KR20020022469A - 회전 요동형 방향절환밸브 - Google Patents

회전 요동형 방향절환밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구동축에 의해 회동되는 피스톤의 위치에 따라 유체의 공급포트를 가변시킬 수 있는 구조의 회전 요동형 방향절환밸브에 관한 것으로, 이 밸브는 외부에서 전달되는 동력에 의해 회전되는 구동축(170)과, 이 구동축(170)에 고정된 입력기어(171)와 맞물려 있는 톱니부(152)를 지니며, 구동축(170)을 통해 입력되는 회전력을 슬라이더(120)를 통해 로터(230)로 전달하여 이를 회전시키는 종동기어(150)와, 구동축(170)에 의해 구동되면서 회전 디스크 밸브(250)를 회전시키는 것으로, 구동축(170) 상에 고정된 선기어(296)와, 내측 고정디스크(247)에 회전 가능하게 장착되는 피니언축(298a)의 선단에 고정되어 선기어(296)와 맞물려 있는 피니언(298)과, 회전 디스크 밸브(250)에 일체로 고정되며 피니언(298)이 내접되는 링기어(294)를 지닌 링기어 조립체(290)로 이루어진 유성기어세트를 포함하고 있다.

Description

회전 요동형 방향절환밸브{ROTATING VALVE FOR CONVERTING FLOW DIRECTION OF FLUID}
본 발명은 회전 요동형 방향절환밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 구동축에 의해 회동되는 피스톤의 위치에 따라 유체의 공급포트를 가변시킬 수 있는 구조의 회전 요동형 방향절환밸브에 관한 것이다.
통상, 유압 및 공압장치에서는 유체의 흐름을 단속하거나 공급방향을 변화시키기 위해서 여러 가지 형태의 밸브를 사용하고 있다. 특히, 차량의 파워스티어링 시스템에서 채용하고 있는 유압밸브와 같이 2개의 방향으로 번갈아 유로를 변화시킬 필요가 있는 경우에는 4개의 포트를 구비하고 있는 3방향-4포트 밸브를 일반적으로 채용하고 있다.
이러한 구성을 지닌 종래의 3방향-4포트 밸브는 대용량인 경우에 밸브 전체의 구조가 커지고 유로 변경시에 많은 동력을 필요로 하므로 작동의 신뢰성이 저하되며, 유로를 수시로 가변시켜야 하는 장치에서는 가변속도의 제한으로 신속한 유로변경이 불가능한 문제가 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 본 발명은 실린더 내에서 왕복운동하는 피스톤에 의해 유로를 신속히 가변시킴으로써 가변속도의 향상과 함께 대용량의 유압장치에서도 원활하게 사용할 수 있는 회전 요동형 방향절환밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 회전 요동형 방향절환밸브의 구성을 분해 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 회전 요동형 방향절환밸브의 구성을 보인 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 회전 요동형 방향절환밸브의 구성을 보인 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 회전 요동형 방향절환밸브의 작동상태를 설명하는 도면.
♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣
110:가이드 플레이트 120:슬라이더
220:하우징 225a∼225d:고정자
230:로터 232a∼232d:피스톤
247:내측 고정디스크 250:회전 디스크 밸브
252b:밸브홀 260:외측 고정디스크
271:구동축 290:링기어 조립체
310, 320:공급, 배출호스
상술한 본 발명의 목적은 다수의 작업챔버를 제공하는 한쌍의 고정자를 지닌하우징과, 이 하우징 내에서 고정자와 멀어지거나 가까워지면서 작업챔버 내의 유체를 가압하는 다수의 피스톤을 지닌 로터와, 이 로터의 양측에 밀봉적으로 결합되는 고정디스크와, 로터의 내측면에 대향으로 고정되는 가이드레일과, 이 가이드 레일에 형성된 가이드홈을 따라서 상하로 미끄럼 이동하는 슬라이더와, 다수의 밸브 홈을 통해 작업챔버에 유체를 공급 및 배출시키는 회전 디스크 밸브와, 회전 디스크 밸브의 외측에 배치되는 외측 고정디스크를 구비하는 회전 요동형 장치에 있어서, 외부에서 전달되는 동력에 의해 회전되는 구동축과, 상기 구동축에 고정된 입력기어와 맞물려 있는 톱니부를 지니며, 구동축을 통해 입력되는 회전력을 슬라이더를 통해 로터로 전달하여 이를 회전시키는 종동기어와, 상기 구동축에 의해 구동되면서 회전 디스크 밸브를 회전시키는 것으로, 구동축 상에 고정된 선기어와, 내측 고정디스크에 회전 가능하게 장착되는 피니언축의 선단에 고정되어 선기어와 맞물려 있는 피니언과, 회전 디스크 밸브에 일체로 고정되며 피니언이 내접되는 링기어를 지닌 링기어 조립체로 이루어진 유성기어세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 요동형 방향절환밸브에 의해 달성된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전 요동형 방향절환밸브에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1과 도 2는 각각, 본 발명에 따른 회전 요동형 방향절환밸브의 구성을 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 회전 요동형 방향절환밸브의 구성을 보인 측면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 회전 요동형 방향절환밸브의 작동상태를 설명하는 도면이다.
본 발명의 회전 요동형 방향절환밸브에서는 다수의 작업챔버를 제공하는 고정자(225a∼225d)를 지닌 하우징(220)내에 다수의 피스톤(232a∼232d)이 형성된 로터(230)를 내장하여 회동시킴으로써, 로터(230)의 회동운동에 따라 작업챔버 내에 흡입 및 배출이 교대로 이루어지도록 하여 유체의 방향을 가변시키는 구조로서, 로터(230)의 회동운동을 위해서 외부로부터 동력을 전달받는 구동축(170)을 설치하였다.
로터(230)의 양측에 밀봉적으로 결합되는 것으로 다수의 내측홀(247a, 247a')을 지닌 내측 고정디스크(247)가 배치되어 있으며, 내측 고정디스크(247)의 외측에는 다수(본 실시예에서는 8개)의 격벽(252a)에 의해 제공되는 다수(본 실시예에서는 8개)의 밸브홀(252b)을 지닌 회전 디스크 밸브(250)가 배치되어 있다. 또한, 이 회전 디스크 밸브(250)의 외측에는 다수의 외측홀(262, 262')을 지닌 외측 고정디스크(260)가 배치되어 있다. 내측 고정디스크(247)와 외측 고정디스크(260)사이에는 회전 디스크 밸브(250)를 구동하기 위한 유성기어세트가 배치되어 있다. 외측 고정디스크(260)의 외부에는 제 1 내지 제 4유입관(312, 314, 316, 318)을 지닌 공급호스(310)와 함께, 제 1 내지 제 4배출관(322, 324, 326, 328)을 지닌 배출호스(320)가 배치되어 하우징(220)내에 유체를 공급 및 배출시킨다.
구동축(170)으로 유입된 동력은 종동기어(150)와 슬라이더(120)를 통해서 로터(230)로 전달된다. 이때, 슬라이더(120)는 가이드 플레이트(110)에 형성된 가이드 레일(112)을 따라 상하로 이동하면서 종동기어(150)의 회전운동을 소정의 각운동으로 변환시켜 로터(230)에 전달하는 역할을 한다.
하우징(220)에는 다수의 작업챔버를 제공하는 쌍으로 이루어진 고정자(225a∼225d)가 구비되어 있으며, 이들 고정자(225a∼225d)는 하우징(220)의 돌출 내주면(221)상에 등간격으로 형성되어 있다. 하우징(220)의 양단에는 작업챔버에 유체를 공급하거나 유체를 방출하기 위한 회전 디스크 밸브(250)를 비롯하여, 이 밸브(250)를 구동하기 위한 유성기어세트가 차례대로 결합된다.
또한, 로터(230)의 돌출 외주면(231)상에는 쌍으로 이루어진 4개의 고정자(225a∼225d)와 대응되는 4개의 피스톤(232a∼232d)이 형성되어 있어, 고정자(225a∼225d)와 멀어지거나 가까워지면서 작업챔버 내의 유체를 필요한 곳으로 공급하거나 유입된 유체를 오일 저장탱크로 배출시킨다. 로터(230)의 내주면에는 상기 가이드 플레이트(110)와 함께, 구동축(170) 및 종동기어(150)를 회전 가능하게 지지하기 위한 다수의 고정틀(160, 160')이 부착된다.
구동축(170)의 동력을 로터(230)로 전달하기 위한 동력전달장치의 구성을 보면, 로터(230)의 내주면에 부착되며 가이드 레일(112)이 구비된 가이드 플레이트(110)와, 일단에는 가이드 롤러(130)를 개재하여 상기 가이드 레일(112)을 따라 상하로 이동하는 롤러 고정축(122)이 형성되고 타단에는 구동기어(150)가 고정되는 기어 고정축(124)이 구비된 슬라이더(120)와, 베어링(154)을 개재하여 구동기어(150)를 회전 가능하게 지지하며, 걸림턱(162)을 지닌 고정틀(160)과, 상기 걸림턱(162)이 걸어맞춤되는 걸림홈(162') 및 다수의 체결공(164)을 지닌 고정틀(160')로 이루어져 있다.
여기에서, 슬라이더(120)에는 로터(230)의 회전시에 균형을 유지하기 위한질량부(126)가 구비되어 있으며, 롤러 고정축(122)에는 링홈(122a)이 형성되어 있어, 조립시에는 롤러 고정축(122)의 외경부에 롤러(130)의 내경부(132)를 삽입한 다음, 이 링홈(122a)에 고정링(도 4의 142)을 끼워 롤러(130)의 이탈을 방지한다. 또, 기어 고정축(124)에도 링홈(124a)이 형성되어 있어, 조립시에는 기어 고정축(124)에 구동기어(150)를 끼운 다음에, 링홈(124a)에 고정링(도 2의 144)을 끼워 구동기어(150)의 이탈을 방지한다.
구동축(170)을 통해 유입된 동력은 종동기어(150)와 슬라이더(120)를 거쳐 로터(230)로 전달되면, 이 로터(230)가 회동되면서 2개의 고정자들 사이에 배치되어 있는 피스톤이 좌우로 왕복 이동하면서 작업챔버 내의 유체를 가압하여 이동시킨다.
마찰접촉 요소들 간의 원활한 윤활을 위해서 로터(230)내부에는 윤활유를 충진하고, 오일공(231)을 통해서 로터(230)내부와 연통되도록 하여 윤활유가 항상 로터(230)의 외부면과 고정자(225a∼225d)사이에 유막이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
조립시에, 로터(230)내부의 기밀유지를 위해서, 로터(230)의 양측에는 내측 고정디스크(247)가 배치되며, 이 내측 고정디스크(247)의 중앙에는 베어링(217)을 개재하여 구동축(170)을 회전 가능하게 지지된다. 구동축(170)은 베어링(217)이외에도, 외측의 베어링(218)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있음을 알 수 있다. 회전 디스크 밸브(250)의 외측에는 각각, 다수(8개)의 외측홀(262, 262')을 지닌 외측 고정디스크(260)가 배치된다. 내측 고정디스크(247)와 외측 고정디스크(260)사이에는 회전 디스크 밸브(250)를 구동하기 위한 유성기어세트가 배치된다.
회전 디스크 밸브(250)에는 상기 내측홀(247a, 247a')과 외측홀(262, 262')을 선택적으로 연통시켜 유체를 작업챔버로 보내기 위한 다수(8개)의 밸브홀(252b)이 형성되어 있다. 회전 디스크 밸브(250)를 회전시키는 유성기어세트의 구성을 보면, 구동축(170)과 일체로 회전하는 선기어(296)와, 일단에는 선기어(296)와 외접하는 피니언(298)의 이탈방지를 위한 너트(297)가 끼워져 있으며, 타단은 내측 고정디스크(247)에 회전 가능하게 지지되어 있는 피니언축(299)과, 피니언(298)이 내접되는 링기어(294)를 지니며, 선기어(296) 및 피니언(298)을 통해 전달되는 구동축(170)의 구동력에 따라서 회전 디스크 밸브(250)를 회전시키는 링기어 조립체(290)로 이루어져 있다. 링기어 조립체(290)에 형성된 고정홀(292)은 회전 디스크 밸브(250)에 나사 결합된다.
도 2를 보면, 중앙의 동력전달장치에 있어서, 슬라이더(120)는 롤러(130)를 개재하여 가이드 플레이트(110)의 가이드 레일(112)에 미끄럼 이동 가능하게 장착되어 있다. 또한, 구동기어(150)의 톱니부(152)는 입력기어(171)의 톱니부(172)와 작동적으로 맞물려 있다. 그러므로, 구동축(170)을 통해 종동기어(150)가 회전하면, 종동기어(150)의 회전력은 슬라이더(120)를 통해 가이드 플레이트(110)로 전달되고, 이때, 가이드 플레이트(110)로 전달된 동력은 로터(230)로 전달되어 이를 회전시킨다. 구동축(170)의 선단에 고정된 입력기어(171)는 종동기어(150)의 선단에 고정된 톱니부(152)와 90°의 각도로 동력 전달이 가능하도록 맞물려 있다. 또한, 고정틀(180)에는 베어링(174)을 개재하여 구동축(170)이 회전 가능하게 장착된다.이때, 하나의 입력기어(171)는 베어링(190)을 개재하여 구동축(170)상에 회전 가능하게 장착되며, 다른 하나의 입력기어(171')는 키이(192)에 의해서 구동축(170)상에 고정되어 있다. 로터(230)는 다수의 베어링(90)에 의해서 하우징(220)의 내측면에 회전 가능하게 장착된다.
이러한 구성의 회전 요동형 방향절환밸브에 있어서, 가령, 전기 에너지에 의해 구동되는 전동기와 같은 구동수단으로부터 외부 동력이 구동축(170)으로 유입되면, 구동축(170)으로 전달된 동력은 입력기어(171), 종동기어(150) 및 슬라이더(120)를 차례로 지나 로터(230)로 전달된다. 그에 따라 로터(230)가 회전하기 시작하면서 2개의 고정자(225a∼225d)사이에 배치되어 있는 피스톤(232a∼232d)이 이동하게 되고, 피스톤(232a∼232d)의 이동에 따라 유압펌프로부터 압송된 작업챔버내의 유체가 각종 기계장치내로 공급되거나 기계장치로부터 배출되는 유체가 오일 저장탱크로 배출된다.
이때, 구동축(170)의 회전력은 양쪽의 유성기어세트로 전달된다. 즉, 구동축(170)의 회전에 따라 이들 축상에 고정되어 있는 선기어(296)가 회전하게 되며, 선기어(296)의 회전력은 피니언(298) 및 링기어(294)로 전달되어 회전 디스크 밸브(250)를 회전시킨다. 회전 디스크 밸브(250)의 회전으로 밸브홀(252b)이 외측 고정디스크(260)의 외측홀(262, 262')과 내측 고정디스크(247)의 내측홀(247a, 247a')과 일직선으로 연통되는 시점에서 압축유체가 유입되며, 상기한 바와 같은 로터(230)의 회전운동에 따른 피스톤(232a∼232d)의 이동으로 인해서 작업챔버내의 유체가 이동하게 된다. 도시의 목적상 도 2에는 외측홀(262')과 연통되는공급호스(310)만을 도시하였으나, 배출호스(320) 역시, 동일한 구조로 외측홀(262)과 연통되도록 조립된다.
이러한 유체 이동과정을 다음의 도 3과 도 4를 참고로 설명한다.
도시의 목적상 이들 도면에서는 내측 고정디스크(247)와 외측 고정디스크(260)에 형성된 다수의 내측홀(247a, 247a') 및 외측홀(262, 262')에 의해 제공되는 교대로 배치되는 포트의 번호를 332 내지 348로 표시하였다. 즉, 제 1공급관(312)을 통해 유입되거나 제 1배출관(322)을 통해 배출되는 2개의 포트를 제 1포트(332)와 제 5포트(342)로 표시하고, 제 2공급호스(314)를 통해 유입되나 제 2배출호스(324)를 통해 배출되는 2개의 포트를 제 2포트(334)와 제 6포트(344)로, 제 3공급호스(316)를 통해 유입되거나 제 3배출호스(326)를 통해 배출되는 2개의 포트를 제 3포트(336)와 제 7포트(342)로, 제 4공급호스(318)를 통해 유입되거나 제 4배출호스(328)를 통해 배출되는 2개의 포트를 제 4포트(338)와 제 8포트(348)로 표시하였다.
이들 제 1 내지 제 8포트(332∼348)는 피스톤(232a∼232d)에 의해 유로가 가변되며, 회전 디스크 밸브(250)에 형성된 밸브홀(252b)에 의해 개폐되는 내측홀(247a, 247a') 및 외측홀(262, 262')과 연통되어 유체의 이동이 가능하게 된다. 즉, 내측홀(247a, 247a')과 외측홀(262, 262')은 회전 디스크 밸브(250)의 밸브홀(252)에 의해 제 1포트 내지 제 4포트(332∼338)와 연통되어 유체의 이동을 가능하게 되는 바, 이를 다음의 도 4에서 상세하게 설명한다.
위에서 설명한 바와 같이, 전기 에너지에 의해 구동되는 전동기와 같은 구동수단으로부터 외부 동력이 구동축(170)으로 유입되면, 구동축(170)으로 전달된 동력은 입력기어(171), 톱니부(152) 및 슬라이더(120)를 차례로 지나 로터(230)로 전달된다. 그에 따라 로터(230)가 회전하기 시작하면서 2개의 고정자(225a∼225d)사이에 배치되어 있는 피스톤(232a∼232d)이 이동하게 되고, 피스톤(232a∼232d)의 이동에 따라 작업챔버내의 유체가 이동하게 되어 각종 유압장치로 공급 및 배출된다.
이때, 구동축(170)의 회전력은 양쪽의 유성기어세트로 전달된다. 즉, 구동축(170)의 회전에 따라 이들 축상에 고정되어 있는 선기어(296)가 회전하게 되며, 선기어(296)의 회전력은 피니언(298) 및 링기어(294)로 전달되어 회전 디스크 밸브(250)를 회전시킨다. 회전 디스크 밸브(250)의 회전으로 밸브홀(252b)이 외측 고정디스크(260)의 외측홀(262, 262')과 내측 고정디스크(247)의 내측홀(247a, 247a')과 일직선으로 연통되는 시점에서 압축하고자 하는 유체가 유입되며, 상기한 바와 같은 로터(230)의 회전운동에 따른 피스톤(232a∼232d)의 이동으로 인해서 작업챔버 내로 이동되면서 회전 디스크 밸브(250)도 함께 회동된다. 이 과정에서, 내측 고정디스크(247)의 내측홀(247a, 247a')과 외측 고정디스크(260)의 외측홀(262, 262')과, 유입관(312-318) 및 배출관(322-328)이 일치됨으로써 배출이 이루어지게 된다.
일예로서, 로터(230)의 제 1피스톤(232a)이 도 4에 실선으로 도시한 바와 같이 위치하였다고 가정하면, 제 1피스톤(232a)에 의해서 공급호스(310)의 제 1유입관(312)과 제 1포트(332)가 연통되는 반면에, 제 1유입관(312)과 제 5포트(342)는차단된 상태가 된다. 그로 인해, 제 1유입관(312)을 통해 유입된 유체는 화살표 방향(P2)을 따라 제 1포트(332)로 유입된 다음, 화살표 방향(Q2)을 따라 제 1배출관(322)을 통해 오일 저장탱크나 유압 작동실 등으로 배출되는 것이 가능하게 된다. 이때, 화살표 방향(P1)으로의 유체 이동은 차단된다.
다음에, 구동축(170)에 의해 로터(230)가 화살표 방향(R)으로 회전하여 가상선으로 도시한 위치에 있게 되면, 제 1피스톤(232a)에 의해서 공급호스(310)의 제 1유입관(312)과 제 5포트(342)가 연통되는 반면에, 제 1유입관(312)과 제 1포트(332)는 차단된 상태가 된다. 그로 인해, 제 1유입관(312)을 통해 유입된 유체는 화살표 방향(P1)을 따라 제 5포트(342)로 유입된 다음, 화살표 방향(Q1)을 따라 제 2배출관(324)을 통해 배출되는 것이 가능하게 된다. 이때, 화살표 방향(P2)으로의 유체 이동은 차단된다.
지금까지 설명한 본 발명에서는 유압밸브를 일예로 설명하였으나, 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 그 밖의 다른 여러 가지 유체, 가령 압추공기를 이용하는 공압밸브 등에도 적용할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 유로 가변형 밸브 이외에도, 유체를 압축하기 위한 압축기나 압축오일에 의해서 출력축을 구동시켜 각종 기계장치를 동작시키는 액추에이터에도 본 발명의 회전 요동형 장치를 적용하는 것이 가능하며, 특히 본 출원인이 특허출원한 동축왕복형 엔진에 있어서의 흡기 및 배기용 밸브로서도 사용할 수 있다.
이상으로 설명한 본 발명에 의하면, 구동축에 의해 회동되는 피스톤의 위치에 따라 유체의 공급 또는 배출포트를 가변시킴으로써 대용량의 유압장치를 비롯하여, 여러 가지의 각종 유체 기계에서도 원활하게 사용할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

  1. 다수의 작업챔버를 제공하는 한쌍의 고정자(225a∼225d)를 지닌 하우징(220)과, 상기 하우징(220)내에서 고정자(225a∼225d)와 멀어지거나 가까워지면서 작업챔버 내의 유체를 가압하는 다수의 피스톤(232a∼232d)을 지닌 로터(230)와, 상기 로터(230)의 양측에 밀봉적으로 결합되는 내측 고정디스크(247)와, 상기 로터(230)의 내측면에 대향으로 고정되는 가이드레일(233)과, 상기 가이드 레일(233)에 형성된 가이드홈(233a)을 따라서 상하로 미끄럼 이동하는 슬라이더(120)와, 다수의 밸브홀(252b)을 통해 상기 작업챔버에 유체를 공급 및 배출시키는 회전 디스크 밸브(250)와, 상기 회전 디스크 밸브(250)의 외측에 배치되는 외측 고정디스크(260)를 구비하는 회전 요동형 장치에 있어서,
    외부에서 전달되는 동력에 의해 회전되는 구동축(170)과,
    상기 구동축(170)에 고정된 입력기어(171)와 맞물려 있는 톱니부(152)를 지니며, 구동축(170)을 통해 입력되는 회전력을 슬라이더(120)를 통해 로터(230)로 전달하여 이를 회전시키는 종동기어(150)와,
    상기 구동축(170)에 의해 구동되면서 회전 디스크 밸브(250)를 회전시키는 것으로, 구동축(170) 상에 고정된 선기어(296)와, 내측 고정디스크(247)에 회전 가능하게 장착되는 피니언축(298a)의 선단에 고정되어 선기어(296)와 맞물려 있는 피니언(298)과, 회전 디스크 밸브(250)에 일체로 고정되며 피니언(298)이 내접되는 링기어(294)를 지닌 링기어 조립체(290)로 이루어진 유성기어세트를 포함하는 것을특징으로 하는 회전 요동형 방향절환밸브.
  2. 제 1항에 있어서,
    내측 고정디스크(247)에는 다수의 내측홀(247a, 247a')이 방사상으로 형성되어 있고, 외측 고정디스크(260)에는 다수의 외측홀(262, 262')이 방사상으로 형성되어 있고, 회전 디스크 밸브(250)에는 이들 홀(247a, 247a'), (262, 262')과 선택적으로 연통되어 상기 작업챔버내로의 유체 이동을 가능케 하는 다수의 밸브홀(252b)이 형성되어 있으며,
    외측 고정디스크(260)에 형성된 다수의 외측홀(262, 262')에는 상기 작업챔버내로 유체를 공급하는 다수의 유입관(312-318)을 지닌 공급호스(310) 및 다수의 배출관(322-328)을 지닌 배출호스(320)가 결합되는 것을 특징으로 하는 회전 요동형 방향절환밸브.
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