DE102011054978A1 - Riemen mit einem Zugträger, insbesondere Carbon-Zugträger, der mit einem vernetzten Polyurethan präpariert ist, sowie Präparationsverfahren - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Riemen (1), bestehend wenigstens aus: – einem Riemenkörper aus einem polymeren Material mit elastischen Eigenschaften, umfassend eine Decklage (2) als Riemenrücken und einen Unterbau (4) mit einer Kraftübertragungszone (7); sowie – einem in dem Riemenkörper eingebetteten Zugträger (3) in Cordkonstruktion, wobei der Zugträger mit einem vernetzten Polyurethan präpariert ist, und zwar derart, dass das Polyurethan wenigstens einen Teil der Zugträgerhohlräume ausfüllt, wobei das Polyurethanfüllmaterial einerseits eine mechanische Anbindung zum Zugträger und anderseits einen Haftverbund mit dem Riemenkörper eingeht. Der erfindungsgemäße Riemen (1) zeichnet sich dadurch aus, dass das Polyurethanfüllmaterial 0,5 bis 10 Shore A härter ist als der Riemenkörper. Der Riemenkörper ist vorzugsweise ebenfalls aus einem vernetzten Polyurethan gebildet, insbesondere unter Einsatz eines Carbon-Zugträgers. Der Riemen (1) wird insbesondere für die Antriebstechnik verwendet. Er ist dabei insbesondere als Zahnriemen oder Keilrippenriemen ausgebildet. Ferner wird ein Präparationsverfahren für den Zugträger (3) eines derartigen Riemens (1) vorgestellt, und zwar nach zwei Verfahrensvarianten.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Riemen, bestehend wenigstens aus:
- – einem Riemenkörper aus einem polymeren Material mit elastischen Eigenschaften, umfassend eine Decklage als Riemenrücken und einen Unterbau mit einer Kraftübertragungszone; sowie
- – einem in dem Riemenkörper eingebetteten Zugträger in Cordkonstruktion, wobei der Zugträger mit einem vernetzten Polyurethan, gebildet aus einem Polyurethan-Präpolymer und einem Vernetzer, präpariert ist, und zwar derart, dass das Polyurethan wenigstens einen Teil der Zugträgerhohlräume ausfüllt, wobei das Polyurethanfüllmaterial einerseits eine mechanische Anbindung zum Zugträger und andererseits einen Haftverbund mit dem Riemenkörper eingeht.
- Ein Riemen der oben genannten Art spielt insbesondere in der Antriebstechnik eine herausragende Rolle. Derartige Riemen, die auch als Antriebsriemen oder Kraftübertragungsriemen bezeichnet werden, können als Flachriemen, Keilriemen, Keilrippenriemen, Zahnriemen oder als Verbundseile ausgebildet sein. Die Kraftübertragungszone korrespondiert dabei mit dem Riementrieb. Diesbezüglich wird insbesondere auf folgende Patentliteratur verwiesen:
DE 38 23 157 A1 ,DE 100 16 351 A1 ,DE 10 2006 007 509 A1 ,DE 10 2007 062 285 A1 ,DE 10 2008 012 044 A1 ,DE 10 2009 044 153 A1 ,EP 0 841 500 A2 ,WO 2005/080821 A1 WO 2006/066669 A1 WO 2011/068729 A1 US 3 981 206 ,US 5 417 618 undUS 6 491 598 . - Darüber hinaus ist es bekannt, Riemen zur Förderung von Materialien einzusetzen, wobei derartige Riemen auch als Transportbänder oder Fördergurte bezeichnet werden. Die Decklage als Riemenrücken wäre dann hier die tragseitige Deckplatte für das Fördermaterial. Der Unterbau wäre dann wiederum die laufseitige Deckplatte, die Kontakt mit einer Antriebstrommel hat.
- Die Elastizität eines Riemens wird dadurch erreicht, dass der Riemenkörper und somit die Decklage und der Unterbau aus einem polymeren Material mit elastischen Eigenschaften bestehen, wobei hier insbesondere die beiden Materialgruppen Elastomere und thermoplastische Elastomere zu nennen sind. Von besonderer Bedeutung sind Elastomere auf der Basis einer vernetzten Kautschukmischung, enthaltend wenigstens eine Kautschukkomponente und Mischungsingredienzien. Als Kautschukkomponente wird insbesondere Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPM), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), (teil)hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR), Fluor-Kautschuk (FKM), Naturkautschuk (NR), Chloropren-Kautschuk (CR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Butadien-Kautschuk (BR) oder Polyurethan (PU) eingesetzt, die unverschnitten oder mit wenigstens einer weiteren Kautschukkomponente, insbesondere mit einem der vorgenannten Kautschuktypen, verschnitten sind, beispielsweise in Form eines EPM/EPDM- oder SBR/BR-Verschnittes. Von besonderer Bedeutung ist dabei HNBR, EPM, EPDM, PU oder ein EPM/EPDM-Verschnitt. Die Mischungsingredienzien umfassen wenigstens einen Vernetzer oder ein Vernetzersystem (Vernetzungsmittel und Beschleuniger). Weitere Mischungsingredienzien sind zumeist noch ein Füllstoff und/oder ein Verarbeitungshilfsmittel und/oder ein Weichmacher und/oder ein Alterungsschutzmittel sowie gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe, beispielsweise Fasern zwecks Verstärkung und Farbpigmente. Diesbezüglich wird auf den allgemeinen Stand der Kautschukmischungstechnologie verwiesen.
- Der Riemen ist mit einem eingebetteten Zugträger versehen, der aus wenigstens einem in Riemenlängsrichtung verlaufenden Zugstrang gebildet ist. Zumeist bilden mehrere Zugstränge eine Zugträgerlage. Von besonderer Bedeutung ist dabei ein Zugstrang in Cordkonstruktion, wobei es diesbezüglich nach dem Stand der Technik verschiedene Werkstoffkonzeptionen gibt. Die wesentlichen Werkstofftypen sind: Stahl, Polyamid (PA), Aramid, Polyester, Carbon (Kohle), Basalt, Polyetheretherketon (PEEK), Polyethylentherephthalat (PET), Polybenzoxazol (PBO) oder Polyethylen-2,6-naphthalat (PEN).
- Insbesondere die Kraftübertragungszone eines Riemens für die Antriebstechnik wird mit einer abriebfesten Beschichtung versehen, die zusätzlich zur Geräuschreduzierung dient und zudem noch ölbeständig ausgerüstet sein kann. Eingesetzt wird dabei eine Flockauflage, insbesondere in Form eines Baumwoll- oder Aramidflocks, eine dünne mit Fasern (z.B. Aramidfasern) gefüllte elastische Polymerschicht, eine Textilauflage, insbesondere in Form eines Gewebes, Gewirkes oder Gestrickes, oder eine Folie (z.B. PTFE-Folie) oder ein Folienverbund (z.B. PA-PTFE-Folie). Von besonderer Bedeutung ist das Gewebe. Die hier genannten Beschichtungen werden auf der Kontaktseite zum Riemenkörper, insbesondere zu dessen Unterbau, zumeist haftfreundlich präpariert, beispielsweise mit einem Resorcin-Formaldehyd-Latex (RFL).
- Im Folgenden wird nun auf den Stand der Technik der Polyurethan-Präparation des Zugträgers näher eingegangen.
- – In der Offenlegungsschrift
EP 0 841 500 A2 wird ein Zahnriemen vorgestellt, bei dem der Riemenkörper aus einem gegossenen Polyurethan besteht. Der eingebettete Zugträger in Cordkonstruktion ist aus Carbon-Fasern gebildet, verbunden mit einer Cordbearbeitung. Beim Gießen des Riemens wird dabei nur ein Teil der Zugträgerhohlräume mit der Polyurethangießmasse ausgefüllt. Nachteilig ist, dass eine derartige Präparation des Zugträgers mit Polyurethan voraussetzt, dass der Riemenkörper ebenfalls aus einem Polyurethan der gleichen Zusammensetzung besteht. Es wird also keine Rücksicht genommen auf die unterschiedlichen Eigenschaften des Carbon-Zugträgers und des Riemenkörpers. - – Aus der Offenlegungsschrift
WO 2011/068729 A1 - Durch Reaktion eines Polyols mit einem Diisocyanat entsteht zunächst das Polyurethan-Präpolymer, verbunden mit einer anschließenden Vernetzung mit einem Diamin und/oder mit Wasser, insbesondere ausschließlich mit Wasser. In diesem Zusammenhang wird auch im Rahmen einer vorgeschalteten Verfahrensstufe ein Präparationsverfahren für den Zugträger vorgestellt, und zwar unter dem Gesichtspunkt eines „Zwei-Bäder-Konzeptes“. In einem Gemisch aus einem Polyurethan-Präpolymer und einem inerten Lösungsmittel bzw. Dispergiermittel wird der Zugträger getränkt, verbunden mit einer zumindest teilweisen Füllung der Zugträgerhohlräume mit diesem Gemisch. Danach erfolgt eine Trocknung. Abschließend wird eine Vernetzung mit Wasser durchgeführt. Danach erfolgt die Produktion des Riemens mit dem auf diese Weise präparierten Zugträger.
- Der Riemenkörper selbst kann aus einem anderen Material bestehen, wobei vorzugsweise ebenfalls ein vernetztes Polyurethan eingesetzt wird, das jedoch eine andere Zusammensetzung als das Polyurethan für die Zugträgerpräparation aufweisen kann.
- Im Rahmen einer Weiterentwicklung der Lehre gemäß
WO 2011/068729 A1 - Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass das Polyurethanfüllmaterial 0,5 bis 10 Shore A härter ist als der Riemenkörper.
- Die vorteilhaften Gestaltungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Riemens sind:
- – Das Polyurethanfüllmaterial ist 2 bis 5 Shore A härter als der Riemenkörper.
- – Das Polyurethanfüllmaterial füllt wenigstens 20 %, insbesondere wenigstens 30 %, der Zugträgerhohlräume aus. Auch ein 100 %-iger Füllungsgrad ist möglich.
- – Das Polyurethanfüllmaterial wird mittels eines Diols, insbesondere eines Butandiols insbesondere wiederum mittels 1,4-Butandiol, vernetzt. Bei der Präpolymerbildung kann beispielsweise auf die Polyole und Diisocyanate, die in der Offenlegungsschrift
WO 2011/068729 A1 - – Der Riemenkörper selbst kann aus einem anderen Material gebildet sein. Vorzugsweise besteht der Riemenkörper ebenfalls aus einem vernetzten Polyurethan, das jedoch nicht die gleiche Zusammensetzung haben muss wie das Polyurethanfüllmaterial.
- – Der Zugträger ist aus einem faserförmigen Material gebildet, insbesondere aus Carbon-Fasern, Glas-Fasern, Aramid-Fasern oder nach einer neueren Entwicklung aus Basalt-Fasern (
DE 10 2009 044 153 A1 ). Bei den Aramid-Fasern können Para-Aramid oder Meta-Aramid verwendet werden. Von besonderer Bedeutung ist jedoch die Zugträgerbildung aus Carbon-Fasern. - – Der Riemen wird insbesondere für die Antriebstechnik verwendet. Er ist dabei insbesondere als Zahnriemen oder Keilrippenriemen ausgebildet.
- Ein weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Präparationsverfahren für den Zugträger eines Riemens der vorgenannten Art bereitzustellen, bei der die Präparation des Zugträgers mit einem vernetzen Polyurethan wirtschaftlich ist, und zwar unter Erfüllung der eingangs gestellten Anforderungen an den Riemen.
- Gelöst wird diese Aufgabe durch zwei Verfahrensvarianten I oder II, die im Folgenden näher vorgestellt werden.
- – Verfahrensvariante I
- Im Rahmen einer vorgeschalten Verfahrensstufe der Riemenfertigung wird in einer einzigen Präparationsstufe der Zugträger in einem Gemisch aus einem Polyurethan-Präpolymer, einem Vernetzer und einem inerten Lösungsmittel oder Dispergiermittel, beispielsweise Toluol, getränkt, wobei das Gemisch wenigstens einen Teil der Zugträgerhohlräume ausfüllt, verbunden mit einer anschließenden Trocknung des präparierten Zugträgers.
- Während das Gemisch in die Zugträgerhohlräume eindringt, findet bereits eine beginnende Vernetzung statt, wobei zumeist im Rahmen der anschließenden Trocknung eine weitere Vernetzung (Ausvernetzung) erfolgt.
- – Verfahrensvariante II
- Im Rahmen einer ebenfalls vorgeschalteten Verfahrensstufe der Riemenfertigung wird in wenigstens zwei Präparationsstufen der Zugträger in jeweils einem Gemisch aus einem Polyurethan-Präpolymer, einem Vernetzer und einem inerten Lösungsmittel oder Dispergiermittel, beispielsweise wiederum Toluol, getränkt, wobei das jeweilige Gemisch wenigstens einen Teil der Zugträgerhohlräume ausfüllt, verbunden mit einer anschließenden Trocknung.
- Bei jeder Präparationsstufe kann das gleiche Gemisch eingesetzt werden.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei jeder Präparationsstufe ein anderes Gemisch eingesetzt wird. Durch unterschiedliche Präparationsgemische kann nämlich die angestrebte Härte-/Steifigkeits-Abstufung weiter optimiert werden.
- Darüber hinaus kann zwischen jeder Präparationsstufe eine Trocknung durchgeführt werden.
- Hinsichtlich des Vernetzungsablaufs beim Füllvorgang und bei der Trocknung wird auf die Verfahrensvariante I verwiesen.
- Bei beiden Verfahrensvarianten I und II, die sich von der Präparationslehre gemäß der Offenlegungsschrift
WO 2011/068729 A1 - Mit dem nach beiden Verfahrensvarianten I und II präparierten Zugträger wird dann die Riemenfertigung unter Einbezug der Lehre gemäß Anspruch 1 vorgenommen. Ansonsten wird hinsichtlich der Riemenfertigung beispielsweise auf den eingangs zitierten Stand der Riementechnologie verwiesen.
- Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Zahnriemen; -
2 eine Litze, gebildet aus Filamenten als Basis einer Cordkonstruktion. -
1 zeigt einen Riemen1 in Form eines Zahnriemens mit einer Decklage2 als Riemenrücken, einem eingebetteten Zugträger3 mit mehreren in Riemenlängsrichtung parallel verlaufenden Zugsträngen sowie einem Unterbau4 . Der Unterbau ist mit einer zahnförmigen Profilierung, umfassend Zähne5 und Zahnstege6 , versehen und umfasst die Kraftübertragungszone7 . - Die Decklage
2 und der Unterbau4 bilden dabei als Gesamteinheit den Riemenkörper aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften. Hinsichtlich der bevorzugten diesbezüglichen Materialbasis wird auf die Beschreibungseinleitung zum Stand der Technik verwiesen. Von besonderer Bedeutung ist dabei der Einsatz von vernetztem Polyurethan. - Der Zugträger
3 in Cordkonstruktion ist insbesondere aus Carbon-Fasern gebildet, wobei der Zugträger mit einem vernetzten Polyurethan präpariert ist, was in Verbindung mit2 noch näher erläutert wird. - Die Kraftübertragungszone
7 des Riemens ist besonders verschleißanfällig durch Abrieb, Hitze und den Einfluss durch Öle. Aus diesem Grunde wird die Kraftübertragungszone zumeist mit einer Textilauflage8 , beispielsweise in Form eines Gewebes, versehen. Diese Textilauflage wird beispielsweise nach der Lehre des DokumentesWO 2005/080821 A1 9 gebildet wird. Die beiden Teilschichten8 und9 mit unterschiedlichen Funktionen treten hier als gemeinsame Schutzschicht auf. - Auch die Decklage
2 des Riemens1 kann mit einer Textilauflage versehen werden, beispielsweise in der oben beschriebenen Art. - Der Riemen
1 in seiner besonderen Ausführung als Zahnriemen ist besonders dafür geeignet, eine Ölpumpe eines Motors, beispielsweise eines KFZ-Motors, anzutreiben. -
2 zeigt eine Litze10 , gebildet aus einer Gruppe von Filamenten11 , wobei 100 bis 1000 Filamente, insbesondere 500 bis 700 Filamente, eine Litze bilden. Die Litze liegt dabei zumeist als Litzenhelix vor, was in der2 verdeutlicht wird. Eine Gruppe von Litzen bildet schließlich den Cord. Zumeist besteht ein Cord aus wenigstens fünf Litzen, insbesondere aus10 bis20 Litzen. - Die Filamente
11 sind aus einem Fasermaterial gebildet, insbesondere aus Carbon-Fasern. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Faserfilamenten. - Die gesamte Cordkonstruktion, umfassend das Gesamtsystem von Fasern, Filamenten und Litzen, beinhaltet Hohlräume, nämlich innerhalb der Fasern sowie zwischen den Filamenten und Litzen, die nun im Rahmen der Präparation mit dem vernetzten Polyurethan zumindest teilweise ausgefüllt werden, wobei das Polyurethanfüllmaterial 0,5 bis 10 Shore A, insbesondere 2 bis 5 Shore A, härter ist als der Riemenkörper, verbunden mit einer sehr guten mechanischen Anbindung zu den Faserfilamenten und somit zum Zugträger und mit einer sehr guten chemischen Anbindung zum Riemenkörper. Darüber hinaus ist hiermit ein weicher Kraftübergang realisiert, verbunden mit verminderten Scherkräften. Dies führt schließlich zu einer höheren Lebensdauer des Riemens.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Riemen in Form eines Zahnriemens
- 2
- Decklage als Riemenrücken
- 3
- Zugträger
- 4
- Unterbau
- 5
- Zahn
- 6
- Zahnsteg
- 7
- Kraftübertragungszone
- 8
- Textilauflage (Zahnauflage)
- 9
- Schutzschicht
- 10
- Litze
- 11
- Filament
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 3823157 A1 [0002]
- DE 10016351 A1 [0002]
- DE 102006007509 A1 [0002]
- DE 102007062285 A1 [0002]
- DE 102008012044 A1 [0002]
- DE 102009044153 A1 [0002, 0012]
- EP 0841500 A2 [0002, 0007]
- WO 2005/080821 A1 [0002, 0030]
- WO 2006/066669 A1 [0002]
- WO 2011/068729 A1 [0002, 0007, 0010, 0012, 0022]
- US 3981206 [0002]
- US 5417618 [0002]
- US 6491598 [0002]
Claims (17)
- Riemen (
1 ), bestehend wenigstens aus: – einem Riemenkörper aus einem polymeren Material mit elastischen Eigenschaften, umfassend eine Decklage (2 ) als Riemenrücken und einen Unterbau (4 ) mit einer Kraftübertragungszone (7 ); sowie – einem in dem Riemenkörper eingebetteten Zugträger (3 ) in Cordkonstruktion, wobei der Zugträger mit einem vernetzten Polyurethan, gebildet aus einem Polyurethan-Präpolymer und einem Vernetzer, präpariert ist, und zwar derart, dass das Polyurethan wenigstens einen Teil der Zugträgerhohlräume ausfüllt, wobei das Polyurethanfüllmaterial einerseits eine mechanische Anbindung zum Zugträger und andererseits einen Haftverbund mit dem Riemenkörper eingeht; dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethanfüllmaterial 0,5 bis 10 Shore A härter ist als der Riemenkörper. - Riemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethanfüllmaterial 2 bis 5 Shore A härter ist als der Riemenkörper.
- Riemen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethanfüllmaterial wenigstens 20 % der Zugträgerhohlräume ausfüllt.
- Riemen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethanfüllmaterial wenigstens 30 % der Zugträgerhohlräume ausfüllt.
- Riemen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethanfüllmaterial mittels eines Diols vernetzt ist.
- Riemen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethanfüllmaterial mittels eines Butandiols vernetzt ist.
- Riemen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethanfüllmaterial mittels 1,4-Butandiol vernetzt ist.
- Riemen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemenkörper aus einem vernetzten Polurethan besteht.
- Riemen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugträger (
3 ) aus einem faserförmigen Material gebildet ist. - Riemen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugträger (
3 ) aus Carbon-Fasern, Glas-Fasern, Aramid-Fasern oder Basalt-Fasern gebildet ist. - Riemen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugträger (
3 ) aus Carbon-Fasern gebildet ist. - Riemen nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Verwendung in der Antriebstechnik. Riemen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen (
1 ) als Zahnriemen oder Keilrippenriemen ausgebildet ist. - Verfahren zur Präparation des Zugträgers (
3 ) eines Riemens (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen einer vorgeschalteten Verfahrensstufe der Riemenfertigung in einer einzigen Präparationsstufe der Zugträger (3 ) in einem Gemisch aus einem Polyurethan-Präpolymer, einem Vernetzer und einem inerten Lösungsmittel oder Dispergiermittel getränkt wird, wobei das Gemisch wenigstens einen Teil der Zugträgerhohlräume ausfüllt, verbunden mit einer anschließenden Trocknung des präparierten Zugträgers (3 ). - Verfahren zur Präparation des Zugträgers (
3 ) eines Riemens (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen einer vorgeschalteten Verfahrensstufe der Riemenfertigung in wenigstens zwei Präparationsstufen der Zugträger (3 ) in jeweils einem Gemisch aus einem Polyurethan-Präpolymer, einem Vernetzer und einem inerten Lösungsmittel oder Dispergiermittel getränkt wird, wobei das jeweilige Gemisch wenigstens einen Teil der Zugträgerhohlräume ausfüllt, verbunden mit einer anschließenden Trocknung des präparierten Zugträgers (3 ). - Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Präparationsstufe das gleiche Gemisch eingesetzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Präparationsstufe ein anderes Gemisch eingesetzt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeder Präparationsstufe eine Trocknung durchgeführt wird.
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EP12784535.2A EP2773500B1 (de) | 2011-11-02 | 2012-10-29 | Riemen mit einem zugträger, insbesondere carbon-zugträger, der mit einem vernetzten polyurethan präpariert ist, sowie präparationsverfahren |
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PCT/EP2012/071343 WO2013064446A1 (de) | 2011-11-02 | 2012-10-29 | Riemen mit einem zugträger, insbesondere carbon-zugträger, der mit einem vernetzten polyurethan präpariert ist, sowie präparationsverfahren |
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