KR101499776B1 - Disc Brake For Vehicle - Google Patents

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KR101499776B1 KR20130121455A KR20130121455A KR101499776B1 KR 101499776 B1 KR101499776 B1 KR 101499776B1 KR 20130121455 A KR20130121455 A KR 20130121455A KR 20130121455 A KR20130121455 A KR 20130121455A KR 101499776 B1 KR101499776 B1 KR 101499776B1
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구병춘
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한국철도기술연구원
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Abstract

Disclosed is a disc brake which can reduce thermal impact and thermal stress by dispersing frictional heat of a disc and a pad. According to an embodiment, the disc brake applied to a vehicle comprises: a brake disc formed as a circular plate; and a brake pad performing braking by being in contact with the brake disc. The brake pad includes a plurality of frictional materials formed at different distances from each other with respect to the center of the brake disc in an area from an internal diameter which performs braking of the brake disc to an external diameter.

Description

차량용 디스크 브레이크{Disc Brake For Vehicle}Disc Brake For Vehicle < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 디스크와 패드의 마찰열을 분산시켜 열적 충격 및 열응력을 줄일 수 있는 디스크 브레이크에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a disc brake capable of dispersing frictional heat between a disc and a pad to reduce thermal shock and thermal stress.

철도 등 차량의 경우, 차륜에 제동 디스크를 형성하고, 차량의 제동시 제동 디스크에 제동 패드를 접촉하여 마찰력을 통해 제동을 수행하는 디스크 브레이크 방식이 널리 사용되고 있다.BACKGROUND ART [0002] In the case of a vehicle such as a railroad, a disc brake method is widely used in which a brake disc is formed on a wheel, a brake pad is brought into contact with the brake disc during braking of the vehicle, and braking is performed through frictional force.

그런데 이러한 디스크 브레이크는 기계적 마찰력을 이용한 제동 방식이기 때문에, 디스크 브레이크의 접합면에서 필연적으로 열이 발생하게 되고, 이러한 열은 열크랙을 발생시키고 재료의 열화를 촉진하여 제동 디스크의 수명에 영향을 주게 된다.However, since such a disc brake is a braking system using a mechanical frictional force, heat is inevitably generated at the joint surface of the disc brake, and this heat causes thermal cracking and promotes deterioration of the material, thereby affecting the life of the brake disc do.

보다 구체적으로, 제동 패드는 돌출된 마찰재가 제동 디스크와 직접적으로 접촉하게 되고, 특히 제동 디스크는 마찰재와 접촉하는 국부 영역에 마찰열이 응집하게 되어 열응력이 집중되므로, 제동 디스크의 수명이 단축될 수 있다.
More specifically, the braking pad is brought into direct contact with the braking disk, and particularly, the braking disk coheres frictional heat in a local area in contact with the friction material, so that the thermal stress is concentrated, have.

본 발명은 디스크와 패드의 마찰열을 분산시켜 열적 충격 및 열응력을 줄일 수 있는 디스크 브레이크를 제공한다.
The present invention provides a disc brake capable of dispersing frictional heat between a disc and a pad to reduce thermal shock and thermal stress.

본 발명에 따른 디스크 브레이크는 차량에 적용되는 디스크 브레이크에 있어서, 원판으로 형성되는 제동 디스크; 및 상기 제동 디스크에 접촉하여 제동을 수행하는 제동 패드를 포함하고, 상기 제동 패드는 상기 제동 디스크의 제동을 수행하는 내경으로부터 외경까지의 영역에 상기 제동 디스크의 중심을 기준으로 서로 다른 거리로 형성된 복수개의 마찰재를 포함할 수 있다.A disc brake according to the present invention is a disc brake applied to a vehicle, comprising: a brake disc formed from a disc; And a braking pad for performing braking in contact with the braking disc, wherein the braking pad is provided with a plurality of braking pads formed at different distances with respect to the center of the braking disc in an area from an inner diameter to an outer diameter for braking the braking disc Lt; / RTI > friction material.

여기서, 복수개의 상기 마찰재는 상기 내경으로부터 외경까지의 영역을 등간격을 이루면서 배치될 수 있다.Here, the plurality of friction materials may be arranged at equal intervals in the area from the inner diameter to the outer diameter.

그리고 상기 마찰재는 상기 제동 패드가 상기 제동 디스크에 접촉하는 면에 돌출되어 형성될 수 있다.The friction material may protrude from a surface of the brake pad contacting the brake disk.

또한, 상기 마찰재는 상기 제동 디스크에 접촉하는 영역의 형상이 원형으로 형성될 수 있다.The friction material may have a circular shape in a region contacting the brake disk.

또한, 상기 마찰재는 상기 제동 디스크에 접촉하는 영역의 형상이 다각형으로 형성될 수 있다.In addition, the friction material may be formed in a polygonal shape in a region contacting the brake disk.

또한, 상기 제동 패드는 상기 제동 디스크의 일면에 대해 일부 영역을 차지하는 면적으로 형성되고, 복수개의 상기 마찰재는 상기 제동 패드의 영역 내에 상기 제동 디스크의 중심으로부터 거리를 달리하도록 배치될 수 있다.
The brake pad may be formed to have an area occupying a part of one surface of the brake disk, and a plurality of the friction materials may be disposed in the region of the brake pad so that the distance from the center of the brake disk is different.

본 발명에 의한 디스크 브레이크는 제동 패드에 형성된 복수개의 마찰재를 제동 디스크의 내경으로부터 외경의 사이에 제동 디스크의 중심을 기준으로 서로 다른 간격을 갖도록 구비함으로써, 마찰열을 골고루 분산시켜 열응력을 감소시키고 재료의 열화를 감소시켜 제동 디스크의 수명을 늘리고 안정된 마찰력을 얻을 수 있다.
The disc brake according to the present invention is provided with a plurality of friction materials formed on the brake pad so as to be spaced apart from each other with respect to the center of the brake disc between the inner diameter and the outer diameter of the brake disc to disperse frictional heat evenly, The life of the brake disk is increased and a stable friction force can be obtained.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 브레이크의 구성을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 브레이크에서 제동 패드의 마찰재가 위치한 거리를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스크 브레이크를 도시한 구성도이다.
도 4는 종래 디스크 브레이크에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 브레이크의 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a disc brake according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing distances of a friction material of a brake pad in a disc brake according to an embodiment of the present invention. FIG.
3 is a block diagram illustrating a disc brake according to another embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a simulation result of a conventional disk brake.
5 is a graph showing simulation results of a disc brake according to an embodiment of the present invention.

본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 브레이크의 구성을 도시한 구성도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 브레이크에서 제동 패드의 마찰재가 위치한 거리를 도시한 그래프이다.FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a disc brake according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a graph showing distances of a friction material of a brake pad in a disc brake according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 브레이크(100)는 제동 디스크(110)와 제동 패드(120)를 포함하여 구성된다.
Referring to FIG. 1, a disc brake 100 according to an embodiment of the present invention includes a brake disc 110 and a brake pad 120.

상기 제동 디스크(110)는 원판의 형태로 구비되고, 통상적으로 철도 차량의 차륜 등에 결합되어 구비된다. 상기 제동 디스크(110)는 보통 주철 등의 재질로 구비되며, 상기 제동 패드(120)와의 마찰력을 통해 제동 동작을 수행하게 된다.
The braking disc 110 is provided in the form of a disc, and is typically coupled to a wheel of a railway vehicle. The braking disc 110 is usually made of a cast iron or the like and performs a braking operation through frictional force with the braking pad 120.

상기 제동 패드(120)는 백플레이트(121), 마찰재(122), 방진재(도시되지 않음) 등으로 구성되어 캘리퍼에 장착되며, 제동시 제동 디스크(110)와 마찰재(122)의 접촉에 의한 마찰력을 통해 제동 동작을 수행하게 된다.The braking pad 120 is composed of a back plate 121, a friction material 122 and a dustproof material (not shown) and is mounted on the caliper. The braking pad 120 has frictional force due to contact between the brake disk 110 and the friction material 122 Thereby performing a braking operation.

상기 제동 패드(120)의 마찰재(122)는 상기 제동 디스크(110)와 직접 접촉하여 상기 제동 디스크(110)의 회전을 멈추게 하고, 운동 에너지를 열에너지로 바꾸는 것으로, 단면이 원형 혹은 다각형 모양인 봉 형태로 소결하여 백플레이트에 고정된 것이 일반적이다. The friction material 122 of the braking pad 120 directly contacts the braking disc 110 to stop the rotation of the braking disc 110 and to change the kinetic energy into thermal energy, Sintered and fixed to the back plate.

상기 제동 패드(120)는 주행시 상기 제동 디스크(110)의 일면에 이격되어 위치한다. 따라서, 상기 제동 디스크(110)는 차륜에 제동력을 인가하지 않기 때문에, 철도 등 차량이 주행하도록 한다.The brake pad 120 is spaced apart from one surface of the brake disk 110 when traveling. Therefore, the braking disc 110 does not apply the braking force to the wheels, so that the vehicle such as a railroad runs.

한편, 상기 제동 패드(120)는 정지시 상기 마찰재(122)가 상기 제동 디스크(110)의 면에 밀착하도록 가압된다. 상기 마찰재(122)는 상기 제동 디스크(110)에 마찰력을 가하여, 상기 제동 디스크(110)의 회전을 정지시킴으로써, 차량이 정지할 수 있도록 한다.Meanwhile, when the brake pad 120 is stopped, the friction material 122 is pressed against the surface of the brake disk 110. The friction material 122 applies a frictional force to the braking disc 110 to stop the rotation of the braking disc 110 so that the vehicle can be stopped.

이를 위해, 상기 제동 패드(120)는 상기 제동 디스크(110)와 접하는 면에 형성된 복수개의 마찰재(122)를 포함한다. 상기 마찰재(122)는 구리, 황동, 청동, 흑연, 실리카 등의 분말을 혼합하고 소결하여 단면이 원형 혹은 다각형 모양인 봉 형태로 제작될 수 있다.To this end, the brake pad 120 includes a plurality of friction materials 122 formed on a surface contacting the brake disk 110. The friction material 122 may be produced by mixing and sintering powders of copper, brass, bronze, graphite, silica and the like to have a circular or polygonal cross section.

상기 마찰재(122)는 상기 백 플레이트(121)로부터 돌출되어 형성되며, 제동시 상기 제동 디스크(110)의 면에 직접적으로 접촉한다. 상기 마찰재(122)는 9개가 구비된 것으로 도시되어 있으나, 상기 개수로서 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니며, 당업자의 필요에 따라 적절한 개수로 변경되는 것이 가능하다.The friction material 122 protrudes from the back plate 121 and is in direct contact with the surface of the brake disk 110 during braking. Although the number of the friction materials 122 is shown as nine, the number of the friction materials 122 is not limited to the number of the friction materials 122, and the number of the friction materials 122 can be changed according to the needs of those skilled in the art.

도 2를 참조하면, 복수개의 상기 마찰재(122)는 상기 제동 디스크(110)의 중심을 기준으로, 반경 방향으로 상호간에 다른 거리(r)를 갖도록 배치된다. 즉, 상기 마찰재(122) 각각이 상기 제동 디스크(110)의 중심으로부터 이격된 거리(r)는 모두 다르다. 여기서, 도 2에서 보듯이, 상기 거리(r)는 상기 제동 디스크(110)의 중심으로부터 상기 마찰재(122) 각각의 중심까지의 거리로 정의된다. 보다 상세히, 이러한 배치는 상기 제동 디스크(110)의 제동을 수행하기 위한 내경으로부터 외경의 영역 중, 중심으로부터 가장 가까운 것부터 가장 먼 것까지의 거리를 등간격으로 나누고, 여기에 상기 마찰재(122)의 중심을 배열함으로써 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 제동 디스크(110)가 상기 마찰재(122)와 접촉하여 마찰하는 영역은 각 마찰재(122)별로 중복을 최소화할 수 있다. 따라서, 상기 마찰재(122)들이 상기 제동 디스크(110)에 균일하게 마찰되도록 함으로써, 마찰열의 분포를 균일하게 하여 제동 디스크(110)에 국부적으로 열 하중이 집중되는 것을 방지하여 열크랙의 발생을 억제하고 제동 디스크(110)의 열화를 방지하여 수명을 늘리고 안정된 마찰력을 확보할 수 있다.
Referring to FIG. 2, the plurality of friction materials 122 are arranged to have a different distance r from each other in the radial direction with respect to the center of the brake disk 110. That is, the distance r of each of the friction materials 122 is different from the center of the brake disk 110. 2, the distance r is defined as a distance from the center of the brake disk 110 to the center of each of the friction materials 122. As shown in FIG. More specifically, in this arrangement, distances from the inner diameter to the farthest from the center to the farthest from the center of the outer diameter region for braking the braking disc 110 are divided equally, Can be achieved by arranging the center. Therefore, the area where the brake disk 110 is in contact with the friction material 122 and is in contact with the friction material 122 can minimize overlap between the friction materials 122. Accordingly, the friction materials 122 are uniformly rubbed against the brake disk 110, thereby uniformly distributing the frictional heat, preventing the locally concentrated heat load on the brake disk 110, and suppressing the occurrence of heat cracks So that deterioration of the brake disk 110 can be prevented, thereby increasing the service life and ensuring a stable frictional force.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제동 패드의 구성을 설명하도록 한다.Hereinafter, the structure of a brake pad according to another embodiment of the present invention will be described.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스크 브레이크를 도시한 구성도이다.3 is a block diagram illustrating a disc brake according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스크 브레이크(200)는 제동 디스크(110)와 제동 패드(220)를 포함한다. 여기서, 상기 제동 디스크(110)는 앞서 설명한 실시예와 동일하다.Referring to FIG. 3, a disc brake 200 according to another embodiment of the present invention includes a brake disc 110 and a brake pad 220. Here, the brake disk 110 is the same as the above-described embodiment.

상기 제동 패드(220)는 백 플레이트(121)와 다각형으로 형성된 마찰재(222)를 포함하여 구성된다. 상기 마찰재(222)는 보다 구체적으로 사각형의 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 다각형의 형상은 원형에 비해 상기 마찰재(222)가 상기 제동 디스크(110)에 접촉하는 면적을 증가시켜 제동력을 보다 높일 수 있다.
The brake pad 220 includes a back plate 121 and a friction material 222 formed in a polygonal shape. The friction material 222 may be formed to have a more rectangular shape. The shape of the polygon can increase the braking force by increasing the area of contact of the friction material 222 with the brake disk 110 as compared with the circular shape.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 제동 패드의 효과를 보다 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, the effects of the brake pad according to one embodiment of the present invention will be described in more detail.

도 4는 종래 디스크 브레이크에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 브레이크의 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.4 is a graph showing a simulation result of a conventional disk brake. 5 is a graph showing simulation results of a disc brake according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 종래의 디스크 브레이크는 제동 패드에 마찰재들이 적어도 2개가 중복되도록 형성되어 있다. 보다 상세하게, 종래의 디스크 브레이크 중에서 가장 널리 많이 사용되는 형태인, 마찰재를 제동 디스크의 중심에 가까운 것을 1번, 가장 먼 것을 9번으로 하여, 9개의 마찰재를 배치하되, 2번과 3번, 4번과 5번, 7번과 8번이 대략 동심원 상에 위치하도록 배치한 디스크 브레이크로서 실험을 진행하였다.Referring to FIG. 4, a conventional disc brake is formed such that at least two friction materials are overlapped on the brake pad. More specifically, nine friction materials are disposed with the friction material being one of the closest to the center of the brake disk and the 9 most distant ones, which is the most widely used form of conventional disk brakes. 4, 5, 7, and 8 were placed on a concentric circle.

실험의 조건으로는 제동 디스크의 외경 640[mm], 내경 350[mm], 마찰재의 직경 40[mm], 길이 20[mm]로 구비하였다. 또한, 차량 속도 약 80[km/h]에 대응되도록 제동 디스크의 회전 속도를 50[rad/s]로 진행하였고 마찰재의 표면 압력은 2[MPa]로서 진행하였다.The conditions of the experiment were that the outer diameter of the brake disk was 640 mm, the inner diameter was 350 mm, the diameter of the friction material was 40 mm and the length was 20 mm. In addition, the rotation speed of the brake disk was 50 [rad / s] and the surface pressure of the friction material was 2 [MPa] so as to correspond to the vehicle speed of about 80 [km / h].

도 4는 이러한 조건에서 제동을 수행한 후, 5초 후에 제동 디스크 표면을 중심으로부터 거리를 달리하여 31개 지점에서 온도를 측정한 것이다.Fig. 4 is a graph showing the temperature measured at 31 points with different distances from the center of the braking disk surface after 5 seconds after braking under these conditions.

도 4를 참조하면, 최고 온도는 약 288[℃]까지 올라간 것을 확인할 수 있고, 이에 따라 제동 디스크에 국부적인 열 응집이 있음을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 4, it can be seen that the maximum temperature rises to about 288 [deg.] C, which indicates that there is local thermal agglomeration in the brake disk.

한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 브레이크(100)에서 동일한 조건으로 실험을 수행한 결과이다.Meanwhile, FIG. 5 is a result of performing experiments under the same conditions in the disc brake 100 according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 브레이크(100)의 사용시, 최고 온도는 약 19% 감소한 약 230[℃]로 나타나서, 제동 디스크(110)의 온도가 상대적으로 낮은 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, when using the disc brake 100 according to an embodiment of the present invention, the maximum temperature is about 230 [deg.] C, which is about 19% reduced, and the temperature of the brake disc 110 is relatively low .

또한, 도 5의 결과는 도 4와 비교하면, 제동 디스크(110)의 표면 온도간 편차가 도 4에 비해 작게 형성되고 있음을 확인할 수 있다.5, it can be seen that the deviation between the surface temperatures of the brake disk 110 is smaller than that in FIG.

따라서, 이를 통해 비교할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크 브레이크(100)가 종래의 구성에 비해 제동 디스크(110)의 마찰열을 분산시켜, 열적 충격을 줄이고 열응력을 낮추어 열크랙의 발생을 억제하여 수명을 연장시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
Accordingly, when compared with this, the disc brake 100 according to an embodiment of the present invention disperses the frictional heat of the brake disc 110 compared to the conventional structure, thereby reducing the thermal impact and lowering the thermal stress, It can be confirmed that the life can be prolonged.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 디스크 브레이크를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
It is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention as defined in the appended claims. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

100, 200; 디스크 브레이크 110; 제동 디스크
120, 220; 제동 패드 121; 백 플레이트
122, 222; 마찰재100, 200; Disk brake 110; Brake disc
120, 220; A brake pad 121; Back plate
122, 222; Friction material

Claims (6)

차량에 적용되는 디스크 브레이크에 있어서,
원판으로 형성되는 제동 디스크; 및
상기 제동 디스크에 접촉하여 제동을 수행하는 제동 패드를 포함하고,
상기 제동 패드는 상기 제동 디스크의 제동을 수행하는 내경으로부터 외경까지의 영역에 상기 제동 디스크의 중심을 기준으로 서로 다른 거리로 형성된 복수개의 마찰재를 포함하되,
상기 마찰재가 형성된 거리는 상기 제동 디스크의 중심으로부터 상기 마찰재 각각의 중심까지의 거리로 정의되고,
복수개의 상기 마찰재는 각각의 거리가 상기 제동 디스크의 내경으로부터 외경까지의 영역을 등간격으로 이루도록 배치되어 상기 제동 디스크와 접하는 전체 면적에서 균일하게 접촉하는 디스크 브레이크.A disc brake applied to a vehicle,
A brake disk formed as a disk; And
And a brake pad that contacts and brakes the brake disk,
Wherein the brake pad includes a plurality of friction materials formed at different distances with respect to a center of the brake disk in an area from an inner diameter to an outer diameter for performing braking of the brake disk,
The distance at which the friction material is formed is defined as the distance from the center of the brake disk to the center of each of the friction materials,
Wherein the plurality of friction materials are uniformly in contact with the entire area of the brake disk in contact with the brake disk so that the distances are equally spaced from the inner diameter to the outer diameter of the brake disk. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 마찰재는 상기 제동 패드가 상기 제동 디스크에 접촉하는 면에 돌출되어 형성된 디스크 브레이크.The method according to claim 1,
Wherein the friction material is formed protruding from a surface of the brake pad contacting the brake disk. 제 1 항에 있어서,
상기 마찰재는 상기 제동 디스크에 접촉하는 영역의 형상이 원형으로 형성된 디스크 브레이크.The method according to claim 1,
Wherein the friction material has a circular shape in a region contacting the brake disk. 제 1 항에 있어서,
상기 마찰재는 상기 제동 디스크에 접촉하는 영역의 형상이 다각형으로 형성된 디스크 브레이크.The method according to claim 1,
Wherein the friction material has a polygonal shape in a region contacting the brake disk. 제 1 항에 있어서,
상기 제동 패드는 상기 제동 디스크의 일면에 대해 일부 영역을 차지하는 면적으로 형성되고,
복수개의 상기 마찰재는 상기 제동 패드의 영역 내에 상기 제동 디스크의 중심으로부터 거리를 달리하도록 배치된 디스크 브레이크.The method according to claim 1,
Wherein the brake pad is formed in an area occupying a partial area with respect to one surface of the brake disk,
Wherein the plurality of friction materials are disposed so as to be distanced from the center of the brake disc in the region of the brake pad.
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