KR102461643B1 - 볼 이탈방지기구가 구비된 볼타입 면진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대향면에 오목한 접시형태의 롤링면(4)이 형성된 상하부 롤링판(2,3) 사이에 강구 등의 볼(5)이 개재되어 이루어지는 볼타입 면진장치(1)에 있어서, 상기 상부롤링판(2)의 롤링면(4)의 둘레를 따라 배치되며 그 선단부가 대향하는 상기 하부롤링판(3)을 향해 돌출되어 볼(5)의 이탈에 대한 걸림동작을 행하는 동작위치(A)와 이 동작위치(A)로부터 후퇴되어 하부롤링판(3)과의 간섭을 피하는 퇴피위치(B) 사이에서 위치가 가변되는 플렉시블한 걸림부(11)가 형성된 이탈방지부재(10)가 구비된 볼타입 면진장치이다.

Description

볼 이탈방지기구가 구비된 볼타입 면진장치 {Ball Type Base Isolation Device Having Ball Going-Off Prevention Function}

본 발명은 볼 이탈방지구가 구비된 볼타입 면진장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세히는 볼타입 면진장치에서 대형지진의 발생시에 볼이 이탈하는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 볼 이탈방지기구가 구비된 볼타입 면진장치에 관한 것이다.

일반적으로 면진장치 또는 지진격리장치는 지진 등으로 인해 지반이나 건물 하부로부터 전달되는 진동을 차단하는 장치로서, 건축물의 기초나 내력벽과 같은 구조요소에 설치되는 면진장치와, 건축물 내부의 기계실이나 전기실에 설치되는 냉동기, 공조기, 변압기, 배터리, 전산설비, 통신설비와 같은 전기기계분야의 비구조요소의 하부에 설치되는 면진장치로 구분된다.

한편, 종래에 이러한 비구조요소용 면진장치로서, 대향하는 접시면 사이에 볼이 배치된 볼타입 면진장치가 사용되고 있다. 도 1는 이러한 종래의 볼타입 면진장치(1)의 한 예를 개략적으로 보여주는데, 도시된 바와 같이, 대향면에 오목한 접시형태의 롤링면(4)과 그 둘레부의 단턱부(7)가 형성된 상하부 롤링판(2,3) 사이에 강구 등의 볼(5)이 개재되어 이루어지며, 이러한 면진장치가 전기기계설비의 저부와 건물의 바닥 또는 이중마루 사이에 배치되어, 지진발생으로 인한 수평방향 외력에 대해 볼(5)의 구름과 함께 상부롤링판(2)과 하부롤링판(3)이 엇갈리는 방향으로 이동하였다가 복귀하는 방식으로 지진으로 인한 수평방향 진동을 흡수하게 된다. 그런데 이러한 종래의 면진장치의 경우 대형 지진의 발생으로 상부롤링판(2)과 하부롤링판(3)의 상대적인 변위가 확대되면 상하부 롤링판(2,3) 사이의 볼(5)도 함께 측방으로 밀리면서 롤링면(4)으로부터 벗어나서 상하부 롤링판(2,3)으로부터 이탈하게 되어, 수평진동을 흡수하는 면진기능을 상실하게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제점에 착안하여, 본원인은 도 2에 도시된 바와 같이 하부롤링판(3)의 롤링면(4) 둘레부에 이탈방지턱(6)을 구비한 면진장치를 제안한 바 있다. 이러한 이탈방지턱(6)을 가진 면진장치는 대형 지진에 의해 상부롤링판(2)과 하부롤링판(3)이 상대적으로 크게 변위되어 볼(5)이 롤링면(4)을 벗어나 이탈하려고 할 때 이탈방지턱(6)이 볼(5)의 이탈을 저지하게 되어, 롤링볼에 의한 정상적인 면진작용을 수행할 수 있도록 제안된 것이다.

그런데, 지진시에는 다양한 방향으로 외력에 의한 진동이나 변위가 발생되는데 이때 지반과 함께 움직이는 하부롤링판(3)은 상대적으로 크게 수평변위되고 볼(5)에 의해 하부롤링판(3)과 이격된 상부롤링판(2) 및 그 위에 탑재된 면진보호대상물은 상대적으로 적게 수평변위된다. 이를 간단하게 수평변위와 수직변위로 단순화하여 설명하면 지진발생시에 도 3에 도시된 바와 같이, 하부롤링판(3)이 수평 진동에 의해 상부롤링판(2)에 대하여 좌측으로 돌출되도록 수평변위되고 상부롤링판(2)의 좌측단부는 상하방향 요동에 의해 좌측단부가 들리는 경우가 발생되면, 볼(5)(도 3의 좌측 볼)의 우측은 이탈방지편(6)에 의해 위치가 규제되지만 볼(5)의 좌측은 하부롤링판(3)의 롤링면(4)의 가장자리에서 오목한 중앙부를 향해 아무런 규제를 받지 못하여 하부롤링판(3)의 중앙부로 구르게 되고, 이에 따라 볼(5)이 상부롤링판(2)로부터 벗어나게 되고, 이와 같이 볼(5)이 상부롤링판(2)에서 벗어난 후에 상부롤링판(2)이 원위치로 복귀하면서 상부롤링판(2)이 볼(5)을 외부로 쳐내서 상하부롤링판(2,3)으로부터 볼(5)을 완전히 이탈시키는 상황이 발생될 수 있었다. 그러면 볼(5)이 빠져버린 면진장치는 더 이상 면진기능을 수행할 수 없다.

국내특허등록 제10-2240883호 (2021.04.09)

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 볼타입 면진장치의 문제점에 착안하여 제안된 것으로서, 본 발명은 대형지진의 발생시에 볼이 이탈하는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 볼 이탈방지기구가 구비된 볼타입 면진장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 대향면에 오목한 접시형태의 롤링면(4)이 형성된 상하부 롤링판(2,3) 사이에 강구 등의 볼(5)이 개재되어 이루어지는 볼타입 면진장치(1)에 있어서, 상기 상부롤링판(2)의 롤링면(4)의 둘레를 따라 배치되며 그 선단부가 대향하는 상기 하부롤링판(3)을 향해 돌출되어 볼(5)의 이탈에 대한 걸림동작을 행하는 동작위치(B)와 이 동작위치(B)로부터 후퇴되어 하부롤링판(3)과의 간섭을 피하는 퇴피위치(A) 사이에서 위치가 가변되는 플렉시블한 걸림부(11)가 형성된 이탈방지부재(10)가 구비된 것을 특징으로 하는 볼 이탈방지기구가 구비된 볼타입 면진장치가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 이탈방지부재(10)는 롤링면(4) 안쪽을 향해 경사지게 연장되는 것을 특징으로 하는 볼타입 면진장치가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 이탈방지부재(10)는 탄성변형가능한 브러시나 메탈, 플라스틱 또는 엘라스토머로 제작되어 근접되는 하부롤링판(3)과 간섭되지 않도록 탄성변형되어 설치되는 것을 특징으로 하는 볼 이탈방지기구가 구비된 볼타입 면진장치가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 이탈방지부재(10)의 상부롤링판(2)에 결합되는 부위에는 굽은형상 또는 띠형상 또는 판형상의 결합부(12)가 구비된 것을 특징으로 하는 볼타입 면진장치가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 상부롤링판(2)의 이탈방지부재(10)에 대향하여 하부롤링판(3)의 롤링면(4)의 둘레를 따라 배치되며 상향연장되는 이탈방지부재(20)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 볼타입 면진장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 이탈방지부재(10)가 지진발생시에 상대적으로 수평변위가 큰 하부롤링판(4)이 아니라 상대적으로 수평변위가 적은 상부롤링판(3)측에 배치되므로, 지진발생시에 상하요동에 의해 상부롤링판(3)의 한쪽이 들리더라도 상부롤링판(3)측에 배치된 이탈방지부재(10)와 수평변위된 하부롤링판(2)의 롤링면(4)의 돌출된 가장자리 사이에서 볼(5)이 갇혀서 위치이탈이 실질적으로 방지되므로, 볼이 이탈에 의해 면진기능이 상실되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상하부 롤링판(2,3) 사이에 볼(5)이 개재되는 면진장치에서, 상부롤링판(2)의 롤링면(4)의 둘레를 따라 배치되며 대향배치된 그 선단부가 하부롤링판(3)을 향하게 돌출되어 지진발생시 이탈하려는 볼에 대한 걸림동작을 행하는 동작위치(B)와, 이 동작위치(B)로부터 후퇴되어 하부롤링판(3)과의 간섭을 피하는 퇴피위치(A)와 사이에서 위치가 가변되는 걸림부(11)가 형성된 이탈방지부재(10)가 구비됨으로써, 지진이 발생되지 않은 평상시에는 상부롤링판(2)의 걸림부(11)가 근접배치된 하부롤링판(3)과 간섭되지 않도록 그 선단부가 하부롤링판(3)으로부터 후퇴된 퇴피위치(A)에 위치된 상태로 유지되다가, 지진발생으로 상하부롤링판(3,4)이 상대적으로 수평변위되는 경우에는 자체의 탄성변형이나 볼(5)에 의해 밀려서 걸림부(11)가 펼쳐짐으로써 그 선단부가 하부롤링핀(3)을 향하게 돌출된 상태의 동작위치(A)로 위치가 가변됨으로써, 지진에 의해 수평방향 외력이 가해져서 상부롤링판(2)이 측방으로 이동되어, 외부로 돌출되는 상부롤링판(2)이 전체적으로 들리거나 수평회전되거나, 또는 상부롤링판(2)의 선단부는 하강하고 후단부가 들리도록 기울어지면서 볼(5)이 상부롤링판(2)에서 벗어나려고 할 때, 상부롤링판(2)의 이탈방지부재(10)가 볼(5)의 이탈을 저지함으로써, 볼의 이탈로 인한 면진기능이 상실되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 이탈방지부재(10)는 롤링면(4) 안쪽을 향해 경사지게 연장됨으로써, 이탈방지부재(10)가 이탈되려는 볼(5)에 대하여 이탈방지부재(10)의 축방향 또는 이에 가까운 방향으로 맞닿아 저지하므로, 이탈방지부재(10)의 볼(5)에 대한 저지력을 높일 수 있다.

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또한, 본 발명에 따르면, 이탈방지부재(10)는 탄성변형가능한 브러시나 메탈 또는 플라스틱, 또는 고무 등 엘라스토머(elastomer)로 제작되어 근접되는 하부롤링판(3)과 간섭되지 않도록 탄성변형되어 설치될 수 있고, 이에 따라 평소에는 이 이탈방지부재(10)가 상하부 롤링판(2,3) 사이의 틈새로 이물질이 유입되어 롤링면(4)에 이물질이 늘러붙거나 축적되어 볼(5)이 원활하게 구름작동되지 않는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 이탈방지부재(10)의 상부롤링판(2)에 결합되는 부위에는 굽은형상 또는 띠형상 또는 판형상의 결합부(12)가 구비됨으로써, 이탈방지부재(10)를 볼트나 용접, 접착 등에 의해 용이하게 상부롤링판(2)에 부착할 수 있다.

또한, 상부롤링판(2)의 이탈방지부재(10)에 대향하여 하부롤링판(3)에도 그 롤링면(4)의 둘레를 따라 상향연장되는 이탈방지부재(20)가 더 배치되어 구비됨으로써, 상부롤링판(2)과 하부롤링판(3)이 상대적으로 수평방향으로 변위되어 볼(5)이 이탈되려고 할 때, 상부롤링판(2)의 이탈방지부재(10)와 더불어 하부롤링판(3)의 이탈방지부재(20)가 함께 볼(5)의 상부와 하부에서 이탈을 저지함으로써 더욱 효과적으로 확실하게 볼의 이탈을 저지할 수 있어서 더욱 안전한 면진장치를 달성할 수 있다.

도 1 내지 도 3은 종래의 볼타입 면진장치의 구성도 및 작동상태도
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예의 단면구성도
도 5는 상기 실시예의 분해사시도
도 6은 본 발명의 다른 실시예의 분해사시도
도 7은 상기 실시예의 작동상태도
도 8은 본 발명의 다른 실시예의 단면구성도
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예의 단면구성도
도 10은 상기 실시예의 작동상태도

이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다. 도 4는 본 발명의 일 발명의 일 실시예의 단면구성도이고, 도 5는 상기 실시예의 분해사시도다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따르면, 대략 상부롤링판(2)과 하부롤링판(3)이 상하로 간격을 두고 대향배치되고, 이 상하부 롤링판(2,3)의 대향면에는 오목한 접시형태의 롤링면(4)이 형성된다. 그리고 이 롤링면(4) 사이에는 강구로 된 볼(5)이 개재되어 볼베어링과 같이 하중을 지지하는 볼타입 면진장치이다. 본 실시예에서는 상부롤링판(2)과 하부롤링판(3)에 각각 두개의 롤링면(4)이 구비된 듀얼타입 면진장치의 예를 보여준다.

이러한 면진장치에서, 상부롤링판(2)의 롤링면(4)의 둘레를 형성하는 단턱부(7)를 따라 배치되며 하향 및 내향연장되는 걸림부(11)이 형성된 이탈방지부재(10)가 구비된다. 구체적으로 이 이탈방지부재(10)는 상부롤링판(2)의 롤링면(4)의 둘레부를 이루는 단턱부(7)의 외측 둘레, 즉 접시형상부의 최하단부의 외측 둘레부 외측을 따라 배치된다. 그리고 이 이탈방지부재(10)에는 플렉시블한 걸림부(11)가 구비되는데, 이 플렉시블 걸림부(11)는 그 선단부가 대향하는 하부롤링판(3)을 향해 돌출된 동작위치(B)와, 그 선단부가 하부롤링판(3)으로부터 후퇴된 퇴피위치(A) 사이에서 절첩식 또는 탄성적으로 위치가 가변되도록 구성된다.
여기서 퇴피위치(A)란 지진이 발생되지 않는 평소의 상태의 걸림부(11)의 위치로서, 상부롤링판(2)과 하부롤링판(3)이 근접된 상태에서 이탈방지부재(10)의 플렉시블한 걸림부(11)가 하부롤링판(3)에 간섭되지 않도록 위치된다. 도시된 실시예에서는 걸림부(11)가 하부롤링판(3)의 롤링면(4)의 오목부에 진입한 상태인데, 이때 이탈방지부재(10)의 걸림부(11)는 하부롤링판(3)에 접촉되어 탄성적으로 밀리거나, 하부롤링판(3)에 미접촉된 상태에서 이격되도록 절첩되어 하부롤링판(3)과 간섭되지 않도록 후퇴된 상태로 배치된다. 그러나 지진발생에 의해 상하부롤링판(2,3)이 상대적으로 수평변위되면 상부롤링판(2)측에 부착된 이탈방지부재(10)의 선단부와 하부롤링판(3) 사이의 간격이 벌어지고, 이에 따라 플렉시블한 걸림부(11)가 펼쳐지면 하부롤링판(3)을 향해 돌출된 동작위치(B)로 변동되면서 볼(5)의 이탈을 저지할 수 있게 된다. 이와 같이 플렉시블한 걸림부(11)가 퇴피위치(A)에서 동작위치(B)로 수직으로 돌출되도록 펼쳐지는 것은 이탈방지부재(11) 자체의 탄성재질에 기인할 수도 있고, 수평이동되는 볼(5)의 가압력에 밀려서 수직으로 돌출될 수도 있다.
이러한 이탈방지부재(10)는 상부롤링판(2)에 볼트나 용접 또는 접착에 의해 결합되며, 이를 위해 도 5에 도시된 바와 같이 걸림부(11)와 연결되는 굽은 형상 또는 띠형상의 결합부(12)가 구비되거나, 도 6에 도시된 바와 같이 롤링면(4)에 대응하는 중앙의 원형부가 절단되어 제거된 판형상의 결합부(12)가 구비된다. 이러한 결합부(12)는 상부롤링판(2)의 롤링면(4)의 둘레부 외측 저면에 밀착되어 볼트나 비스로 결합되거나 용접 또는 접착제로 접합될 수 있다. 이 결합부(12)는 상부롤링판(2)의 롤링면(4)의 둘레면 외측에 접하도록 배치되는 것이 바람직하지만, 이와는 달리 롤링면(4)의 둘레에서 후퇴된 상태로 상부롤링판(2)의 저면에 부착되어도 무방할 것이다.

이러한 이탈방지부재(10)는 그 걸림부(11)가 내측으로 후퇴되거나 접힌 퇴피위치(A)와 하부롤링판(3)을 향해 하향 돌출되거나 펼쳐진 동작위치(B)사이에서 플레시블하게 변형될 수 있도록 적절한 탄성을 가진 금속판을 링형태로 펀칭 및 절곡벤딩가공하여 제작하거나, 절곡된 링형태로 탄성 플라스틱 또는 고무 등의 엘라스토머로 성형하여 제작할 수 있다. 이 이탈방지부재(10)는 적절한 탄성을 가져서 탄성변형되면서도 아울러 볼(5)의 밀림으로 인한 이탈을 방지할 수 있도록 적절한 강성도 가져야 한다. 그러나, 이때의 볼(5)은 상부롤링판(2)과 하부롤링판(3) 사이에서 이탈된 상태에 있어서, 상하부롤링판(2,3) 사이에 구속되어 구조물의 하중이나 지진 충격이 직접 볼(5)에 작용하는 상태가 아니므로, 이탈방지부재(10)의 강도나 볼(5)에 대한 저지력은 상대적으로 크지 않아도 된다.
한편, 이탈방지부재(10)의 결합부(12)와 걸림부(11)의 연결부가 절곡되는 경우에는 절곡성형이 용이하도록 이 절곡부를 따라 홈을 형성할 수도 있다.

이와는 달리 이탈방지부재(10)의 걸림부(11) 부분을 브러시나 솔로 제작할 수도 있을 것이다. 이와 같이 이탈방지부재(10)를 탄성변형가능한 금속, 플라스틱, 엘라스토머 또는 브러시로 제작하는 경우, 이탈방지부재(10)의 걸림부(11)가 이에 근접하는 하부롤링판(3)에 맞닿아 간섭되지 않도록 탄성변형되어 용이하게 설치될 수 있고, 이러한 이탈방지부재(10)가 상하부 롤링판(2,3) 사이의 틈새를 차단하여, 이 틈새로 이물질이 유입되어 롤링면(4)에 눌러붙거나 축적되어 볼(5)이 원활하게 구르지 않는 것을 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예를 보여주는데, 이탈방지부재(10)가 롤링면(4)에 대응하는 원형부가 절취되어 제거되고, 상부롤링판(2)과 유사한 면적을 가지는 판형상으로 이루어지며, 하향연장되는 걸림부(11)가 형성된다. 본 실시예는 상부롤링판(2)과의 접촉면적을 더 넓게 확보할 수 있고, 하부롤링판(3)과 평탄하게 접촉될 수 있어서 구조적으로 안전한 장점이 있다.

이상에서 설명한 구조의 이탈방지부재(10)를 구비한 면진장치는, 평소에는 걸림부(11)의 선단부가 후퇴된 퇴피위치(A)에 위치되어 있다가, 대형지진에 의해 도 7에 도시된 바와 같이, 지반에서 전달되는 지진의 충격에 의해 하부롤링판(3)이 좌측으로 과도하게 수평변위됨과 동시에 상하 요동에 의해 상부롤링판(2)의 좌측단부가 들리게 되는 경우에, 볼(5)은 상부롤링판(2)에 부착된 이탈방지부재(10)와 하부롤링판(4)의 접시형태의 롤링면(4)의 가장자리의 상향돌출부 사이에 갇혀서 볼이 이탈되는 것이 저지된다, 이로써 면진장치(1)로부터 볼(5)의 이탈로 인한 면진기능이 상실되는 것을 방지할 수 있다. 이는 이탈방지부재(10)가 지진발생시에 상대적으로 수평변위가 적은 상부롤링판(3)에 부착되므로 상부롤링판(3)이 들리더라도 볼을 정위치에 효과적으로 유지할 수 있기 때문이다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 하나의 상하부 롤링판(2,3)에 롤링면(4)이 하나씩 구비된 싱글타입 면진장치를 보여준다. 이와 같이 본 발명은 전술한 바와 같은 듀얼타입은 물론 싱글타입 면진장치에도 적용될 수 있음을 보여준다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예로서. 면진장치에서 상부롤링판(2)의 둘레부에 이탈방지부재(10)가 부착됨과 동시에 하부롤링판(3)의 둘레부에도 이탈방지부재(20)가 부착된다. 이 이탈방지부재(20)도 걸림부(21)와 하부롤링판(2)에 결합되는 결합부(12)가 구비된다. 이러한 경우 일측으로 상부롤링판(2)이 일측으로 수평이동된 경우에 도 10과 같이, 상부롤링판(2)에 부착된 상부 이탈방지부재(10)에 의해 볼(5)이 좌측으로 이탈되는 것이 방지됨과 동시에 하부롤링판(3)에 부착된 하부 이탈방지부재(20)에 의해 볼(5)이 우측으로 이탈되는 것이 방지되므로, 볼(5)이 좌측과 우측의 어느 방향으로의 이탈도 방지되므로 볼 이탈방지기능이 더욱 향상되어, 안전하고 신뢰할 수 있는 볼타입 면진장치를 제공할 수 있다.

본 발명은 싱글타입과 듀얼타입을 예시하여 설명하였으나, 그 이상의 롤링면을 가지는 면진장치에도 적용될 수 있음은 물론이다.

Claims (5)

1. 대향면에 오목한 접시형태의 롤링면(4)이 형성된 상하부 롤링판(2,3) 사이에 강구 등의 볼(5)이 개재되어 이루어지는 볼타입 면진장치(1)에 있어서, 상기 상부롤링판(2)의 롤링면(4)의 둘레를 따라 배치되며 그 선단부가 대향하는 상기 하부롤링판(3)을 향해 돌출되어 볼(5)의 이탈에 대한 걸림동작을 행하는 동작위치(B)와 이 동작위치(B)로부터 후퇴되어 하부롤링판(3)과의 간섭을 피하는 퇴피위치(A) 사이에서 위치가 가변되는 플렉시블한 걸림부(11)가 형성된 이탈방지부재(10)가 구비된 것을 특징으로 하는 볼 이탈방지기구가 구비된 볼타입 면진장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 이탈방지부재(10)는 롤링면(4) 안쪽을 향해 경사지게 연장되는 것을 특징으로 하는 볼 이탈방지기구가 구비된 볼타입 면진장치.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 이탈방지부재(10)는 탄성변형가능한 브러시나 메탈 또는 플라스틱 또는 엘라스토머로 제작되어 근접되는 하부롤링판(3)과 간섭되지 않도록 탄성변형되어 설치되는 것을 특징으로 하는 볼 이탈방지기구가 구비된 볼타입 면진장치.
   
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 이탈방지부재(10)의 상부롤링판(2)에 결합되는 부위에는 굽은형상 또는 띠형상 또는 판형상의 결합부(12)가 구비된 것을 특징으로 하는 볼 이탈방지기구가 구비된 볼타입 면진장치.
   
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 상부롤링판(2)의 이탈방지부재(10)에 대향하여 하부롤링판(3)의 롤링면(4)의 둘레를 따라 배치되며 상향연장되는 이탈방지부재(20)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 볼 이탈방지기구가 구비된 볼타입 면진장치.

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