DE2250385A1

DE2250385A1 - Hydropneumatische federungsanordnung fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE2250385A1
Application number: DE19722250385
Authority: DE
Inventors: Stuart Bruce Dawson
Original assignee: Girling Ltd
Current assignee: Girling Ltd
Priority date: 1971-10-15
Filing date: 1972-10-13
Publication date: 1973-04-19
Also published as: GB1409875A; PL82053B1

Description

Die Erfindung betrifft eine hydropneumatische Federungsanordnung für Fahrzeuge, bei der die Belastung eines Rades oder einer Achse von Luft oder Gas in einer Druckkammer abgestützt wird, deren wirksames Volumen entsprechend der Belastung durch aus einem Behälter der Anordnung abgezogene Flüssigkeit veränder-r bar ist und die durch eine Relativbewegung zwischen dem Rad oder der Achse und "dem Chassis oder Fah'rzeugkörper betätigt wird.

Bei hydropneumatisehen Federungsanordnungen der genannten Art kann die Druckkammer mit der Federungsanordnung kombiniert sein oder eine getrennte Einrichtung aufweisen, die mit der Federungsanordnung über einen außenliegenden Anschluß verbunden ist. Wenn die Druckkammer eine getrennte Einrichtung aufweist, so kann eine derartige Druckkammer mit zwei oder mehr Federungsanordnungen verbunden sein.

Wenn eine Federungsanordnung der genannten Art einem plötzlichen von außen auftretenden Stoß von ziemlicher Stärke ausgesetzt 1st, erhöht diese plötzliche Belastung den Druck der

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Flüssigkeit innerhalb der Federungsanordnung, was zu Beschädigungen von Bestandteilen der Federungsanordnung führen kann, wenn diese nicht von entsprechend robustem Aufbau sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein© hydropneumatische Federungsanordnung der genannten Art zu schaffen, bei der diese und weitere Nachteile tunlichst vermieden sind.

GemäS der Erfindung ist in einer hydropneumatischen Federungsanordnung der genannten Art die Druckkammer mit dem Behälter über eine Druckbegrenzungsventileinrichtung verbunden, die normalerweise geschlossen ist aber geöffnet werden kann, um die Druckkammer mit dem Behälter in Verbindung zu bringen, wenn der Druck innerhalb der Druckkammer einen vorherbestimmten Wert übersteigt.

Wenn also der Druck der Flüssigkeit innerhalb der Druckkammer auf den vorherbestimmten Wert ansteigt, beispielsweise wenn die Federungsanordnung einer plötzlichen von außen erfolgenden Stoßbelastung unterworfen ist, wird die aus dem überschüssigen Druck resultierende Energie sicher innerhalb des Behälters abgeführt.

Das hat den Vorteil, daß gewisse Bauelemente der Federung anordnung nur so zu konstruiert sein brauchen, daß sie normalen Arbeitsdrücken standhalten.

Die Druckbegrenzungsventilelnrichtung weist zweckmäßigerweise mindestens ein Rückschlagventil auf, das zwischen den Behälter und eine Kammer der Federungsanordnung geschaltet ist, die die Druckkammer aufweist oder mit ihr verbunden 1st.

Die Erfindung wird nachfolgend mit vorteilhaften Einzelheiten anhand von schematischen Ze lehn Lingo α zweier Auöfiihrungsboispiele näher erläutert, fis zeigt;

FLg. I einen Längsschnitt durch eine hyrtropnöumutische Federung3anordnung für ein Fahrzeug;

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Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel "einer hydropneumatisehen Federungsanordnung.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Federungsanordnung ist das obere Ende eines ziemlich langen Rohres 1 durch eine gewölbte Abschlußkappe 2 verschlossen, die einen radialen Rand 3 hat, der in dem entsprechenden Ende des Rohrs 1 aufgenommen ist»

Innerhalb der Innenfläche des Randes 3 ist ein kreisförmiger Wandteil 4 an seiner Umfangskante befestigt und hat einen sich nach unten erstreckenden Zapfen 5 in der Mitte, der im oberen Ende eines mit dem Rohr 1 konzentrisch angeordneten Zylinders 6 aufgenommen ist, welcher gemeinsam mit dem Rohr 1 einen ringförmigen Behälter 7 für Flüssigkeit bildet. Das untere Ende des Zylinders 6 ist von einem Stopfen 8 verschlossen, der mit einer Axialbohrung versehen ist, durch die eine Kolbenstange 9 verschiebbar ist. Die Kolbenstange 9 ist von einer Ringdichtung 10 abgedichtet, die in einem Halteglied 11 von Doppelschalenprofil aufgenommen ist, welches einen Abstand vom Stopfen 8 hat und von einem ringförmigen Stopfen 12 in seiner Lage gehalten ist, der innerhalb des unteren Endes des Rohrs 1 angeordnet ist und in der Mitte eine Öffnung hat, durch, die der Teil des Haltegliedes ragt, der die Ringdichtung 10 aufnimmt. Zwischen den einander benachbarten Außenkanten des Stopfens 12· und des Haltegliedes 11 ist ein Dichtring 13 angeordnet.

Da das Halteglied 11 einen Abstand vom Stopfen 8 hat, ist die Ringdichtung 1O ständig der Flüssigkeit im Behälter 7 ausgesetzt, die durch einen zusammenpreßbaren Sack bzw. Behälter 13a unter Druck gehalten ist, der mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt ist, um die Yolumenveränderungen der Flüssigkeit im Behälter auszugleichen. Der Behälter. 13a ist vorzugsweise in eine Anzahl von getrennten Zellen unterteilt, so daß sein ordnungsgemäßes Funktionieren nicht nennenswert dadurch beeinträchtigt wird, daß eine der Seilen versagt oder ein Loch bekommt.

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Die Ringdichtung 10 wird von einer Druckfeder 14 mit der Kolbenstange 9 in Eingriff gepreßt, die zwischen dem Stopfen 8 und einer geneigten Anlageplatte 15 wirkt, welche mit der Oberseite der Ringdichtung in Eingriff steht.

Die Kolbenstange 9 hat eine Axialbohrung 16, die an ihrem unteren Ende verschlossen 1st, und trägt an Ihrem oberen Ende eine mit Arbeltssitz in den Zylinder 6 passende Kolbenanordnung 17« Die Kolbenanordnung 17 weist zwei Kolben 18 und 19 auf, die am oberen Ende der Kolbenstange 9 eo angebracht sind, daß ihre einander zugewandten und einander entsprechenden Flächen duroh ein Lagerglied 20 in Eingriff gebracht sind, welches in eine Aussenkung 21 am oberen Ende der Axialbohrung 16 eingeschraubt 1st und einen oberen radialen Flansoh 22 .hat, der gegen den Kolben 18 geklemmt ist. Durch das Lagerglied 20 erstreckt sich eine Axialbohrung 2J, die von inneren Ende her eine Aussenkung 24 hat, deren Durohmesser dem der Axialbohrung 16 entspricht und die so weit reloht, daß sie im wesentlichen an der Unterseite des Kolbens 19 endet.

Die zusammenpassenden Fläohen der Kolben 18 lind 19 sind von ihren äußeren Umfangskanten her so abgearbeitet, daß sich eine ringförmige Ausnehmung 25 ergibt, die mit der Axialbohrung 23 durch Kommunizieren der radiale Kanäle 26 und 27 in den Kolben und in der Wand des Lagergliedes 20 in Verbindung steht.

Von einer in der Ausnehmung 25 angeordneten, unter Federspannung stehenden Platte oder einem anderen Rückschlagventil wird die Flüssigkeitsströmung durch den Kolben I9 in solcher Richtung gesteuert, daß Flüssigkeit aus dem Behälter abgezogen werden kann, wenn sich die Federungsanordnung auseinanderschiebt und die Kolbenanordnung 17 in bezug auf den Zylinder 6 nach unten bewegt wird, und daß Flüssigkeit duroh die radialen

Kanäle 26 und 27 in die Axialbohrung 16 in der Kolbenstange gelangen kann.

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Sin an seinem oberen Ende im Wandteil 4 befestigter, undurchlässiger, rohrförmlger Tauchkolben 30 erstreckt sioh nach unten durch die Axialbohrung 23 im Lagerglied 20 in die Axialbohrung \6 hinein. Der Tauchkolben 30 hat einen abgestuften Durchmesser und dadurch einen Abschnitt 3t mit größerem Durohmesser, der im Arbeltssitz in der Axialbohrung 23 des Lagergliedes 20 bewegbar ist und in einen freien landab schnitt 32 von kleinerem Durchmesser übergeht, der normalerweise zumindest über einen beträchtlichen !Cell seiner Länge innerhalb der Axialbohrung 16 aufgenommen ist.

Gemäß einer Alternativlösung kann der Abschnitt 32 des Tauchkolbens aber auch von einer am Tauchkolben 30 ausgearbeiteten Abflachung gebildet sein.

Bei einer anderen Konstruktion hat der freie Endabschnitt

32 ein verjüngtes Profil, d.h. sein Durchmesser nimmt vom inneren Ende, an dem er dem Durchmesser des Abschnitts 31 entspricht, allmählich zum freien Ende hin ab, an dem der Durchmesser dem des Abschnitts 32 entspricht* Durch die Verjüngung des Abschnitts 32 wird der sogenannte hydraulische "Schlag" (knock) vermieden, der manchmal auftritt» wenn an einer Durchmesserabstufung zwischen den Abschnitten 31 und 32 eine Schulter vorgesehen ist. Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel sind um den Umfang des Abschnitts 32 herum eine Vielzahl von abgestuften Abflachungen ausgebildet, die in ihrer Wirkung der einer einzigen Verjüngung entsprechen*

Bine in der Oberseite des Kolbens 18 angeordnete," unter Federspannung stehende Platte oder ein anderes Rückschlagventil

33 steuert die Flüssigkeitsströmung durch den Kolben 18 in solcher Sichtung, daß die Flüssigkeit aus der Axialbohrung 16 durch die Kanäle 26 und 27 in den Teil des Zylinders 6 oberhalb der Kolbenanordnung 17 strömen kann, wenn die Kolbenanordnung in bezug auf den Zylinder nach oben bewegt und die Federungsattordnung zusammengeschoben wird. Hierbei bewegt sich die Kolben-

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stange 9 Ια bezug auf den Abschnitt 32 des Tauchkolbens nach oben, wodurch eine Pumpwirkung hervorgerufen wird, die Flüssigkeit aus der Axialbohrung 16 verdrängt.

Sie Ventile 29 und 33 sind hler zwar als Rücksohlagventlle bezeichnet worden, jedoch sei darauf hingewiesen, daß unter diese Bezeichnung auch Ventile fallen sollen, die so ausgelegt sind, daß sie in einer Strömungsrichtung einen größeren Widerstand liefern als in der anderen, um eine Übermäßig starke Dampfungswirkung zu vermeiden*

Bine zwischen der Abschlußkappe 2 und dem Wandte11 4 begrenzte Kammer 34 steht duroh eine Reihe von durchgehenden Kanälen 35 im Wandteil 4 mit dem Saum oberhalb der Kolbenanordnung I7 in Verbindung. Die Kanäle 35 können Einengungen aufweisen oder von in entgegengesetzter Richtung wirkenden, hier nicht gezeigten Ventilen gesteuert sein. Diese Einengungen oder Ventile grenzen die Strömung der Flüssigkeit zwischen dem Raum im Zylinder 6 oberhalb der Kolbenanordnung 17 und der Kammer 34 ein und liefern dadurch einen Dämpfungseffekt.

Die Kammer 34 ist durch einen außenliegenden Anschluß und ein an der Abschlußkappe 2 befestigtes AnachlußstUck 36 an eine Druckkammer angeschlossen. Die Druckkammer weist ein Gehäuse auf, welches durch eine Membran in eine Luft- bzw. Gaskammer und eine Flüssigkeitskammer unterteilt 1st, die mit der Kammer 34 verbunden ist. Die Druckkammer kann zweckmäßigerweise einen Aufbau haben wie er in der Deutschen Patentanmeldung P 22 35 206.3 beschrieben 1st.

Die Federungsanordnung kann über öaen 37 und 33, die an der Absohlußkags 2 bzw. dem freien Bnde der Kolbenstange 9 befestigt sind, mit nicht abgefederten und abgefederten Teilen eines Fahrzeugs verbunden werden. Das unter« Bnde der Federungsanordnung ist gegen das Bindringen von Schmutz und sonstigen Fremdstoffen duroh eine flexible, gewellte Manschette 39 abge-

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- 7 dichtet.

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Wenn sich die Federungsanordnung zusammenschiebt, wie oben beschrieben, wirkt die durch die Kanäle 35 in die Kammer gepumpte Flüssigkeit auf die Luft bzw_# das Gas in der Gaskammer des Druckraums, so daß die Belastung des mit dem abgefederten Fahrzeugteil verbundenen Hades bzw, der Achse vom Druck der Luft bzw. des Gases In dieser Kammer abgestützt ist.

Das Zusammenschieben der Federungsanordnung aufgrund erhöhter Belastung des Fahrzeugs kann so lange andauern, bis das obere Ende der Axlalbohrung 23 Im Lagerglied 20 nicht mehr mit dem Abschnitt 3t des Tauchkolbens, der den größeren Durchmesser hat, in Eingriff steht,

In der Zylinderwa&d ist an zweckentsprechender Stelle eine das Niveau regulierende öffnung 40 vorgesehen, und wenn diese vom Kolben 18 freigegeben wird, kann eine bemessene Flüssigkeitsmenge aus der Druckkammer in den Behälter 7 gelangen, um dazu beizutragen, die Verlängerung der Federungsanordnung über den vorherbestimmten Grad hinaus einzuschränken,

, Wenn die Belastung des Fahrzeugs zunimmt, sehlebt sioh. die Federungsanordnung zusammen. Der Abschnitt 31 des Tauchkolbens tritt wieder in die Axlalbohrung 23 ein, und die Öffnung 40 wird erneut vom Kolben 18 überdeckt. Weitere Flüssigkeit wird dann aus dem Behälter 7 abgezogen und in die Druckkammer gepumpt, um die erhöhte Belastung auf dem vorherbestimmten Niveau abzustützen.

Im Wandteil 4 sind mehrere durchgehende Kanäle 41 vorgesehen, die eine Verbindung zwischen de;r Kammer 34 und dem Behälter 7 herstellen. Jeder Kanal wird von einem normalerweise geschlossenen Druckbegrenzungsventil gesteuert, das einen Ventilschließlcorper In Form einer Kugel 42 hat, die mit einem dan untere Ende des Kanals 41 umgebenden Sitz 43

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in Eingriff gedrückt let. Dae wird von einer Tellerfeder ode* einem anderen federnd nachgiebigen Unterlegring 44 bewirkt, der an seiner Inneren Umfangskante zwischen den Wandten 4 und das obere Ende des Zylinders 6 geklemmt 1st,

Beim normalen Betrieb der Federungsanordnung sind die Druckbegrenzungsventile geschlossen! aber wenn der Druok Im Zylinder 6 oberhalb der Kolbenanordnung und innerhalb der Kamme 104 und als Folge davon innerhalb der Druckkammer einen vorherbestimmten Wert übersteigt, beispielsweise wenn die Federungsanordnung einer plötzlichen beträchtlichen Stoßbelastung ausgesetzt 1st, öffnen eich die Druckbegrenzungsventil automatisch und lassen Druckfluid aus der Kammer 34 In den Behälter 7 zurückströmen. Das Volumen des Behälters reicht aus, um die Energie des vermehrten Druckfluids zu verteilen, so daß keine Gefahr besteht, daJ die Pederungsanordnung besohädigt wird. Anschließend schiebt sich die Anordnung auseinander und zusammen, wie oben beschrieben, bis der Gas- oder Luftdruck innerhalb der Druckkammer wieder den zum Abstützen der Belastung auf dem vorherbestimmten Niveau nötigen Wert erreioht.

Bei der in Flg. 2 gezeigten Federungsanordnung trägt die Abschlußkappe 2 eine sich axial erstreckende kurze Stange 45, die an ihrem freien äußeren Ende mit Gewinde zur Aufnahme einer Mutter 46 versehen 1st. Zwischen entgegengesetzte Druokunterlegscheiben 49 und 50 sind zwei federnd nachgiebige Glieder 47 und 48 geklemmt, die zum Festklemmen an entgegengesetzten Flächen eines Teils eines Fahrzeugkörpers dienen.

Durch die kurze Stange 45 erstreckt sich eine Axialbohrung 51, die mit der Kammer 34 durch eine öffnung 52 in der Abschlußkappe 2 in Verbindung steht und an ihrem äußeren Ende zu einem Anschlußstück 53 zur Verbindung mit der Druckkammer ausgesenkt 1st.

Das untere Ende des Zylinders 6 ist von einem Stopfen 54 verschlossen, durch den die Kolbenstange 9 verschiebbar ist

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und der In der Mitte einen Zapfen 45 hat, welcher im unteren Ende des Zylinders aufgenommen ist. Die äußere Umfangskante des Stopfens 54 steht mit der Innenfläche der Wand des Rohrs 1 in Berührung, und der Stopfen 54- ist mit Hilfe einer Kappe 56 in seiner Lage gehalten, die in das untere Ende des Rohrs 1 eingeschraubt ist und in der Mitte eine Öffnung hat, durch die die Kolbenstange 9 verschiebbar ist.

In einer Ausnehmung in der Kappe 56 ist eine Dichtung gehalten, die von einem komplementären Teil des Stopfens 54 gegen den BocLen der Ausnehmung geklemmt ist. Die Dichtung 57 ist dem Druckmittel im Behälter 7 durch mindestens einen axialen Kanal 58 im Stopfen 54 ausgesetzt.

Im übrigen entsprechen Aufbau und Arbeitsweise der in Fig. 2 gezeigten Federungsanordnung dem bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel, so daß auch für die entsprechenden TeUe die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden.

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Claims

Ansprüche 6>

1.,) Hydropneumatisch^ Federungsanordnung für Fahrzeuge mit einer Druckkammer, die Luft oder Gas unter Druck zum Abstützen der Belastung eines Rades oder einer Achse enthält und deren Volumen entsprechend der Belastung durch Aisziehen von Flüssigkeit aus einem Behälter der Federungsanordnung veränderbar 1st und die durch eine Relativbewegung zwischen In bezug aufeinander beweglichen Teilen der Federungsanordnung betätigt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Druckkammer mit dem Behälter (7) durch eine Druckbegrenzungsventllelnrlchtung (42, 43, 44) verbunden 1st, die normalerweise geschlossen aber zu öffnen 1st, um die Druckkammer mit dem Behälter In Verbindung zu setzen, wenn der Druck Innerhalb der Druckkammer einen vorherbestimmten Wert übersteigt.

2. Federungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß die Druckbegrenzungsventllelnrlchtung mindestens ein Rückschlagventil (42, 43) aufweist, welches zwischen den Behälter (7) und eine Kammer (34) in der Federungsanordnung geschaltet 1st, die die Druckkammer aufweist oder mit Ihr verbunden ist.

3. Federungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Behälter (7) von einem Raum zwischen einem äußeren, Rohr (1 ) und einem inneren Zylinder (6) begrenzt ist, in dem ein Kolben (17) arbeitet, und daß der Behälter (7) mit der Kammer (34) durch mindestens einen Kanal (41 ) in einem ersten Verschluß (4) für daa betreffende Ende

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der Federimgsanordnung verbunden 1st, daß die Druckbegrenzungs*· ventllelnrichtung einen Ventilschließkörper (42) zum Eingriff mit einem den Kanal (41) an der der Kammer abgewandten Seite des Verschlusses umgebenden Sitz (43) aufweist, und daß eine federnd nachgiebige Einrichtung (44) den Ventilschließkörper in Eingriff mit dem Sitz drückt, um die Strömung durch den Kanal zu unterbinden.

4. Federungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Verschluß (4) mehrere ■ Kanäle (41) vorgesehen sind, und daß getrennte Ventilschließkörper (42) mit Sitzen (43) an der von der Kammer (43) abgewandten Seite des Verschlusses in Eingriff bringbar sind, und daß eine !Tellerfeder oder ein anderer federnd nachgiebiger Unterlegring (44) die Ventilschließkörper in Eingriff mit den Sitzen drückt.

5. Federungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Unterlegring (44) an seiner Inneren Umfangskante zwischen den Inneren Zylinder (6) und den Verschluß (4) geklemmt 1st.

6. Federungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Kolben (17) von einer Kolbenstange (9) abgestützt ist, die durch einen zweiten Verschluß (17, 8, 54) für das Ende der Federungsanordnung gegenüber der Kammer (34) bewegbar ist, und.daß ein Tauchkolben (30) innerhalb des Zylinders sich In eine Bohrung

(16) innerhalb der Kolbenstange (9) erstreckt, daß der Behälter (7) mit dem Innenraum des Zylinders zwischen dem Kolben

(17) und dem zweiten Verschluß (54) in Verbindung steht, und daß der Kolben (17) mit mindestens einem Rückschlagventil (29, 33) versehen ist, welches eine Flüssigkeitsströmung durch den Kolben in Richtung zum ersten Verschluß .(4) erlaubt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß Flüssigkeit beim Auseinanderschieben der Federungsanordnung aus dem Behälter (7) In die

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Bohrung (16) In der Kolbenstange abgezogen wird und daß Flüssigkeit beim Zusammenschieben der Pederungsanordnung vom Tauchkolben (30) aus der Bohrung durch mindestens einen Kanal (35) in dem ersten Verschluß in die Druckkammer gepumpt wird.

7. Federungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das den ersten Verschluß (4) aufweisende Ende des äußeren Rohrs (1 ) mit einer Abschlußkappe (2) versehen ist, und daß die Abschlußkappe und das vom Kolben entfernte Ende der Kolbenstange (9) Verbindungseinrichtungen (37, 38, 45 bis 50) abstützen, die dazu dienen, die Pederungsanordnung mit abgefederten und nicht abgefederten Teilen eines Fahrzeugs zu verbinden, wobei ein Raum zwischen der Abschlußkappe und dem ersten Verschluß eine Kammer (34) zum Anschluß an eine getrennte Druckkammer begrenzt.

8. Federungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Abschlußkappe (2) ein Anschlußstück (36) zum Verbinden mit der Druckkammer aufweist.

9. Federungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die von der Abschlußkappe (2) abgestützte Verbindungseinrichtung eine sich axial erstreckende kurze Stange (45) umfaßt, durch die sich in Längsrichtung eine Bohrung (51) erstreckt, die zur Verbindung mit der Kammer (34) dient und deren äußeres Ende so ausgesenkt ist, daß ein Anschlußstück (53) zur Verbindung mit der Druckkammer geschaffen ist.

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