DE2310365A1

DE2310365A1 - Feder fuer einen zusammengesetzten dichtungsring

Info

Publication number: DE2310365A1
Application number: DE19732310365
Authority: DE
Inventors: Edwin C Eslner; Bryce B Evans
Original assignee: Aeroquip AG
Current assignee: Aeroquip AG
Priority date: 1972-05-08
Filing date: 1973-03-02
Publication date: 1973-11-22
Also published as: CA973224A; JPS60137272U; JPS5813776B2; FR2184273A5; SE401030B; BR7303298D0; IT984932B; US3837631A; AU5184573A; GB1417455A; AU470680B2; JPS4921564A

Description

ΡΑΤΕΝΤΑΓΓλνΙΧΤΕ

dr. ing. H. NEGENDANK · liil.-ino. H. IIAITCK · öipl.-phys. W. SCHMITZ dipping. E. GRAALFS · dipping. AV. WEIINERT

ΠΛΜBURG -MUNCHEN

ZUSTELLUNGSANSCHRIFT: HAMBURG 30 NEUKK WALL 41

TEL·. Se 74 28 UND 36 41 15 iC 3 I 0365 TElBGH. IVBGEDAPATBJfT HAMHURG

MÜNCHEN Ιο · MOZARTSTR. 83

TBL. S 38 OO 8β

TBLBGR. NEGEDAPATKNT MÜNCHEN

HAMBURG, ^{den 1}« März 1973

AEROQUIP AoGe

Bahnhofstrβ 17
Zug/Schweiz

Feder für einen zusammengesetzten Dichtungsring

Die Erfindung betrifft eine Feder für einen zusammengesetzten Dichtungsring, der eine ringförmige Dichtungsmanschette U-förmigen Querschnitts mit einem Steg und zwei an den zu dichtenden Teilen angreifenden Schenkeln aufweist.

Bei derartigen Dichtungsringen kann die Manschette aus einem Material, wie z.B. Teflon hergestellt sein, das eine gute Dichtungseigenechaft bei verhältnismäßig hohen Temperaturen aufweist, während für die Feder ein Metall verwendet wird, das über eine lange Zeitdauer eine konstante Federkraft behält.

Bei den bekannten Dichtungsringen dieser Art, wie ein« z.B. in der US Patentschrift 3 223 426 beschrieben ist, ist eine

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Schraubenfeder verwendet, die aus einem flachen, bandartigen Streifen Federmaterials hergestellt ist. Ee wurde festgestellt, daß diese Konstruktion mit gewissen Nachteilen behaftet ist, insbesondere, wenn es erwünscht ist, Dichtungsringe kleinen Durchmessers herzustellen. In diesen Fällen hat die Schrauben« feder eine zu große Steifheit und kann nicht genügend durch* federn, um wirksam eingebaut und verwendet werden zu können. Weiterhin ist es zur Bildung eines Ringes bei derartigen Schraubenfedern erforderlieh, die Enden zusammenzuschweißen, was ein zeitraubender und kostspieliger Arbeitsgang sein kann.

Ein Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung einer neuartigen und verbesserten Federkonstruktion für zusammengesetzte Dichtungeringe, die ausreichende Flexibilität aufweist, um sie bei Dichtungsringen verhältnismäßigeH kleinen Durchmessers verwendbar zu machen, ohne die Wirksamkeit der Feder für den beabsichtigten Zweck zu beeinträchtigen.

Ein weiterer Zweck besteht in der Schaffung einer verbesserten Feder für zusammengesetzte Dichtungsringe, die sowohl für Radialale auch für Stirndichtungen verwendbar ist und die in den meisten Fällen die Notwendigkeit, die Federenden zusammenzuschweißen oder sonstwie zu befestigen, ausschließt.

NQch ein Zweck be&eht in der Schaffung einer verbesserten Feder, die verhältnismäßig einfach und billig ist.

Ein weiterer Zweck besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung einer Feder für zusammengesetzte Dichtungsringe, bei dem leichterhältliche Materialien und Werkzeuge verwendet werden, und das somit in der Praxis wirtschaftlich ist.

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Ein weiterer Zweck besteht in der Schaffung einer verbesserten Feder dieser Art, die speziell für Dichtungen kleinen Durch« messers geeignet ist.

Noch ein weiterer Zweck besteht in der Schaffung einer neuar= tigen und verbesserten Feder dieser Eigenschaft, bei der eine geringere Möglichkeit besteht, daß die Feder bei einem zusammen« gesetzten Dichtungsring aus dem Ringkanal der Manschette heraus«= springt, wenn sie in Stellung.gebracht worden ist.

Die Erfindung zeichnet sich kurz gesagt dadurch aus, daß die Feder ein ringförmiges, im Querschnitt U-förmig ausgebildetes Teil ist, dessen Steg am Steg der Dichtungsmanschette anliegt, und dessen Schenkel die Schenkel der Manschette auseinanderdrücken, und daß die Schenkel in Umfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordnete Schlitze aufweisen, die eine begrenzte Einstellung beim Einbau der Feder in die Manschette gestattet.

Gemäß einer Ausführungsform hat die Feder eine Mäanderform, so daß der Steg, wie auch der Schenkel, mit Schlitzen versehen sind. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet, bei radialen Dichtungsringen verwendet zu werden.

Gemäß einer anderen Ausführungsform erstreckt sich der Steg durchgehend, aber die Flansche bestehen aus Fingern, die sich nach außen in entgegengesetzten Richtungen erstrecken. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet, bei Stirnflächendich« tungsringen verwendet zu werden.

Die Feder kann aus einem flachen, auf die richtige Länge ge« schnittenen Zuschnitt hergestellt werden. Die Schenkel werden

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aus der Ebene des Steges gebogen, worauf dann die Feder in die Manschette eingebaut wird. Der flache Zuschnitt kann mittels eines Fotoätzverfahrens hergestellt werden. Die mä= anderförmige Vorform kann wahlweise aus einem runden Draht hergestellt werden, der mäanderförmig gebogen, dann abgeflacht und auf die geeignete Länge in Übereinstimmung mit dem Umfang der Manschette geschnitten wird.

Mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sollen nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben werden. Ss zeigen:

Fig. 1 eine Teildraufsicht des flachen Zuschnitts, der zur Herstellung der Mäanderform der Feder ver« wendet wird;

Fig. 2 eine Seitenansicht in Richtung des Pfeiles 2 der Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie IH-III der Fig. 4, in der die Feder gezeigt ist, nach-dem die Sehen« kel aus der Ebene des Steges gebogen sind;

Fig. 4 eine Teilvorderansicht der Feder, bevor sie in die Manschette eingesetzt wird;

Fig. 5 eine Vorderansicht eines radialen Zusammengesetzen Dichtungsringes, bei Verwendung der Feder gemäß der Erfindung}

Fig. 6 einen vergrößerten Teilquerschnitt nach Linie 6-6 der Fig. 5, wobei die Stellung der Feder in der Manschette gezeigt ist;

Fig. 7 eine Teildraufsicht in schematischer Form, die zeigt, wie die Mäanderform gemäß der Erfindung

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unter Verwendung eines Drahtes hergestellt werden kann;

Fig. 8 eine Seitenansicht der Feder nach Fig. 7 in Richtung des Pfeiles 8 gesehen;

Fig. 9 eine Endansicht der in Fig. 7 gezeigten Feder in Richtung des Pfeiles 9 gesehen;

Fig. 10 eine Teildraufsicht eines flachen Zuschnitts für eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die insbesondere für Dichtungsringe geeignet ist, die Stirnflächen abdichten;

Fig. 11 eine Endansicht in Sichtung des Pfeiles 11 der Fig. 10 gesehen;

Fig. 12 einen Teilquerschnitt, der die Feder nach den Figuren 10 und 11 in ihrer endgültigen Form und in die Manschette eingebaut zeigt;

Fig. 13 eine Teilseitenansicht der Ausbildung der Finger; und

Fig. 14, 151 16 und 17 Teilansichten, teilweise im Quer« schnitt, in denen verschiedene Möglichkeiten gezeigt sind, wie dia Enden der Feder miteinander verbunden werden können, falls dies erforderlich ist.

Ein zusammengesetzter Dichtungsring gemäß der Erfindung ist in den Figuren 5 und 6 gezeigt und im ganzen mit 11 bezeichnet. Der dargestellte Dichtungsring dient zur radialen Dich* tung zwischen einem inneren, teilweise dargestellten Teil und einem äußeren, teilweise dargestellten Teil 13· Der Dich-

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tungsring weist eine im ganzen mit 14 bezeichnete Dichtungs« manschette und eine im ganzen mit 15 bezeichnete Feder auf. Die Dichtungsmanschette ist ringförmig und hat einen U-för= migen Querschnitt. Sie ist aus einem Material, wie z.B. Teflon hergestellt, das die gewünschte Eigenschaft der Flexibilität, der Dichtung, der Abnutzung und der Temperaturbeständigkeit hat. Diese Manschette weist einen mittleren Steg 16 und innere und äußere Schenkel 17 und 18 auf. Der Schenkel 17 hat einen ringförmigen Vorsprung 19, der am Teil 12 angreift, während der Schenkel 18 einen gleichen Vorsprung 21 aufweist, der am Teil 13 angreift. Der Dichtungsring ist zwischen den Teilen derart angeordnet, daß seine offene Seite dem Strömungsmittel= druck zwischen den abzudichtenden Flächen ausgesetzt ist.

Der Zweck der Feder 15 besteht darin, Verformungen der Man= schette zu widerstehen, indem sie radiale Kräfte auf die Sehen» kel 17 und 18 ausübt. Die Feder hat eine Singform und paßt in den Ringkanl 22 der Manschette 14. Die Feder 15 ist aus einem federähnlichen Material, wie z.B. rostfreiem Stahl oder irgend= einem einer Anzahl anderer Materialien mit den geeigneten federungseigenschaften hergestellt. Die Feder hat einen U-förmigen Querschnitt mit einem mittleren, im ganzen mit 23 bezeichneten Steg und inneren und äußeren Schenkeln, die im ganzen mit 24 bzw. 25 bezeichnet sind. Der Steg 23 liegt am Steg 16 der Manschette 14 an, wohingegen die Schenkel 24 und 25 an den Schenkeln 17 und 18 der Manschette 14 angreifen.

Die Feder 15 hat, wie in den Figuren 1-4 gezeigt, eine Mäan= der form, so daß Schlitze 26 in den Schenkeln 24 und Schlitze

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27 in den Schenkeln 25 entstehen. Diese Schlitze sind aus= reichend eng, um zu verhüten, daß Material der Manschette während des Betriebes nennenswert in die .Schlitze eindringt.

Die Feder 15 wird vorzugsweise so hergestellt, daß zunächst ein flacher Zuschnitt gebildet wird, der in den Figuren 1 und im ganzen mit 28 bezeichnet ist, und daß dann dieser Zuschnitt gebogen wird, um den oteg 23 und die Schenkel 24 und 25 zu bilden, wie dies aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich ist. Ein Verfahren zur Herstellung des flachen Zuschnitts 28 ist das bekannte Fotoätzverfahren. Bei diesem Verfahren wird eine Platte aus federähnlichem Metall an einer Oberfläche empfindlich gemacht und Licht eines geeigneten Musters ausgesetzt. Die P.atte wird dann in Säure eingetaucht, die gewisse Teile des Metalls fort« ätzt und den flachen, in Figur 1 und 2 gezeigten Zuschnitt zurückläßt. Das Fotoätzverfahren ist speziell zweckmäßig, wenn Federn für Dichtungsringe hergestellt werden, die verhält» nismäßig klein im Durchmesser sind. Der Zuschnitt 28 wird auf eine Länge geschnitten, die dem Umfang des Ringkanals 22 der Manschette 14 entspricht und wird dann in die in den Figuren 3 und 4 gezeigte Form gebogen, so daß der Steg 23 an der Innen= fläche des Manschettensteges 16 anliegt, während sich die Schenkel 24 und 25 flach an die Manschettenschenkel 17 und anlegen, wenn die Dichtung eingebaut ist. Wahlweise könnte die Federlänge nach dem Biegen der Schenkel von dem Steg fort bestimmt werden. In den meisten Fällen stoßen die Enden der Feder lediglich stumpf aneinander, nachdem sie in den Ringkanal ein«= geführt ist, obwohl andere Befestigungsverfahren der Federenden nachfolgend noch besprochen werden.

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Aus den Figuren ist ersichtlich, daß die Schenkel 24 und 25 jeweils aus mehreren U-förmigen Schenkeln bestehen, die Schlitze 26 und 27 zwischen sich einschließen, und daß der Steg 23 eben= falls Schlitze 29 aufweist. Diese Schlitze erleichtern das Ein= führen und Krümmen der Feder um den Ringkanal 22 herum, wobei bevorzugt die neutrale Biegeachse etwa gleich der Umfangslänge des Ringkanals ist, so daß die Schlitze 26 sich etwas zusammen- und die Schlitze 27 etwas auseinanderbewegen, wenn die Feder geformt wird. Die Dicke und die Abmessungen des Federmaterials können natürlich verändert werden, um der besonderen Kraft und anderen Anforderungen zu entsprechen. Der Stoß zwischen den Federenden ist in Fig. 4 bei 30 gezeigt.

Das Verhalten der Feder 15 ist aus Fig. 6 ersichtlich. Die Durch«= biegung der Feder erscheint hauptsächlich entlang dem Steg 23 und den Verbindungsstellen 31 und 32 zwischen dem Steg und den Schenkeln 24 bzw. 25. Während somit ausreichende Kräfte ständig auf die Vorsprünge 19 und 21 der Manschette 14 ausgeübt werden, um die Abdichtung zu bewirken, besteht ausreichende Flexibilität in der ganzen Anordnung, um das Einführen zwischen die abzudichtenden Teile zu gestatten. Dies ist besonders zweckmäßig, wenn es sich um verhältnismäßig kleine Durchmesser handelt, da festgestellt wurde, daß die bisher üblichen Schraubenfedern gemäß dem zuvor erwähnten US Patent 3 223 426 oft zu steif sind, um einen ordnungsgemäßen Einbau zu gestatten.

In den Figuren 7, 8 und 9 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines flachen Zuschnitts für die in Figur 5 und 6 dar« gestellte Feder gezeigt. Nach diesem Verfahren wird ein weicher,

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durch Verdichtung härtender, durch gestrichelte Linien ge«= zeigter runder Draht 33 in eine Mäanderform mit verhältnismäßig langen, parallelen Schenkeln gebracht, die durch kurze, bogen« förmige Abschnitte verbunden sind. Der Draht wird dann auf die in den Figuren 8 und 9 gezeigte Dicke und Form abgeflacht. Hierbei entstehen Schenkel 34» die durch Brücken 35 verbunden sind, wobei Schlitze 36 entstehen. Der Ausgangsdurchmesser des Drahtes, die Steigung während der mäanderförmigen Biegung

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und die Dicke, zu der abgeflacht wird, sind alle kontrolliert, so daß die resultierende Verbeiterung nach der Abflachung die .Schlitze 36 auf die gewünschten Maße schließt. Darüber hinaus wird der weiche Draht während des Abflachungsvorgans auf Federhärte gebracht, so daß sich eine Warmbehandlung erübrigt.Die Kornstruktur des Materials folgt ebenfalls der ursprünglichen Drahtachse, was ideal für den Verwendungszweck der Feder ist.

In den Figuren 10-13 ist eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung dargestellt, die grundsätzlich ähnlich der ersten Ausführungsform ist, in der jedoch der Stegabschnitt der Feder durchlaufend ist. Wie aus Fig. 12 ersichtlich, ist die im ganzen Mit 101 bezeichnete Feder von ringförmiger Gestalt mit einem U-förmigen Querschnitt, wobei der Steg im ganzen mit 102 und ein Schenkelpaar im ganzen mit 103 und 104 bezeichnet sind. Aus Gründen, die noch ersichtlich werden, ist diese Ausfüh* rungsform der Feder speziell für zusammengesetzte Dichtungsringe geeignet, die anstelle der radialen Dichtungen für Stirnflächen verwendet werden. Ein derartiger Dichtungsring ist im ganzen mit 105 bezeichnet und aus Fig. 12 ersichtlich. Er weist eine im ganzen mit 106 bezeichnete Manschette auf, die

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mit Vorsprüngen 107 und 108 an den abzudichtenden Teilen 109 bzw. 111 angreifen.

Die Feder 101 ist, wie aus den Figuren 10 und 11 ersichtlich, aus einem flachen, im ganzen mit 112 bezeichneten Zuschnitt hergestellt. Dieser Zuschnitt, der durch das zuvor erwähnte Fotoätzverfahren hergestellt werden kann, weist einen ununter«= brochenen mittleren Abschnitt 113 und mehrere, sich nach außen erstreckende Pinger 114 mit dazwischen vorgesehenen Schlitzen 115 auf. Die Finger 114 werden zur Bildung der Schenkel 103 und 104 gebogen und der Zuschnitt auf die gewünschte Länge ent« sprechend dem Ringkanal der Manschette geschnitten.

Beim Einbau der Feder 101 wird zunächst ein Ende in den Ring«= kanal eingeführt und dann progressiv der Rest der Feder. Die Federenden stoßen, wie bei 116, in Fig. 13 gezeigt, stumpf gegeneinander. Schweißen oder eine andere Befestigungsart der Federenden ist normalerweise nicht erforderlich, da der Steg 102 auf dem Manschettensteg abgestützt ist und somit nicht seine Krümmung verändert. Die Schenkel 103 und 104 drücken die Vorsprünge 107 und 108 der Manschette ständig gegen die ent= sprechenden abzudichtenden Teile 109 bzw. 111.

Fig. 13 zeigt die Form der Schenkel 103 und 104, wenn die Feder eingebaut ist. Es ist ersichtlich, daß die Schlitze 115 zwischen den Fingern 114 sich verengen, wenn sich der Steg 102 durch= biegt, um am Steg 106 der Manschette anzugreifen.

In den Figuren 14, 15, 16 und 17 sind verschiedene Möglich« keiten gezeigt, wie die Enden einer Feder miteinander verbunden werden können, wenn dies bei irgendwelchen besonderen

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Einbauten erforderlich wird. Figur 14 zeigt eine Feder 201 mit stumpf aneinanderliegenden Enden, die bei 202 verschweißt sind. Die Figuren 15 und 16 zeigen eine Feder 301, deren Enden durch eine Zinkenverbindung_fbestehend aus einer Nut und einem Zinken 302, 303 verbunden sind. Figur 17 zeigt eine Feder 401, deren aneinanderstoßende Enden durch eine Klammer 402 zusammen= geheftet sind.

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Claims

Patentansprüche

11. )J Feder für einen zusammengesetzten Dichtungsring, der eine ringförmige Dichtungsmanschette U-förmigen Querschnitts mit einem Steg und zwei an den zu dichtenden Teilen angrei« fenden Schenkeln aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (15;101;201;301;401) ein ringförmiges, im Querschnitt U-förmig ausgebildetes Teil ist, dessen Steg (23$102) am Steg (16) der Dichtungsmanschette (14) anliegt, und dessen Schenkel (24,25;34; 103,104) die Schenkel (17,18) der Manschette (14) auseinanderdrücken, und daß die Schenkel (24,25;34; 103,104) in Umfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordnete Schlitze (26,27;36;115) aufweisen.

2.) Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (15) aus einem flachen Teil (28;33) hergestellt ist, das sich über beide Schenkel (24,25; 34,35) und den Steg (23) mäanderförmig erstreckt, und daß die Schlitze (26,27;36) sich wechselseitig durch die Schenkel (24,25;34) und den Steg (23) erstrecken und ausreichend eng bemessen sind, daß ein Eindringen des Manschettenmaterials in dieselben während des Betriebes im wesentlichen vermieden wird.

3.) Feder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (30) der Feder (15;101) stumpf aneinander liegen.

4.) Feder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (30) der Feder (15;101) stumpf aneinander liegen und zusammengeschweißt sind.

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5.) Feder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Feder (301) mit einer gezinkten Stoßverbindung (302,303) ineinandergreifen.

6.) Feder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Feder (401) aneinanderliegen und zusammengeheftet (402) sind.

7.) Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (101) aus einem flachen Zuschnitt (112) hergestellt ist, der einen ununterbrochenen, mittleren Abschnitt (113) aufweist, von dem sich in entgegengesetzten Richtungen Finger (114) mit dazwischen angeordneten Schlitzen (115) erstrecken, und daß die Finger (114) zur Bildung der Schenkel (103,104) gebogen sind, während der mittlere Abschnitt (113) den, Steg (102) bildet.

8.) Feder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die jaden der i eder (3 03) stumpf aneinanderliegen.

9e) Verfahren zur Herstellung einer Feder für einen zu« sammengesetzten Dichtungsring, dadurch gekennzeichnet, daß ein Draht (33) mäanderförmig zur Bildung verhältnismäßig langer, paralleler Schenkel (34), die durch verhältnismäßig kurze, bogenförmige Abschnitte (35) verbunden sind, gebogen und dann der Draht abgeflacht wird, daß dann das flache, mäanderförmig· Teil entlang zwei parallelen Linien in ein Uförmiges Teil mit einem Steg (102) und zwei gegenüberliegenden Schenkeln (103_t104) gebogen und in den Ringkanal des zusammengesetzten Dichtungsringes (106) so eingeführt wird, daß der Steg (102)

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der Feder (101) am Steg der Dichtungsmanschette (106) anliegt und die Schenkel (103,104) der Feder (101) die Schenkel der Dichtungsmanschette nach außen drücken.

10.) Verfahren zur Herstellung einer Feder für einen zusammengesetzten Dichtungsring, dadurch gekennzeichnet, daß ein flacher Zuschnitt (112) aus federndem Material mit einen sich längs erstreckenden Steg (113) und Schenkelpaaren (114) in Form von sich auswärts erstreckenden Fingern (114) herge« stellt und entlang zwei parallelen Linien in eine U-Form mit einem Steg und zwei gegenüberliegenden Schenkeln gebogen wird, daß dann die Feder in die Dichtungsmanschette (106) des zusammen« gesetzten Dichtungsringes (105) so eingeführt wird, daß der Steg (102) der Feder am Steg der Dichtungsmanschette (105) anliegt und die Schenkel (103,104) der Feder die Schenkel der Dichtungsmanschette auseinanderdrücken.

11.) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschnitt durch Fotoätzen hergestellt wird.

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