FR2650229A1 - Integral transmission without differentials using active clutches - Google Patents

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Abstract

Integral transmission without a differential between a driving shaft and at least one wheel shaft is essentially characterised in that it comprises at least one active clutch provided with a first flange on at least one of the faces of which is bonded or riveted a friction disk or pads, a second flange carried by the wheel shaft, the said first flange interacting with the drive shaft and being capable of moving with respect to the said shaft so that it comes to bear against the said flange or disengages from it depending on whether the rotational speed of the wheel shaft is less than or greater than that of the drive shaft.

Description

La présente invention concerne un système de transmission intégrale simplifié pour les vehicules à 2 et 4 roues motrices. The present invention relates to a simplified all-wheel drive system for 2- and 4-wheel drive vehicles.

La transmission intégrale est devenue a la mode depuis quelques années. Il s'agit ici d'une technique simple b réaliser, permettant de se libérer des différentiels et des multiples accessoires compliqués et onéreux pour leur permettre un glissement limité afin d'éviter le patinage. All-wheel drive has become fashionable in recent years. This is a simple technique to perform, allowing to free the differentials and multiple complicated and expensive accessories to allow them a limited slip to avoid slippage.

On fabrique actuellement un système étudié pour faire "glisser" les roues et on y ajoute un autre système pour en limiter le glissement. We are currently manufacturing a system designed to "slide" the wheels and we are adding another system to limit slippage.

Il parait plus logique d'employer une technique plus simple qui d'emblée donnera un glissement limité.It seems more logical to use a simpler technique which will immediately give a limited slip.

A l'inverse des systèmes actuels, tout l'effort de l'arbre moteur se porte sur la ou les roues les plus adhérentes, l'autre roue motrice dans le cas des deux roues motrices et les autres roues motrices pour les 4 roues motrices se débrayant automatiquement et ne s'emballent donc pas. Unlike current systems, all the effort of the drive shaft is carried on the most adherent wheel (s), the other drive wheel in the case of two drive wheels and the other drive wheels for the 4 drive wheels. disengages automatically and therefore does not get carried away.

Ce système permet la marche normale en virage ou en manoeuvre, les roues extérieures plus rapides se débrayant d'elles mêmes.  This system allows normal walking when cornering or maneuvering, the faster outer wheels disengaging themselves.

Bien entendu, cette technique de montage permet aussi le frein moteur au cours des décélérations, en agissant comme lors d'une marche arrière.Of course, this mounting technique also allows the engine brake during decelerations, acting as when reversing.

On peut imaginer plusieurs types d'embrayage actif (EA) en allant des plus simples, mécaniques, aux plus complexes comme l'embrayage à huile spéciale (Visco coupleur) ou à un système électronique utilisant des palpeurs comme dans le système ABS ou encore à une combinaison de plusieurs. We can imagine several types of active clutch (EA) going from the simplest, mechanical, to the most complex like the special oil clutch (Visco coupler) or to an electronic system using feelers as in the ABS system or to a combination of many.

I1 est bien entendu complètement inutile d'envisager un élément différentiel entre les roues avant d'une part et les roues arrière d'autre part. I1 is of course completely unnecessary to consider a differential element between the front wheels on the one hand and the rear wheels on the other hand.

Avant de voir les différents EA, voyons le montage de cette transmission, montage commun à tous les modes d'EA. Before seeing the different EAs, let's see the assembly of this transmission, assembly common to all EA modes.

Les différentiels sont donc supprimés et remplacés par un simple renvoi d'angle conique ou vis sans fin (Hypoide), d'où ne part qu'un arbre secondaire court qui sert d'axe à la couronne, relié aux E.A.The differentials are therefore removed and replaced by a simple conical bevel gear or worm gear (Hypoide), from which only a short secondary shaft that serves as the axis of the crown, connected to the E.A.

I - Embrayages actifs mécaniques
A) - Commençons par le plus simple, le plus facile à rEali- ser et le plus économique.I - Active mechanical clutches
A) - Let's start with the simplest, the easiest to achieve and the most economical.

A chaque extrémité de l'arbre secondaire est fixée une poulie à gorge 1 qui reçoit une courroie trapézoidale 3.At each end of the secondary shaft is fixed a grooved pulley 1 which receives a trapezoidal belt 3.

Celle-ci vient s'engager sur une autre poulie à gorge 2 de même type fixée elle sur un demi-arbre solidaire d'une des roues motrices.The latter engages on another grooved pulley 2 of the same type fixed to it on a half-shaft secured to one of the drive wheels.

La tension de cette courroie doit être réglée suffisamment lache pour permettre un glissement å frottement doux, donc débrayée lorsqu'il n'y a pas de puissance motrice, c'est le cas d'une roue extérieure dans un virage, qui va plus vite que l'autre, ou d'un manque d'adhérence, mais elle doit être suffisamment serrée lorsque la motricité. reprend.The tension of this belt must be adjusted loose enough to allow a smooth friction sliding, therefore disengaged when there is no driving power, this is the case of an outer wheel in a turn, which goes faster than the other, or a lack of grip, but it should be tight enough when motor skills. resumes.

Dans le cas de marche arrière et de frein moteur, le fonctionnement est le même sauf qu'en sens inverse. Voir les schémas explicatifs (figure 1).  In the case of reverse gear and engine brake, the operation is the same except in reverse. See the explanatory diagrams (figure 1).

Nous verrons plus loin les perfectionnements a apporter à ce système.We will see later the improvements to be made to this system.

B) Autre embrayage actif mécanique.B) Other active mechanical clutch.

Description :
Cet E.A est composé des pièces suivantes
1) Un flasque métallique 4 sur lequel est riveté ou collé un disque de frottement 5 ou des plaquettes, comme -dans les embrayages actuels à sec ou mieux a bain d'huile (figures 2,3). Description:
This EA is composed of the following parts
1) A metal flange 4 on which is riveted or glued a friction disc 5 or pads, as -in current clutches dry or better in oil bath (Figures 2,3).

Ce flasque est monté de la façon suivante
Sur bague 6 permettant une rotation d'ailleurs limitée, pour assurer le maintien de la pièce sur l'arbre moteur 7 et un déplacement réduit dans le sens latéral (figure 2-3).This flange is mounted as follows
On ring 6 allowing a moreover limited rotation, to ensure the maintenance of the part on the motor shaft 7 and a reduced displacement in the lateral direction (Figure 2-3).

côté entraînement moteur, il présente des dents d'engrenage circulaire à pente faible. (cf le système de remontoir des montres anciennes, mais à double effet ici).  on the motor drive side, it has circular gear teeth with a slight slope. (see the winding system of old watches, but with double effect here).

2) Sur l'arbre moteur 7 est fixé un cylindre 8 aussi à dents d'engrenage circulaire pouvant s'engrener dans celles de la pièce précédente (figure 2-3). 2) On the motor shaft 7 is fixed a cylinder 8 also with circular gear teeth which can mesh with those of the previous part (Figure 2-3).

3) Un deuxième flasque 9 de même diamètre que le premier sur lequel viendra porter le disque de frottement 5 de la pièce n 4 (figure 2-3), le dit deuxième flasque étant solidaire de l'arbre de roue 10. 3) A second flange 9 of the same diameter as the first on which the friction disc 5 of the part no. 4 will come (FIG. 2-3), the said second flange being integral with the wheel shaft 10.

La figure 3 montre une autre forme de réalisation mettant en oeuvre deux embrayages actifs logés dans un même carter de pont 11. FIG. 3 shows another embodiment using two active clutches housed in the same axle housing 11.

Sur cette figure, 4 désigne le premier flasque de chaque embrayage actif, 5 le disque de frottement du premier flas que de l'embrayage actif, 6 la bague de chaque embrayage actif, 8 le cylindre à dents d'engrenage circulaire de chaque embrayage actif, 9 le deuxième flasque, 10 les deux arbres de roues, 12 les roulements à bille des arbres de roue, 13 le pignon d'entrainement (arbre primaire), 14 la couronne, 15 le support de l'axe de la couronne, 16 les roulements à billes de l'axe de la couronne, 17 l'axe de la couronne.In this figure, 4 designates the first flange of each active clutch, 5 the friction disc of the first flask as of the active clutch, 6 the ring of each active clutch, 8 the cylinder with circular gear teeth of each active clutch , 9 the second flange, 10 the two wheel shafts, 12 the ball bearings of the wheel shafts, 13 the drive pinion (primary shaft), 14 the crown, 15 the support of the crown axle, 16 the crown axis ball bearings, 17 the crown axis.

Les extrémités de cet axe de couronne sont pourvues de cylindres 8 à dents d'engrenage circulaire.The ends of this crown axis are provided with cylinders 8 with circular gear teeth.

Fonctionnement de 1'E.A :
Par suite de la rotation de arbre moteur 7, dans un sens comme dans l'autre, les dents de l'engrenage en contact ont tendance à repousser le flasque mobile 4 contre son opposant 9 solidaire de l'arbre de roue, permettant ainsi la transmission progressive de la rotation comme dans les embrayages classiques.ù
Le débattement du premier flasque est limité d'une part par l'engrènement des dents, d'autre part par l'appui sur le deuxième flasque, sans permettre le décrochement des dents.Operation of the EA:
As a result of the rotation of the drive shaft 7, in one direction as in the other, the teeth of the gear in contact tend to push the movable flange 4 against its opponent 9 secured to the wheel shaft, thus allowing the progressive rotation transmission as in conventional clutches.
The movement of the first flange is limited on the one hand by the meshing of the teeth, on the other hand by the pressing on the second flange, without allowing the teeth to unhook.

Fonctionnement de l'ensemble du montage
Ce système de montage fait que la puissance motrice est toujours transmise à la roue la plus lente, donc à celle ou celles qui adhèrent le mieux, en marche avant comme en marche arrière.Operation of the entire assembly
This mounting system means that the driving power is always transmitted to the slowest wheel, therefore to the one or those which adhere best, in forward as in reverse.

Aucune roue ne peut patiner seule ; dans le cas d'un vehicu- le à 4 roues -motrices, une seule roue adhérente peut l'entrainer sans que les trois autres ne s'emballent. No wheel can skate alone; in the case of a 4-wheel-drive vehicle, only one adherent wheel can drive it without the other three racing.

Dans les virages et les manoeuvres, les roues externes ont conservé leur possibilité de tourner plus vite que les autres étant entrainées par leur adhérence au sol, elles sont automatiquement "débrayées" aussi longtemps qu'elles n'auront pas retrouvé la mème vitesse que les roues internes. In turns and maneuvers, the external wheels have retained their ability to turn faster than the others being driven by their grip on the ground, they are automatically "disengaged" as long as they have not regained the same speed as the internal wheels.

Le frein moteur est aussi conservé, mais avec inversion des fonctions :tout se passe comme s'il s'agissait d'une marche arrière. The engine brake is also retained, but with function reversal: everything happens as if it were a reverse gear.

L'arbre moteur est devenu frein, tournant moins vite que les arbres de roue, par l'intermédiaire des engrenages cylindriques, le flasque 4 porteur du disque de frottement 5 est repoussé contre le deuxième flasque 9 permettant ainsi l'embrayage.The motor shaft has become a brake, rotating slower than the wheel shafts, by means of the cylindrical gears, the flange 4 carrying the friction disc 5 is pushed against the second flange 9 thus allowing the clutch.

En marche arrière, c'est l'autre pente des dents qui entre en fonction et repousse le flasque interne contre l'externe et permet la transmission du mouvement. In reverse, it is the other slope of the teeth which comes into operation and pushes the internal flange against the external and allows the transmission of movement.

Pour éviter toute déformation et pour réduire le diamètre, les flasques seront de forme tronconiques ou encastrées l'une de l'autre (figure 3), ce qui permettrait de loger toutes les pièces a l'intérieur du boitier de pont 12 la place des engrenages du différentiel. To avoid any deformation and to reduce the diameter, the flanges will be of frustoconical shape or embedded one of the other (figure 3), which would allow to accommodate all the parts inside the bridge box 12 instead of differential gears.

C - Autre système
Dans cette solution, les flasques sont modifiés.C - Other system
In this solution, the flanges are modified.

l) Le flasque 18 côte entrainement porte des éléments de friction 19 sur ses deux faces. l) The drive side flange 18 carries friction elements 19 on its two faces.

2) Son entraînement est aussi différent. Il est monté en son centre sur une vis sans fin ou mieux des canelures hélicon dales 20 solidaires de l'arbre moteur permettant un léger déplacement latéral comme dans le système des démarreurs à
Bendix.2) His training is also different. It is mounted in its center on an endless screw or better helical grooves 20 secured to the motor shaft allowing a slight lateral movement as in the starter system with
Bendix.

3) Le flasque 21 côté roue motrice est dédoublée par un disque parallèle 22 fixé par boulons 23 et entretoises 24 sur sa périphérie (voir figure 4).3) The flange 21 on the drive wheel side is split by a parallel disc 22 fixed by bolts 23 and spacers 24 on its periphery (see Figure 4).

Fonctionnement de ce système mécanique, simple et robuste : le flasque côté entrainement 18 viendra prendre appui alternativement sur l'autre 21 ou sur son disque 22 selon que l'effort séra demandé dans un sens ou dans 1 'autre.  Operation of this mechanical system, simple and robust: the flange on the drive side 18 will come to bear alternately on the other 21 or on its disc 22 depending on whether the effort will be required in one direction or in the other.

Si une roue tourne plus vite, elle sera automatiquement débrayée, cas de virages, ou s'il n'y a pas d'adhe- rence, elle ne pourra en aucun cas s'emballer. If a wheel spins faster, it will be disengaged automatically, in the case of turns, or if there is no grip, it will in no case get carried away.

Les avantages sont les mêmes que dans les solutions précédentes.The advantages are the same as in the previous solutions.

Bien entendu, comme dans la solution précédente, il est possible de donner une forme tronconique aux flasques pour diminuer l'encombrement, et loger le tout dans le carter vidé du différentiel.Of course, as in the previous solution, it is possible to give a frustoconical shape to the flanges to reduce the bulk, and to house everything in the emptied case of the differential.

Améliorations
Dans le premier système à courroie trapezoidale, on peut augmenter le nombre de courroies et de poulies à gorges de façon à augmenter les surfaces d'entrainement.Improvements
In the first trapezoidal belt system, the number of belts and grooved pulleys can be increased so as to increase the drive surfaces.

De plus, il est possible d'ajouter un ou plusieurs tendeurs.In addition, it is possible to add one or more tensioners.

Pour les 2èmes et 3èmes modes, on peut ajouter un système électro, hydro, ou pneumatique pour augmenter la pression du disque embrayant : un contact électrique étant monté entre les flasques est coupé lorsqu'elles ont tendance se séparer du fait de la spécificité de leur montage. For the 2nd and 3rd modes, an electro, hydro or pneumatic system can be added to increase the pressure of the clutch disc: an electrical contact being mounted between the flanges is cut when they tend to separate due to the specificity of their mounting.

Lorsque le courant passe, il actionne directement un levier par un électro-aimant, ou il permet d'ouvrir une vanne d'un circuit hydraulique ou pneumatique sous pression et donne une poussée supplémentaire sur le disque de frottement.When the current flows, it directly actuates a lever by an electromagnet, or it allows to open a valve of a hydraulic or pneumatic circuit under pressure and gives an additional thrust on the friction disc.

D - E.A. Par tambour
Il est possible de reprendre le système des freins à tambour et de l'adapter pour en faire un E.A.D - EA Per drum
It is possible to take the drum brake system and adapt it to make an EA

Le tambour est toujours solidaire de l'axe de la roue.The drum is always secured to the axis of the wheel.

Par contre, les mâchoires sont montées sur un flasque, luimême centre sur une bague permettant de tourner librement sur le demi-arbre moteur.On the other hand, the jaws are mounted on a flange, the same center on a ring allowing free rotation on the motor half-shaft.

La came levier permettant l'écartement des mâchoi- res, est actionnée par une autre came en terminaison du demi-arbre moteur. The lever cam allowing the spacing of the jaws is actuated by another cam at the end of the motor half-shaft.

La poussée du moteur est transmise par l'intermédiaire de la came du demi-arbre moteur à la came levier d'écartement fixée par son axe sur le flasque porteur des mâchoires.The thrust of the motor is transmitted via the cam of the motor half-shaft to the spreading lever cam fixed by its axis on the flange carrying the jaws.

Cet flasque devient solidaire du mouvement de rotation et du fait de I'écartement des mâchoires, permet l'embrayage sur le tambour de la roue. This flange becomes integral with the rotational movement and, due to the spacing of the jaws, allows the clutch to be applied to the wheel drum.

Le montage des cames peut être remplacé par encoches à deux pentes de la platine fixée sur le demi-arbre moteur.The mounting of the cams can be replaced by notches with two slopes of the plate fixed on the motor half-shaft.

Ce principe existait déjà dans les systèmes de transmission des démarreurs mais avec une seule pente.This principle already existed in the starter transmission systems but with only one slope.

Utilisé seul, il ne serait pas assez résistant ; c'est pourquoi, il' est intéressant de l'employer avec des mâchoires qui répartissent l'effort sur une plus grande surface. Used alone, it would not be strong enough; that is why it is interesting to use it with jaws which distribute the force over a larger surface.

Le fonctionnement est identique aux autres procédés, il permet 1) le débrayage d'une roue qui patine, 2) la marche arrière, 3) la désolidarisation de la roue dans les virages et les manoeuvres et, 4) le frein moteur.The operation is identical to the other processes, it allows 1) the disengagement of a spinning wheel, 2) the reverse gear, 3) the disengagement of the wheel in turns and maneuvers and, 4) the engine brake.

Avantages de la transmission intégrale par embrayages actifs sans différentiel
- Suppression des anciens différentiels, lourds, de fabrication compliquée, surchargés en plus par d'autres systemes de blocage partiel, tout aussi onéreux à construire et occasionnant beaucoup de perte d'énergie.Advantages of all-wheel drive by active clutches without differential
- Elimination of old, heavy differentials, complicated manufacturing, overloaded in addition by other partial blocking systems, just as expensive to build and causing a lot of energy loss.

- Suppression des acoups dus au relief du terrain et à la conduite un peu vive. - Elimination of acoups due to the relief of the terrain and the slightly lively driving.

- L'entretien est pratiquement nul, les E.A ne travaillant que très peu en glissement, donc peu enclins à l'usure, surtout en bain d'huile, d'où une bonne fiabilité. - Maintenance is practically zero, the E.A working only very little in sliding, therefore little inclined to wear, especially in oil bath, from where a good reliability.

- Un autre avantage et non des moindres, ce système a une influence sur le comportement du véhicule, particuli èrement au freinage ou il tient lieu d'antiblocage. - Another advantage and not least, this system has an influence on the behavior of the vehicle, particularly when braking or it acts as anti-lock.

En effet, si une roue a tendance a se bloquer, elle sera entrainée par les autres et retrouvera immédiatement son adhérence.Indeed, if a wheel has a tendency to lock, it will be driven by the others and will immediately regain its grip.

- Au point de vue prix de revient
Ce mode de transmission intégrale à glissement limité sans différentiel est beaucoup moins onéreux que les modèles existants actuellement ; il revient au prix de fabrication des embrayages mais fait l'économie de planétaires et autres satellites ajoutés a des systèmes d'autres engrenages permettant le glissement limité autrement plus difficile et onéreux å réaliser.- From the cost point of view
This limited-slip all-wheel drive mode without differential is much less expensive than existing models today; it comes down to the manufacturing price of the clutches but saves on planetary and other satellites added to other gear systems allowing limited slip otherwise more difficult and expensive to achieve.

Ce système mécanique trouve son application dans tous les véhicules a 4 roues motrices, et aussi dans les voitures particulières de tourisme et. de compétition. This mechanical system finds its application in all 4-wheel drive vehicles, and also in passenger cars and. of competition.

Pour les voitures de haut de gamme, on peut y ajouter un montage électronique et oleo-pneumatique, plus sophistiqué, mais aussi plus onéreux.For high-end cars, we can add an electronic and oleo-pneumatic assembly, more sophisticated, but also more expensive.

Les tracteurs agricoles de toutes dimensions sont susceptibles de recevoir cette transmission mécanique robuste, pouvant supporter de grosses puissances. Agricultural tractors of all sizes are capable of receiving this robust mechanical transmission, which can withstand large powers.

Tous les engins pour gros travaux (travaux publics) à 2 roues motrices, quatre ou plus, et même à chenilles, peuvent bénéficier de cet avantage d'adhérence par cette simplification de la transmission. All heavy-duty vehicles (public works) with 2 wheel drive, four or more, and even with tracks, can benefit from this grip advantage by this simplification of the transmission.

Au point de vue économique, les entreprises qui usinent les différentiels peuvent se convertir facilement a la fabrication des embrayages actifs en tenant compte que un différentiel est remplacé par deux embrayages actifs. From an economic point of view, the companies that machine the differentials can easily convert to the production of active clutches taking into account that a differential is replaced by two active clutches.

Les transmissions intégrales sont devenues néces saines la sécurité de conduite des véhicules actuels et a venir. All-wheel drive systems have become necessary for the safe driving of current and future vehicles.

La transmission intégrale par embrayages actifs va en plus dans le sens de l'économie de construction automobile simplification, fiabilité et abaissement des coûts de fabrication. All-wheel drive by active clutches goes further in the direction of the economy of automobile construction simplification, reliability and lowering of manufacturing costs.

Claims (5)

REVENDICATIONS :CLAIMS: 1. Transmission intégrale sans différentiel entre un arbre moteur (7) èt au moins un arbre de roue (10) caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un embrayage actif doté d'un premier flasque (4), (18) sur au moins une des faces duquel est collé ou riveté un disque de frottement (5), (19) ou des plaquettes, un deuxième flasque (9), (21) porté par l'arbre de roue, le dit premier flasque coopérant avec l'arbre moteur et étant susceptible de se déplacer par rapport au dit arbre de façon à venir en appui contre le dit deuxième flasque ou bien s'en dégager selon que la vitesse de rotation de l'arbre de roue est inférieure ou supérieure à celle de l'arbre moteur. 1. All-wheel drive without differential between a motor shaft (7) and at least one wheel shaft (10) characterized in that it comprises at least one active clutch provided with a first flange (4), (18) on at at least one of the faces of which is glued or riveted a friction disc (5), (19) or plates, a second flange (9), (21) carried by the wheel shaft, the said first flange cooperating with the motor shaft and being capable of moving relative to said shaft so as to come into abutment against said second flange or else to disengage it according to whether the speed of rotation of the wheel shaft is lower or higher than that of the 'engine shaft. 2. Transmission intégrale selon la revendication 1 caractérisée en ce que le premier flasque (4) est monté sur une bague (6) permettant un déplacement réduit dans le sens latéral, qu'il présente côté entrainement moteur des dents d'engrenages à pente faible et qu'à l'arbre moteur (7) est fixé un cylindre (8) comportant des dents d'engrenage circulaire coopérant en engrènement avec les dents d'engrenage du premier flasque (4). 2. All-wheel drive according to claim 1 characterized in that the first flange (4) is mounted on a ring (6) allowing reduced movement in the lateral direction, which it has on the motor drive side of the teeth of gears with a slight slope and to the drive shaft (7) is fixed a cylinder (8) comprising circular gear teeth cooperating in mesh with the gear teeth of the first flange (4). 3. Transmission intégrale selon la revendication 1 caractérisée en ce que le premier flasque (18) porte des éléments de friction (19) sur ces deux faces, que le deuxième flasque (21) est dédoublé par un disque (22) parallèle fixé par boulons (23) et entretoises (24) sur sa périphérie, que le premier flasque (18) est situé dans 1'intervalle entre le deuxième flasque (21) et le disque (22) auquel il est associé et que le premier flasque (18) est monté en son centre sur une vis ou des cannelures hélicoldales (20) solidaires de l'arbre moteur. 3. All-wheel drive according to claim 1 characterized in that the first flange (18) carries friction elements (19) on these two faces, that the second flange (21) is split by a parallel disc (22) fixed by bolts (23) and spacers (24) on its periphery, that the first flange (18) is located in the gap between the second flange (21) and the disc (22) with which it is associated and that the first flange (18) is mounted in its center on a screw or helical grooves (20) integral with the motor shaft. 4. Transmission intégrale selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle est équipée de deux embrayages actifs pour assurer la transmission de mouvement entre un arbre moteur et deux arbres de roues. 4. All-wheel drive according to claim 1 characterized in that it is equipped with two active clutches to ensure the transmission of movement between a drive shaft and two wheel shafts. 5. Transmission intégrale selon la revendication 1 caractérisée en ce que les premier et deuxième flasques.sont de forme tronconiques.  5. All-wheel drive according to claim 1 characterized in that the first and second flasques.sont tapered shape.
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