KR20070057846A - 내연 기관의 실린더 헤드용 실린더 헤드 커버 - Google Patents

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KR20070057846A
KR20070057846A KR1020077006329A KR20077006329A KR20070057846A KR 20070057846 A KR20070057846 A KR 20070057846A KR 1020077006329 A KR1020077006329 A KR 1020077006329A KR 20077006329 A KR20077006329 A KR 20077006329A KR 20070057846 A KR20070057846 A KR 20070057846A
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sealing
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토마스 제스베르거
인스 크라메르트
인고 코츠
알렉산더 콘
토마스 쉬레이덴
안드리스 베버
마이클 다이버
클라우스 게스너
티모 발츠
랄프 살라메
빌헴 쉐네이더
다니엘 웨스트팔
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페데럴 모걸 실링 시스템즈 브리텐 게엠베하
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    • Y10S277/916—Seal including vibration dampening feature

Abstract

내연 기관의 실린더 헤드를 위한 실린더 헤드 커버는 실린더 헤드 커버를 실린더 헤드와 실린더 헤드 커버 사이에 배열된 밀봉 요소와 실린더 헤드에 고정하기 위한 하나 이상의 연결 요소를 가진다. 하나 이상의 연결 요소는 실린더 헤드 커버의 연결 영역과 연결되고, 밀봉 요소는 실린더 헤드 커버의 밀봉 영역과 연결되며, 상기 연결 영역과 밀봉 영역은 서로 독립적으로 형성되고 이격되며, 하나 이상의 연결 요소에 의해 전달되는 부착 하중의 힘 벡터와 밀봉 요소에 의해 전달되는 밀봉 하중의 힘 벡터는 서로 각을 형성한다.

Description

내연 기관의 실린더 헤드용 실린더 헤드 커버{CYLINDER HEAD COVER FOR A CYLINDER HEAD OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 출원서는 WO 2006/021545호로서 2006년 3월 2일 독일에서 공개되었으며, 미국을 지정국으로 하는 PCT/EP2005/054092호이다. 우선권은 2004년 8월 20일 제출된 독일 특허 출원 DE 10 2004 040 656.1호를 기초로 한다.
본 발명은 내연기관의 실린더 헤드용 실린더 헤드 커버에 관한 것이다.
공지된 실린더 헤드 커버는 내연 기관의 실린더 헤드상에 배열되며, 부착 볼트에 의해 실린더 헤드에 고정된다. 상기 부착 볼트들은 실린더 헤드 커버상에 형성된 부착 러그를 통해 안내되고, 커버를 고정하기 위하여 하부에 놓인 실린더 헤드와 함께 나사 고정된다. 유체가 새지 않는 밀봉을 형성하기 위하여, 주변 개스킷이 실린더 헤드와 실린더 헤드 커버 사이의 접촉 영역으로 삽입된다. 상기 개스킷은 실린더 헤드 커버 상의 부착 러그의 영역을 통과하고, 부착 볼트에 의해 부착 방향으로 가압된다. 종래 기술의 해결 방법에 있어서 실린더 헤드와 실린더 헤드 커버 사이의 내밀성(tightness)은 볼트에 의해 발생된 부착 하중의 방향으로 밀봉 요소를 가압함으로써 보장된다. 밀봉 요소에 의해 전달된 부착 하중의 효과적인 방향은 부착 볼트에 의해 발생된 부착 하중의 효과적인 방향과 일치된다.
밀봉 요소가 부착 하중의 방향으로 가압되기 때문에, 이에 따른 복원력은 크게 형성되며, 압축된 밀봉 요소로부터 실린더 헤드 커버로 전달되고, 특히 온도 상승 시 합성 수지 재료(즉 플라스틱)로 형성된 실린더 헤드 커버의 이완(relaxation)이 야기된다. 누수를 야기할 수 있는 이러한 이완을 방지하기 위하여 실린더 헤드 상에서의 실린더 헤드 커버의 압축력이 감소되어져야 한다. 이는 손실이 수반되며, 밀봉 내밀성이 감소될 것이다.
부착 볼트의 개수를 증가시킴에 따라 균일한 표면 압력이 구현되기 때문에 이러한 이완이 감소될 수 있다. 실린더 헤드 커버의 강성은 추가 립(rib)에 따라 개선될 수 있다. 그러나 이러한 방법에 따라 실린더 헤드 커버의 중량이 증가되고, 이에 따른 추가 비용도 발생된다.
일반적으로 알루미늄으로 제조되는 실린더 헤드와 합성 수지 재료로 제조되는 실린더 헤드 커버의 다양한 선형 팽창 계수를 고려할 때, 개스킷은 개스킷을 변형시킬 수 있는 전단하중과 가압 하중이 가해진다.
본 발명의 목적은 내연 기관의 실린더 헤드를 위한 개선된 실린더 헤드 커버를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 용이한 방법으로, 그리고 오랜 시간 작동시킨 뒤 실린더 헤드와 커버 사이에 신뢰성 있는 밀봉이 보장되는, 실린더 헤드에 고정될 수 있는 실린더 헤드 커버를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르는 상기 및 그 외의 다른 목적들은 내연 기관의 실린더 헤드를 위한 실린더 헤드 커버를 제공함으로써 구현되며, 상기 커버는 실린더 헤드 커버를 실린더 헤드와 실린더 헤드 커버 사이에 배열된 밀봉 요소와 실린더 헤드에 고정하기 위한 하나 이상의 연결 요소를 가지며, 하나 이상의 연결 요소는 실린더 헤드 커버의 연결 영역과 연결되고, 밀봉 요소는 실린더 헤드 커버의 밀봉 영역과 연결되며, 상기 연결 영역과 밀봉 영역은 서로 독립적으로 형성되고 이격되며, 하나 이상의 연결 요소에 의해 전달되는 부착 하중의 힘 벡터와 밀봉 요소에 의해 전달되는 밀봉 하중의 힘 벡터는 서로 각을 형성한다.
선호되는 실시예는 하기에 추가적으로 상세히 기술된다.
본 발명에 대한 기술적인 해결 방법에 있어서, 실린더 헤드 커버를 실린더 헤드로 고정하기 위하여 사용된 연결 요소는 실린더 헤드 커버 상의 연결 영역에 배열되는 반면, 밀봉 요소는 실린더 헤드 커버 상의 밀봉 영역에서 제거된다. 연결 영역과 밀봉 영역은 서로 독립적으로 형성되며, 공간을 형성하여 이격되어 연결 요소, 즉 연결 볼트 또는 스냅-인 후크는 밀봉 요소와 직접적으로 연결되지 않으며, 특히 직접적인 압축 하중을 밀봉 요소로 제공하지 않는다. 부착 방향으로 밀봉 요소 상에서 작용하는 표면 압력이 형성되어 밀봉 요소는 증가된 집중 하중(point loading)으로 노출되지 않는다.
밀봉 요소에 의해 전달된 밀봉 하중과 연결 요소에 의해 전달된 부착 하중의 힘 벡터들은 각을 형성하며, 교차되거나 횡단한다. 실린더 헤드 커버가 상부로부터 실린더 헤드 상에 배열되고 볼트 또는 그 외의 다른 연결 요소와 부착되기 때문에 연결 요소의 부착 하중은 수직 방향으로 연장된다. 밀봉 요소에 의해 전달된 밀봉 하중은 수직 부착 하중과 각을 형성하며, 특히 부착 하중에 대해 대략 수직하게 형성되어 횡방향, 특히 반경 방향 밀봉 하중 성분이 발생된다. 횡방향으로 작동되는 밀봉부를 포함하는 형상으로 인해 연결 요소의 영역에서 실린더 헤드 커버상에 작용하는 복원력은 실질적으로 감소된다. 연결 요소는 오직 장착 기능만을 수행한다. 밀봉 기능이 실린더 헤드의 상부와 대략 평행한 평면에 형성되기 때문에, 실린더 헤드 커버와 실린더 헤드 사이에 높은 압축 하중을 발생시키는 것은 요구되지 않는다.
이에 따라 밀봉 요소는 수직 방향 즉 부착 하중의 방향으로 상대적으로 작은 응력이 가해진다. 한편 상대적으로 작은 부착 하중으로 인해 오직 몇몇의 연결요소만이 요구되며, 연결 요소는 단순한 형태, 즉 실린더 헤드 커버로 주입 몰드된 클랩 또는 스냅-인 후크로 형성될 수 있다.
연결 요소의 부착 하중 방향으로 작용하는 클램핑 하중을 전달하는 연결 요소가 실린더 헤드 커버를 실린더 헤드로 고정하도록 밀봉 요소가 형성된다. 이는 측면 표면상에 하나 이상의 고정 돌출부를 가지는 밀봉 요소에 의해 구현되며, 상기 고정 돌출부는 갈고리(barb)로서 기능을 하고, 실린더 헤드 또는 실린더 헤드 커버 내의 오목부로 삽입된다. 클램핑 하중이 밀봉 하중에 대해 대략 수직하게 작용하도록 전달됨에 따라, 밀봉 요소는 연결 요소의 개수가 최소화되거나 또는 감소되어 장착 기능을 가진 단순한 형상으로 형성된다. 이는 실린더 헤드 커버와 실린더 헤드 사이의 단순한 폼--피트 연결(form-fit connection)에 의해 구현된다.
지지 부재가 밀봉 요소에 의해 완전히 둘러싸여 지거나 또는 적어도 부분적으로 둘러싸여 짐에 따라 지지 부재는 밀봉 요소내에 일체로 구성될 수 있다. 이러한 지지 부재는 실린더 헤드 또는 실린더 헤드 커버에 고정되게 연결될 수 있으며, 다른 실시예에 따라 밀봉 요소의 부품인 지지 코어를 형성하며, 실린더 헤드 커버 또는 실린더 헤드에 연결되지 않는다. 실린더 헤드 커버를 실린더 헤드에 장착시키는 동안 밀봉 요소가 횡방향으로 이동되는 것을 방지하기 위하여 지지 코어는 밀봉 요소를 안정화시킨다(stabilizing).
주요하게 밀봉 요소는 실린더 헤드 또는 실린더 헤드 커버에 예비 장착될 수 있다. 실린더 헤드와 실린더 헤드 커버 내에서 각각의 연결 영역과 밀봉 영역은 밀봉 하중과 부착 하중을 형성하기 위하여 개별적으로 형성된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 선호되는 실시예에 따라 상세히 기술된다.
도 1은 부착 볼트로 구성된 연결 요소를 도시하며, 연결 영역을 절단한 실린더 헤드에 고정된 실린더 헤드 커버의 단면도.
도 2는 본 발명의 밀봉 요소를 도시하는 확대된 상세도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 실린더 헤드와 실린더 헤드 커버 사이의 밀봉 영역을 도시하는 단면도.
도 4는 도 3의 밀봉 요소를 확대한 도면.
도 5는 변형된 실린더 헤드 형상의 밀봉 영역을 도시하는 단면도.
도 6은 그 외의 다른 변형된 밀봉 영역 형상을 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 그 외의 다른 변형된 실시예에 따르는 실린더 헤드 커버 상에 배열된 밀봉 요소를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 밀봉 요소를 포함하고, 실린더 헤드 커버와 실린더 헤드를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 다른 변형된 실시예를 도시하는 밀봉 영역의 도면.
도 10은 밀봉 요소 및 실린더 헤드와 실린더 헤드 커버 사이의 연결 요소를 포함하는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 11은 도 10에 도시된 실시예의 변형물을 도시하는 도면.
도면에서, 동일한 부품은 동일한 도면 부호로 도시된다.
도 1은 장착된 실린더 헤드 커버(2)를 포함하는 내연기관의 실린더 헤드(1)를 도시하며, 상기 실린더 헤드 커버(2)는 외측 연결 영역(3)에서 실린더 헤드(1)에 고정된다. 실린더 헤드 커버(2)와 실린더 헤드(1) 사이의 밀봉 영역(4)은 이들 사이에서 분리되고 내부를 향하여 오프셋 설정되며, 상기 밀봉 영역(4)은 실린더 헤드의 상부에 형성된 원주 요홈으로 삽입되는 주변 밀봉 요소(6)를 포함한다. 밀봉 요소(6)의 횡단면은 컵의 형태이며, 실린더 헤드 커버(2)와 일체로 형성된 지지 부재(7)는 밀봉 요소(6)의 내부로 돌출된다. 밀봉 요소(6)는 예비-조립된 유닛을 얻기 위하여 지지 부재(7) 상으로 미끄러진다. 밀봉 요소(6)는 실린더 헤드 커버와 실린더 헤드 사이에 주변 밀봉 기능을 제공하며 실린더 헤드 커버의 외측 가장자리에 인접한 둘레에서 연장된다.
실린더 헤드(1)와 실린더 헤드 커버(2) 사이의 연결부는 실린더 헤드 커버의 외부에서 개구부를 통하여 안내되는 부착 볼트로 구성된 연결 요소(5)를 포함한다. 안정화 슬리브(stabilizing sleeve, 8)는 상기 개구부로 삽입된다. 추가적으로, 연결 요소가 고정될 때 축방향 하중을 수용하는 밀봉 링(9)은 연결 요소(5)의 볼트 생크(bolt shank) 주위에 배열된다. 연결 요소(5)에 의해 가해진 부착 하중(attachment force)은 이중 화살표(10)로 도시된 축방향으로 작용하고, 실린더 헤드 커버(2)를 실린더 헤드(1)로 고정시킨다. 실린더 헤드와 실린더 헤드 커버 사이를 디커플링시키는(decoupling) 진동을 제공하고 축방향 유극을 형성하기 위하여 간격(11)이 실린더 헤드 커버(2)와 실린더 헤드(1)의 인접 표면들 사이의 연결 영역(3)에 형성된다.
상기 간격(11)은 실린더 헤드 커버(2)와 실린더 헤드(1) 사이에 고정되고 유제가 새지 않는 축방향 연결을 형성하기 위하여 밀봉 요소(6)에 의해 공백이 메워진다(bridge). 밀봉 요소(6)에 의해 발생된 밀봉 하중은 이중 화살표(12)에 의해 지시된 반경 방향으로 제공되며, 상기 밀봉 하중은 화살표(10)에 의해 지시된 부착 하중에 수직하게 형성된다. 이에 따라 연결 요소(5)와 밀봉 수단 사이에 효과적인 디커플링이 제공된다.
도 2는 밀봉 요소(6)의 확대된 상세도를 도시한다. 밀봉 요소의 횡단면은 컵의 형태로 형성되고, 중앙 오목부(13)를 가지며, 실린더 헤드(7) 상에 형성된 지지 부재는 고정된 상태에서 상기 오목부로 돌출된다. 외측 횡방향 표면상에서, 밀봉 요소(6)는 복수의 주변 고정 링(circumferential locking ring, 14)을 가지며 상기 링은 횡단면이 외측을 향하여 반경 방향으로 점점 가늘어지고 실린더 헤드(1)의 요홈 내에 클램핑 기능(clamping)을 개선시키고, 밀봉 요소(6)는 장착된 상태에서 상기 실린더 헤드(1)로 삽입된다. 또한 고정 돌출부 또는 고정 링(15)은 삽입된 지지 부재를 고정되게 클램프 고정시키기 위하여 중앙 오목부(13)의 내부에 제공될 수 있다.
도 3 및 도 4는 변형된 실시예를 도시한다. 밀봉 요소(6)는 외측 바닥(17)과 마주보는 인접한 단부 면상에 실린더 헤드 커버(2)와 실린더 헤드(1) 사이의 간격으로 외측을 향하여 반경 방향으로 돌출된 환형 주변 분리 립(annular circumferential separating lip, 16)을 가진다. 상기 분리 립(16)은 밀봉 재료로 제조되고, 실린더 헤드와 실린더 헤드 커버 사이를 디커플링시키는 효과적인 진동을 제공한다.
도 5에 도시된 실시예는 도 3 및 도 4에 도시된 실시예와 실질적으로 일치되지만 실린더 헤드 커버(2)의 영역에 축방향으로 돌출된 세그먼트(18, 19)가 형성되는 것이 상이하며, 상기 실린더 헤드 커버는 실린더 헤드 커버(2)와 실린더 헤드(1) 사이의 간격을 메우기 위하여 마주보는 측부 상의 밀봉 요소(6)와 축방향으로 오버랩된다.
고 6에 도시된 실시예에서, 밀봉 요소(6)는 실린더 헤드(1)와 실린더 헤드 커버(2) 내에 형성된 마주보는 요홈 형태의 오목부로 돌출된다. 밀봉 요소(6)는 밀봉 요소를 안정화시키고(stabilizing) 밀봉 요소의 재료에 의해 완벽히 둘러싸여진 고정된 지지 코어(20)를 가지며, 중앙 평면에 대해 거울상 대칭을 이룬다. 중앙 부부에서, 밀봉 요소(6)는 본 실시예에서 디스크의 형태인 반경 방향으로 외측을 향해 연장된 분리 립(16)을 가진다. 밀봉 요소(6)의 축방향 단부 세그먼트는 밀봉 요소에 소나무 형태의 횡단면을 제공하는 고정 링(14)을 포함하는 립과 같은 구조(rib-like structure)를 가진다. 이러한 고정 링(14)은 밀봉 링(6)에 의해 실린더 헤드(1)와 실린더 헤드 커버(2)로 가해지는 축방향 클램핑 하중을 개선시킨다.
도 7에 도시된 실시예에서, 밀봉 요소(6)는 실린더 헤드 커버(2) 상에 중앙 오목부를 가지며, 상기 오목부에 배열된 지지 부재(7)는 축방향으로 하부를 향해 돌출된다. 또한 밀봉 요소(6)의 외측 횡방향 표면은 고정 링(14)을 포함하는 소나무와 같은 립(ribbing)을 가지며, 상기 고정 링은 실린더 헤드 내의 오목부로 삽입된다. 상기 실시예와는 대조적으로 도 7의 밀봉 요소는 횡방향 중앙 평면에 대해 거울상 대칭을 이루지 못한다. 실린더 헤드 커버와 인접한 밀봉 요소의 세그먼트는 직선 횡방향 면과 함께 형성된다.
도 8에 따라서, 밀봉 요소(6)는 오직 한 측면상에 돌출된 고정 요소(14)를 가진다. 이러한 요소는 실린더 헤드(1)의 수직 측벽에 대해 가압되고 반경 방향으로 외측을 향하여 가늘어진다.
도 9에 도시된 실시예는 도 6에 도시된 실시예와 실질적으로 일치되지만 차 이점으로는 도 9에 도시된 밀봉 요소(6)가 중앙 디스크 형태의 분리 립(separating lip)을 가지지 않아서 실린더 헤드 커버(2)와 실린더 헤드(1)의 상호 대향 측면(mutually facing side)들 사이의 간격(11)이 밀봉 요소의 밀봉 재료로 채워지지 않는다. 실린더 헤드 커버와 실린더 헤드 사이의 디커플링은 밀봉 요소(6)가 실린더 헤드 커버(2)와 실린더 헤드(1)의 요홈 형태의 오목부에 배치되도록 중간에 위치된 밀봉 요소(6)에 의해 상기 실린더 헤드 커버와 실린더 헤드를 분리된 상태로 유지시킴으로써 구현된다.
도 10 및 도 11에 도시된 실시예에서, 실린더 헤드 커버(2)와 실린더 헤드(1) 사이의 연결부는 실린더 헤드 커버와 일체로 구성되고 이에 주입 몰드된 클립 부재로 구성되는 연결 요소(5)에 의해 형성된다. 실린더 헤드(1) 상에서 반경 방향으로 외측을 향하여 돌출된 숄더(shoulder, 21)는 연결 영역에 형성되고, 상기 숄더는 연결 요소(5) 상에서 고정 돌출부(22)에 대한 언더컷(undercut)으로 형성되고, 이에 따라 실린더 헤드 커버는 실린더 헤드(1)에 대해 폼-피트 연결 상태로 고정된다. 도 11에 도시된 실시예에서, 밀봉 요소(6)는 숄더(21)의 외측 단부면으로 연장된다. 이에 따라 숄더(21)의 단부 면이 실린더 헤드 커버 상에서 연결 요소(5)와 직접적으로 접촉되지 않는 장점을 가진다. 이에 따라 실린더 헤드 커버와 실린더 헤드 사이를 디커플링시키는 효과적인 진동이 보장된다.
상기 설명과 실례는 단지 본 발명을 설명하기 위함이고 이에 제한되지 않는 다. 본 발명의 사상과 구성 요소로 구성된 기술된 실시예의 변형물은 종래 기술의 당업자들에게 자명할 것이며, 본 발명은 첨부된 청구항과 이의 균등물의 범위 내에서 모든 변형물을 포함하도록 폭 넓게 구성된다.

Claims (12)

  1. 커버는 실린더 헤드 커버를 실린더 헤드와 실린더 헤드 커버 사이에 배열된 밀봉 요소와 실린더 헤드에 고정하기 위한 하나 이상의 연결 요소를 가지며, 내연 기관의 실린더 헤드를 위한 실린더 헤드 커버에 있어서,
    하나 이상의 연결 요소는 실린더 헤드 커버의 연결 영역과 연결되고, 밀봉 요소는 실린더 헤드 커버의 밀봉 영역과 연결되며, 상기 연결 영역과 밀봉 영역은 서로 독립적으로 형성되고 공간이 형성되도록 이격되며, 하나 이상의 연결 요소에 의해 전달되는 부착 하중의 힘 벡터와 밀봉 요소에 의해 전달되는 밀봉 하중의 힘 벡터는 서로 각을 형성하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 커버.
  2. 제 1 항에 있어서, 밀봉 요소는 하나 이상의 연결 요소에 의해 전달된 부착하중에 대해 평행한 클램핑 하중을 추가적으로 전달하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 커버.
  3. 제 1 항에 있어서, 밀봉 요소는 실린더 헤드 커버와 실린더 중 하나에 장착되고, 실린더 헤드 커버와 실린더 헤드 중 그 외의 것에 형성된 오목부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 커버.
  4. 제 1 항에 있어서, 밀봉 요소는 측면 표면상에 하나 이상의 고정 돌출부를 가지는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 커버.
  5. 제 4 항에 있어서, 고정 돌출부는 주변 고정 링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 커버.
  6. 제 5 항에 있어서, 복수의 축방향으로 이격된 주변 고정 링은 밀봉 요소의 측면 표면상에 제공되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 커버.
  7. 제 1 항에 있어서, 밀봉 요소는 지지 부재를 적어도 부분적으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 커버.
  8. 제 7 항에 있어서, 지지 부재는 실린더 헤드에 고정되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 커버.
  9. 제 7 항에 있어서, 지지 부재는 실린더 헤드 커버에 고정되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 커버.
  10. 제 7 항에 있어서, 지지 부재는 실린더 헤드 커버와 실린더 헤드와는 독립적으로 형성된 지지 코어로 구성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 커버.
  11. 제 1 항에 있어서, 밀봉 요소는 실린더 헤드 커버로부터 실린더 헤드를 분리시키기 위한 주변 환형 분리 립(circumferential annular separating lip)을 가지며, 상기 분리 립은 밀봉 요소의 밀봉 바디와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 커버.
  12. 제 1 항에 있어서, 밀봉 요소는 컵 형태의 횡단면을 가지는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 커버.
KR1020077006329A 2004-08-20 2005-08-19 내연 기관의 실린더 헤드용 실린더 헤드 커버 KR20070057846A (ko)

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