UFCD 5010 - Sistemas de Transmissão Automática

OBJECTIVOS GERAIS Identificar e caracterizar sistemas de transmissão automática

MECATRÓNICA AUTOMÓVEL

Verificar conversores de binário de sistemas de transmissão automática Verificar caixas de velocidades de sistemas de transmissão automática

Sistemas de transmissão automática UFCD 5010 Técnico/a Mecatrónica Automóvel

Formador: Miguel Cunha

1

Toyota Caetano Portugal, S.A.

2

OBJECTIVOS ESPECÍFICOS Tipos de sistemas de transmissão automática Princípios de funcionamento de um sistema de transmissão automática Tipos, características e funcionamento de caixas de velocidades automáticas Componentes de caixas de velocidades automáticas Tipos, características e funcionamento de conversores de binários Tipos de lubrificantes de conversores de binário e caixas de velocidade automáticas Princípios de funcionamento de caixas robotizadas Componentes de caixas robotizadas Verificar o funcionamento de caixas robotizadas Tipos e características de funcionamento de transmissões de variação contínua


INTRODUÇÃO Sistemas de transmissão automática

3

4

INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO

Na literatura técnica Inglesa é feita a distinção entre uma caixa de velocidades automática de uma viatura de tracção dianteira e uma viatura de tracção traseira. As primeiras são designadas por transaxle...


… enquanto que as outras são designadas por automatic transmission.

5


6

Conjunto de engrenagens e travões

INTRODUÇÃO Uma caixa automática pode ser dividida nas seguintes partes:

Conversor de binário


Relação final de transmissão


Bomba de óleo

Bomba de Óleo

Corpo de válvulas Toyota Caetano Portugal, S.A.


7


Corpo de válvulas

8

Corpo de válvulas

Corpo de válvulas


Relação final de transmissão Bomba de óleo Toyota Caetano Portugal, S.A.



9





10

Conjuntos de engrenagens e travões


Bomba de óleo


Bomba de óleo

Corpo de válvulas

Corpo de válvulas



11


12


Bomba de óleo



Bomba de óleo




Corpo de válvulas


Corpo de válvulas

13

CONVERSOR DE BINÁRIO

14


As suas funções principais são:

Se colocarmos duas ventoinhas eléctricas virada uma contra a outra a uma distância de poucos centímetros, quando a ventoinha A for ligada, a ventoinha B começará a rodar no mesmo sentido, muito embora se encontre desligada. Podemos dizer que a transmissão de potência entre as ventoinhas A e B é efectuada por intermédio do ar.

Multiplicar o binário gerado pelo motor Servir de embraiagem automática Absorver vibrações provenientes do motor

O conversor de binário funciona da mesma forma, com a turbina impulsora desempenhando a função da ventoinha A e a turbina impelida a função da ventoinha B.

Servir de volante motor Accionar a bomba de óleo da caixa automática



15


16



Se entre as duas ventoinhas descritas anteriormente for colocada uma conduta, aumentamos a velocidade da ventoinha B.

Como funciona?

A explicação para este fenómeno tem a ver com o facto de o ar chegar já com uma dada velocidade à ventoinha A.


Turbina impelida

17

Turbina impulsora


18


Pratos

Com a rotação da turbina impulsora, o fluído é projectado pela força centrífuga, contra as pás da turbina impelida, originando a rotação desta no mesmo sentido que a turbina impulsora.

Veio de ligação à bomba de óleo

ATF

Discos

Veio de ligação à caixa

Capa / carcaça


Toyota Caetano Portugal, S.A. 19

20


CONVERSOR DE BINÁRIO - ESTATOR Para aumentar o rendimento do conversor de binário utiliza-se um estator. A sua função é a de redireccionar o fluxo do fluído, impedindo que o mesmo retorne à turbina impulsora na direcção oposta à do movimento.



Turbina impulsora

22

Turbina impelida

Embraiagem unidireccional

Estator


Estator

23


24

CONVERSOR DE BINÁRIO 1.

Capa

2.

Embraiagem

3.

Amortecedor de vibrações

4.

Turbina impelida

5.

Turbina impulsora

6.

Estator (reactor)

7.

Embraiagem unidirecional

8.

Cubo do estator

9.

Ligação à caixa


CONVERSOR DE BINÁRIO Aqui podemos observar a transmissão de potência com a embraiagem de bloqueio activada.

25




26

Bomba de óleo


Esta é a transmissão de movimento no conversor de binário com a embraiagem de bloqueio desligada Relação final de transmissão

Corpo de válvulas


27


28

LUBRIFICAÇÃO

LUBRIFICAÇÃO

Bomba de óleo

Bomba de óleo


LUBRIFICAÇÃO



Bomba de óleo

30

Bomba de óleo



Corpo de válvulas


31


32

TREM EPICICLOIDAL

TREM EPICICLOIDAL Carreto Exterior

Tem a função de proporcionar diferentes relações de transmissão. Satélites Possibilita a velocidade de marcha atrás. Carreto sol


33

TREM EPICICLOIDAL


34

TREM EPICICLOIDAL Carreto Exterior

Carreto Exterior Satélites Satélites Porta satélites Carreto sol Carreto sol


35


36

TREM EPICICLOIDAL

TREM EPICICLOIDAL Carreto Exterior Carreto Exterior Satélites Satélites

Porta satélites Porta satélites Carreto sol

Carreto sol 37

TREM EPICICLOIDAL Satélites


38

TREM EPICICLOIDAL COMPOSTO Carreto sol

Carreto sol

Porta satélites Porta satélites


Satélites 39

40

TREM EPICICLOIDAL

TREM EPICICLOIDAL

Esquema de funcionamento de um travão de cinta.

Um conjunto epicicloidal permite : Reduzir a relação de transmissão de movimento Aumentar a relação de transmissão de movimento Inverter o sentido de transmissão de movimento.


TREM EPICICLOIDAL


42

TREM EPICICLOIDAL Cálculo da relação de transmissão Velocidade: Dada em R.P.M (rotações por minuto) representa-se pela letra n Relações: Dado pelo numero de dentes das respectivas engrenagens representa-se pela letra z.

As letras S, E e P identificam o componente: S – Carreto Sol E – Carreto Exterior P – Porta satélites



44

TREM EPICICLOIDAL

TREM EPICICLOIDAL



TREM EPICICLOIDAL

46

TREM EPICICLOIDAL A reter: Entrada

Saída

Bloqueado

Relação

Carreto Sol

Porta Satélites

Carreto Exterior

Desmultiplicada (>1:1)

Carreto Sol

Carreto Exterior

Porta Satélites

Inversão

Carreto Exterior

Carreto sol

Porta Satélites

Inversão

Carreto Exterior

Porta satélites

Carreto sol

Desmultiplicada (>1:1)

Porta Satélites

Carreto Exterior

Carreto Sol

Multiplicada (<1:1)

Porta Satélites

Carreto Sol

Carreto Exterior

Multiplicada (<1:1)

Se mais do que um elemento estiver bloqueado todo o trem epicicloidal ficará bloqueado, logo, com uma relação de 1:1. Toyota Caetano Portugal, S.A. 47


48

TREM EPICICLOIDAL

TREM EPICICLOIDAL

Para que seja possível disponibilizar diferentes relações de transmissão (1ª, 2ª, 3ª, etc) é necessário associar diferentes trens epicicloidais.

Associação simples: A saída de um trem epicicloidal esta directamente ligada à entrada do outro.

Trem Epicicloidal 1


49

Trem Epicicloidal 2


50

Ligado às rodas

TREM EPICICLOIDAL

(Carreto exterior)

Ligado ao motor (Carreto exterior)

Ligação entre trens (Porta Satélites 1 = Porta Satélites 2)

Trem Epicicloidal 1


Trem Epicicloidal 2

Trem Epicicloidal 1

51


Trem Epicicloidal 2

52

Ligado às rodas

Ligado às rodas (Carreto exterior)

Ligado ao motor

(Carreto exterior)


(Carreto exterior)

Ligação entre trens


(Porta Satélites 1 = Porta Satélites 2)


Para que seja mais simples distinguir as variáveis, atribui-se o número 1 e 2, relativo aos trens epicicloidais, às variáveis:

Exemplo: Velocidade do carreto exterior do primeiro trem epicicloidal = ne1

Trem epicicloidal 1

Variável

Trem Epicicloidal 2

Ze1

Dentes do carreto exterior

Ze2

Zs1

Dentes do carreto sol

Zs2

Ne1

Velocidade do carreto exterior

Ne2

Np1

Velocidade do porta satélites

Np2

Ns1

Velocidade do carreto sol

Ns2



53

Ligado às rodas

Trem epicicloidal 1

(Carreto exterior)


Trem Epicicloidal 2


Ze2 = 62

Zs1 = 30


Zs2 = 30

Ne1 = 1


? Np2 = ?

Ze1 = 62


Variável

54


? Ns1 = ?

Np1 =

Velocidade do porta satélites Velocidade do carreto sol

Ne2 =

Ns2 =

?

5 incógnitas ?!? Trem epicicloidal 1

Variável

Trem Epicicloidal 2

Ze1 = 62


Ze2 = 62

Zs1 = 30


Zs2 = 30

Ne1 = 1


Ne2 = ?

Np1 = ?


Np2 = ?

Ns1 = ?


Ns2 = ?


….Talvez não!!

55


56

Np1 = Np2

1º Passo:

1º Passo:

Analisar as ligações físicas permanentes


O porta satélites 1 está fisicamente ligado ao porta satélites 2, logo, a velocidade de rotação é igual em ambos.

57


Np1 = Np2

Np1 = Np2

Ns1 = 0

2º Passo:

Ns2 = 0

2º Passo:

Analisar os travões activos (elementos bloqueados)


58

Ambos os carretos sol se encontram bloqueados, logo a sua velocidade é zero.

59


60

Ne1 = 1 Ze1 = 62

Np1 = Np2

Ns1 = 0

3º Passo:


Se somarmos temos 3 incógnitas, mas como uma delas é igual à outra, na realidade só temos 2 incógnitas.

61

Np1 = Np2


Ne2 = ? Ze2 = 62

1

2

#

2,067

2

1 2

1

2

1

1

1

0,674 1

0,674 3,067

62

1

2,067 3,067 2 2 1 2

! 0

Ns2 = 0 Zs2 = 30

1

2

Ns1 = 0 Zs1=30

Ns2 = 0 Zs2 = 30

3º Passo:

Apenas iniciar a resolução dos sistemas quando o número de variáveis (incógnitas) for igual ao número de trens epicicloidais .

Ne1 = 1 Ze1 = 62

Np1 = Np2

Ns1 = 0 Zs1=30

Ns2 = 0

Ne2 = ? Ze2 = 62

2 2 2 2

0,674

0

⇔

2 ⇔ #

2

⇔

2,067

⇔ # 2,067

1

1

2

2 2

1 0,674 2 3,067

2

1

0,674 ⇔ $ 2 2,067

1

2

1

2,067 3,067

2

2

2 2

1

2

1

1

Variável

Trem Epicicloidal 2

Trem epicicloidal 1

Variável

Ze1 = 62


Ze2 = 62

Ze1 = 62


Ze2 = 62

Zs1 = 30


Zs2 = 30

Zs1 = 30


Zs2 = 30

Ne1 = 1


Ne2 = ?

Ne1 = 1


Ne2 = ?

Np1 = Np2


Np2 = Np1

Np1 = Np2


Np2 = Np1

Ns1 = 0


Ns2 = 0

Ns1 = 0


Ns2 = 0


0,674 1

Trem epicicloidal 1


2

Trem Epicicloidal 2

64

Relação final: %

& '()*+,+ +, -./,+, & '()*+,+ +, ,í+,

TREM EPICICLOIDAL 1

Associação composta: Os trens estão ligados entre si por mais do que uma ligação.

A relação final é 1:1. Notar que o trem epicicloidal 1 é igual ao trem epicicloidal 2 e a entrada e saída de movimento é feita pela mesma peça, carreto exterior 1 e 2. A redução feita pelo primeiro trem é “anulada” pelo segundo trem.

Trem epicicloidal 1

Variável

Trem Epicicloidal 2

Ze1 = 62


Ze2 = 62

Zs1 = 30


Zs2 = 30

Ne1 = 1


Ne2 = ?

Np1 = Np2


Np2 = Np1

Ns1 = 0


Ns2 = 0


Trem Epicicloidal 2

Trem Epicicloidal 1

65


66

Ligação ao motor:

Ne1

Ligação entre trens:

Np1 = Ne2

Trem Epicicloidal 2 Ligação entre trens:

Ns1 = Ns2 Trem Epicicloidal 1


67


Ligação ao motor:

Ligação às rodas:

Ns1

Np2

68

CONSTRUÇÃO DO TREM EPICICLOIDAL COMPOSTO

CONSTRUÇÃO DO TREM EPICICLOIDAL COMPOSTO Trem epicicloidal 1

Ligação à caixa




70


Trem epicicloidal 2 União dos carretos sol e entrada de motor



72



Ligação do porta satélites 2 às rodas



74



Np1 = Ne2


Ns1 = Ns2


Trem epicicloidal 1

Variável

Trem Epicicloidal 2

Ze1 = 62


Ze2 = 62

Zs1 = 30


Zs2 = 30

Ne1


Ne2 = Np1

Np1 = Ne2


Np2

Ns1 = Ns2


Ns2 = Ns1


76

Entrada do movimento

1 1

Bloqueado

1

2 2 2

1

1

2

1

1

1

2

22,067 ⇔ # 3,067 2

1

20,674 %

3 , 45

⇔

3,067 6

2

2

1

⇔

0 2

2

1

1

1

2 , 78

Variável

Trem Epicicloidal 2

Trem epicicloidal 1

Variável

Trem Epicicloidal 2

Ze1 = 62


Ze2 = 62

Ze1 = 62


Ze2 = 62

Zs1 = 30


Zs2 = 30

Zs1 = 30


Zs2 = 30

1


0

1


0

0


Np2

0


Np2

Ns1 = Ns2


Ns2 = Ns1

Ns1 = Ns2


Ns2 = Ns1


Bomba de óleo


2

2,067 3,067

Trem epicicloidal 1


0

78

TRAVÕES & EMBRAIAGENS


São designados por travões todos os conjuntos de discos ou cintas que imobilizem um dos componentes de um conjunto epicicloidal relativamente ao corpo da caixa. Relação final de transmissão

São designadas por embraiagens todos os conjuntos de discos e pratos que imobilizam componentes entre si.

Corpo de válvulas


79


80


TRAVÕES

São estes, entre outros, que tornam possíveis as diferentes cadeias cinemáticas, isto é, eles são os responsáveis por travar os diferentes componentes do trem epicicloidal por forma a obter diferentes relações de transmissão.



Prato Superfície lisa

81


Disco Superfície rugosa 82


Vinho do bom ;)

Toyota Caetano Portugal, S.A. Disco Flange

Conjunto de pratos e discos

Toyota 83

Não é um travão, apenas um disco espaçador. Não dentes exteriores para Caetanotem Portugal, S.A. prender na caixa/tambor. 84

Conjunto de travão Flange, pratos e discos

TRAVÕES


Flange

Diferentes espessuras

Disco



86

Vista em corte:

TRAVÕES & EMBRAIAGENS Onde e como são montados os travões e embraiagens ?

Carreto sol

Porta satélites

Carreto exterior

Travões



88



Vista em corte:

Vista em corte:

Carreto sol

Satélites



90



Vista em corte:

Vista em corte:

Porta satélites

Carreto exterior



92



Vista em corte:

Vista em corte:

Discos embraiagem

Pratos de embraiagem

Discos de travão

Tambor



TRAVÕES & EMBRAIAGENS Vista em corte:

94

TRAVÕES & EMBRAIAGENS Vista em corte:

Pratos de embraiagem

Tambor Solidário com o carreto sol

Carcaça da caixa de velocidades.

Discos de travão



96

Vista em corte:

TRAVÕES Vista explodida: Carcaça da caixa Tambor 2 Tambor 1 Discos carreto exterior Carreto exterior

Ligação ao motor Saídas para ligação ao trem epicicloidal 2 Porta satélites Carreto Sol 97

98

Tambor 1

Tambor 1

Ligação ao motor / conversor de binário

Ligação ao motor / conversor de binário

Discos e pratos

Discos e pratos



100

Embaiagem (pratos e discos)

Tambor 1

Carreto exterior

Satélites e porta satélites

Ligações ao trem 2

101

TRAVÕES & EMBRAIAGENS Embraiagem (pratos e discos)

Carreto exterior


102

TRAVÕES & EMBRAIAGENS Esquema de funcionamento de um travão / embraiagem. Tambor 2

Para a embraiagem 103


104



A pressão é aplicada, através do sistema hidráulico, contra os pratos e discos do respectivo travão/embraiagem. A pressão obriga a que os pratos, respectivas flanges e discos sejam apertados entre si. Devido à fricção estes ficam bloqueados entre eles. Os pratos e os discos estão aplicados em componentes diferentes, logo, quando a pressão é aplicada, estes componentes ficam solidários.


105



106


Aplicando pressão hidráulica o carreto exterior fica bloqueado ao tambor 1. Como o tambor 1 está ligado ao motor (conversor de binário) a partir deste momento o movimento do carreto exterior (ne1) é igual ao do motor.


107


108




109


110


Travão de cinta

Aplicando pressão hidráulica o tambor 1 fica solidário com o tambor 2.

Nem todos os travões são efectuados através de conjuntos de discos e pratos.

Como o tambor 1 está ligado ao motor (conversor de binário) a partir deste momento o movimento do tambor 1 é igual ao do tambor 2.

Para os tambores próximos da carcaça da caixa utilizam-se por vezes travões de cinta. Este travão é composto por uma cinta metálica e um actuador hidráulico que, ao ser activado, vai abraçar o tambor, bloqueando-o.

Por sua vez, o tambor 2 está solidário com o carreto sol, logo, a velocidade do carreto sol (Ns1) é igual à do motor.



111

EMBRAIAGENS E TRAVÕES


Esquema de funcionamento de um travão de cinta.

Travão desactivado

Travão Activado

Haste Pistão

Tambor livre

Tambor bloqueado

Cinta Ligação à caixa


TRAVÕES & EMBRAIAGENS B

Mola

Pressão hidráulica


EMBRAIAGEM UNIDIRECCIONAL Uma embraiagem unidireccional tem a capacidade de apenas permitir diferenças de rotação num só sentido.

A reter •

Os travões, que servem para bloquear um elemento em relação ao corpo da caixa, são referenciados pela letra B. (Brakes)

•

As embraiagens, que servem para unir elementos entre si, são referenciados pela letra C. (Clutch)

Tal como nas bicicletas, os pedais apenas rodam livremente para trás, sendo que para a frente o conjunto fica bloqueado com a roda.

•

Além destes existem também as embraiagens unidireccionais, que limitam o movimento de rotação num só sentido e são referenciadas com a letra F.

Vídeo exemplo: Sprag clutch

C


115


116

EMBRAIAGEM UNIDIRECCIONAL

TRAVÕES & EMBRAIAGENS É através das diferentes combinações entre travões, dos diferentes trens epicicloidais, que a caixa automática produz diferentes relações de transmissão.

Exemplo !


117


118


TRAVÕES

Np1 = Ne2 Embraiagem unidireccional

Embraiagem

Travão


Ns1 = Ns2


Trem epicicloidal 1

Variável

Trem Epicicloidal 2

Ze1 = 62


Ze2 = 62

Zs1 = 30


Zs2 = 30

Ne1


Ne2 = Np1

Np1 = Ne2 Toyota Caetano Portugal, S.A.


Np2

Ns1 = Ns2


Ns2 = Ns1

120

Ligação ao motor, pela embraiagem C1: Ne1

Saída do movimento:

Ne2

Ligação ao motor, pela embraiagem C2:

Conjunto de travões e embraiagens

Ns1 e Ns2

Trem epicicloidal 1

Variável

Trem Epicicloidal 2

Trem epicicloidal 1

Variável

Trem Epicicloidal 2

Ze1 = 62


Ze2 = 62

Ze1 = 62


Ze2 = 62

Zs1 = 30


Zs2 = 30

Zs1 = 30


Zs2 = 30

Ne1


Ne2 = Np1

Ne1


Ne2 = Np1



Np2



Np2

Ns1 = Ns2


Ns2 = Ns1

Ns1 = Ns2


Ns2 = Ns1

121

Embraiagem activa Entrada do movimento

1 $

Embraiagem unidireccional activa Bloqueio do porta satélites 2

1

2

1

1

1

2

1

1

2

2,067 3,067 1 22,067 ⇔ # 2 22,067 e2

22,067

e2

2,067

2,067

5,067 :

2

3,067

⇔ 1

2

1

⇔

⇔ $

1

2

e2 2,067 1 22,067

2,067

2

0,408

%

3,067 e2

3,067 :

,5 =

%

1

2

2

0

122

1

1

2,067 :

2

2,45

Trem epicicloidal 1

Variável

Trem Epicicloidal 2

Trem epicicloidal 1

Variável

Trem Epicicloidal 2

Ze1 = 62


Ze2 = 62

Ze1 = 62


Ze2 = 62

Zs1 = 30


Zs2 = 30

Zs1 = 30


Zs2 = 30

1


Ne2 = Np1

1


Ne2 = Np1



0



0

Ns1 = Ns2


Ns2 = Ns1

Ns1 = Ns2


Ns2 = Ns1

123

124


Bomba de óleo

RELAÇÃO FINAL DE TRANSMISSÃO


Por questões construtivas nas caixas do tipo “transaxle” é necessário recorrer a uma relação final de transmissão. Relação final de transmissão

Esta relação final é, regra geral, de 1:1, isto é, não existe qualquer alteração na relação, apenas a inversão de sentido e a transferência do movimento de rotação para o diferencial.

Corpo de válvulas


125




126


127


128


Bomba de óleo

CAIXA DE VÁLVULAS


Alojamento das electroválvulas Permitem a passagem do fluído

Carcaça da caixa de válvulas

Linhas de transmissão de pressão


Corpo de válvulas


129


Reguladores de pressão / válvulas

130



Carcaça da caixa de válvulas

Caixa de electroválvulas



132

FUNCIONAMENTO Representação esquemática das linhas de transmissão da pressão hidráulica para os diferentes travões. A abertura e fecho destas linhas é controlada pelas diferentes electroválvulas.

O circuito hidráulico converte a velocidade do veículo, a carga do motor a velocidade de accionamento do pedal do acelerador, entre outros, em sinais hidráulicos. Em função destes sinais, a pressão hidráulica é aplicada aos diferentes travões e embraiagens a fim de alterar automaticamente a relação de transmissão de acordo com as condições de condução. Vídeo


133

FUNCIONAMENTO


FUNCIONAMENTO Rotação

Motor

Engrenagens

134

Rotação

Motor

Rodas

Engrenagens

Controlo

Rodas

Sinais: - Rotação - Velocidade - Acelerador - Etc.


135


136

FUNCIONAMENTO


Bomba de óleo



Corpo de válvulas


137

DIAGNÓSTICO DE AVARIAS


138


Teste de paragem

Teste de paragem

Este teste tem como objectivo verificar o desempenho total da caixa de velocidades. A sua execução deve ser feita com o fluído à temperatura normal de funcionamento (50 a 80ºC) e não deve ser prolongado por um período superior a 5 segundos. Procedimento para a execução do teste: mobilizar a viatura com calços, travão de mão e travão de pé Colocar o motor em movimento Acelerar a fundo depois de ter colocado o selector da caixa na posição D Registar a rotação máxima que o motor atinge Repetir o mesmo procedimento com o selector na posição R



140



Teste de reacção

Teste de reacção

Este teste permite verificar o funcionamento dos travões e embraiagens que funcionam em 1ª e em M.A. Com a viatura imobilizada e o fluído da caixa à temperatura normal de funcionamento, mede-se o tempo entre a comutação do selector da caixa de velocidades de N para R e de N para D ao regime de ralenti até se sentir o choque proveniente das embraiagens e travões estarem em carga. Este tempo de reacção varia de modelo para modelo, mas podemos considerar como valor médio 1,5 segundos.




142

CADEIA CINEMÁTICA Rotação

Teste de reacção Avaliação do teste: Se o tempo de reacção for superior ao especificado na mudança de N para D A pressão na linha principal pode ser baixa

Motor

A embraiagem C1 ou OD pode ter problemas

Engrenagens

Rodas

Se o tempo de reacção for superior ao especificado na mudança de N para R A pressão na linha principal pode ser baixa A embraiagem C2 ou OD pode não estar a funcionar correctamente



144

CADEIA CINEMÁTICA

CADEIA CINEMÁTICA



CADEIA CINEMÁTICA

CADEIA CINEMÁTICA

1ª velocidade


146

2ª velocidade

147


148

CADEIA CINEMÁTICA 3ª velocidade


149

UFCD 5010 - Sistemas de Transmissão Automática

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