DE9107759U1 - Tool head, especially fine boring head - Google Patents
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Description
Werkzeugkopf, insbesondere FeinbohrkopfTool head, especially fine boring head
Die Erfindung bezieht sich auf einen Werkzeugkopf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a tool head according to the preamble of claim 1.
Aus der DE 39 26 026 Al ist ein Werkzeugkopf bekannt, der einen Grundkörper, einem Werkzeugträger mit einem von einer relativ zum Grundkörper elastisch auslenkbaren Parallelfeder-Anordnung getragenen Kopfteil sowie eine Vorrichtung zur radialen Verstellung des Werkzeugträgers relativ zum Grundkörper aufweist und der mit einer Auswuchteinrichtung ausgestattet ist. Bei einer Ausführung dieses Werkzeugkopfes enthält die Radial-Verstellvorrichtung einen schwenkbar gelagerten Hebel und eine axial bewegbare Hülse mit einer inneren Kegelfläche, an der ein Ende des Hebels anliegt, während dessen anderes Ende mittelbar oder unmittelbar am Kopfteil des Werkzeugträgers angreift. Die Hülse ist mit einem Gewindeteil in einem feststehenden Mutternkörper schraubbar. Um eine Axialbewegung der Hülse zu erreichen, muß dieselbe daher mittels eines Antriebs in der einen oder anderen Richtung gedreht werden. Dies bedeutet, daß bei jedem Einstellvorgang zwischen dem der Hülse zugewandten Ende des Hebels und der inneren Kegelfläche der Hülse eine zusammengesetzte Relativbewegung stattfindet, die infolge der Drehung der Hülse eine Umfangskomponente hat.A tool head is known from DE 39 26 026 A1, which has a base body, a tool carrier with a head part supported by a parallel spring arrangement that can be elastically deflected relative to the base body, and a device for radially adjusting the tool carrier relative to the base body, and which is equipped with a balancing device. In one version of this tool head, the radial adjustment device contains a pivotably mounted lever and an axially movable sleeve with an inner conical surface against which one end of the lever rests, while the other end of the lever engages directly or indirectly on the head part of the tool carrier. The sleeve can be screwed into a fixed nut body with a threaded part. In order to achieve an axial movement of the sleeve, it must therefore be rotated in one direction or the other by means of a drive. This means that during each adjustment process, a compound relative movement takes place between the end of the lever facing the sleeve and the inner conical surface of the sleeve, which has a circumferential component due to the rotation of the sleeve.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Werkzeugkopf der genannten Gattung zu schaffen, bei dem eine radiale Einstellung des Kopfteiles bzw. eines von diesem gebildeten oder gehaltenen Werkzeugträgers mit sehr hoher Genauigkeit ermöglicht wird. Die Erfindung strebt dabei auch eine günstige Ausbildung des Werkzeugkopfes im einzelnen an. Weitere mit alledem zusammenhängende Probleme, mit denen sich die Erfindung befaßt, ergeben sich aus der jeweiligen Erläuterung der aufgezeigten Lösung.The object of the invention is to create a tool head of the type mentioned, in which a radial adjustment of the head part or of a tool carrier formed or held by it is made possible with very high precision. The invention also aims at a favorable design of the tool head in detail. Other problems related to all of this, which the invention deals with, arise from the respective explanation of the solution shown.
Bei einem Werkzeugkopf mit den im Oberbegriff des Anpruchs 1 angegebenen Merkmalen sieht die Erfindung vor, daß die Hülse zur Ausführung einer translatorischen Verstellbewegung im wesentlichen undrehbar ist und daß sie in allen Einstellpositionen elastisch im Sinne einer Vorspannung belastet ist.In a tool head with the features specified in the preamble of claim 1, the invention provides that the sleeve is essentially non-rotatable for carrying out a translatory adjustment movement and that it is elastically loaded in the sense of a prestress in all adjustment positions.
Ein solcher Werkzeugkopf ermöglicht eine genaue radiale Verstellung einer Werkzeugschneide, und zwar auch um sehr kleine Beträge. Damit können Bearbeitungsprobleme mit hohen Anforderungen bewältigt werden. Weil die Hülse nur translatorisch verschoben wird, findet keine Beeinflussung durch andere Komponenten statt. Eine Sicherung der Hülse gegen Drehen bedarf dabei keiner aufwendigen Maßnahmen, sondern läßt sich einfach bewirken. Auch wenn in Umfangsrichtung keine absolute Spielfreiheit bestünde, wäre dies nicht schädlich. In diesem Sinne soll die Hülse "im wesentlichen" undrehbar sein. In axialer Richtung ist jedes Spiel durch die elastische Belastung der Hülse vermieden und weiterhin auch jede Möglichkeit eines etwaigen sog. Stick-Slip-Effekts ausgeschlossen.Such a tool head enables precise radial adjustment of a tool cutting edge, even by very small amounts. This means that machining problems with high requirements can be mastered. Because the sleeve is only moved translationally, there is no influence from other components. Securing the sleeve against rotation does not require any complex measures, but can be achieved easily. Even if there were no absolute freedom of play in the circumferential direction, this would not be harmful. In this sense, the sleeve should be "essentially" non-rotatable. In the axial direction, any play is avoided by the elastic load on the sleeve and any possibility of a possible stick-slip effect is also excluded.
Die elastische Belastung der Hülse in ihrem benutzten Verstellbereich läßt sich auf verschiedene Weise bewirken. Bei einer vorteilhaften Ausführung sind zwei Vorspannfedern vorhanden, die sich jeweils mit einem Ende an einem Anschlag, Widerlager od.dgl. im Grundkörper und mit dem anderen Ende an der Hülse oder einem mit ihr verbundenen Teil abstützen. Die Widerlager sind zweckmäßig einstellbar.The elastic loading of the sleeve in the adjustment range used can be achieved in various ways. In an advantageous design, two preload springs are present, each of which is supported with one end on a stop, abutment or similar in the base body and with the other end on the sleeve or a part connected to it. The abutments are conveniently adjustable.
Zur kraftübertragenden Verbindung zwischen dem Hebel und dem Kopfteil läßt sich ein quer zur Längsachse des Werkzeugkopfes gerichtetes Übertragungsglied vorsehen, das zweckmäßig verstellbar ist. Es kann sich insbesondere um einem Druckbolzen handeln, der mit einer Stellschraube verbunden oder durch eine solche beeinflußbar ist.For the force-transmitting connection between the lever and the head part, a transmission element can be provided which is directed transversely to the longitudinal axis of the tool head and which is suitably adjustable. In particular, this can be a pressure bolt which is connected to an adjusting screw or can be influenced by such a screw.
In den Ansprüchen sind weitere Merkmale der Erfindung angegeben. Nachstehend wird die Erfindung mit ihren Einzelheiten, Merkmalen und Vorteilen in Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung weiter erläutert, wobei auch dieser Beschreibungsteil und die Zeichnung volle Bedeutung für die Offenbarung der Erfindung haben. Es zeigen:Further features of the invention are specified in the claims. The invention is explained further below with its details, features and advantages in exemplary embodiments in conjunction with the accompanying drawing, whereby this part of the description and the drawing are also of full importance for the disclosure of the invention. They show:
Fig. 1 eine Ausführung eines Werkzeugkopfes in einem Längsschnitt nach der Linie I-I in Fig. 2 mit einem Werkzeug in Ansicht,Fig. 1 shows an embodiment of a tool head in a longitudinal section along the line I-I in Fig. 2 with a tool in view,
Fig. 2 eine Ansicht des Werkzeugkopfes mit Blick in Richtung des Pfeiles II in Fig. 3,Fig. 2 is a view of the tool head looking in the direction of arrow II in Fig. 3,
Fig. 3 den Werkzeugkopf nach Fig. 1 mit Werkzeug in Draufsicht,Fig. 3 the tool head according to Fig. 1 with tool in plan view,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 1, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 1 undFig. 4 is a section along the line IV-IV in Fig. 1, Fig. 5 is a section along the line V-V in Fig. 1 and
Fig. 6 eine Ansicht des oberen Teiles eines Werkzeugkopfes in einer Ausführung für ein anderes Werkzeug.Fig. 6 is a view of the upper part of a tool head in an embodiment for another tool.
Der in den Figuren 1 bis 5 gezeigte Werkzeugkopf weist einen Grundkörper 1 mit einem Kegelschaft 2 zum Einsetzen in den Aufnahmekonus einer Arbeitsspindel und mit einem üblichen Ringbund 3 für die Handhabung durch eine Werkzeugwechseleinrichtung auf. Ein in der Draufsicht etwa rechteckförmig begrenzter Kopfteil 7 dient an seiner Stirnseite zur Aufnahme eines Werkzeugträgers 6, der mit Schrauben 4 befestigt werden kann. In eine mittlere Bohrung 5 des Werkzeugträgers 6 ist ein Werkzeug W lösbar eingespannt, das bei dieser Ausführung einen Schaft mit einer auswechselbaren Schneidplatte P am vorderen Ende aufweist. In Figur 4 sind im Kopfteil 7 vorgesehene Gewindebohrungen 14 für die Schrauben 4 erkennbar .Der Kopfteil 7 kann aber auch selbst einen Werkzeugträger bilden und dabei unmittelbar ein Werkzeug aufnehmen.The tool head shown in Figures 1 to 5 has a base body 1 with a tapered shaft 2 for insertion into the receiving cone of a work spindle and with a conventional ring collar 3 for handling by a tool changing device. A head part 7, which is approximately rectangular in plan view, serves on its front side to accommodate a tool carrier 6, which can be fastened with screws 4. A tool W is releasably clamped into a central hole 5 of the tool carrier 6, which in this design has a shaft with an exchangeable cutting plate P at the front end. In Figure 4, threaded holes 14 provided in the head part 7 for the screws 4 can be seen. The head part 7 can also form a tool carrier itself and can thereby directly accommodate a tool.
Der Kopfteil 7 befindet sich zwischen zwei Wangen 11a eines vorderen Teiles 11 des Grundkörpers 1 und ist über zwei plattenförmige Schenkel 8 mit dem Grundkörper 1 verbunden, die von diesem an vor dem Ringbund 3 gelegenen Stellen 9 ausgehen, also mit dem Grundkörper aus einem Stück bestehen. Es ist aber auch möglich, statt einer Verbindung durch Materialzusammenhang eine getrennte Anordnung vorzusehen, wobei dann die Enden der Schenkel 8 mit dem Grundkörper durch Schweißen, mit Hilfe von Schrauben oder auf sonstige geeigneten Weise verbunden sind. In jedem Fall bilden die beiden Schenkel 8 eineThe head part 7 is located between two cheeks 11a of a front part 11 of the base body 1 and is connected to the base body 1 via two plate-shaped legs 8, which extend from the latter at points 9 located in front of the collar 3, thus consisting of one piece with the base body. However, it is also possible to provide a separate arrangement instead of a connection by material connection, in which case the ends of the legs 8 are connected to the base body by welding, using screws or in some other suitable way. In any case, the two legs 8 form a
sog. Parallelfeder-Anordnung, durch deren Auslenkung der von ihr getragene Kopfteil 7 eine reibungsfreie radiale Verstellung erfährt. An den Endbereichen der Schenkel 8 sind durchgehende Ausnehmungen 10 od.dgl. vorhanden, durch die sich Partien mit verringerten Querschnitten ergeben, die als Werkstoffgelenke der Parallelfeder-Anordnung wirken.so-called parallel spring arrangement, through the deflection of which the head part 7 carried by it undergoes a friction-free radial adjustment. At the end areas of the legs 8 there are continuous recesses 10 or similar, which result in sections with reduced cross-sections that act as material joints of the parallel spring arrangement.
Die Vorrichtung zur radialen Verstellung des Kopfteiles 7 bzw. des an ihm befindlichen Werkzeugträgers 6 mit dem Werkzeug W enthält einen im Inneren des Grundkörpers 1 befindlichen Hebel 25. Dieser ist an einem Ende geschlitzt und mittels einer Schraube 29 durch Klemmung auf einem Zapfen 26 befestigt, der drehbar in den Wangen 11a des Grundkörpers 1 gelagert ist. Der Zapfen 26 weist an einer mittleren Stelle eine Ausnehmung zur Bildung einer Anschlagfläche 27 für die Stirnfläche 18 eines Druckbolzens 19 auf. Dieser bildet den vorderen Teil einer von einer Gewindebohrung 22 im Kopfteil 7 aufgenommenen Stellschraube 23, kann aber auch ein separates, von einer Stellschraube 23 beeinflußtes Element sein. Mittels der Stellschraube und des Druckbolzens läßt sich die Parallelfeder-Anordnung 7, 8 justieren, um eine gewünschte Position der Schneidplatte P in radialer Richtung zu erhalten. Die Ausbildung ist dabei so, daß die Parallelfeder-Anordnung ungeachtet der jeweiligen Justier-Einstellung unter Ausnutzung ihrer Elastizität mit den Schenkeln 8 immer unter einer gewissen Vorspannung steht, die jedes Spiel zwischen den im Kraftweg liegenden Teilen ausschließt. Die Anschlagfläche 27 und die an ihr anliegende Stirnfläche 18 am Druckbolzen 19·können eben sein. Eine oder beide Flächen lassen sich aber auch gewölbt ausbilden, ggfs. mit einer Evolventen-Kontur, so daß auch bei der geringsten Winkelbewegung zwischen beiden Teilen nur ein Abwälzen stattfinden kann.The device for radial adjustment of the head part 7 or the tool carrier 6 located on it with the tool W contains a lever 25 located inside the base body 1. This is slotted at one end and is clamped by means of a screw 29 onto a pin 26 which is rotatably mounted in the cheeks 11a of the base body 1. The pin 26 has a recess at a central point to form a stop surface 27 for the front surface 18 of a pressure bolt 19. This forms the front part of an adjusting screw 23 received in a threaded hole 22 in the head part 7, but can also be a separate element influenced by an adjusting screw 23. The parallel spring arrangement 7, 8 can be adjusted using the adjusting screw and the pressure bolt in order to obtain a desired position of the cutting plate P in the radial direction. The design is such that the parallel spring arrangement, regardless of the respective adjustment setting, is always under a certain pre-tension with the legs 8, using its elasticity, which excludes any play between the parts in the force path. The stop surface 27 and the end face 18 on the pressure bolt 19 that rests against it can be flat. One or both surfaces can also be curved, if necessary with an involute contour, so that even with the slightest angular movement between the two parts, only rolling can take place.
Am unteren Ende des Hebels 25 sitzt eine Kugel 24, die an der inneren Kegelfläche 32 einer Hülse 31 anliegt. Diese hat eine zylindrische Außenfläche, die spielfrei von einer genauen Bohrung 34 des Grundkörpers 1 aufgenommen ist. Die Hülse 31 kann mittels einer Verstellvorrichtung in der Bohrung 34 axial verschoben werden.At the lower end of the lever 25 there is a ball 24 which rests against the inner conical surface 32 of a sleeve 31. This has a cylindrical outer surface which is received without play in a precise bore 34 of the base body 1. The sleeve 31 can be moved axially in the bore 34 by means of an adjustment device.
Am hinteren Ende der Hülse 31 befindet sich ein sie durchsetzendes, beispielsweise plattenförmiges Querstück 35, auf dessen über die Hülse radial vorstehenden Bereichen die hinteren Enden zweier Druckfedern 36 aufruhen, die von nahezu zylindrischen, zur Bohrung 34 hin offenen Kammern 37 des Grundkörpers 1 aufgenommen sind. Mit ihren vorderen Enden stützen sich diese Druckfedern 36 an Widerlagern 38 ab, die Außengewinde haben und in entsprechende Gewindebohrungen im vorderen Teil 11 des Grundkörpers 1 eingeschraubt sind. Weil das Querstück 35 mit seinen Enden in die Kammern 37 hineinragt und diese von der Bohrung 34 so angeschnitten sind, daß sich ein der Breite des Querstückes 35 entsprechender Schlitz ergibt, ist die Hülse 31 gegen Verdrehen in der Bohrung 34 gesichert .At the rear end of the sleeve 31 there is a cross-piece 35, for example in the form of a plate, which passes through it, on whose areas that project radially beyond the sleeve the rear ends of two compression springs 36 rest, which are accommodated in almost cylindrical chambers 37 of the base body 1 that are open towards the bore 34. With their front ends these compression springs 36 are supported on abutments 38 that have external threads and are screwed into corresponding threaded bores in the front part 11 of the base body 1. Because the cross-piece 35 projects with its ends into the chambers 37 and these are cut by the bore 34 in such a way that a slot corresponding to the width of the cross-piece 35 is created, the sleeve 31 is secured against twisting in the bore 34.
Die Druckfedern 36 haben eine solche Länge und sind so bemessen, daß die Hülse 31 auf ihrem gesamten möglichen Verschiebeweg in der Bohrung 34 unter Vorspannung steht, also elastisch mit einer Kraft belastet ist, die sie in Richtung auf ihre hintere Endposition zu drücken sucht, die in Figur 1 wiedergegeben ist. In dieser Endposition liegt die Hülse 31 mit ihrem hinteren Ende an einer Schulter 39 der Bohrung 34 an.The compression springs 36 have such a length and are dimensioned such that the sleeve 31 is under prestress over its entire possible displacement path in the bore 34, i.e. is elastically loaded with a force that tends to push it in the direction of its rear end position, which is shown in Figure 1. In this end position, the sleeve 31 rests with its rear end on a shoulder 39 of the bore 34.
An die Bohrung 34 schließt sich zum hinteren Ende des Grundkörpers 1 eine Bohrung 33 an, durch die sich der lediglich strichpunktiert angedeutete vordere Teil 41The hole 34 is followed by a hole 33 at the rear end of the base body 1, through which the front part 41, indicated only by dash-dotted lines,
einer Verstellvorrichtung erstrecken kann, der an der Rückseite der Hülse 31 zur Anlage kommt und im Sinne des Doppelpfeiles F bewegt werden kann, um die Hülse 31 entsprechend in der Bohrung 34 translatorisch zu verschieben. Verstellvorrichtungen, die dazu geeignet sind und genau arbeiten, stehen dem Fachmann zur Verfügung.an adjustment device that rests on the back of the sleeve 31 and can be moved in the direction of the double arrow F in order to move the sleeve 31 accordingly in the bore 34. Adjustment devices that are suitable for this and work precisely are available to the specialist.
Die Hülse 31 erfährt bei ihrer Verstellung eine reine Translation in axialer Richtung. Die dabei aufeinander gleitenden Zylinderflächen haben die notwendige Genauigkeit. Um noch eine zusätzliche Gewähr für Spielfreiheit zu bieten, läßt sich die Ausführung zweckmäßig so treffen, wie es Figur 5 zeigt. In radiale Bohrungen 15 der Hülse 31 sind Druckstücke 16 aus Kunststoff eingesetzt, die unter der Kraft von in den Bohrungen 15 untergebrachten Federn, elastischen Füllungen 17 od.dgl. radial nach außen zur Anlage an der Wandung der Bohrung 34 gedrückt werden. Dadurch wird die Hülse 31 in ständiger sicherer Anlage an der Bohrungswandung gehalten. Die Druckstücke 16 sind um gleiche Winkelbeträge gegenüber einer durch den unteren Teil des Hebels 25 mit der Kugel 24 gehenden Längsmittelebene des Grundkörpers versetzt angeordnet. Dies sichert völlige Spielfreiheit der Hülse 31 in der Bohrung 34 auf der Seite, auf der auch die Abtastung der Kegelfläche 32 erfolgt. Eine entsprechende Anordnung von Druckstücken 16 kann auch noch in einer zweiten Querebene vorgesehen sein.When adjusted, the sleeve 31 undergoes a pure translation in the axial direction. The cylinder surfaces sliding against each other have the necessary accuracy. In order to provide an additional guarantee of freedom from play, the design can be designed as shown in Figure 5. Pressure pieces 16 made of plastic are inserted into radial bores 15 of the sleeve 31, which are pressed radially outwards to rest against the wall of the bore 34 under the force of springs, elastic fillings 17 or the like housed in the bores 15. This keeps the sleeve 31 in constant, secure contact with the bore wall. The pressure pieces 16 are arranged offset by equal angular amounts from a longitudinal center plane of the base body that runs through the lower part of the lever 25 with the ball 24. This ensures that the sleeve 31 is completely free from play in the bore 34 on the side on which the conical surface 32 is scanned. A corresponding arrangement of pressure pieces 16 can also be provided in a second transverse plane.
Der Abstand zwischen der Schwenkachse D des Hebels 25 und der Kugel 24 beträgt ein Mehrfaches des Abstandes zwischen der Schwenkachse D und der Anlagestelle des Druckbolzens 19 an der Anschlagfläche 27. Hierdurch und weiterhin durch die Neigung der inneren Kegelfläche 32 der axial verschiebbaren Hülse 31 ergibt sich eine sehr große Bewegungsübersetzung für die Verstellbewegung. Wenn die Hülse 25 durch eine translatorische Bewegung des vorderenThe distance between the pivot axis D of the lever 25 and the ball 24 is a multiple of the distance between the pivot axis D and the contact point of the pressure bolt 19 on the stop surface 27. This and also the inclination of the inner conical surface 32 of the axially displaceable sleeve 31 results in a very large motion transmission for the adjustment movement. If the sleeve 25 is moved by a translational movement of the front
Teiles 41 der Verstellvorrichtung um einen bestimmten Betrag verschoben wird, so erfährt der Kopfteil 7 und dadurch das Werkzeug W mit der Schneidplatte P eine Radialverstellung um einen Betrag, der nur einen geringen Bruchteil der eingeleiteten Verstellbewegung ausmacht. Mit einem solchen Werkzeugkopf können Radialverstellungen einer Werkzeugschneide vorgenommen werden, die im Mikrometerbereich liegen. Die insgesamt mögliche Radialverstellung des Kopfteiles 7 kann je nach Ausführung des Werkzeugkopfes und den gestellten Anforderungen unterschiedlich sein. Für bestimmte Bearbeitungsaufgaben reicht es beispielsweise aus, wenn der Gesamt-Verstellbereich nur einige Zehntel Millimeter beträgt.If part 41 of the adjustment device is moved by a certain amount, the head part 7 and thus the tool W with the cutting plate P undergo a radial adjustment by an amount that only makes up a small fraction of the adjustment movement initiated. With such a tool head, radial adjustments of a tool cutting edge can be made that are in the micrometer range. The total possible radial adjustment of the head part 7 can vary depending on the design of the tool head and the requirements. For certain machining tasks, for example, it is sufficient if the total adjustment range is only a few tenths of a millimeter.
Die Verstellvorrichtung für die Axialbewegung der Hülse 31 kann je nach den Umständen gewählt werden, so u.a. im Hinblick auf die in Betracht kommenden Werkzeugmaschinen, mit Rücksicht auf bestimmte Spannvorrichtungen usw. Die Verstellvorrichtung kann insbesondere nach vorgebbarem Programm steuerbar sein, so daß sich dementsprechend die für den betreffenden Bearbeitungsvorgang gewünschten Radialverstellungen des Werkzeuges automatisch durchführen lassen.The adjustment device for the axial movement of the sleeve 31 can be selected depending on the circumstances, including with regard to the machine tools in question, with regard to certain clamping devices, etc. The adjustment device can in particular be controllable according to a predefined program, so that the radial adjustments of the tool required for the relevant machining process can be carried out automatically.
Bei dem in Figur 6 gezeigten Beispiel ist ein Werkzeug W1 mit Schneidplatte P zur Bearbeitung eines größeren Bohrungsdurchmessers eines Werkstückes vorhanden. Dieses Werkzeug ist mit Schrauben 4 unmittelbar auf dem Kopfteil 7 lösbar befestigt. Mit der Zahl 8 sind auch hier die Schenkel der Parallelfeder-Anordnung bezeichnet.In the example shown in Figure 6, a tool W 1 with cutting plate P is provided for machining a larger bore diameter of a workpiece. This tool is detachably attached directly to the head part 7 with screws 4. Here too, the number 8 designates the legs of the parallel spring arrangement.
Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten bzw. in der Zeichnung dargestellten Merkmale sollen, sofern der bekannte Stand der Technik es zuläßt, für sich allein oder auch in Kombinationen als unter die Erfindung fallend angesehen werden.All features mentioned in the above description or shown in the drawings are to be considered as falling within the scope of the invention, either individually or in combination, as far as the known state of the art permits.
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1991
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