DE2435213A1

DE2435213A1 - Dichtvorrichtung

Info

Publication number: DE2435213A1
Application number: DE2435213A
Authority: DE
Inventors: Horace P Halling; Dudley D Taylor
Original assignee: PRESSURE SCIENCE Inc
Current assignee: PRESSURE SCIENCE Inc
Priority date: 1973-10-18
Filing date: 1974-07-22
Publication date: 1975-04-24
Also published as: GB1438735A; FR2248446B3; FR2248446A1; US3857572A

Description

DIPL-ING. H. FINK PATENTANWALT · 7300 ESSLINGEN (NECKAR) - HINDENBURGSTRASSE

Patentanwalt FINK - D 7300 Esslingen (Neckar), Hindenburgstroße 44

19. Juli 1974 Z P 6219

PRESSURE SCIENCE INCORPORATED, Il 642 Old Baltimore Pike, Beltsville, Maryland, USA

"Dichtvorrichtung"

Beanspruchte Priorität: US-Patentanmeldung S.N. 407 653 vom 17. Oktober 1973.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtvorrichtung, insbesondere eine Dichtring- und Distanzkörper-Anordnung, die als vorgefertigte Einheit zwischen ebene Flächen aufweisende Rohrflansche eingesetzt werden kann.

Hierfür sind zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten bekannt, z. B. in hydraulischen und pneumatischen Leitungssystemen von Plugzeugen, Lenkwaffen oder dgl., wo es besonders wünschenswert oder wichtig ist, möglichst leichtgewichtige Rohrverbindungen oder Rohrfittings zu verwenden, die absolut betriebssicher sind. Für derartige Systeme bestimmte Dichtringe, d. h. Systeme, in denen das Gewicht der abzudichtenden Elemente möglichst gering ist, müssen genügend flexibel sein, um starken Verziehungen der Dichtflächen folgen zu können und dabei in Dichtlage mit den Dichtflächen der Flansche zu bleiben. Solche flexible Dichtungen,

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abgesehen von Dichtringen, die einfach zwischen ebenflächigen Flanschen zusammengepreßt werden, erfordern eine Dichtausnehmung, um die auf die Dichtung wirkenden Druckkräfte zu begrenzen, wodurch verhindert wird, daß die Dichtung zu stark beansprucht wird und beim Einbau ihre Flexibilität verliert.

Die US-Patentschrift 3 192 690 zeigt einen in radialem Querschnitt näherungsweise E-förmigen Dichtring, dessen obere und untere Arme des E sinusförmig ausgebildet sind und dessen Rücken durch eine mittlere Schleife oder Windung unterbrochen ist, die den kurzen waagrechten mittleren Arm des E bildet. Die US-Patentschrift 3 575 ^32 zeigt eine Verbesserung gegenüber dem Dichtring nach US-Patentschrift 3 192 69O. Diese Patentschrift betrifft einen metallischen, in radialem Querschnitt näherungsweise E-förmigen Dichtring, dessen äußere Arme des E sinusförmig gestaltet sind und etwa 1,5 bis 3,5 mal die Länge des mittleren Armes des E aufweisen. Die E-förmigen Dichtungen gemäß diesen Patertschriften werden zum Abdichten von Flanschen bei Rohrverbindungen oder anderen Einrichtungen verwendet, indem sie in eine zv/ischen zwei gegenseitig beweglichen, an den Enden der Rohre angebrachten Flanschteilen gebildeten Nut eingesetzt werden. Üblicherweise wird die ringförmige Nut, in die der E-förmige Dichtring eingesetzt wird, durch zwei Flansche gebildet, von denen einer in seiner Fläche eine ringförmige Ausnehmung und der andere eine ebene Fläche aufweist. Das Zusammendrücken des E-förmigen Dichtringes beim Einbau wird durch die Tiefe der Ausnehmung begrenzt. Ebenso kann die ringförmige Nut durch Flanschteile mit ebenen Flächen und einer Distanzscheibe zwischen den ebenen Flächen gebildet werden, wobei die Distanzscheibe Durchbrechungen zum Einsetzen von E-förmigen Dichtringen aufweist. Diese letztere Anordnung von Flanschen und Distanzscheibe weist gegenüber dem Flansch mit ringförmiger Ausnehmung gewisse Vorteile auf, da das Einarbeiten einer Ausnehmung in die Fläche eines der Flansche entfällt. Dies ist eine besonders schwierige Aufgabe, da eine überaus glatte ebene Oberfläche ohne Bearbeitungsspuren im unteren

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Teil der Ausnehmung für eine hinreichende Dichtung nötig ist. Derartige Oberflächen können bei ebenen Planschen ohne weiteres hergestellt werden. Da die Distanzscheibe und der E-förmige Dichtring jedoch voneinander getrennte Teile sind, ergeben sich Schwierigkeiten beim Einbau zwischen den ebenen Flächen der beiden Flansche, insbesondere wenn mehrere Dichtungen nötig sind. Deshalb müssen die E-förmigen Dichtungen zuerst auf die Flansche und die Distanzschenbe über die Dichtringe gelegt werden und dann muß darauf geachtet werden, daß der E-förmige Dichtring oder die E-förmigen Dichtringe nicht von den Flanschen fallen, bevor diese zusammengeschraubt oder anders miteinander verbunden sind. Diese Vorgänge müssen häufig an relativ unzugänglichen Stellen der Anlage bei Instandhaltungsarbeiten oder Wartungsarbeiten durchgeführt werden.

Deshalb ist eine sichere und gute Vorrichtung zum Halten des E-förmigen Dichtringes in der Distanzscheibe notwendig. Eine derartige Vorrichtung muß jedoch noch ermöglichen, daß der E-förmige Dichtring "schwimmt" oder bezüglich der Distanzscheibe seitlich bewegbar ist, so daß der E-förmige Dichtring den durch Druck und Temperatur hervorgerufenen Verziehungen der Flansche folgen kann. Anschweißen oder Festlegen des E-förmigen Dichtringes an die . bzw. an der Distanzscheibe würde diese Bewegung nicht ermöglichen.

Die US-Patentschrift 3 704 021 zeigt eine Dichtvorrichtung für Rohrkupplungen mit konzentrischen Ringen. Die Dichtvorrichtung umfaßt einen Innenring aus Kunststoff und einen darin befestigten gummiartigen O-Ring. Ein Außenring aus Kunststoff ist an dem gummiartigen O-Ring befestigt. Der Rand des Ringes aus Kunststoff, der mit dem gummiartigen O-Ring in Berührung steht, ist konkav oder V-förmig. Ein starrer Metallring umgibt den Außenring aus Kunststoff.

Die vorliegende Erfindung hat eine Dichtvorrichtung mit einer derartigen sicheren Befestigung eines E-förmigen Dichtringes oder mehrerer E-förmigen Dichtringe in einer Distanzscheibe zur Auf-

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gäbe, daß der E-förmige Dichtring bezüglich der Distanzscheibe verschiebbar ist, um eine Dichtung bei Planschverziehungen zu ermöglichen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine E-förmige Dichtring-und Distanzscheiben-Anordnung vorzusehen, die vorgefertigt ist und die als Einheit zwischen zwei Planschen an Rohrsegmenten oder anderen Anlagen eingesetzt werden kann.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfacher aufgebaute Dichtvorrichtung als irgendeine seither bekannte zusammengesetzte Dichtvorrichtung vorzusehen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Dichtvorrichtung vorzusehen, bei der, obwohl die E-förmigen Dichtringe selbst nicht sichtbar sind, zwangsläufig eine sichtbare Garantie dafür besteht, daß sich die E-förmigen Dichtringe an ihrem richtigen Platz befinden, nachdem die Plansche zusammengeschraubt sind.

Diese und andere Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Dichtvorrichtung vorgesehen ist, in der ein elastischer Metalldichtring oder mehrere elastische Metalldichtringe mit näherungsxtfeise E-förmigem radialem Querschnitt innerhalb einer Distanzscheibe gehalten sind. Die äußeren Arme des E-förmigen Dichtringes sind sinusförmig ausgebildet. Der mittlere Arm des E ist als Schleife ausgebildet, die an ihrem äußeren Rand offen ist und bei der wenigstens ein Teil ihrer beiden Seiten nicht miteinander in Berührung steht. Eine äußere Distanzscheibe weist für jeden darin befestigten E-förmigen Dichtring eine öffnung auf. Diese öffnungen weisen an ihren Innenflächen jeweils eine Ringnut auf. Diese Nut ist nach der öffnung der Schleife in dem E-förmigen Dichtring ausgerichtet und von gleicher Ausdehnung. Ein Haltering umgibt den E-förmigen Dichtring und ist so angeordnet, daß ein

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Teil davon in die Ringnut der Distanzscheibe und ein anderer Teil in die öffnung der Schleife in dem E-förmigen Dichtring eingreift. Auf diese Weise verhindert der Haltering, daß der E-förmige Dichtring aus der Distanzscheibe beim Handhaben und Einbauen herausfällt. Diese Vorrichtung ist als Einheit zwischen zv/ei an den Enden eines Rohrsegments oder einer anderen Einrichtung angebrachten ebenflächigen Planschen eingesetzt, die zu einer leckfreien Verbindung zusammengefügt werden sollen.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt einer Dichtvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt einer durch zwei gegenseitig bewegliche Flanschelemente gebildeten Nut, die eine Dichtvorrichtung gemäß der Erfindung aufnimmt,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Anordnung mit drei E-förmigen Dichtringen mit gummiartigen Teilen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3.

In den Zeichnungen ist ein metallischer einstückiger Dichtring 10 aus elastischem Material mit näherungsweise E-förmigem radialem Querschnitt dargestellt. Die äußeren Arme 11 des E sind sinusförmig ausgebildet. Der mittlere Arm des E ist in Form einer Schleife mit zwei Seiten 12 ausgebildet, die sich nicht gegenseitig berühren. Die Seiten der Schleife sind am inneren Ende des mittleren Armes durch einen 180 -Bogen miteinander verbunden. Zwischen den äußeren Seitenteilen der Schleife, die den mittleren Arm des E bilden, ist eine öffnung vorhanden. Derartige Ringe werden im einzelnen in den US-Patentschriften 3 192 69O und 3 575 432 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird. Derartige Dichtungen, insbesondere solche mit mehrfachen

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Windungen an jedem der äußeren Arme sind in vorteilhafter Weise ziemlich elastisch, wodurch die Größe der Preßkraft erniedrigt wird, die beim Befestigen der die Flansche zusammenhaltenden Bolzen ausgeübt werden muß, zwischen denen die Dichtvorrichtung eingesetzt ist.

Eine Distanzscheibe I3 weist eine öffnung Ik für den E-förmigen Dichtring 10 sowie Bohrungen 17 zum Durchstecken von Bolzen auf. Diese Distanzscheibe hat eine Ringnut 15 an der Innenseite der öffnung 14, die nach der öffnung im oberen Teil der Schleife des E-förmigen Dichtringes 10 ausgerichtet und von etwa gleicher Breite ist.

Ein aufgeschnittener Haltering l6 aus Draht ist so angeordnet, daß er sich teilweise in der Ringnut I5 der Distanzscheibe I^ und teilweise in der Schleifenöffnung des E-förmigen Dichtringes 10 befindet. Der Drahtdurchmesser dieses Halteringes ist im wesentlichen kleiner als der Abstand zwischen den beiden Seiten 12 der mittleren Schleife des E-fÖrmigen Dichtringes. Der aufgeschnittene Haltering aus Draht ist über den E-förmigen Dichtring gespannt und in die Schleife des E-förmigen Dichtringes gedrückt. Darauf werden die beiden Teile in die öffnung 1*J der Distanzscheibe 13 eingesetzt. Wenn diese Teile richtig ausgerichtet sind, greift der aufgeschnittene Haltering 16 aus Draht in die Ringnut 15 der Distanzscheibe ein. Dieser Haltering hält dann den E-förmigen Dichtring in der Distanzscheibe und ermöglicht, daß der E-förmige Dichtring seitlich bewegbar ist, da der Durchmesser des für den Haltering l6 verwendeten Drahtes im wesentlichen kleiner ist als der Abstand zwischen den beiden Seiten 12 der Schleife des E-förmigen Dichtringes.

In Fig. 2 ist eine Dichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, die zwischen ebenen Flächen von Flanschen eingebaut ist. Dargestellt ist die Kupplung einer Flüssigkeitsleitung, d. h. zum Kuppeln von Flanschteilen, z. B. Rohrabschnitte

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einer Leitung für flüssigen Treibstoff. Die Dichtvorrichtung umfaßt zusammengehörige Planschteile 18 und 19, die auf die Rohrabschnitte aufgeschweißt sind. Die Planschflächen sind eben. Die Plansche 18 und 19 sind mit Hilfe eines Bolzens 20 miteinander verbunden, der in ein Gewinde in Plansch 19 (nicht dargestellt) eingreift. Der Bolzen 20 durchsetzt die Bohrung 17 in der Distanzscheibe 13. Wahlweise kann eine V-Planschverbindung nach der US-Patentschrift 3 575 ^32 verwendet werden, oder die Flansche können durch einen Gewindering wie bei herkömmlichen Rohrfittings befestigt sein. Die Flächen der Plansche 19 und 20 und der untere Teile der Distanzscheibe 13 bilden zusammen eine Nut 21, in der sich der E-förmige Dichtring 10 befindet. Die äußeren Arme 11 des E-förmigen Dichtringes befinden sich in Dichtlage an den Flächen der Flansche 18 und 19. Die Druckkräfte innerhalb des Rohres in Richtung der Pfeile können bewirken, daß sich die Plansche wie dargestellt verziehen. Der E-förmige Dichtring berührt jedoch weiterhin die Planschflächen, da er nicht unbewegbar mit der Distanzscheibe verbunden ist, sondern durch den Haltering 16 gehalten wird, so daß er gegenüber der Distanzscheibe bewegbar ist.

Der metallische E-förmige Dichtring 10 kann aus beliebigem dünnem Metall, z. B. rostfreiem Stahl, bestehen und kann mit verschiedenen Werkstoffen, z. B. Silber, Blei, Gold, Indium,usw., überzogen sein.

In den Fig. 3 und 4 ist eine Distanzscheibe 22 mit drei öffnungen 23 dargestellt. Die Distanzscheibe 22 enthält ebenfalls drei Bohrungen 2k zum Durchstecken von Bolzen zur Befestigung der Distanzscheibe zwischen zusammengehörenden Flanschen. Jede öffnung 23 enthält einen E-förmigen Dichtring 10 und einen Haltering 16 wie mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben. Ein gummiartiger Dichtring 25 befindet sich ebenfalls in der öffnung 23· Dieser Dichtring, der aus Gummi oder anderem gummiartigem Material hergestellt sein kann, umfaßt einen breiteren oder dichtenden

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Teil 26 mit einer Dicke, die anfänglich etwas breites ist als die Breite der Nut, in die die Vorrichtung eingesetzt wird, so daß er in der Nut zusammengedrückt- ivird und eine im wesentlichen leckfreie Dichtung bildet. Ebenso umfaßt dieser Dichtring einen schmäleren Teil 27, dessen Dicke kleiner ist als die des Teiles 26. Der schmälere Teil 27 befindet sich zwischen den.zwei äußeren Armen 11 des E-förmigen Dichtringes 10. Ein separater metallischer Trennring 28 ist an der Innenseite des Durchmessers des gummiartigen Dichtringes 25 durch Druck oder Kleben gehalten. Einige Flüssigkeiten greifen gummiartige Werkstoffe an und zersetzen sie. Um die.s zu verhindern, bildet der metallische Trennring 28 ein metallisches Trennglied zwischen der Flüssigkeit in den Leitungen und dem gummiartigen Dichtring 25. Unter normalen Betriebsverhältnissen bildet der gummiartige Dichtring 25 eine Primärdichtung in der in Fig. *f dargestellten Ausführung, d. h. dieser Ring stellt auch eine rückseitige Dichtung durch Berührung von Metall auf Metall der äußeren. Arme 11 mit den Wänden der ihn aufnehmenden Nut dar. Wegen evtl. Rauheiten oder Kratzern an den Wänden der Nut dichtet der metallische E-förmige Dichtring unter extrem hohen Drücken nicht vollständig leckfrei. Unter normalen Verhältnissen hat dies keine Folgen, da der ^:' primäre gummiartige Dichtring leckfrei ,dichtet und der sekundäre E-förmige Dichtring nicht unter Druck steht. Ist die Kupplung jedoch einer Feuereinwirkung ausgesetzt, so dehnt sich die gummiartige Dichtung anfänglich z. B. bis zu 5 Volumenprozent aus, wobei der metallische Trennring 28 eine Ausdehnung des Gummis in Richtung der eingeschlossenen Flüssigkeit verhindert und eine Ausdehnung in Richtung des E-förmigen Dichtringes 10 verursacht. Daraus resultiert eine beträchtliche Treibkraft, die den E-förmigen Dichtring 10 unter sehr hohem Druck von z. B. 285 p/cm

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bis 570 p/cm setzt, obwohl der Flüssigkeitsdruck in der Leitung

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nur 2,85 p/cm bis 4,25 p/cm beträgt. Dadurch werden die äußeren Arme 11 des E-förmigen Dichtringes 10 mit zu dessen Festsetzen ausreichender Kraft auseinander und an die Metallf-lächen der

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Wände der Nut gedrückt, wodurch eine spaltlose Metalldichtung entsteht. Entflammbare Flüssigkeit wird dadurch am Austreten zwischen den Planschen und am Speisen des Feuers gehindert. Im Falle eines Feuers verhindert der innere metallische Trennring beim Fließen vom Treibstoff im Rohr ein Eintreten des Zerfallproduktes des Gummis in den Treibstoffluß und unter normalen Verhältnissen ein Zerfressen der ummiartigen Dichtung durch den Treibstoff.

Das zwangsläufige Festhalten des E-förmigen ^ichtringes und die Garantie nach einer Inaugenscheinnahme einer zusammengesetzten Kupplung, daß die Dichtringe eingesetzt sind, ist bei Treibstoffdichtungen besonders wichtig, da das versehentliche Auslassen eines Dichtringes verheerende Folgen haben kann. Deshalb besteht ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß sie eine Vorrichtung umfaßt, bei der, obwohl die E-förmigen Dich£-· ringe selbst nicht sichtbar sind, eine positive sichtbare Garantie dafür besteht, daß die E-förmigen Dichtringe sich an ihrem richtigen Platz befinden, nachdem die Flansche zusammengeschraubt sind. Hat ein Mechaniker die E-förmigen Dichtringe eingebaut und die Flansche festgeschraubt, so nimmt ein Prüfer normalerweise eine Sichtprüfung- der Kupplung vor. Bei den seitherigen E-förmigen Dichtringen lassen derartige Prüfungen nicht erkennen, ob die E-förmigen Dichtringe tatsächlich an Ort und Stelle sind, da sie nicht gesehen werden können, und der Mechaniker kann versehentlich einen Dichtring in einer Nut weggelassen haben oder ein Dichtring kann ausgelassen worden oder vom Flansch weggefallen sein, wenn eine Distanzscheibe verwendet wird. Da die E-förmigen Dichtringe gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch während des Hersteilens dauerhaft befestigt werden, ergibt sich daraus eine zwangsläufige Garantie dafür, daß sie si.ch an ihrem richtigen Platz in der Distanzscheibe befinden, d. h. wenn der Rand der Distanzscheibe 29 zwischen den festgeschraubten Flanschen sichtbar i_st (obwohl es die Dicht-

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ringe nicht sind) gibt eine Inaugenscheinnahme durch einen Prüfer der Kupplung den Beweis, daß sich die Dichtungen tatsächlich an Ort und Stelle befinden.

Der aufgeschnittene Haltering 16 muß nicht notwendigerweise, weder in der Draufsicht noch im Querschnitts ringförmig sein. Bei größerem Durchmesser und tief eingesetzten E-förmigen Dichtringen kann ein aufgeschnittener Haltering mit rechteckigem Querschnitt verwendet werden. Weiterhin kann ein wellenförmiges oder ein anderes Muster in der Draufsicht des Ringes vorgesehen sein.

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Claims

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Patentansprüche

Dichtvorrichtung mit wenigstens einem elastischen metallischen Dichtring, der im Querschnitt im wesentlichen E-förmig ist, in einer öffnung in einer Distanzscheibe, wobei die äußeren Arme des E-förmigen Dichtringes sinusförmig sind und der mittlere Arm als Schleife ausgebildet ist, die an ihrem äußeren Ende offen ist, und bei denen wenigstens ein Teil ihrer beiden Seiten sich nicht gegenseitig berühren, dadurch gekennzeichnet , daß der die öffnung (14, 23) enthaltende Teil der Distanzscheibe (13, 22) den E-förmigen Dichtring (10) umgibt und an der Innenseite eine Ringnut (15) aufweist, die mit der öffnung der Schleife im mittleren Arm des E-förmigen Dichtringes (10) ausgerichtet ist, und daß ein Haltering (16) den E-förmigen Dichtring umgibt und so angeordnet ist, daß ein Teil dieses Halteringes (16) in die Ringnut (15) und ein anderer Teil in die öffnung im mittleren Arm des E-fr5rmigen Dichtringes (10) eingreift.
2. Dichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Haltering (16) ein aufgeschnittener Drahtring ist.
3. Dichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die äußeren Arme (11) "des E-förmigen Dichtringes (10) wenigstens teilweise einen Teil (27) eines gummiartigen Dichtringes (25) umgeben und daß ein metallischer Trennring (28) an der Innenfläche des gummiartigen Dichtringes (25) gehalten ist.
4. Dichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Distanzscheibe (13) eine öffnung und einen E-förmigen Dichtring (10) enthält.

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5. Dichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j daß die Distanzscheibe (22) mehrere
öffnungen (23) und jede öffnung einen E-förmigen Dichtring (10) enthält.
6. Dichtyorrichtung nach Anspruch 1 oder 3 mit relatiy zueinander beweglichen Planschteilen, dadurch gekennzeichnet , daß in Verbindung mit der Distanzscheibe (13, 22) die Flanschteile (18, 19) eine Nut (21) bilden und eine Einrichtung (20) zum Zusammendrücken der Flanschteile (18, 19) vorgesehen ist.

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