DE3010335A1 - Arbeitsverfahren fuer eine elektromotorische bremsbetaetigungsvorrichtung insbesondere bei schienenfahrzeugen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Arbeitsverfahren fuer eine elektromotorische bremsbetaetigungsvorrichtung insbesondere bei schienenfahrzeugen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

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DE3010335A1 DE19803010335 DE3010335A DE3010335A1 DE 3010335 A1 DE3010335 A1 DE 3010335A1 DE 19803010335 DE19803010335 DE 19803010335 DE 3010335 A DE3010335 A DE 3010335A DE 3010335 A1 DE3010335 A1 DE 3010335A1
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Description

Dipl.-ing. Richard Wilke,
Helmut Korthaus
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft zunächst ein Arbeitsverfahren für eine elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung insbesondere bei Schienenfahrzeugen, bei welchem durch einen regelbaren Elektromotor mindestens mittelbar ein Federspeicher gespannt und zur Offenhaltung einer Bremse im gespannten Zustand gehalten wird, wobei zur Einleitung des Bremshubes der Elektromotor höchstens spannungslos wird, worauf der sich entspannende Federspeicher über Zug- bzw. Druckmittel die Bremse durch Anlegen der Bremsbacken schließt.
Bei vorbekannten Geräten dieser Art ist die Förderung, den Verschleiß der Bremsbacken automatisch auszugleichen, bisher auf mechanischem Wege gelöst worden (s. I)E-PS 25 12 786 bzw. CH-PS 612 134). Federspeicher der eingangs genannten Art sind grundsätzlich durch die DH-PS 15 84 136 bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist der Ersatz der verschleißbehafteten mechanischen Nachstellvorrichtung, die zudem aufwendig, raumbeanspruchend und nicht wartungsfrei ist, durch eine verschleißlose und wartungsfreie elektrische Nachstellung. Weiterhin soll ein sehr feinfühliger, stetiger Ausgleich des Bremsbackenverschleißes infolge Fehlens jeglicher mechanischer Verstellimpulse bei Aufrechterhaltung eines unveränderten Bremsdrucks erzielt werden.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch ge-BAD ORIGINAL
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Helmut Korthaus -
löst, daß der am Ende des Bremshubes auf die Bremsbacken wirkende Federspeicherdruck mittels eines elektromotorisch erzeugten Gegendrucks herabgesetzt wird, wobei unabhängig vom Entspannungsweg des Federspeichers und unabhängig vom Bremsbackenverschleiß immer der gleiche und im übrigen einstellbare Bremsdruck beim Anlegen der Bremsbacken aufrechterhalten wird.
Ausgehend von der bekannten elektromotorischen Bremsbetätigungsvorrichtung (DE-PS 25 12 786 bzw. CH-PS 612 134) gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2, liegt der Erfindung außerdem die Aufgabe zugrunde, eine Bremsbetätigungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen. Diese Aufgabe wurde entsprechend der Erfindung dadurch gelöst, daß das Drehmoment des Motors bis zum Stillstand regelbar ist, daß die Linearbewegung des Zug- bzw. Druckmittels, insbesondere eines Schub-Zugrohres des Kugelgewindetriebs, auf einen Schleifer eines ersten Potentiometers übertragbar ist, wobei der Schleifer des ersten Potentiometers den Schleifer eines zweiten Potentiometers nach Überschreiten eines vorgegebenen Weges über einen Mitnehmer mit- bzw. nachschleppt und daß beide Potentiometer mit ihren Schleifern eine Wheatstone'sche Brücke bilden, welche bei Abgleich ein Signal zur Abschaltung des Motors und Einschaltung seiner Haltebremse erzeugt.
Die Wirkungsweise und der konstruktive Aufbau des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend in den Zeichnungen anhand eines bevorzugten-Ausführungsbeispiels näher erläutert:
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Dipl.-Ing. Richard Wilke,
Helmut Korthaus
Fig. 1 zeigt in einem Schnittbild den Aufbau einer elektromotorischen Bremsbetätigungsvorrichtung mit ihren wesentlichen mechanischen und elektrischen Teilen;
Fig. 2 zeigt die Kraft-Wcg-Kennlinie eines Federspeicher und den gleichbleibenden Bremshub- und Löseweg entlang dieser Kennlinie hei verschleißenden Bremsbacken, wie er sich aus einem elektrisch gesteuerten Brems- und Lösevorgang in Anlehnung an Fig. 1 ergibt;
Fig. 3 zeigt den praktischen Zusammenbau der beiden Potentiometer, die über ein Untersetzungsgetriebe von dem hinteren freien Wellenende des Motors verdreht werden.
In Fig. I ist mit 1 ein Elektromotor bezeichnet, vorzugsweise ein Gleichstromhauptschlußmotor von z.B. 24 Volt Betriebsspannung. Die Welle dieses Motors ist mit einem Kugclgewindetricb 2, 3 mit einer Gewindespindel 2 und einer Mutter 3 gekuppelt. Die Mutter 3 ist kraft- und formschlüssig in einem Federteller 4 untergebracht, der sich in einem Schubzugrohr 7 fortsetzt, dessen Auge 8 mit einem nur schematisch im Verhältnis verkleinert dargestellten Bremsgestänge 19 verbunden ist, dessen Bremsbacken 20 auf eine ebenfalls nur schematisch dargestellte Bremsscheibe 21 auf einer Achse 22 einwirken können. Das Schubzugrohr 7 wird durch die Feder 23 nach außen aus dem Gehäuse 6 gedrückt. Der Motor J dagegen drückt die Feder 23 über den Kugelgewindetrieb 2, 3 zusammen und zieht das Schubzugrohr 7 in das Gehäuse 6 zurück. Der Federspeicher insgesamt ist mit der Bezugsziffer 5 bezeichnet.
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Helmut Korthaus
In der Pig. 2 ist der Federweg S=O die Stellung des maximal gespannten Federspeichers 5 so, wie auch in . Fig. I die Ausgangslagc gezeichnet ist. In dieser Stellung des Federspeichers 5 sind die Bremsbacken 20 gelöst, der Motor 1 ist spannungslos, und die in den Motor eingebaute oder an seine Welle angebaute Elektromagnetbremse 18 liegt an Spannung und verhindert eine Ausdehnung ded Federspeichers 5, weil der Kugelgewindetrieb 2, 3 durch die Elektromugnetbremsc 18 an einer Drehung gehindert wird.
Die Schleifer 11 und 12 der beiden Potentiometer 9 und 10, nämlich eines ersten Potentiometers 9 und eines zweiten Potentiometers 10, stehen auf gleicher Höhe, wie in Fig. 1 für die Ausgangsposition bei neuen Bremsbacken 2 in durchgezogener Zeichnungsdarstcllung kenntlich gemacht ist. Die von den beiden Potentiometern 9 und 10 gebildete Wheatstone'sehe Brücke ist über die Schleifer 11, 12 abgeglichen. Die Spannung zwischen den Eingangsklcmmen K. und K2 ist Null und über die in dem Schaltgehäuse 14 befindliche Steuerung ist der Motor 1 deshalb abgeschaltet, während die Blektromagnetbremse 18 eingeschaltet ist. Die Bremse 20 ist gelöst, das nicht dargestellte Fahr-eug fährt. Zur Einleitung des Bremshubes erhält das Schaltgehäuse 14 über die Klemme K-, einen elektrischen Bremsimpuls, der die Elektromagnetbremse 18 des Motors 1 lüftet.
Die Feder 23 drückt daraufhin den Federteller 4 auswärts, weil der Kugelgewindetrieb 2, 3 samt Rotor des Motors 1 nicht mehr an einer Drehung gehindert ist und infolge des hohen Wirkungsgrades im Kugelgewindetrieb den Weg des Federtellers 4 nach außen nicht behindert.
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I)LpI.-Ing. Richard Wilke,
Helmut Korthaus
Durch den Federteller 4 in Fig. I wird der Schleifer 11 des ersten Potentiometers 9 mitgenommen; die mit F,„ bezeichnete Spannung am ersten Potentiometer 9 verkleinert sich proportional zum Weg des Federtellers 4, gleich dem Bremshub B^,.
Die Bremsspannung Eß gemäß Fig. 1 wird über einen hochohmigen Widerstand 16 an die Klemmen Kr, K6 eines Verstärkers 15 bekannter Bauart gelegt. Der Widerstand 16 ist so hoch gewählt, daß er den Abgleich der niederohmigeren Brückenschaltung 9, 10 praktisch nicht stört.
Von den Ausgangsklemmen K-, Kg des Verstärkers 15 wird nunmehr der Motor 1 über das SchaltgehHusc 14 an eine der Spannung Ii» proportionale Gleichspannung gelegt und entwickelt während des Bremshubes S=BW von 10 mm (Fig. 1 und 2) ein Drehmoment, das über den Kugelgewindetrieb 2, 3 in eine der Kraft des Federspeichers 5 entgegenwirkende Kraft umgewandelt wird. Die nach außen auf das Auge 8 wirkende Kraft wird daher, wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, von P = 450 daN durch die Spannung E.., die am ersten Potentiometer 9 von z.B. 8 Volt auf 6 Volt sinkt, auf P =200 daN reduziert.
Zum besseren Verständnis der Fig. 2 muß gesagt werden, daß die linke P-Ordinate und die rechte Ej.-Ordinate korrelieren,
d.h. Pß=2ÜO daN unterhalb P1 wird durch Eß = 6 Volt erreicht,
P ,,=200 daN unterhalb P ., wird durch En = 2,2 Volt erreicht und ε η+1 υ
PE=200 daN unterhalb Pg-1 wird durch Eß = 1 Volt erreicht.
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Demzufolge bleiben die Beschleunigungs- und Verzögerungswerte für den Bremshub. praktisch über den gesamten nutzbaren Weg des Federspeichers 5 konstant, was sehr wesentlich ist.
Da Fig. 2 keinen Zeitmaßstab enthält, sei vermerkt, wie auch später eingehend erläutert, daß der Abfall von P0 nach Pß bzw. Pn nach Pß oder P^-1 - i» nicht linear mit dem zeitlichen Bremshub Bw verlaufen muß. Fig. 2 stellt lediglich die Absenkung der Bremskraft auf den Schließdruck Pp nach durchlaufenem Bremshub dar. Die gleiche Feststellung gilt für den Verlauf P1 gegen P bzw. P +1 gegen P und P^ gegen ?E_U
Durch das von ER gesteuerte Drehmoment des Motors wird die Geschwindigkeit des Bremshubes gleichzeitig günstig beeinflußt, d.h. der Federspeicher 5 arbeitet nicht schlagartig, sondern fährt mit gesteuerter Geschwindigkeit, d.h. in der Regel weich, in die Bremsstellung. Durch "entsprechenden Schaltungsaufbau des Verstärkers 15 kann diese Geschwindigkeit beliebigen Anforderungen, z.B. bei sich ändernden Wagengewichten, angepaßt werden.
Der Verstärker 15 ist mit einem zusätzlichen Überwachungsglied, z.B. Drehzahlüberwachungs- und Abschaltvorrichtung gemäß D13-PS 22 09 001 ausgerüstet, das nach durchlaufenem Bremshub, nachdem also die Bremsbacken 20 mit 2 00 daN angepreßt werden und das Fahrzeug zum Stillstand gelangt ist, die Spannung E„ abschaltet. Der Motor 1 wird daraufhin stromlos; seine eingebaute Magnetbremse 18 bleibt
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Dipl.-Ing. Richard Wilke,
Helmut Korthaus
ebenfalls stromlos, d.h. offen. Im Stillstand des Fahrzeuges bei aufgelegter Bremse wird dadurch die höhere Bremskraft P. bzw. P +i (Fig. 2) wirksam.
Soll die Bremse gelöst werden, erhält das Schaltgehäuse 14 über die Klemme K. den Impuls "Lüften", wodurch der Motor 1 seine volle Betriebsspannung von 24 Volt erhält und den Federteller 4 wieder in seine Ausgangslage, d.h.
von P1 nnch P bzw. von P , nach P (Fi t>. -2) fährt. .Nach I ο n+1 η -
Beendigung dieses Hubes sind die beiden Potentiometer 9 und 10 (Fig. Ij dann wieder abgeglichen; der Motor 1 wird daher von der Steuerung im Schaltergehäuse 14 abgeschaltet und seine Blekt.romagnetbreiuse 18 eingeschaltet. Das Fahr- · zeug kann wieder fahren.
Nicht unerwähnt bleiben soll noch die Möglichkeit, mittels geeigneter Steuerimpulse die Bremskraft zwischen IV .= 200 daN und P. in Fig. 2 bei aufliegenden bzw. angelegten Bremsbacken 20 durch Regeln der an dem Motor 1 anliegenden Spannung Eß zwischen 6 und 8 Volt willkürlich verändern zu können. Das bedeutet, daß die Federspeicherbremse nach der vorliegenden Erfindung nicht nur als Sicherheits- und ilaltebremse, sondern gleichzeitig auch als Regelbremse und als Notbremse verwendet werden kann. Der selbsttätige Ausgleich des Brcmsbackenvcrschlcißcs ist nach der bisher erläuterten Wirkungsweise leicht verständlich: Der Schleifer 11 des ersten Potentiometers 9 fährt entsprechend dem Verschleiß tiefer und nimmt über den Mitnehmer 15 den Schleifer 12 des zweiten Potentiometers 10 um den gleichen Weg mit. Beim Bremslösevorgang wird das
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Glcichgcwicht der Wheatstone'sehen Brücke dann um diese Verschic ißspannc eher erreicht, d.h. der Federte Her 4 kommt früher zum Stillstand.
In Fig. 1 sind zur Verdeutlichung eine Mittelstellung P : P +. und die Endstcllung P,. : I\. \. dargestellt, bei der die Bremsbacken 20 erneuert werden müssen und das zweite Potentiometer 10 wieder in die P -Lage verstellt werden muß. In Fig. 1 sind nur die Stellungen P., P . und P1. mit den zugehörigen Stellungen der Schleifer und 12 gestrichelt dargestellt.
Im Verlaufe einer Lebensdauer der Bremsbacken verschiebt sich also der Bremshub B„ auf der Spindel 2, das bedeutet, daß der Motor 1 seine größte Leistung bei erneuerten Bremsbacken 20 erbringen muß und daß diese danach stetig absinkt.
Bine interessante Abwandlung des Erfindungsgedankens ergibt sich im übrigen dann, wenn statt des zweiten Potentiometers 10 nur ein fester Widerstand verwendet wird. Der Schleifer 12 und der Mitnehmer 13 entfallen hierbei. Der Schleifer 11 bildet dann mit dem jetzt festen Abgriff anstelle des Schleifers 12 eine Wheatstone1sehe Brücke, die immer nur dann abgeglichen ist, wenn der FederteLier 4 in seine oberste Lage P zurückfährt. Dies bedeutet, daß unter Beibehaltung aller übrigen vorbeschriebenen Steuer- und Regelvorgänge der volle Federweg S nach Fig. 1 und 2 mit gleichbleibend wirkender Kraft P.. durchfahren wird, obgleich die Federkraft von P auf 1' absinkt.
ο b
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Dipl.-ing. Richard WLlkc,
Helmut Korthaus
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Diese so erzielte Eigenschaft macht die Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung mit dem I;ederspei eher 5 für das Schließen und öffnen von Türen und Toren möglich, wenn ein gleichbleibender geringer Schließdruck gefordert wird, um z.B. eingeklemmte Personen oder Körperteile nicht zu verletzen.
Das Auflösungsvermögen der Potentiometer 9 und 10 fFig. 3) in Verbindung mit der Konstanz des Verstärkers 15 bestimmt die Ansprechempfindlichkeit auf den Bremsbackenverschleiß. Versuche haben ergeben, daß die Ansprechempfindlichkeit unter Verwendung handelsüblicher Teile den praktischen Anforderungen genügt.
Eine weitere interessante Einsatzmöglichkeit des Erfindungsgegenstandes ergibt sich, wenn das zweite Potentiometer 10 bestehen bleibt, aber die Mitnahmevorrichtung 13 entfällt, so daß das zweite Potentiometer 10 in einem räumlich entfernten Steuergehäuse angeordnet sein kann. Durch willkürlich geregelte Veränderung der SteLLung des Schleifers 12 würde der Weg B veränderbar und es könnte ein Manipulator oder Greifer verschieden weit geöffnet werden und trotzdem immer mit gleicher, ebenfalls durch H,, bestimmbarer Kraft zupacken.
Es ist auch möglich, durch ein nichtlineares erstes Potentiometer 9 die Kraft über die nicht lineare Änderung von Hp ebenfalls nicht linear zu ändern.
Der Vollständigkeit halber soll noch festgehalten
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werden, daß anstelle der Potentiometer 9 und 10 auch elektronische Stellungsmelder mit dem üblichen Ausgangssignalbcreich von z.B. 0-20 mA verwendet werden können, wenn die Steuerung des Manipulatorsystems bereits diese Signale verarbeitet.
Ergänzend bleibt noch zu erwähnen, daß zwischen einem den Schleifer 11 antreibenden Wellenabschnitt gemäß Fig. 3 und einem hinteren Wellenende 34 des Motors 1 ein Untersetzungsgetriebe 17 in den Kraftfluß eingeschaltet ist.
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Claims (6)

  1. PntüiilunwällC' Dipi.-ing. Harald Ostriga Dipi.-ing. Bernd Sonnet
    Wuppertal-Bannen Strcscmannstraße 6-8
    Ι'.Ίΐι·ιιι;ιιι«.ιΜι (Kirijia λ SuniKi. I'mifcu'h 20 1.1-7.1)-5(ιΐΚΙ WupiH-rliil ^
    0/sch
    Anmelder:
    Dipl.-lag. Richard Wiikc, Am Weißenfeld 4, 5830 Schwelm
    Helmut Korthaus,
    Fernblick 3, 5600 Wuppertal 2
    Bezeichnung der Erfindung:
    Arbeitsverfahren für eine elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung insbesondere bei Schienenfahrzeugen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
    Ansprüche:
    ■1. Arbeitsverfahren für eine elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung insbesondere bei Schienenfahrzeugen, bei welchem durch einen regelbaren Elektromotor mindestens mittelbar ein Federspeicher gespannt und zur Offenhaltung einer Bremse im gespannten Zustand gehalten wird, wobei zur Hinleitung des Bremshubes der Elektromotor höchstens spannungslos wird, worauf der sich entspannende Federspeicher über Zug- bzw. Druckmittel die Bremse durch Anlegen der Bremsbacken schließt, dadurch g e k c n nzeichnet, daß der am linde des Bremshubes auf die
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    llll / .Hill 11)11-1 Ij -14 >I
    (rain U N i>lk-.l>.ink ct.mhli WilplH'll.tl Il;inili.'l1. (BI./. XU Mill W)IS M4
    'Wupjhriial-lkirnivn. (BLZ .13040(101) 4034 iU.l
    Helmut Korthaus
    Bremsbacken wirkende Federspeicherdruck mittels eines elektromotorisch erzeugten Gegendrucks herabgesetzt wird, wobei unabhängig vom Entspannungsweg des Federspeichers (5) und unabhängig vom Bremsbackenverschleiß immer der gleiche und im übrigen einstellbare Bremsdruck beim Anlegen der Bremsbacken aufrechterhalten wird.
  2. 2. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Federspeicherbreiiiszylindcr und einem regelbaren Elektromotor, mittels welchem unter Zwischenschaltung eines (Jetriebos, insbesondere eines Kugclgewi.ndetr Ichs, der Federspeicher spannbar ist, der im gespannten Zustand eine Bremse geöffnet hält und der, sich bei spannungslosem Motor entspannend, über Zug- bzw. Druckmittel die Bremse durch Anlegen ihrer Bremsbacken schließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment des Motors (1) bis zum Stillstand regelbar ist, .daß die Linearbewegung des Zug- bzw. Druckmittels, insbesondere eines Schub-Zugrohres (7) des Kugelgewindetriebs (2, 3), auf einen Schleifer (11) eines ersten Potentiometers (9) übertragbar ist, wobei der Schleifer (11) des ersten Potentiometers (9) den Schleifer (12) eines zweiten Potentiometers (10) nach Oberschreiten eines vorgegebenen Weges (B„) über einen Mitnehmer (13) mit- bzw. nachschleppt und daß beide Potentiometer (9, 10) mit ihren Schleifern (11, 12) eine Wheatstone'sehe Brücke bilden, welche bei Abgleich ein Signal zur Abschaltung des Motors (1) und Einschaltung seiner Ilaltebremse (18) erzeugt.
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    Dipl.-Ing. Richard Wilke,
    Helmut Korthaus
  3. 3. Elektromotorische ßremsbctät igungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifer (12) des zweiten Potentiometers (K)J unter Fortfall des Mitnehmers (1.3) willkürlich einstell- und regelbar ist.
  4. 4. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Potentiometer (10), vom ersten Potentiometer (9) räumlich getrennt, vorzugsweise in einer Bremsbetätigungs-Steuereinheit (14) angeordnet ist.
  5. 5. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Potentiometer (10) durch einen festen Widerstand gleicher Größe mit einem festen Abgriff (bei 12) ersetzt ist, wobei das Potentiometer (9) und der feste Widerstand (10) eine Wheatstone'sehe Brücke bilden mit Schleifer (11) und festem Abgriff (bei 12) als Brückenabgleich.
  6. 6. Elektromotorische Bremsbctät igungsvorriclitung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden Ansprüche, d a durch g e k c η η. ζ e i c h η c t, daß als Ilaltebremse eine dem Motor (1) zugeordnete liJektromagnetbreni.se (18) durch ein elektrisches Schaltsignal im Öffnungssinne steuerbar ist, wobei der Motor 1 gleichzeitig oder verzögert an einer Spannung (E..") liegt, die zu Beginn gleich oder kleiner als die normale Betriebsspannung ist und entsprechend dem größer werdenden Bremshub (Bw) ver-
    130039/0632
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    ringerbar ist, wobei diese Spannungsabnahme linear oder nach einer nichtlinearen Funktion, z.B. mittels des Schleifers (11) des ersten Potentiometers (9), steuerbar ist.
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    130Ö38/Ö"63äf
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