DE2063306A1 - Oszillierende, druckmittelbetatig bare Maschine - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dipl. Ing. H. Hauclc ^;'Pl. Phys. VV. Schmitz

Vfiii.23

Tel. 5 38CÖE.5

Dowty Hydraulic Units Ltd.

, Arie Court

. Cheltenham/England 21. Dezember 197ο

Anwaltsakte M-1417 : Oszillierende, druckmittelbetätigbare Maschine

Die Erfindung betrifft eine oszillierende, druckmittelbetätigbare Maschine mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse, einer Welle, die sich durch eine in einer Stirnwand des Gehäuses gebildete Bohrung bis mindestens zur Außenseite des Gehäuses erstreckt, mindestens einer fest angeordneten Schaufel sowie mindestens einer bewegbaren Schaufel, von denen die fest angeordnete Schaufel mit dem Gehäuse und die bewegbare Schaufel mit der Welle fest verbunden ist und die in dem Gehäuse mindestens zwei Strömungskammern veränderlichen Volumens bilden, und mit aus elastischem Material bestehenden Dichtungen, die an denjenigen Flächen der Schaufeln angebracht sind, die bezüglich angrenzender Teile der Maschine gleitbar sind.

Durch die Erfindung soll die Abdichtung einer solchen Maschine verbessert werden. Die Maschine ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen im wesentlichen starren Dichtungsring, der angrenzend an die Stirnwand des Gehäuses auf der Welle angebracht ist,

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, an der Welle dichtend anliegt und durch die Dichtungen in axialer - 2 -

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Richtung derart vorgespannt ist, daß er unabhängig von der jeweiligen Winkelstellung der Welle und der bewegbaren Schaufel be- ! ■ ■ ■

I züglich des Gehäuses über seinem gesamten Umfang in Dichtungseingriff mit der Stirnwand des Gehäuses gehalten wird.

I Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran-¹ Sprüchen angegeben.

I Die oszillierende, druckmittelbetätxgbare Maschine ist beispielsweise ein hydraulischer Stellmotor, ein Strömungsmitteldämpfer,

[ eine Pumpe oder dgl.

Anhand der Zeichnungen wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel j der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

I . . . ■ ■

' Fig. 1 eine Seitenansicht eines hydraulischen Stellmotors,

s Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt längs der Linie II-II in j Fig. 1,

. Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,

; Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt längs der Linie IV-IV in

! Fig. 2,

j Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Teils der Pig. 2.

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Der in den Zeichnungen dargestellte oszillierende, hydraulisch betätigbare Stellmotor 1 weist drei Gehäuseteile 8, 11, 13 auf, die durch am einen Ende vorgesehene Schrauben 2 und durch am anderen Ende vorgesehene Schrauben 3 zusammengehalten werden; einige der Schrauben, und zwar bei 4 und 5 gezeigten Schrauben, sitzen mit ihren Schraubenköpfen in Ausnehmungen 6, 7, die in

dem als Deckel dienenden Gehäuseteil 8 gebildet sind. Der Gehäusedeckel 8 ist mit einer Lagerbohrung 9 versehen. In dem als Zylinder ausgebildeten mittleren Gehäuseteil 11 befindet sich eine Welle 12, die, wie in Fig. 1 gezeigt, durch die Lagerbohrung 9 nach außen ragt. Der aus dem Gehäuse herausragende Abschnitt der Welle 12 ist mit Keilnuten Io versehen, durch die die Welle mit einer vom Stellmotor zu verstellenden Einrichtung verbunden werden kann. Der Gehäuseteil 13, der als der andere Gehäusedeckel dient, ist ebenfalls mit einer Lagerbohrung IH versehen, über deren axialer Länge sich die Welle 12 gerade erstreckt. Die Welle 12 ist somit in den Lagerbohrungen 9, 14 drehbar gelagert.

Der zylindrische Gehäuse 11 und die Gehäusedeckel 8, 13 bestehen aus Gußeisen, wogegen die Welle 12 aus Stahl besteht.

In den Lagerbohrungen 9, 14 sind in üblicher Weise Dichtungen (nicht gezeigt) angeordnet.

Wie insbesondere in Fig. 2 zu sehen ist, ist der zylindrische Gehäuseteil 11 mit einer radial nach innen gerichteten, fest angeordneten Schaufel 15 versehen, die mittels Schrauben (nicht gezeigt) an der Innenwand des Gehäuses befestigt sind. Ferner

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-If-

trägt die Welle 12 eine Schaufel 16, die gemeinsam mit der Welle um die Drehachse 17 drehbar ist. Diese Schaufeln, die sich im wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Gehäuseteils 11 erstrecken, bestehen aus Gußeisen. Der radial innere Endabschnitt der fest angeordneten Schaufel 15 gleitet auf der Oberfläche der Welle, während der äußere Endabschnitt der bewegbaren Schaufel 16 auf der zylindrischen Innenfläche 19 des Gehäuseteils 11 gleitet. Die beiden Stirnflächen jeder der beiden Schaufeln liegen ferner gleitend an den angrenzenden Gehäusedeekeln an. Die Schaufeln sind in üblicher Weise mit Nuten 2o, 21 versehen, in denen sich elastische Dichtungen in Form von bandförmigen Gummiteilen 22, 2 3 befinden, die innerhalb ihrer Nut jeweils von Stützgliedern 2¹+, 25 bzw. 26, 27 abgestützt werden. Die Dichtungskörper 22, 2 bestehen aus Urethan, das mit Molybdändisulfid gefüllt ist. Die an der fest angeordneten Schaufel angebrachten Dichtungskörper dienen als Abdichtung zwischen den Schaufelstirnflächen und den Gehäusedeckeln sowie zwischen den inneren Schaufelflächen und der Welle. Die an der bewegbaren Schaufel angebrachten Dichtungskörper dienen als Abdichtung zwischen den Schaufelstirnflächen und den Gehäusedeckeln sowie zwischen der äußeren Schaufeifläche und der Innenwand 19 des Gehäuses.

Die Schaufeln 15, 16 bilden somit gemeinsam mit dem Gehäuseteil 11 und den Gehäusedeckeln zwei Strömungskammern 28, 29 veränder-

liehen Volumens. Im Gehäuseteil 11 sind zwei Durchlaßöffnungen 3o, 31 vorgesehen, die zum Zuführen von unter Druck stehender Flüssigkeit sowie zum Abführen von Flüssigkeit dienen» Das Zu- ! und Abführen der Flüssigkeit wird mittels Ventilen (nicht gezeigt)

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gesteuert, die außerhalb des Stellmotors angeordnet sind.

Die Dichtungskörper 22, 2 3 sind, wie in Fig. 3 gezeigt, mit Lagersitzen 32 versehen, die einen kreissektorformigen Querschnitt haben und bogenförmig verlaufen. Diese Lagersitze befinden sich neben der Verbindungsstelle der inneren Stirnfläche 33 der beiden Gehäusedeckel und der Welle 12. Wie in Fig. *l· gezeigt, ist jede der Schaufeln ihrerseits mit einer Nut 34 versehen, die die gleiche Form wie der Lagersitz 32 aufweist, die jedoch im Querschnitt größere radiale Abmessungen besitzt. Die Abstützglieder 2«+, 25 bzw. 26, 27 sind ebenfalls mit Nuten 35 der gleichen Form und Abmessungen versehen.

Auf der Welle 12 sitzen - mit einem Durchmesserspiel von o,o25mm zwei im wesentlichen starre Dichtungsringe 36 aus Stahl, von denen der eine dem Gehäusedeckel 13 und der andere dem Gehäusedeckel 8 zugeordnet ist. Von diesen Dichtungsringen ist lediglich der dem Gehäuseteil 13 zugeordnete Dichtungsring darge- : stellt. Jeder der Dichtungsringe 36 wird durch seinen zugehörigen Gehäusedeckel gegen seinen Lagersitz 32 elastisch vorgespannt; diese Vorspannung wird dadurch erzielt, daß der Dichtungsring einen etwas größeren Querschnitt als der Lagersitz hat. Wenn somit der betreffende Gehäusedeckel mit dem Gehäuseteil 11 verschraubt wird, kommt es zu einer Oberschneidung zwischen dem Dichtungsring und dem elastischen Material der Dichtungskörper 22, 23. Auf diese Weise wird die Fläche 37 des Dichtungsringes in Dichtungseingriff mit der Stirnwand 33 des betreffenden Gehäusedeckels 13 gehalten, obwohl der Dichtungs-

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ring nur an zwei über seinen Umfang verteilten Stellen gehalten
wird.

Jeder der beiden Dichtungsringe 36 ist an der Verbindungsstelle
zwischen seiner Fläche 37 und seiner inneren Ringfläche 39 mit
einer ringförmigen Ausnehmung 38 versehen.

Anhand der Fig. 5 wird nun die von den Dichtungsringen 36 erzielte Abdichtung der Welle erläutert.

Es sei angenommen, daß sich die Welle 12 und die bewegbare Schaufel 16 in der in den Fign» 2 und 5 gezeigten Stellung befinden

und daß die Strömungskammer 28 mit Flüssigkeit hohen Drucks (IHo

2
kp/cm ) versorgt und die Strömungskammer 2 9 entlüftet wird

2
(wobei jedoch in der Strömungskammer 2 9 ein Druck von 7kp/cm

aufrechterhalten wird). Der wirksame Mittelpunkt der hydraulischen Kraft, der in der Ströaungskammer 28 auf die Welle 12 und die
Schaufel 16 ausgeübt wird, ist dann derart angeordnet, daß die . Welle 12 nach rechts (in Fig. ¹O gegen den rechtsseitigen Abschnitt der Lagerbohrung mgedrückt wird. Der Dichtungsring 36 ^l wir ebenfalls nach rechts gedrückt, so daß er das radiale Spiel
von o,o25mm ausfüllt, wobei sein linksseitiger Abschnitt an dem ; linksseitigen Abschnitt der Welle dichtend anliegt. Das Durch- > messerspiel zwischen der Welle und der Lagerbohrung IU beträgt \ bei diesem Ausführungsbeispiel ο,οδο mm. Somit entsteht zwischen
dem linksseitigen Abschnitt der Welle und der Lagerbohrung 11 i ein Zwischenraum Λο von sichelförmigem Querschnitt. Dieser ; sichelförmige Zwischenraum, der in Fig. 5 etwas übertrieben dar- ; gestellt ist, befindet sich im Hochdruckbereieh des Stellmotors, \

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und die an jedem Ende des Stellmotors vorgesehenen Dichtungsringe 36 decken diesen Zwischenraum an den Stirnflächen 33 der Gehäusedeckel 8, 13 ab, wodurch verhindert wird, daß Flüssigkeit von der Kammer 28 in den Zwischenraum durchleckt.

Wenn sich nun die Welle 12 und die Schaufel 16 entgegen dem Uhrzeigersinn drehen, bewegt sich der sichelförmige Zwischenraum ebenfalls in dieser Richtung, da sich der oben erwähnte Mittelpunkt der hydraulischen Kraft ebenfalls mit dreht. Die Dichtungsringe 36 sind jedoch derart bemessen, daß die Dichtungsringe unabhängig von der Winkelstellung der Welle und der bewegbaren Schaufel in Dichtungseingriff mit den Stirnwänden 33 gehalten werden, und zwar auch in dem Fall, daß sich die Welle und die bewegbare Schaufel anschließend im Uhrzeigersinn drehen, sobald die Strömungskammer 29 unter Druck gesetzt und die Strömungskammer 28 entlüftet wird.

Durch die Vorspannung der Dichtungsringe 36 in den Lagersitz 32 wird somit erreicht, daß die Strömungskammer 28 bzw. 29 gegen einen Verlust an Hochdruckflüssigkeit abgedichtet ist, wobei jeder Dichtungsring lediglich an zwei Stellen über seinem Umfang gelagert ist. Der Druck der Flüssigkeit, der im Hochdruckbereich 28 bzw. 29 auf die Dichtungsringe 36 einwirkt, hält die Dichtungsringe 36 nichtnur in Dichtungseingriff mit der Welle 12, sondern auch mit den Stirnwänden 33 der Gehäusedeckel.

Zusätzlich zu ihrer Dichtungswirkung haben die Dichtungsringe 36 ferner den Zweck, eine Strömungsverbindung zwischen derjenigen Strömungskammer 28 bzw. 29, in der Niederdruck herrscht, und

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i - 8. -

j dem Wellen-Lagerbohrungs-Zwischenraum für Schmierungszwecke her-

j zustellen.

'. Es sei wie oben angenommen, daß die Strömungskammer 29 entlüftet

und die Strömungskammer 28 unter Druck gesetzt wird und die ! Welle 12 gemeinsam mit der Schaufel 16 sich entgegen dem Uhr- ; zeigersinn drehen. Die Dichtungsringe 36 werden dann durch den ι in der Strömungskammer 28 herrschenden Flüssigkeitsdruck nach '■ rechts (bezüglich der Fign. 2, 5) gedrückt. Jeder Dichtungsring

36 erzeugt daher recht von der Welle - wie in Fig. 5 gezeigt j einen Zwischenraum 41 von sichelförmigem Querschnitt. Flüssigkeit aus der Strömungskammer 2 9 tritt in den sichelförmigen

ί Zwischenraum sowie in die ringförmige Ausnehmung 38 ein. Die

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Flüssigkeit gelangt somit über die ringförmige Ausnehmung in den j sichelförmigen Zwischenraum Ho zwischen der Welle 12 und der ! Lagerbohrung IU, wodurch die in der Lagerbohrung umlaufende Welle geschmiert wird. Da sich beide sichelförmigen Zwischenräume Uo, Ul gemeinsam mit der Welle und der bewegbaren Schaufel bewegen, wird die Schmierflüssigkeit gleichmäßig verteilt. Diese Nieder- |) ι druckschmierung ist von der Hochdruckseite des Stellmotors getrennt.

Wenn die Drehrichtung des Stellmotors umgekehrt wird, so daß sich die Welle im Uhrzeigersinn dreht, gelangt Niederdruckflüssigkeit aus der Strömungskammer 28 in einen sichelförmigen Zwischenraum links von der Welle 12 (bezüglich der Fig. 5), und die , Niederdruckflüssigkeit findet nun ihren Weg über die ringförmige j Ausnehmung 38 zu einem sichelförmigen Zwischenraum rechts von der Welle 12 und innerhalb jeder der Lagerbohrungen 9, IU, wodurch

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die Welle geschmiert wird.

Bei dieser Niederdruckschmierung der Welle ist es natürlich unbedingt erforderlich, daß die auf der Niederdruckseite der Dichtungsringe gebildeten sichelförmigen Zwischenräume sich niemals über die Dichtungskörper hinaus bis zur Hochdruckseite erstrecken. Zu diesem Zweck muß das Spiel zwischen dem Dichtungsring und der Welle sorgfältig ausgelegt werden, wobei eine bei längerem j Gebrauch möglicherweise auftretende Abnutzung bzw. Verformung

Γ
(ovale Form) der Dichtungsringe berücksichtigt werden muß.

Die Welle ist an den äußeren Endabschnitten der Lagerbohrungen mit Dichtungsringen (nicht gezeigt) versehen, die verhindern, daß Niederdruck-Schmierflüssigkeit aus dem Stellmotor herausgelangt.

Die Erfindung ist nicht auf Stellmotoren beschränkt; beispiels- ;

in ;

weise kann die/Drehrichtung hin- und herbewegbare Maschine auch ! als Strömungsdämpfer oder als Pumpe ausgebildet sein. Ferner ist

die Erfindung nicht auf Maschinen mit nur einer fest angeordneten \

I Schaufel und nur einer bewegbaren Schaufel beschränkt. |

fenn auch

/die in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Dichtungsringe aus Stahl bestehen» können die Dichtungsringe jedoeh auch aus einem anderen Metall oder einem harten Kunststoff, der die gewünschten Festigkeitseigenschaften besitzt, hergestellt werden. !

Die Erfindung ist ferner nicht auf die in Verbindung mit den Zeichnungen beschriebene Querschnittsform der Dichtungsringe beschränkt;

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der Querschnitt der Dichtungsringe kann vielmehr andere zweckmäßige Formen annehmen. Ferner braucht nicht jeder der Dichtungsringe mit einer ringförmigen Ausnehmung, durch die die Niederdruckflüssigkeit zu Schmierungszwecken um die Welle herumführt, versehen zu sein, da stattdessen auch Ausnehmungen in den Stirnwänden des Gehäuses oder in der Welle selbst vorgesehen werden können. Alternativ hierzu besteht die Möglichkeit, über-

j haupt keine Ausnehmungen vorzusehen, wenn die sichelförmigen

ι
Zwischenräume zwischen den Dichtungsringen und der Welle selbst derart angeordnet werden, daß sie die sichelförmigen Zwischenräume zwischen der Welle und den Lagerbohrungen überlappen, so daß sie die Niederdruckflüssigkeit den letztgenannten Zwischen-· räumen zuführen können. Ί

Wenn auch bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zwei Dichtungsringe - für jeden Gehäusedeckel einen - vorgesöien sind, kann I bei anderen Ausführungsformen nur ein einziger Dichtungsring j vorhanden sein, wogegen dem anderen Gehäusedeckel eine andere !

ι Dichtungseinrichtung zugeordnet wird. i

Schließlich ist die Erfindung nicht auf eine Maschine mit einem aus einem zylindrischen Gehäuseteil und zwei Gehäusedeckeln bestehenden Gehäuse beschränkt. Stattdessen sind Konstruktionen möglich, bei denen einer der Gehäusedeckel einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet ist, während am anderen Ende des Gehäuses ein abnehmbarer Gehäusdickel vorgesehen ist. Ferner kann das Gehäuse auch aus zwei gleichen, miteinander verbundenen Gehäuseteilen bestehen, wobei jeder Gehäuseteil einen einstückig damit ausgebildeten Gehäusedeckel aufweist. - 11 -

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Wenn die Maschine als Stellmotor ausgebildet ist, können Mittel j vorgesehen sein, die den Stellmotor selbsttätig verzögern, wenn i er sich einem seiner beiden Endhübe nähert und/oder es können j Mittel vorgesehen werden, die eine "Eigengeschwindigkeit" des ι Stellmotors bei großer äußerer Belastung verhindern.

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Claims (1)

1. Dowty Hydraulic Units Ltd.

   ArIe Court

   Cheltenham/England 21. Dezember 197ο

   Anwaltsakte M-1417 Patentansprüche

   1.1 Oszillierende, druckmittelbetätigbare Maschine mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse, einer Welle, die sich durch eine in der Stirnwand des Gehäuses gebildete Bohrung bis mindestens zur Außenseite des Gehäuses erstreckt, mindestens einer fest angeordneten Schaufel sowie mindestens einer bewegbaren Schaufel, von denen die fest angeordnete Schaufel mit dem Gehäuse und die bewegbare Schaufel mit der Welle fest verbunden ist und die in dem Gehäuse mindestens zwei Strömungskammern veränderlichen Volumens bilden, und mit aus elastischem Material bestehenden Dichtungen, die an denjenigen Flächen der Schaufeln angebracht sind, die bezüglich angrenzender Teile der Maschine gleitbar sind, gekennzeichnet durch mindestens einen im wesentlichen starren Dichtungsring (36), der angrenzend an die Stirnwand (13) des Gehäuses auf der Welle (12) angebracht ist, an der Welle dichtend anliegt und durch die Dichtungen (22, 23) in axialer Richtung derart vorgespannt ist, daß .er unabhängig von der jeweiligen Winkelstellung der Welle und der bewegbaren Schaufel (16) bezüglich des Gehäuses (11) über seinem gesamten Umfang in Dichtungs-

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   eingriff mit der Stirnwand des Gehäuses gehalten wird.

   ■ 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Welle (12) und dem Dichtungsring (36) ein kleiner radialer Zwischenraum vorgesehen ist, der eine Querbewegung des Dichtungsrings relativ zur Welle ermöglicht, wenn der höhere Strömungsmitteldruck auf den der unter höherem Druck stehenden Kammer ausgesetzten Abschnitt des Dichtungsrings einwirkt, so daß der Dichtungsring und die Welle im Bereich der unter höherem Druck stehenden Strömungskammer miteinander in Dichtungseingriff gehalten werden.

   3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen der Welle (12) und demjenigen Abschnitt des Dichtungsrings (36), der der unter niedrigerem Druck stehenden Strömungskammer (29) ausgesetzt ist, zu dieser Strömungskammer hin offen ist, so daß eine Strömungsverbindung zwischen dieser Strömungskammer und dem Zwischenraum zwischen der Welle und der Lagerbohrung (14) vorhanden ist, die zumindest teilweise die Schmierung der Welle übernimmt.

   4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (36) an seiner an die Stirnwand (13) angrenzenden Fläche mit einer sich über den Umfang erstreckenden ringförmigen Ausnehmung (38) versehen ist, die zu dem der Niederdruck-Strömungskammer (29) ausgesetzten Zwischenraum hin offen ist, so daß das zur Schmierung dienende Strömungsmittel vollständig um die Welle (12) herum zu dem Bereich maximalen Spiels zwischen der Welle und der Lagerbohrung (I¹O _llf

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   gelangen kann, wobei die Lage dieses Baeiches von der Richtung . der quer auf die Welle einwirkenden Strömungsmittelkräfte abhängig ist.

   5. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (36) aus Metall besteht und einen kreissektorförmigen Querschnitt hat₅ und daß der Dichtungsring an bestimmten Stellen von Lagersitzen (32) mit kreissektorförmigem Querschnitt erfaßt wird, . die in den elastischen Dichtungen (22, 2 3) gebildet sind.

   6. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (12) teilweise in einer in der anderen Stirnwand (8) des Gehäuses (11) vorgesehenen weiteren Lagerbohrung (9) gelagert ist, und daß ein weiterer, mit dieser Stirnwand (8) in Dichtungseingriff stehender Dichtungsring (36), der identisch zu dem ersten Dichtungsring ausgebildet ist, vorgesehen ist,

   7. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der elastischen Dichtungen aus Gummi besteht.

   8. Maschine nach einem der vorhergehenden. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine ein hydraulischer Stellmotor (1) ist.

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