KR101462134B1 - 주파수 동조용 댐퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 케이싱 형태의 진동체를 포함한 주파수 동조용 댐퍼에 관한 것이다. 상기 케이싱은 제1 케이싱부 및 제2 케이싱부를 포함하고, 이들 케이싱부는 커넥터부가 표면에 부착될 수 있도록 케이싱의 커넥터 개구를 관통하여 연장하는 커넥터부를 일부 에워싸므로, 케이싱의 진동이 완충될 수 있다. 케이싱과 커넥터부는 케이싱 내부에서 탄성 부재에 의해 서로 연결된다. 제1 케이싱부는 캔부(31)이고, 제2 케이싱부는 리드부(33)이다. 캔부는 탄성 부재를 수용하기 위해 일 단부에서 장착 개구를 가진 내부 공간을 형성하고, 리드부는 내부 공간에서 탄성 부재를 압축 상태로 압축하도록 장착 개구 위로 캔부에 부착되도록 배치된다. 내부 공간은 압축 상태에서 탄성 부재를 실질적으로 완전히 수용한다. 리드부는, 예컨대 댐퍼의 총비용을 감소시키는 펀칭 시트 금속 요소로서 제조될 수 있다.

Description

주파수 동조용 댐퍼{FREQUENCY TUNED DAMPER}

본 발명은 표면 진동을 완충시키기 위한 주파수 동조용 댐퍼에 관한 것으로, 상기 댐퍼는 커넥터 개구를 가진 케이싱(casing)의 형태로 된 진동체, 및 상기 케이싱에 적어도 일부 둘러싸이고, 상기 케이싱의 내부에서 탄성 부재를 매개로 하여 상기 케이싱에 연결되는, 커넥터부를 포함하며, 상기 커넥터 개구는, 커넥터부가 상기 케이싱이 표면으로부터 탄성적으로 공중에 떠 있는 상태로 표면에 부착되도록 하며, 상기 케이싱은 제1 케이싱부 및 제2 케이싱부를 포함한다.

이러한 댐퍼는, 예를 들면 차량 엔진이 무부하 속도로 주행할 때 차량 부품의 진동을 완충시키기 위하여, 예컨대 차량 내에 사용될 수 있다.

이러한 댐퍼와 관련된 일반 문제는 이들 댐퍼의 제조 비용을 어떻게하면 줄이느냐하는데 있다.

본 발명의 목적은 저렴한 비용으로 제조될 수 있는 처음에 언급한 종류의 주파수 동조용 댐퍼를 제공하는데 있다.

상기 목적은 청구항 제1항에서 규정된 주파수 동조용 댐퍼의 수단에 의해 달성된다. 더 구체적으로는, 제1 케이싱부(first casing part)가 캔부(can portion)의 형태로 되어 있으며, 제2 케이싱부가 리드부(lid portion)의 형태로 되어 있다. 캔부는 일 단부에서 탄성 부재를 수용할 수 있는 장착 개구를 가진 내부 공간을 형성한다. 리드부는 탄성 부재를 압축하여 내부 공간에서 압축된 상태로 만들기 위해 장착 개구를 덮어 캔부에 부착되도록 배치되고, 내부 공간은 압축 상태에서 탄성 부재를 실질적으로 완전히 수용한다.

이러한 댐퍼는 리드부가, 예를 들면 간단한 펀칭 작업에 의해, 예컨대 시트 금속으로 제조되도록 허용한다. 단지 댐퍼 케이싱부 중 하나인 캔부만이 주조, 기계 가공, 냉간 성형 또는 금속 분말 가압 성형 등의 고비용 제조 방법에 의해 제조될 필요가 있다. 이 때문에, 2개의 케이싱부가 케이싱의 내부 공간의 실질적인 부분을 형성하고, 케이싱부 각각이 상당한 중량을 필요로 하는 경우에 비해 실질적으로 덜 비싼 댐퍼가 제공될 수 있다.

내부 공간은 장착 개구의 방향으로 테이퍼될 수 있다. 또한, 내부 공간은 삽입 방향에 대해 횡방향으로 탄성 부재를 압축하므로, 댐퍼는 진동면의 평면과 평행하게 이루어지는 진동을 처리할 수 있다. 예를 들면, 내부 공간은 상단 각도가 60°미만인 원추대의 형태를 가질 수 있다.

커넥터 개구는 캔부 또는 리드부 내에 위치될 수 있다.

리드부는 시트 금속 또는 플라스틱으로 구성될 수 있다.

캔부는 소결된 금속 분말로 구성되거나, 기계 가공, 주조 또는 냉간 성형된 강으로 구성될 수 있다.

캔부는 플랜지를 형성하는 원주방향 에지부를 포함하고, 리드부가 캔부에 부착되도록, 리드부는 상기 플랜지를 에워싸도록 구부러지는 원주부를 포함한다.

대안적으로, 캔부는 장착 개구 주변를 따라 형성된 리세스(recess)를 포함하고, 리드부는 상기 리세스 내에 삽입되는 디스크(disc)를 포함하며, 캔부는 상기 리드부를 상기 리세스 내에 고정하도록 변형되는 돌출부를 포함하여, 리드부는 캔부에 부착될 수 있다.

다른 대안으로서, 캔부는 원주방향 리세스를 포함하고, 리드부가 캔부에 부착되도록, 리드부는 상기 리세스 내로 구부러져 압입되는 원주부를 포함한다.

또 다른 대안으로서, 리드부는 하나 이상의 용접 접합 또는 접착제 접합에 의해 캔부에 부착될 수 있다.

커넥터부는 커넥터 개구를 관통하여 연장하는 돌출부를 포함할 수 있다.

도 1은 주파수 동조용 댐퍼를 개략적으로 나타낸다.
도 2a는 아웃터-매스 댐퍼(outer-mass damper)의 단면을 개략적으로 나타낸다.
도 2b는 제1 케이싱부와 제2 케이싱부를 포함한 케이싱의 형태로 이루어진 진동체를 형성하는 방법 중 하나를 나타낸다.
도 3은 캔 케이싱(can casing) 및 리드 케이싱(lid casing)을 구비한 아웃터-매스 댐퍼의 분해도를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 조립된 때의 도 3의 댐퍼를 나타낸다.
도 5는 제1 변형예를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 제2 변형예를 나타낸다.
도 7은 제3 변형예를 나타낸다.
도 8은 제4 변형예를 나타낸다.
도 9는 제5 변형예를 나타낸다.

본 발명은 일반적으로 주파수 동조용 댐퍼(frequency tuned damper)에 관한 것이다. 이러한 댐퍼(1)의 일 예가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 댐퍼(1)는 표면(3)의 진동을 완충시키기 위해 사용되고, 진동체(5) 및 1개 이상의 탄성 요소(7)를 포함하며, 상기 진동체(5)와 상기 탄성 요소(7)는 표면(3)에 부착되어, 함께 스프링 질량계(spring-mass system)를 형성한다.

진동체(5)의 질량(m), 및 탄성 요소(7)의 강성(k)과 감쇠 계수(c)는 표면(3)에 감쇠 효과를 제공하도록 선택되어, 표면(3)이 미리 설정된 목표 주파수로 진동할 것으로 예상될 수 있다. 표면이 이러한 목표 주파수로 진동하면, 진동체는 그 표면과 주파수가 동일하지만 역위상으로 진동하게 된다. 진동체는 표면의 진폭보다 실질적으로 더 큰 진폭으로 진동할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 주파수 동조용 댐퍼의 일반 개념은 그 자체로 잘 알려져 있다.

도 2a는 가능한 아웃터-매스 댐퍼의 단면을 개략적으로 나타내고 있다. 이러한 댐퍼에서, 진동체(도 1의 5를 참조)는 내부 공간을 갖는 케이싱(9)의 형태로 되어 있다. 케이싱(9)은 상당한 질량을 가지며, 표면(3)으로부터 탄성적으로 공중에 떠 있다. 댐퍼는, 케이싱(9)에 의해 일부 둘러싸이고 케이싱 내부에서 탄성 요소(13)를 매개로 하여 케이싱(9)에 연결되는, 커넥터부(connector part)(11)를 더 포함한다. 탄성 요소(13)는 도 1의 탄성 요소를 구성한다. 케이싱은 커넥터 개구(15)를 포함하고, 커넥터부(11)는 커넥터부(11)가 표면(3)에 부착될 수 있도록 상기 커넥터 개구(15)를 관통하여 연장하는 돌출부(17)를 포함한다. 이에 의해, 케이싱(9)은 표면(3)으로부터 탄성적으로 공중에 떠 있을 수 있다. 커넥터 개구(15)는 커넥터부(11)의 돌출부(17)보다 더 커서, 케이싱을 모든 방향으로 진동시킬 수 있는 공간을 제공한다. 어떤 경우라도, 커넥터 개구는 커넥터부에 대해 케이싱을 운동시킬 수 있을 만큼 커야 한다. 커넥터부(11)는 많은 방법 중에서 일반적으로 나사(19)를 사용하여 표면에 부착될 수 있다.

변형예로서, 돌출부가 없는 커넥터부가 제공될 수 있다. 이때는, 완충하고자 하는 표면에 통합되거나 부착된 돌출부가 커넥터 개구를 관통해 연장하여 커넥터부에 부착되는데, 이에 대해서는 도 9에서 보게 될 것이다.

아웃터-매스 댐퍼가 표면에 매우 용이하게 부착될 수 있고, 많은 공간을 차지하지 않는다. 또한, 아웃터-매스 댐퍼는 높은 진동 주파수를 처리할 수 있다.

커넥터부(11)는 금속 분말부로서의 기계 부품으로 제조되거나, 냉간 성형 또는 주조될 수 있다. 커넥터부는 대칭축(23)을 중심으로 한 환상 대칭일 수 있으며, 대칭축(23)을 따라 커넥터부가 연장된다. 탄성 요소(13)는 커넥터부(11)에 가황 처리되는 고무로 구성되거나, 단순히 탄성 요소 상에 나사산이 형성될 수 있다.

케이싱(9)의 효율적인 제조 및 케이싱(9) 내의 커넥터부(11)와 탄성 요소(13)의 삽입을 가능하게 하기 위하여, 케이싱(9)은 댐퍼가 조립될 때 체결되는 제1 케이싱부와 제2 케이싱부를 포함할 수 있다. 따라서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 케이싱(9)은 선(21)을 따라 분리될 수 있다. 이에 부합되게, 도 2b는 제1 케이싱부(25) 및 제2 케이싱부(27)를 나타내고 있으며, 커넥터 개구(15)는 제2 케이싱부(27) 내에 위치되어 있다. 댐퍼는 커넥터부(11)의 돌출부(17)를 제2 케이싱부(27)의 내부 공간(29)으로부터 커넥터 개구(15)를 관통시킴으로써 조립된다. 제1 케이싱부(25)가 커넥터부(11)의 상단부 위에 장착되면, 제1 케이싱부(25)와 제2 케이싱부(27)는 볼트(도시되지 않음)에 의해 체결된다. 물론, 일반적으로 먼저 제1 케이싱부(25)에 커넥터부(11)를 장착한 다음 제1 케이싱부(25)와 제2 케이싱부(27)를 체결하여 돌출부(17)(만일 있다면)가 커넥터 개구(15)를 관통하여 연장되는 조립을 수행하는 데는 여러가지 방법들이 있다.

제1 케이싱부 및 제2 케이싱부는 2개의 다이 캐스팅으로 주조된 부품(die cast parts)으로 제조될 수 있다. 이에 의해, 2개의 케이싱부는 상당한 중량을 가질 수 있다. 또한, 다이 캐스트 작업을 통해, 댐퍼의 조립 중 제1 케이싱부와 제2 케이싱부의 체결시에 사용되는 관통 구멍이 형성된 플랜지와 같은 세부 구성을 가진 캐이싱부가 약간의 초과 비용으로 제조될 수 있다. 그러나, 다이 캐스팅으로 주조된 부품의 총 제조 비용은 비교적 고가일 수 있다는 점에 주의해야 한다.

본 발명은 도 2a 및 도 2b에 개략적으로 도시된 댐퍼 보다 더 낮은 비용으로 제조될 수 있는 아웃터-매스 댐퍼를 제공한다.

일반적으로, 도 3의 제1 예에 대해 도시되는 바와 같이, 제1 케이싱부는 캔부(can portion)(31)이며, 제2 케이싱부는 리드부(lid portion)(33)이다. 캔부(31)는 댐퍼가 조립될 때 커넥터 부재(37)와 탄성 부재(39)를 수용할 내부 공간(35)을 형성한다. 캔부(31)는 통상적으로 진동체의 총 질량의 80%이상을 가질 것인데, 이는 다시말해 리드부(33)가 진동체의 총 질량의 최대 20%를 갖는다는 것을 의미한다. 따라서, 캔부는 비교적 두꺼운 벽을 가지며, 예컨대 다이 캐스팅 가공(예, 징크(Zink)), 냉간 성형 가공 또는 기계 가공(예, 강)에 의해 제조될 수 있거나, 소결된 금속 분말 성분으로 형성될 수 있다.

캔부(31)의 일 단부는 댐퍼가 조립될 때 커넥터 부재(37)와 탄성 부재(39)를 수용할 수 있는 장착 개구(41)를 포함한다. 캔부의 내부 공간(35)은, 후에 논의하게 되듯이, 장착 개구로부터 테이퍼되어, 원뿔대 모양을 가질 수 있다. 또한, 내부 공간(35)은 탄성 부재(39)가 압축되는 상태에서 탄성 부재(39)를 실질적으로 완전히 수용할 만큼 크다.

리드부(33)는 커넥터 부재(37)와 탄성 부재(39)가 내부 공간으로 삽입되었을 때 장착 개구(41)를 덮어 캔부(31)에 부착되도록 배치된다. 그런 다음, 리드부(33)는 탄성 부재(39)를 압축한다. 리드부(33)는 추후에 논의하게 될 여러가지 방식으로 캔부(31)에 부착될 수 있다.

압축 상태에서 탄성 부재를 실질적으로 수용할 만큼 큰 캔부(31)의 사용에 의할 경우, 리드부(33)는 캔부(31)에 비해 비교적 저렴한 부품으로 제공될 수 있다. 따라서, 리드부(33)는, 예컨대 1㎜ 내지 2㎜의 두께를 가진 천공 시트 금속으로 형성될 수 있다. 만일, 시트 금속이 강이라면, 탄성 부재(39)의 고도의 압축이 리드부의 강도로 인해 가능해진다. 그러면, 댐퍼는 전체 가청 스펙트럼 전반에 걸쳐 고주파수를 처리할 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 조립된 경우의 도 3의 댐퍼를 나타내는 것으로, 도 4a는 전체적으로 원형 대칭인 댐퍼의 측면도이고, 도 4b는 도 4a의 선 B-B를 따라 절단된 댐퍼의 단면도이다.

리드부(33)가 부착될 때 탄성 부재(39)가 받는 압축량은 탄성 부재의 스프링 특성 및 이에 따른 조립된 댐퍼의 공진 주파수를 결정하는 요인이다. 보여지는 바와 같이, 캔부(31)의 내부 공간은 내부 공간이 원추대의 형태를 갖도록 장착 개구로부터 어느 정도까지 테이퍼되어 있다. 이에 따라, 탄성 부재도 반경 방향으로 어느 정도까지 압축을 받게 되어, 댐퍼는 반경 방향으로도(도 1의 x, y 참조) 진동을 완충시킬 수 있도록 이루어질 수 있다.

캔부(31)는 캔부 표면에 플랜지(flange)를 형성하는 원주방향 에지부(43)를 포함한다. 리드부(33)가 캔부(31)에 부착되도록, 리드부(33)는, 탄성 부재가 케이싱 내부에서 압축되었을 때 상기 에지부(43)를 에워싸도록 구부러지는 원주부(45)를 포함한다. 리드부를 캔부에 부착하기 위한 또 다른 변형예가 후술될 것이다.

도 4a 및 도 4b의 댐퍼에서, 커넥터 부재의 돌출부가 관통하는 커넥터 개구(15)(도 3 참조)는 리드부(33) 내에 위치된다. 대신에, 도 5는 커넥터 개구(15)가 캔부(31) 내에 위치되는 제1 변형예를 나타내고 있다. 도 4b를 다시 참조하면, 커넥터 개구는 커넥터부가 반경방향으로도 움직일 수 있을 만큼 크다. 여기서, 반경방향 및 축방향은 일반적으로 커넥터 부재(37)가 연장되는 축(48)에 의해 형성된다. 캔부의 내부 공간의 오염을 방지하기 위하여, 커넥터 개구(15)는 가요성 시일(flexible seal)(47)에 의해 밀봉되면서, 계속해서 커넥터 부재를 이동시킨다. 그러나 상기 시일은 많은 응용 장치에 있어 반드시 필요한 것은 아니다.

케이싱의 캔부의 타 단부에는 댐퍼가 표면에 설치될 때 공구의 삽입을 허용하는 제2 개구가 형성된다. 그 후, 이 제2 개구는 예컨대 플라스틱 캡슐(49)에 의해 밀봉될 수 있다. 캡슐(49)은 조인트(50)에 의해 서로 연결된 2개의 부분(two parts)으로 구성될 수 있다. 제1 링형 부분은 제2 개구에 부착될 수 있고, 제2 원형 부분은 제2 개구가 조인트(50)에서 캡슐을 접음으로써 밀봉되어질 때 상기 제1 링형 부분 내에 삽입될 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 제2 변형예의 단면도를 나타내고, 도 6b는 도 6a의 부분(C)의 확대도를 나타낸다. 본 예에서, 리드부(51)는 캔부(55)의 리세스(recess)(53) 내에 삽입될 수 있는 평탄 원형 디스크 부품(flat, circular disc part)으로 제공된다. 그러면, 리세스의 경계에서의 돌출부(57)가 리세스(53) 내의 리드부(51)를 고정시키도록 변형된다. 돌출부는 주변을 둘러싸며 형성되거나 리세스(53)의 경계를 따라 다수의 위치에 형성될 수 있다. 커넥터 개구는 도시된 바와 같이 리드부 또는 캔부 내에 형성될 수 있다.

도 7은 제3 변형예를 나타내고 있다. 본 예는 도 4b의 예와 유사하지만, 캔부의 플랜지형 에지부(도 4b의 43 참조)는 캔부(61)의 외주면을 따라 형성된 원주방향 리세스(59)로 대체된다. 리드부(63)가 캔부(61)에 부착되도록, 리드부(63)는, 탄성 부재가 케이싱 내부에서 압축되었을 때 원주방향 리세스 내로 구부러져 압입되는 원주부(65)를 포함한다. 커넥터 개구는 도시된 바와 같이 캔부에 형성되거나 리드부에 형성될 수 있다.

도 8은 제4 변형예를 나타내고 있다. 본 예에서, 리드부는 캔부(69)와 거의 동일한 폭을 가진 평탄 원형 디스크(67)로 제공된다. 디스크(67)는 탄성 부재가 캔부 내부에서 압축될 때 캔부(69)에 용접 결합된다. 커넥터 개구는 도시된 바와 같이 캔부 또는 리드부 내에 형성될 수 있다. 용접 접합을 대신하여, 접착제 접합이 추가의 대안일 수 있다.

도 9는 제5 변형예를 나타내고 있다. 본 예에서, 커넥터부(71)는 돌출부를 가지지 않고, 캔부(73)에 완전히 둘러싸인다. 대신에, 진동이 완충될 수 있는 표면(3)은 캔부(73) 내부의 커넥터부(71)와 연결되는 둘출부(75)를 포함한다. 캔부(73)는 캔부(73)가 돌출부(75)에 대해 움직일 수 있을 정도의 큰 개구를 포함한다.

본 발명은 상술한 실시예들에 국한되지 않으며, 첨부된 청구항의 범위 내에서 기존의 방식과 다른 방식으로 변경될 수 있다. 예를 들면, 비록, 상술한 캔부가 원형 단면을 갖는다 하더라도, 다른 예, 예컨대 타원형 단면 또는 심지어는 직사각형 단면을 생각해 볼 수 있다. 또한, 일부 적용예에서는, 비금속 리드부, 예컨대 플라스틱 리드부를 생각해 볼 수 있다.

Claims (15)

1. 표면 진동을 감쇠하기 위한 주파수 동조용 댐퍼(frequency tuned damper)로서,
   커넥터 개구(connector opening)(15)를 가진 케이싱(casing)(9)의 형태로 된 진동체; 및
   상기 케이싱에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이며, 상기 케이싱의 내부에서 탄성 부재(resilient member)(13)를 통하여 상기 케이싱에 연결되는, 커넥터부(11)를 포함하며,
   상기 커넥터 개구는, 상기 케이싱이 표면으로부터 탄성적으로 공중에 떠 있도록, 상기 커넥터부가 표면에 연결되게 하며,
   상기 케이싱은 제1 케이싱부 및 제2 케이싱부를 포함하고,
   상기 제1 케이싱부는 캔부(can portion)(31; 55; 61; 69; 73)이고, 상기 제2 케이싱부는 리드부(lid portion)(33; 51; 63; 67)이며,
   상기 캔부는 상기 탄성 부재를 수용하기 위해 일단부에 장착 개구(41)를 갖는 내부 공간(35)을 형성하고,
   상기 리드부는 상기 탄성 부재를 압축 상태로 압축하도록 상기 장착 개구 위로 상기 캔부에 부착되도록 배치되며,
   상기 내부 공간은 압축 상태에서 상기 탄성 부재를 실질적으로 완전히 수용하고,
   상기 내부 공간은 상기 장착 개구로부터 멀어지는 방향으로 테이퍼진(tapered),
   주파수 동조용 댐퍼.
2. 제1항에 있어서,
   상기 내부 공간은 상단 각도가 60°미만인 원뿔대의 형태를 가진, 주파수 동조용 댐퍼.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 커넥터 개구는 상기 캔부 내에 위치한, 주파수 동조용 댐퍼.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 커넥터 개구는 상기 리드부 내에 위치한, 주파수 동조용 댐퍼.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 리드부는 판금(sheet metal)으로 구성된, 주파수 동조용 댐퍼.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 리드부는 플라스틱으로 구성된, 주파수 동조용 댐퍼.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 캔부는 소결된 금속 분말(sintered metal powder)로 구성된, 주파수 동조용 댐퍼.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 캔부는 기계 가공, 주조 또는 냉간 성형된 강(steel)으로 구성된, 주파수 동조용 댐퍼.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 캔부(31)는 플랜지(flange)(43)를 형성하는 원주방향 에지부를 포함하고, 상기 리드부가 상기 캔부에 부착되도록, 상기 리드부(33)는 상기 플랜지를 둘러싸도록 구부러지는 원주부(45)를 포함하는, 주파수 동조용 댐퍼.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 캔부(55)는 상기 장착 개구 주변을 따라 형성된 리세스(recess)(53)를 포함하고, 상기 리드부는 상기 리세스 내에 들어맞는 디스크(disc)(51)를 포함하며, 상기 캔부는 상기 리드부를 상기 리세스 내에 고정하도록 변형되는 돌출부(protrusion)(57)를 포함하여, 상기 리드부가 상기 캔부에 부착되는, 주파수 동조용 댐퍼.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 캔부(61)는 원주방향 리세스(59)를 포함하고, 상기 리드부가 상기 캔부에 부착되도록, 상기 리드부(63)는 상기 리세스 내로 구부러져 압입되는 원주부(65)를 포함하는, 주파수 동조용 댐퍼.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 리드부(67)는 하나 이상의 용접 접합부에 의해 상기 캔부(69)에 부착된, 주파수 동조용 댐퍼.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 리드부(67)는 접착제 접합부에 의해 상기 캔부(69)에 부착된, 주파수 동조용 댐퍼.
14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 커넥터부는 상기 커넥터 개구를 관통하여 연장되는 돌출부를 포함한, 주파수 동조용 댐퍼.
15. 삭제

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