen aus der folgenden Beschreibung eindeutig hervor.

Im allgemeinen bildet ein nach der vorliegenden Erfindung hergestelltes Lager ein selbstausrichtendes Lager, bestehend aus einem äußeren Teil mit einem offenen Abschnitt, in dem wenig-

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stens eine Ringnut angeordnet ist, einem inneren Teil mit einer konvexen äußeren Fläche und einem Zwischenteil aus einem federnden selbstschmierenden Material, wobei das Zwischenteil wenigstens eine ringförmige Lippe auf v/eist, welche in Deckung mit der Ringnut in dem äußeren Teil liegt, um das Zwischenteil in Einbaulage innerhalb des offenen Abschnitts des äußeren Teils mechanisch zu sichern und ferner das innere Teil in Einbaulage innerhalb des Zwischenteils mechanisch zu sichern, wobei ferner das Zwischenteil, wenn es sich in seiner Einbaulage befindet, mit einer sphärischen inneren Fläche im allgemeinen mit der konvexen äußeren Fläche des inneren Teils übereinstimmt.

Das innere Teil kann so ausgeführt sein, daß es ein einsteckbares Lager in Form eines Stangenendes bildet, oder das innere Teil kann auch mit einem Loch versehen sein, um eine aufnehmende Lageranordnung in Form eines Stangenendes darzustellen. Außerdem kann es in einer Hülsen- oder Patronenform ausgeführt sein, die für viele Anwendungsfälle geeignet ist, z.B. zum Einbau in eine Stehlageranordnung

Die Erfindung wird nun an Hand der beiliegenden Abbildungen mehrerer Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht und einen Teilquerschnitt eines Lagers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Stirnansicht des. Lagers gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Lagers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine Stirnansicht des Lagers der Fig. 3.

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Ein Lager gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung ist allgemein durch die Bezugszahl 10 in den Zeichnungen, insbesondere in den Figuren T und 2 angedeutet.

Das Lager 10 kann aus einem einsteckbaren oder aufnehmenden Typ in Form eines Stangenendes bestehen. Das Lager 10 weist ein äußeres Teil 12 auf, das aus irgendeinem geeigneten Werk- ■ stoff hergestellt sein kann. DerWerkstoff wird durch den betrieblichen Einsatz und die Umgebung bestimmt. In einem typi- sehen Fall kann er aus Bronze, Aluminium oder Stahl .bestehen, und er kann nach verschiedenen Verfahren bearbeitet werden, z.B. durch Fräsen, Gießen und dgl.

Das äußere Teil 12 enthält einen offenen Abschnitt 14, der einen zylindrischen Teil 16 und einen konischen Teil 17 aufweisen kann. Der konische Teil ist deshalb so geformt, weil er in typischer Weise der konischen Form des Bohrwerkzeugs ent-. spricht, das zur Ausarbeitung des offenen Abschnitts 14 benutzt wird.· Der offene Abschnitt 14 kann ferner mit wenigstens einer Ringnut 18 versehen werden. Die Ringnut wird vorzugsweise am oder in der Nähe des offenen Endes des offenen Abschnitts vorgesehen. Die Nut oder Nuten 18 können jedoch in jeder Position innerhalb des offenen Abschnitts 14 angeordnet werden.

Das Lager 10 ist ferner mit einem inneren Teil 20 versehen, der einen kugelähnlichen Abschnitt 22 aufweist. Der kugelähnliche Abschnitt 22 des inneren Teils 20 besitzt eine konvexe äußere Fläche, und das innere Teil 20 kann aus irgendeinem geeigneten Werkstoff hergestellt sein, der, wie oben angedeutet, durch den betrieblichen Einsatz und die Umgebung bestimmt wird. Das innere Teil 20 kann durch verschiedene Verfahren ausgebildet werden, z.B. durch Gießen, Fräsen und dgl. Das innere Teil 20, welches in dem-Zwischenteil drehbar gelagert ist, kann mit einem Gewindefortsatz 24 versehen sein, der wiederum an einem Gelenksystem oder einem industriellen oder Schiffssteuerungssystem angebracht· sein kann, z.B. einem

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Drossel-Steuerungssystem für eine Erdbewegungsmaschine. Das äußere Teil kann ebenfalls mit einem Fortsatz 32 versehen sein, der ein Innengewinde 34 zur entsprechenden Befestigung an einem solchen Gelenksystem enthalten kann.

Das Lager 10 ist ferner mit einem vorgeformten Zwischenteil ausgerüstet, das aus irgendeinem handelsüblichen warmhärtbaren oder thermoplastischen Kunststoff bestehen kann, z.B. aus handelsüblichem Nylon, Acetyl (z.B. Celcon und DeIrin, Warenzeichen der Celanese Corporation und E. I. duPont de Nemours & Co.) Polycarbonaten (z.B. Lexan 191, ein Warenzeichen der General Electric Company) oder Fluorkohlenstoffen (z.B. Teflon, ein f Warenzeichen der E. I. duPont de Nemours & Co.) oder Phenolharze. " ·

Von Wichtigkeit ist, daß das Zwischenteil die richtige Federung und Festigkeit sowie chemische Eigenschaften für den betreffenden betriebslichen Einsatz und die Umgebung aufweist, un es kann vor dem.Einbau durch verschiedene Maßnahmen vorgeformt werden, z.B. durch Fräsen, Gießen und dgl. Das Zwischenteil kann ferner selbst aus einer zusammengesetzten Konstruktion bestehen, z.B. kann es durch ein Nylontuch gebildet sein, das in eine Teflonmatrix eingebettet ist.

Das Zwischenteil 26 kann wenigstens eine ringförmige Lippe 28 aufweisen, und diese Lippe ist am oder in der Nähe des offenen Endes des Zwischenteils 26 angeordnet. Die ringförmige Lippe kann jedoch auch in irgendeiner Position entlang der Längsausdehnung des Zwischenteils 26 angeordnet sein, und außerdem kann das Zwischenteil 26 mit mehreren ringförmigen Lippen oder Bünden 28 versehen sein. Die Lippen oder Bünde 28 sind an dem Zwischenteil 26 derart angeordnet, daß sie in Deckung mit den Ringnuten liegen, welche im offenen Abschnitt 14 des äußeren Teils vorgesehen sind, wenn das Lager in.einer Art und Weise zusammengebaut wird, die noch erläutert wird. Wenn auf diese V/eise die Ringnut 18 mit der Lippe 28 in Deckung gebracht ist, sichert letztere mechanisch das Zwischenteil 26 in Einbaulage

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innerhalb des offenen Abschnitts 14 des äußeren Teils 12, während sie gleichzeitig das innere Teil 20 mit seinem sphärischen Ende 22 innerhalb des Zwischenteils 26 mechanisch festhält. Das Zwischenteil 26 weist in seiner eingebauten Position ¹ eine innere Fläche auf, die eine sphärische Lagerfläche 30 bildet, welche im allgemeinen mit der konvexen äußeren Fläche des sphärischen Endes 22 des inneren Teils 20 übereinstimmt. Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß man jedes Teil sorgfältig prüfen muß,, bevor es eingebaut wird, um irgendwelche Fehler oder unerwünschte Eigenschaften festzustellen, welche die Leistungsfähigkeit des Lagers nachteilig beeinflussen ™' könnten. Insbesondere sollte das Zwischenteil 26 sorgfältig geprüft v/erden, um sicherzustellen, daß es keine Risse oder Unterbrechungen besitzt, welche schließlich zu einem frühzeitigen Ausfall des Lagers aufgrund mangelhafter Schmierung führen.

Aus der obigen Beschreibung geht ferner hervor, daß die Toleranzen der verschiedenen Teile sehr genau kontrolliert werden können. Das Zwischenteil 26 kann ^o geformt werden, daß die Toleranzen zwischen seiner konkaven Innenfläche 30 und der konvexen Außenfläche des sphärischen Teils 22 variieren, um das richtige Drehmoment zu erhalten, das man zur Drehung des Kugelteils innerhalb des Zwischenteils 26 benötigt. Wenn man dagegen das Α Zwischenteil durch Spritzgießen desselben an Ort und Stelle innerhalb des Lagers herstellt, ist die Kontrolle der Toleranzen zwischen den Lagerteilen äußerst schwierig, insbesondere zwischen der Kugel und ihrer Gegenfläche, und ebenso schwierig ist es, festzustellen, ob das auf diese Weise hergestellte Teil fehlerfrei ist.

Wenn man wenigstens eine der ringförmigen Lippen 28 am oder in der Nähe des offenen Abschnitts 14 vorsieht, erzielt man in sofern einen weiteren Vorteil, als die Sicherungsv/irkung der ringförmigen Lippe weiter verstärkt wird durch die Kraft der sphärischen Kugel 22, wenn eine Belastung am inneren Teil 20 angreift, insbesondere, -wenn die Belastung in einer Richtung angreift, daß das Bestreben besteht, die sphärische Kugel 22

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aus dem inneren Teil 26 herauszuziehen. V/enn man demzufolge, die richtige Kombination von Vierkstoffen auswählt, ist das Lager fähig, extrem starken Belastungen zu widerstehen.

Der Zusammenbau des Lagers 10 erfolgt unter Verwendung handelsüblicher Fertigungswerkzeuge, Spannvorrichtungen und Haltevorrichtungen. Man braucht nur darauf zu achten, daß das innere Teil 26 auf der sphärischen Kugel 22 angeordnet wird, um letztlich in den offenen Abschnitt 14 des äußeren Teils 16 eingeführt zu werden. Wenn das Zwischenteil 26 und die sphärische Kugel 22 des inneren Teils 20 fortschreitend in den offenen Abschnitt 14 des äußeren Teils eingeführt werden, kommt die Lippe 28 in Deckung mit der Ringnut 18, wodurch die verschiedenen Bauteile des Lagers in einer genau kontrollierten Weise mechanisch verriegelt v/erden.

Es wird nun auf die Figuren 3 und 4 Bezug genommen. In diesen ist ein Lager 36 gezeigt, das ein äußeres Teil 38, ein inneres Teil 40 und·ein Zwischenteil 42 aus einem federnden selbstschmierenden Werkstoff aufweist. Der Werkstoff der verschiedenen Komponenten des Lagers 36 wird auf der gleichen Grundlage ausgewählt, wobei den gleichen Faktoren Beachtung geschenkt wird, wie dies im Zusammenhang mit dem obigen Lager beschrieben wurde.

Das äußere Teil 38 des Lagers 36 ist an beiden Stirnseiten offen, und an seiner Innenfläche ist wenigstens eine Ringnut 43 angeordnet. Das äußere Teil 38 kann ferner mit wenigstens einem ringförmigen Bund 47- versehen sein, dessen Zweck später erläutert wird.

Das innere Teil 40 des Lagers 36 weist ein axial durch seinen Mittelpunkt gehendes Loch 46 auf. Ferner ist das innere Teil 40 mit einer konvexen Außenfläche 48 versehen. Das Zwischenteil 42 enthält ebenfalls ein axial durch seinen Mittelpunkt gehendes Loch, und außerdem besitzt dieses Teil wenigstens eine ringförmige Lippe 50. Die Lippe 50 kann in Deckung mit der Ringnut 43 im äußeren Teil 38 gebracht werden, um das Zwischenteil 42 in Einbaulage innerhalb des offenen Abschnitts des äußeren Teils

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38 mechanisch zu sichern, während dadurch gleichzeitig das innere Teil 40 innerhalb des Zwischenteils 42 mechanisch festgelegt wird. Die ringförmige Lippe 44 des äußeren Teils 38 unterstützt ferner den mechanischen Eingriff zwischen der ringförmigen Lippe 50 und der Ringnut 43, indem sie einen Sitz bildet, auf dem das Zwischenteil in seiner eingebauten Lage aufliegt. Diese Züsammenwirkung und die Ringnut-Lippenkombination hält in wirksamer Weise den Zusammenhalt der Lageranordnung aufrecht und sichert axial das Zwischenteil 42 in Einbaulage.

Die Innenfläche 52 des Zwischenteils 42 bildet, wenn sich das Zwischenteil in" seiner eingebauten Position befindet, eine kon-

P kave Innenfläche, die im allgemeinen mit der konvexen Außenfläche des inneren Teils 40 übereinstimmt. Der Zusammenbau des Lagers 36 wird einfach in einer Art und Weise bewirkt, welche im wesentlichen derjenigen entspricht, die"bei dem oben erläuter-■ ten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Wie bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird das innere Teil 40 innerhalb- des Zwischenteils 43 angeordnet und anschließend in das äußere Teil 38 eingeführt. Wenn das innere Teil und das Zwischenteil fortschreitend in das äußere Teil 38 eingesetzt werden, kommt die ringförmige Lippe 50 in Deckung mit der Ringnut 43 des äußeren Teils 38, um· die Lageranordnung mechanisch zu verriegeln. Die Federung oder Elastizität des Zwischenteils

m. 42 ermöglicht es, daß die ringförmige Lippe 50 in Einbaulage in die Ringnut 42 einschnappen kann, und demzufolge wird, wie im Fall des oben erläuterten Lagers^ die Verwendung spezieller Herstellungswerkzeuge, Brechstempel, Spannvorrichtungen und Haltevorrichtungen, vermieden.

Obwohl bei den obigen Ausführungsbeispielen eine ringförmige Lippe an dem Zwischenteil angeordnet ist, sei jedoch bemerkt, daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch eine umgekehrte Anordnung vorgesehen werden kann. D.h., das Zwischenteil kann mit ringförmigen Lippen "oder Rippen und/oder Nuten versehen sein, die wiederum die mechanische Verriegelung und den Zusammenhalt der Lageranordnung bewirken können*.

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Claims

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Patentansprüche

Η . ) Selbstausrichtend.es Lager,
dadurch gekennzeichnet, daß ein äußeres Teil (12,38) mit einem offenen Abschnitt mit wenigstens einer ringförmigen Nut (18, 43) in diesem angeordnet ist, daß ein inneres Teil (20, 40) mit einer konvexen Außenfläche und ein Zwischenteil (26, 42) aus einem vorgeformten nachgiebigen, selbstschmierenden Yferkstoff vorgesehen sind, daß das Zwischenteil wenigstens eine ringförmige Lippe (28, 50) aufweist, daß die Lippe in Deckung bezw. Eingriff mit der ringför- | migen Nut (18, 43) in dem äußeren Teil (12, 38) bringbar ist, um das Zwischenteil in Einbaulage innerhalb des offenen Abschnitts des äußeren Teils mechanisch zu sichern und ferner das innere Teil drehbeweglich innerhalb des Zwischenteils mechanisch zu halten und daß das Zwischenteil (26, 42) in seiner eingebauten Position eine sphärische innere Fläche (30, 52) auf-, weist, die im allgemeinen mit der konvexen äußeren Fläche des inneren Teils übereinstimmt.
2. Lager nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß ein äußeres Teil mit einem offenen Abschnitt mit wenigstens j einer ringförmigen Lippe in diesem angeordnet ist, daß ein inne- * res Teil mit einer konvexen Außenfläche und ein Zwischenteil aus einem vorgeformten nachgiebigen, selbstschmierenden Yterkstoff vorgesehen sind, daß das Zwischenteil wenigstens eine ringförmige Nut aufweist, daß die Lippe in Deckung oder Eingriff mit der ringförmigen Nut in dem Zwischenteil bringbar ist, um das Zwischenteil in Einbaulage innerhalb des offenen Abschnitts des äußeren Teils mechanisch zu sichern und ferner das innere Teil drehbeweglich innerhalb des Zwischenteils mechanisch zu halten.

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3. Lager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

' daß an dem Zwischenteil (26, 42) eine ringförmige Lippe (28, 50) angeordnet ist, die in Deckung oder Eingriff mit einer ringförmigen Nut (18,43) bringbar ist, die an dem äußeren Teil (12,38) nahe dem offenen Ende des offenen Abschnitts angeordnet ist.
4. Lager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der offene Abschnitt und das Zwischenteil (42) an ihren beiden entsprechenden Enden oder Stirnseiten offen sind und das innere Teil (40) eine axiale Bohrung (46) aufweist, daß die ringförmige Lippe (50) so an dem Zwischenteil (42) angeordnet ist, daß sie in Deckung oder Eingriff mit einer ringförmigen Nut (43) steht, die am äußeren Teil (38) nahe- dem einen offenen Ende des offenen Abschnitts angeordnet ist, und daß das äußere Teil (38) eine ringförmige Lippe (44) aufweist, die an dem anderen Ende des offenen Abschnitts angeordnet ist, um eine Auflage oder einen Sitz- für das Zwischenteil (42) zu bilden.
5. Lager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der selbstschmierende Werkstoff ein Kunststoff ist.
6. Lager nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff Teflon ist.
7. Lager nach Anspruch 3,
dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß der offene Abschnitt (14) einen konischen Teil (17) aufweist, der an seinem verschlossenen Ende angeordnet ist und im allgemeinen mit dem Zwischenteil (26) übereinstimmt und für dieses eine Auflagefläche bildet.

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S. Lager nach Anspruch 7,■

dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe äußere Fläche des inneren Teils (20) einen massiven Wälzkörper (22) begrenzt.
9.. Lager nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der offene Abschnitt und das.Zwischenteil an ihren beiden entsprechenden Enden oder Stirnseiten offen sind und das innere Teil eine axiale Bohrung auf v/eist, und daß zwei ringförmige Lippen an dem Zwischenteil angeordnet sind, die mit, den zwei ring- | förmigen Nuten in Deckung bzw. Eingriff stehen, welche an dem äußeren Teil jeweils nahe dem offenen Ende des offenen Abschnitts angeordnet sind.
10. Verfahren zur Herstellung eines selbstausrichtenden Lagers nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

gekennzeichnet durch folgende Schritte: Einsetzen eines Kugelteils in ein Zwischenteil aus einem vorgeformten, nachgiebigen, selbstschmierenden Material, Einsetzen des Zwischenteils mit dem eingebauten Kugelteil.in ein äußeres Teil an dessen offenen Abschnitt, so daß eine ringförmige Lippe, die an dem Zwischenteil angeordnet ist, in Deckung und Eingriff mit einer in dem offenen Abschnitt angeordneten ringförmigen Nut kommt, wodurch das Zwischenteil in Einbaulage innerhalb des offenen Abschnitts des äußeren Teils mechanisch gesichert und das Kugelteil ferner drehbeweglich innerhalb des Zwischenteils mechanisch gehalten wird, während das Zwischenteil in seiner eingebauten Position eine sphärische innere Fläche .aufweist, die im allgemeinen mit der konvexen äußeren Fläche des Kugelteils übereinstimmt.

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