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Die Erfindung bezieht sich auf eine Messvorrichtung für die Umfangslänge bzw. den Überstand und die Schieflage bzw. die Neigung der aneinanderstossenden Teilflächen von halbzylindrischen Werkstücken, beispielsweise zweiteiligen, dünnwandigen Gleitlagerschalen, bei der eine Messaufnahme mit Massaufnahmebohrung und seitlich dazu angeordneter Bezugsfläche, mindestens ein mit der Prüfkraft zu beaufschlagender relativ zur Messaufnahme beweglicher Messkopf, der einen relativ zum Messkopf beweglichen Messbalken zum Anlegen an die geneigte Teilfläche aufweist, und Messwertaufnehmer für die Umfangslänge und für die Schieflage vorgesehen sind.
Die grundlegenden Prüfmethoden für die Messung der Umfangslänge bzw. den Überstand und die Schieflage bzw. die Neigung der aneinanderstossenden Teilflächen von zweiteiligen, dünnwandigen Gleitlagerschalen sind ebenso aus der Literatur bekannt, wie das Prinzip der für diese Prüfungen zu benutzenden Messeinrichtungen, insbesondere aus dem in Entwurf vorliegenden DIN-Blatt DIN ISO 6524"Gleitlager ; Methoden zur messenden Prüfung ; Umfangslängen-Messung von dünnwandigen Lagerschalen" und VDI/DGQ-Richtlinien VDI/DGQ 3441 "statische Prüfung der Arbeits- und Positionsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen ; Grundlagen".
Aus der DE-AS 2429692 ist auch eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Überlänge und Neigung der aneinanderstossenden Flächen von zweiteiligen Gleitlagerschalen bekannt, die aber den in DIN ISO 6524 und VDI/DGQ 3441 niedergelegten Anforderungen nicht entspricht. Bei der aus der DE-AS 2429692 bekannten Messvorrichtung ist ein blockartiges Presselement vorgesehen, das zugleich die Funktion des beweglichen Messkopfes und die Funktion des beweglichen Messbalkens übernehmen muss und dazu zwei in seitlichem Abstand angeordnete Messwertaufnehmer trägt, die beide auf die Bezugsfläche der Messaufnahme greifen.
Das Presselement wird über eine Zugstange und ein Universalgelenk mit der Prüfkraft beaufschlagt, wobei das Universalgelenk im Mittelbereich des Presselements angeordnet ist und das Presselement mit seinem einen Endbereich sich auf die Teilfläche der zu prüfenden Gleitlagerschale und mit dem andern Endbereich auf einen als Drehpunkt dienenden Dorn aufsetzt. Durch die Verbindung des Presselements mit der Zugstange über ein Universalgelenk lässt sich eine gewisse Schwenkbarkeit des Presselements um die Achse der Zugstange nicht ausschliessen. Dadurch ist die Auflage des Presselements auf die Teilfläche der zu prüfenden Lagerschale und die Auflage des Presselements auf den als Drehpunkt dienenden Dorn nicht genau definiert. Schon allein hiedurch werden die geforderte Messgenauigkeit und Messsicherheit in Frage gestellt.
Unter der Einwirkung der abzustützenden Prüfkraft drückt sich der als Drehpunkt benutzte Auflagedorn in die ihm gegenüberliegende Auflagefläche ein. Auch hiedurch werden Messsicherheit und Messgenauigkeit in unzulässiger Weise vermindert. Da die beiden Messwertaufnehmer auf dieselbe Bezugsfläche der Messaufnahme greifen, muss zumindest die Schieflage bzw. Neigung der Teilfäche aus der Differenz der beiden Messwerte ermittelt werden.
Da die Differenz dieser beiden Messwerte klein ist und im allgemeinen in der Grössenordnung derjenigen Messfehler liegt, mit denen die beiden Ausgangs-Messwerte unvermeidlich behaftet sind, ist der mit einer aus der DE-AS 2429692 ermittelte Teilflächen-Schieflagewert praktisch unbrauchbar, während der ermittelte Überlängenwert aus den oben erläuterten Gründen mit einem unzulässig hohen unsystematischen, also nicht eliminierbaren Messfehler behaftet ist.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine einfache Messvorrichtung zu schaffen, mit der sich eine höhere Messgenauigkeit, Messsicherheit und Reproduzierbarkeit innerhalb der VDI/DGQ-Richtlinie 3441 ergibt, sowohl bei der Umfangslängenmessung als auch bei der gleichzeitigen Schieflagemessung an den Teilflächen von Gleitlagerschalen bzw. halbzylindrischen Teilen.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der bewegliche Messbalken aus einem am Messkopf fest anbringbaren Kopfteil und einem zur Auflage auf die Teilfläche des Prüflings dienenden Fussteil besteht, der über einen federnd elastischen Steg begrenzt beweglich am Kopfteil angebracht ist, und dass der Messwertaufnehmer für die Schieflage am Kopfteil angebracht ist und auf eine am Fussteil ausgebildete Abtastfläche greift.
Durch die Unterteilung des Messbalkens in zwei starre Teile, nämlich einen Kopfteil und einen Fussteil, und die federnd elastisch, begrenzt bewegliche Verbindung zwischen diesen beiden Teilen stellt der Messbalken eine in sich feste Einheit dar, in der der Kopfteil und der Fussteil in unbelastetem Zustand eine reproduzierbare, definierte gegenseitige Stellung einnehmen. Unter der Wirkung der Prüfkraft nimmt der Fussteil die durch die Teilfläche bestimmte Lage unter
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federnd elastischer Verformung des Steges ein, während der Kopfteil in seiner durch den Messkopf definierten Stellung verbleibt.
Der federnd elastische Steg vermittelt dem Fussteil eine ausreichende begrenzte Beweglichkeit bezüglich des Kopfteiles, um sich in seiner Prüfstellung der Teilfläche des Prüflings genau anzupassen, ohne dass eine Gelenkverbindung zwischen Kopfteil und Fussteil vorgesehen sein müsste. Sicherlich hat die elastische Verformung des Steges unter der Einwirkung der Prüfkraft Einfluss auf die Messwerte. Dieser Einfluss lässt sich aber als Korrekturfaktor aus den physikalischen Gegebenheiten des Messbalkens, wie Stegabmessungen und Elastizitätsmodul des Stegmaterials, und der anzulegenden Prüfkraft ermitteln. Die bisher bei Gelenkverbindung zwischen den die Prüfkraft übertragenden Elementen und den sich an die Teilfläche anlegenden Elementen unvermeidlichen unsystematischen und damit nicht eliminierbaren Messfehler werden durch die Erfindung vermieden.
Durch das Anbringen des auf eine am Fussteil ausgebildete Abtastfläche greifenden Messwertaufnehmer für die Schieflage am Kopfteil wird kein merklicher Einfluss mehr auf die Ruhestellung des Fussteiles bezüglich des Kopfteiles ausgeübt, da die Rückstellkraft des den Kopfteil und den Fussteil verbindenden Steges die vom Messwertaufnehmer ausgeübte Abtastkraft weit überwiegt.
Ausserdem kann der Messwertaufnehmer ständig in Abtaststellung auf der Abtastfläche gehalten werden. Hiedurch wird eine bei den bekannten Messvorrichtungen dieser Art bisher vorhandene weitere Quelle für unsystematische und damit nicht eliminierbare Messfehler beseitigt.
Man könnte zwar zunächst annehmen, dass der Messbalken wegen seines federnd elastischen Steges nur bei hohen Prüfkräften einsetzbar sei. Es hat sich aber überraschend herausgestellt, dass der federnd elastische Steg ohne weiteres hinreichend schmal ausgebildet werden kann, dass sich auch bei niedrigen Prüfkräften der Fussteil sicher und reproduzierbar genau auf die Teilfläche des Prüflings einstellt. Messvorrichtungen, die ohnehin nur für geringe Prüfkräfte ausgelegt sind und bei denen ein seitliches Verstellen der Messaufnahme bezüglich des Messkopfes praktisch ausgeschlossen ist, enthalten schon von sich aus jegliche Sicherungen des beweglichen Messbalkens mit schmal ausgebildetem federnd elastischem Steg.
Für Messvorrichtungen mit variabler oder umstellbarer Prüfkraft-Erzeugung kann in Weiterbildung der Erfindung dem federnd elastischen Steg des beweglichen Balkens mindestens eine Überlastsicherung gegen übermässige zentrische Prüfkräfte zugeordnet sein. Vorzugsweise ist der federnd elastische Steg im mittleren Bereich des Messbalkens angeordnet, wobei ein Schlitz zwischen dem Kopfteil und dem Fussteil zu beiden Seiten des Steges gebildet ist. Die Anordnung des federnd elastischen Steges im mittleren Bereich des Messbalkens ergibt optimale Symmetrie der relativen Bewegungen zwischen dem Kopfteil und dem Fussteil.
Da das Aufsetzen des Messbalkens auf die Teilfläche des Prüflings mit dem mittleren Bereich des Fussteiles und die Beaufschlagung mit Prüfkraft ebenfalls mittig zum Messbalken erfolgen, ergibt die Anordnung des federnd elastischen Steges im mittleren Bereich des Messbalkens auch eine optimale Übertragung der Prüfkraft sowohl innerhalb des Messbalkens als auch auf den Prüfling. Beispielsweise kann die Überlastsicherung gegen übermässige zentrische Prüfkräfte durch je eine Verengung des Schlitzes zu beiden Seiten und in Nähe des Steges gebildet sein.
Für den Einsatz in Messvorrichtungen, bei denen ein seitliches Verstellen der Messaufnahme gegenüber dem Messkopf möglich ist, beispielsweise in Messvorrichtungen für Durchführung verschiedener Messmethoden, kann in Weiterbildung der Erfindung am beweglichen Messbalken dem federnd elastischen Steg mindestens eine Überlastsicherung gegen aussermittige Belastung zugeordnet sein. Beispielsweise kann diese Überlastsicherung gegen aussermittige Belastung durch je eine Schlitzbreiten-Reduzierung in den äusseren Endbereichen des Schlitzes bestehen.
Der aus Kopfteil, Fussteil und Steg bestehende Messbalken ist bevorzugt einstückig ausgebildet. Dies bedeutet, dass der zu beiden Seiten des Steges zwischen dem Kopfteil und dem Fussteil gebildete Schlitz aus einem den Messbalken bildenden Materialblock, vorzugsweise Stahlblock, herauszuarbeiten ist. Dieser einstückige Aufbau und diese Herstellungsweise ermöglichen hohe Präzision des Messbalkens, insbesondere im Bereich seines Steges.
Die Überlastsicherungen können zumindest zum Teil als innerhalb des zwischen dem Kopfteil und dem Fussteil gebildeten Schlitzes am Kopfteil und/oder am Fussteil einstückig geformte Vorsprünge ausgebildet sein. Vorzugsweise sind aber die Überlastsicherungen zumindest zum Teil
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durch innerhalb des zwischen dem Kopfteil und dem Fussteil gebildeten Schlitzes am Kopfteil und/oder am Fussteil angesetzte Verengungsstücke gebildet, die bezüglich der gewünschten Verengung der Schlitzbreite einstellbar sind, beispielsweise mittels Feingewinde.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen näher @ erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Prinzipdarstellung für die herkömmliche Bestimmung der Umfangslänge nach Prüfmethode A ; Fig. 2 eine Prinzipdarstellung für die herkömmliche Bestimmung der Umfangslänge nach Prüfmethode B ; Fig. 3 die wesentlichen Teile einer erfindungsgemässen Messvorrichtung, eingerichtet für Prüfmethode B ; Fig. 4 einen in der Vorrichtung nach Fig. 3 vorgesehenen Federmessbalken schematisch in Seitenansicht ; Fig. 5 eine zweite Ausführungsform des in eine Vorrichtung nach Fig. 3 einsetzbaren beweglichen Messbalkens schematisch in Seitenansicht ; Fig. 6 eine Abwandlung eines beweglichen Messbalkens nach Fig. 4 oder 5 im Bereich 6 ; Fig. 7 eine andere Abwandlung eines Messbalkens nach Fig. 4 oder 5 im Bereich 6 ;
Fig. 8 eine dritte Abwandlung eines Messbalkens gemäss Fig. 4 oder 5 im Bereich 6 und Fig. 9 eine vierte Abwandlung eines Messbalkens nach Fig. 4 oder Fig. 5 im Bereich 6.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist bei der herkömmlichen Bestimmung der Umfangslänge von halb-
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--11-- vorgesehen,fläche --13-- trägt. Auf die eine Bezugsfläche --13-- ist für die Prüfmethode A ein fester Anschlag --14-- angebracht, der über den Rand der Messaufnahmebohrung --12-- ragt und an den sich der Prüfling --10-- von unten her anlegt.
Mit der freien Bezugsfläche und dem aus der Messaufnahmebohrung --12-- vorstehenden Ende des Prüflings --10-- wird die Messaufnahme --11-- unter einen beweglichen Messkopf --15-- gebracht, der einen beweglichen Messbalken --16-- und einen Messwertaufnehmer --17-- enthält. Dabei wird der bewegliche Messbalken --16-- auf den überstehenden Teil des Prüflings --10-- aufgesetzt, und der Messwertaufnehmer tastet die freie Bezugsfläche --13-- ab. Auf den Messkopf --15-- wird die Prüfkraft F ausgeübt, die über den Messkopf --15-- und den beweglichen Messbalken --16-- auf die Teilfläche des Prüflings --10-- direkt einwirkt,
wogegen die andere Teilfläche am festen Anschlag --14-- anliegt. Unter diesen
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fangslänge des Prüflings --10-- ist. Um die Schieflage der Teilfläche des Prüflings --10-- zu ermitteln, kann an einem seitlichen Ende der Abstand des beweglichen Messbalkens --16-- von der Bezugsfläche --13-- von einem zweiten Messwertaufnehmer abgetastet werden.
Die in Fig. 2 wiedergegebene Prüfmethode B sieht vor, dass die Messaufnahme --11-- an beiden Bezugsflächen --13-- freigehalten ist und der Prüfling --10-- mit beiden Enden, d. h. mit beiden Teilflächen aus der Messaufnahmebohrung --12-- vorsteht. Auf die eine Teilfläche wird ein fester Messbalken --18-- mit Messwertaufnehmer --17-- und auf die zweite Teilfläche des Prüflings --10-- ein beweglicher Messbalken --19-- mit Messwertaufnehmer --17-- aufgesetzt. Die Prüfkräfte Fi und
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Abstände S + S,, ermittelt wird.
Die erfindungsgemässe Messvorrichtung ist geeignet für die Bestimmung der Umfangslänge und der Schieflage der aneinanderstossenden Teilflächen von zweiteiligen, dünnwandigen zylindrischen
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l)aufnahme --11--, die zu beiden Seiten ihrer Messaufnahmebohrung --12-- Bezugsflächen --13-- trägt. In die Messaufnahmebohrung --12-- ist eine halbzylindrische Gleitlagerschale als Prüfling --10-- eingelegt. Die Messaufnahme --11-- ist im Sinne des Pfeiles 20 unter Ausübung der
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zwei bewegliche Messbalken --19-- auf, die mit Hilfe einer Skala --22-- seitlich symmetrisch an dem brückenartigen Messkopf --15-- verstellbar sind.
Jeder dieser beweglichen Messbalken, die im folgenden als "Federmessbalken" bezeichnet wer-
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Beispiel ist sowohl in der Ausführung nach Fig. 4 als auch in der Ausführung nach Fig. 5 der
Federmessbalken --19-- mit Kopfteil --23--, Fussteil --24-- und Steg --25-- einstückig aus Stahl hergestellt, in dem zu beiden Seiten des Steges ein Schlitz --26-- zwischen dem Kopfteil-23- und dem Fussteil --24-- herausgearbeitet ist. Wie aus den Fig. 3 und 5 ersichtlich, ist der Fe- dermessbalken --19-- direkt mit einem Messwertaufnehmer --27-- mit Anzeigegerät --28-- ausge- stattet, um die gegenseitige Stellung von Kopfteil --23-- und Fussteil --24-- abzutasten. Hiezu ist am Kopfteil --23-- ein Träger --29-- für den Messwertaufnehmer angebracht.
Gemäss Fig. 3 und 4 ist am Fussteil --24-- ein Ansatz --30-- vorgesehen, auf den der Messwertaufnehmer --27-- greift. Im Unterschied hiezu ist im Beispiel gemäss Fig. 5 der Kopfteil --23-- kürzer ausgebildet als der Fussteil --24-- und auf der Oberseite des Fussteiles --24-- in dem vor dem Kopfteil --23-- freiliegenden Bereich direkt eine Abtastfläche --31-- gebildet, auf die der Messwertaufneh- mer--27--greift.
Wie aus den Fig. 3 bis 5 ersichtlich, ist der Federmessbalken --19-- mit der oberen Fläche des Kopfteiles --23-- an dem Messkopf --15-- befestigt, während die untere Fläche des Fusstei- les --24-- mit jeweils einer Teilfläche des halbzylindrischen Prüflings --10-- in Berührung kommt. Unter der Wirkung der Prüfkraft nimmt der Fussteil --24-- unter elastischer Verformung des Steges --25-- die Schieflage der jeweiligen Teilfläche ein. Die damit eintretende Verschwen- kung des Fussteiles --24-- gegenüber dem Kopfteil --23-- ist dann direkt mittels des Messwertauf- nehmers --27-- feststellbar.
Um zu verhindern, dass bei aussermittiger Belastung, also unrichtiger Anordnung der Messauf- nahme --11-- und des Prüflings --10-- unter dem Messkopf --15-- an dem Steg --25-- eine über- mässige Verformung eventuell sogar eine bleibende (plastische) Verformung eintritt, ist der Feder- messbalken --19-- mit einer Überlastsicherung gegen aussermittige Belastung ausgestattet. Hiezu sind gemäss Fig. 4 in den äusseren Endbereichen des zwischen dem Kopfteil --23-- und dem Fuss- teil --24-- zu beiden Seiten des Steges --25-- gebildeten Schlitzes --26-- je eine Begrenzungs- leiste --32-- an der Unterseite des Kopfteiles --23-- angebracht.
Entsprechend sind im Beispiel der Fig. 5 in den äusseren Endbereichen des Schlitzes --26-- Begrenzungsleisten --33-- an der
Unterseite des Kopfteiles --23-- einstückig mit diesem ausgebildet. In beiden Fällen ergeben diese Begrenzungsleisten --32 bzw. 33-- je eine Schlitzbreitenreduzierung --34-- derart, dass sich je- weils eine der Begrenzungsleisten --32, 33-- auf die Oberseite des Fussteiles --24-- setzt, wenn die Verschwenkung des Fussteiles --24-- gegenüber dem Kopfteil --23-- einen vorher festgelegten
Grenzwert erreicht.
Wie die Fig. 6 bis 9 zeigen, kann der Federmessbalken --19-- zusätzlich mit einer Überlast- sicherung gegen übermässige zentrische Prüfkräfte ausgestattet sein. Hiezu sind gemäss Fig. 6 zu beiden Seiten und in unmittelbarer Nachbarschaft des Steges --25-- im Schlitz ---26-- sowohl an der Unterseite des Kopfteiles --23-- als auch an der Oberseite des Fussteiles --24-- Anschlag- leisten --35-- einstückig ausgebildet, die sich gegenüberstehen und so paarweise jeweils eine Schlitzverengung --36-- zu jeder Seite des Steges --25-- bilden. Gemäss Fig. 7 sind zur Bildung der Schlitzverengungen --36-- Anschlagleisten --37-- grösserer Höhe mit dem Kopfteil --23-- an dessen Unterseite einstückig ausgebildet.
Als Alternative sind im Beispiel der Fig. 8 die Schlitz- verengungen --36-- durch Anschlagleisten --37-- gebildet, die einstückig mit dem Fussteil --24-- auf dessen Oberseite ausgebildet sind. Schliesslich zeigt Fig. 9 als weitere Möglichkeit, dass in den Schlitz --26-- zu bei den Seiten des Steges --25-- je eine der Oberseite des Fussteiles --24-- gegenüberstehende Anschlagleiste --38-- nachträglich eingesetzt und durch Schrauben am Kopfteil --23-- befestigt sind.
Diese eingesetzten Anschlagleisten --38-- bilden mit der Oberseite des Fussteiles --24-- die Schlitzverengungen --36--. Diese Schlitzverengungen --36-- sind derart bemessen bzw. vorher berechnet, dass bei Überschreiten einer vorher bestimmten zentrischen Prüf-
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kraft der Steg --25-- noch innerhalb seines elastischen Verformungsbereiches soweit zusammengedrückt wird, dass sich die Anschlagleisten --35, 37, 38-- unter Schliessen der Schlitzverengungen --36-- aufsetzen und dadurch verhindern, dass der Steg --25-- mit plastischer Verformung zusammengedrückt werden kann.
Hiedurch wird verhindert, dass der elastische Steg --25-- eines für kleinere Prüfkraft, beispielsweise maximal 25 kN ausgelegten Federmessbalkens --19-- bei irrtümlicher Höherbelastung der plastischen Verformung nahekommen könnte. Im Interesse einer guten Absicherung gegen plastische Verformung soll die Schlitzweite im Bereich der Schlitzverengungen --36-- nur sehr gering sein, beispielsweise einige Hundertstel Millimeter. Dagegen muss im Interesse der unbehinderten Schieflagenmessung die Schlitzbreite im Bereich der Schlitzbreiten- - Reduzierungen-34-noch mindestens einige Zehntel Millimeter betragen.
Durch die Anordnung der Schlitzverengungen --36-- in nächster Nachbarschaft des Steges --25-- wird durch die Schlitzverengungen --36-- die Schieflagenmessung nicht behindert.
Aus wirtschaftlichen Gründen und im Interesse der exakten Funktion wird der Federmessbalken --19-- vorzugsweise einstückig aus gehärtetem Stahl hergestellt. Nach dem Härten und Anlassen wird der Rohteil fertiggeschliffen und zum Schluss mittels Funkenerosion durch Materialabtragung mit den Schlitzbreiten-Reduzierungen --34-- und durch Materialabtragung mittels Laser mit den Schlitzverengungen --36-- versehen.
Die erforderliche Prüfkraft für die Umfangslängenmessung beträgt zirka 100 N/mm2, bezogen auf den Querschnitt des Prüflings --10--. Durch Versuche wurde überraschenderweise festgestellt, dass bei einem Querschnitt von 3 x 20 mm = 60 mm2 des federelastischen Steges --25-- für einen gehärteten Stahl von einer bestimmten Materialspezifikation eine maximale Prüfkraft von 25 kN zugelassen werden kann, wobei die Messunsicherheit und die Reproduzierbarkeit nach VDI/DGQ-Richtlinie 3441 sowohl für die Umfangslängenmessung als auch für die Schieflagenmessung zuverlässig einzuhalten sind.
An Federmessbalken --19--, die mit Prüfkräften im Bereich von 25 bis 50 kN einzusetzen sind, ist doppelter Stegquerschnitt vorzusehen, u. zw. 6 x 20 mm = 120 mm2, wobei die Messbalkenbreite 20 mm beträgt.
Je nach Materialspezifikation und Stegbreite sind mittels Reihenversuchen durch Vergleichsmessungen Korrekturfaktoren zur Einstellung der Grenzwertmarkierungen an den Messwertaufnehmern für die Schieflage zu vermitteln, da der federnd elastische Steg --25-- ausser der Prüfkraft eine eigene Kraft auf die Teilfläche der halbzylindrischen Prüflinge ausübt und somit eine Verformung hervorruft, welche die Messwertanzeige beeinflusst.
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