GRINGEL MARTIN (DE)
HEISEL UWE (DE)
GRINGEL MARTIN (DE)
US4774121A | 1988-09-27 | |||
DE4429779A1 | 1995-05-18 | |||
CH506017A | 1971-04-15 | |||
FR2086337A1 | 1971-12-31 | |||
US2837788A | 1958-06-10 | |||
BE630464A |
1. | Doppelplattenkörper mit Deckplatten, zwischen denen Abstandshalter angeordnet sind, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Abstandshalter als Zylinder, insbesondere Rohre (6) ausgebildet sind, deren Zy¬ linderachsen orthogonal zu den Deckplattenoberflä¬ chen verlaufen, daß ein Anteil (erste Rohre (7) ) der Rohre (6) eine Länge aufweist, die der lichten Weite zwischen den Deckplatten (3,5) entspricht und daß ein anderer Anteil (zweite Rohre (9)) der Rohre (6) jeweils mit ihren Endbereichen (11) in Durch¬ brüche (13) der Deckplatten (3,5) eingreifen oder diese durchgreifen, und daß das Innere von zumin¬ dest einigen der zweiten Rohre (9) Befestigungsmit¬ tel, insbesondere Gewindebuchsen, aufnehmen. |
2. | Doppelplattenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rohre (7,9) mit ihren Mantelflächen aneinander abstützen. |
3. | Doppelplattenkörper nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endbereiche (11) der Rohre (7,9) mit der ent¬ sprechenden Deckplatte (3,5) verbunden sind. |
4. | Doppelplattenkörper nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (7,9) mit den Deck¬ platten (3,5) stoffschlüssig, vorzugsweise mittels thermischen Fügens verbunden sind. |
5. | Doppelplattenkörper nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (7,9) von Stangenmaterial durch ein Trennver¬ fahren, insbesondere Laserschneiden, abgelängt und ohne weitere Bearbeitung zur Erstellung des Doppel plattenkörpers (1) eingesetzt werden. |
6. | Doppelplattenkörper nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (7,9) jeweils an ihren Enden ebene Stirnflä¬ chen (15) aufweisen, die orthogonal zu den Zylin¬ derachsen, insbesondere Rohrachsen, verlaufen. |
7. | Doppelplattenkörper nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel in den zweiten Rohren (9) mit¬ tels Kunststoffüllungen gehalten sind. |
8. | Doppelplattenkörper nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bohrung (10) der zweiten Rohre (9) ein Gewinde eingebracht und/oder daß die Bohrung (10) als Pas¬ sung ausgebildet ist, mittels derer die Befe¬ stigungsmittel am Doppelplattenkörper (1) ausge¬ richtet und/oder fixiert werden. |
9. | Doppelplattenkörper nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (7,9) als Vieleckrohre ausgebildet sind. |
10. | Doppelplattenkörper nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen den beiden Deckplatten (3,5) eine Kunststoffausschäumung aufweist. |
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Doppelplattenkörper mit Deckplatten, zwischen denen Abstandshalter an¬ geordnet sind.
Doppelplattenkörper der hier angesprochenen Art können überall dort eingesetzt werden, wo Konstruk¬ tionen mit geringer Masse und einer hohen Steifig- keit gefordert sind, beispielsweise schnellbewegte Maschinentische. Bisherige Leichtbaukonstruktionen wurden in Sandwich-Bauweise hergestellt, deren Steifigkeit den Anforderungen jedoch nicht immer genügt . Weiterhin sind sehr zerspanungsintensive Integralbauweisen mit aufwendigen Guß- oder Schweißkonstruktionen bekannt, deren Herstellung aufwendig und kostenintensiv ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Doppel- plattenkörper zu schaffen, der hohe Steifigkeitsei- genschaften aufweist und relativ einfach und ko¬ stengünstig herzustellen ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Doppelplatten¬ körper vorgeschlagen, der die in Anspruch 1 genann¬ ten Merkmale aufweist. Er zeichnet sich dadurch aus, daß die Abstandshalter als Zylinder, insbe¬ sondere Rohre ausgebildet sind, deren Zylinderach¬ sen orthogonal zu den Deckplattenoberflächen ver-
laufen, daß ein Anteil (erste Rohre) der Rohre eine Länge aufweist, die der lichten Weite zwischen den Deckplatten entspricht und daß ein anderer Anteil (zweite Rohre) der Rohre jeweils mit ihren Endbe¬ reichen in Durchbrüche der Deckplatten eingreifen oder diese durchgreifen, und daß das Innere von zu¬ mindest einigen der zweiten Rohre Befestigungsmit¬ tel, insbesondere Gewindebuchsen, aufnehmen. Die Aufgabe der ersten Rohre besteht darin, während des Zusammenbaus des Doppelplattenkörpers den Abstand zwischen den Deckplatten festzulegen. Dadurch wird auf einfache Weise realisiert, daß die Deckplatten¬ oberflächen in einem gewünschten Abstand exakt par¬ allel zueinander ausgerichtet sind. Die zweiten Rohre weisen eine größere Länge auf, als die ersten Rohre, aufgrund dessen ihre stirnseitigen Endberei¬ che in die Durchbrüche der Deckplatten zumindest hineinreichen, vorzugsweise diese durchgreifen, so daß eine Verbindung der Deckplatten miteinander ge¬ schaffen ist. Der Zusammenbau der Deckplatten und der Rohre ist somit ohne weitere Hilfsmittel, bei¬ spielsweise Abstandshalter und Spannelemente, ein¬ fach und schnell durchführbar. Nach Montage des Doppelplattenkörpers werden in die zweiten Rohre Befestigungsmittel eingebracht, die der Aufnahme von beispielsweise Spann- und/oder Halteelemente dienen. Durch die Doppelfunktion der zweiten Rohre, nämlich Verbinden der Deckplatten und Aufnahme von Befestigungsmitteln, entfallen weitere Bearbei- tungsvorgänge, beispielsweise Einbringen von Auf¬ nahme- und/oder Gewindebohrungen in den Doppelplat¬ tenkörper, um Befestigungsmöglichkeiten für Bau-
gruppen, beispielsweise einer Antriebseinheit, zu schaffen, wodurch die Herstellung des Doppelplat¬ tenkörpers einfach und kostengünstig möglich ist.
Bevorzugt wird eine Ausführungsform des Doppelplat¬ tenkörpers, bei der sich die Rohre mit ihren Man¬ telflächen aneinander abstützen. Die Rohre sind zwischen den Deckplatten so angeordnet, daß jedes Rohr zu mindestens einem weiteren Rohr benachbart ist. Es kann vorgesehen sein, daß die Anordnung der Rohre zueinander derart ist, daß ihre Mantelflächen sich berühren, wodurch erreicht wird, daß die Biege- und Torsionssteifigkeit des Doppelplatten¬ körpers zusätzlich erhöht ist.
Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform des Doppelplattenkörpers, die sich dadurch auszeichnet, daß die Endbereiche der Rohre mit der ent¬ sprechenden Deckplatte verbunden sind. Dadurch wird eine hohe Steifigkeit der gesamten Platten- und Rohrkonstruktion erreicht . Die Verbindung erfolgt mittels eines Stoffschlüssigen Fügeverfahrens, wo¬ bei Schweißverbindungen aufgrund ihrer hohen Biege- und Torsionssteifigkeit sowie des optimalen Kraft¬ flusses bevorzugt werden. Unterliegt der Doppel¬ plattenkörper einer relativ geringen Belastung, so sind auch Löt- und/oder Klebverbindungen möglich. Als Schweißverfahren wird das Laserschweißen vorge¬ schlagen, da Laser durch ihre gebündelte Wärmein¬ tensität nur einen kleinen Wirkbereich aufweisen, wodurch ein Verzugs- und spannungsarmes Fügen re¬ alisiert ist. Durch den Einsatz von NC-gesteuerten Schweißrobotern, die mittels CAD/CAM-Kopplung ge-
steuert werden können, ist es möglich, die Montage des Doppelplattenkörpers zu automatisieren, so daß die Herstellungskosten reduziert sind. Ferner ist es denkbar, daß zumindest in einigen Bereichen des Doppelplattenkörpers die Deckplatten und die Rohre kraftschlüssig miteinander verbunden sind, wodurch beispielsweise das Handling von vormontierten, das heißt noch nicht miteinaner verbundenen Deckplatten und Rohren verbessert wird.
Weiterhin wird eine Ausführungsform des Doppelplat¬ tenkörpers bevorzugt, bei der die Rohre von Stan¬ genmaterial durch ein Trennverfahren, insbesondere Laserschneiden, abgelängt und ohne weitere Bearbei¬ tung zur Erstellung des Doppelplattenkörpers einge¬ setzt werden. Durch die saubere und exakte, das heißt ebene Schnittfläche der durch einen Laser ge¬ trennten Rohre, ist eine weitere Bearbeitung, bei¬ spielsweise entgraten, nicht notwendig, so daß die Rohre direkt montiert werden können. Es ist mög¬ lich, auch hier NC-gesteuerte Schneidmaschinen ein¬ zusetzen, um die Kosten zu senken. Unter dem Be¬ griff "Trennverfahren" sind auch spanende Verfah¬ renstechniken, beispielsweise Ein- beziehungsweise Abstechen des Stangenmaterials mittels eines ge¬ eigneten Stechdrehmeißels in einer Drehmaschine zu verstehen.
Bevorzugt wird auch eine Ausführungsform des Dop¬ pelplattenkörpers, die sich dadurch auszeichnet, daß die Rohre jeweils an ihren Enden ebene Stirn¬ flächen aufweisen, die orthogonal zu den Zylinder¬ achsen, insbesondere Rohrachsen, verlaufen. Dadurch
wird sichergestellt, daß die Deckplattenoberflächen satt auf den Stirnflächen der ersten Rohre aufsit¬ zen und daß das Abstandsmaß zwischen den Deckplat¬ ten an jeder Stelle innerhalb eines engen Toleranz- bereiches konstant ist.
Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform des Doppelplattenkörpers, die sich dadurch auszeichnet, daß die Befestigungsmittel in den zweiten Rohren mittels Kunststoffüllungen gehalten sind. Es ist möglich, den verbleibenden Ringraum zwischen Innen¬ mantelfläche der Rohre und der Außenfläche der Be¬ festigungsmittel mit einer geeigneten, sich ver¬ härtenden Masse auszuschäumen beziehungsweise aus¬ zugießen. Dadurch ist eine schnelle und kostengün¬ stige Lagefixierung der Befestigungsmittel an dem Doppelplattenkörper realisiert.
Bevorzugt wird auch eine Ausführungsform des Dop¬ pelplattenkörpers, bei der die Bohrung der zweiten Rohre ein Gewinde aufweist und/oder als Passung, vorzugsweise Preßpassung, ausgebildet ist, in die dementsprechend ausgebildete Befestigungsmittel eingeschraubt beziehungsweise eingesteckt werden können. Das Gewinde als auch die Passung kann vor Montage des Doppelplattenkörpers, beispielsweise vor dem Ablängen vom Stangenmaterial, gefertigt werden. Dadurch entfällt ein nochmaliges Spannen der Rohre beziehungsweise des Doppelplattenkörpers, wodurch die Fertigungszeiten herabgesetzt sind.
Weiterhin wird eine Ausführungsform des Doppelplat¬ tenkörpers bevorzugt, bei der die Rohre als
Vieleckrohre ausgebildet sind. Durch die ebenen Flächen an der Ummantelung der Rohre werden, da sich die Rohre bei einer Biege- und/oder Torsions¬ beanspruchung aneinander abstützen, die bei Bela¬ stung auf die Rohre einwirkenden Kräfte verteilt, wodurch die Flächenpressung vermindert ist. Dadurch können Rohre mit relativ dünnen Wandungen einge¬ setzt werden, wodurch das Gesamtgewicht des Doppel- plattenkörpers vermindert ist .
Schließlich wird auch eine Ausführungsform des Dop¬ pelplattenkörpers bevorzugt, bei der der Raum zwi¬ schen den beiden Deckplatten eine Kunststoffaus- schäumung aufweist . Durch dieses quasi Einbetten der Rohre in eine Füllung werden lärmverursachende und störende Vibrationen, die beispielsweise von den ersten Rohren verursacht werden können, und das Eindringen von Verschmutzungen verhindert . Weiter¬ hin wird die Biege- und Torsionssteifigkeit der Doppelplattenkörperkonstruktion erhöht .
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeich¬ nung näher erläutert. Es zeigen-. '
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Doppelplatten¬ körpers,
Figur 2 eine perspektivische Ansicht des Doppel- plattenkörpers gemäß Figur 1, wobei eine Deckplatte und einige Rohre entfernt sind,
Figur 3 einen schematische Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel des Doppelplatten¬ körpers gemäß Figur 1 und
Figur 4 eine Seitenansicht im Schnitt des Doppel- plattenkörpers entlang der Schnittlinie A-A.
Der im folgenden beschriebene Doppelplattenkörper kann allgemein überall dort eingesetzt werden, wo Bauelemente mit geringer Masse und einer hohen Steifigkeit, insbesondere Biege- und Torsionsstei- figkeit, gefordert sind. Bevorzugt finden derartige Konstruktionen als Maschinentische in Hochgeschwin¬ digkeitsmaschinen Anwendung. Ein weiterer Einsatz¬ bereich ist im Fahrzeug- und Flugzeugbau, da dort eine Leichtbauweise angestrebt wird, um den Ener¬ gieverbrauch der eingesetzten Antriebsaggregate ge¬ ring zu halten.
Figur 1 zeigt einen Doppelplattenkörper 1, mit ei¬ ner oberen Deckplatte 3 und einer unteren Deck¬ platte 5. Zwischen den Deckplatten 3, 5 sind Rohre
6 mit unterschiedlicher Länge angeordnet. So weist ein erster Teil der Rohre, im folgenden erste Rohre
7 genannt, eine kürzere Länge als ein zweiter Teil der Rohre, im folgenden kurz zweite Rohre 9 ge¬ nannt, auf. Der Außenmantel 8 der Rohre 6 ist -im Querschnitt betrachtet- als regelmäßiges Vieleck und die durchgängige Bohrung 10 kreisförmig ausge¬ bildet. Die sich so am Umfang des Außenmantels 8 über die Länge der Rohre erstreckenden Flächen die¬ nen als Anlage für benachbart angeordnete Rohre. Es
ist möglich, die geometrische Querschnittsform des Außenmantels 8 und der Bohrung 10 zu variieren, so daß beispielsweise die Bohrung 10 einen rechtecki¬ gen und der Außenmantel 8 einen kurvenförmigen Querschnitt aufweist .
In Abhängigkeit der geforderten Materialeigen¬ schaften können die Rohre 6 und die Deckplatten 3 und 5 aus Metall, Kunststoff oder dergleichen her¬ gestellt sein. Im folgenden wird davon ausgegangen, daß die Rohre 6 und die Deckplatten 3 und 5 aus schweißbaren Metall bestehen.
Figur 2 zeigt Teile des Doppelplattenkörpers 1, nämlich die untere Deckplatte 5 und eine Anzahl der ersten und zweiten Rohre . In der unteren Deckplatte 5 sowie in der hier nicht dargestellten oberen Deckplatte 3 sind Durchbrüche 13 eingebracht, deren Kontur und Größe im wesentlichen dem Außenmaß und der -kontur der zweiten Rohre 9 entspricht. Wichtig ist, daß der Innendurchmesser der Durchbrüche 13 in den Deckplatten 3, 5 größer als der Außendurchmes¬ ser der zweiten Rohre 9 ist, damit die Endbereiche 11 der zweiten Rohre 9 in die Druchbrüche 13 ein- und gegebenfalls durch diese hindurchgreifen kön¬ nen. Vorzugweise weisen die Durchbrüche 13 und die Rohre 6 dieselbe Querschnittsform beziehungsweise Kontur auf.
Die Durchbrüche 13 können mittels eines Lasers in die Deckplatten 3, 5 eingeschnitten oder durch ein anderes Trennverfahren, beispielsweise dem Stanzen, eingebracht werden. Die zweiten Rohre 9 greifen mit
ihren Endbereichen 11 in die Durchbrüche 13 der Deckplatten 3, 5 ein. Die ersten Rohre 7 liegen mit ihrer Stirnfläche 15 auf der unteren Deckplatte 5 an. Die Stirnflächen 15 verlaufen rechtwinklig zu den Rohrachsen, so daß die Deckplattenoberflächen eben auf den Stirnflächen aufliegen. Die Rohre 6 stehen auf der unteren, in diesem Ausführungsbei¬ spiel rechteckigen Deckplatte 5 so aneinander, daß sich in dem Verbindungsbereich zwischen zwei Rohren ein Zwickel 17 ausbildet. Weiterhin sind die Rohre 6 derart zueinander ausgerichtet, daß sie im flä¬ chigen Kontakt zueinander stehen. Dadurch wird ein gleichmäßiger Kraftfluss jeweils im Verbindungsbe¬ reich zwischen zwei Rohren sichergestellt. Durch diese Anordnung und Ausrichtung der Rohre ist eine dichtbepackte Deckplattenoberfläche realisiert, wo¬ bei jedes der ersten Rohre 7 zwischen vier zweiten Rohren 9 angeordnet beziehungsweise von diesen ge¬ halten ist, so daß eine parallel zu den Deckplat¬ tenoberflächen gerichtete Relativbewegung der er¬ sten Rohre 7 nicht möglich ist. Die so fixierten ersten Rohre 7 weisen eine exakt definierte Posi¬ tion bezüglich den Oberflächen der beiden Deckplat¬ ten 3 und 5 auf, wodurch ein Stoffschlüssiges Ver¬ binden der Stirnflächen 15 der relativ dünnwandigen ersten Rohre 7 mit den Deckplatten 3, 5 mittels ei¬ nes Lasers, aufgrund seines kleinen Wirkbereichs, realisierbar ist.
Im folgenden wird rein beispielhaft die Montage ei¬ nes Doppelplattenkörpers beschrieben:
Die untere Deckplatte 5 wird auf eine ebene Unter¬ lage gelegt. Dann werden die zweiten Rohre 9 mit dem Endbereich 11 in die Durchbrüche 13 der Deck¬ platte 5 eingesteckt. In den verbleibenden Zwi¬ schenräumen werden die ersten Rohre 7 angeordnet. Schließlich wird die obere Deckplatte 3 von oben auf die Rohre 7, 9 aufgebracht. Dabei tritt der Endbereich 11 der zweiten Rohre 9 in die Durchbrü¬ che 13 ein. Dadurch senkt sich die obere Deckplatte 3 soweit ab, bis ihre Oberfläche auf den Stirnflä¬ chen 15 der ersten Rohre 7 aufliegt. Die Rohre 7 und 9 werden nun mit der oberen Deckplatte 3 mit¬ tels eines Lasers verschweißt . Die Schweißung der ersten Rohre 7 erfolgt dadurch, daß ein auf die Deckplatte wirkender Laserstrahl -durch diese hin¬ durch- die Stirnfläche 15 der ersten Rohre 7 auf¬ schmelzt und somit mit der Deckplatte stoffschlüs¬ sig verbindet. Es ist möglich, die Rohre und die Deckplatten mittels einer Löt- oder Klebverbindung zu verbinden, wobei die Art der Stoffschlüssigen Verbindung vorzugsweise in Abhängigkeit der Rohr¬ und Deckplattenmaterialien und/oder den Anforderun¬ gen an die Belastbarkeit des Doppelplattenkörpers wählbar ist. Anschließend wird die untere Deck¬ platte 3 auf die gleiche Art und Weise mit den Roh¬ ren 7 und 9 verbunden. In die Bohrung 10 der zwei¬ ten Rohre 9 werden Befestigungsmittel, beispiels¬ weise Spannmittelaufnahmen, eingebracht und mittels einer sich verhärtenden Masse in der Bohrung 10 ge¬ halten. Der Raum zwischen den Deckplatten 3 und 5 kann gegebenenfalls mit einem Kunststoff ausge¬ schäumt werden, wodurch das Eindringen von Ver-
schmutzungen verhindert und die Steifigkeit des Doppelplattenkörpers erhöht wird.
Die für die Bohrung 10 vorgesehenen Befestigungs¬ mittel können auch mittels einer lösbaren Verbin¬ dung, beispielsweise einem Gewinde oder einer Pas¬ sung, in der Bohrung 10 gehalten werden. Die Vorbe¬ reitungsarbeiten in der Bohrung, also Gewinde¬ schneiden beziehungsweise Erstellen einer Passung, sind vor der Montage des Doppelplattenkörpers mög¬ lich, sofern die Anforderungen an die Torelanzbe- reiche gering sind, das heißt diese relativ groß sein können. Große Toleranzbereiche deshalb, weil durch das thermische Fügen des Doppelplattenkörpers ein Verzug der einzelnen Teile (Rohre, Deckplatten) möglich ist. Beim Einsatz des Doppelplattenkörpers in Bereichen, in denen sehr kleine Toleranzbereiche und eine hohe Bauteilpräzision gefordert ist, kann die Bohrung 10 der zweiten Rohre 9 auch nach der Montage des Doppelplattenkörpers zur Aufnahme der Befestigungsmittel bearbeitet werden. Zu diesem Zweck weist die Bohrung 10 der zweiten Rohre 9 ein Aufmaß auf, damit auch nach der Präzisionsbear¬ beitung der Bohrung 10 eine ausreichende Wandstärke der Rohre 9 gewährleistet ist.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf den Doppelplat¬ tenkörper 1 mit entfernter Deckplatte 3. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, so daß zu deren Beschreibung zu Figur 1 und 2 verwie¬ sen wird. Es ist ersichtlich, daß die Rohre 6 ein¬ ander berühren, wodurch diese sich gegenseitig un¬ mittelbar abstützen und somit die Steifigkeit und
die Dämpfung des Doppelplattenkörpers erhöhen. Die Wandung der zweiten Rohre 9 ist hier dicker als die Wandung der ersten Rohre 7, da die Bohrungen 10 ein Bearbeitungsaufmaß für nachfolgende Bearbeitungs- schritte aufweisen. Weiterhin weisen die ersten Rohre 7 einen größeren Außendurchmesser als die zweiten Rohre 9 auf. Die Durchmesser der Rohre 7, 9 und die Wandungsstärken sind variabel und können beispielsweise in Abhängigkeit von geforderten Fe¬ stigkeitseigenschaften des Doppelplattenkörpers ge¬ wählt beziehungsweise aufeinander abgestimmt wer¬ den.
Figur 4 zeigt eine Schnittansicht des Doppelplat¬ tenkörpers 1 entlang der in Figur 3 eingezeichneten Schnittlinie A-A, wobei hier die obere Deckplatte 3 aufgesetzt ist. Die Oberflächen der Deckplatten 3 und 5 liegen vollständig auf den Stirnflächen 15 der ersten Rohre 7 auf, so daß die Oberflächen der Deckplatten 3, 5 parallel zueinander verlaufen.
Der Doppelplattenkörper 1 weist durch die kompakte Anordnung der Rohre 7, 9 und deren homogene Verbin¬ dung mit den Deckplatten 3, 5 eine hohe Biege- und Torsionssteifigkeit auf. Die Fertigung eines derar¬ tigen Doppelplattenkörpers in Leichtbauweise ist durch den einfachen Aufbau und die sehr leicht er¬ stellbaren Geometrien beziehungsweise Schnittkanten kostengünstig herstellbar. Dies auch deshalb, weil alle Bearbeitungsschritte durch den Einsatz von NC- Maschinen durchführbar sind und somit eine Automa¬ tisierung der Fertigung möglich ist.
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