DE102020102632B4 - Device for phase shifting an angle of rotation of a drive part to an output part - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Phasenverschiebung eines Drehwinkels eines Antriebsteils (2) zu einem Abtriebsteil (4), mit einem Doppelzahnrad (25), welches ein außenverzahntes, erstes Zahnrad (24) und ein außenverzahntes, zweites Zahnrad (26) aufweist, wobei die beiden Zahnräder (24, 26) drehfest miteinander verbunden sind,
einem innenverzahnten, ersten Hohlrad (22), welches mit dem Antriebsteil (2) drehfest verbunden ist und mit dem außenverzahnten, ersten Zahnrad (24) wirkverbunden ist, einem innenverzahnten, zweiten Hohlrad (28), welches mit dem Abtriebsteil (4) drehfest verbunden ist und mit dem außenverzahnten, zweiten Zahnrad (26) wirkverbunden ist, und einem Exzenter (32), auf welchem das Doppelzahnrad (25) über ein Lagerelement (48) drehbar gelagert ist, wobei radial zwischen dem Doppelzahnrad (25) und dem Exzenter (32) mindestens ein Elastomerelement (60, 62) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Exzenter (32) oder das Doppelzahnrad (25) eine Nut (72, 74) aufweist, wobei in der Nut (72, 74) das mindestens eine Elastomerelement (60, 62) angeordnet ist.
Device for phase shifting an angle of rotation of a drive part (2) to an output part (4), with a double gear (25), which has an externally toothed, first gear (24) and an externally toothed, second gear (26), the two gears (24 , 26) are connected to each other in a rotationally fixed manner,
an internally toothed, first ring gear (22), which is connected in a rotationally fixed manner to the drive part (2) and is operatively connected to the externally toothed, first gear (24), an internally toothed, second ring gear (28), which is connected in a rotationally fixed manner to the output part (4). is and is operatively connected to the externally toothed, second gear (26), and an eccentric (32), on which the double gear (25) is rotatably mounted via a bearing element (48), with radial between the double gear (25) and the eccentric ( 32) at least one elastomer element (60, 62) is arranged,
characterized in that
the eccentric (32) or the double gear (25) has a groove (72, 74), the at least one elastomer element (60, 62) being arranged in the groove (72, 74).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Phasenverschiebung eines Drehwinkels eines Antriebsteils zu einem Abtriebsteil, mit einem Doppelzahnrad, welches ein außenverzahntes, erstes Zahnrad und ein außenverzahntes, zweites Zahnrad aufweist, wobei die beiden Zahnräder drehfest miteinander verbunden sind, einem innenverzahnten, ersten Hohlrad, welches mit dem Antriebsteil drehfest verbunden ist und mit dem außenverzahnten, ersten Zahnrad wirkverbunden ist, einem innenverzahnten, zweiten Hohlrad, welches mit dem Abtriebsteil drehfest verbunden ist und mit dem außenverzahnten, zweiten Zahnrad wirkverbunden ist, und einem Exzenter, auf welchem das Doppelzahnrad über ein Lagerelement drehbar gelagert ist, wobei radial zwischen dem Doppelzahnrad und dem Exzenter mindestens ein Elastomerelement angeordnet ist.The invention relates to a device for phase shifting an angle of rotation of a drive part to an output part, with a double gear, which has an externally toothed, first gear and an externally toothed, second gear, the two gears being connected to one another in a rotationally fixed manner, an internally toothed, first ring gear, which with is non-rotatably connected to the drive part and is operatively connected to the externally toothed, first gear, an internally toothed, second ring gear, which is non-rotatably connected to the output part and is operatively connected to the externally toothed, second gear, and an eccentric on which the double gear can be rotated via a bearing element is mounted, with at least one elastomer element being arranged radially between the double gear and the eccentric.
Derartige Vorrichtungen sind insbesondere zur Phasenverschiebung zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle bekannt. Die Phasenverschiebung dient zur Steuerung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einlass- und Auslassventile eines Verbrennungsmotors, wodurch der Ladungswechselprozess verbessert wird. Für die Phasenverschiebung zwischen der Kurbelwelle und Nockenwelle werden häufig Exzentergetriebe eingesetzt, welche üblicherweise mit einem Exzenter ausgeführt sind. Dabei werden zwei, fest miteinander verbundene, außenverzahnte Zahnräder auf einem Exzenter gelagert, wobei ein erstes, außenverzahntes Zahnrad mit einem Antriebshohlrad und ein zweites, außenverzahntes Zahnrad mit einem Abtriebshohlrad in Eingriff stehen. Zusätzlich wird der Exzenter über einen Aktor angetrieben, wobei durch die Exzenterdrehgeschwindigkeit die Höhe der Phasenverschiebung und die Richtung der Phasenverschiebung eingestellt werden. Der Exzenter kann wie bereits beschrieben ein Innenexzenter mit daran gelagerten, außenverzahnten Zahnrädern oder ein Außenexzenter mit daran gelagerten, innenverzahnten Hohlrädern sein. Eine derartige Vorrichtung mit einem Außenexzenter offenbart beispielsweise die
Eine Vorrichtung zur Phasenverschiebung eines Drehwinkels eines Antriebsteils zu einem Abtriebsteil offenbart beispielsweise die
Zum radialen Vorspannen des Doppelzahnrades gegen die Hohlräder ist radial zwischen dem Exzenter und dem Doppelzahnrad ein Elastomerelement vorgesehen. Das Elastomerelement wird beim Montagevorgang verformt und vorgespannt, so dass das Elastomerelement im montierten Zustand das Doppelzahnrad radial vorspannt. Das Elastomerelement weist eine hohlzylindrische Form auf und wird über eine Verpressung zwischen einem Lagerelement und dem Exzenter oder dem Doppelzahnrad radial und axial in seiner montierten Lage gehalten.For radial prestressing of the double gear against the ring gears, an elastomer element is provided radially between the eccentric and the double gear. The elastomeric element is deformed and prestressed during the assembly process, so that the elastomeric element radially prestresses the double gear in the assembled state. The elastomer element has a hollow cylindrical shape and is held radially and axially in its mounted position via a compression between a bearing element and the eccentric or the double gear.
Nachteilig an einer derartigen Ausgestaltung der Vorrichtung zur Phasenverschiebung ist, dass das Elastomerelement sich im Betrieb der Vorrichtung axial verschieben kann, da die Verpressung des Elastomerelements ein axiales Verschieben des Elastomerelements nicht zuverlässig verhindern kann. Bei einer Verschiebung des Elastomerelements besteht die Gefahr, dass das Elastomerelement und die gesamte Vorrichtung beschädigt werden. Dabei kann das Doppelzahnrad durch die axiale Verlagerung des Elastomerelements verkippen und dadurch ein Verklemmen der Zahnräder verursachen. Des Weiteren kann durch die axiale Verlagerung des Elastomerelements die vordefinierte radiale Verspannung zwischen den Außenverzahnungen des Doppelzahnrades und den Innenverzahnungen der Hohlräder nicht gewährleistet werden.The disadvantage of such a design of the device for phase shifting is that the elastomer element can shift axially during operation of the device, since the compression of the elastomer element cannot reliably prevent axial displacement of the elastomer element. If the elastomeric element is displaced, there is a risk that the elastomeric element and the entire device will be damaged. The double gear can tilt due to the axial displacement of the elastomer element and thereby cause the gears to jam. Furthermore, the axial displacement of the elastomer element cannot ensure the predefined radial tension between the external teeth of the double gear and the internal teeth of the ring gears.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Phasenverschiebung eines Drehwinkels eines Antriebsteils zu einem Abtriebsteils bereitzustellen, bei welcher über die gesamte Lebensdauer der ordnungsgemäße Betrieb gewährleistet werden kann und eine Beschädigung der Vorrichtung zuverlässig verhindert werden kann.The invention is therefore based on the object of providing a device for phase shifting an angle of rotation of a drive part to an output part, in which proper operation can be guaranteed over the entire service life and damage to the device can be reliably prevented.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.This task is solved by a device with the features of the main claim.
Dadurch, dass der Exzenter oder das Doppelzahnrad eine Nut aufweisen, wobei in der Nut das mindestens eine Elastomerelement angeordnet ist, wird das Elastomerelement sicher und zuverlässig in einer vordefinierten, axialen Lage gehalten und ein Verkippen des Doppelzahnrads aufgrund eines unerwünschten Verschiebens des Elastomerelements zuverlässig verhindert. Durch die Anordnung des Elastomerelements in der Nut wird das Elastomerelement formschlüssig an dem Exzenter oder dem Doppelzahnrad axial fixiert, wobei das Elastomerelement in ihrem montierten Zustand radial in die Nut gepresst wird. Auf diese Weise wird ein Herausgleiten des Elastomerelements aus der Nut zuverlässig verhindert. Damit wird die Vorspannung zwischen dem Doppelzahnrad und den Hohlrädern zuverlässig über die gesamte Lebensdauer gewährleistet und eine Beschädigung der Vorrichtung aufgrund einer Verschiebung des Elastomerelements zuverlässig verhindert.Because the eccentric or the double gear has a groove, with the at least one elastomer element being arranged in the groove, the elastomer element is held securely and reliably in a predefined, axial position and tilting of the double gear due to undesirable displacement of the elastomer element is reliably prevented. By arranging the elastomer element in the groove, the elastomer element is axially fixed in a form-fitting manner on the eccentric or the double gear, with the elastomer element being pressed radially into the groove in its assembled state. In this way, the elastomer element is reliably prevented from sliding out of the groove. This increases the preload between the double gear and the ring gears reliably guaranteed over the entire service life and reliably prevents damage to the device due to displacement of the elastomer element.
Vorzugsweise ist das Elastomerelement radial zwischen dem Lagerelement und dem Doppelzahnrad angeordnet, wobei die Nut an einer dem Exzenter zugewandten Innenumfangsfläche des Doppelzahnrades vorgesehen ist. Alternativ ist das Elastomerelement radial zwischen dem Exzenter und dem Lagerelement angeordnet, wobei die Nut an einer dem Doppelzahnrad zugewandten Außenumfangsfläche des Exzenters vorgesehen ist. Auf diese Weise kann das Elastomerelement einfach und zuverlässig montiert werden, wobei im Montagevorgang der Vorrichtung das Elastomerelement gemeinsam mit dem Lageelement und dem Exzenter oder dem Doppelzahnrad zu einer Vormontagebaugruppe vormontiert werden kann und anschließend mit den anderen Komponenten der Vorrichtung endmontiert werden kann.Preferably, the elastomer element is arranged radially between the bearing element and the double gear, the groove being provided on an inner circumferential surface of the double gear facing the eccentric. Alternatively, the elastomer element is arranged radially between the eccentric and the bearing element, with the groove being provided on an outer peripheral surface of the eccentric facing the double gear. In this way, the elastomeric element can be assembled easily and reliably, and in the assembly process of the device, the elastomeric element can be pre-assembled together with the positioning element and the eccentric or the double gear to form a pre-assembly assembly and can then be finally assembled with the other components of the device.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Exzenter eine Hülse auf, welche an der Außenumfangsfläche angeordnet ist, wobei das Elastomerelement radial zwischen der Außenumfangsfläche und der Hülse angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Elastomerelement bereits vor der Endmontage der Vorrichtung an dem Exzenter positioniert und fixiert werden. Die Hülse dient außerdem mit ihrer Außenumfangsfläche als Innenlaufring des als Wälzläger ausgeführten Lagerelements. Dadurch kann der radiale Bauraum der Vorrichtung reduziert werden.In a preferred embodiment, the eccentric has a sleeve which is arranged on the outer peripheral surface, the elastomer element being arranged radially between the outer peripheral surface and the sleeve. In this way, the elastomer element can be positioned and fixed on the eccentric before the final assembly of the device. The sleeve also serves with its outer peripheral surface as an inner race of the bearing element designed as a rolling bearing. This allows the radial installation space of the device to be reduced.
Vorzugsweise ist das Elastomerelement aus einem Fluorkautschuk oder einem hydrierten Acrylnitrilbutadien-Kautschuk hergestellt, wobei der hydrierte Acrylnitrilbutadien-Kautschuk eine relativ hohe Wärmebeständigkeit, gute mechanische Eigenschaften und eine gute Alterungsbeständigkeit aufweist.Preferably, the elastomer element is made of a fluororubber or a hydrogenated acrylonitrile butadiene rubber, the hydrogenated acrylonitrile butadiene rubber having a relatively high heat resistance, good mechanical properties and good aging resistance.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Elastomerelement ein O-Ring, wodurch die Montage des Elastomerelements vereinfacht werden kann.In a preferred embodiment, the elastomer element is an O-ring, which can simplify the assembly of the elastomer element.
Vorzugsweise weist das Elastomerelement eine zum Doppelzahnrad zugewandte, erste Oberfläche und eine zum Exzenter zugewandte, zweite Oberfläche auf, wobei zumindest einer der beiden Oberflächen wellenartig ausgeführt ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind beiden Oberflächen wellenartig ausgeführt. Das Elastomerelement liegt im montierten Zustand mit den verformten Spitzen der wellenartigen Oberfläche an dem Doppelzahnrad und/oder dem Exzenter an. Auf diese Weise wird das Doppelzahnrad über den Umfang gleichmäßig vorgespannt und eine Überbelastung des Elastomerelements wird zuverlässig verhindert.Preferably, the elastomer element has a first surface facing the double gear and a second surface facing the eccentric, with at least one of the two surfaces being designed in a wave-like manner. In a preferred embodiment, both surfaces are designed to be wave-like. When assembled, the elastomer element lies against the double gear and/or the eccentric with the deformed tips of the wave-like surface. In this way, the double gear is evenly preloaded over the circumference and overloading of the elastomer element is reliably prevented.
Vorzugsweise sind zwei Elastomerelemente vorgesehen, welche axial voneinander beabstandet angeordnet sind. Dadurch kann das relativ breite Doppelzahnrad radial gleichmäßig vorgespannt werden und ein Verkippen des Doppelzahnrades zuverlässig verhindert werden. Weiterhin wird eine Verdrehung des Doppelzahnrads um eine Vertikalachse reduziert, wobei sich die Verdrehung daraus gibt, dass unterschiedliche, aus der Verzahnung resultierende Belastungen auf das erste außenverzahnte Zahnrad und das zweite außenverzahnte Zahnrad wirken.Preferably two elastomer elements are provided, which are arranged axially spaced apart from one another. As a result, the relatively wide double gear can be preloaded radially evenly and tilting of the double gear can be reliably prevented. Furthermore, rotation of the double gear about a vertical axis is reduced, the rotation resulting from the fact that different loads resulting from the toothing act on the first externally toothed gear and the second externally toothed gear.
In einer bevorzugten Ausgestaltung können die beiden Elastomerelemente einstückig ausgeführt sein, wobei die beiden Elastomerelemente über ein einstückig mit den Elastomerelementen ausgeführtes Verbindungselement miteinander axial gekoppelt sind.In a preferred embodiment, the two elastomer elements can be designed in one piece, with the two elastomer elements being axially coupled to one another via a connecting element which is designed in one piece with the elastomer elements.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die beiden Elastomerelemente in jeweils einer separaten Nut angeordnet, wodurch beide Elastomerelemente sicher und zuverlässig in einer vordefinierten, axialen Lage gehalten werden können.In a preferred embodiment, the two elastomer elements are each arranged in a separate groove, whereby both elastomer elements can be held safely and reliably in a predefined, axial position.
Vorzugsweise ist radial zwischen dem Exzenter und dem Doppelzahnrad ein Blechfederelement angeordnet, wobei das Blechfederelement das Doppelzahnrad radial belastet. Das Blechfederelement belastet das Doppelzahnrad radial in die gleiche Richtung wie das Elastomerelement und unterstützt damit das Elastomerelement beim radialen Vorspannen des Doppelzahnrads. Vorzugsweise dient der axial zwischen den beiden Nuten angeordnete Abschnitt als radialer Anschlag, wobei der Anschlag eine Kompression der Elastomerelemente begrenzt und dadurch eine Überlastung der Elastomerelemente zuverlässig verhindert wird.Preferably, a sheet metal spring element is arranged radially between the eccentric and the double gear, wherein the sheet metal spring element loads the double gear radially. The sheet metal spring element loads the double gear radially in the same direction as the elastomer element and thus supports the elastomer element in the radial prestressing of the double gear. The section arranged axially between the two grooves preferably serves as a radial stop, the stop limiting compression of the elastomer elements and thereby reliably preventing overloading of the elastomer elements.
Das Blechfederelement und das Elastomerelement bilden gemeinsam ein Federsystem zum radialen Vorspannen des Doppelzahnrads, wobei das Blechfederelement eine derartige Federkennlinie aufweist, dass die Federkraft des Blechfederelements ab einem vordefinierten Federweg ansteigt und dadurch eine Beschädigung des Elastomerelements verhindert wird.The sheet metal spring element and the elastomer element together form a spring system for radially prestressing the double gear, the sheet metal spring element having such a spring characteristic that the spring force of the sheet metal spring element increases from a predefined spring travel and thereby prevents damage to the elastomer element.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Lagerelement ein Nadellager, wodurch der radiale Bauraum der Vorrichtung reduziert werden kann.In a preferred embodiment, the bearing element is a needle bearing, whereby the radial installation space of the device can be reduced.
Vorzugsweise ist das Doppelzahnrad einstückig hergestellt, wobei das außenverzahnte erste Zahnrad mit dem außenverzahnten zweiten Zahnrad einstückig ausgeführt ist. Dadurch kann der Montageaufwand der Vorrichtung reduziert werden.Preferably, the double gear is manufactured in one piece, with the externally toothed first gear being made in one piece with the externally toothed second gear. This allows the assembly effort of the device to be reduced.
Es wird somit eine Vorrichtung geschaffen, welche auf eine einfache und kostengünstige Weise die Vorspannung zwischen dem Doppelzahnrads und den Hohlräder zuverlässig über die gesamte Lebensdauer gewährleistet, indem eine unerwünschte Verlagerung des Elastomerelements durch die Anordnung des Elastomerelements in einer Nut zuverlässig verhindert wird.A device is thus created which reliably ensures the preload between the double gear and the ring gears over the entire service life in a simple and cost-effective manner by reliably preventing undesirable displacement of the elastomer element by arranging the elastomer element in a groove.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Figur dargestellt und nachfolgend beschrieben.
- Die
1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung einer Vorrichtung zur Phasenverschiebung eines Abtriebsteils zu einem Antriebsteil in geschnittener Ansicht, und - Die
2 zeigt ein Elastomerelement der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus1 .
- The
1 shows an embodiment according to the invention of a device for phase shifting an output part to a drive part in a sectional view, and - The
2 shows an elastomer element of the device according to the invention1 .
Die in der
An der dem Kettenrad 8 radial abgewandten Seite des Antriebsteils 2 ist ein Exzentergetriebe 16 angeordnet. Das Exzentergetriebe 16 weist eine erste Zahnradpaarung 18 und eine zweite Zahnradpaarung 20 auf. Die erste Zahnradpaarung 18 umfasst ein innenverzahntes, erstes Hohlrad 22 und ein außenverzahntes, erstes Zahnrad 24. Das innenverzahnte, erste Hohlrad 22 ist an der dem Kettenrad 8 abgewandten Seite des Antriebsteils 2 angeordnet und ist einstückig mit dem Antriebsteil 2 hergestellt. Das außenverzahnte, erste Zahnrad 24 bildet gemeinsam mit einem außenverzahnten, zweiten Zahnrad 26 ein Doppelzahnrad 25, wobei die beiden außenverzahnten Zahnräder 24, 26 drehfest miteinander verbunden sind und miteinander rotieren. Das außenverzahnte, zweite Zahnrad 26 steht mit einem innenverzahnten, zweiten Hohlrad 28 in Eingriff, welches mit dem Abtriebsteil 4 drehfest verbunden ist und zusammen mit dem außenverzahnten, zweiten Zahnrad 26 die zweite Zahnradpaarung 20 bildet.An
Das Doppelzahnrad 25 ist derart ausgestaltet, dass das außenverzahnte, erste Zahnrad 24 einen axial erstreckenden Stutzen 27 aufweist, auf welchen das außenverzahnte, zweite Zahnrad 26 aufgeschoben ist. Die drehfeste Verbindung zwischen dem ersten und zweiten außenverzahnten Zahnrad 24, 26 kann beispielsweise über eine Verzahnung oder einen Presssitz hergestellt werden.The
Das Doppelzahnrad 25 ist drehbar auf einem durch eine Antriebseinheit angetriebenen Exzenter 32 gelagert. Der Exzenter 32 ist ein einstückiger Innenexzenter, welcher über ein Nadellager 40 an einer Außenumfangsfläche eines an dem Abtriebsteil 4 ausgebildeten Lagerstutzen 42 drehbar gelagert ist. Die Innenlauffläche 44 des Nadellagers 40 wird durch die Außenumfangsfläche des Lagerstutzens 42 gebildet. Die Außenlauffläche 46 des Nadellagers 40 bildet die Innenumfangsfläche des Exzenters 32.The
Die drehbare Lagerung des Doppelzahnrades 25 auf dem Exzenter 32 erfolgt über ein radial zwischen dem Doppelzahnrad 25 und dem Exzenter 32 angeordneten Nadellager 48, wobei die Außenlauffläche 50 durch die Innenumfangsfläche des Doppelzahnrades 25 gebildet ist. Die Innenlauffläche 52 des Nadellagers 48 bildet eine Außenumfangsfläche einer Hülse 54, welche auf einer Außenumfangsfläche des Exzenters 32 angeordnet ist. Radial zwischen der Hülse 54 und der Außenumfangsfläche sind zwei Elastomerelemente 60, 62 und ein Blechfederelement 64 vorgesehen, wobei die Elastomerelemente 60, 62 und das Blechfederelement 64 das Doppelzahnrad 25 radial belasten. Durch die radiale Belastung kann das Spiel zwischen den beiden außenverzahnten Zahnräder 24, 26 und den entsprechenden innenverzahnten Hohlrädern 22, 28 ausgeglichen werden. Außerdem wird das Doppelzahnrad 25 durch die Elastomerelemente 60, 62 radial gedämpft.The rotatable mounting of the
Das Blechfederelement 64 weist einen wellenartigen Querschnitt auf und ist in einer an der Außenumfangsfläche des Exzenters 32 vorgesehenen Aussparung 66 angeordnet.The sheet
Die beiden Elastomerelemente 60, 62 sind in
Erfindungsgemäß sind die Elastomerelement 60, 62 in jeweils einer an der Außenumfangsfläche des Exzenters 32 hergestellten Nut 72, 74 angeordnet. Die beiden Nuten 72, 74 sind axial beabstandet zueinander angeordnet und weisen einen kreisringartigen Querschnitt auf. Axial zwischen den beiden voneinander beabstandeten Nuten 72, 74 ist die Aussparung 66 und das Blechfederelement 64 angeordnet. Die Nuten 72, 74 erstrecken sich über den gesamten Umfang der Außenumfangsfläche des Exzenters 32, so dass die ringartigen Elastomerelemente 60, 62 über den gesamten Umfang in den Nuten 72, 74 angeordnet sind.According to the invention, the
Durch die Anordnung der Elastomerelemente 60, 62 in den Nuten 72, 74 werden die Elastomerelemente 60, 62 axial in ihren vordefinierten axialen Lagen zuverlässig gehalten. Dadurch wird ein unerwünschtes axiales Bewegen der Elastomerelemente 60, 62 verhindert.By arranging the
Es sollte deutlich sein, dass auch andere konstruktive Ausführungsformen im Vergleich zur beschriebenen Ausführungsform möglich sind, ohne den Schutzbereich des Hauptanspruchs zu verlassen. Es können beispielsweise der Exzenter 32 oder die Elastomerelemente 60, 62 anders ausgeführt sein.It should be clear that other structural embodiments are also possible in comparison to the described embodiment without departing from the scope of protection of the main claim. For example, the eccentric 32 or the
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