DE2121981A1 - Verstärkte elastomere Fugendichtung für Brücken und andere Bauwerke - Google Patents

Description

Patentanwälte ' . : '

Dr. Ing. Walter Abitz - : -. ,

Dr. Dieter F. Morf
Dr. Hans-A. Brauns

8 München 86, Pienasneuerstr.28 ■

4. Mai 1971

GT-601-F

THE GENERAL TIRE δ.RUBBER COMPANY One General Street, Akron, Ohio 44 309, V.St.A.

Verstärkte elastomere- Fugendichtung für Brücken und andere Bauwerke ~

Die Erfindung betrifft allgemein eine elastomere Dichtung zur Verwendung in Dehnungsfugen bei Brücken, Parkdecks bzw. Parkgeschoßen, Anfahrtstraßen und anderen erhöhten Bauwerken, wie Überführungen. Die Bauelemente dieser verschiedenen Bauwerke erfahren eine Wärmedehnung und einen Wärmeschwund infolge der Unterschiede in den Umgebungstemperaturen, so daß in der Brückenfahrbahn bzw. in der Fahrbahn über die Breite des Bauwerks in periodischen Intervallen Fugen vorgesehen werden, um diese Wärmebewegung aufzunehmen. Die Breite jeder Fuge kann sich von etwa 1,25 cm bis zu mehreren Zentimetern (etwa 1/2 " bis zu mehreren Zoll) je nach dem Abstand zwischen benachbarten Fugen und dem Wärmeaus-

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dehnungskoeffizienten der verschiedenen Bauelemente der Brücke bzw. des anderen Bauwerks verändern.

Zur Überbrückung der Fuge" wird normalerweise eine Fugendichtung verwendet. Eine herkömmliche Art von Dichtung ist die sogenannte Gleitplattendichtung. Ein Nachteil dieser Dichtung ist, daß sie teuer ist. Ferner bildet sie keine wasserdichte Abdichtung, so daß Wasser und korrodierend wirkende Stoffe, wie Salz, durch die Dichtung sickern und die Bauelemente des Bauwerks unterhalb der Brückenfahrbahn korrodieren oder in anderer Weise zerstören. *V

Neuerdings werden verschiedene Arten von elastomeren Dichtungen, zur Verwendung zwischen benachbarten Abschnitten einer Brückenfahrbahn oder zwischen benachbarten Betonplatten in einer Autostrasse vorgeschlagen. Es wurde eine ganze Anzahl solcher Dichtungen.vorgeschlagen, die alle voneinander hinsichtlich ihrer Grosse, Form oder Zusammensetzung verschieden sind· Die elastomere Dichtung überwindet einige der Probleme der Gleitplattendichtungen, ist jedoch nicht immer völlig zufriedenstellend. Bei einer solchen elastomeren Dichtung ist eine preßgeformte rechteckige Gummiplatte vorgesehen, die mit einer oder mehreren Verstärkungsplatten parallel zur Brückenfahrbahn bzw. zur Strasseri-¹ fläche versehen ist. Der Zweck der Verstärkungsplatten besteht darin, der Dichtung eine vertikale Festigkeit und Steifigkeit zu verleihen, so daß der sich darüber bewegende Fahrzeugverkehr die Fugendichtung nicht wesentlich ver formt« Eine Dichtung dieser Art «4.rd an Ort und Stelle gewöhnlich dadurch verankert» daß Gewindebolzen in der Brückenfahrbahn auf jeder Seite der Dehnungsfuge eingebettet werden und die Dichtung mit Muttern

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od. dgl· gesichert wird. Diese Bolzen oder andere Befestigungsmittel müssen in dem Beton in einem beträchtlichen Abstand von der Kante der Fuge eingebettet werden, um einen Bruch des Betons an der Fuge zu verhindern und eine angemessene Festigkeit sicherzustellen. Die Fugendichtung muß daher beträchtlich breiter als die Fuge vorgesehen werden. Dies führt zur Verwendung von wesentlich mehr Materialien für die Herstellung der Fugendichtung, als wünschenswert ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer elastomeren Fugendichtung, die wesentlich schmäler als die bisher erhältlichen ist.

Ferner soll durch die Erfindung eine Dichtung geschaffen werden,die leicht eingebaut werden kann lind sicher an der Brückenfahrbahn bzw. an dam anderen Bauwerk gehalten werden kann und mit dieser bzw. diesem eine wasserdichte Abdichtung bildet.

Weiter soll durch die Erfindung eine elastomere Fugendichtung geschaffen werden, die eine obere ebene Fläche, eine zur oberen Fläche parallele untere Fläche und zwei verstärkte Seiten aufweist, die von oben nach unten zueinander konvergieren, wobei jede Seite einen Winkel von etwa 45° bildet und an der Brückenfahrbahn oder an dem anderen Bauwerk sicher befestigt werden kann.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht in schaubildlicher Darstellung und im Schnitt der erfindungsgemässen Dichtung eingebaut in eine Fuge zwischen zwei Abschnitten einer Fahrbahn;

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Fig:« 2 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig« I; -

Fig· 3 eine'Endansicht eines Abschnitts der- Dichtung; mit einer Nut- und Federverbindung;

Fig. 4 eine Ansicht der Mut- und Federverbindung im . Schnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 3^-und

Fig. 5 eine Schnittansicht der einen Hälfte einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Dichtung.

Fig. 1 und 2 ..zeigen Einzelheiten der erfindungsgemässen Dichtung 10. Wegen der Symmetrie der Dichtung um ihre vertikale Achse werden die gleichen Bezugsziffern zur Bezeichnung identischer Bauelemente verwendet. Zwei benachbarte Abschnitte 2 aus Beton sind als zur Bildung der freiliegenden Fläche einer Brückenfahrbahn, eines Parkdecks oder eines ähnlichen Bauwerks zusammenwirkend gezeigt. Die beiden Abschnitte sind durch eine Fuge 3 voneinander getrennt, deren Breite durch die Dehnungsund Schwundeigenschaften der Betonabschnitte und der anderen Bauelemente des Bauwerks bestimmt wird. Die gegenüberliegenden Kanten der Abschnitte längs der Fuge bilden abgefaste bzw. Schrägflächen 4, die einen Winkel zwischen etwa 30 und etwa 60 , vorzugsweise von etwa 45° mit der Oberseite 3 ;pdes Betonabschnitts einschliessen und sich von dieser nach unten zur Fuge 3 erstrecken,

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, sind Bolzen 11 in der Schrägfläche 4 des Betons eingebettet und erstrecken sich von dieser rechtwinkelig nach aussen. Die Art und

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Weise des Einbaus dieser Bolzen ist an sich bekannt und bildet keinen Teil der Erfindung. Beispielsweise .können Spreizanker dazu verwendet- werden, die Bolzen im Beton zu sichern. Gegebenenfalls kann eine Metallplatte im Beton eingebettet werden, mit der die Bolzen verschweißt sind. Die erfindungsgemässe Fugendichtung 10 ist am Beton durch Muttern 26 verankert, welche auf die Bolzengewinde 13 aufgeschraubt sind, wie gezeigt. .■ ■ .

Die Dichtung weist eine Oberseite 12, eine Unterseite 14 und zwei Seitenwände 16 auf, die von der Oberseite zur Unterseite mit einem Winkel konvergieren, der der Abschrägung des Betonabschnitts entspricht. Die Oberseite 12 liegt im wesentlichen in der gleichen Ebene, wie die freiliegenden Flächen der Abschnitte 2 und enthält zwei offenliegende Dehnungsnuten 18 über die Länge der Dichtung, wobei die Tiefe der Nuten etwa gleich der Hälfte der Dicke der Dichtung ist. Diese Nuten verjüngen sich von oben nach unten, so daß sie selbstreinigend sind. Wenn Fremdkörper und Schutt in die Nuten gelangen und sich die Fugendichtung daraufhin zusammenzieht, dient die Verjüngung der Nuten dazu, die Fremdkörper und den Schutt aus den Nuten herauszutreiben und diese rein zu halten. Beim Formpressen wird der Teil 12a der Oberseite zwischen den beiden Nuten 18 geringfügig konkav gestaltet,, so daß beim Schliessen der Dehnungsfuge dieser Teil sich nicht wesentlich über die ebene Bäche der Brückenfahrbahn oder des Parkdecks ausbaucht.

Die Dichtung enthält zwei Verstärkungsplatten 22, die sich längs jeder Seitenwand 16 und längs der Unterseite 14 der Dichtung erstrecken. Jede Platte weist zwei ebene

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Teile auf, die miteinander mit einem winkel von etwa 135° verbunden sind. Der eine Teil 23 jeder Platte längs der Seitenwand verleiht der Dichtung Festigkeit, wo sie mit dem Beton verankert ist, und verteilt die Spannungen, welche auf die Dichtung durch die Verankerungen während des Wärmeschwunds und der Wärmedehnung der Fuge mitgeteilt werden. Der Teil 25 jeder Platte längs der Unterseite der Dicht.ung verleiht der-Platte Biegezugfestigkeit und verhindert, daß der Seitenteil 23 der Platte sich zwischen benachbarten Verankerungen biegt oder krümmt, wenn die Fuge offen ist. Ferner dient er als zusätzliche vertikale Abstützung, für die Dichtung. Die Seite der Dichtung enthält vorzugsweise Wellungen oder kleine Wüten 27, damit die Dichtung Unebenheiten und Uhregelmässigkeiten in den:Schrägflächen der Betonabschnitte aufnehmen kann.. .

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, erstreckt sich jeder Bolzen 21 nach oben durch die Platte 22 hindurch in eine geeignete Aussparung 24, die an der Oberseite der Dichtung ausgeformt ist. Auf das mit einem Gewinde versehene Ende 13 des Bolzens ist eine Mutter 26 aufgeschraubt, die dazu dient, die Dichtung in den Aussparungen der Dehnungsfuge zu sichern. Die ausgeformte Aussparung 24 ist vorzugsweise von ausreichender Grosse, damit ein Aufsteckschlüssel oder ein anderes geeignetes Einbauwerkzeug verwendet werden kann, um die Dichtung in ihrer I^ge zu sichern. Diese Aussparungen werden gewöhnlich in Abständen von etwa 30 cm (etwa 12 ") über die Länge der Dichtung entsprechend den in die benachbarten Betonabschnitte eingesetzten Bolzen vorgesehen.

Eine weitere Längsdehnungsnut 30 ist an der Unterseite 14 der Fugendichtung vorgesehen und erstreckt sich in

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Richtung zur Oberseite 12 der Dicntung, vor der sie mit einem kurzen Abstand endet. Diese Mut wirkt mit den oberen Dehnüngsnuten 18 zusammen, so daß sich die. Dichtung in der seitlichen Richtung akkordeonähnlich biegt, wenn sich die Fuge öffnet und schließt. Die Gesamtbreite dieser Nuten muß angemessen sein, um zu verhindern, daß sie sich völlig schliessen, wenn die Breite der Dehnungsfuge ihren geringsten Wert hat. Dieser Faktor zusammen mit dem Umstand, daß die Dichtung keine ununterbrochene Gummischicht in einer horizontalen Ebene parallel zu ihrer Oberseite und Unterseite enthält, ermöglicht Biegebewegungen der Gummidichtung, ohne daß diese SeherVerformungen oder Druckverformungen erfährt. Zum Öffnen und Schliessen der Dichtung ist daher nur ein sehr geringer Druck. erforderlich. Hierdurch werden die Spannungskräfte an der Dichtung und an den Schrägflächen des Betons verringert bzw. auf ein Mindestmaß herabgesetzt»

Die erfindungsgemässe Fugendichtung wird zweckmässig durch Formpressen mit Abschnitten von endlicher Länge hergestellt. Diese Abschnitte werden endweise längs der Dehnungsfuge gelegt. Zwischen den benachbarten Abschnitten der Dichtung wird eine wasserdichte Verbindung beispielsweise durch die Verwendung einer Nut- und Federdichtung gebildet, wie in Fig. 3 und U gezeigt. Das eine Ende der Fugendichtung 50 enthält eine W-förmige Nut 52 über die ganze Breite, wie in Fig. 3 gezeigt, während das entgegengesetzte Ende der Dichtung mit einer zusammenwirkenden Feder geformt ist. Die Feder der einen Dichtung 5f (die in Fig. 4 strichpunktiert dargestellt ist) wirkt dann mit der Nut 52 in der Dichtung 50 zur Bildung einer formschlüssigen Verbindung zusammen· Auf die Gegenflächen wird ein geeigneter Kleb-

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stoff, beispielsweise ein Silikon- oder Urethankleber=,. aufgebracht, um noch, weiter eine wasserdichte Abdichtung, sicherzustellen.

Fig.. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungs— gemassen' Fugendichtung insbesondere zur Verwendung In den Fällen, in welchen die vertikale Last nicht beträchtlich ist oder wenn die Verankerungsbolzen -einander engbenachbart sind» Die Dichtung nach Fig. 5 weist wie die Dichtung nach Fig. 1 und 2 eine Oberseite 112 auf, welche sich in der: Längsrichtung erstreckende Dehnungs— nuten 118 enthält, sowie eine' Unterseite 14- mit einer Dehnungsnut 130, welche die Fuge zwischen benachbarten Abschnitten 102 einer Brückenfahrbahn,, einer Ehrstraße od. dgl. überbrückt. Die beiden Seiten 116 der Dichtung verlaufen von oben nach unten mit einem Winkel von etwa 45° und sind durch Metallplatten 122 verstärkt. Zum Unterschied von der ersten Ausführungsform erstrecken sich diese Platten nicht längs der Unterseite der Dichtung, sondern sie haben lediglich die gleiche Erstreckung wie die Seiten 116 der Dichtung. Die vertikale Abstützung für die Dichtung wird durch eine waagrechte Fläche 120 gebildet, die in jedem Betonabschnitt ausgebildet ist. Hierbei ist jedoch zu erwähnen, daß diese Abstützung weggelassen werden kann und daß die ganze Last von den Bolzen und den Schrägflächen getragen werden kann. Die. Dichtung wird in ihrer Lage durch Muttern 126 verankert, die auf im Beton eingebettete Bolzen 111 aufgeschraubt werden.

Die erfindungsgemässe Dichtung hat mehrere Vorteile gegenüber den bestehenden Fugendichtungen der erwähnten Art. Beispielsweise dient die Verwendung einer Abfasung bzw.. Abschrägung längs der Seiten "der Fuge und eine

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entsprechende Verjüngung an den Seiten der .Dichtung dazu, das Ausbrechen oder Absplittern an der Kante des Betons längs der Fuge zu verringern, da der "Winkel der Abschrägung, wenn er etwa 45° beträgt, der normalen Scherungsebene des Betons unter Druck folgt. Die·Abschrägung ermöglicht ferner den Einbau der Verankerungen in den Beton rechtwinkelig zur Abschrägung, wodurch die Festigkeit erhöht und die Gesamtbreite der Dichtung wesentlich verringert wird.

Wie erwähnt, müssen, wenn die. Verankerungen vertikal eingebaut werden sollen, sie einen ausreichenden Abstand von der Dehnungsfuge haben, um eine Schwächung des Betons in der Nähe der Fuge zu verhindern. Die Fugendichtung muß in diesem Falle daher wesentlich breiter als die Fuge gemacht werden, um diese Schwierigkeit zu überwinden.

Wegen der verschiedenen Nuten in der Dichtung läßt sich die Dichtung leicht biegen, so daß sie leicht eingebaut werden kann. Hierdurch wird die Notwendigkeit der Verwendung von Spezialwerkzeugen zum Einbau der Dichtung vermieden. Es wurde festgestellt, daß die" Last, die zum Zusammendrücken einer erfindungsgeinässen Dichtung mit einer Dicke von 50 mm (2 ") und einer Durometer-Härte 50 etwa 37 2 kg je linearem Meter (etwa 250 lbs je linearem Fuß) je 25 mm Durchbiegung im Gegensatz zu etwa 1490 kg (etwa 1000 lbs) oder mehr, wenn der Gummi in der Dichtung einer Scher- oder Druckbeanspruchung unterzogen werden muß.

Die erfindungsgemässe Fugendichtung ist billig in der Herstellung und in der Wartung. Ferner ist sie, wie erwähnt, wegen der sich verjüngenden Nuten selbstreini-

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gend.

Die Dichtung wird gewöhnlich in Längen von 1,20 m bis 1,80 πι (4 - 6 Fuß) durch Formpressen und Härten ■;_ . . unter Wärme- und Druckanwendung hergestellt. Platten % aus niedriggekohltem Stahl werden zur Verstärkung .·■ ^t verwendet und in die Dichtung dadurch eingebettet, daß sie in die Form vor dem Härten unter VErwendung geeigneter Paßstifte od. dgl.eingesetzt werden. Als Alternative zum Formpressen kann die Dichtung in kontinuierlichen Längen mittels eines Querspritzkopfes W hergestellt werden, worauf die Dichtung bearbeitet oder gebohrt wird, um Öffnungen zur Aufnahme der Bolzen zu erhalten. ■

Die Dichtung wird vorzugsweise aus Naturgummi_s Chloropren, Butyl- oder Äthylen-Propylen-Terpolymerem vermischt mit verschiedenen Füllstoffen, wie Ruß und SiIiciumdioxyd, zusammen mit weiteren Zusätzen, wie Antioxydantien und Antiozonisierungsmittel, Behandlungshilfsmittel u. dgl. hergestellt. Das Endprodukt soll eine Durometer-Härte zwischen etwa 45 und etwa 70 haben. Die schließliche Auswahl eines Elastomeren für den Körperteil der Funkendichtung erfolgt normalerweise unter Berücksichtigung einer Vielfalt von Faktoren, wie Kosten, leichte Herstellung, Beständigkeit gegen Umweltelemente'und gegen Eis, Schnee und Salz, Gleichmässigkeit der Eigenschaften über einen weiten Temperaturbereich, Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung durch den Verkehr usw..

Wie erwähnt, bilden die Seiten der elastomeren Dichtung vorzugsweise einen Winkel von etwa 15° mit der Oberseite und der Unterseite. Hierbei ist zu erwähnen, daß

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dieser Winkel unter Beibehaltung der Vorteile der Erfindung zwischen etwa 30 und 60 verändert werden kann. Natürlich müssen die Kanten der Fuge mit einem Winkel abgeschrägt werden± der dem Winkel der Seiten der Dichtung entspricht.

Die ERfindung ist natürlich nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens verschiedene Abänderungen erfahren. - -

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Claims (1)

1. GT-601-F *· ^Mai 1971

   Pa tent a η s ρ rüche

   1.!Verstärkte elastomere Fugendichtung, gekennzeichnet durch

   Aa einen elastomeren Körper (10) mit einer im wesentlichen ebenen Oberseite (12, 112) und Unterseite ClH, 120), welche Oberseite sich in der Längsrichtung erstreckende Nuten (18, 118) mit sich verjüngenden Seiten und einem Grund enthält;

   B. zwei Seiten (16, 116), die zueinander mit einem Winkel zwischen etwa 60° und etwa 120° von der Oberseite der Unterseite konvergieren;

   C. Verstärkungselemente (22, 122) längs der beiden Seiten, die sich in der Längsrichtung der Dichtung erstrecken; und

   D. eine Nut (30, 130) an der Unterseite, die sich in Richtung zur Oberseite erstreckt und oberhalb des Grundes der sich von der Oberseite nach unten erstreckenden Nuten endet.

   2. Dichtung nach Anspruch/l, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (18, 118) aus zwei Nuten bestehen, die sich-vertikal nach unten zur Unterseite erstrecken und etwa in der Mitte zwischen der Oberseite und der Unterseite enden.

   3. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

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   die untere Nut (30, 130) sich vertikal in Richtung zur Oberseite zwischen den beiden oberen Nuten (18, 118) erstreckt und etwas oberhalb der Mitte zwischen der Oberseite und der Unterseite endet.

   4. Dichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Bolzenaufnahmeöffnungen, die·sich durch die Verstärkungen (22, 122) im wesentlichen senkrecht zu den Seiten der Dichtung erstrecken.

   Kombination, gekennzeichnet durch

   A. zwei benachbarte Abschnitte eines Bauwerkes, die miteinander zur Bildung einer freiliegenden Fläche zusammenwirken, längs welcher sich der Fahrzeugverkehr bewegt, welche Abschnitte einander gegenüberliegende Kanten aufweisen, die eine Dehnungsfuge begrenzen, welche sich zwischen den Abschnitten erstreckt, wobei der obere Teil jeder Kante durch eine Schrägfläche gebildet wird, die einen Winkel zwischen etwa 30 und 60 mit der freiliegenden Fläche bildet;

   B. eine elastomere Fugendichtung, die in der Dehnungsfuge angeordnet ist und eine im wesentlichen ebene Oberseite aufweist, die sich mit den freiliegenden Flächen der erwähnten beiden Abschnitte in der gleichen Ebene' befindet, sowie zwei konvergierende Seiten, die sich mit den erwähnten Schrägflächen in Kontakt befinden und eine Unterseite, die zur Oberseite parallel ist, wobei sich Längsnuten in der Oberseite und in der Unterseite erstrecken, welch*» augjäßyjienwirken _s damit die Dichtung auf Biegung

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   statt auf Druck oder Scherung beansprucht wird, wenn die Breite der Dehnungsfuge durch eine Wärniebewegung der benachbarten Abschnitte verändert wird.

   6. Kombination nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel, den die Seiten der Dichtung mit Bezug auf die Oberseite bilden, der gleiche ist wie der Winkel zwischen der Schrägfläche und der freiliegenden Fläche der benachbarten Abschnitte.

   7. Kombination nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung Verstärkungselemente längs jeder der beiden konvergierenden Seiten aufweist.

   8. Kombination nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verstärkungselement durch eine.in der Dichtung eingebettete Metallplatte gebildet wird.

   9» Kombination nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel zur Verankerung der Dichtung in ihrer Lage.

   10. Kombination nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet _s daß die Verankerungen durch Gewindebolzen gebildet werden, die in jedem Abschnitt des Bauwerks eingebettet sind und sich von deren Schrägfläche nach aussen erstrecken.

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   11. Kombination nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerung ferner durch Öffnungen "in der* Dichtung zur Aufnahme der Bolzen und der auf die Bolzen aufgeschraubten Kuttern gebildet werden, um die Dichtung in ihrer Lage zu halten.

   12. Kombination nach Anspruch 11, ,dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Öffnungen sich durch die Verstärkungselemente erstrecken.

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