TWI767927B - 自行車後鏈輪組成 - Google Patents
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Abstract
一種鏈輪組成(1),係供架裝於自行車輪之驅動體(4)上,包含:一截錐形殼體(2),其具有在其窄徑端中之第一開口(21)及在其寬徑端中之第二開口(22),兩開口均與該殼體之中軸(10)為同軸;複數個帶齒鏈輪(20),其具有不同齒數,用以嚙合鏈條;軸向固定件(23)、徑向負載傳動輪廓(24)及帶齒扭力傳動輪廓(23);其中該截錐形殼體(2)、該等帶齒鏈輪(20)、該軸向固定件(23)、該徑向負載傳動輪廓(24)及該帶齒扭力傳動輪廓(25)係配置於單體組件中;該軸向固定件、該徑向負載傳動輪廓及該帶齒扭力傳動輪廓均朝向該截錐形殼體之內部設置且靠近其窄徑端,因此扭力傳輸僅限於從該殼體之窄徑端朝向該輪轂之驅動體實施。
Description
本發明係關於一種自行車後鏈輪組成;更詳而言之係關於一種具有複數齒輪的多速鏈輪組成,其係包含:一截錐形殼體、複數個設置於其上的帶齒鏈輪,以及用於扭力傳輸及軸向和徑向耦接的元件其中該截錐形殼體該等鏈輪及該等負載傳輸元件係配置為一體,藉此將該組成的重量減至最輕。
不同於此領域中習知的後鏈輪組成:有些是將獨立鏈輪直接裝設在輪轂驅動體上;有些是將鏈輪附加到中間元件或支撐元件,將負載藉由齒部傳輸到輪轂;也有些是將鏈輪與支撐元件製造成一個單體組件等等。
於此領域中習知的鏈輪組成設有複數個具有可變直徑且圍繞輪轂而徑向排列的鏈輪。每一齒輪,通常稱為鏈輪,具有複數個沿其圓周間隔設置的齒部,用來與自行車鏈條嚙合。上述鏈輪是安裝在輪轂上,用以將來自自行車鏈條的踩踏力量傳輸到車輪,通常會經由一個中間飛輪機構來實現傳輸,這個中間飛輪機構也稱為輪轂的驅動體。
在習知的獨立鏈輪設計中,每一小齒輪可包括扭力傳動輪廓及徑向負載傳動輪廓,後者用以嚙合輪轂驅動體上的一個對應輪廓。這種
設計的缺點是,在將踩踏負載從鏈條傳輸至輪轂時,各鏈輪係個別作用,所以用來將輸整體扭力從鏈條傳送到輪轂的必要結構要成以該組成鏈輪的數量,這會造成整體大幅過重,為自行車領域所不喜。
轉盤系統通常用於自行車鞋及雪板鞋,然而,其轉動機構中的固有摩擦力卻於其他裝置中,個別鏈輪可藉由中間支撐元件結合在一起,該中間支撐元件以臂部接收鏈輪的負載,並將之傳輸至輪轂,藉此相較於具有獨立鏈輪的組成減輕部分重量。但若使用中間支撐元件將負載從鏈輪傳輸到輪轂,又會加重組成的重量。
在上述具有支撐元件的鏈輪組成中,可使用螺栓、螺紋或類似結構來該鏈輪附加於支撐臂上,但這些機械性連結需要在耦接零件中使用額外材料,因此造成組成重量增加。
Shimano的專利EP0834450A1、Arregui的專利US4121474A及Bes Francis的專利US4353447A揭露具有不同大小的鏈輪的組成結構,所述鏈輪是排列在多零件的支撐元件中,這樣的設計導致組成複雜且沉重。
Schlanger的專利US6428437B1顯示一種包含多樣組件的組成,其中是將獨立鏈輪組裝於外殼中。此一解決方案亦有結構複雜且相對沉重的缺點。
接近本發明之背景為Sram的專利EP1972539B1及US8911314B2,其中顯示鏈輪組成的變化形式,包含其中整合有複數個帶齒鏈輪的截頭錐形殼體,以及位於圓錐部分寬徑端中的蓋體元件,因此對於輪轂的負載傳輸是直接從殼體及蓋體元件透過連續負載傳動輪廓而實現:一個在殼體本身之中,另一個在蓋體元件中。
Sram專利EP1972539B1顯示的鏈輪組成包括截頭錐形殼體及安裝在驅動體輪轂上的蓋體元件。該蓋體元件在外周上設有兼具傳輸扭力及徑向支撐兩種作用的連續輪廓,用以配合從嚙合鏈條的齒部徑向朝內設置在截錐形殼體寬徑端圓周上的類似輪廓。
在SRAM的專利US8911314B2中,蓋體元件在圓周上設有齒部,形成鏈輪用以嚙合鏈條。
然而設置在蓋體元件及圓錐殼體上的這些扭力傳動輪廓會使得整體組件的製造複雜度極重量攀升,因此如何減輕自行車重量成為此一領域亟待解決的技術問題。此外,鏈輪組成是經由鎖緊螺帽或螺絲鎖固於驅動體,在鎖緊時需要使用者施加相當程度的鎖緊扭力,以螺絲穿過殼體整個結構的軸向力量擠壓截錐形殼體的結構,直至其到達在該驅動體另一端的蓋體為止。因此,在實務上,採用此種配置的鏈輪組成都會在圓錐部窄徑端與該蓋體元件之間設置管狀間隔件,用以耐受來自鎖緊螺絲的上述壓縮力量,而此零件也會造成重量的增加。
本發明的截頭錐形鏈輪組成保留上述截錐形殼體結構的所有優點,但將此組成的重量減輕約10%。其原因一方面是在於省去用以將扭力從殼體輪廓傳輸到驅動體嚙合輪廓的結構,另一方面是在於省去促進軸向錨定結構性強化所需的管狀間隔件,因此扭力是從截錐形殼體的窄徑端直接且單獨傳輸到輪轂的驅動體。
本發明是提供一種用於安裝在自行車輪轂驅動體上的鏈輪組成。所述鏈輪組成包含:一截錐形殼體,在其窄徑端設有第一開口,在
其寬徑端設有第二開口,兩者為同軸開口;複數個帶齒鏈輪,在該截錐形殼體上從該殼體圓錐部的中軸徑向延伸而出,所述鏈輪沿其圓周間隔設置不同數量齒部,用以嚙合自行車鏈條;軸向固定件、徑向負載傳動輪廓及帶齒扭力傳動輪廓,用以傳輸至輪轂的驅動體;其中該截錐形殼體、該等帶齒鏈輪、該軸向固定件、該徑向負載傳動輪廓及該帶齒扭力傳動輪廓是配置在一個單體組件中,其中該軸向固定件、該徑向負載傳動輪廓及該帶齒扭力傳動輪廓係徑向朝該截錐形殼體內部設置,靠近其窄徑端。
因此該徑向負載及扭力傳輸元件單純設置於該截錐形殼體中,當裝設於輪轂的驅動體時,可以穩固支撐鏈輪組成,藉此減輕組成的。重量。這種單件式架構可透過多重製程加以實現,包括例如鑄造、鍛造或機械加工。
(1):鏈輪組成
(10):中軸
(2):截錐形殼體
(20):帶齒鏈輪
(21):第一開口
(22):第二開口
(23):軸向固定件
(231):內壁
(232):外壁
(24):徑向負載傳動輪廓
(25):帶齒扭力傳動輪廓
(26):環狀同軸圓柱
(27):殼體
(28):軸向突起
(29):環狀同軸圓盤
(3):封閉元件
(30):小齒輪
(32):第三開口
(37):封閉
(38):凹槽
(4):驅動體
(45):嚙合輪廓
(5):固定件
(6):錨定元件
圖1顯示相近於前案技術解決方案的兩個視圖,揭露一可供裝設於自行車輪轂之驅動體(4)之鏈輪組成(1),其中係以兩種不同元件實現扭力朝向輪轂的傳輸:截錐形殼體及蓋體元件。
圖2為本發明一較佳實施例中鏈輪組成(1)的立體透視圖,一可供裝設於自行車輪轂之驅動體(4)之鏈輪組成(1),包含以下主要元件:其中設有複數個帶齒鏈輪(20)以嚙合於自行車鏈條的截錐形殼體(2);固定件(5),用以將該截錐形殼體(2)軸向錨定於輪轂驅動體(4);封閉元件(3),耦接於該截錐形殼體(2)之寬徑端,包含至少其圓周設有齒部而可嚙合於自行車鏈條的小齒輪(30);以及錨定元件(6),用以將該封閉元件(3)固定於該截錐形殼體(2)。
圖3為圖2中用以安裝於驅動體(4)的鏈輪組成(1)的立體分解圖,顯示該等錨定元件(6)固定於兩個配合元件中的個別錨定手段:封閉(37)的錨定手段以及殼體(27)的錨定手段。此外,途中並顯示該驅動體(4)的嚙合輪廓(45),其形式為沿其旋轉軸延伸的長孔,與設置在截錐形殼體(2)中的對應帶齒扭力傳動輪廓(25)相配。
圖4為該鏈輪組成(1)的剖視圖及細節,顯示截錐形殼體(2)窄徑端與驅動體(4)之間的軸向錨定是藉由螺鎖入驅動體(4)的固定件(5)來達成,以便將驅動體(4)附加至截錐形殼體(2)上。
圖5是該鏈輪組成(1)的前視圖,顯示具有小齒輪(30)的封閉元件(3)及該等錨定元件(6)。
圖6為圖5的A-A剖視圖及細節,顯示該軸向固定件(23)包含內壁(231)及外壁(232);且負責傳輸至驅動體(4)的該徑向負載傳動輪廓(24)及該帶齒扭力傳動輪廓(25),兩者都整合設置於截錐形殼體(2)窄徑端的單體組件中。
圖7是設有複數個軸向突起(28)的截錐形殼體(2)的立體透視圖,該殼體(27)的錨定手段定位於軸向突起(28)中,且該封閉元件(3)包括複數個凹槽(38),供該封閉(37)的錨定手段定位於其中,而該等軸向突起(28)是與該等凹槽(38)嚙合。
圖8顯示是該鏈輪組成(1)的剖視圖,顯示該截錐形殼體(2)的中軸(10)。
圖9顯示圖8的兩種細節E及F,其中該截錐形殼體(2)是配置為複數個交替設置的環狀同軸圓柱(26)及環狀同軸圓盤(29),以階梯狀方式沿該截錐形殼體(2)的中軸(10)排列。
在本發明的一個較佳實施例中,一種可供裝設在自行車輪轂
驅動體(4)上的鏈輪組成(1),包含:一截錐形殼體(2),在其窄徑端具有第一開口(21),且在其寬徑端具有第二開口(22),兩個開口皆與截錐形殼體(2)的中軸(10)同軸。此外,所述截錐形殼體(2)還設有複數個為於其中的帶齒鏈輪(20),各具不同數量齒部,從該中軸(10)徑向朝外延伸以嚙合自行車鏈條。該殼體亦包含各種用於固定及負載傳輸的元件,包括:軸向固定件(23),用以將該截錐形殼體(2)固定至該自行車輪轂的驅動體(4);徑向負載傳動輪廓(24),在以其圓周支撐在驅動體(4)上;以及帶齒扭力傳動輪廓(25),提供切線嚙合以便將扭力從該截錐形殼體(2)朝向該驅動體(4)傳輸,該驅動體(4)設有對應的嚙合輪廓(45),能夠與該帶齒扭力傳動輪廓(25)嚙合。
本發明的一個目的是,該截錐形殼體(2)、該等帶齒鏈輪(20)、該軸向固定件(23)、該徑向負載傳動輪廓(24)及該帶齒扭力傳動輪廓(25)係配置於單體組件中,且其中該軸向固定件(23)、該徑向負載傳動輪廓(24)及該帶齒扭力傳動輪廓(25)都是朝向該截錐形殼體(2)內部設置且靠近其窄徑端。
本發明的另一目的是,鏈輪組成(1)其中該軸向固定件(23)限制該截錐形殼體(2)沿該中軸(10)在從截錐形殼體(2)的窄徑端朝向寬徑端方向上的相對於該驅動體(4)的位置,且其中該軸向固定件(23)就位在該窄徑端處,因此為在上述方向沿該中軸(10)的第一個元件,且該徑向負載傳動輪廓(24)及該帶齒扭力傳動輪廓(25)係軸向毗鄰該軸向固定件(23)。
在本發明較佳實施例中,在從截錐形殼體(2)窄徑端朝向該寬徑端的方向上,該軸向固定件(23)的位置是相對於該中軸(10)的第一個元件,因此最靠近截錐形殼體(2)的窄徑端,緊接且軸向毗鄰該窄徑端,接著
是該徑向負載傳動輪廓(24),最終軸向毗鄰該帶齒扭力傳動輪廓(25)。所述帶齒扭力傳動輪廓(25)藉由嚙合驅動體(4)外表面上所設定對應嚙合輪廓(45),而提供切線固定,以利將扭力傳輸至驅動體(4)。
所述軸向固定件(23)係配置為突起,從該截錐形殼體(2)朝該中軸(10)徑向延伸,包含內壁(231),當接觸驅動體(4)時,用以限制截錐形殼體(2)在中軸(10)方向朝其寬徑端的軸向位移,且該軸向固定件(23)亦包含外壁(232),當接觸固定件(5)時,用以限制截錐形殼體(2)朝向其窄徑端的軸向位移,所述固定件(5)的作用是將截錐形殼體(2)軸向錨定於該驅動體(4)。
所述徑向負載傳動輪廓(24)係配置為筒狀凹穴,用以容納該驅動體(4),並對之提供徑向支撐。
在本發明另一較佳實施例中,該可供裝設於自行車輪轂驅動體(4)上的鏈輪組成(1)包含封閉元件(3),其係從該中軸(10)徑向朝外延伸,且耦接於該截錐形殼體(2)的寬徑端。所述封閉元件(3)包含與截錐形殼體中軸(10)為同軸的第三開口(32),用以容納該驅動體(4)。此外,所述封閉元件(3)在其外周上包含至少一個小齒輪(30),此小齒輪(30)設有從該中軸(10)徑向朝外延伸的齒部,用以嚙合自行車鏈條。
為傳輸至該自行車鏈條,該封閉元件(3)在其外周上設有至少一個小齒輪(30),其與截錐形殼體(2)相鄰的最大帶齒鏈輪(20)相較,齒數較多且直徑較大。
所述封閉元件(3)可包括具有減輕重量功能的開口。
在替代實施例中,該封閉元件(3)、該截錐形殼體(2)、該等帶齒鏈輪(20)及該等負載傳動輪廓可構成單體組件。
在本發明另一較佳實施例中,該鏈輪組成(1)包含分離的錨定元件(6),用以將該封閉元件(3)固定於該截錐形殼體(2),其中所述錨定元件(6)嚙合個別錨定手段:封閉(37)的錨定手段以及該殼體(27)的錨定手段。所述錨定元件(6)將該封閉元件(3)相對於該截錐形殼體(2)軸向定位,藉此為封閉元件(3)提供軸向固定,並幫該截錐形殼體(2)相對於驅動體(4)的徑向固定,因為該封閉元件(3)是透過該第三開口(32)支撐在驅動體(4)中。
在較佳實施例中,所述錨定元件(6)是配置為螺栓,穿過該封閉(37)的對應錨定手段。封閉(37)上的這些錨定手段配置為封閉元件(3)上的貫穿開口。所述錨定元件(6)是螺鎖於該殼體(27)上配置為截錐形殼體(2)中帶螺紋開口的對應錨定手段。
本發明的另一目的是鏈輪組成(1),其中該截錐形殼體(2)的寬徑端包含複數個分離的軸向突起(28),用來容納該殼體(27)的錨定手段。此外,該封閉元件(3)包含複數個對應的凹槽(38),用來定位該封閉(37)的錨定手段。所述軸向突起(28)與該等凹槽(38)配合,因此軸向突起(28)與凹槽(38)之間的耦接有助於將切線負載從該封閉元件(3)朝向該截錐形殼體(2)傳遞。
在另一可行實施例中,該等軸向突起(28)設有二個相對面,用來支撐兩個方向的切線負載。同樣,與軸向突起配合的該等對應凹槽(38)則設有二個相對面,用來傳輸兩個切線方向的切線負載。
在其他可行實施例中,該截錐形殼體(2)包含:複數個交替設置的環狀同軸圓柱(26)及環狀同軸圓盤(29),沿該截錐形殼體(2)之該中軸(10)呈階梯狀設置,其中該等環狀同軸圓柱(26)、該等環狀同軸圓盤(29)、
該等帶齒鏈輪(20)及該等負載傳動輪廓,亦即該軸向固定件(23)、該徑向負載傳動輪廓(24)及該帶齒扭力傳動輪廓(25)是形成於一個單體組件中。
然而,所述截錐形殼體(2)在實施時可為任何線性或非線性形狀,該等帶齒鏈輪(20)仍會維持適當定位。
在本發明一替代實施例中,該截錐形殼體(2)、該等帶齒鏈輪(20)、該軸向固定件(23)、該徑向負載傳動輪廓(24)及該帶齒扭力傳動輪廓(25)係配置於單體組件中,其中該軸向固定件(23)、該徑向負載傳動輪廓(24)及該帶齒扭力傳動輪廓(25)是設置在該截錐形殼體(2)內並最接近其窄徑端。在本實施例中,該徑向負載傳動輪廓(24)及該帶齒扭力傳動輪廓(25)是一起配置為該截錐形殼體(2)中的單一輪廓,同時提供兩種功能:其一,為該驅動體(4)提供容納空間及徑向支撐;其二,提供切線固定以便將扭力傳輸至驅動體(4)。
在本發明的另一替代實施例中,我們可以用不同的材料製造鏈輪組成(1)的元件,以優化該組成的重量。作為連續鏈輪中的間隔必須受限於最小限度內,由於本結構要求盡可能提供多的鏈輪或者齒輪,我們可以以改變材料型態的方式來提高其質量輕度,只要我們能改變該齒輪的幾何形狀。
為了做到這一點,必須考慮到藉由使用高強度材料製造齒輪(鋼或鈦合金),此種方式,允許達到更小的齒輪厚度(約1.6mm),但相對地,這限制了在連續小齒輪間的齒數跳動次數,因為自行車輪鏈的位置係受限於前述自行車鍊條與連續小齒輪的齒部嚙合時所需的軸向空間。
替代地,我們可以選擇使用更輕的材料,例如鋁,如此可以
保持較大的齒厚(約2mm)來維持它的重量。但由於連續鏈輪之間的間距被限制在最小限度,我們必須在連續的小齒輪之間使用更大的齒數跳動次數(大於3),使致自行車鏈條不會受限制或干擾於前述自行車鍊條與連續小齒輪齒部嚙合時所需要的軸向空間。
(2):截錐形殼體
(22):第二開口
(25):帶齒扭力傳動輪廓
(27):殼體
(3):封閉元件
(32):第三開口
(37):封閉
(4):驅動體
(45):嚙合輪廓
(5):固定件
(6):錨定元件
Claims (11)
- 一種可供裝設在自行車輪轂驅動體(4)上的鏈輪組成(1),係供裝設於自行車輪轂的驅動體(4)上,包含:一截錐形殼體(2),在其窄徑端具有第一開口(21)且在其寬徑端具有一第二開口(22),所述兩開口均與該截錐形殼體(2)之中軸(10)為同軸;複數個帶齒鏈輪(20),具有不同齒數,設置於該截錐形殼體(2)中,且從該中軸(10)徑向朝外延伸,用以嚙合自行車鏈條;軸向固定件(23),用以將該截錐形殼體(2)固定於該驅動體(4);徑向負載傳動輪廓(24),以其圓周支撐在該驅動體(4)上;該徑向負載傳動輪廓(24)係配置為筒狀凹穴,用以容納該驅動體,並之提供徑向支撐;帶齒扭力傳動輪廓(25),提供切線嚙合,藉由驅動體(4)外表面上所設定的一對應嚙合輪廓(45)將扭力從該截錐形殼體(2)朝向的該驅動體(4)傳輸;其中該截錐形殼體(2)、該等帶齒鏈輪(20)、該軸向固定件(23)、該徑向負載傳動輪廓(24)以及該帶齒扭力傳動輪廓(25)係配置於單體組件中;其中該軸向固定件(23)限制該截錐形殼體(2)沿該中軸(10)在從截錐形殼體(2)窄徑端朝向該寬徑端的方向上相對於該驅動體(4)的位置;且其中該軸向固定件(23)、該徑向負載傳動輪廓(24)及該帶齒扭力傳動輪廓(25)都是朝向該截錐形殼體(2)內部設置,且靠近其窄徑端,其中沿該中軸(10)在從截錐形殼體(2)的窄徑端朝向寬徑端方向上,以該軸向固定件(23)最接近該截錐形殼體(2)的窄徑端,接著軸向毗鄰該軸向固定件(23)的是該徑向負載傳動輪廓(24),以及最後軸向毗鄰該軸向固定件(23)的是 該帶齒扭力傳動輪廓(25)。
- 如申請專利範圍第1項所述之可供裝設在自行車輪轂驅動體(4)上的鏈輪組成(1),其中該軸向固定件(23)係配置為突起,從該截錐形殼體(2)朝該中軸(10)徑向延伸,該截錐形殼體(2)包含內壁(231),當接觸該驅動體(4)時,可限制該截錐形殼體(2)在該中軸(10)方向上朝其寬徑端的軸向位移,且該截錐形殼體(2)亦包含外壁(232),當接觸固定件(5)時,可限制該該截錐形殼體(2)朝其窄徑端的軸向位移,此固定件(5)是將該截錐形殼體(2)軸向錨定於該驅動體(4)上。
- 如申請專利範圍第1項所述之可供裝設在自行車輪轂驅動體(4)上的鏈輪組成(1),其中該鏈輪組成(1)包含從該中軸(10)徑向朝外延伸且耦接該截錐形殼體(2)寬徑端的封閉元件(3),其中該封閉元件(3)包含與該截錐形殼體(2)中軸(10)同軸的第三開口(32),用以容納該驅動體(4),其中該封閉元件(3)包含至少一小齒輪(30),在其外周設有從該中軸(10)徑向朝外延伸的齒部,用以嚙合自行車鏈條,且其中該小齒輪(30)與該截錐形殼體(2)中複數帶齒鏈輪(20)的小齒輪相較,直徑較大且齒數較多。
- 如申請專利範圍第3項所述之可供裝設在自行車輪轂驅動體(4)上的鏈輪組成(1),其中鏈輪組成(1)的元件可以用不同的材料製造,以優化該組成的重量。
- 如申請專利範圍第3項所述之可供裝設在自行車輪轂驅動體(4)上的鏈輪組成(1),其中該鏈輪組成(1)包含分離錨定元件(6),用以將該封閉元件(3)固定至該截錐形殼體(2),且其中所述錨定元件(6)是固定至個別錨定手段,也就是該封閉(37)的錨定手段以及該殼體(27)的錨定手段。
- 如申請專利範圍第5項所述之可供裝設在自行車輪轂驅動體(4)上的鏈輪組成(1),其中該等錨定元件(6)係配置為螺栓,用來穿過該封閉(37)的錨定手段,也就是該封閉元件(3)中設置的貫穿開口,且其中該殼體(27)的錨定手段是配置為該截錐形殼體(2)中的帶螺紋開口,用以螺合該等錨定元件(6)。
- 如申請專利範圍第5項所述之可供裝設在自行車輪轂驅動體(4)上的鏈輪組成(1),其中該截錐形殼體(2)的寬徑端包含複數個軸向突起(28),以供定位該殼體(27)的錨定手段;該封閉元件(3)包含複數個對應凹槽(38),以供定位該封閉(37)的該錨定手段;且該等軸向突起(28)係與該等凹槽(38)配合,因此軸向突起(28)與凹槽(38)之間的嚙合有助於從該封閉元件(3)朝向該截錐形殼體(2)的切線負載傳輸。
- 如申請專利範圍第7項所述之可供裝設在自行車輪轂驅動體(4)上的鏈輪組成(1),其中該等軸向突起(28)設有二相對面,用以於兩個切線方向傳輸切線負載。
- 如申請專利範圍第7項所述之可供裝設在自行車輪轂驅動體(4)上的鏈輪組成(1),其中該等凹槽(38)設有二相對面,用以於兩個切線方向傳輸切線負載。
- 如申請專利範圍第1項所述之可供裝設在自行車輪轂驅動體(4)上的鏈輪組成(1),其中該截錐形殼體(2)包含複數個交替排列的環狀同軸圓柱(26)及環狀同軸圓盤(29),以階梯狀沿該截錐形殼體(2)之中軸(10)設置。
- 如申請專利範圍第1項所述之可供裝設在自行車輪轂驅動體(4)上的鏈輪組成(1),其中封閉元件(3)可包括具有減輕重量功能的開口。
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