DE2528423A1

DE2528423A1 - Bruchsicherung fuer gewindebohrer

Info

Publication number: DE2528423A1
Application number: DE19752528423
Authority: DE
Inventors: Angelo Masoero
Original assignee: S C M COSTRUZIONI MECC Soc
Current assignee: S C M COSTRUZIONI MECC Soc
Priority date: 1974-07-16
Filing date: 1975-06-26
Publication date: 1976-01-29
Also published as: FR2278438A1; IT1020401B; FR2278438B1

Description

DR. RUDOLF BAUER · DIPL.-ING. HElVIUT HUBBUCH

753 PFORZHEIM. (west-Germany)

WESTLICHE 31 (AM LEOPOLDPLATZ) TEL.: (07231)10 22 80

S.CM. Societa Costruzioni Meccaniche s.n.c. di Masoero Eugenio & G., - Segione Marcaveri, 15020 Hurisengo (Alessandria) Italien

" Bruchsicherung für Gewindebohrer "

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bruchsicherung für Gewindebohrer und hat den Zweck die Verwendung von Gewindebohrwerkzeugen bei Bohrmaschinen u.dgl. zu ermöglichen und das Werkzeug zu entriegeln, wenn der ihm vom Werkstück entgegengesetzte Widerstand einen vorbestimmten Höchstwert überschreitet.

Beim Gewindeschneiden von Bohrlöchern mit Gewindebohrwerkzeugen kommt es häufig vor, dass das Werkzeug, beispielsweise wegen einem zu geringen Durchmesser des Bohrlochs oder besonders hoher Zähigkeit oder Festigkeit des Werkstoffs oder insbesondere beim Gewindeschneiden von Blindlöchern, in dem Werkstück auf einen zu hohen Widerstand stösst, so dass das Gewindebohrwerkzeug bricht. Ein solcher Bruch ist bei derartigen Werkzeugen wegen ihrer hohen Kosten besonders unerwünscht.

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-2-Um den Bruch der Gewindebohrer zu verhindern, sind

bereits verschiedene Arten von Bruchsicherungen vorgeschlagen worden, die im allgemeinen aus einer bei einer bestimmten Höchstlast brechenden Kupplung bestehen, die die Uebertragung des Drehmoments von der Arbeitsspindel auf das Werkzeug unterbricht, wenn der vom Gewindebohrer angetroffene Widerstand einen Höchstwert überschreitet. Diese Bruchsicherungen sind in die Arbeitsspindel eingebaut und gestatten je nach dem Durchmesser des Gewindebohrers die Einstellung eines vorbestimmten Höchstwertes für den vom Gewindebohrer zu überwindenden Widerstand.

Diese bekannten Bruchsicherungen haben jedoch noch verschiedene Nachteile, insbesondere sind sie kompliziert, empfindlich und folglich kostspielig, der einstellbare Bereich des Höchstwertes des zu überwindenden Widerstands ist beschränkt und im allgemeinen nicht ausreichend, um alle Gewindebohrer der heute üblichen verschiedenen Durchmesser verwenden zu können, sie sind nicht bei den heute bei den meisten Bohrmaschinen verwendeten Schnellkupplungen zwischen dem Werkzeug und der Arbeitsspindel anwendbar und endlich wird die Längsausdehnung der Arbeitsspindel erheblich erhöht, so dass deren Gesamtabmessungen zunehmen und die Abmessungen der mit einer gegebenen Maschine bearbeitbaren Werkstücke abnehmen. Ausserdem kommt es bei diesen bekannten Bruchsicherungen häufig vor, dass die Bedienungsperson aus Unachtsamkeit die Einstellung

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des Höchstwertes des zu überwindenden Widerstands unterlässt oder vergisst oder eine falsche Einstellung vornimmt oder absichtlich keine Einstellung vornimmt, um die Arbeit nicht zu unterbrechen, oder einen zu hohen Wert einstellt, um ein abgenutztes stumpfes Werkzeug verwenden zu können. In all diesen wällen kommt es vor, dass der Gewindebohrer trotz der eingebauten Bruchsicherung bricht.

In der englischen Patentschrift 745 370 auf den Namen Dodd ist eine Vorrichtung beschrieben, die diese Nachteile teilweise beseitigt, da es hierbei nicht erforderlich ist, den Höchstwert des zu überwindenden Widerstands an der Bruchsicherung vor Beginn des Gewindeschneidens einzustellen. Zu diesem Zweck ist jeder Gewindebohrer mit einer in eine Gewindebohrerschutzspindel einsetzbaren Buchse versehen, wobei der Eingriff zwischen der Spindel und der Buchse durch Keile gewährleistet wird, die von der Spindel getragen werden und in am Umfang der Buchse angebrachte Nuten eingreifen, wobei die Keile durch Gummistopfen in radialer Richtung gegen die Achse der Spindel gedrückt werden.

Auf diese Weise wird eine Reibkupplung geschaffen, bei der beim Ueberschreiten eines Höchstwiderstandes die Keile in radialer Richtung gegen die elastische Kraft der Gummistopfen und Ueberwindung des durch die Schrägflächen der Seitenwände der Nuten und die abgeschrägten Kanten der Keile ausgeübten Widerstands entfernt werden. Der Höchstwert des

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zu überwindenden Widerstands wird durch die Tiefe der Nuten der Buchse bestimmt. Es wird also jedes Werkzeug mit einer Buchse versehen, die Nuten aufweist, deren Tiefe dem Durchmesser des Werkzeugs entsprechend verschieden ist :.

Diese Bruchsicherung gemäss der englischen Patentschrift 745 J57O ist jedoch noch mit verschiedenen der anfangs genannten Nachteile der bekannten Bruchsicherungen behaftet, nämlich ihre Herstellungskosten sind nach wie vor beträchtlich und ihre Bauweise ist ebenfalls empfindlich wegen der Anwesenheit der Gummistopfen, die Längsausdehnung der in die Arbeitsspindel eingebauten Bruchsicherung ist erheblich und der Bereich der für eine gegebene Arbeitsspindel erzielbaren Höchstwerte des zu überwindenden Widerstands ist immer noch zu beschränkt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile der bekannten Bruchsicherungen zu beseitigen und eine Bruchsicherung zu schaffen, die eine äusserst geringe axiale Ausdehnung auf der Arbeitsspindel und hohe Widerstandsfähigkeit aufweist, billig in der Herstellung ist und die Verwendung von Schnellkupplungen zur Verbindung des Werkzeugs mit der Arbeitsspindel gestattet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Bruchsicherung, die für einen weiten Bereich der Höchstwerte des von der Arbeitsspindel zu überwindenden Widerstands und damit für Arbeitsspindeln mit sehr unterschiedlichen, auch zur Zeit nicht üblichen Durchmessern verwendbar ist und dabei eine bemerkenswerte

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Genaulgkelt und Feinheit in der Bestimmung des Höchstwertes 'des zu überwindenden Widerstands zulässt.

Dies wird erfindungsgemäss durch die Schaffung einer Bruchsicherung für Gewindebohrer erreicht zur Befestigung von Gewindebohrwerkzeugen an Bohrmaschinen u.dgl. mit Entriegelung des Werkzeugs beim Ueberschreiten eines vorbestimmten Höchstwertes des vom Werkstück der Arbeitsspindel entgegengesetzten Widerstands, wobei die Arbeitsspindel mit einer Ausnehmung zur Aufnahme einer Zylinderbuchse versehen ist, in der das Gewindebohrwerkzeug befestigt ist und die eine Umfangsnut aufweist, in die in der Arbeitsspindel angebrachte Verriegelungskugeln lösbar eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderbuchse an ihrem dem Werkzeug entgegengesetzten Ende mit einem koaxialen Ansatz versehen ist, der an seinem Umfang miteinander abwechselnde Vorsprünge und Nuten trägt und in einer hinteren koaxialen Verlängerung der Ausnehmung der Arbeitsspindel liegt, wobei die Wandung dieser koaxialen Verlängerung von radialen Löchern zur Aufnahme von Verriegelungskugeln durchsetzt ist, die durch in den Löchern angebrachte Federn in die Nuten des koaxialen Ansatzes der Zylinderbuchse gedrückt werden.

Einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine das Werkzeug tragende Arbeitsspindel mit Buchse zur Schnellkupplung des Werkzeugs und der erfindungsgemässen Bruchsicherung;

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-β-

Pig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Pig, I; Fig. 3 und 4 Ansichten von Buchsenköpfen gemäss Fig. "1 und 2 für verschiedene Höchstwerte des zu überwindenden Widerstands, und

Fig. 5 einen axialen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der Arbeitsspindel und erfindungsgemassen Bruchsicherung.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform der Arbeitsspindel mit der erfindungsgemässen Bruchsicherung hat die Arbeitsspindel einen Schaft 10, der einen zylindrischen Teil 12 mit einer zylindrischen Ausnehmung 14 trägt, die zur Aufnahme einer das Werkzeug tragenden Zylinderbuchse 4o dient.

Der zylindrische Teil 12 der Arbeitsspindel ist in bekannter Weise mit einer Schnellkupplungsvorrichtung versehen, die das schnelle Herausziehen des Werkzeugs gestattet und aus zwei Kugeln,16 besteht, die in in der Wandung des zylindrischen Teils 12 angebrachten Löchern untergebracht sind und in die Ausnehmung 14 vorstehen, da sie durch eineaussen auf der Arbeitsspindel angebrachte Muffe 18 in dieser Richtung gedrückt werden. Die Muffe 18 kann gemäss der Darstellung in Fig. 1 gegen die Wirkung einer Schraubenfeder 20 nach oben verschoben werden, so dass die Kugeln 16 in eine an der Innenseite der Muffe angebrachte ringförmige Ausnehmung 22 zurücktreten können.

Hinter der zylindrischen Ausnehmung 14 liegt eine zylindrische Höhlung 24 von geringerem Durchmesser und auf der Höhe dieser

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Höhlung ist der Aussendurchmesser der Arbeitsspindel vergrössert. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichlich ist, münden an der Wandung der zylindrischen Höhlung 24 mehrere, beispielsweise sechs, radiale Löcher 26, die sich an ihrem inneren Ende teilkugelförmig verengen. In jedem der Löcher 26 ist eine Kugel 30 angebracht, die durch eine Schraubenfeder 34 in radialer Richtung nach innen gedrückt wird.

Eine an der Aussenseite der Arbeitsspindel befestigte ringförmige Muffe 38 bildet eine Abstützfläche für die Federn 34 am äusseren Ende der Löcher 26. Ein schräger Kanal 39 gestattet die schnelle Abführung der Luft aus dem Innern der Arbeitsspindel beim Einsetzen der Zylinderbuchse 4o.

Die Zylinderbuchse 4o weist eine Umfangsnut 42 auf, in die die Kugeln l6 zur Verbindung der in die zylindrische Ausnehmung 14 eingesetzten Zylinderbuchse mit der Arbeitsspindel eingreifen. An ihrem vorderen Ende ist die Zylinderbuchse mit einem Ansatz mit bekannten Mitteln zum Einspannen des Gewindebohrwerkzeugs versehen. An ihrem hinteren Ende weist die Zylinderbuchse einen weiteren koaxialen Ansatz oder eine Verlängerung 48 auf, in der in Umfangsrichtung abwechselnd Längsnuten 50 und entsprechende Vorsprünge 52 vorgesehen sind. Wenn die Zylinderbuchse in die Arbeitsspindel eingesetzt ist, greift die hintere Verlängerung 48 in die zweite zylindrische Ausnehmung 24 der Arbeitsspindel ein, wobei die Kugeln 30 in die Nuten 50 einschnappen.

Fig. 3 zeigt eine Stirnansicht der in Fig,l dargestellten

Zylinderbuchse zur besseren Veranschaulichung der Anordnung, der

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Vorsprünge 52 und Nuten 50. Flg. 4 zeigt eine entsprechende Stirnansicht einer anderen Zylinderbuchse, die zur Aufnahme eines Gewindebohrwerkzeugs von grösserem Durchmesser bestimmt ist und daher einen höheren Höchstwert des Widerstandes gegenüber dem aufzubringenden Drehmoment aufweist. Wie ersichtlich, sind die Verlängerungen der Zylinderbuchsen, die mit den Kugeln 30 zusammenwirken, mit Nuten gleichbleibender Tiefe versehen, d.h. die Nuten beschreiben einen inneren Kreisbogen, der bei den verschiedenen Zylinderbuchsen den gleichen Durchmesser hat. Dagegen ist die Höhe der Vorsprünge 52 bei den beiden Zylinderbuchsen verschieden und wird für niedrige Werte des zu überwindenden Widerstands niedrig bemessen, während für hohe Werte des durch das Drehmoment zu überwindenden Widerstands entsprechend höhere Vorsprünge gewählt werden.

Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Bruchsicherung ist wie folgt:

Jedes Gewindebohrwerkzeug wird mit einer Zylinderbuchse der in Fig. 1 dargestellten Art versehen, wobei die Höhe der VorsprUnge 52 entsprechend dem Durchmesser des Bohrloches, in das ein Gewinde eingeschnitten werden soll, bzw. entsprechend dem Durchmesser des Gewindebohrwerkzeugs verschieden gewählt wird. Vor Beginn des Gewindeschneidevorgangs wird das Gewindeschneidwerkzeug zusammen mit der Zylinderbuchse in die erfindungsgemässe, mit Bruchsicherung versehene Arbeitsspindel wie in eine herkömmliche, mit Schnellkupplung für die Zylinderbuchse versehene Arbeitsspinde.1

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eingesetzt. Dabei greift die hintere Verlängerung der Zylinderbuchse in die Höhlung 24 ein und jede der Kugeln 30 läuft in einer der Nuten 50 der Verlängerung 48 der Zylinderbuchse. Danach wird die Maschine, beispielsweise Bohrmaschine oder Gewindeschneidmaschine, zwecks Ausführung des Gewindeschneidvorgangs betätigt. Der vom Gewindebohrer zu überwindende Widerstand verursacht eine Beanspruchung zwischen der schrägen Seitenwandung jeder Nut und der entsprechenden Kugel und in dieser Beanspruchung ist eine radiale Komponente enthalten, die das Bestreben hat, die Kugel aus der Nut in ihr Loch zurückzudrücken. Dieser radialen Kraft wirkt die von der Feder 34 ausgeübte Kraft entgegen. Wenn das Werkzeug nun auf einen ungewöhnlich hohen Widerstand trifft, so nimmt die auf die Kugeln 30 ausgeübte Kraft zu und die Höhe der Vorsprünge 52 der Zylinderbuchse ist so bemessen, dass die von der Feder 34 ausgeübte Kraft in diesem Falle überwunden wird und die Kugeln zurückgeschoben werden, bis sie über die Vorsprünge 52 hinweggehen. Dadurch wird die Uebertragung des Drehmomentes von der Arbeitsspindel auf die Zylinderbuchse unterbrochen und der Gewindebohrer vor Bruch bewahrt.

Bei den höheren Vorsprüngen 52 muss natürlich eine grössere radiale Kraft auf die Kugeln 30 ausgeübt werden, ehe diese über die Vorsprünge hinweggehen. Daher erfolgt in diesem Falle die Entriegelung des Werkzeugs erst, wenn dem Drehmoment des Werkzeugs ein grösserer Widerstand entgegengesetzt wird.

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Pig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer rr.ii; der erfindungsgemässen Bruchsicherung versehenen Arbeitsspindel. Diese Bruchsicherung ermöglicht die Einstellung des Höchstwertes des dem Drehmoment der Arbeitsspindel entgegenwirkenden Widerstands in einem wesentlich weiteren Einstellbereich. Die Arbeitsspindel mit Bruchsicherung gemäss Fig. 5 entspricht im wesentlichen der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfuhrungsform und daher sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet worden. Somit besteht die in Fig. 5 dargestellte Arbeitsspindel ebenfalls aus einem Schaft 10, einer zylindrischen Ausnehmung 14 zur Aufnahme einer das Werkzeug tragenden Zylinderbuchse, einer Schnellkupplungsvorrichtung zum schnellen Einsetzen und Herausziehen der Zylinderbuchse mit den Teilen 16, 18, 20, 22, die den entsprechenden Teilen in Fig. 1 genau gleich sind, und einer zylindrischen Höhlung 24 mit Löchern 26 zur Aufnahme von Kugeln 30, die durch Schraubenfedern 34 in radialer Richtung nach innen gedruckt werden, wobei sich die Schraubenfedern am äusseren Ende der Löcher 26 auf einer auf der Arbeitsspindel befestigten ringförmigen Muffe 38 abstützen.

Zum Unterschied von der ersten Ausführungsform gemäss den Fig. 1 und 2 weist die in Fig. 5 dargestellte Arbeitsspindel jedoch eine zweite Reihe von Löchern 26a auf, die parallel zu den Löchern 26 ausgerichtet sind und je eine Kugel 30a aufnehmen, die durch je eine Schraubenfeder 34a in radialer Richtung nach innen gedrückt wird. Die auf der Arbeitsspindel befestigte ringförmige Muffe 38 begrenzt die äusseren Enden der Löcher

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26a und dient daher auch als Anschlagfläche für die Federn 34a. Die Federn 34a sind vorzugsweise auf eine wesentlich grössere Kraft kalibriert als die Federn 34.

Die in Fig. 5 dargestellte Arbeitsspindel kann Zylinderbuchsen der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Art aufnehmen, bei denen die hintere, mit Nuten versehene Verlängerung nur mit der ersten Reihe von Kugeln 30 in Eingriff kommt. In diesem Falle werden die Kugeln 30a nicht benutzt und die Wirkungsweise der Arbeitsspindel ist die gleiche wie bei der in den Fig. 1 und dargestellten AusfUhrungsform. Die Arbeitsspindel gemäss Fig. 5 kann jedoch auch Zylinderbuchsen aufnehmen, deren mit den Nuten 52 versehener Ansatz, wie in Fig. 5 dargestellt, eine grössere Länge hat, so dass er ausser den Kugeln 30 auch mit den Kugeln 30a in Eingriff kommt. Auf diese Weise werden höhere Höchstwerte des von der Arbeitsspindel zu überwindenden Widerstands erzielt, da der mit Nuten versehene Ansatz der Zylinderbuchse anstatt mit einer mit zwei Reihen von Kugeln in Eingriff kommt und auch weil die zweite zusätzliche Reihe von Kugeln für einen höheren Widerstandswert ausgelegt ist.

Auf diese Weise kann ein weiterer Bereich von Höchstwerten des dem Drehmoment der Arbeitsspindel entgegenwirkenden Widerstands erfasst werden, wobei sich dieser weitere Bereich je nachdem, ob Zylinderbuchsen verwendet werden, die nur mit einer oder beiden Reihen von Kugeln in Eingriff treten, noch in zwei Unterbereiche unterteilt, ohne dass sich die Gesamtabmessungen der Arbeitsspindel

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wesentlich erhöhen.

Zu beachten ist, dass die mit der erfindungsgemässen Bruchsicherung versehenen Arbeitsspindeln auch mit herkömmlichen Zylinderbuchsen zur Ausführung normaler Bohrarbeiten benutzt werden können. Die herkömmlichen Zylinderbuchsen haben keinen Ansatz oder eine Verlängerung am hinteren Ende und haben anstelle der Nut 42 zwei kreisförmige Vertiefungen. In diesem Falle gewährleisten die Kugeln 30 nicht nur eine Kupplung in axialer Richtung sondern auch eine drehfeste Verbindung.

Die Erfindung ist auch bei Arbeitsspindeln mit kegelstumpfförmiger Ausnehmung anwendbar, deren kegelstumpfförmige Buchsen ohne weiteres mit der erfindungsgemass ausgebildeten hinteren Verlängerung versehen sein können.

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Claims

Patentansprüche:

f 1. Bruchsicherung für Gewindebohrer zur Befestigung von Gewindebohrwerkzeugen an Bohrmaschinen u.dgl. mit Entriegelung des Werkzeugs beim Ueberschreiten eines vorbestimmten Höchstwertes des vom Werkstück der Arbeitsspindel entgegengesetzten Widerstands, wobei die Arbeitsspindel mit einer Ausnehmung zur Aufnahme einer Zylinderbuchse versehen ist, in der das Gewindebohrwerkzeug befestigt ist und die eine Umfangsnut aufweist, in die in der Arbeitsspindel angebrachte Verriegelungskugeln lösbar eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderbuchse (4o) an ihrem dem Werkzeug entgegengesetzten Ende mit einem koaxialen Ansatz (48) versehen ist, der an seinem Umfang miteinander abwechselnde Vorsprünge (52) und Nuten (50) trägt und in einer hinteren koaxialen Verlängerung (24) der Ausnehmung (12) der Arbeitsspindel liegt, wobei die Wandung dieser koaxialen Verlängerung (24) von radialen Löchern (26) zur Aufnahme von Verriegelungskugeln (30) durchsetzt ist, die durch in den Löchern angebrachte Federn (34) in die Nuten (50) des koaxialen Ansatzes (48) der Zylinderbuchse gedrückt werden.
2. Bruchsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (50) in der Verlängerung (48) der Zylinderbuchse (4o) bei jeder Zylinderbuchse einen Kreis von gleichem Radius beschreiben, während die Vorsprünge (52) tangential zu einem Kreis verlaufen, dessen Radius entsprechend dem gewünschten Höchstwert des vom Arbeitsstück der Arbeitsspindel entgegen-

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gesetzten Widerstands von Zylinderbuchse zu Zylinderbuchse verschieden ist.
3. Bruchsicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in den radialen Löchern (26) der Arbeitsspindel angebrachten Federn (34) sich mit einem Ende an der Innenseite einer auf der Arbeitsspindel befestigten ringförmigen Muffe (38) abstützen.
4. Bruchsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsspindel eine Reihe von radialen Löchern (26) aufweist, deren Achsen in der gleichen Querebene in bezug auf die Achse der Arbeitsspindel liegen (Pig. I).
5· Bruchsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsspindel zwei Reihen von radialen Löchern (26, 26a) aufweist und die Achsen der Löcher der beiden Reihen in verschiedenen Querebenen in bezug auf die Achse der Arbeitsspindel liegen (Pig. 5).
6. Bruchsicherung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierungskonstante der in den beiden Reihen von radialen Löchern (26, 26a) angeordneten Federn (34, 34a) für die beiden Reihen von Löchern verschieden ist.

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