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FR3122227A1 - Doublon de roulements amélioré - Google Patents

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FR3122227A1
FR3122227A1 FR2104134A FR2104134A FR3122227A1 FR 3122227 A1 FR3122227 A1 FR 3122227A1 FR 2104134 A FR2104134 A FR 2104134A FR 2104134 A FR2104134 A FR 2104134A FR 3122227 A1 FR3122227 A1 FR 3122227A1
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FR
France
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assembly
outer ring
ball bearing
bearing
roller bearing
Prior art date
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FR2104134A
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FR3122227B1 (fr
Inventor
Pierre MOULY Guillaume
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Safran Transmission Systems SAS
Original Assignee
Safran Transmission Systems SAS
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Publication date
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Abstract

Doublon de roulements amélioré Système comprenant un roulement à billes (100) et un roulement à rouleaux (200) ; le roulement à billes (100) comprenant une bague interne (110), dans lequel la bague interne (110) du roulement à billes (100) et la bague interne (210) du roulement à rouleaux (200) sont disposées autour du premier ensemble (10), et montées en appui l’une contre l’autre, la bague externe (120) du roulement à billes (100) est montée en appui contre le second ensemble (20) selon la direction principale, la bague externe (220) du roulement à rouleaux est soit formée par une portion du second ensemble (20), soit montée en appui contre le second ensemble (20) de sorte que le second ensemble (20) soit interposé entre la bague externe (120) du roulement à billes (100) et la bague externe (220) du roulement à rouleaux (200), la bague externe (120) du roulement à billes (100) présentant un jeu radial (e1) par rapport au second ensemble (20). Figure pour l’abrégé : Fig. 1.

Description

Doublon de roulements amélioré
Le présent exposé concerne les systèmes de roulement, trouvant notamment une application dans les turbomachines.
Il est connu d’utiliser un montage communément qualifié de doublon de roulement. La structure de doublon de roulement communément utilisée emploie un boitier de roulement. Le roulement est alors positionné au fond du boitier de roulement. Le boitier de roulement surmonté du roulement est ensuite fixé à un support de roulement.
Le maintien en position de la bague extérieure du roulement est alors communément réalisé par des créneaux entre les bagues extérieures des roulements, de manière à prévenir la rotation de la bague extérieure.
Toutefois, un tel montage conduit à un empilement de pièces, ce qui provoque donc une augmentation des jeux et des tolérances lors du montage.
Le présent exposé vise ainsi à répondre au moins partiellement à ces problématiques.
Afin de répondre au moins partiellement à ces problématiques, le présent exposé concerne un système comprenant un premier ensemble, un second ensemble et un dispositif de roulement positionné entre le premier ensemble et le second ensemble pour assurer un mouvement de rotation relative du premier ensemble et du second ensemble selon un axe principal définissant une direction principale,
caractérisé en ce que
le dispositif de roulement comprend un roulement à billes et un roulement à rouleaux ;
le roulement à billes comprenant une bague interne, des éléments de roulement et une bague externe,
le roulement à rouleaux comprenant une bague interne, des éléments de roulement et une bague externe,
dans lequel
la bague interne du roulement à billes et la bague interne du roulement à rouleaux sont disposées autour du premier ensemble, et montées en appui l’une contre l’autre selon la direction principale,
la bague interne du roulement à billes est montée en butée selon la direction principale contre un épaulement solidaire du premier ensemble,
la bague externe du roulement à billes est montée en appui contre le second ensemble selon la direction principale, et présente un jeu radial non nul par rapport au second ensemble,
Selon un exemple, la bague externe du roulement à billes est positionnée entre deux surfaces du second ensemble définissant des butées axiales opposées selon la direction principale, la bague externe présentant un jeu axial non-nul selon ladite direction principale entre lesdites butées axiales.
Selon un exemple, la bague externe du roulement à rouleaux est
soit formée par une portion du second ensemble,
soit montée en appui contre le second ensemble de sorte que le second ensemble soit interposé selon la direction principale entre la bague externe du roulement à billes et la bague externe du roulement à rouleaux.
Selon un exemple, la bague externe du roulement à billes comprend une surface d’engagement, présentant un contour externe qui est configuré pour être en prise avec une surface complémentaire du second ensemble de manière à réaliser un blocage en rotation de la bague externe du roulement à billes selon l’axe principal.
La surface d’engagement présente typiquement une géométrie formant un profil sinusoïdal centré autour de l’axe principal, ou un profil formant un motif en créneaux centré autour de l’axe principal.
Selon un exemple, la bague interne du roulement à billes et la bague interne du roulement à rouleaux sont montées en appui contre deux butées axiales, adaptées pour immobiliser la bague interne du roulement à billes et la bague interne du roulement à rouleaux selon la direction principale.
Selon un exemple, le second ensemble comprend une portion d’accroche s’étendant radialement par rapport à l’axe principal, et dans lequel la bague externe du roulement à billes et la bague externe du roulement à rouleaux présentent des portions de fixation positionnées de part et d’autre de la portion d’accroche selon l’axe principal.
Selon un exemple, ledit système comprend un second roulement à rouleaux positionné entre le premier ensemble et le second ensemble, ledit second roulement à rouleaux étant positionné de manière à former un palier adapté pour réaliser un guidage en rotation du premier ensemble (10) par rapport au second ensemble.
Le présent exposé concerne également une machine tournante comprenant un arbre et un carter définissant un premier ensemble et un second ensemble, ladite machine tournante comprenant un système tel que défini précédemment, et un second roulement à rouleaux positionné entre le premier ensemble et le second ensemble, ledit second roulement à rouleaux étant positionné de manière à former un palier adapté pour réaliser un guidage en rotation du premier ensemble et du second ensemble.
Le présent exposé concerne également un ensemble de transmission de turbomachine, comprenant un premier système et un second système (tels que définis précédemment, dans lequel lesdits premiers ensembles sont des arbres d’entrainement de pignons, et les seconds ensembles sont des carters, typiquement venus de matière.
Le présent exposé concerne en outre une turbomachine comprenant un tel ensemble de transmission.
L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs.
La présente un exemple de système selon un aspect du présent exposé.
La présente un autre exemple de système selon un aspect du présent exposé.
La présente un autre exemple de système selon un aspect du présent exposé.
La présente un autre exemple de système selon un aspect du présent exposé.
La présente un autre exemple de système selon un aspect du présent exposé.
La présente un exemple de moyens de verrouillage en rotation de roulement à billes pouvant être employé dans différents modes de réalisation.
La présente un exemple d’application du système tel que proposé.
Sur l’ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques.
La présente un exemple de système selon un aspect du présent exposé.
On représente sur cette figure un système 1 comprenant un premier ensemble 10 et un second ensemble 20 montés mobiles en rotation l’un par rapport à l’autre selon un axe principal X-X au moyen d’un doublon de roulement. L’axe principal X-X définit ainsi une direction axiale ou direction principale selon cet axe principal X-X.
Le doublon de roulement comprend un roulement à billes 100 et un roulement à rouleaux 200, positionnés entre le premier ensemble 10 et le second ensemble 20. Dans l’exemple illustré, le second ensemble 20 est positionné autour du premier ensemble 10. Le premier ensemble 10 est typiquement un arbre, et le second ensemble 20 est typiquement un carter.
Le roulement à billes 100 comprend une bague interne 110 et une bague externe 120, définissant une piste de roulement dans laquelle sont positionnés une pluralité d’éléments de roulement, ici des billes 102. Les désignations interne et externe désignent ici le positionnement selon la direction radiale par rapport à l’axe principal X-X. La bague interne 110 est montée autour du premier ensemble 10, typiquement montée serrée par frettage.
Dans l’exemple illustré, la bague interne 110 est en deux parties, de manière à permettre l’assemblage.
La bague interne 110 telle qu’illustrée est montée en appui contre une première butée axiale, ici formée par un épaulement 12 du premier ensemble 10, qui empêche le mouvement de la bague interne 110 selon l’axe principal X-X dans un premier sens.
La bague externe 120 telle que représentée est montée en appui contre le second ensemble 20, ici en appui contre une portion d’accroche du second ensemble 20, ladite portion d’accroche s’étendant radialement par rapport à l’axe principal X-X. Le montage en appui de la bague externe 120 contre le second ensemble 20 empêche le mouvement de la bague externe 120 selon l’axe principal X-X dans un second sens opposé au premier sens.
Dans l’exemple illustré, la bague externe 120 est positionnée dans un boitier 30 qui vient partiellement l’entourer. Le boitier 30 est fixé au second ensemble 20 via des moyens de fixation 40, par exemple des boulons, des vis, ou tout autre moyen adapté. Le boitier 30 prévient le mouvement de la bague externe 120 selon l’axe principal X-X dans le premier sens.
Le boitier 30 autorise également un jeu radial e1 non nul de la bague externe 120 du roulement à billes 100 ; permettant ainsi un débattement de la bague externe 120 selon la direction radiale par rapport à la direction principale.
Un tel débattement radial permet de prévenir une reprise des efforts radiaux par le roulement à billes 100. Les efforts radiaux sont ainsi repris uniquement par le roulement à rouleaux 200.
Le roulement à billes 100 ne supporte ainsi qu’un effort axial, du fait de son montage en appui contre le second ensemble 20 via sa bague externe 120, et contre le premier ensemble 10 via sa bague interne 110. On note ici que du fait du montage du roulement à billes 100, ce dernier est configuré de manière à supporter des efforts axiaux selon un sens donné dans la direction axiale. Un tel montage est ainsi particulièrement adapté pour des systèmes ayant un sens de rotation préféré.
Le boitier 30 est typiquement configuré de manière à autoriser également un jeu axial e2 non nul de la bague externe 120 du roulement à billes 100 ; permettant ainsi un débattement de la bague externe 120 selon la direction principale. Assurer un tel jeu axial e2 non nul permet d’éviter un blocage du débattement radial en cas de contact axial.
Le roulement à rouleaux 200 comprend une bague interne 210 définissant une piste de roulement dans laquelle sont positionnées une pluralité d’éléments de roulement, ici des rouleaux 202. La bague interne 210 du roulement à rouleaux 200 est montée autour du premier ensemble 10, typiquement montée serrée par frettage. Dans l’exemple illustré, la bague interne 210 du roulement à rouleaux 200 est montée en appui contre la bague interne 110 du roulement à billes 100. On comprend cependant qu’un élément intermédiaire tel qu’une entretoise peut être interposé entre ces deux bagues internes 110 et 210.
Une seconde butée axiale vient en appui contre la bague interne 210 du roulement à rouleaux 200, de manière à empêcher le mouvement de la bague interne 210 selon l’axe principal X-X dans le second sens opposé au premier sens. La seconde butée axiale est par exemple une bague emmanchée autour du premier ensemble 10, un écrou ou tout autre moyen de serrage adapté.
Le roulement à rouleaux 200 réalise une reprise des efforts radiaux par rapport à la direction principale. La reprise des efforts axiaux d’appliquant selon un sens donné dans la direction principale est réalisée par le roulement à billes 100.
Les bagues internes 110 et 210 du roulement à billes 100 et du roulement à rouleaux 200 sont ainsi maintenues en position entre la première butée axiale 12 et la seconde butée axiale14, qui assurent une immobilisation selon la direction axiale définie par l’axe principal X-X.
La bague externe du roulement à rouleaux 200 est ici formée directement par le second ensemble 20. Le second ensemble comprend ainsi une piste de roulement 24 qui remplit la fonction de bague externe du roulement à rouleaux 200.
On comprend donc ici que la bague externe 120 du roulement à billes 100 est montée en contact direct avec le second ensemble 20, notamment sans que le roulement à rouleaux 200 ne soit interposé. Un tel montage en contact direct entre la bague externe 120 du roulement billes 100 et le second ensemble 20 permet ainsi de réduire les tolérances au minimum pour le positionnement du roulement à billes 100.
Les figures 2 à 5 présentent des variantes du système tel que proposé. Pour ces différentes variantes, on ne décrira que les différences par rapport aux figures déjà décrites, les autres éléments étant identiques ou similaires.
Dans le mode de réalisation représenté sur la , le roulement à rouleaux 200 comprend une bague externe 220 qui est un élément distinct. Cette bague externe 220 du roulement à rouleaux 200 est montée en appui contre le second ensemble 20 radialement et axialement. L’appui axial contre le second ensemble 20 est réalisé sur une surface du second ensemble 20 distincte de la surface contre laquelle la bague externe 120 du roulement à billes 100 est en appui.
Plus précisément, dans l’exemple illustré, le second ensemble 20 présente une portion d’accroche s’étendant radialement par rapport à l’axe principal X-X, et la bague externe 120 du roulement à billes 100 et la bague externe 220 du roulement à rouleaux 200 présentent chacune une portion en appui contre ladite portion d’accroche, de sorte que la portion d’accroche soit positionnée entre la bague externe 120 du roulement à billes 100 et la bague externe 220 du roulement à rouleaux 200 selon la direction principale.
Dans ce mode de réalisation, la bague externe 120 du roulement à billes 100 présente également une languette radiale, s’étendant radialement par rapport à l’axe principal X-X, et en appui contre la portion d’accroche.
Le boitier 30 vient ici envelopper au moins partiellement ladite languette, qui est ainsi maintenue en position selon la direction principale par le boitier 30 d’une part, et par la portion d’accroche du second ensemble 20 d’autre part.
On retrouve également dans ce mode de réalisation le jeu radial e1 non nul et le jeu axial e2 non nul déjà décrits en référence à la .
La est une variante de la , dans laquelle la bague externe 120 du roulement à billes 100 présente une languette radiale, s’étendant radialement par rapport à l’axe principal X-X, qui est maintenue en position par un moyen de fixation 40 qui est ici un anneau d’arrêt inséré dans un logement formée par une saillie 22 du second ensemble 20. Le moyen de fixation 40 réalise alors la fonction du boitier 30 des modes de réalisation précédents ; ce dernier peut ainsi être supprimé.
Comme pour les modes de réalisations précédents, le moyen de fixation 40 assure un jeu radial e1 non nul et un jeu axial e2 non nul.
La est une variante de la . Dans cette variante, la bague externe 120 du roulement à billes 100 et la bague externe 220 du roulement à rouleaux 200 présente chacune une languette radiale s’étendant de part et d’autre de la portion d’accroche du second ensemble 20. des moyens de fixation 40 tels que des boulons viennent ici assembler ces deux languettes radiales autour de la portion d’accroche du second ensemble 20. Ici également, le moyen de fixation 40 proposé est configuré de manière à définir un jeu radial e1 non nul et un jeu axial e2 non nul.
La est une variante de la , dans laquelle le second ensemble comprend une saillie 22 définissant un logement dans lequel est insérée la languette radiale de la bague externe 120 du roulement à billes 100. Le moyen de fixation 40, ici un boulon ou une vis, vient assembler la languette radiale de la bague externe 220 du roulement à rouleaux 200 au second ensemble 20, et vient également s’engager dans la languette radiale de la bague externe 120 du roulement à billes 100 de manière à venir limiter son débattement axial et radial. Ici également, la saillie 22 et le moyen de fixation 40 sont configurés de manière à définir un jeu radial e1 non nul et un jeu axial e2 non nul. Dans ce mode de réalisation, une entretoise 16 est positionnée entre la bague interne 110 du roulement à billes 100 et la bague interne 210 du roulement à rouleaux 200.
La présente un exemple de moyens de verrouillage en rotation de la bague externe 110 du roulement à billes 100.
Dans ce mode de réalisation, la périphérie externe de la bague externe 110 du roulement à billes 100 présente des ondulations 125 centrées autour de l’axe principal X-X. Ces ondulations viennent s’engager dans une surface complémentaire 25 du second ensemble 20.
Une telle configuration permet d’empêcher un mouvement de rotation de la bague externe 110 du roulement à billes 100 par rapport au second ensemble.
Les ondulations peuvent par exemple présenter un profil de sinusoïde centré autour de l’axe principal X-X. En variante, la périphérie externe de la bague externe 110 du roulement à billes 100 peut présenter des motifs en créneaux. De manière plus générale, la périphérie externe de la bague externe 110 du roulement à billes 100 peut présenter une forme non circulaire, qui vient s’engager dans une forme complémentaire du second ensemble 20.
Le montage tel que proposé sur les figures précédentes présente plusieurs avantages par rapport aux montages conventionnels pour un doublon de roulements.
En premier lieu, l’association d’un roulement à billes et d’un roulement à rouleaux permet de répartir la reprise des efforts entre le premier ensemble 10 et le second ensemble 20.
Le roulement à billes 100 réalise une reprise des efforts radiaux par rapport à l’axe principal X-X, tandis que le roulement à rouleaux 200 réalise une reprises des efforts axiaux par rapport à l’axe principal X-X. Le montage proposé est particulièrement adapté à des systèmes dans lesquels la direction des efforts axiaux est constante.
De plus, le montage proposé permet de réduire la chaine de cotes et donc les variations de tolérance. En effet, la structure proposée assure que la bague externe 120 du roulement à billes 100 est en appui directement contre le second ensemble 20, sans venir y interposer un élément du roulement à rouleaux 200. Le montage proposé permet de supprimer au moins un élément de la chaine de tolérances.
La présente un exemple d’application du système tel que proposé pour un couple de dentures coniques réalisant un renvoi d’axe. Dans un tel assemblage, la position de l’apex, c’est-à-dire l’intersection entre les deux axes, doit être déterminée avec précision.
On désigne sur cette figure un premier arbre 10A et un second arbre 10B, définissant respectivement un premier axe de rotation Xa-Xa et un second axe de rotation Xb-Xb. Ces deux axes de rotation Xa-Xa et Xb-Xb se coupent en un apex A. Les arbres 10A et 10B sont mobiles en rotation par rapport à un carter 20.
Le premier arbre 10A et le second arbre 10B présentent chacun une denture conique, respectivement 18A et 18B, qui coopèrent pour réaliser un renvoi d’angle.
Chacun des arbres 10A et 10B comprend un palier formé par un doublon de roulements et un roulement à rouleaux. Le doublon de roulements présente une structure telle que définie précédemment. On repère ainsi pour chacun des axes un roulement à billes 100 et un roulement à rouleaux 200 montés l’un à la suite de l’autre autour de l’arbre considéré.
On retrouve ici les différents éléments déjà décrits en référence aux figures précédentes, auxquelles est ajouté l’indice A ou B selon que l’élément est monté autour du premier arbre 10A ou du second arbre 10B.
Chaque arbre 10 comprend ainsi un doublon de roulements comprenant un roulement à billes 100 et un roulement à rouleaux 200 positionnés selon un montage tel que déjà décrit en référence aux figures précédentes, et un roulement à rouleaux 300 espacé du doublon de roulement selon l’axe considéré. Pour chaque palier de roulement, l’arbre 10 forme un premier ensemble mobile en rotation par rapport à un carter 20 fixe qui forme un second ensemble.
Pour chaque arbre, la reprise des efforts radiaux est ainsi réalisée par le roulement à rouleaux 200 du doublon de roulements et le roulement à rouleau 300 espacé du doublon de roulements. Les efforts axiaux sont eux repris par le roulement à billes 100 du doublon de roulements.
L’application du montage tel que proposé pour un tel renvoi d’angle avec des dentures coniques permet un positionnement précis de l’apex A du fait des variations de tolérances réduites. De plus, la structure proposée permet une reprise des efforts radiaux par le roulement à rouleaux 200, et des efforts axiaux par le roulement à billes 100.
Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims (10)

  1. Système (1) comprenant un premier ensemble (10), un second ensemble (20) et un dispositif de roulement positionné entre le premier ensemble (10) et le second ensemble (20) pour assurer un mouvement de rotation relative du premier ensemble (10) et du second ensemble (20) selon un axe principal (X-X) définissant une direction principale,
    caractérisé en ce que
    le dispositif de roulement comprend un roulement à billes (100) et un roulement à rouleaux (200) ;
    le roulement à billes (100) comprenant une bague interne (110), des éléments de roulement (102) et une bague externe (120),
    le roulement à rouleaux (200) comprenant une bague interne (210), des éléments de roulement (202) et une bague externe (220),
    dans lequel
    la bague interne (110) du roulement à billes (100) et la bague interne (210) du roulement à rouleaux (200) sont disposées autour du premier ensemble (10), et montées en appui l’une contre l’autre selon la direction principale,
    la bague interne (110) du roulement à billes (100) est montée en butée selon la direction principale contre un épaulement solidaire du premier ensemble (10),
    la bague externe (120) du roulement à billes (100) est montée en appui contre le second ensemble (20) selon la direction principale, et présente un jeu radial (e1) non nul par rapport au second ensemble (20).
  2. Système (1) selon la revendication 1, dans lequel la bague externe (120) du roulement à billes (100) est positionnée entre deux surfaces du second ensemble (20) définissant des butées axiales opposées selon la direction principale, la bague externe (120) présentant un jeu axial (e2) non-nul selon ladite direction principale entre lesdites butées axiales.
  3. Système (1) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel la bague externe (220) du roulement à rouleaux est
    soit formée par une portion du second ensemble (20),
    soit montée en appui contre le second ensemble (20) de sorte que le second ensemble (20) soit interposé selon la direction principale entre la bague externe (120) du roulement à billes (100) et la bague externe (220) du roulement à rouleaux (200).
  4. Système (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la bague externe (120) du roulement à billes (100) comprend une surface d’engagement (125), présentant un contour externe qui est configurée pour être en prise avec une surface complémentaire (25) du second ensemble (20) de manière à réaliser un blocage en rotation de la bague externe (120) du roulement à billes (100) selon l’axe principal (X-X).
  5. Système (1) selon la revendication 4, dans lequel la surface d’engagement (125) présente une géométrie formant un profil sinusoïdal centré autour de l’axe principal (X-X), ou un profil formant un motif en créneaux centré autour de l’axe principal (X-X).
  6. Système (1) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la bague interne (110) du roulement à billes (100) et la bague interne (210) du roulement à rouleaux (200) sont montées en appui contre deux butées axiales (12, 14), adaptées pour immobiliser la bague interne (110) du roulement à billes (100) et la bague interne (210) du roulement à rouleaux (200) selon la direction principale.
  7. Système (1) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le second ensemble (20) comprend une portion d’accroche s’étendant radialement par rapport à l’axe principal, et dans lequel la bague externe (120) du roulement à billes (100) et la bague externe (220) du roulement à rouleaux (200) présentent des portions de fixation positionnées de part et d’autre de la portion d’accroche selon l’axe principal (X-X).
  8. Système (1) selon l’une des revendications 1 à 7, comprenant un second roulement à rouleaux (300) positionné entre le premier ensemble (10) et le second ensemble (20), ledit second roulement à rouleaux étant positionné de manière à former un palier adapté pour réaliser un guidage en rotation du premier ensemble (10) par rapport au second ensemble (20).
  9. Ensemble de transmission de turbomachine, comprenant un premier système (1) selon l’une des revendications 1 à 8 et un second système (1) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel lesdits premiers ensembles (10) sont des arbres d’entrainement de pignons, et les seconds ensembles (20) sont des carters, typiquement venus de matière.
  10. Turbomachine comprenant un ensemble de transmission de turbomachine selon la revendication 9.
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