DE102012215739A1 - Radial needle ring for bearing mass balance shaft reducing free mass force of reciprocating piston engine, has cross webs formed with extensions, which are provided as supports of needle ring on outer casing surface or bearing inner ring - Google Patents

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Abstract

The needle ring (1) has side rings (3, 4) and three cross webs (5) of a needle cage (2) including a radial height, which is designed smaller than a diameter of bearing needles (6). The cross webs are uniformly arranged at a distance relative to each other, and formed with extensions (13). The extensions extend radially or approximately upto an outer casing surface (9) of a shaft (10) or a bearing inner ring. The extensions are provided as supports of the needle ring on the outer casing surface or the inner ring. The needle cage is made of duroplastic.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft einen Radialnadelkranz nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, welcher insbesondere vorteilhaft für die Lagerung einer Massenausgleichswelle eines Hubkolbenmotors anwendbar ist.The invention relates to a radial needle ring according to the preamble forming features of claim 1, which is particularly advantageous for the storage of a mass balance shaft of a reciprocating engine applicable.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Moderne Hubkolbenmotoren weisen zur Reduzierung von Betriebsgeräuschen und Vibrationen meist eine oder zwei Massenausgleichswellen auf, mit denen die freien Massenkräfte des Hubkolbenmotors reduziert oder beseitigt werden. Diese Massenausgleichswellen werden durch Zahnräder, Ketten oder Zahnriemen von der Kurbelwelle synchron angetrieben und weisen exzentrische Gewichte auf, deren erzeugte Massenkräfte denjenigen des Kurbeltriebs entgegen wirken. Je nach Motorbauart verwendet man dabei Massenausgleichswellen, die mit einfacher oder doppelter Kurbelwellendrehzahl laufen und in Gleitlagern in Bohrungen im Kurbelgehäuse gelagert sind. Zur Senkung von Kraftstoffverbrauch und CO2-Emission und zur weiteren Steigerung des Laufkomforts haben sich bei den neuesten Motorengenerationen auch wälzgelagerte Leichtbau-Massenausgleichswellen durchgesetzt. Die reibungsmindernde Wälzlagerung der Massenausgleichswellen hat dabei gegenüber den bislang verwendeten Gleitlagern den Vorteil, dass die Energieeffizienz des Hubkolbenmotors deutlich verbessert und die bislang obligatorische Druckölschmierung überflüssig wird und dass die Massenausgleichswellen mit einem gewichtsoptimiertes Layout mit einer um rund ein Drittel reduzierten Masse ausgebildet werden können, durch welche die Drehträgheit der Welle und verringert wird.Modern reciprocating engines usually have to reduce operating noise and vibration on one or two mass balance shafts with which the free mass forces of the reciprocating engine are reduced or eliminated. These balancer shafts are synchronously driven by gears, chains or timing belts of the crankshaft and have eccentric weights, the mass forces generated counteract those of the crank mechanism. Depending on the engine type, mass balance shafts are used which run at single or double crankshaft speed and are mounted in slide bearings in bores in the crankcase. To reduce fuel consumption and CO 2 emissions and to further increase running comfort, rolling-bearing lightweight mass balance shafts have also gained acceptance in the latest engine generations. The friction-reducing rolling bearing mass balancing shafts has the advantage over the previously used plain bearings that the energy efficiency of the reciprocating engine significantly improved and the previously mandatory pressure oil lubrication is unnecessary and that the balancer shafts can be formed with a weight-optimized layout with reduced by about one-third mass, through which the rotational inertia of the shaft and is reduced.

Zur Wälzlagerung von Massenausgleichswellen haben sich vor allem Radialnadelkränze als besonders geeignet erwiesen, da diese sehr tragfähig, für hohe Drehzahlen geeignet und besonders montagefreundlich sind und durch ihre lediglich dem Durchmesser der Lagernadeln entsprechende geringe radiale Bauhöhe Lagerungen mit geringstem radialem Bauraum ermöglichen. Derartige Radialnadelkränze sind unter anderem durch den von der Anmelderin herausgegebenen Katalog „Wälzlager” vom Oktober 2008 auf den Seiten 665 bis 678 bekannt und bestehen im Wesentlichen aus einem in Umfangsrichtung durchgängig geschlossenen oder über einen Trennschlitz mit Verbindungselementen schließbaren Nadelkäfig, der durch zwei Seitenringe und eine Vielzahl diese Seitenringe miteinander verbindender Querstege gebildet wird, und aus einer Vielzahl von Lagernadeln, die in mehreren jeweils zwischen zwei Querstegen des Nadelkäfigs gebildeten Käfigtaschen in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden, wobei die Seitenringe und die Querstege des Nadelkäfigs die gleiche, kleiner als der Durchmessers der Lagernadeln ausgebildete Radialhöhe aufweisen. Die Lagernadeln rollen dann auf einer als Innenlaufbahn ausgebildeten Außenmantelfläche einer Welle oder eines Lagerinnenrings sowie auf einer als Außenlaufbahn ausgebildeten Innenmantelfläche einer Gehäusebohrung oder eines Lageraußenrings ab, wobei bei Massenausgleichswellen in der Regel zwei Lagerstellen vorgesehen sind, bei denen die Innenlaufbahn der Lagernadeln durch zwei Wellenverdickungen und die Außenlaufbahn der Lagernadeln durch zwei Gehäusebohrungen gebildet wird.For rolling bearings of balancer shafts especially radial needle rims have proven particularly suitable because they are very stable, suitable for high speeds and very easy to install and allow their only the diameter of the bearing needles corresponding low radial height bearings with minimal radial space. Such radial needle rims are inter alia by the published by the applicant catalog "Rolling Bearings" from October 2008 on pages 665 to 678 are known and consist essentially of a circumferentially continuous or closed via a separating slot with fasteners needle cage, which is formed by two side rings and a plurality of these side rings interconnecting transverse webs, and from a plurality of bearing needles, in each case between two transverse webs of Needle cage formed cage pockets are held in the circumferential direction at equal distances from each other, wherein the side rings and the transverse webs of the needle cage have the same, smaller than the diameter of the bearing needles formed radial height. The bearing needles then roll on an outer circumferential surface formed as an inner raceway of a shaft or a bearing inner ring and on an outer circumferential surface of a housing bore or a bearing outer ring, wherein mass balance shafts usually two bearings are provided in which the inner race of the bearing needles by two wave thickening and the outer race of the bearing needles is formed by two housing bores.

Da bei bestimmten Bauformen von Massenausgleichswellen aufgrund der Form und Anordnung der exzentrischen Gewichte jedoch Radialnadelkränze mit durchgängig geschlossenen Nadelkäfigen nicht ungehindert auf die Lagerstellen aufschiebbar sind, kommen in solchen Fällen aus einem Kunststoff hergestellte Nadelkäfige mit einem Trennschlitz und Verbindungselementen an den Trennenden zur Anwendung. Durch den Trennschlitz im Nadelkäfig können die bestückten Radialnadelkränze dann vor der Montage der Massenausgleichswelle um einen definierten Winkel geöffnet und auf die Lagerstellen aufgeschoben werden, um sie abschließend über die Verbindungselemente wieder zu schließen und die so vormontierte Welle in die Gehäusebohrungen einzuführen.However, as in certain designs of balancer shafts due to the shape and arrangement of the eccentric weights radial needle racks with fully closed needle cages are not freely pushed onto the bearings, come in such cases made of a plastic needle cages with a separating slot and fasteners at the dividing ends for use. Through the separating slot in the needle cage, the populated radial needle rims can then be opened by a defined angle and pushed onto the bearings before mounting the mass balance shaft to finally close them again via the connecting elements and introduce the pre-assembled shaft into the housing bores.

In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, dass es bei der Montage dieser Massenausgleichswellen in den Gehäusebohrungen auf der Basis der Taschengeometrie des Nadelkäfigs zu einem schwerkraftbedingten Durchhang der Lagernadeln innerhalb der auf die Lagerstellen aufgesetzten Radialnadelkränze kommt, durch den die Stirnseiten der unteren Lagernadeln beim Einführen der Massenausgleichswelle am unteren Rand der Gehäusebohrungen hängen bleiben und eine prozesssichere Montage der Massenausgleichswelle verhindern.In practice, however, it has been found that during assembly of these balancing shafts in the housing bores on the basis of the pocket geometry of the needle cage, there is a gravitational slack in the bearing needles within the radial needle rims placed on the bearing bearings, through which the end faces of the lower bearing needles during insertion the mass balance shaft stuck at the bottom of the housing bores and prevent reliable assembly of mass balance shaft.

Zur Vermeidung eines solchen schwerkraftbedingten Durchhängens der Lagernadeln wurde es deshalb durch die DE 10 2004 020 624 A1 vorgeschlagen, den Nadelkäfig nach dem Befüllen mit den Lagernadeln einem Kalibriervorgang zu unterwerfen, bei dem durch Aufbringen einer Kraft in radialer Richtung auf die Lagernadeln an den in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Flächen der Querstege der Käfigtaschen durch die Lagernadeln eine plastische Materialverschiebung hervorgerufen wird, durch die ein eingeengtes Spiel zwischen den Lagernadeln und dem Nadelkäfig erreicht wird.To avoid such a gravitational sagging of the bearing needles, it was therefore due to the DE 10 2004 020 624 A1 proposed to subject the needle cage after filling with the bearing needles a calibration process in which by applying a force in the radial direction on the bearing needles on the circumferentially opposite surfaces of the transverse webs of the cage pockets by the bearing needles a plastic material displacement is caused by a constricted Game between the bearing needles and the needle cage is achieved.

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass mit einem solchen Kalibriervorgang zwar der Durchhang der Lagernadeln vermeiden lässt, gleichzeitig aber damit der Nachteil verbunden ist, dass sich durch die engeren Halterungen der Lagernadeln in den Käfigtaschen deren Reibung erhöht, durch die es zu einem erhöhten Verschleiß sowie zu einer Verringerung des Gebrauchsdauer des Radialnadelkranzes kommt. Auch in fertigungstechnischer Hinsicht hat sich solch ein Kalibriervorgang als eher nachteilig erwiesen, da dieser in einem zusätzlichen Fertigungsschritt durchgeführt werden muss, der zum einen die Herstellungskosten des Radialnadelkranzes erhöht und zum anderen durch seine schwierige Durchführbarkeit die fertigungsbedingte Ausschussrate erhöht.However, it has been found that with such a calibration although the sag avoid the needles, but at the same time is associated with the disadvantage that increases by the tighter brackets of the bearing needles in the cage pockets their friction, which leads to increased wear and a reduction in the service life of the Radialnadelkranzes. Also, in terms of manufacturing technology, such a calibration has proven to be rather disadvantageous, since this must be carried out in an additional manufacturing step, on the one hand increases the cost of the Radialnadelkranzes and on the other hand increases the production-related reject rate due to its difficult feasibility.

Eine weitere Möglichkeit, das schwerkraftbedingte Durchhängen der Lagernadeln an einem Radialnadelkranz zu vermeiden ist durch die DE 10 2010 045 875 A1 bekannt. Mit dieser Druckschrift wird vorgeschlagen, den Nadelkäfig zumindest an einer Seite axial neben den Lagernadeln mit einer Montagefase oder Anfasungselementen auszubilden, deren radiale Erstreckung mit zunehmendem Abstand zu den Nadelrollen abnimmt. Durch eine solche axiale Erweiterung eines der Seitenringe des Nadelkäfigs soll somit eine kegelförmige Rampe entstehen, über die der Nadelkäfig zusammen mit den Lagernadeln beim Einschieben der Welle in die Gehäusebohrung angehoben und die Koaxialität zwischen dem Gehäuse und dem Radialnadelkranz hergestellt wird.Another way to avoid the gravitational sagging of the bearing needles on a Radialnadelkranz is through the DE 10 2010 045 875 A1 known. With this document, it is proposed to form the needle cage at least on one side axially next to the bearing needles with a Montagefase or chamfering, the radial extent decreases with increasing distance to the needle rollers. Such an axial extension of one of the side rings of the needle cage should thus create a conical ramp over which the needle cage is lifted together with the bearing needles upon insertion of the shaft into the housing bore and the coaxiality between the housing and the radial needle ring is produced.

Nachteilig bei dieser Lösung ist es jedoch, dass die kegelförmige Montagefase an einem derartigen Nadelkäfig zusätzlichen axialen Bauraum für den Radialnadelkranz erfordert, der in vielen Anwendungen nicht ohne aufwändige Änderungen der Umgebungskonstruktion zur Verfügung steht.A disadvantage of this solution, however, is that the conical mounting bevel on such a needle cage requires additional axial space for the radial needle ring, which is not available in many applications without costly changes in the surrounding construction available.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, einen Radialnadelkranz, insbesondere für die Lagerung einer Massenausgleichswelle eines Hubkolbenmotors, zu konzipieren, bei welchem auf fertigungstechnisch einfache und kostengünstige Weise und unter Einhaltung des vorhandenen axialen Bauraumes ein Durchhang des Radialnadelkranzes beim Einsetzen der Welle in die Gehäusebohrung oder den Lageraußenring vermieden wird.Based on the stated disadvantages of the solutions of the known prior art, the invention is therefore based on the object to design a radial needle ring, in particular for the storage of a mass balance shaft of a reciprocating engine, in which on production technology simple and cost-effective manner and while maintaining the existing axial Installation space a slack of the radial needle ring when inserting the shaft into the housing bore or the bearing outer ring is avoided.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Radialnadelkranz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass wenigstens drei gleichmäßig zueinander beabstandete Querstege des Nadelkäfigs mit sich radial bis oder nahezu bis zur Außenmantelfläche der Welle oder des Lagerinnenrings erstreckenden Verlängerungen ausgebildet sind, die als Abstützungen des Radialnadelkranzes auf der Außenmantelfläche der Welle oder dem Lagerinnenring vorgesehen sind.According to the invention this object is achieved in a radial needle ring according to the preamble of claim 1 such that at least three equally spaced transverse webs of the needle cage are formed with radially to or nearly to the outer surface of the shaft or the bearing inner ring extending extensions, which as supports of the Radialnadelkranzes on the outer circumferential surface of the shaft or the bearing inner ring are provided.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialnadelkranzes werden in den Unteransprüchen beschrieben.Preferred embodiments and further developments of the inventively embodied radial needle ring are described in the subclaims.

Danach ist es gemäß Anspruch 2 bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Radialnadelkranz vorgesehen, dass die Verlängerungen der Querstege in Umfangsrichtung die gleiche Breite wie die Querstege selbst aufweisen, in ihrer axialen Länge jedoch kürzer als die Käfigtaschen im Nadelkäfig ausgebildet und axial mittig an die Querstege angeformt sind. Eine solche Ausbildung der Verlängerungen an den Querstegen stellt jedoch nur eine bevorzugte Ausführungsform dar und schließt nicht aus, die Verlängerungen schmaler als die Querstege und/oder gleichlang bzw. länger als die Käfigtaschen auszubilden.Thereafter, it is provided according to claim 2 in the present invention formed radial needle ring, that the extensions of the transverse webs in the circumferential direction have the same width as the transverse webs themselves, but shorter in their axial length than the cage pockets in the needle cage and formed axially centrally on the transverse webs. Such a configuration of the extensions on the transverse webs, however, represents only a preferred embodiment and does not exclude that the extensions are narrower than the transverse webs and / or form the same length or longer than the cage pockets.

Nach Anspruch 3 ist es eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialnadelkranzes, dass die Verlängerungen der Querstege des Nadelkäfigs im Längsquerschnitt rechteckig ausgebildet sind und über die gesamte axiale Länge ihrer freien Radialstirnseite mit der Außenmantelfläche der Welle oder dem Lagerinnenring in Linienkontakt stehen. Diese Ausführungsform hat sich als fertigungstechnisch am einfachsten herstellbar erwiesen, wobei es zur Vermeidung einer erhöhten Reibung zwischen der Welle und den Verlängerungen im Lagerbetrieb zweckmäßig ist, deren Radialstirnseite zusätzlich im Querschnitt abgerundet auszubilden.According to claim 3, it is a first preferred embodiment of the present invention formed radial needle ring that the extensions of the transverse webs of the needle cage in the longitudinal cross-section are rectangular and over the entire axial length of their free radial face with the outer surface of the shaft or the bearing inner ring are in line contact. This embodiment has proved to be the simplest to produce as production technology, wherein it is expedient to avoid increased friction between the shaft and the extensions in storage operation, the radial end face additionally rounded in cross-section.

Gemäß Anspruch 4 zeichnet sich eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialnadelkranzes dagegen dadurch aus, dass die Verlängerungen der Querstege im Längsquerschnitt rechteckig mit beidseitig zu den Seitenringen hin abgeschrägten Eckbereichen ausgebildet sind und nur über die axiale Länge der zwischen den Eckbereichen verbleibenden freien Radialstirnseite mit der Außenmantelfläche der Welle oder dem Lagerinnenring in Linienkontakt stehen. Die abgeschrägten Eckbereiche der Verlängerungen tragen somit ebenfalls zur Reibungsminderung zwischen der Welle und den Verlängerungen im Lagerbetrieb bei und bewirken zugleich, dass das im Radialnadelkranz befindliche Schmiermittel nicht von den Verlängerungen schneepflugartig aus dem Radialnadelkranz herausgefördert wird.In contrast, according to claim 4, a second embodiment of the radial needle ring according to the invention is characterized in that the extensions of the transverse webs in the longitudinal cross section are formed rectangular with corner regions beveled on both sides to the side rings and only over the axial length of the free radial end face remaining between the corner regions with the outer circumferential surface the shaft or the bearing inner ring are in line contact. The bevelled corner regions of the extensions thus also contribute to the reduction of friction between the shaft and the extensions in storage operation and at the same time cause that the lubricant located in the radial needle ring is not conveyed snowplough-like from the extensions of the radial needle ring.

Weiterhin ist es nach Anspruch 5 eine bevorzugte dritte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialnadelkranzes, dass die Verlängerungen der Querstege im Längsquerschnitt rechteckig mit aus der freien Radialstirnseite ausgeklinktem Mittelbereich ausgebildet sind und nur über die axiale Länge der beidseitig neben dem Mittelbereich verbleibenden Endbereiche der freien Radialstirnseite mit der Außenmantelfläche der Welle oder dem Lagerinnenring in Linienkontakt stehen. Mit einer solchen Ausführungsform sind ebenfalls alle Vorteile der vorgenannten Ausführungsformen hinsichtlich Reibungsminderung und Vermeidung der Schmiermittelableitung erzielbar.Furthermore, it is according to claim 5, a preferred third embodiment of the present invention formed radial needle ring, that the extensions of the transverse webs in the longitudinal cross section are formed rectangular with notched out of the free radial end face central region and are only in line contact with the outer circumferential surface of the shaft or the bearing inner ring over the axial length of the remaining on both sides next to the central region end portions of the free radial end face. With such an embodiment, all the advantages of the aforementioned embodiments with respect to friction reduction and avoidance of the lubricant discharge are also achievable.

Als vierte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialnadelkranzes wird es durch Anspruch 6 darüber hinaus vorgeschlagen, dass die Verlängerungen der Querstege im Längsquerschnitt rechteckig mit einer wellenförmig ausgearbeiteten freien Radialstirnseite ausgebildet sind und nur über die Endbereiche der Wellenberge der freien Radialstirnseite mit der Außenmantelfläche der Welle oder dem Lagerinnenring in Punktkontakt stehen. Diese Ausführungsform stellt im Wesentlichen eine Adaption der vorgenannten dritten Ausführungsform dar und vereint in sich ebenfalls alle Vorteile hinsichtlich Reibungsminderung und Vermeidung der Schmiermittelableitung.As a fourth preferred embodiment of the present invention formed radial needle ring, it is further proposed by claim 6, that the extensions of the transverse webs are formed in the longitudinal cross-section rectangular with a wavy elaborated free radial face and only over the end portions of the peaks of the free radial face with the outer surface of the shaft or the Bearing inner ring are in point contact. This embodiment essentially represents an adaptation of the abovementioned third embodiment and also combines all the advantages in terms of friction reduction and avoidance of lubricant discharge.

Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialnadelkranzes ist es nach Anspruch 7 desweiteren, dass an alle Querstege des Nadelkäfigs zusätzlich sich radial in Richtung Innenmantelfläche des Gehäuses oder des Lageraußenrings erstreckende Aufsätze angeformt sind, deren Außendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Seitenringe des Nadelkäfigs aber kleiner als der Außendurchmesser der Außenlaufbahn der Lagernadeln ist. Diese bevorzugt einen V-förmigen Profilquerschnitt aufweisenden Aufsätze haben sich dahingehend als vorteilhaft erwiesen, dass sie die Höhe der Querstege vergrößern und dadurch zusammen mit den nadelseitigen Seitenflächen der Querstege mit einem Profil ausgebildet werden können, das die Lagernadeln wirksam gegen Herausfallen aus dem Nadelkäfig sichert.An expedient development of the invention embodied radial needle ring is further claim that on all transverse webs of the needle cage in addition radially extending towards the inner surface of the housing or the bearing outer ring essays are formed whose outer diameter is greater than the outer diameter of the side rings of the needle cage but smaller than that Outer diameter of the outer race of the bearing needles is. These preferably a V-shaped profile cross-section essays have proven to be advantageous in that they can increase the height of the transverse webs and thereby formed together with the needle-side side surfaces of the transverse webs with a profile that effectively secures the needles from falling out of the needle cage.

Schließlich wird es als weiteres Merkmal des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialnadelkranzes durch Anspruch 8 noch vorgeschlagen, dass der mit den Verlängerungen und den Aufsätzen an den Querstegen ausgebildete Nadelkäfig aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus einem duroplastischen Kunststoff, besteht und durch Spritzgießen in einer Gießform hergestellt ist. Dieses Herstellungsverfahren hat sich dabei als fertigungstechnisch besonders vorteilhaft erwiesen, da es dadurch möglich ist, die Verlängerungen und Aufsätze an den Querstegen beim Spritzgießen des Nadelkäfigs ohne zusätzlichen Fertigungsschritt gleich mit anzuformen.Finally, it is proposed as a further feature of the inventively embodied radial needle ring claim 8 that the formed with the extensions and the essays on the transverse webs needle cage made of a plastic, preferably of a thermosetting plastic, and is made by injection molding in a mold. This manufacturing process has proved to be particularly advantageous as manufacturing technology, since it is thereby possible to immediately apply the extensions and attachments to the transverse webs during injection molding of the needle cage without additional manufacturing step.

Zusammenfassend weist der erfindungsgemäß ausgebildete Radialnadelkranz somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Radialnadelkränzen den Vorteil auf, dass mit diesem durch das Anformen von sich radial bis oder nahezu bis zur Außenmantelfläche der Welle oder des Lagerinnenrings erstreckenden Verlängerungen an wenigstens drei gleichmäßig zueinander beabstandete Querstege des Nadelkäfigs auf fertigungstechnisch einfache und kostengünstige Weise ein Durchhang des Radialnadelkranzes beim Einsetzen der Welle in die Gehäusebohrung oder den Lageraußenring vermieden werden kann, ohne dabei die Reibung der Lagernadeln in den Käfigtaschen zu erhöhen oder den vorhandenen axialen Bauraum zu erweitern. Durch die Verlängerungen an mindestens drei Querstegen kann sich der Nadelkäfig so auf der Welle abstützen, dass ohne aufwändige Positionierung die Koaxialität zwischen dem Gehäuse und dem Radialnadelkranz hergestellt wird und eine prozesssicher Montage der Welle in geschlossenen Gehäusen möglich ist.In summary, the radial needle ring formed according to the invention thus has the advantage over the prior art radial needle rings that with this by forming radially to or almost to the outer surface of the shaft or bearing inner ring extending extensions of at least three equally spaced transverse webs of Needle cage on manufacturing technology simple and inexpensive way a slack of the radial needle ring when inserting the shaft into the housing bore or the bearing outer ring can be avoided without increasing the friction of the bearing needles in the cage pockets or to expand the existing axial space. Due to the extensions on at least three transverse webs, the needle cage can be supported on the shaft so that the coaxiality between the housing and the radial needle ring is produced without complex positioning and a process-safe mounting of the shaft in closed housings is possible.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Der erfindungsgemäß ausgebildete Radialnadelkranz wird nachfolgend in mehreren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:The inventively embodied radial needle ring will be explained in more detail below in several preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. Showing:

1 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer in einem Gehäuse auf einem erfindungsgemäß ausgebildeten Radialnadelkranz gelagerten Massenausgleichswelle; 1 an enlarged sectional view of a mounted in a housing on an inventively designed radial needle ring mass balancing shaft;

2 eine vergrößerte Darstellung des Schnittes A-A gemäß 1 mit einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialnadelkranzes; 2 an enlarged view of the section AA according to 1 with a first embodiment of the inventively embodied radial needle ring;

3 eine vergrößerte Darstellung des Schnittes A-A gemäß 1 mit einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialnadelkranzes; 3 an enlarged view of the section AA according to 1 with a second embodiment of the inventively embodied radial needle ring;

4 eine vergrößerte Darstellung des Schnittes A-A gemäß 1 mit einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialnadelkranzes; 4 an enlarged view of the section AA according to 1 with a third embodiment of the inventively embodied radial needle ring;

5 eine vergrößerte Darstellung des Schnittes A-A gemäß 1 mit einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialnadelkranzes. 5 an enlarged view of the section AA according to 1 with a fourth embodiment of the inventively embodied radial needle ring.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Aus 1 geht ein für die Lagerung einer Massenausgleichswelle eines Hubkolbenmotors geeigneter Radialnadelkranz 1 hervor, der im Wesentlichen aus einem durch zwei Seitenringe 3, 4 und eine Vielzahl diese Seitenringe 3, 4 miteinander verbindender Querstege 5 gebildeten Nadelkäfig 2 und aus einer Vielzahl von Lagernadeln 7 besteht, die in mehreren jeweils zwischen zwei Querstegen 5 des Nadelkäfigs 2 gebildeten Käfigtaschen 8 in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden, wobei der Nadelkäfig 2 in Umfangsrichtung einen Trennschlitz 6 aufweist und mit nicht näher bezeichneten Verbindungselementen schließbar ist und die Seitenringe 3, 4 und die Querstege 5 des Nadelkäfigs 2 mit der gleichen, kleiner als der Durchmessers der Lagernadeln 6 ausgebildete Radialhöhe ausgebildet sind. Die Lagernadeln 7 rollen deutlich dabei sichtbar auf einer als Innenlaufbahn ausgebildeten Außenmantelfläche 9 einer Welle 10 sowie auf einer als Außenlaufbahn ausgebildeten Innenmantelfläche 11 einer Gehäusebohrung 12 ab, wobei bei Massenausgleichswellen in der Regel zwei solcher Lagerstellen vorgesehen sind.Out 1 goes for the storage of mass balance shaft of a reciprocating engine suitable radial needle ring 1 which essentially consists of one through two side rings 3 . 4 and a lot of these side rings 3 . 4 together connecting crossbars 5 formed needle cage 2 and a variety of bearing needles 7 consists of several in each case between two transverse webs 5 of the needle cage 2 formed cage pockets 8th are held in the circumferential direction at regular intervals to each other, wherein the needle cage 2 in the circumferential direction a separating slot 6 has and can be closed with unspecified connection elements and the side rings 3 . 4 and the crossbars 5 of the needle cage 2 with the same, smaller than the diameter of the bearing needles 6 trained radial height are formed. The bearing needles 7 clearly visible while rolling on a trained as an inner race outer lateral surface 9 a wave 10 and on an inner circumferential surface designed as an outer raceway 11 a housing bore 12 from, with mass balancing shafts usually two such bearings are provided.

Da es bei der Montage von Massenausgleichswellen in den Gehäusebohrungen 12 auf der Basis der Taschengeometrie des Nadelkäfigs 2 häufig zu einem schwerkraftbedingten Durchhang der Lagernadeln 7 innerhalb der auf die Lagerstellen aufgesetzten Radialnadelkränze 1 kommt, ist der in 1 gezeigte Radialnadelkranz 1 darüber hinaus erfindungsgemäß an drei gleichmäßig zueinander beabstandeten Querstegen 5 des Nadelkäfigs 2 mit sich radial bis oder nahezu bis zur Außenmantelfläche 9 der Welle 10 oder des Lagerinnenrings erstreckenden Verlängerungen 13 ausgebildet, die als Abstützungen des Radialnadelkranzes 1 auf der Außenmantelfläche 9 der Welle 10 vorgesehen sind. Wie in 1 angedeutet, weisen diese Verlängerungen 13 an den Querstegen 5 des Nadelkäfigs 2 dabei in Umfangsrichtung die gleiche Breite wie die Querstege 5 selbst auf, sind jedoch, wie die 2 bis 5 zeigen, in ihrer axialen Länge kürzer als die Käfigtaschen 8 im Nadelkäfig 2 ausgebildet und axial mittig an die Querstege 5 angeformt.As is the case when mounting balance shafts in the housing bores 12 based on the pocket geometry of the needle cage 2 often to a gravitational slack of the bearing needles 7 within the Radialnadelkränze placed on the bearings 1 comes, is the in 1 shown radial needle ring 1 beyond according to the invention at three evenly spaced transverse webs 5 of the needle cage 2 with radially up to or almost to the outer circumferential surface 9 the wave 10 or the bearing inner ring extending extensions 13 formed as supports of the radial needle ring 1 on the outer surface 9 the wave 10 are provided. As in 1 indicated, have these extensions 13 at the crossbars 5 of the needle cage 2 while in the circumferential direction the same width as the transverse webs 5 themselves, however, are like that 2 to 5 show shorter in their axial length than the cage pockets 8th in a needle cage 2 formed and axially centered on the transverse webs 5 formed.

Als fertigungstechnisch am einfachsten herstellbar hat sich die in 2 abgebildete erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radialnadelkranzes 1 erwiesen, bei der die Verlängerungen 13 der Querstege 5 im Längsquerschnitt rechteckig ausgebildet sind und über die gesamte axiale Länge ihrer freien Radialstirnseite 14 mit der Außenmantelfläche 9 der Welle 10 in Linienkontakt stehen und bei der die Radialstirnseite 14 zur Vermeidung einer erhöhten Reibung zwischen der Welle 10 und den Verlängerungen 13 im Lagerbetrieb zusätzlich im Querschnitt abgerundet ausgebildet ist.As manufacturing technology easiest to produce, the in 2 pictured first embodiment of an inventive trained radial needle ring 1 proved at the extensions 13 the crossbars 5 are rectangular in longitudinal cross-section and over the entire axial length of their free radial face 14 with the outer circumferential surface 9 the wave 10 in line contact and at the radial end face 14 to avoid increased friction between the shaft 10 and the extensions 13 in the bearing operation is additionally rounded in cross-section.

Die in 3 dargestellte zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radialnadelkranzes 1 unterscheidet sich dagegen von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Verlängerungen 13 der Querstege 5 im Längsquerschnitt zwar rechteckig aber mit beidseitig zu den Seitenringen 3, 4 hin abgeschrägten, nicht näher bezeichneten Eckbereichen ausgebildet sind und nur über die axiale Länge der zwischen den Eckbereichen verbleibenden freien Radialstirnseite 14 mit der Außenmantelfläche 9 der Welle 10 oder dem Lagerinnenring in Linienkontakt stehen und dadurch ebenfalls zur Reibungsminderung zwischen der Welle 10 und den Verlängerungen 13 beitragen.In the 3 illustrated second embodiment of an inventive trained radial needle ring 1 differs from the first embodiment in that the extensions 13 the crossbars 5 rectangular in the longitudinal cross section but with both sides to the side rings 3 . 4 slanted, unspecified corner regions are formed and only over the axial length of the remaining between the corner regions free radial face 14 with the outer circumferential surface 9 the wave 10 or the bearing inner ring are in line contact and thereby also to reduce friction between the shaft 10 and the extensions 13 contribute.

In 4 wird darüber hinaus eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radialnadelkranzes 1 gezeigt, bei der die Verlängerungen 13 der Querstege 5 im Längsquerschnitt ebenfalls rechteckig aber mit aus der freien Radialstirnseite 14 ausgeklinktem, nicht näher bezeichneten Mittelbereich ausgebildet sind und nur über die axiale Länge der beidseitig neben dem Mittelbereich verbleibenden Endbereiche der freien Radialstirnseite 14 mit der Außenmantelfläche 9 der Welle 10 in Linienkontakt stehen. Die verbleibenden Endbereiche der der Radialstirnseite 14 der Verlängerungen 13 mindern somit ebenfalls die Reibung zwischen der Welle 10 und den Verlängerungen 13 im Lagerbetrieb und bewirken zugleich, dass das im Radialnadelkranz 1 befindliche Schmiermittel nicht von den Verlängerungen 13 schneepflugartig aus dem Radialnadelkranz 1 herausgefördert wird.In 4 In addition, a third embodiment of an inventively embodied radial needle ring 1 shown at the extensions 13 the crossbars 5 in the longitudinal cross section also rectangular but with from the free radial face 14 unlatched, unspecified central region are formed and only over the axial length of both sides adjacent to the central region end portions of the free radial end face 14 with the outer circumferential surface 9 the wave 10 in line contact. The remaining end portions of the radial face 14 the extensions 13 thus also reduce the friction between the shaft 10 and the extensions 13 in storage operation and at the same time cause that in Radialnadelkranz 1 not located lubricants from the extensions 13 snowplow-like from the Radialnadelkranz 1 is promoted.

Aus 5 geht schließlich noch eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radialnadelkranzes 1 hervor, die eine Adaption der dritten Ausführungsform darstellt und sich dadurch auszeichnet, dass die Verlängerungen 13 der Querstege 5 im Längsquerschnitt rechteckig mit einer wellenförmig ausgearbeiteten freien Radialstirnseite 14 ausgebildet sind und nur über die Endbereiche der nicht näher bezeichneten Wellenberge der freien Radialstirnseite 14 mit der Außenmantelfläche 9 der Welle 10 in Punktkontakt stehen.Out 5 Finally, there is a fourth embodiment of an inventively designed radial needle ring 1 which is an adaptation of the third embodiment and is characterized in that the extensions 13 the crossbars 5 in the longitudinal cross-section rectangular with a wave-shaped free radial front side 14 are formed and only over the end portions of unspecified wave crests of the free radial face 14 with the outer circumferential surface 9 the wave 10 stand in point contact.

Darüber hinaus ist in den 1 bis 5 zu sehen, dass an alle Querstege 5 des Nadelkäfigs 2 zusätzlich sich radial in Richtung Innenmantelfläche 11 des Gehäuses 12 oder des Lageraußenrings erstreckende Aufsätze 15 angeformt sind, deren Außendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Seitenringe 3, 4 des Nadelkäfigs 2 aber kleiner als der Außendurchmesser der Außenlaufbahn der Lagernadeln 7 ist. Diese, einen V-förmigen Profilquerschnitt aufweisen Aufsätze 15 vergrößern die Höhe der Querstege 5 und können dadurch zusammen mit den nadelseitigen Seitenflächen der Querstege 5 mit einem Profil ausgebildet werden, das die Lagernadeln 7 wirksam gegen Herausfallen aus dem Nadelkäfig 2 sichert. Lediglich andeutungsweise geht aus 1 noch hervor, dass der mit den Verlängerungen 13 und den Aufsätzen 15 an den Querstegen 5 ausgebildete Nadelkäfig 2 dabei aus einem duroplastischen Kunststoff besteht und durch Spritzgießen in einer Gießform hergestellt ist und sich somit durch die Möglichkeit, die Verlängerungen 13 und Aufsätze 15 an den Querstegen 5 beim Spritzgießen des Nadelkäfigs 2 ohne zusätzlichen Fertigungsschritt gleich mit anzuformen, als fertigungstechnisch besonders vorteilhaft erwiesen hat.In addition, in the 1 to 5 to see that at all crossbars 5 of the needle cage 2 additionally radially in the direction of the inner circumferential surface 11 of the housing 12 or the bearing outer ring extending essays 15 are formed, whose outer diameter is greater than the outer diameter of the side rings 3 . 4 of the needle cage 2 but smaller than the outer diameter of the outer race of the bearing needles 7 is. These, a V-shaped profile cross-section have attachments 15 increase the height of the crossbars 5 and can thereby together with the needle-side side surfaces of the transverse webs 5 be formed with a profile that the bearing needles 7 effective against falling out of the needle cage 2 guaranteed. Only suggestively goes out 1 Still, that with the extensions 13 and the essays 15 at the crossbars 5 trained needle cage 2 It consists of a thermosetting plastic and is made by injection molding in a mold and thus by the possibility of the extensions 13 and essays 15 at the crossbars 5 during injection molding of the needle cage 2 without having to start with an additional manufacturing step, has proven to be particularly advantageous in terms of manufacturing technology.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
RadialnadelkranzRadial needle wreath
22
Nadelkäfig von 1 Needle cage of 1
33
Seitenring von 2 Side ring of 2
44
Seitenring von 2 Side ring of 2
55
Querstege von 2 Transverse webs of 2
66
Trennschlitz in 2 Separating slot in 2
77
Lagernadeln von 1 Needles from 1
88th
Käfigtaschen in 2 Cage pockets in 2
99
Außenmantelfläche von 10 Outer jacket surface of 10
1010
Wellewave
1111
Innenmantelfläche von 12 Inner lateral surface of 12
1212
Gehäusebohrunghousing bore
1313
Verlängerung an 5 Extension 5
1414
Radialstirnseite von 13 Radial front of 13
1515
Aufsätze auf 13 Essays on 13

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102010045875 A1 [0008] DE 102010045875 A1 [0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • „Wälzlager” vom Oktober 2008 auf den Seiten 665 bis 678 [0003] "Rolling Bearings" of October 2008 on pages 665 to 678 [0003]

Claims (8)

Radialnadelkranz (1), insbesondere für die Lagerung einer Massenausgleichswelle eines Hubkolbenmotors, im Wesentlichen bestehend aus einem in Umfangsrichtung durchgängig geschlossenen oder über einen Trennschlitz (6) mit Verbindungselementen schließbaren Nadelkäfig (2), der durch zwei Seitenringe (3, 4) und eine Vielzahl diese Seitenringe (3, 4) miteinander verbindender Querstege (5) gebildet wird, und aus einer Vielzahl von Lagernadeln (7), die in mehreren jeweils zwischen zwei Querstegen (5) des Nadelkäfigs (2) gebildeten Käfigtaschen (8) in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden und auf einer als Innenlaufbahn ausgebildeten Außenmantelfläche (9) einer Welle (10) oder eines Lagerinnenrings sowie auf einer als Außenlaufbahn ausgebildeten Innenmantelfläche (11) einer Gehäusebohrung (12) oder eines Lageraußenrings abrollen, wobei die Seitenringe (3, 4) und die Querstege (5) des Nadelkäfigs (2) die gleiche, kleiner als der Durchmessers der Lagernadeln (6) ausgebildete Ra-dialhöhe aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei gleichmäßig zueinander beabstandete Querstege (5) des Nadelkäfigs (2) mit sich radial bis oder nahezu bis zur Außenmantelfläche (9) der Welle (10) oder des Lagerinnenrings erstreckenden Verlängerungen (13) ausgebildet sind, die als Abstützungen des Radialnadelkranzes (1) auf der Außenmantelfläche (9) der Welle (10) oder dem Lagerinnenring zur Vermeidung eines Durchhanges des Radialnadelkranzes (1) beim Einsetzen der Welle (10) in das Gehäuse (12) oder den Lageraußenring vorgesehen sind.Radial needle ring ( 1 ), in particular for the storage of a mass balance shaft of a reciprocating engine, essentially consisting of a circumferentially continuously closed or via a separating slot ( 6 ) with fasteners closable needle cage ( 2 ) separated by two side rings ( 3 . 4 ) and a multiplicity of these side rings ( 3 . 4 ) interconnecting transverse webs ( 5 ) is formed, and from a plurality of bearing needles ( 7 ), which in several in each case between two transverse webs ( 5 ) of the needle cage ( 2 ) formed cage pockets ( 8th ) are held in the circumferential direction at equal distances from each other and on a trained as an inner raceway outer circumferential surface ( 9 ) of a wave ( 10 ) or a bearing inner ring and on an inner circumferential surface ( 11 ) of a housing bore ( 12 ) or a bearing outer ring, with the side rings ( 3 . 4 ) and the transverse webs ( 5 ) of the needle cage ( 2 ) the same, smaller than the diameter of the bearing needles ( 6 ) have trained Ra-dial height, characterized in that at least three equally spaced transverse webs ( 5 ) of the needle cage ( 2 ) with radially up to or almost to the outer circumferential surface ( 9 ) the wave ( 10 ) or the bearing inner ring extending extensions ( 13 ) are formed as supports of the radial needle ring ( 1 ) on the outer surface ( 9 ) the wave ( 10 ) or the bearing inner ring to prevent sagging of the radial needle ring ( 1 ) when inserting the shaft ( 10 ) in the housing ( 12 ) or the bearing outer ring are provided. Radialnadelkranz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungen (13) der Querstege (5) in Umfangsrichtung die gleiche Breite wie die Querstege (5) selbst aufweisen, in ihrer axialen Länge jedoch kürzer als die Käfigtaschen (8) im Nadelkäfig (2) ausgebildet und axial mittig an die Querstege (5) angeformt sind.Radial needle ring according to claim 1, characterized in that the extensions ( 13 ) of the transverse webs ( 5 ) in the circumferential direction the same width as the transverse webs ( 5 ) themselves, but shorter in their axial length than the cage pockets ( 8th ) in the needle cage ( 2 ) and axially centered on the transverse webs ( 5 ) are formed. Radialnadelkranz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungen (13) der Querstege (5) im Längsquerschnitt rechteckig ausgebildet sind und über die gesamte axiale Länge ihrer freien Radialstirnseite (14) mit der Außenmantelfläche (9) der Welle (10) oder dem Lagerinnenring in Linienkontakt stehen.Radial needle ring according to claim 2, characterized in that the extensions ( 13 ) of the transverse webs ( 5 ) are rectangular in longitudinal cross-section and over the entire axial length of their free radial face ( 14 ) with the outer circumferential surface ( 9 ) the wave ( 10 ) or the bearing inner ring are in line contact. Radialnadelkranz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungen (13) der Querstege (5) im Längsquerschnitt rechteckig mit beidseitig zu den Seitenringen (3, 4) hin abgeschrägten Eckbereichen ausgebildet sind und nur über die axiale Länge der zwischen den Eckbereichen verbleibenden freien Radialstirnseite (14) mit der Außenmantelfläche (9) der Welle (10) oder dem Lagerinnenring in Linienkontakt stehen.Radial needle ring according to claim 2, characterized in that the extensions ( 13 ) of the transverse webs ( 5 ) in the longitudinal cross-section rectangular with both sides to the side rings ( 3 . 4 ) Beveled corner regions are formed and only over the axial length of the remaining between the corner regions free radial face ( 14 ) with the outer circumferential surface ( 9 ) the wave ( 10 ) or the bearing inner ring are in line contact. Radialnadelkranz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungen (13) der Querstege (5) im Längsquerschnitt rechteckig mit aus der freien Radialstirnseite ausgeklinktem Mittelbereich ausgebildet sind und nur über die axiale Länge der beidseitig neben dem Mittelbereich verbleibenden Endbereiche der freien Radialstirnseite (14) mit der Außenmantelfläche (9) der Welle (10) oder dem Lagerinnenring in Linienkontakt stehen.Radial needle ring according to claim 2, characterized in that the extensions ( 13 ) of the transverse webs ( 5 ) are formed in the longitudinal cross-section rectangular with notched from the free radial end face central region and only over the axial length of both sides adjacent to the central region remaining end portions of the free radial face ( 14 ) with the outer circumferential surface ( 9 ) the wave ( 10 ) or the bearing inner ring are in line contact. Radialnadelkranz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungen (13) der Querstege (5) im Längsquerschnitt rechteckig mit einer wellenförmig ausgearbeiteten freien Radialstirnseite (14) ausgebildet sind und nur über die Endbereiche der Wellenberge der freien Radialstirnseite (14) mit der Außenmantelfläche (9) der Welle (10) oder dem Lagerinnenring in Punktkontakt stehen.Radial needle ring according to claim 2, characterized in that the extensions ( 13 ) of the transverse webs ( 5 ) in the longitudinal cross-section rectangular with a wavy elaborated free radial face ( 14 ) are formed and only over the end regions of the wave crests of the free radial face ( 14 ) with the outer circumferential surface ( 9 ) the wave ( 10 ) or the bearing inner ring are in point contact. Radialnadelkranz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an alle Querstege (5) des Nadelkäfigs (2) zusätzlich sich radial in Richtung innenmantelfläche (11) des Gehäuses (12) oder des Lageraußenrings erstreckende Aufsätze (15) angeformt sind, die zusammen mit den nadelseitigen Seitenflächen der Querstege (5) mit einem die Lagernadeln (6) gegen Herausfallen aus dem Nadelkäfig (2) sichernden Profil ausgebildet sind.Radial needle ring according to claim 1, characterized in that all transverse webs ( 5 ) of the needle cage ( 2 ) additionally radially towards the inner surface ( 11 ) of the housing ( 12 ) or the bearing outer ring extending essays ( 15 ) are formed, which together with the needle-side side surfaces of the transverse webs ( 5 ) with one the bearing needles ( 6 ) against falling out of the needle cage ( 2 ) locking profile are formed. Radialnadelkranz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Nadelkäfig (2) zusammen mit den Verlängerungen (13) und den Aufsätzen (15) an seinen Querstegen (5) aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus einem duroplastischen Kunststoff, durch Spritzgießen hergestellt ist.Radial needle ring according to claim 7, characterized in that the needle cage ( 2 ) together with the extensions ( 13 ) and the essays ( 15 ) at its transverse webs ( 5 ) is made of a plastic, preferably of a thermosetting plastic, by injection molding.
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