DE4204973C2 - Verfahren zum Herstellen einer Gelenkscheibe sowie eine Gelenkscheibe zum Verbinden von Wellenflanschen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Gelenkscheibe sowie eine Gelenkscheibe zum Verbinden von Wellenflanschen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkscheibe zum Verbinden von zwei Wellenachsen sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen, zwischen zwei gleichachsigen Wellenflanschen anzuordnenden elastischen Gelenkscheibe, die mit mindestens jeweils drei für die Befestigung an jedem der beiden Wellenflansche konzentrisch angeordneten starren Hülsen versehen ist und die etwaige weitere starre Teile aufweist, bspw. Anschlagscheiben, wobei die Hülsen durch elastische Mittel miteinander verbunden und sowohl die Hülsen als auch die sie verbindenden elastischen Mittel in einem elastomeren Werkstoff eingebettet sind.
Aus "Kunststoffe und Elastomere in Kraftfahrzeugen", 1985, Verlag W. Kohlhammer, Seiten 520 bis 526, sind derartige Gelenkscheiben bekannt. Sie bestehen vorwiegend aus einem elastischen Werkstoff, bspw. aus Gummi, in den die Hülsen eingebettet sind, die die Verbindungsbolzen zum Ankuppeln der beiden Wellenflansche aufnehmen, und müssen relativ hohe Drehmomente übertragen, außerdem drehelastisch sowie winkel- und längsbeweglich sein. Damit der elastische Werkstoff nicht unzulässig überbeansprucht wird, sind die darin eingebetteten Hülsen durch Elemente miteinander verbunden, die eine andere Elastizität als der elastische Werkstoff besitzen. Die bekannte Gelenkscheibe ist in einem Antriebsstrang zwischen dem Getriebe und dem Differential angeordnet (vgl. a. a. Seite 521, Bild 47). Die Gelenkscheibe ist mit insgesamt sechs Befestigungshülsen ausgerüstet, von denen drei auf der einen Scheibenseite und - um 60° versetzt - ebenfalls drei auf der anderen Scheibenseite angeordnet sind. Damit die Gelenkscheibe in der Lage ist, dass erforderliche Drehmoment zu übertragen, sind jeweils zwei benachbarte Befestigungshülsen durch Cordschlaufen, die somit das Element anderer Elastizität darstellen, miteinander verbunden. Im Betrieb werden die Cordschlaufen auf Zug beansprucht, und der Gummi, in den die Befestigungshülsen und die Cordschlaufen eingebettet sind, trägt nur in geringem Maße zur Drehmomentübertragung bei, so dass diesbezüglich die Hauptlast von den Cordschlaufen übertragen wird.
Die Fertigung dieser bekannten Gelenkscheibe ist äußerst schwierig und aufwendig. Denn abgesehen davon, dass das Umwickeln von jeweils zwei Befestigungshülsen mit Schnüren aus Cord zu Cordschlaufen äußerst aufwendig und kompliziert ist und eine gewisse Geschicklichkeit oder entsprechende technische Geräte voraussetzt, treten weiterhin beim Umgießen und Vulkanisieren der umwickelten Befestigungshülsen zusätzliche Maßnahmen erfordernde Schwierigkeiten auf.
Da nämlich die Cordfasern nur schwer eine Verbindung mit dem Kautschuk eingehen, muss mit einem Haftvermittler gearbeitet werden, um eine gute Haftverbindung zwischen den Cordschlaufen einerseits und dem Kautschuk bzw. Gummi andererseits zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Gelenkscheibe zu schaffen, mit denen sich die Fertigung wesentlich vereinfachen läßt.
Diese Aufgabe wird für das Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass die elastische Gelenkscheibe als Direktverbund hergestellt wird, derart, dass zunächst unter Einbeziehung der Hülsen und der etwaigen weiteren starren Teile mittels einer Kunststoffspritzvorrichtung ein Basiskörper gebildet und sodann mit Kautschuk umspritzt sowie anschließend der Kautschuk vulkanisiert wird. Indem somit die Befestigungshülsen von vornherein in einem Arbeitsgang in einem festen Verbund mit dem sie aufnehmenden Basiskörper gebracht werden, nämlich auf einfache Art und Weise in einer geeigneten Spritzgußvorrichtung bzw. - maschine, bedarf es insbesondere keiner mühsamen Umwicklungen mehr, denn es liegt nach dem Spritzgießen ein von dem Kunststoff völlig eingeschlossener Hülsenverbund vor. Damit sich das erforderliche Drehmoment übertragen läßt, braucht der Kunststoff-/Hülsen-Verbund lediglich noch in Kautschuk eingebettet und vulkanisiert zu werden.
In Ausgestaltung der Erfindung besteht der Basiskörper aus einem Werkstoff, der ohne zusätzliche Haftvermittlersysteme eine direkte Verbindung mit Kautschuk eingeht. Dadurch wird das erfindungsgemäße Verfahren weiter vereinfacht, da sich das Aufbringen von Haftvermittlern erübrigt.
Vorteilhafterweise besteht für die Herstellung der Gelenkscheibe der Basiskörper bei Verwendung von Naturkautschuk aus einem Polyphenylenoxid oder einem Polyphenylenether und bei Verwendung von synthetischem Kautschuk aus einem Polyamid, vorzugsweise der Typen PA 6/12 oder 12.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind dem den Basiskörper bildenden Werkstoff Fasern aus Glas, Kohlenstoff oder Metall beigemengt, die zur Verstärkung dienen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt:
  • - Einlegen der Hülsen und der etwaigen weiteren starren Teile in ein entsprechend gestaltetes Werkzeug,
  • - Bildung eines Basiskörpers durch Umspritzen der Hülsen und der etwaigen weiteren starren Teile mit einem elastischen Kunststoff,
  • - Öffnen des Werkzeugs
  • - Schwenken der Werkzeugeinsätze aus der Kunststoffzone in die Kautschukzone, bei gleichzeitigem Anstoßen der Fertigteile und Schwenken der Werkzeugkerne in die Kunststoffzone,
  • - Schließen des Werkzeugs,
  • - Einspritzen des Kautschuks,
  • - Vulkanisieren des Kautschuks.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Hülsen und/oder die etwaigen weiteren starren Teile aus Kunststoff, aus Metall oder aus mit Kunststoff ummantelten Metall.
Für eine Gelenkscheibe, die zwischen zwei gleichachsigen Wellenflanschen einsetzbar ist, mit mindestens jeweils drei für die Befestigung an jedem der beiden Wellenflansche konzentrisch angeordneten Hülsen versehen ist und etwaige weitere starre Teile aufweist, bspw. Anschlagscheiben, wobei die Hülsen durch elastische Mittel miteinander verbunden und sowohl die Hülsen als auch die sie verbindenden elastischen Mittel in einem elastomeren Werkstoff eingebettet sind, wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Gelenkscheibe einen die Hülsen und die etwaigen weiteren starren Teile in Form eines Direktverbundes aufnehmenden Basiskörper besitzt. Zum Herstellen einer voll einsatzfähigen Gelenkscheibe braucht somit der insoweit bereits vorgefertigte Basiskörper, in vorteilhafter Ausgestaltung läßt sich dieses als ein in strahlenförmiger Anordnung schalenartige Einfassungen für die Hülsen aufweisender Kranz ausbilden, lediglich noch mit Kautschuk umspritzt und vulkanisiert zu werden. Denn die Hülsen sowie sie gegebenenfalls exzentrisch aufnehmende Außenhülsen sind über die halbschalenartigen, sich um die Außenhülsen legenden und mit diesen über den eingespritzten Kunststoff verbundenen Einfassungen ein fester Bestandteil des Kunststoffkranzes und damit des Basiskörpers. Mit einer auf einem Basiskörper aufgebauten Gelenkscheibe läßt sich erreichen, dass der Gummi (zwischen zwei benachbarten Hülsen) nur bzw. vorwiegend auf Druck beansprucht wird, bekanntlich verträgt Gummi hohe Druckbeanspruchungen, hingegen nur weitaus weniger gut Zubeanspruchungen.
Wenn der Basiskörper vorteilhaft aus einem zusammenhängenden Kunststoff- Spritzgußteil besteht, läßt sich nach dem Einlegen der Hülsen und der etwaigen weiteren starren Teile in ein entsprechend gestaltetes Werkzeug der Direktverbund des Basiskörper in einfacher Weise in einem Arbeitsgang beim Spritzgießen herstellen.
Es wird vorgeschlagen, dass mehrere mit den Hülsen versehene Segmente zu dem Basiskörper zusammengesetzt und die Segmente vorteilhaft durch Kautschuk miteinander verbunden sind, so dass die Gelenkscheibe danach schon gleich zum Einbau fertiggestellt ist. Der somit aus mehreren Segmenten, die sich in beiliegender Anzahl vorfertigen lassen, bestehende Basiskörper erhält seinen mechanischen Zusammenhang durch den in die Zwischenräume eingefüllten Kautschuk bzw. vulkanisierten Gummi.
Die Segmente können mit ringförmigen Ansätzen und/oder Kanälen versehen sein. Beide Maßnahmen tragen dazu bei, den sich beim Einspritzen des Kautschuks ergebenden Zusammenhalt zu unterstützen, d. h. eine innige Verbindung zwischen den Segmenten und dem Kautschuk zu begünstigen.
Wenn das Segment und die Außenhülse einstückig sind, läßt sich der Fertigungsprozeß weiter vereinfachen, denn es braucht vor dem Einspritzen des Kautschuks lediglich noch die letztendlich einen Befestigungsbolzen aufnehmende Innenhülse eingesetzt zu werden.
Es wird vorgeschlagen, dass die Hülsen und/oder die Außenhülsen und/oder die etwaigen weiteren starren Teile aus Kunststoff, aus Metall oder aus mit Kunststoff ummantelten Metall bestehen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert: Es zeigen:
Fig. 1 die Draufsicht auf eine Gelenkscheibe, die als Basiskörper einen Kranz mit strahlenförmig angeordneten schalenartigen Einfassungen besitzt;
Fig. 2 die Draufsicht auf eine Gelenkscheibe, die einen aus insgesamt sechs Segmenten zusammengesetzten Basiskörper aufweist;
Fig. 3 die Gelenkscheibe gemäß Fig. 2 entlang der Linie III-III geschnitten;
Fig. 4 die Gelenkscheibe gemäß Fig. 2 entlang der Linie IV-IV geschnitten;
Fig. 5 als Einzelheit ein eine kurze Innenhülse aufweisendes Segment der Gelenkscheibe gemäß Fig. 2, in der Draufsicht dargestellt und
Fig. 6 als Einzelheit der Gelenkscheibe gemäß Fig. 2 ein eine lange Innenhülse mit aufgesetzter Anschlagscheibe aufweisendes Segment, in der Draufsicht dargestellt.
Bei der Ausführung nach Fig. 1 weist die Gelenkscheibe 1 einen Basiskörper 2 aus Kunststoff auf, der aus einem Kranz 3 und daran strahlenförmig angespritzten, schalenartigen, nach außen offenen Einfassungen 4 besteht. Der Kranz 3 und die Einfassungen 4 sind zur deutlicheren Darstellung mit einer Schraffur versehen. In den insgesamt sechs Einfassungen 4 des Basiskörpers 2 sind jeweils eine Außenhülse 5 mit darin exzentrisch angeordneter Innenhülse 6 mit Abstand zu den Einlassungen 4 eingesetzt. Beim Spritzen des Basiskörpers 2 in einem Werkzeug einer nicht dargestellten Spritzgußmaschine bildet sich nicht nur der Kranz 3 mit den Einfassungen 4 aus, sondern werden über den eingespritzten Kunststoff gleichzeitig die Hülsen 5, 6 mit den Einfassungen 4 verankert.
Der somit in seinen Einfassungen 4 die Hülsen 5, 6 tragende Basiskörper 2 wird anschließend mit Kautschuk umspritzt, der nach dem Vulkanisieren einen den Basiskörper samt Hülsen in seinem Inneren aufnehmenden Gummimantel 7 bildet. Beim Einspritzen fließt der Kautschuk außerdem in einen auf der größeren Seite der Exzentrizität zwischen Innen- und Außenhülse 6, 5 halbmondartigen Bereich, so daß zwischen der Innenhülse 6 und der Außenhülse 5 ein diese Teile miteinander verbindender Gummipuffer 8 entsteht, während der schmalere bzw. kleinere Sichelbereich 9 durch beim Spritzen an dieser Stelle eingesetzte Kerne frei bleibt, so dass die Innenhülse 6 frei tragend, an dem Gummipuffer 8 aufgehängt in der Außenhülse 5 angeordnet ist. Auch die in den Gummipuffern 8 zu erkennenden Durchgangsbohrungen 11 werden durch eingesetzte Kerne erreicht. Weiterhin bilden sich beim Einspritzen des Kautschuks zum Ummanteln des Basiskörpers 2 samt der in den Einfassungen 4 angeordneten Bauteile (Hülsen 5, 6) den Spritz- bzw. Direktverbund begünstigende Gummistege 12.
Die in Fig. 1 gezeigte Gelenkscheibe 1 ist von ihrer zur Gelenkwelle hinweisenden Seite dargestellt, und an dieser Seite ragen drei, zueinander jeweils um 120° versetzte Innenhülsen 6 weiter aus der Gelenkscheibe 1 hervor als die übrigen Innenhülsen. Auf die vorkragenden Enden dieser Innenhülsen 6 sind Anschlagscheiben 13 aufgepreßt, und außerdem sind die den Gummipuffern 8 dieser Innenhülsen zugewandten Außenhülsen 5 mit Ringkragen 14 versehen, die sich zwischen den Gummistegen 12 erstrecken.
Die in Fig. 2 bzw. in den Fig. 2 bis 6 dargestellte Gelenkscheibe 100 unterscheidet sich im wesentlichen nur durch einen anderen Aufbau des Basiskörpers 102 von der Gelenkscheibe 1 gemäß Fig. 4, so dass übereinstimmende Bauteile mit denselben Bezugsziffern versehen sind. Der Basiskörper 102 besteht aus sechs einstückig jeweils mit der Außenhülse 5 spritzgegossenen, in Fig. 2 schraffiert gekennzeichneten Kunststoffsegmenten 15. Sie sind mit den Innenhülsen 6 über Gummipuffer 8 (vgl. die Fig. 5 und 6), die in diesem Fall die Beweglichkeit der Innenhülse 6 unterstützende Schlitze 16 aufweisen. Wie sich insbesondere der Fig. 4 entnehmen läßt, weisen die Kunststoffsegmente 15 an ihren beiden Außenseiten ringförmige Ansätze 17 auf, die eine innige Verbindung mit dem Gummimantel 7 beim späteren Umspritzen und Vulkanisieren des Kautschuks begünstigen.
Auch die Gelenkscheibe 100 weist kurze und lange Innenhülsen 6 bzw. Außenhülsen 5 (vgl. in Fig. 3 die linke und die rechte Hülsenanordnung) auf, wobei die langen Innenhülsen 6 an beiden Seiten der Gelenkscheibe 100 mit aufgepreßten Anschlagscheiben 13 versehen sind (vgl. auch Fig. 4). Die die kurzen, nur an einer Seite der Gelenkscheibe 100 vorspringenden Innenhülsen 6 (vgl. die linke Hälfte von Fig. 3) aufweisenden Kunststoffsegmente 15 sind als Einzelheit in Fig. 5 und die an beiden Enden der Gelenkscheibe 100 vorkragenden und mit Anschlagscheiben 13 versehenen Kunststoffsegmente 15 sind als Einzelheit in Fig. 6 dargestellt. Zum Herstellen der Gelenkscheibe 100 werden die Kunststoffsegmente 15 zu einem Kranz (vgl. Fig. 2) zusammengesetzt und danach mit Kautschuk umspritzt, so dass sie nach dem Vulkanisieren von dem Gummimantel 7 eingeschlossen sind. Damit sich ein inniger Werkstoffverbund nicht nur aufgrund des sich in die Freiräume 18 zwischen den aneinandergesetzten Kunststoffsegmente 15 verteilenden Kautschuks ergibt, sind außer den Gummistegen 12 außerdem Kanäle 19 zumindest in den mit den Anschlagsscheiben 13 versehenen Kunststoffsegmenten 15 angeordnet, in die sich der eingespritzte Kautschuk verteilt.
Eine Gummischeibe 1 bzw. 100 läßt sich somit auf einfache Weise durch den Einsatz bereits vorgefertigter Basiskörper 2 bzw. 102 herstellen, die nämlich soweit vorbereitet sein können, dass sie nach dem Einsetzen in die Spritzgussmaschine lediglich noch mit Kautschuk umspritzt zu werden brauchen, um nach dem Vulkanisieren eine mit allen erforderlichen Bauelementen versehene Gelenkscheibe 1, 100 zu erhalten.
Liste der Bezugszeichen
1
,
100
Gelenkscheibe
2
,
102
Basiskörper
3
Kranz
4
Einlassung
5
Außenhülse
6
Innenhülse
7
Gummimantel
8
Gummipuffer
9
Sichelbereich
11
Durchgangsbohrung
12
Gummisteg
13
Anschlagscheibe
14
Ringkragen
15
Kunststoffsegment
16
Schlitz
17
Ansatz
18
Freiraum
19
Kanal

Claims (23)

1. Verfahren zur Herstellung einer zwischen zwei gleichachsigen Wellenflanschen anzuordnenden elastischen Gelenkscheibe, die mit mindestens jeweils drei für die Befestigung an jedem der beiden Wellenflansche konzentrisch angeordneten starren Hülsen versehen ist und die etwaige weitere starre Teile aufweist, bspw. Anschlagscheiben, wobei die Hülsen durch elastische Mittel miteinander verbunden und sowohl die Hülsen als auch die sie verbindenden elastischen Mittel in einem elastomeren Werkstoff eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Gelenkscheibe (1, 100) als Direktverbund hergestellt wird, derart, dass zunächst unter Einbeziehung der Hülsen (5, 6) und der etwaigen weiteren starren Teile (13) mittels einer Kunststoff- Spritzvorrichtung ein Basiskörper (2, 102) gebildet und sodann mit Kautschuk umspritzt sowie anschließend der Kautschuk vulkanisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper aus einem Werkstoff besteht, der ohne zusätzliche Haftvermittlersysteme eine direkte Verbindung mit Kautschuk eingeht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (2, 102) bei Verwendung von Naturkautschuk aus einem Polyphenylenoxid oder einem Polyphenylenether besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (2, 102) bei Verwendung von synthetischem Kautschuk aus einem Polyamid, vorzugsweise der Typen 6/12 oder 12 besteht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem den Basiskörper bildenden Werkstoff Fasern aus Glas, Kohlenstoff oder Metall beigemengt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • - Einlegen der Hülsen (5, 6) und der etwaigen weiteren starren Teile (13) in ein entsprechend gestaltetes Werkzeug,
  • - Bildung eines Basiskörpers durch Umspritzen der Hülsen und der etwaigen weiteren starren Teile mit einem elastischen Kunststoff,
  • - Öffnen des Werkzeugs,
  • - Schwenken der Werkzeugeinsätze aus der Kunststoffzone in die Kautschukzone, bei gleichzeitigem Ausstoßen der Fertigteile und Schwenken der Werkzeugkerne in die Kunststoffzone,
  • - Schließen des Werkzeugs,
  • - Einspritzen des Kautschuks,
  • - Vulkanisieren des Kautschuks.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsen und/oder die etwaigen weiteren starren Teile aus Kunststoff bestehen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsen und/oder die etwaigen weiteren starren Teile aus Metall bestehen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsen und/oder die etwaigen weiteren starren Teile aus mit Kunststoff ummantelten Metall bestehen.
10. Gelenkscheibe, die zwischen zwei gleichachsigen Wellenflanschen einsetzbar ist, mit mindestens jeweils drei für die Befestigung an jedem der beiden Wellenflansche konzentrisch angeordneten Hülsen (5, 6) versehen ist und etwaige weitere starre Teile aufweist, bspw. Anschlagscheiben (13), wobei die Hülsen durch elastische Mittel miteinander verbunden und sowohl die Hülsen als auch die sie verbindenden elastischen Mittel in einem elastomeren Werkstoff eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen die Hülsen (5; 6) und die etwaigen weiteren Teile (13) in Form eines Direktverbundes aufnehmenden Basiskörper (2; 102) besitzt.
11. Gelenkscheibe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (2) mit einem in strahlenförmiger Anordnung schalenartige Einfassungen (4) für die Hülsen (5, 6) aufweisenden Kranz (3) ausgebildet ist.
12. Gelenkscheibe nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch, einen aus einem zusammenhängenden Kunststoff-Spritzgußteil bestehenden Basiskörper (2).
13. Gelenkscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper(2)mit Kautschuk umspritzt ist.
14. Gelenkscheibe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere mit den Hülsen (5, 6) versehene Segmente (15) zu dem Basiskörper (102) zusammengesetzt sind.
15. Gelenkscheibe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (15) aus Kunststoff bestehen.
16. Gelenkscheibe nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (15) durch Kautschuk miteinander verbunden sind.
17. Gelenkscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (6) exzentrisch in der Außenhülse (5) angeordnet ist.
18. Gelenkscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Segment (15) und die Außenhülse (5) einstückig sind.
19. Gelenkscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (15) mit ringförmigen Ansätzen (17) versehen sind.
20. Gelenkscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 19, gekennzeichnet durch in den Segmenten (15) angeordnete Kanäle (19).
21. Gelenkscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülsen (6) und/oder die Außenhülsen (5) und/oder die etwaigen weiteren starren Teile aus Metall bestehen.
22. Gelenkscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülsen (6) und/oder die Außenhülsen (5) und/oder die etwaigen weiteren starren Teile aus Kunststoff bestehen.
23. Gelenkscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülsen (6) und/oder die Außenhülsen (5) und/oder die etwaigen weiteren starren Teile aus mit Kunststoff ummantelten Metall bestehen.
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