ES2335130T3 - Procedimiento para la fabricacion de dispositivos de conduccion de gas de escape, en particular dispositivos de limpieza de gases de escape. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de dispositivos de conducción de gas de escape, en particular dispositivos de limpieza de gas de escape, que tienen, respectivamente, una carcasa exterior (14) con un soporte apretado en su interior, en el que el soporte comprende un sustrato (10) a través del que fluye gas de escape y un elemento de compensación (12) elástico que rodea el sustrato (10), caracterizado por las siguientes etapas: a) Determinación de la geometría exterior individual del sustrato (10), b) Determinación de una geometría adaptada a la geometría exterior individual del sustrato (10) de la carcasa exterior (14) para la consecución de una fuerza de apriete requerida, que está adaptada y se ha de ejercer individualmente sobre el soporte, c) Fabricación de la carcasa exterior (14) con geometría adaptada, y d) Montaje y apriete del soporte en la carcasa exterior (14), realizándose el cierre de la carcasa exterior (14) de modo controlado por presión o controlado por fuerza.
Description
Procedimiento para la fabricación de
dispositivos de conducción de gas de escape, en particular
dispositivos de limpieza de gas de escape.
La invención se refiere a un procedimiento para
la fabricación de dispositivos de conducción de gas de escape, en
particular dispositivos de limpieza de gas de escape, que tienen, en
particular, una carcasa exterior con un soporte apretado en su
interior, comprendiendo el soporte un sustrato a través del que pasa
el gas de escape y un elemento de compensación elástico que rodea
el sustrato.
Los dispositivos conductores de gas de escape de
los que se trata en la invención son, en particular, dispositivos
de limpieza de gas de escape, como catalizadores y filtros de
partículas diésel, o combinaciones de los dos. En este tipo de
dispositivos están colocados soportes muy sensibles frente a la
presión radial, en cuyo caso se trata hasta el momento
mayoritariamente de sustratos cerámicos a través de los que se
produce un flujo axial, que están envuelto con un elemento de
compensación elástico (designado habitualmente como estera de
apoyo): estos soportes se sujetan principalmente por medio de un
apriete radial en la carcasa exterior y en la dirección axial y
lateral, siendo posible un apoyo axial adicional, por ejemplo con un
anillo de punto de hilo. El apriete ha de ser lo suficientemente
grande para que durante el funcionamiento de marcha, tanto por
medio de la presión de gas como por medio de vibraciones no se
produzca ningún desplazamiento del soporte relativo a la carcasa
exterior en la dirección axial. Por otro lado, la presión radial o,
en general, la presión que actúa lateralmente hacia dentro, no ha
de ser tan grande que se produzca una destrucción del soporte, en
particular la destrucción del sustrato del catalizador o el sustrato
del filtro de partículas diésel sensible a la presión.
La introducción y apriete del soporte en la
carcasa exterior se realiza hasta ahora, por ejemplo, por medio del
denominado arrollado. En este caso se preforma en primer lugar una
cubierta de chapa por medio de flexión de cilindros o de curvado de
planchas. A continuación se introduce el soporte formado por
sustrato y estera de apoyo lateralmente en la cubierta de chapa
preformada, se arrolla la cubierta de chapa de modo controlado por
fuerza fijamente alrededor del soporte, y a continuación se cierra
la cubierta soldándola. Con ello se comprime la estera.
Puesto que, sin embargo, las dimensiones del
sustrato (como también la estera de apoyo) están sometidas a
ciertas tolerancias de fabricación, por medio de este procedimiento
conocido no se garantiza siempre un apriete óptimo del soporte en
la carcasa exterior. Mientras que un sustrato con un diámetro
especialmente pequeño, bajo ciertas circunstancias, no se aprieta
suficientemente fuerte, en el caso de un sustrato especialmente
grande, como consecuencia de la mayor presión ejercida por medio de
la estera comprimida, se puede llegar a una destrucción del
sustrato.
A esto hay que añadir que la estera de apoyo que
está dispuesta entre el sustrato y la carcasa exterior, y que ha de
procurar una compensación de presión y una pretensión constante,
después de una compresión está sometida a un cierto proceso de
asiento (relajación), por medio del cual se reduce la presión
comunicada a través de ella al sustrato. El retorno elástico de la
carcasa exterior después de la introducción y apriete lleva,
igualmente, a que la presión aplicada al comienzo sobre el sustrato,
y con ello la fuerza de apriete aplicada, se relaja. Además, la
presión de sujeción de la estera de apoyo se reduce durante el
funcionamiento (por ejemplo por medio de envejecimiento).
Una posibilidad (teórica) en el apriete del
soporte para compensar sus tolerancias de medida viene dada ahora
por el hecho de cerrar la carcasa exterior con el procedimiento
descrito hasta el momento de modo controlado por presión o por
fuerza. Sin embargo, en la práctica por medio de ello tampoco se
pueden compensar apenas las elevadas oscilaciones que se producen
en la presión de sujeción de la estera de apoyo.
El documento JP 2002-263764 A
describe un procedimiento para la fabricación de un dispositivo de
conducción de gas de escape, en el que se determinan el diámetro
exterior del sustrato y el peso de la estera de apoyo. A partir de
los datos determinados se determina el diámetro de la carcasa
exterior necesario para la consecución de una fuerza de sujeción
uniforme, y la carcasa exterior se adapta de modo
correspondiente.
El documento EP 1 445 443 A1 muestra un
procedimiento para el montaje de un catalizador o bien de un cuerpo
de filtro, en el que en la forma de realización de las Figuras 1 a 7
en primer lugar se fabrica completamente la carcasa, y a
continuación se introduce el paquete formado por el sustrato y la
estera de apoyo en la carcasa. En la forma de realización según la
Figura 8, el grupo constructivo formado por el sustrato y la estera
de apoyo se inserta en una carcasa que todavía no está cerrada. A
continuación se cierra la carcasa al diámetro calculado, es decir,
se cierra de modo controlado en su recorrido.
El documento DE 103 13 155A1 muestra un
procedimiento para el montaje de un sustrato de una instalación de
escape de gases, en la que se fabrica un recorte de chapa para la
carcasa con las dimensiones adecuadas, de manera que los bordes que
se han de unir entre ellos de la carcasa estén en contacto haciendo
tope entre ellos sin que se produzca solape.
\newpage
El objetivo de la invención es presentar un
procedimiento que se ocupe de un apriete suficientemente seguro del
soporte en la carcasa exterior con tasas de defectos mínimas.
Esto se consigue por medio de las siguientes
etapas del procedimiento:
a) Determinación de la geometría exterior
individual del sustrato,
b) Determinación de una geometría adaptada a la
geometría exterior individual del sustrato de la carcasa exterior
para la consecución de una fuerza de apriete recurrida que se ha de
ejercer adaptada individualmente al soporte,
c) Fabricación de la carcasa exterior con una
geometría adaptada, y
d) Montaje y apriete del soporte en la carcasa
exterior.
En los procesos conocidos hasta el momento se ha
usado en todo momento una carcasa exterior uniforme, doblada de
modo redondo, que ha sido cerrada de modo controlado por fuerza o
por presión alrededor del soporte. En el caso de un cierre
controlado por presión se han compensado tolerancias en el tamaño
del soporte parcialmente por medio del hecho de que la carcasa
exterior se ha cerrado algo. La invención va por otro lado,
determinando la geometría exterior de cada sustrato individual
antes de la construcción incorrecta y entonces, dependiendo de esta
geometría exterior, conformando una carcasa exterior que está
adaptada exactamente a la geometría exterior del sustrato
correspondiente (incluyendo el espacio para la estera de apoyo). A
continuación, el soporte, formado por el sustrato y el elemento de
compensación, se monta y se aprieta en su carcasa exterior
realizada de modo individual. De este modo, la densidad superficial
de la estera comprimida, y con ello la presión de sujeción ejercida
por ella está sometida a oscilaciones considerablemente menores,
como es el caso en el estado de la técnica, lo que significa que
cada soporte se aprieta con la fuerza de sujeción necesaria para
él. Por medio del procedimiento conforme a la invención se puede
reducir, con ello, la carga del sustrato, y se consigue una mejor
conservabilidad. Al hablar de geometría adaptada de la carcasa
exterior, en este contexto, se hace referencia al hecho de que la
forma y la dimensión de la carcasa exterior se realiza a medida.
Según la invención está previsto que la geometría de la carcasa
exterior se determine directamente a partir de la geometría
exterior del sustrato. Las etapas intermedias, como por ejemplo una
determinación o cálculo del peso del sustrato, no están previstas
para esto.
Para la mejora de la precisión en la
determinación de la geometría de la carcasa exterior se determina
preferentemente adicionalmente a la determinación de la geometría
exterior del sustrato el peso individual del elemento de
compensación. Esto tiene sentido ya que la presión que se ha de
ejercer por medio del elemento de compensación depende, entre otras
cosas, de la masa del soporte, y con ello también de la masa del
elemento de compensación.
Para poder reproducir también las más pequeñas
estructuras del sustrato, la geometría adaptada de la carcasa
exterior se genera ventajosamente por medio de una conformación
incremental. Esto es importante, en particular, en el caso de
secciones transversales del sustrato no redondas o angulosas.
Tal y como ya se ha mencionado es posible que la
carcasa exterior se cierre para apretar el soporte. De modo
ventajoso se determinan entonces antes del cierre de la carcasa los
parámetros adecuados para el proceso de cierre. Gracias a ello se
puede mantener especialmente reducida la carga del sustrato.
El cierre de la carcasa se puede realizar de
modo controlado por presión o de modo controlado por recorrido.
También es posible una combinación de los dos procedimientos. Un
procedimiento de cierre controlado por recorrido es especialmente
ventajoso ya que la geometría del sustrato, y con ello también la
"geometría objetivo" de la carcasa exterior ya es conocida.
Puesto que por medio del proceso de conformación
individual se puede adaptar la carcasa exterior prácticamente a
cualquier forma de sustrato, el procedimiento conforme a la
invención se puede emplear de un modo especialmente ventajoso en un
sustrato que es fundamentalmente cilíndrico con una superficie base
que difiere del círculo. Así pues, se consideran, en particular,
contornos no redondos, por ejemplo secciones ovales o las
denominadas secciones triovales (trioval = forma fundamentalmente
triangular con esquinas redondeadas). Por medio del procedimiento
conforme a la invención es posible una presión superficial no
homogénea o dirigida definida, que lleva, en particular, en el caso
de este tipo de contornos no redondeados, a menos desechos y a una
mejor conservabilidad. De este modo se puede conseguir con un
sustrato oval en su sección transversal en las regiones con mayor
radio una presión de sujeción mayor de lo que sería el caso en el
caso de una carcasa exterior prefabricada redondeada o
prerredondeada, que se arrolla únicamente alrededor de un sustrato
oval. Al mismo tiempo se evitan picos de presión locales en las
regiones con un menor radio, que en el procedimiento convencional se
original como consecuencia de la recuperación elástica. De este
modo se produce una carga de sustrato reducida.
Una posibilidad especialmente sencilla para la
determinación de la geometría exterior individual viene dada por el
hecho de que se mida el sustrato.
Según una forma de realización preferida, los
datos determinados referidos al soporte se alimentan en un control,
y en el control se determina la geometría individual de la carcasa
exterior asignada. Todos los datos se alimentan preferentemente de
modo completamente automático por medio del acoplamiento con los
dispositivos de medición al control. El control determina entonces
la geometría realizada a medida. Al mismo tiempo, el control puede
estar acoplado con la herramienta o con las herramientas que llevan
la carcasa exterior a la geometría deseada.
El dispositivo que se fabrica por medio del
procedimiento conforme a la invención es según la forma de
realización preferida un catalizador del gas de escape, un filtro
de partículas diésel, o una combinación de los dos. Como núcleo del
soporte está previsto, respectivamente, un sustrato sensible a la
presión.
En particular, la carcasa está realizada como
carcasa de chapa.
El procedimiento conforme a la invención se
puede aplicar, además del arrollado ya mencionado, a todos los
procedimientos para la fabricación de dispositivos de conducción de
gas de escape y a todos los procedimientos que están basados en una
carcasa de chapa. Además del arrollado también es posible el
denominado calibrado. En este caso se presiona desde el exterior en
el contorno de un tubo cerrado prefabricado contra éste, para
deformarlo plásticamente, y presionarlo contra el soporte.
Un tercer procedimiento prevé una carcasa
formada por varias cubiertas que se presionan contra el soporte, y
que se fijan una junto a la otra a continuación.
Una cuarta forma de realización prevé un
denominado procedimiento de tapón. En este caso se fabrica una
carcasa cilíndrica cerrada, cuya geometría interior está ya
adaptada a la geometría exterior del soporte. A continuación se
introduce por la parte frontal el soporte en la carcasa.
Otras características y ventajas de la invención
resultan de la siguiente descripción a partir del dibujo anexo. En
éste:
- La Figura 1 muestra una vista en sección
longitudinal a través de un dispositivo fabricado por medio de la
invención en forma de un dispositivo de limpieza de gas de
escape;
- La Figura 2 muestra vistas esquemáticas de
dispositivos de medición y herramientas usados en el procedimiento
conforme a la invención;
- La Figura 3 muestra una vista lateral frontal
de un dispositivo fabricado por medio del procedimiento conforme a
la invención con carcasa exterior arrollada;
- La Figura 4 muestra una vista en perspectiva
de una herramienta de calibración que se puede emplear en el
procedimiento conforme a la invención, parcialmente en sección;
y
- La Figura 5 muestra una vista lateral frontal
de un dispositivo fabricado por medio del procedimiento conforme a
la invención con una carcasa exterior fabricada a partir de
cubiertas.
En la Figura 1 está representado un dispositivo
de conducción del gas de escape instalado en un automóvil en forma
de un dispositivo de limpieza del gas de escape de un vehículo. El
dispositivo de limpieza de gas de escape del vehículo es o bien un
catalizador del gas de escape o un filtro de partículas de diésel, o
una combinación de ambos.
Una pieza central del dispositivo de limpieza de
gas de escape es un sustrato 10 cilíndrico extendido
longitudinalmente, que está formado, por ejemplo, por un sustrato
cerámico o un tipo de cartón ondulado u otro material de soporte o
de filtro catalítico con o sin revestimiento. El sustrato 10 puede
presentar una sección transversal cilíndrica circular, o una
sección transversal no redonda. Sólo para la representación
simplificada, en las figuras está representada una sección
transversal cilíndrica circular. El sustrato está rodeado por una
estera de apoyo 12 que actúa como elemento de compensación elástico
entre el sustrato 10 y una carcasa exterior 14. La carcasa exterior
14 está realizada con una pared muy fina, y en particular está hecha
de chapa. Corriente arriba y corriente abajo, con la carcasa
exterior 14 están unidos un embudo de entrada 16 y un embudo de
salida 18.
El sustrato 10 conforma conjuntamente con la
estera de apoyo 12 el denominado soporte.
En el funcionamiento, el gas de escape fluye a
través del embudo de entrada 16 en la parte frontal entrando en el
sustrato 10, y abandona finalmente el sustrato 10 provisto de menos
sustancias nocivas en la parte frontal opuesta, para abandonar el
dispositivo de limpieza a través del embudo de salida 18.
La fabricación del dispositivo de limpieza se
explica a continuación a partir de las Figuras 2 y 3. En la Figura
2 están representadas diferentes estaciones de medición, con las que
se determinan características de cada soporte individual que se ha
de construir (es decir, del sustrato 10 y de la estera de apoyo 12),
por lo que se refiere a una carcasa exterior adaptada
individualmente para la consecución de una fuerza de apriete
optimizada del soporte en la carcasa 14.
Las estaciones de medición están acopladas por
medio de un control 20 con herramientas para la fabricación de la
carcasa exterior 14, o bien para el montaje y apriete del soporte en
la carcasa exterior 14. Las estaciones explicadas en lo sucesivo se
describen en el orden preferido del procedimiento de
fabricación.
En un primer dispositivo de medición se
determina la geometría exterior (forma y dimensiones exteriores, en
particular contorno) del sustrato 10 por medio de sensores de
medición 22 preferentemente sin contacto. Los sensores de medición
22 están unidos con el control 20 en el que se depositan los valores
de medición recibidos para el sustrato 10.
A continuación se determina el peso de la estera
de apoyo 12 sobre una balanza 24, que está acoplada así mismo con el
control 20. También en este caso se depositan los datos recibidos en
el control 20.
Con los datos determinados sobre el soporte que
se ha de construir (formado por un sustrato 10 y una estera de
apoyo 12) se determina en el control 20 una geometría de la carcasa
exterior adaptada al menos a la geometría exterior individual del
sustrato 10 (preferentemente teniendo en cuenta un factor de asiento
y la elasticidad de la estera de apoyo 12), lo que se puede
realizar por medio de cálculo o por medio de la comparación con una
matriz de asignación depositada en el control 20. La geometría
individual se diseña para la consecución de la fuerza de apriete
requerida, que se ha de adaptar y de ejercer individualmente sobre
el soporte.
Además de lo mencionado, naturalmente también se
podrían considerar otros datos del soporte individual en el cálculo
de la geometría exterior de la carcasa, como por ejemplo el peso del
sustrato 10.
En el siguiente paso, esta carcasa exterior 14
determinada con geometría adaptada se fabrica por medio de una
conformación incremental (ver posición 26). Esto se puede realizar,
por ejemplo, por medio de curvado de planchas o flexión de
cilindros, si bien en este caso el cilindro doblador se ha de
dimensionar muy pequeño para poder fabricar las conformaciones
pequeñas requeridas.
Finalmente, el soporte prefabricado a partir del
sustrato 10 y de la estera de apoyo 12 se construye con su carcasa
exterior 14 hecha a medida con el denominado procedimiento de
arrollado (ver posición 28). Para ello, la carcasa exterior 14
prefabricada se separa ligeramente, y se introduce el soporte
lateralmente en la carcasa exterior 14. La carcasa exterior 14 se
cierra de modo controlado por presión y/o por recorrido, haciendo
que los bordes 30, 32 que se solapan se desplacen uno sobre otro
hasta que las dimensiones de la carcasa exterior 14 resultante se
correspondan con los valores determinados previamente. El proceso de
cierre tiene lugar en este caso a partir de parámetros (presión,
recorrido) adecuados, determinados previamente en el control 20, y
adaptados al sustrato 10 individual o a la carcasa exterior 14, a
continuación se sueldan entre ellos los bordes que se solapen entre
ellos, o bien se pliegan o unen por soldadura directa. El producto
listo está representado en la Figura 3.
Junto al arrollado de la carcasa exterior 14, el
montaje también se puede realizar por medio de un denominado
calibrado. Un dispositivo de calibrado correspondiente está mostrado
en la Figura 4. Éste comprende un gran número de superficies de
contacto 34 móviles de modo radial en forma de segmentos circulares,
que se pueden cerrar para formar un anillo. En el interior del
espacio de trabajo circunscrito por medio de las superficies de
contacto 34 se pone la carcasa exterior 14 en forma de tubo
cilíndrica circular en la que está introducido axialmente el
soporte. Las superficies de contacto 34 se desplazan a continuación
de modo radial hacia el interior, haciéndose uso de los valores
determinados anteriormente en el control 20 referidos a la geometría
de la carcasa exterior 14. Esto significa que las dimensiones de la
carcasa exterior 14 deseadas determinadas anteriormente por medio
del control 20 se consiguen por medio de un movimiento controlado
por recorrido de las superficies de contacto 34 bajo una
deformación plástica simultánea de la carcasa exterior 14 cerrada
ya en su contorno previamente, preformada con un diámetro
correspondientemente grande. Sin embargo, en tanto que se use un
movimiento controlado por recorrido de las superficies de contacto,
esta forma de realización no entra en las reivindicaciones de la
patente.
En lugar de las superficies de contacto 34
mostradas en la Figura 4, también se puede realizar un calibrado
por medio de rodillos que son presionados y girados contra la
carcasa exterior con soporte previsto en su interior lateralmente
alrededor del recorrido de desplazamiento predeterminado. También es
posible en este contexto una denominada presión, en la que la
carcasa exterior 14 con el soporte dispuesto en su interior se
mueve de modo relativo alrededor del recorrido de desplazamiento
predeterminado contra un rodillo individual, y a continuación se
realiza un giro relativo entre el rodillo y la carcasa exterior con
el soporte, de manera que el rodillo es presionado en el contorno
en la carcasa exterior 14, y deforma ésta plásticamente hacia el
interior.
La forma de realización mostrada en la Figura 5
trabaja con dos o más cubiertas 36, 38 que se desplazan una en el
interior de otra. También en este caso las cubiertas 36, 38 son
desplazadas una dentro de otra de modo controlado por
desplazamiento, o bien controlado por presión o por fuerza, hasta
tal punto que las dimensiones interiores se corresponden con las
dimensiones determinadas. Las cubiertas 36, 38, entonces, por
ejemplo, se sueldan entre ellas, se pliegan o se unen por soldadura
indirecta. Naturalmente, las cubiertas 36, 38 también se pueden
deformar previamente a las dimensiones finales deseadas.
Se ha de hacer hincapié en el hecho de que el
procedimiento representado no está pensado para finalidades
experimentales en las que se fabrica un único catalizador o filtro
de partículas de diésel. Por el contrario, el procedimiento está
pensado precisamente para la fabricación masiva, en la que cada
sustrato individual junto a la estera de apoyo obtiene su carcasa
exterior hecha a medida. El procedimiento descrito lleva a una
mejor calidad del dispositivo fabricado con un empleo de capital
reducido para los medios de funcionamiento necesarios.
Claims (14)
1. Procedimiento para la fabricación de
dispositivos de conducción de gas de escape, en particular
dispositivos de limpieza de gas de escape, que tienen,
respectivamente, una carcasa exterior (14) con un soporte apretado
en su interior, en el que el soporte comprende un sustrato (10) a
través del que fluye gas de escape y un elemento de compensación
(12) elástico que rodea el sustrato (10), caracterizado por
las siguientes etapas:
a) Determinación de la geometría exterior
individual del sustrato (10),
b) Determinación de una geometría adaptada a la
geometría exterior individual del sustrato (10) de la carcasa
exterior (14) para la consecución de una fuerza de apriete
requerida, que está adaptada y se ha de ejercer individualmente
sobre el soporte,
c) Fabricación de la carcasa exterior (14) con
geometría adaptada, y
d) Montaje y apriete del soporte en la carcasa
exterior (14), realizándose el cierre de la carcasa exterior (14) de
modo controlado por presión o controlado por fuerza.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque adicionalmente a la determinación de la
geometría exterior del sustrato (10) se determina el peso
individual del elemento de compensación (12).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la geometría adaptada de la carcasa
exterior (14) se genera por medio de una conformación
incremental.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la carcasa
exterior (14) se cierra para apretar el soporte.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque antes del cierre de la carcasa (14) se
determinan parámetros adecuados para el proceso de cierre.
6. Procedimiento según la reivindicación 4 ó 5,
caracterizo porque el cierre de la carcasa (14) se realiza
controlado por presión o controlado por fuerza.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sustrato
(10) es fundamentalmente cilíndrico con una superficie base que
difiere de la forma circular.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sustrato
(10) está medido para la determinación de la geometría exterior
individual.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los datos
determinados respecto al soporte se alimentan en un control (20), y
porque en el control (20) se determina la geometría individual de
la carcasa exterior (14) asignada.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el caso
del dispositivo se trata de un catalizador del gas de escape o de
un filtro de partículas diésel o de una combinación de los dos.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque como
carcasa exterior (14) se usa una carcasa de chapa.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la carcasa
exterior (14) se genera por medio de arrollamiento alrededor del
soporte.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la carcasa
exterior (14) se presiona por medio de calibrado contra el
soporte.
14. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la carcasa
exterior (14) está formada por varias cubiertas (36, 38) que se
presionan contra el soporte y que se fijan una a la otra.
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