WO2005044491A1 - Dehnspanneinrichtung - Google Patents

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WO2005044491A1
WO2005044491A1 PCT/EP2004/012491 EP2004012491W WO2005044491A1 WO 2005044491 A1 WO2005044491 A1 WO 2005044491A1 EP 2004012491 W EP2004012491 W EP 2004012491W WO 2005044491 A1 WO2005044491 A1 WO 2005044491A1
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pressure chamber
clamping ring
expansion
base body
expansion sleeve
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Inventor
Thomas Retzbach
Andreas Schuster
Rainer Sigmund
Original Assignee
Schunk Gmbh & Co. Kg Spann- Und Greiftechnik
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/24—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means
    • B23B31/30—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means using fluid-pressure means in the chuck
    • B23B31/305—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means using fluid-pressure means in the chuck the gripping means is a deformable sleeve
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/10—Chucks characterised by the retaining or gripping devices or their immediate operating means
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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    • Y10T279/10—Expanding
    • Y10T279/1021—Fluid-pressure actuator
    • Y10T279/1024—Directly expanding jaws
    • Y10T279/1029—Jaw is expansible chamber; i.e., bladder type

Definitions

  • the present invention relates to a stretching device with a base body, a thin-walled expansion sleeve provided on an axial end region of the base body, which forms a central receptacle for a component to be tensioned, and a tension ring, which forms the expansion sleeve to form an annular pressure chamber located therebetween surrounds and is screwed to the base body, the pressure chamber being filled with hydraulic fluid and the expansion sleeve being elastically deformable in order to fix a component in the receptacle by axially adjusting the clamping ring by reducing the volume of the pressure chamber by twisting it relative to the base body ,
  • Expansion clamping devices of this type are known and are used in practice to fix a tool such as a milling or drilling tool to the work spindle of a corresponding machine tool.
  • a tool such as a milling or drilling tool
  • the shank of the tool to be clamped is inserted into the holder of the expansion chuck and then the clamping ring, reducing the volume of the pressure
  • BESTATIGUNGSKOPIE chamber screwed onto the expansion sleeve so that it is deformed inward by the increasing pressure in the pressure chamber and fixes the tool shaft in the receptacle.
  • the object of the present invention is therefore to design a tensioning device of the type mentioned at the outset in such a way that it is simple in construction and in particular does not require any complex sealing measures.
  • the pressure chamber is filled with an elastic solid body as a hydraulic medium and a sliding ring element is arranged between the elastic solid body and a pressure surface of the clamping ring in order to transmit an axial compressive force from the clamping ring to the solid body.
  • the invention is therefore based on the consideration not to fill the pressure chamber with a liquid hydraulic medium as in the prior art, but with an elastic and also annular solid body, so that complex sealing measures can be dispensed with.
  • the slide ring inserted in the pressure chamber ensures thereby ensuring that the annular solid body is at least largely decoupled from the rotary movements of the clamping ring in the region of its end face facing the pressure ring of the tension ring and thus only pressure forces, but no frictional or torsional forces, are introduced into the solid body via this end face. It has been shown that in this way extrusion of the elastic solid material is avoided and wear can be kept very low.
  • the slide ring which can be made of a suitable metal alloy or a ceramic material, for example, can also have a sealing function at the same time if a liquid lubricant is provided between the outer circumference of the solid body and the inner circumference of the clamping ring in order to avoid the friction that occurs when the clamping ring is rotated to keep low.
  • the solid body consists of a plurality of ring elements arranged next to one another in the pressure chamber.
  • the pressure chamber should have an at least substantially constant inside and outside diameter.
  • a stop can be provided which limits the axial displacement of the clamping ring in such a way that the maximum achievable pressure within the pressure chamber is limited in a defined manner.
  • engagement means for actuating elements such as a roller or hook wrench can be provided on the clamping ring.
  • the expansion device according to the invention can be used for a shaft / hub connection. It can also be provided stationary on a workbench or the like.
  • the expansion device according to the invention can also be designed as a mandrel.
  • it has a base body, a thin-walled expansion sleeve provided on an axial end region of the base body and a clamping ring which engages in the expansion sleeve to form an intermediate annular pressure chamber and is screwed to the base body, the pressure chamber being filled with an elastic solid body as a hydraulic medium and a sliding ring element is arranged between the elastic solid body and a pressure surface of the clamping ring in order to transmit axial compressive forces from the clamping ring to the solid body.
  • the expansion sleeve is deformed outwards when a pressure builds up in the pressure chamber in order to fix a component pushed onto the expansion sleeve.
  • FIG. 1 shows in longitudinal section a first embodiment of an expansion clamping device designed as an expansion chuck according to the present invention in its unactuated state
  • Figure 2 shows the detail X of Figure 1 in an enlarged view
  • FIG. 3 shows the expansion chuck from FIG. 1 in the actuated state.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an expansion chuck 1 designed as a steep taper tool holder in accordance with the present invention in longitudinal section.
  • the expansion chuck 1 comprises a base body 2 made of a dimensionally stable material, which has a fastening cone 3 for clamping to a rotary driven work spindle of a machine tool in a manner known per se at its left end region in the drawing.
  • a thin-walled expansion sleeve 4 is provided, which is formed here in one piece with the base body 2, but alternatively can also be a separate component which is firmly connected to the base body 2.
  • the expansion sleeve 4 forms a central receptacle 5, into which a cylindrical shank of a tool such as a drill or milling cutter to be clamped can be inserted.
  • the expansion sleeve 4 is surrounded by a clamping ring 6 designed as a union nut, which is screwed onto the base body 2 at its axial end facing the fastening cone 3, for which purpose corresponding threaded sections 9a, 9b are formed on the base body 2 and on the inside of the clamping ring 6.
  • the expansion sleeve 4 and the clamping ring 6 form between them an annular pressure chamber 7 with a constant inside and outside diameter, the axial end pointing at and towards the fastening cone 3 through a shoulder 4a of the expansion sleeve 4 and at its other axial end through a shoulder 6a of the Clamping ring 6 is limited.
  • the pressure chamber 7 is filled with an elastic solid body 11, which in the embodiment shown is formed by four ring elements 11a, 11b, 11c, lld lying next to one another.
  • a sliding ring 12 is provided on the right end of the pressure chamber 7 between the shoulder 6a of the clamping ring 6 and the end face of the outer ring element 11a facing this shoulder 6a, which, on the one hand, decouples the clamping ring 6 in the region of the shoulder 6a from the solid body 11 and on the other acts as a sealing element for a lubricant, which is provided in the annular gap between the solid body 11 and the clamping ring 6.
  • the pressure within the pressure chamber 7 can be changed by rotating the clamping ring 6 relative to the base body 2 and in this way being axially adjusted so that the volume of the pressure chamber 7 changes.
  • the arrangement is such that, in the right end position of the clamping ring 6 shown in FIG. 1, the volume of the pressure chamber 7 is so large that the elastic ring elements 11 in the pressure chamber 7 are relaxed. If the tension ring 6 is screwed onto the base body 2 from the end position shown in FIG. 1 until it reaches the left end position 1 shown in FIG. 3, in which the tension ring 6 bears against an axial stop 10 of the base body 2, the axial length of the pressure chamber becomes 7 and thus their volume is continuously reduced.
  • the elastic ring elements 11a to lld are elastically compressed so that the pressure inside the pressure chamber 7 increases and the thin-walled expansion sleeve 4 is deformed inward in order to clamp a component inserted into the receptacle 5.
  • the tensioning ring 6 is adjusted from the end position shown in FIG. 1 to the end position shown in FIG. 3, essentially pure axial compressive forces are introduced into the ring elements 11, since the ring elements 11 on their outer circumference by the provided lubricant and on their side facing the shoulder 6a End face are decoupled from the clamping ring 6 by the slide ring 12, so that it can move substantially freely relative to the solid body 11.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dehnspanneinrichtung mit einem Grundkörper (2), einer an einem axialen Endbereich des Grundkörpers (2) vorgesehenen dünnwandigen Dehnbüchse (4), die eine zentrale Aufnahme (5) für ein zu spannendes Bauteil bildet, und einem Spannring (6), welcher die Dehnbüchse (4) unter Bildung einer dazwischen liegenden ringförmigen Druckkammer (7) umgibt und mit dem Grundkörper (2) verschraubt ist, wobei die Druckkammer (7) mit einem Hydraulikmittel (11) gefüllt ist und die Dehnbüchse (4) elastisch verformt werden kann, um ein Bauteil in der Aufnahme (5) zu fixieren, indem der Spannring (6) unter Verkleinerung des Volumens der Druckkammer (7) durch Verdrehung gegenüber dem Grundkörper (2) axial verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (7) mit einem elastischen Feststoffkörper (11) als Hydraulikmittel gefüllt ist und ein Gleitringelement (12) zwischen dem elastischen Feststoffkörper (11) und einer Druckfläche (6a) des Spannrings (6) angeordnet ist, um eine axiale Druckkraft vom Spannring (6) auf den Feststoffkörper (11) zu übertragen.

Description

Beschreibung:
Schunk GmbH & Co. KG Fabrik für Spann- und GreifWerkzeuge , BahnhofStraße 106-134, D-74348 Lauffen
Dehnspanneinrichtunq
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Deh.nspanneinrich- tung mit einem Grundkörper, einer an einem axialen Endbereich des Grundkörpers vorgesehenen dünnwandigen Dehnbüchse, die eine zentrale Aufnahme für ein zu spannendes Bauteil bildet, und einem Spannring, welcher die Dehnbüchse unter Bildung einer dazwischen liegenden ringförmigen Druckkammer umgibt und mit dem Griαndkörper verschraubt ist, wobei die Druckkammer mit einem Hydraulikmittel gefüllt ist und die Dehnbüchse elastisch verformt werden kann, um ein Bauteil in der Aufnahme zu fixieren, indem der Spannring unter Verkleinerung des Volumens der Druckkammer durch Verdrehung gegenüber dem Grundkörper axial verstellt wird.
Dehnspanneinrichtungen dieser Art sind bekannt und werden in der Praxis eingesetzt, um ein Werkzeug wie beispielsweise ein Fräs- oder Bohrwerkzeug an der Arbeitsspindel einer entsprechenden Werkzeugmaschine zu fixieren. Hierzu wird der Schaft des zu spannenden Werkzeugs in die Aufnahme des Dehnspannfutters eingesetzt und anschließend der Spannring unter Verkleinerung des Volumens der Druck-
BESTATIGUNGSKOPIE kammer auf die Dehnbüchse aufgeschraubt, so daß dieser durch den wachsenden Druck in der Druckkammer nach innen verformt wird und den Werkzeugschaft in der Aufnahme fixiert.
Bei einer Dehnspanneinrichtung, welche aus der DE 195 25 574 Cl bekannt ist, wird ein flüssiges Hydraulikmittel wie beispielsweise Öl verwendet. Dies ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß aufwendige Dichtungsmaßnahmen ergriffen werden müssen, um eine Leckage des flüssigen Hydraulikmittels bei den zum Teil sehr hohen Betriebsdrük- ken zu vermeiden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Dehnspanneinrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sie einfach im Aufbau ist und insbesondere keine aufwendigen Dichtungsmaßnahmen benötigt.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Druckkammer mit einem elastischen Feststoffkorper als Hydraulikmittel gefüllt ist und ein Gleitringelement zwischen dem elastischen Feststoffkorper und einer Druckfläche des Spannrings angeordnet ist, um eine axiale Druckkraft vom Spannring auf den Feststoffkorper zu übertragen. Der Erfindung liegt somit die Überlegung zugrunde, die Druckkammer nicht wie im Stand der Technik mit einem flüssigen Hydraulikmittel, sondern mit einem elastischen und ebenfalls ringförmigen Feststoffkorper zu füllen, so daß auf aufwendige Dichtungsmaßnahmen verzichtet werden kann. Der in die Druckkammer eingesetzte Gleitring sorgt dabei dafür, daß der ringförmige Feststoffkorper im Bereich seiner der Druckfläche des Spannrings zugewandten Stirnfläche von den Drehbewegungen des Spannrings zumindest weitgehend entkoppelt wird und somit über diese Stirnfläche lediglich Druckkräfte, jedoch keine Reiboder Torisionskräfte in den Feststoffkorper eingeleitet werden. Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise ein Extrudieren des elastischen Feststoffkörpermaterials vermieden und auch der Verschleiß sehr gering gehalten werden kann. Im übrigen kann der Gleitring, der beispielsweise aus einer geeigneten Metallegierung oder einem Keramikmaterial bestehen kann, auch gleichzeitig eine Dichtungsfunktion besitzen, wenn zwischen dem Außenumfang des Feststoffkörpers und dem Innenumfang des Spannrings ein flüssiges Schmiermittel vorgesehen ist, um die auftretende Reibung bei einem Verdrehen des Spannrings gering zu halten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Feststoffkorper aus mehreren, nebeneinander liegenden in den Druckraum angeordneten Ringelement besteht. Dabei sollte die Druckkammer einen zumindest im wesentlichen konstanten Innen- und Außendurchmesser besitzen.
In weiterer Ausgestaltung de Erfindung kann ein Anschlag vorgesehen sein, der den axialen Verstellweg des Spannrings in der Weise begrenzt, daß der maximal erzielbare Druck innerhalb der Druckkammer definiert begrenzt ist. Des weiteren können an dem Spannring Eingriffsmittel für Betätigungselemente wie beispielsweise einen Rollen- oder Hakenschlüssel vorgesehen sein.
Schließlich kann die erfindungsgemäße Dehnspanneinrichtung für eine Welle/Nabe-Verbindung eingesetzt werden. Ebenfalls kann sie stationär an einer Werkbank oder dergleichen vorgesehen sein.
Im übrigen kann die erfindungsgemäße Dehnspanneinrichtung auch als Spanndorn ausgebildet sein. In diesem Fall besitzt sie einen Grundkörper, eine an einem axialen Endbereich des Grundkörpers vorgesehene dünnwandige Dehnbüchse und einen Spannring, welcher in die Dehnbüchse unter Bildung einer dazwischenliegenden ringförmigen Druckkammer eingreift und mit dem Grundkörper verschraubt ist, wobei die Druckkammer mit einem elastischen Feststoffkorper als Hydraulikmittel gefüllt ist und ein Gleitringelement zwischen dem elastischen Feststoffkorper und einer Druckfläche des Spannrings angeordnet ist, um axiale Druckkräfte vom Spannring auf den Feststoffkorper zu übertragen. Bei dieser Ausgestaltung als Spanndorn wird die Dehnbüchse bei einem Druckaufbau in der Druckkammer nach außen verformt, um ein auf die Dehnbüchse aufgeschobenes Bauteil zu fixieren.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Be- zugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 im Längsschnitt eine erste Ausführungsform einer als Dehnspannfutter ausgebildeten Dehnspanneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in ihrem unbetätigten Zustand,
Figur 2 die Einzelheit X aus Figur 1 in vergrößerter Darstellung, und
Figur 3 das Dehnspannfutter aus Figur 1 in betätigtem Zustand.
In der Figur 1 ist eine Ausführungsform eines als Steilkegelwerkzeughalter ausgebildeten Dehnspannfutters 1 gemäß der vorliegenden Erfindung im Längsschnitt dargestellt. Das Dehnspannfutter 1 umfaßt einen Grundkörper 2 aus einem formsteifen Material, der an seinem in der Zeichnung linksseitigen Endbereich in an sich bekannter Weise einen Befestigungskonus 3 zur Einspannung an einer drehangetriebenen Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine aufweist. An dem anderen axialen Ende des Grundkörpers 2 ist eine dünnwandige Dehnbüchse 4 vorgesehen, die hier einteilig mit dem Grundkörper 2 ausgebildet ist, alternativ aber auch ein separates Bauteil sein kann, das mit dem Grundkörper 2 fest verbunden ist. Die Dehnbüchse 4 bildet eine zentrale Aufnahme 5, in die ein zylindrischer Schaft eines Werkzeugs wie beispielsweise eines zu spannenden Bohrers oder Fräsers eingeschoben werden kann. Die Dehnbüchse 4 ist von einem als Überwurfmutter ausgebildeten Spannring 6 umgeben, der an seinem zum Befestigungskonus 3 weisenden axialen Ende auf den Grundkörper 2 aufgeschraubt ist, wozu an dem Grundkörper 2 und an der Innenseite des Spannrings 6 entsprechende Gewindeabschnitte 9a, 9b ausgebildet sind. Die Dehnbüchse 4 und der Spannring 6 bilden zwischen sich eine ringförmige Druckkammer 7 mit einem konstanten Innen- und Außendurchmesser, die an ihrem und zum Befestigungskonus 3 weisenden axialen Ende durch einen Absatz 4a der Dehnbüchse 4 und an ihrem anderen axialen Ende durch eine Schulter 6a des Spannrings 6 begrenzt wird. Die Druckkammer 7 ist mit einem elastischen Feststoffkorper 11 gefüllt, welcher in der dargestellten Ausführungsform durch vier nebeneinander liegende Ringelemente 11a, 11b, 11c, lld gebildet wird. Zusätzlich ist an dem rechten Ende der Druckkammer 7 zwischen der Schulter 6a des Spannrings 6 und der dieser Schulter 6a zugewandten Stirnfläche des außenliegenden Ringelements lld ein Gleitring 12 vorgesehen, der zum einen den Spannring 6 im Bereich der Schulter 6a dem Feststoffkorper 11 entkoppelt und zum anderen als Dichtungselement für ein Schmiermittel, das in dem Ringspalt zwischen dem Feststoffkorper 11 und dem Spannring 6 vorgesehen ist, fungiert.
Der Druck innerhalb der Druckkammer 7 läßt sich verändern, indem der Spannring 6 gegenüber dem Grundkörper 2 verdreht und auf diese Weise axial verstellt wird, so daß sich das Volumen der Druckkammer 7 verändert. Konkret ist die Anordnung so getroffen, daß in der in Figur 1 gezeigten rechten Endstellung des Spannrings 6 das Volumen der Druckkammer 7 so groß ist, daß die elastischen Ringelemente 11 in der Druckkammer 7 entspannt sind. Wenn der Spannring 6 aus der in Figur 1 dargestellten Endstellung auf den Grundkörper 2 aufgeschraubt wird, bis er die in Figur 3 dargestellte linke Endstellung 1 erreicht, in welcher der Spannring 6 an einem Axialanschlag 10 des Grundkörpers 2 anliegt, wird die axiale Länge der Druckkammer 7 und damit deren Volumen kontinuierlich verkleinert. Dabei werden die elastischen Ringelemente 11a bis lld elastisch zusammengedrückt, so daß sich der Druck innerhalb der Druckkammer 7 erhöht und die dünnwandige Dehnbüchse 4 nach innen verformt wird, um ein in die Aufnahme 5 eingesetztes Bauteil zu spannen. Bei der Verstellung des Spannrings 6 aus der in Figur 1 gezeigten Endstellung in die in Figur 3 dargestellte Endstellung werden im wesentlichen reine axiale Druckkräfte in die Ringelemente 11 eingeleitet, da die Ringelemente 11 an ihrem Außenumfang durch das vorgesehene Schmiermittel und an ihrer zur Schulter 6a weisenden Stirnfläche durch den Gleitring 12 von dem Spannring 6 entkoppelt sind, so daß dieser sich gegenüber dem Feststoffkorper 11 im wesentlichen frei bewegen kann.

Claims

Ansprüche:
Schunk GmbH & Co. KG Fabrik für Spann- und GreifWerkzeuge, Bahnhofstraße 106-134, D-74348 Lauffen
Dehnspanneinrichtung
Dehnspanneinrichtung mit einem Grundkörper (2), einer an einem axialen Endbereich des Grundkörpers (2) vorgesehenen dünnwandigen Dehnbüchse (4), die eine zentrale Aufnahme (5) für ein zu spannendes Bauteil bildet, und einem Spannring (6), welcher die Dehnbüchse (4) unter Bildung einer dazwischen liegenden ringförmigen Druckkammer ( 7 ) umgibt und mit dem Grundkörper (2) verschraubt ist, wobei die Druckkammer (7) mit einem Hydraulikmittel (11) gefüllt ist und die Dehnbüchse (4) elastisch verformt werden kann, um ein Bauteil in der Aufnahme (5) zu fixieren, indem der Spannring (6) unter Verkleinerung des Volumens der Druckkammer ( 7 ) durch Verdrehung gegenüber dem Grundkörper (2) axial verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (7) mit einem elastischen Feststoffkorper (11) als Hydraulikmittel gefüllt ist und ein Gleitringelement (12) zwischen dem elastischen Feststoffkorper (11) und einer Druckfläche (6a) des Spannrings (6) angeordnet ist, um eine axiale Druckkraft vom Spannring ( 6 ) auf den Feststoffkorper (11) zu übertragen.
2. Dehnspanneinrichtung mit einem Grundkörper (2), einer an einem axialen Endbereich des Grundkörpers (2) vorgesehenen dünnwandigen Dehnbüchse (4) und einem Spannring (6), welcher in die Dehnbüchse (4) unter Bildung einer dazwischen liegenden ringförmigen Druckkammer (7) eingreift und mit dem Grundkörper (2) verschraubt ist, wobei die Druckkammer (7) mit einem Hydraulikmittel (11) gefüllt ist und die Dehnbüchse (4) elastisch verformt werden kann, um ein Bauteil auf der Dehnbüchse (4) zu fixieren, indem der Spannring ( 6 ) unter Verkleinerung des Volumens der Druckkammer ( 7 ) durch Verdrehung gegenüber dem Grundkörper (2) axial verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (7) mit einem elastischen Feststoffkorper (11) als Hydraulikmittel gefüllt ist und ein Gleitringelement (12) zwischen dem elastischen Feststoffkorper (11) und einer Druckfläche (6a) des Spannrings (6) angeordnet ist, um eine axiale Druckkraft vom Spannring (6) auf den Feststoffkorper (11) zu übertragen.
3. Dehnspanneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffkorper (11) mehrere, nebeneinander liegend angeordnete Ringelemente (11a, 11b, 11c, lld) aufweist. Dehnspanneinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (7) einen wesentlichen konstanten Innen- und/oder Außendurchmesser besitzt.
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