JP2009518596A - 電動モータのための軸受けシステム - Google Patents

Abstract

軸受けシステム（２）を備えた電動モータ（１）が特にパワーステアリングのためのモータとして働く。軸受けシステム（２）は、自由側軸受けとして形成された転がり軸受け（８）を有しており、該転がり軸受け（８）の転動路体（２５；２６）が溝を有しており、該溝内にばねエレメント（１８）が配置されている。電動モータ（１）の組立て時にばねエレメント（１８）は半径方向（２０）で予荷重もしくはプリロードをかけられるので、半径方向（２０）における転がり軸受け（８）による電動モータ（１）のシャフト（５）の遊びなしの支承が保証されている。

Description

背景技術
本発明は、シャフトを支承するための軸受けシステムに関する。特に本発明は、電動モータのシャフトを支承するための軸受けシステムおよびこのような軸受けシステムを備えた電動モータに関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００１９５１２号明細書に基づき、特にウィンドリフタモータまたはサンルーフモータとして形成されていてよい電動モータが公知である。この公知の電動モータはロータとステータとを有しており、このロータとステータとはシャフトを駆動するために働く。シャフトはこの場合、変速機と係合している。シャフトを支承するためには、固定側軸受け（Festlager）と、シャフトの端部に配置された自由側軸受け（Loslager）とが設けられている。自由側軸受けは、たとえば電動モータの運転時における温度増大により生ぜしめられるシャフトの長さ変化のある程度の補償をも可能にする。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００１９５１２号明細書に基づき公知であるような電動モータでは、自由側軸受けにおいて外側の転動路体もしくは内側の転動路体にプレス嵌めおよびスライド嵌めが設けられていてよい。スライド嵌めは一種の遊び嵌め（すきま嵌め）であり、これにより負荷交番運転時に著しい騒音、高められた摩擦、摩耗および寿命低下を甘受しなければならないという不都合が生じる。このような不都合は、特定の材料ペリングにおいて特に顕著に生じる。たとえばシャフトはアルミニウムから形成されていてよく、それに対して軸受けは鋼から形成されている。この場合、互いに異なる熱膨張率に基づき、特定の温度範囲では遊び嵌めの遊びの増大が生じるので、このような材料組合せは、これに伴う不都合、特に騒音発生を考慮すると、事情によっては使用され得ない。

発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明による軸受けシステム、すなわち転がり軸受けが設けられており、該転がり軸受けが、シャフトの回転軸線に沿った該シャフトの移動可能性を可能にしていて、少なくとも１つの内側の転動路体と、少なくとも１つの外側の転動路体と、内側の転動路体と外側の転動路体との間に配置された複数の転動体とを有しており、さらに少なくとも１つのばねエレメントが設けられており、該ばねエレメントが、前記転がり軸受けの、前記転動路体のうちの一方の転動路体に設けられた、回転軸線に沿ったシャフトの移動可能性を可能にする滑り面の範囲に配置されており、半径方向におけるシャフトの少なくともほぼ遊びなしの支承を可能にするために、前記ばねエレメントが、半径方向で予荷重もしくはプリロードをかけられるようになっていることを特徴とする、シャフトを支承するための軸受けシステムならびにこのような軸受けシステムを備えた、請求項１０の特徴部に記載の特徴を有する本発明による電動モータには、従来のものに比べて次のような利点がある。すなわち、半径方向において、軸受けシステムの自由側軸受けを形成する転がり軸受けにおけるシャフトの、少なくともほぼ遊びなしの支承が可能となる。さらに、本発明による解決手段は、互いに異なる熱膨張率の問題が生じる材料ペアリングの場合でも、信頼性の良い、特に騒音低減された運転を可能にする。

請求項２〜請求項９ならびに請求項１１以下に記載の手段により、請求項１に記載の軸受けシステムの有利な改良および請求項１０に記載の電動モータの有利な改良が可能となる。

ばねエレメントがウォーム形もしくはガータ形の引張ばねとして形成されていると有利である。これにより、組み付けられた軸受けシステムでは、電動モータの寿命にわたってばねエレメントの信頼性の良い予荷重もしくはプリロードを保証することができる。ばねエレメントが付加的に、閉じられたリングとして形成されている場合には、ばねエレメントの円形に湾曲させられた中心軸線に沿ってもばねエレメントに予荷重もしくはプリロードをかけることができる。これにより、組み付けられた状態では、ばねエレメントがその所定の位置に保持される。さらに、ばねエレメントの半径方向の予荷重もしくはプリロードに基づき、シャフトの、半径方向に作用する力を、転がり軸受けを介してハウジングまたは電動モータの別の構成部分によって有利に吸収することが可能となる。閉じられたリングとして形成されているばねエレメントの両端部は、該ばねエレメントの第１の端部を該ばねエレメントの第２の端部内に差し込むことによって結合されていてよい。その場合、第１の端部は、たとえば第２の端部の内部にねじ結合に相応してフック式に係止される。しかし、付加的にまたは択一的に、ばねエレメントの両端部はろう接結合または溶接結合によって結合されていてもよい。付加的なろう接結合または溶接結合なしにばねエレメントの両端部が形状接続的に、つまり係合に基づいた嵌合により結合される場合には、製造手間が小さくなるので、これに関する軸受けシステムまたは電動モータの部品コストは比較的低くなる。他方において、ろう接結合または溶接結合によって、特定の使用のために有利になり得る高い強度が得られる。

ばねエレメントは、内側の転動路体または外側の転動路体の範囲に設けられた溝内に少なくとも部分的に導入されていてよい。この溝は転がり軸受けの外側の転動路体、転がり軸受けを収容するために切欠きを有する電動モータのハウジング部に、内側の転動路体、またはシャフトにおける内側の転動路体の範囲に設けられていてよい。この場合、２つまたは２つ以上のばねエレメントを収容する２つまたは２つ以上の溝が設けられていてもよい。これらの溝は同じ構成部分に形成されていて、電動モータのシャフトの所望の回転軸線に対する転がり軸受けの内側の転動路体および外側の転動路体の少なくともほぼ平行な向きを保証していると有利である。

図面
以下に、本発明の有利な実施例を図面につき詳しく説明する。図面中、互いに相応する構成要素は同一の符号で示されている。

図１は、本発明の第１実施例による軸受けシステムを備えた電動モータの一部を示す断面図であり；
図２は、本発明の第１実施例による軸受けシステムを備えた電動モータの、図１にＩＩで示した部分を示す拡大図であり；
図３は、本発明の第２実施例による軸受けシステムを備えた電動モータの、図２にＩＩＩで示した部分を示す拡大図であり；
図４は、本発明の第３実施例による軸受けシステムを備えた電動モータの、図１にＩＩで示した部分を示す拡大図であり；
図５は、本発明の第４実施例による軸受けシステムを備えた電動モータの、図１にＩＩで示した部分を示す拡大図であり；
図６は、本発明による電動モータの軸受けシステムのばねエレメントの一部を部分的に断面して示す図である。

実施例の説明
図１には、本発明による電動モータ１の１実施例が示されている。電動モータ１は特に非同期モータとして形成されていてよく、電気的なパワーステアリングのために使用され得る。この電動モータ１は、自動車のエレメントの動力操作式もしくは非人力操作式の調節のためにも使用され得る。しかし、本発明による電動モータ１は別の使用事例のためにも適している。

電動モータ１は軸受けシステム２を備えている。この軸受けシステム２については、あとで詳しく説明する。電動モータ１は複数のハウジング部分３，４から成るハウジング３，４を有している。電動モータ１はシャフト５を有しており、このシャフト５は部分的にハウジング３，４から突出していて、インタフェース６を有している。このインタフェース６は直接に、または変速機を介してパワーステアリングまたはこれに類するもののエレメントに作用結合されている。シャフト５は、固定側軸受けとして形成された転がり軸受け７と、自由側軸受けとして形成された転がり軸受け８とを介して電動モータ１のハウジング部分３，４に支承されている。固定側軸受けとして形成された転がり軸受け７はハウジング部分３の縁曲げ部９を介して締付け固定されているので、特に半径方向において、つまりシャフト５の回転軸線１０に向かう方向において、ハウジング部分３と転がり軸受け７との間には遊びが生じない。さらに、転がり軸受け７はシャフト５に押し被せられており、この場合、転がり軸受け７はシャフト５に設けられた肩部１１に接触しているので、転がり軸受け７とシャフト５との間には軸方向においても遊びが生じない。

電動モータ１はさらに、電動モータ１のハウジング部分３，４に結合された、複数のステータ成層鉄心から成るステータ１２と、シャフト５に結合された、複数のロータ成層鉄心から成るロータ１３とを有している。電動モータ１の作動時では、ステータ１２とロータ１３とによってトルクが形成され、このトルクはシャフト５を介してインタフェース６へ伝達される。

自由側軸受けとして形成された転がり軸受け８は回転軸線１０の方向でのシャフト５の調節を可能にする。たとえば、電動モータ１の運転時における温度変化に基づいて、ハウジング部分３に対するシャフト５の長さ変化が生じる恐れがあるが、この長さ変化がこれによって補償される。図１に図示した実施例では、転がり軸受け８が面１４のところでシャフト５に押し被せられており、この場合、転がり軸受け８はシャフト５に設けられた肩部１５に支持されている。転がり軸受け８は当付けばね１６によって所定の当付け力で負荷されている。転がり軸受け８に設けられた滑り面１７には、転がり軸受け８のスライド嵌めが設けられており、これにより転がり軸受け８は回転軸線１０の方向に移動可能となる。さらに、第１のばねエレメント１８と第２のばねエレメント１９とが設けられており、第１第２の両ばねエレメント１８，１９は転がり軸受け８の滑り面１７の範囲に配置されている。

軸受けシステム２は両転がり軸受け７，８と両ばねエレメント１８，１９とを有していて、半径方向２０における電動モータ１のシャフト５の少なくともほぼ遊びなしの支承を保証する。以下に図２につき、本発明の第１実施例による電動モータ１の軸受けシステム２の構成および機能形式について詳しく説明する。

図２には、電動モータ１の、図１に「ＩＩ」で示した部分の拡大断面図が示されている。

軸受けシステム２の自由側軸受けとして形成された転がり軸受け８は内側の転動路体（内輪）２５と、外側の転動路体（外輪）２６と、複数の転動体２７とを有している。これらの転動体２７は内側の転動路体２５と外側の転動路体２６との間に配置されていて、両転動体路２５，２６に設けられた転動路内を走行する。転がり軸受け８は単列式の深溝形玉軸受けとして形成されており、この場合、転動体２７は玉によって形成されている。ラジアル軸受けとして形成された転がり軸受け８は一般に単列式または複列式の深溝形玉軸受けまたはころ軸受け、特に円筒ころ軸受け、球面ころ軸受け（Tonnenlager）、ニードル軸受けまたは円錐形ころ軸受けとして形成されていてよい。転動体２７はこの場合、玉、ころ、球面ころ、ニードル、円錐体として、または汎用の変化形の形に形成されていてよい。

外側の転動路体２６は転がり軸受け８の滑り面１７の範囲に環状に延びる溝２８，２９を有している。この場合、一方の溝２８内には第１のばねエレメント１８が、他方の溝２９内には第２のばねエレメント１９がそれぞれ配置されている。シャフト５の面１４では、転がり軸受け８の内側の転動路体２５がシャフト５に押し被されている。さらに、外側の転動路体２６は滑り面１７の範囲においてハウジング部分４に設けられた切欠き３０内で回転軸線１０に沿った方向に滑動することができ、これによりシャフト５のための支承個所の、軸方向におけるある程度の可動性が可能となる。両ばねエレメント１８，１９は半径方向２０で予荷重もしくはプリロードをかけられているので、外側の転動路体２６とハウジング部分４との間の遊びは少なくともほぼ阻止されている。さらに、周方向で少なくともほぼ互いに平行に延びる両ばねエレメント１８，１９により、外側の転動路体２６がシャフト５の回転軸線１０に対して少なくともほぼ平行に組み付けられることが保証される。特に、ハウジング部分４内への転がり軸受け８の組込み時では、１５分よりも小さな角度傾斜位置、特に１０分よりも小さな角度傾斜位置を保証することができる。これにより、電動モータ１の寿命にわたって転がり軸受け８の信頼性の良い運転が保証されている。さらに、ばねエレメント１８，１９は当付けばね１６と共に、電動モータ１の回転方向の変更時に振動またはノッキングが阻止されるか、または減じられることを保証している。

さらに、シャフト５と転がり軸受け８とハウジング部分３，４とは、互いに異なる材料から成っていてもよい。たとえばシャフト５および／またはハウジング部分４はアルミニウムから形成されていてよく、それに対して転がり軸受け８は鋼から形成されている。電動モータ１の作動温度は自動車における使用時では−４０℃と+６０℃の間を変動することができる。この場合、電動モータ１の、アルミニウムから形成された構成部分と鋼から形成された構成部分との間に熱膨張特性の点で比較的大きな差が生じる。軸受けシステム２は第１に、このような長さ変化を補償するために軸方向における端部３１の範囲におけるシャフト５の移動可能性を可能にし、第２にばねエレメント１８，１９に基づき、シャフト５の回転軸線１０に関する転がり軸受け８の信頼性の良い位置調整を可能にする。この場合、負荷交番時または回転方向変更時でも、騒音、摩擦、摩耗または寿命低下を阻止する、少なくともほぼ遊びのない支承が与えられている。

第１のばねエレメント１８が溝２８の外部で弛緩されているときには、溝２８の幅３２は第１のばねエレメント１８の幅または直径よりも小さく形成されているので、第１のばねエレメント１８が溝２８内へ持ち込まれると、第１のばねエレメント１８の予荷重もしくはプリロードが生ぜしめられる。特にこれによって、転がり軸受け８がまだ切欠き３０内に持ち込まれていない場合には、第１のばねエレメント１８は外側の転動路体２６の滑り面１７を少しだけ越えて突出する。次いで、ハウジング部分４の切欠き３０内に転がり軸受け８が持ち込まれると、半径方向２０における第１のばねエレメント１８の予荷重もしくはプリロードが行われる。相応して、第２のばねエレメント１９に予荷重もしくはプリロードをかけるために、溝２９の幅３３は第２のばねエレメント１９の幅または直径よりも小さく形成されている。

図３には、本発明の第２実施例による軸受けシステムを備えた電動モータ１の、図２に「ＩＩＩ」で示した部分が拡大して図示されている。この実施例では、内側の転動路体２５にも外側の転動路体２６にも、溝は設けられていない。しかし、電動モータ１のハウジングのハウジング部分４には、ハウジング部分４の切欠き３０の範囲と、転がり軸受け８の外側の転動路体２６の滑り面１７の範囲とにおいて溝３６，３７が設けられている。これらの溝３６，３７はシャフト５の回転軸線１０に関して環状に形成されている。したがって、溝３６，３７はそれぞれ円筒状に形成されている。一方の溝３６内には、第１のばねエレメント１８が少なくとも部分的に挿入されており、他方の溝３７内には、第２のばねエレメント１９が少なくとも部分的に挿入されている。第１のばねエレメント１８が溝３６の外部で弛緩された状態にある場合には、溝３６の幅３８は第１のばねエレメント１８の幅または直径よりも小さく形成されている。溝３６内に第１のばねエレメント１８が導入されると、第１のばねエレメント１８の予荷重もしくはプリロードが行われるので、特にこれによって第１のばねエレメント１８はハウジング部分４の切欠き３０を越えて突出する。転がり軸受け８が切欠き３０内に導入されると、第１のばねエレメント１８は少なくとも部分的に溝３６内へ圧入される。したがって、第１のばねエレメント１８は転がり軸受け８の組み受けられた状態において半径方向２０で予荷重もしくはプリロードをかけられている。相応することはハウジング部分４の溝３７および溝３７内に設けられた第２のばねエレメント１９にも云える。

図４には、本発明の第３実施例による軸受けシステム２を備えた電動モータ１の、図１に「ＩＩ」で示した部分の拡大図が図示されている。この実施例では、外側の転動路体２６が面１４の範囲においてハウジング部分４の切欠き３０内に圧入されているので、外側の転動路体２６は電動モータ１のハウジング部分４に関して移動不可能となる。さらに、内側の転動路体２５との間では、滑り面１７の範囲においてシャフト５に関するスライド嵌めが形成されている。この場合には、当付けばね１６が転がり軸受け８に関してシャフト５の側に配置されており、この場合、当付けばね１６はシャフト５の所定の区分を取り囲んでいて、一方ではシャフト５に設けられた肩部３９に、他方では内側の転動路体２５にそれぞれ支持されている。さらに、転がり軸受け８の内側の転動路体２５は溝４０，４１を有しており、これらの溝４０，４１内には第１のばねエレメント１８および第２のばねエレメント１９が配置されている。両ばねエレメント１８，１９の予荷重もしくはプリロードに基づき、内側の転動路体２５はシャフト５によって連行され、この場合、ある程度の軸方向摺動可能性が保証されており、この軸方向摺動可能性は、たとえばハウジング部分３，４に関するシャフト５の、温度による長さ変化を補償するために十分となる。さらに、半径方向２０では、シャフト５の端部３１における該シャフト５の少なくともほぼ遊びなしの支承が可能となる。

図５には、本発明の第４実施例による軸受けシステム２を備えた電動モータ１の、図１に「ＩＩ」で示した部分の拡大図が図示されている。図５に示した第４実施例は、図４に示した第３実施例にほぼ相当しているが、しかし第４実施例では、転がり軸受け８の内側の転動路体２５も外側の転動路体２６も溝を有していない。その代わりに、シャフト５の端部３１が、内側の転動路体２５の滑り面１７の範囲において溝４２，４３を有しており、これらの溝４２，４３内には第１のばねエレメント１８および第２のばねエレメント１９が配置されている。シャフト５に形成された溝４２，４３はこの場合、対応するばねエレメント１８；１９の幅もしくは直径よりもそれぞれ小さく形成されている幅を有しているので、既に上で第１実施例および第２実施例につき詳しく説明したように、半径方向２０におけるばねエレメント１８，１９の予荷重もしくはプリロードが生ぜしめられる。

図６には、第１のばねエレメント１８の一部が部分的に断面された状態で図示されている。第１のばねエレメント１８は螺旋状に曲げられた基体５０を有しており、この基体５０は少なくともほぼ円形の横断面５１を有している。第１のばねエレメント１８の直径５２は中心軸線５３に関する基体５０の湾曲によって規定されている。さらに、第１のばねエレメント１８は、該第１のばねエレメント１８の中心軸線５３が少なくともほぼ１つの円線に沿って位置するように曲げられている。第１のばねエレメント１８の円形に曲げられた中心軸線５３の平均直径５４は溝２８、溝３６、溝４０または溝４２の平均直径に適合されている。第１のばねエレメント１８の付加的な予荷重もしくはプリロードを生ぜしめるためには、平均直径５４が、溝２８、溝３６、溝４０または溝４２の平均直径よりも少しだけ小さく設定されていると有利である。

第１のばねエレメント１８を、閉じられたリングとして形成するためには、第１のばねエレメント１８の第１の端部５５が該第１のばねエレメント１８の第２の端部５６に結合されている。図６に示した構成では、第１の端部５５が第２の端部５６内に差し込まれており、この場合、第１のばねエレメント１８の巻き条直径は第１の端部５５の範囲において連続的に減少している。第１の端部５５はこの場合、第２の端部５６の巻き条にフック式に係止され、これによりねじ結合と同様の形状接続的な結合、つまり係合に基づいた嵌合による結合が形成されている。両端部５５，５６の結合をさらに改善するためには、範囲５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃのうちの１つまたは複数の範囲において、ろう接または溶接によって両端部５５，５６の間の結合を形成することができる。

第１のばねエレメント１８の図示の実施例では、直径５２によって第１のばねエレメント１８の幅も与えられている。第２のばねエレメント１９は第１のばねエレメント１８に相応して形成されている。

本発明は前記実施例に限定されるものではない。

本発明の第１実施例による軸受けシステムを備えた電動モータの一部を示す断面図である。 本発明の第１実施例による軸受けシステムを備えた電動モータの、図１にＩＩで示した部分を示す拡大図である。 本発明の第２実施例による軸受けシステムを備えた電動モータの、図２にＩＩＩで示した部分を示す拡大図である。 本発明の第３実施例による軸受けシステムを備えた電動モータの、図１にＩＩで示した部分を示す拡大図である。 本発明の第４実施例による軸受けシステムを備えた電動モータの、図１にＩＩで示した部分を示す拡大図である。 本発明による電動モータの軸受けシステムのばねエレメントの一部を部分的に断面して示す図である。

Claims (12)

1. 特に電動モータ（１）に用いられる、シャフト（５）を支承するための軸受けシステム（２）において、転がり軸受け（８）が設けられており、該転がり軸受け（８）が、シャフト（５）の回転軸線（１０）に沿った該シャフト（５）の移動可能性を可能にしていて、少なくとも１つの内側の転動路体（２５）と、少なくとも１つの外側の転動路体（２６）と、内側の転動路体（２５）と外側の転動路体（２６）との間に配置された複数の転動体（２７）とを有しており、さらに少なくとも１つのばねエレメント（１８）が設けられており、該ばねエレメント（１８）が、前記転がり軸受け（８）の、前記転動路体のうちの一方の転動路体に設けられた、回転軸線（１０）に沿ったシャフト（５）の移動可能性を可能にする滑り面（１７）の範囲に配置されており、半径方向（２０）におけるシャフト（５）の少なくともほぼ遊びなしの支承を可能にするために、前記ばねエレメント（１８）が、半径方向（２０）で予荷重もしくはプリロードをかけられるようになっていることを特徴とする、シャフトを支承するための軸受けシステム。
2. ばねエレメント（１８）が、ウォーム形の引張ばねとして形成されている、請求項１記載の軸受けシステム。
3. ばねエレメント（１８）が、閉じられたリングとして形成されており、該ばねエレメント（１８）の第１の端部（５５）が、該ばねエレメント（１８）の他方の端部（５６）に結合されている、請求項１または２記載の軸受けシステム。
4. ばねエレメント（１８）の第１の端部（５５）をばねエレメント（１８）の第２の端部（５６）に形状接続的に結合するために、ばねエレメント（１８）の第１の端部（５５）がばねエレメント（１８）の第２の端部（５６）内に差し込まれている、請求項３記載の軸受けシステム。
5. ばねエレメント（１８）の第１の端部（５５）をばねエレメント（１８）の第２の端部（５６）に結合するために、ばねエレメント（１８）の第１の端部（５５）が、ろう接結合または溶接結合によって結合されている、請求項３または４記載の軸受けシステム。
6. 転がり軸受け（８）の外側の転動路体（２６）が、外側に位置する少なくとも１つの溝（２８）を有しており、該溝（２８）内にばねエレメント（１８）が少なくとも部分的に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の軸受けシステム。
7. 外側の転動路体（２６）に設けられた、外側に位置する溝（２８）の幅（３２）が、弛緩されたばねエレメント（１８）の幅よりも小さく形成されており、ばねエレメント（１８）が、前記外側に位置する溝（２８）内での配置に基づき予荷重もしくはプリロードをかけられている、請求項６記載の軸受けシステム。
8. 転がり軸受け（８）の内側の転動路体（２５）が、内側に位置する少なくとも１つの溝（４０）を有しており、該溝（４０）内にばねエレメント（１８）が少なくとも部分的に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の軸受けシステム。
9. 内側の転動路体（２５）に設けられた、内側に位置する溝（４０）の幅が、弛緩されたばねエレメント（１８）の幅よりも小さく形成されており、ばねエレメント（１８）が、前記内側に位置する溝（４０）内での配置に基づき予荷重もしくはプリロードをかけられている、請求項８記載の軸受けシステム。
10. 電動モータ（１）、特に電気式のパワーステアリングのためのモータにおいて、ロータ（１３）とステータ（１２）とが設けられており、該ロータ（１３）と該ステータ（１２）とが、シャフト（５）を駆動するために働くようになっており、シャフト（５）が、請求項１から５までのいずれか１項記載の軸受けシステム（２）によって支承されていることを特徴とする電動モータ。
11. シャフト（５）が、少なくとも１つの溝（４２）を有しており、該溝（４２）内にばねエレメント（１８）が少なくとも部分的に配置されている、請求項１０記載の電動モータ。
12. 転がり軸受け（８）を収容するための切欠き（３０）を備えたハウジング部分（４）が設けられており、該ハウジング部分（４）が、前記切欠き（３０）の範囲に少なくとも１つの溝（３６）を有しており、該溝（３６）内にばねエレメント（１８）が少なくとも部分的に配置されている、請求項１０記載の電動モータ。

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