KR100941455B1 - 속도변환장치의 브레이크장치 - Google Patents

Abstract

별도의 브레이크를 구비하지 않아도 속도변환장치 내부에서 주행과 브레이크를 모두 제어할 수 있는 속도변환장치의 브레이크장치가 개시된다. 본 발명에 따른 브레이크장치는 종동스프로켓에 부착되는 캐리어와, 캐리어의 내부에 장착되는 다수 다단의 유성기어와, 유성기어의 각단에 치합되는 하나 이상의 태양기어와, 태양기어를 선택적으로 구속하여 변속시키는 하나 이상의 변속폴과, 유성기어에 치합되어 출력되는 허브쉘과, 종동스프로켓을 역구동시켜 브레이크를 잡는 브레이크장치를 포함한다. 이때, 브레이크장치는 캐리어의 연장부 외측에 브레이크어댑터를 나사결합시키고, 브레이크어댑터의 일측 외부에 정속폴을 장착하여 허브쉘과 구속시키고, 브레이크어댑터의 타측 외부에 허브쉘과 마찰되는 브레이크패드를 마찰스프링에 마찰되도록 장착하며, 브레이크어댑터와 브레이크패드는 서로 경사면으로 맞닿도록 구성하고, 캐리어가 역구동시 캐리어의 마찰에 의해 회전하여 변속폴을 누르도록 하는 브레이크릴레이로 구성된다.

Description

속도변환장치의 브레이크장치{A brake of apparatus for changing speed}

본 발명은 브레이크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 페달을 거꾸로 돌리면 속도변환장치의 내부에서 브레이크가 작용되는 속도변환장치의 브레이크장치에 관한 것이다.

일반적으로 자전거는 페달과 뒷바퀴에 스크로켓이 설치되고, 각 스프로켓에 체인이 연결되어 뒷바퀴를 구동시킨다.

이러한 자전거에 사용자의 편리함을 부여하기 위해 변속장치가 구비되는데, 그 중에서도 뒷바퀴 휠 내부에 자체적으로 기어 잇수의 변화에 따라 변속을 갖출 수 있는 자전거의 속도변속장치가 미국특허등록 제6,478,711호에 개시된 바 있다.

상기 미국특허등록 제6,78,711호의 자전거의 속도변환장치에 대해 자세하게 살펴보자.

도 1은 속도변환장치를 나타낸 일부절결단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A'선 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 페달에 형성되는 구동스프로켓의 동력을 전달받는 종동스프로켓(100);

종동스프로켓(100)에 일측이 부착되어 동력을 전달받고 타측에 다수개의 이단 이상의 다단유성기어(220)가 설치되는 캐리어(210)와, 다단유성기어(220)의 각 단에 맞물리며 내주면에 래칫톱니가 형성된 제1,2태양기어(231, 232)와, 상기 다단유성기어(220)에 맞물리는 링기어(240)로 이루어지는 다단변속부;

캐리어(210) 및 링기어(240)에 의하여 회전하여 바퀴에 동력을 전달하는 허브쉘(310)과, 캐리어(210)와 허브쉘(310)사이 및 링기어(240)와 허브쉘(310)사이에 위치하여 동력을 매개하며 선행하는 쪽만 선택적으로 작용하는 클러치수단(320)으로 이루어지는 변속출력부;

위의 구성요소들이 설치되며, 일측에 폴안착부(411)가 형성된 허브축(410)과, 상기 제1,2태양기어(231, 232)의 내주면의 래칫톱니에 각각 걸림 또는 해제되는 제1,2폴(421, 422)과, 상기 폴(421, 422)의 위치를 제어하는 폴제어링(430)과, 외주면에 와이어를 감기 위한 홈(451)이 형성되고 외주면 일측에 걸이부(452)가 형성되어 와이어의 당김에 의하여 일정각도 회전하여 변환매개부(440)를 통하여 상기 폴제어링(430)의 위치를 변환시키는 변환디스크(450)와, 상기 변환디스크(450)의 위치를 복귀시키기 위한 스프링(460)과, 상기 변환디스크(450)의 원활한 움직임을 위해 간격을 유지시키기 위한 간격유지부(470)로 이루어지는 변속제어부;로 구성된다.

도 3은 속도변환장치의 변속제어부를 나타낸 단면도이고, 도 4는 속도변환장치의 변속제어부를 나타낸 사시도이다.

도 3 및 도 4를 참고하면, 변속제어부의 폴제어링(430)의 내주면에는 제1,2 폴(421, 422)의 위치를 제어하기 위한 위치제어홈(431, 432)이 중심점에 대하여 대칭적으로 형성되어 있다.

상기 위치제어홈(431, 432)은 경사홈(431)과 각홈(432)이 번갈아 형성됨을 특징으로 하고, 중심점에 대하여 서로 마주보고 있기는 하지만 등각도 간격으로 형성되어 있지 않은 반면, 상기 제1,2폴(421, 422)은 상기 허브축(410)의 폴안착부(411)에 등각도 간격으로 장착되도록 하여, 상기 제1,2폴(421, 422)중에서 한쌍의 폴만이 선택적으로 제어될 수 있으면서 부드럽게 제어되도록 한다.

도 5는 속도변환장치의 변속제어부를 나타낸 분해사시도이다.

도 5에서 보는 바와 같이 제1,2폴(421, 422)은 폴제어링(430)의 내측에 위치하여 폴제어링(430)의 회전에 의하여 폴 전체의 위치가 제어되는 위치제어부(421a, 422a)와; 제1,2태양기어(231, 232)내주면에 형성된 래칫톱니에 맞물리거나 해제되는 걸림부(421b, 422b)로 구성된다.

따라서 속도 변환장치는 폴제어링(430)에 의해 제1폴(421)이나 제2폴(422)을 조작하여 제1,2태양기어(231, 232)를 구속하여 잇수차이를 보이는 다단유성기어(220)의 통해 링기어(240)로 다른 속도비를 주어 결과적으로 허브쉘(310)로 출력시키게 되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 속도 변환장치에 브레이크를 설치할 목적으로 연구 개발한 것으로, 종동 스프로켓에 연결된 페달을 진행방향의 반대로 구르게 되면 속도 변환장치의 내부에서 브레이크가 작동되는 방안을 모색하고자 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은,

종동스프로켓에 부착되는 캐리어와, 캐리어의 내부에 장착되는 다수 다단의 유성기어와, 유성기어의 각단에 치합되는 하나 이상의 태양기어와, 태양기어를 선택적으로 구속하여 변속시키는 하나 이상의 변속폴과, 유성기어에 치합되어 출력되는 허브쉘과, 종동스프로켓을 역구동시켜 브레이크를 잡는 브레이크장치를 포함하는 속도변환장치의 브레이크장치에 있어서,

브레이크장치는,

캐리어의 연장부 외측에 브레이크어댑터를 나사결합시키고, 브레이크어댑터의 일측 외부에 정속폴을 장착하여 허브쉘과 구속시키고, 브레이크어댑터의 타측 외부에 허브쉘과 마찰되는 브레이크패드를 마찰스프링에 마찰되도록 장착하며, 브레이크어댑터와 브레이크패드는 서로 경사면으로 맞닿도록 구성하고, 캐리어가 역구동시 캐리어의 마찰에 의해 회전하여 변속폴을 누르도록 하는 브레이크릴레이로 구성됨을 특징으로 하는 속도변환장치의 브레이크장치를 제공한다.

이때, 브레이크릴레이는 링 형상을 가지면서 캐리어에 내접되고, 브레이크릴 레이의 외주면상에는 일부가 절단된 링스프링이 장착되어 캐리어와 링스프링의 마찰에 의해 브레이크릴레이가 회전됨이 바람직하다.

여기에서, 링스프링은 원호상 일부가 절단되고, 어느 일단부가 중심방향으로 굴곡지게 되며, 굴곡부가 브레이크릴레이의 외주면상에 형성된 골내부의 장착공에 삽입됨이 바람직하다.

바람직하게는 링스프링의 장착방향은 링스프링의 굴곡부에서부터 타단방향이 캐리어의 주행방향과 일치하도록 한다.

또한, 브레이크릴레이는 변속폴의 위치를 제어하는 폴제어링이 일측으로 삽입되록 이중편으로 구성되고, 내측의 이중편은 브레이크릴레이가 역회전시 변속폴을 눌러주도록 변속폴들의 사이에 위치하는 다수의 누름판으로 형성되며, 누름판중 어느 하나 이상의 단부에는 변속폴들이 안착되는 폴안착부의 폴안착돌출부에 걸리도록 돌기가 형성됨이 바람직하다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 속도변환장치의 브레이크장치는 페달을 정회전시키면 주행되고, 페달을 역회전시키면 브레이크가 걸리게 되는 효과가 있어 기존과 같이 핸드브레이크를 사용하지 않아도 되고, 별도의 브레이크를 구비하지 않아도 속도변환장치 내부에서 주행과 브레이크를 모두 제어할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 속도변환장치의 브레이크장치에 대해 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 속도변환장치의 브레이크장치를 나타낸 단면도이다.

도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 속도변환장치의 브레이크장치는 속도변환장치의 내부에 구비된다.

먼저, 속도변환장치는 종래기술에서 설명한 바와 같이 종동스프로켓(100)과; 종동스프로켓(100)에 일측이 부착되면서 다단 다수의 유성기어(220)를 갖는 캐리어(210) 및 제1,2태양기어(231, 232)로 구성된 다단변속부와; 상기 유성기어(220)가 내접되도록 치합되는 허브쉘(310)을 갖는 변속출력부와; 폴안착부(411)가 형성된 허브축(410), 상기 폴안착부(411)에 결합되어 상기 제1,2태양기어(231, 232)에 선택적으로 구속되는 제1,2변속폴(421, 422), 상기 변속폴의 위치를 제어하는 폴제어링(430) 등으로 이루어지는 변속제어부;로 구성된다. 바람직하게는 변속제어부의 상세한 구성 설명은 이미 공지된 바와 동일하므로 그 설명을 생략하기로 한다.

이때, 본 발명에 따른 속도변환장치가 종래기술의 속도변환장치와 다른 점은 유성기어(220)와 허브쉘(310)의 사이에 배치되는 링기어가 없이 바로 유성기어(220)에서 허브쉘(310)로 직결되는 것과, 캐리어(210)가 2단으로 결합되어 종동스프로켓(100)의 반대편으로 더 길게 연장되며, 연장캐리어(510)의 외측과 허브쉘(310)의 사이에 브레이크장치(500)가 마련된다.

바람직하게는 연장캐리어(510)에는 브레이크어댑터(520)가 결합되어 캐리어와 함께 회전되고, 이 브레이크어댑터(520)의 외측에 정속폴(521)이 구비되어 허브쉘(310)과 동력연결되게 된다.

따라서 본 발명에 따른 속도변환장치에서는 종동스프로켓(100)으로 입력된 동력이 변속폴(231, 232)에 구속되지 않을 경우 유성기어(220)에 작용되지 않고 브레이크어댑터(520)쪽으로 전달되어 감속이나 증속되지 않은 상태로 허브쉘(310)로 출력된다.

그리고 변속폴(231, 232)이 구속되어 지면, 기어 잇수 변화에 따라 증속된 동력이 허브쉘(310)로 출력되게 된다.

브레이크장치(500)에 대해 좀더 상세하게 살펴보면, 연장캐리어(510)와 브레이크어댑터(520)는 나사결합되어 연장캐리어(510)가 진행방향으로 회전될때에는 나사가 체결되어 브레이크어댑터(520)가 동일한 방향으로 회전하면서 허브쉘(310)을 출력시키고, 연장캐리어(510)가 진행방향의 반대로 회전될때에는 브레이크어댑터(520)가 뒤쪽으로 빠지면서 브레이크어댑터(520)의 외측에 감싸고 있는 브레이크패드(530)를 가압하여 브레이크패드(530)가 허브쉘(310)을 잡아주게 된다.

브레이크어댑터(520)가 후진할때에 브레이크패드(530)를 가압시키기 위해 브레이크어댑터(520)와 브레이크패드(530)에는 서로 맞닿도록 대응되는 경사면(525)이 형성된다.

바람직하게는 연장캐리어(510)와 브레이크어댑터(520)와의 결합은 나사결합이 끝까지 결합되기 전에 서로 맞닿도록 하여 나사결합에 의해 많은 토크가 걸리지 않고 서로 맞닿은 면에 의해 토크가 전달되도록 함으로써, 나사결합에 의해 브레이크어댑터(520)가 뒤로 빠지지 않게 되는 것을 방지할 수 있다.

그리고 브레이크어댑터(520)의 내측에는 허브축(410)에 고정된 마찰스프링(540)이 내접되게 하여 마찰스프링(540)과 브레이크어댑터(520)가 마찰되면서 연 장캐리어(510)가 역회전할때에 브레이크어댑터(520)가 헛돌면서 후진되지 않게 되는 것을 방지할 수 있게 된다. 즉, 연장캐리어(510)와 브레이크어댑터(520)의 나사결합토크는 마찰스프링(540)과 브레이크어댑터(520)의 마찰력보다 작은 토크를 갖는다.

한편, 변속폴(421, 422)이 구속되어 있을 경우에 브레이크장치(500)를 작동시킨 다음 다시 종동스프로켓(100)을 정방향 회전시켜 주행하고자 하는 경우에는, 캐리어(210)의 회전에 의해 다단변속부는 작동을 시작하게 되는데, 브레이크장치(500)는 브레이크어댑터(520)가 앞으로 당겨져 브레이크가 풀려야지만 구동되게 된다.

따라서 위와 같은 구성만으로는 브레이크가 확실히 풀리지 않은 상태에서 출력이 이루어지게 되어 서로 간섭이 발생하게 되어 주행할 수가 없게 되며, 주행이 된다고 하더라도 브레이크장치에 큰 저항력이 발생되어 파손되는 경우가 발생될 수 있게 된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 변속제어부에 브레이크릴레이(600)를 더 마련하여 브레이크를 잡은 후, 브레이크가 복귀되는 시점까지 변속부가 작동되지 않도록 할 수 있게 된다.

도 7은 도 6에 도시된 변속제어부에서 폴을 작동시키는 부분만을 도시한 분해사시도이다.

변속제어부는 도 7에서 보는 바와 같이 폴안착부(411)가 형성된 허브축(410)과, 폴안착부(411)에 안착되는 변속폴(421, 4222)과, 변속폴을 선택적으로 눕혔다가 세워주도록 위치제어홈이 번갈아 가면서 형성된 폴제어링(430)을 포함하며, 폴제어링(430)과 폴안착부(411)의 사이에 결합되어 다른 방법으로 변속폴을 제어하는 브레이크릴레이(600)가 더 포함된다.

브레이크릴레이(600)는 링형상을 가지며, 일측에는 폴제어링(430)의 위치제어홈부가 삽입되도록 이중편으로 구성되고, 내측의 이중편은 폴들을 제어하는 폴누름판(610)이다.

폴누름판(610)은 변속폴의 개수만큼 절개되어 네 개가 형성되며, 각각의 폴누름판(610)은 폴안착부(411)의 폴안착돌출부(411a)들 사이에 위치된다. 그리고 서로 대향되는 어느 한쌍의 폴누름판(610)의 단부에는 폴안착돌출부(411a)에 걸리도록 돌기(611)가 형성된다. 따라서 브레이크릴레이(600)는 돌기(611)에 의해서 폴안착돌출부(411a)의 사이에서 1/4회전을 왕복운동 하도록 설계된다.

여기에서 폴누름판(610)의 간격을 설정하는 설계는 폴들의 간격과 어울리도록 설계되어야 하는데, 브레이크릴레이(600)가 시계방향으로 회전하여 돌기(611)가 폴장착돌출부(411a)가 걸릴때가 모든 변속폴이 세워지게되고, 브레이크릴레이(600)가 반시계방향으로 회전하여 돌기(611)가 다른 폴안착돌출부(411a)에 걸릴때가 모든 변속폴이 눕혀지게 된다.

따라서 폴제어링(430)은 브레이크릴레이(600)에 삽입되어 브레이크릴레이(600)와 상관없이 별도로 움직이면서 변속폴을 제어하고, 브레이크릴레이(600) 역시 폴제어링(430)과 상관없이 별도로 움직이면서 변속폴을 제어하게 된다.

도 8은 브레이크릴레이가 장착된 부분을 절결하여 나타낸 단면도이고, 도 9a 및 도 9b는 폴제어링에 의해 변속폴이 제어되는 모습을 나타낸 작동상태 단면도이며, 그리고 도 10은 브레이크릴레이에 의해 변속폴이 제어되는 모습을 나타낸 작동상태 단면도이다.

도 8에서 보는 바와 같이 폴안착부(411)에는 네 개의 변속폴(421, 422)이 안착되고, 이 변속폴의 외부에 브레이크릴레이(600)가 감싸지며, 브레이크릴레이(600)에 폴제어링(430)이 삽입된 상태가 된다. 이때, 외부 조작에 의해 폴제어링(430)이 회전되면, 도 9a에서 보는 바와 같이 한쌍의 제2변속폴(422)이 눕혀지고, 제1변속폴(421)이 세워진다. 이 상태가 속도변환장치의 2단 상태이다. 그리고 외부 조작에 의해 폴제어링(430)이 좀더 회전하게 되면, 제1변속폴(421) 및 제2변속폴(422)이 모두 눕혀지게 되며, 이 상태가 1단 상태가 된다. 좀더 회전하여 도 8과 같이 되면, 3단 상태가 된다.

한편, 브레이크릴레이(600)가 역회전을 하게 되면, 도 10에서 보는 바와 같이 변속폴(421, 422)의 현재 상태에 상관없이 모든 변속폴(421, 422)을 눌러주게 된다. 이 상태가 종동스프로켓(100)이 역회전하면서 캐리어(210)가 역회전하여 브레이크장치(500)가 작동된 상태이다.

반면, 다시 캐리어(210)가 정회전하게 되면 브레이크릴레이(600)가 반대로 회전되면서 눌러줬던 변속폴(421, 422)을 다시 세우게 되어 정상작동하게 된다.

다음은, 브레이크릴레이(600)가 역회전하거나 정회전되게 하는 구성에 대해 살펴보자.

도 11은 브레이크릴레이와 캐리어의 결합관계를 보인 요부 사시도이다.

브레이크릴레이(600)는 도 11에서 보는 바와 같이 캐리어(210)의 회전에 따라 그 방향으로 회전되게 되는데, 브레이크릴레이(600)의 외주면상에는 안으로 움푹 패인 골(620)이 형성되어 있고, 이 골(620)에 원호상 일부가 절단된 원형의 링스프링(650)이 장착된다. 그리고 링스프링(650)은 일단이 원의 중심방향으로 굴곡되게 연장되며, 이 굴곡부(651)가 골(620)의 어느 일부분에 형성된 스프링 장착공(630)으로 장착되게 된다.

그리고 브레이크릴레이(600)의 외주면이 맞닿는 캐리어(210)의 내측면상에는 골(620)과 맞닿도록 대향되는 링 형상의 요홈(660)이 형성된다.

따라서 골(620)에 장착된 링스프링(650)이 브레이크릴레이(600)를 감싸면서 그 탄성에 의해 벌어져 캐리어(210)의 내측면에 형성된 요홈(660)속으로 파고 들어가 마찰력을 갖게 되고, 이 마찰력에 의해 캐리어(210)의 회전이 브레이크릴레이(600)의 회전으로 전달되게 된다.

이때, 링스프링(650)은 굴곡부(651)에서 타단으로의 방향이 캐리어(210)의 정방향과 일치하도록 장착됨이 바람직하다. 다시 말해 링스프링(650)의 굴곡부(651)에서 타단으로의 방향은 링스프링(650)을 오므리는 작용을 하므로 캐리어(210)가 정방향으로 회전될때에 최대한 오므릴 수가 있어 마찰력을 줄일 수 있게 되고, 링스프링(650)의 타단에서 굴곡부(651)로의 방향은 링스프링(650)이 벌어지는 작용을 하므로 캐리어(210)가 역회전을 할때에 최대한 벌어져 마찰력을 증가시킬 수 있게 되기 때문이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 속도변환장치를 나타낸 일부절결단면도이고,

도 2는 도 1의 A-A'선 단면도이고,

도 3은 도 1에 도시된 속도변환장치의 변속제어부를 나타낸 단면도이고,

도 4는 속도변환장치의 변속제어부를 나타낸 사시도이고,

도 5는 속도변환장치의 변속제어부를 나타낸 분해사시도이며,

도 6은 본 발명에 따른 속도변환장치의 브레이크장치를 나타낸 단면도이고,

도 7은 도 6에 도시된 변속제어부에서 폴을 작동시키는 부분만을 도시한 분해사시도이고,

도 8은 브레이크릴레이가 장착된 부분을 절결하여 내부를 보인 도면이고,

도 9a 및 도 9b는 폴제어링에 의해 변속폴이 제어되는 모습을 나타낸 작동상태도이고,

도 10은 브레이크릴레이에 의해 변속폴이 제어되는 모습을 나타낸 작동상태도이며, 그리고

도 11은 브레이크릴레이와 캐리어의 결합관계를 보인 요부사시도이다.

Claims (5)

1. 종동스프로켓에 부착되는 캐리어와, 상기 캐리어의 내부에 장착되는 다수 다단의 유성기어와, 상기 유성기어의 각단에 치합되는 하나 이상의 태양기어와, 상기 태양기어를 선택적으로 구속하여 변속시키는 하나 이상의 변속폴과, 상기 유성기어에 치합되어 출력되는 허브쉘과, 상기 종동스프로켓을 역구동시켜 브레이크를 잡는 브레이크장치를 포함하는 속도변환장치의 브레이크장치에 있어서,

   상기 브레이크장치는,

   상기 캐리어의 연장부 외측에 브레이크어댑터를 나사결합시키고, 상기 브레이크어댑터의 일측 외부에 정속폴을 장착하여 상기 허브쉘과 구속시키고, 상기 브레이크어댑터의 타측 외부에 상기 허브쉘과 마찰되는 브레이크패드를 마찰스프링에 마찰되도록 장착하며, 상기 브레이크어댑터와 상기 브레이크패드는 서로 경사면으로 맞닿도록 구성하고, 상기 캐리어가 역구동시 상기 캐리어의 마찰에 의해 회전하여 상기 변속폴을 누르도록 하는 브레이크릴레이로 구성됨을 특징으로 하는 속도변환장치의 브레이크장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 브레이크릴레이는 링 형상을 가지면서 상기 캐리어에 내접되고, 상기 브레이크릴레이의 외주면상에는 일부가 절단된 링스프링이 장착되어 상기 캐리어와 상기 링스프링의 마찰에 의해 상기 브레이크릴레이가 회전됨을 특징으로 하는 속도변환장치의 브레이크장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 링스프링은 원호상 일부가 절단되고, 어느 일단부가 중심방향으로 굴곡지게 되며, 상기 굴곡부가 상기 브레이크릴레이의 외주면상에 형성된 골내부의 장착공에 삽입됨을 특징으로 하는 속도변환장치의 브레이크장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 링스프링의 장착방향은 상기 캐리어의 주행방향이 상기 링스프링의 굴곡부에서부터 타단방향과 일치함을 특징으로 하는 속도변환장치의 브레이크장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 브레이크릴레이는 상기 변속폴의 위치를 제어하는 폴제어링이 일측으로 삽입되록 이중편으로 구성되고, 내측의 이중편은 상기 브레이크릴레이가 역회전시 상기 변속폴을 눌러주도록 상기 변속폴들의 사이에 위치하는 다수의 누름판으로 형성되며, 상기 누름판중 어느 하나 이상의 단부에는 상기 변속폴들이 안착되는 폴안착부의 폴안착돌출부에 걸리도록 돌기가 형성됨을 특징으로 하는 속도변환장치의 브레이크장치.

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