Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen Getriebetechnik am WZL der RWTH Aachen Grußwort Historie Vielen Dank für Ihr Interesse an unserem Forschungsschwerpunkt Zahnrad- und Getriebetechnik. Das Forschungsgebiet „Zahnrad- und Getriebetechnik“ existiert am Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen seit den späten 30er Jahren des vergangenen Jahrhunderts. Die Gründung des WZL Getriebekreises im Jahre 1956 legte und legt bis heute den Grundstein für eine industrie- und anwendungsbezogene Forschung im Bereich der Verzahnungs- und Getriebetechnologie. Jedes Jahr ist Aachen der Treffpunkt der Getriebeproduktion, wenn ca. 250 Teilnehmer über unsere aktuellen Forschungsergebnisse aus der Getriebetechnik diskutieren. Dabei finden viele Forschungsprojekte Ihren Ursprung in der Diskussion mit unseren Industriepartnern. Unseren Forschungspartnern, wie der DFG, der AiF, dem VDW und nicht zuletzt der FVA ist zu verdanken, dass am WZL kontinuierlich im Bereich der Getriebetechnik geforscht wird. Auf dieser soliden Basis sind in den letzten Jahrzehnten mehr als hundert Dissertationen hervorgegangen. Ebenso stolz sind wir auf die zahlreichen Studien- und Abschlussarbeiten im Bereich der Getriebetechnik. 1906 Wir möchten Sie mit dieser Broschüre auf unsere Forschungsaktivitäten aufmerksam machen und laden Sie herzlich ein mit uns gemeinsam zu forschen. 1936 Bitte sprechen Sie uns an! Prof. Dr.-Ing. E.h. Adolf Wallichs wird auf den Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre der RWTH Aachen berufen. Unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Herwart Opitz entwickelt sich das WZL zu einer der modernsten und bedeutendsten Forschungsstätten seiner Art. 1948 Nach dem Wiederaufbau wird das erste Aachener Werkzeugmaschinenkolloquium (AWK) veranstaltet. 1956 Viele Grüße Auf Initiative von Industriefirmen wird der WZL-Getriebekreis mit dem Ziel gegründet, gemeinsam die Forschung auf dem Gebiet der Verzahnungs- und Getriebetechnik voranzutreiben. 1973 Vor seiner Emeritierung gliedert Prof. Opitz das Institut in mehrere Lehrstühle: –– Produktionssystematik (Prof. W. Eversheim) –– Technologie der Fertigungsverfahren (Prof. W. König) –– Werkzeugmaschinen (Prof. M. Weck) –– ab 1988: Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement (Prof. T. Pfeifer) 1980 Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Dr. h.c. Fritz Klocke Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher Auf Initiative der Leitung des WZL wird das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) gegründet. 2004 Die Leitung der Lehrstühle des WZL liegt nach Emeritierung bei: –– Produktionssystematik (Prof. G. Schuh) –– Technologie der Fertigungsverfahren (Prof. F. Klocke) –– Werkzeugmaschinen (Prof. C. Brecher) –– Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement (Prof. R. Schmitt) –– Produktionsmanagement (Prof. A. Kampker) 2005 2006 2007 2010 2 Das rund 9000 m² große WZL-Erweiterungsgebäude wird bezogen und nach Prof. Manfred Weck benannt. Das WZL feiert 100-jähriges Jubiläum. Rund 1300 Gäste aus Wissenschaft und Industrie nehmen an den Feierlichkeiten teil. Mit dem Campus Melaten wird auf dem Erweiterungsgebiet der RWTH Aachen eine Fläche von 193.000 m² erschlossen. Es sollen sich bis zu 150 Unternehmen im Verbund mit Instituten und Forschungszentren ansiedeln. Die Aachener Werkzeugbau Akademie (WBA) geht aus dem „Aachener Werkzeug- und Formenbau“ des WZL und IPT hervor. Die WBA zeichnet sich durch besonders anwendungsorientierte Forschung im Bereich Werkzeugbau aus. 2015 Aktuell umfasst der WZL-Getriebekreis 77 Mitglieder 3 Die Getriebeabteilung des WZL Getriebeberechnung und Fertigungssimulation Ausrichtung Die komplexen Wechselwirkungen und die steigenden Anforderungen an moderne Leistungsgetriebe stellen spannende Herausforderungen für die Auslegung von anwendungsgerechten Verzahnungen sowie geeigneten Fertigungsprozessen dar. Er Pr üf kö rp er n Fertigung un ng ru de or ei la nf n io g at un ul ild s im lb gs el en t ig Fe r r Fe od M Zahnflanke Zah Z ah ahnfl hnfl nf ank nflank anke ke Zahnrad Zahnra Zah nrad nra d Getriebe r zu t ig e un is s g bn vo n ge Vor diesem Hintergrund liegt der thematische Schwerpunkt der Gruppe Getriebeberechnung und Fertigungssimulation in der Erforschung und Entwicklung von Methoden zur Berechnung des Einsatzverhaltens von Verzahnungen und der Simulation von Zahnradfertigungsprozessen. Ba ut Simulation des Einsatzverhaltens Die damit einhergehenden Aufgabenstellungen werden von uns in Forschungsprojekten, industriebezogenen Anwendungsvorhaben und praxisgerechten Softwarelösungen umgesetzt, die von zahlreichen internationalen Unternehmen unterstützt und genutzt werden. Berechnung Untersuchung Ergebnisse zur Modellbildung Bauteilanforderungen Im Bereich der Getriebetechnik forschen 80 Mitarbeiter am Zahnrad. Die aktuellen Forschungsthemen betreffen die Zahnradfertigung, die Zahnraduntersuchung sowie die Simulation von Zahnradgetrieben und Fertigungsprozessen. Damit ist das WZL das einzige Institut Europas, an welchem das Maschinenelement Zahnrad ganzheitlich betrachtet, untersucht und erforscht wird. Im Fokus der aktuellen Forschungsarbeiten steht die Untersuchung des Einflusses der Zahnradfertigung auf das Einsatzverhalten von Getrieben. Vor den aktuellen gesellschaftspolitischen Zielen ist festzustellen, dass die Serienproduktion von Großverzahnungen für Windkraftanlagen eine wichtige Fragestellung aktueller Forschungsprojekte ist. Ebenso sind das Thema Leichtbau, hohe Energieeffizienz und minimale Geräuschanregung Bestandteil von Forschungsarbeiten, die derzeit am WZL angefertigt werden. In den kommenden Jahren stellen schnelldrehende Getriebe für Elektrofahrzeuge hohe Anforderungen an die Verzahnungsauslegung sowie die Zahnradfertigung. Diesen Anforderungen ist nur durch die Entwicklung von zielgerichteter Simulationssoftware zu begegnen. Die Philosophie der WZL Getriebeabteilung ist es, den wissenschaftlichen Nachwuchs für die Antriebstechnik zu qualifizieren. Jeder Mitarbeiter hat die Aufgabe, die erlangten Erkenntnisse weiterzugeben. Das wichtigste Instrument ist neben der Publikation die Ausbildung von Studenten. Den Kern bilden die Vorlesungsreihe Zahnrad- und Getriebetechnik und die Betreuung von Studien- und Abschlussarbeiten. Forschungsschwerpunkte Themenstellungen • Prozess- und Fertigungssimulation SPARTApro –– Prozessanalyse für das Wälzfräsen • Zahnradauslegung und -vermessung –– Auslegung von Stirn-, Kegelrädern und Beveloids –– Ermittlung funktionsorientierter Toleranzen • Prozess- und Fertigungssimulation KegelSpan –– Prozessanalyse für das Kegelradfräsen • Simulation von Zahnradfertigungsprozessen –– Prozesssimulation für Verfahren mit bestimmter und unbestimmter Schneide –– Herstellsimulation von Kegel- und Stirnrädern • Beurteilung des Laufverhaltens durch FE-basierte Zahnkontaktanalyse –– Ermittlung von Tragfähigkeitskennwerten –– Beurteilung des Geräuschanregungsverhaltens Softwarelösungen Sprechen Sie uns einfach an! • FVA Programmsystem FE-Stirnradkette (STIRAK) –– Zahnkontaktanalyse von Stirnradverzahnungen Für Fragen und weitere Auskünfte steht Ihnen der Leiter der Gruppe gerne zur Verfügung. • FE-basierte Zahnkontaktanalyse ZaKo3D –– Zahnkontaktanalyse für Verzahnungen mit dreidimensionalem Kontaktverhalten • Flankengenerator GearGenerator –– Erzeugen von Zahnlückengeometrien für Prozesse der Fertigbearbeitung Softwarelösungen Die wissenschafltichen Mitarbeiter der WZL-Getriebabteilung 4 FE-Stirnradkette Dipl.-Ing. Florian Hübner Gruppenleiter Telefon: +49 241 80 273 11 E-Mail: [email protected] (Auswahl) ZaKo3D GearGenerator SPARTApro KegelSpan 5 Getriebeuntersuchung Technologie der Zahnradfertigung Ausrichtung Ausrichtung Die experimentelle Absicherung der Auslegung einer Zahnradstufe hinsichtlich Tragfähigkeit, Geräusch und Wirkungsgrad ist in vielen Getriebeentwicklungen obligatorisch. Aufgrund der hohen Komplexität der Bauteile sowie hohen Anforderungen an die Werkstückqualität stellt die Zahnradfertigung auf dem Gebiet der Fertigungstechnik eine besondere Herausforderung dar. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeit der Gruppe Getriebeuntersuchung stellt die Nutzung und Optimierung entsprechender Prüfmethoden in den Fokus. Neben dem Schwerpunkt der Analyse der Auswirkung fertigungsbedingter Eigenschaften auf das Einsatzverhalten werden die im Versuch ermittelten Kennwerte ebenfalls zur Validierung von Tragfähigkeits- und Akustikberechnungsmodellen genutzt. Die Gruppe Technologie der Zahnradfertigung konzentriert sich auf das Fachgebiet der Zahnradfertigung und beschäftigt sich detailliert mit nahezu allen Verzahnprozessen. Dies gilt gleichermaßen für die Zahnradvorbearbeitung wie auch für die Zahnradfeinbearbeitung. Analysiert wird das Einsatzverhalten von Stirnrad- und Kegelrad-, aber auch von Sonderverzahnungen (z.B. Beveloid). Die unterschiedlichen Themenbereiche werden von uns sowohl in grundlagenbezogenen Projekten als auch in Industrievorhaben erforscht. Dabei werden wir von zahlreichen Firmen aus dem In- und Ausland unterstützt. Forschungsschwerpunkte Forschungsschwerpunkte Themenstellungen Themenstellungen • Fertigungsbedingtes Einsatzverhalten von Verzahnungen –– Fertigungsbedingte Zahnflankentopologien –– Oberflächentopografie –– Randzoneneigenschaften (z.B. Grenzschichten) • Mechanische Verspannungsprüfstände –– Tragfähigkeitsuntersuchungen (Zahnfuß, Zahnflanke) –– Achsabstandsvariabilität für Praxisverzahnungen –– Öltests (Fressen, Grauflecken, Grübchen) • Innovative Messmethoden zur Getriebeakustik –– Quasistatik (Drehfehler) –– Dynamik (Differenzdrehbeschleunigung) • Analogieprüfstände –– Pulsatoren –– Zwei-Scheiben-Prüfstände (Wälzfestigkeit, Reibwert) • Lokale Ermüdungstragfähigkeitsberechnung • Analyse der Bauteilqualität und Randzoneneigenschaften • Alternative Prüfverfahren zur Zahnradtragfähigkeit –– Schrägverzahnungspulsen –– Wälzfestigkeits- und Wirkungsgradprüfung im Zwei-Scheiben-Kontakt Prüfstandslösungen • Elektrische Verspannungsprüfstände –– Akustikmessungen –– Wirkungsgradmessungen • Akustikradsatzmesszellen –– Stirnradmesszelle –– Planetengetriebemesszelle Prüfstände 6 • Werkzeugstandzeitoptimierung • Steigerung erzielbarer Bauteilqualitäten • Wirtschaftliche und technologische Optimierung von Prozessketten • Computergestützte Prozessanalyse • Werkzeug- und Bauteilanalysen • Hartfeinbearbeitung –– Kontinuierliches Wälzschleifen –– Diskontinuierliches Profilschleifen –– Verzahnungshonen • Ur- und Umformende Verfahren –– Präzisionsschmieden –– Pulvermetallurgie • Qualitätsanalyse • Beschreibung und Bewertung von Verzahnwerkzeugen Sprechen Sie uns einfach an! • Analogieversuche auf verschiedenen Prüfständen Sprechen Sie uns einfach an! Für Fragen und weitere Auskünfte steht Ihnen der Leiter der Gruppe gerne zur Verfügung. • Spanbildungsanalyse Für Fragen und weitere Auskünfte steht Ihnen der Leiter der Gruppe gerne zur Verfügung. Dipl.-Ing. Peter Knecht Gruppenleiter Telefon:+49 241 80 279 69 E-Mail: [email protected] • Kraftmessung • Temperaturmessung Dipl.-Ing. Deniz Sari Gruppenleiter Telefon: +49 241 80 282 85 E-Mail: [email protected] Bearbeitungsverfahren • 5-Achs-Fräsen Maschinenausstattung Radsatzmesszellen • Vor- und Weichfeinbearbeitung –– Wälzfräsen und -stoßen –– Profilfräsen –– Kegelradfräsen • Werkzeug-, Schneidstoff- und Beschichtungstests • Verschleißbetrachtung (Auswahl) Elektrische Verspannung • Analyse und Optimierung von Fertigungsverfahren Mechanische Verspannung Pulsatoren Zwei-Scheiben-Prüfstände Kapp KX500flex (Auswahl) Klingelnberg C29 Liebherr LC120 Liebherr LCS 380 Profiroll PR15HP 7 Der WZL-Getriebekreis Der WZL-Getriebekreis Organisation des Getriebekreises Ihr Benefit Wir beantworten Ihre Fragestellungen Der WZL-Getriebekreis zeichnet sich durch seinen interdisziplinaren Austausch zwischen den beiden Lehrstühlen für Werkzeugmaschinen und Technologie der Fertigungsverfahren aus. Durch diese enge Kooperation ist es möglich, das Maschinenelement Zahnrad ganzheitlich zu untersuchen. Die Mitgliedschaft im WZL-Getriebekreis bietet Ihnen einen exklusiven Zugang zur aktuellen Forschung in den Bereichen Auslegung, Fertigung und Prüfung von Zahnrädern sowie themenübergreifenden Fragestellungen. Für die Mitglieder des WZL-Getriebekreises führen wir kurzfristig bilaterale Forschungsprojekte zu Sonderkonditionen durch. Dabei gehen wir genau auf Ihre Fragestellungen ein. Beispiele für solche Forschungsprojekte sind: Die Mitgliedschaft beinhaltet viele Vorteile: Die Idee Auf Initiative von Industriefirmen wurde der „WZL-Getriebekreis“ 1956 mit dem Ziel gegründet, gemeinsam die Forschung auf dem Gebiet der Verzahnungs- und Getriebetechnik voranzutreiben. Die WZL-Getriebeforschung stellt damit die erste praktizierte Gemeinschaftsforschung in der Getriebe- und Antriebstechnik dar, bei der die Industrie zur Sicherstellung eines hohen Praxisbezugs der Forschungsaktivitäten direkt eingebunden ist. Heute umfasst der WZL-Getriebekreis 77 Firmen und stellt eines der bedeutendsten Netzwerke der Antriebstechnik in Europa dar. Der WZL-Getriebekreis Die Mitgliedsfirmen des Getriebekreises repräsentieren heute einen umfassenden Querschnitt der Getriebetechnik aus führenden nationalen und internationalen Unternehmen der Bereiche Fahrzeug- und Industriegetriebe, Getriebekomponenten, Verzahnungs- und Verzahnungsmessmaschinen sowie Werkzeug- und Beschichtungstechnologien. Diese bereichsübergreifende Zusammensetzung ist Gewähr für die kontinuierliche Umsetzung innovativer und praxisrelevanter Ideen aus der Antriebstechnik. Die jährlich stattfindende Getriebetagung bietet ein Forum, um den Mitgliedern die gewonnenen Erkenntnisse aus dem vergangenen Forschungszeitraum vorzustellen. Zudem gibt die Tagung die Möglichkeit für Diskussionen, in denen aktuelle Herausforderungen identifiziert und in Forschungsprojekte überführt werden können. Themen • Produktivitätssteigerung durch Technologieoptimierung und Entwicklung neuer Bearbeitungsstrategien • Entwicklung und Einsatz von FEM-Programmen zur exakten Getriebe- und Zahnradberechnung • Zugriff auf Software zur Verzahnungsauslegung und -fertigung • Anpassung der Software auf Ihre Anforderungen • Für unsere Mitglieder veranstalten wir exklusiv einmal jährlich die WZL-Getriebetagung • Auf der WZL-Getriebetagung, den Arbeitskreisen und Arbeitsgruppen des WZL-Getriebekreises können Sie die neuesten Forschungsergebnisse der Getriebetechnik mit uns diskutieren • Wir führen für unsere Mitglieder Projekte durch, die aus den Mitteln des WZL-Getriebekreises finanziert werden • Untersuchungen zur Optimierung der Zahnflanken- und Zahnfußtragfähigkeit • Bei unseren Seminaren haben Sie die Möglichkeit Ihre Forschungsergebnisse vor Ihren Kunden vorzustellen • Simulation von Fertigungsprozessen unter Berücksichtigung von Verzahnungsmodifikationen und Spanbildung • Bei Besuch unserer Seminare und unserer Fortbildungsangebote erhalten Sie vergünstigte Konditionen • Einfluss der Fertigungstechnologie auf das Einsatzverhalten des Zahnrads • Bei unseren nationalen und internationalen Forschungsvorhaben berücksichtigen wir Sie bevorzugt bei der Auswahl des Konsortiums • Weiterentwicklung von Hart- und Weichfeinbearbeitungs- verfahren mit definierter und undefinierter Schneide • Optimierung von Getrieben und Fertigungsprozessen durch unsere Software, die durch regelmäßige Implementierung aktueller Forschungsergebnisse die Auslegungspotenziale deutlich vergrößert • Untersuchung und Bewertung der Zerspaneigenschaften von Schneidstoffen, angepasst auf Ihren Anwendungsfall • Bewertung und Optimierung von Prozessen und Prozessketten für Ihre Verzahnungsfertigung • Beurteilung von Schadensmechanismen und Unterstützung bei der Produktgestaltung • Analyse des Geräuschverhaltens in unserem Versuchsfeld oder bei Ihnen vor Ort • Untersuchung und Bewertung der Zahnfuß- und Zahnflankentragfähigkeit Ihrer Verzahnung • … • Geräuschmesstechnik und Geräuschreduzierung Sprechen Sie uns einfach an! Für Fragen und weitere Auskünfte steht Ihnen der Oberingenieur der WZL-Getriebeabteilung gerne zur Verfügung. Dipl.-Wirt.-Ing. Christoph Löpenhaus Oberingenieur Telefon: +49 241 80 274 16 E-Mail: [email protected] Oder informieren Sie sich unter: E-Mail: [email protected] www.getriebekreis.de Christoph Löpenhaus, Oberingenieur 8 www.wzl.rwth-aachen.de 9 Die WZL-Getriebetagung Eine fest installierte Plattform für einen regen Erfahrungsaustausch und ein enges Zusammenwirken des WZL-Getriebekreises ist die jährlich im Frühjahr stattfindende Getriebetagung im Eurogress der Stadt Aachen. Auf dieser Tagung werden den Mitgliedsfirmen an zwei Tagen neueste Erkenntnisse aus dem Bereich der Getriebetechnik von den Mitarbeitern der WZL-Getriebeabteilung vorgestellt. Abgerundet werden die Vorträge durch Podiumsdiskussionen oder Fachvorträge zu aktuellen Schwerpunktthemen, bei denen unter Einbeziehung der Getriebekreismitglieder Fragestellungen der Antriebstechnik aus der Sicht der industriellen Anwender erörtert werden. Veranstaltungen und Seminare Ein fester Bestandteil der Getriebetagung sind ebenfalls die Präsentation unserer Software und die Besichtigung der WZL-Halle und des Manfred-Weck-Hauses mit einer Vielzahl unterschiedlicher Prüfstände und Fertigungsmaschinen. Gerade im Umfeld dieser Präsentationen und Besichtigungen ergeben sich zahlreiche, interessante Fachgespräche sowohl unter den Industrievertretern als auch mit den Mitarbeitern des WZL. Mit derzeit über 250 teilnehmenden Industrievertretern aus dem In- und Ausland ist die Getriebetagung seit 50 Jahren eine anerkannte und gleichzeitig eine der größten jährlich wiederkehrenden Veranstaltungen zur Getriebetechnik. Grundlagenseminar Zahnrad- und Getriebetechnik 14.-15. Oktober 2015 / 12.-13. Oktober 2016 Im Grundlagenseminar Zahnrad- und Getriebetechnik werden grundlegende Eigenschaften des Maschinenelements Zahnrad, Zahnradherstellungs- und Qualitätsprüfungsverfahren sowie Untersuchungs- und Bewertungsansätze hinsichtlich Tragfähigkeit und Laufverhalten vorgestellt. Das Veranstaltungskonzept legt zudem einen Schwerpunkt auf Methoden der Interpretation, Analyse und Lösung von Problematiken in Fertigung und Einsatz von Zahnrädern. Aktuelle Entwicklungen beim Vorverzahnen 09.-10. November 2016 Im Seminar „Aktuelle Entwicklungen beim Vorverzahnen“ werden aktuelle Entwicklungen hinsichtlich der Verfahren und Strategien zur Vorbearbeitung von Verzahnungen sowie deren Möglichkeiten und Grenzen nahe gebracht. Fachleute namhafter Unternehmen aus den Bereichen Verzahnmaschinen und -werkzeuge sowie Antriebstechnik referieren über ihre Erfahrungen, Meinungen und Visionen. Das Veranstaltungskonzept legt den Schwerpunkt auf Beiträge der Industrie, die durch grundlagenorientierte Themen aus der Forschung ergänzt werden und bietet dabei viel Raum zum Erfahrungsaustausch und zur Diskussion. Innovationen rund ums Kegelrad 16.-17. März 2016 Im Mittelpunkt des Seminars „Innovationen rund ums Kegelrad“ stehen anwendungsorientierte Beiträge zu Themen der Auslegung und Berechnung, Fertigung, Qualitätssicherung und dem Betriebsverhalten von Kegelrädern. Es wird ein Einblick in den Stand der Technik sowie in aktuelle Fragestellungen gegeben und es werden zukünftige Entwicklungstendenzen rund ums Kegelrad aufgezeigt. Das Seminar wird in enger Zusammenarbeit mit namhaften Partnern aus den Bereichen Getriebe- und Antriebstechnik ausgerichtet. Feinbearbeitung von Zahnrädern 03.-04. November 2015 Im Seminar „Feinbearbeitung von Zahnrädern“ werden aktuelle Entwicklungstendenzen hinsichtlich der Weich- und Hartfeinbearbeitungsverfahren sowie der Wärmebehandlung aufgezeigt. Darüber hinaus werden auch die Herausforderungen und Möglichkeiten dieser Verfahren dargestellt. Fachleute aus den Bereichen Entwicklung und Produktion zeigen auf, wann und warum eine Verfahrensvariante Vorteile bietet. Zudem werden die Einflüsse der Werkzeugauslegung und Prozessstrategien dargelegt. Im Hinblick auf eine ganzheitliche Prozesskettenbetrachtung werden zusätzlich zur Feinbearbeitung von Zahnflanken auch Grundlagen der Qualitäts- und Schleifbrandprüfung sowie innovative Entwicklungen im Bereich der Wärmebehandlung vorgestellt. 10 11 Mitgliedsfirmen des WZL-Getriebekreises (Stand: Juni 2015) Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen Getriebeabteilung Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Dr. h.c. Fritz Klocke Steinbachstraße 19 D-52074 Aachen Telefon: +49 241 80 27416 E-Mail:[email protected] www.getriebekreis.de www.wzl.rwth-aachen.de
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