CN117355705A - 照明构件、交通工具和用于制造照明构件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于交通工具的照明构件(10)，包括：至少局部透光的具有第一层(22)的载体层布置结构(20)，第一层(22)具有第一折射率；和在第一层(22)的第一表面(23)上的至少一个由聚氨酯制成的光导元件(30)，光导元件(30)具有大于第一折射率的第二折射率，光导元件(30)具有用于使光(42)从光源(40)耦合输入到光导元件(30)中的耦合输入区段(32)并且设计用于沿第一层(22)引导耦合输入的光(42)，并且照明构件(10)此外具有耦合输出区段(50)，耦合输出区段设计用于使光(42)从光导元件(30)至少部分地朝载体层布置结构(20)的方向耦合输出。此外本发明涉及具有照明构件的交通工具以及用于制造照明构件的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于交通工具的照明构件、一种具有照明构件的交通工具以及一种用于制造照明构件的方法。
背景技术
交通工具、尤其是运输工具、例如地面运输工具、飞机和水上运输工具为了改善在黑暗或天气差时的能见度而设有照明设备。在已知的机动车中，照明设备包括通常以前灯、尾灯和侧灯形式的运输工具灯。
由现有技术已知的运输工具灯在文件DE 10 2004 028 970 A1中公开。该灯构成为信号灯并且主要包括光导元件、光源和涂层。光导元件在其沿发射方向设置的前侧上具有光出射面并且在其背侧上具有反射面。通过光耦合输入面耦合输入到光导元件中的光借助全反射传递到光导元件中，其中，入射到反射面上的光朝光出射面转向并且从该光出射面沿发射方向出射。
发明内容
在该背景下，本发明的任务是提供一种照明构件，其能够相对简单、有效率并且低成本地制造并且能够在交通工具的开发中灵活地集成到交通工具中。此外，任务是提供一种具有这样的照明构件的交通工具以及一种用于制造照明构件的方法。
该任务通过具有权利要求1的特征的照明构件、按照权利要求10的交通工具以及按照权利要求11的用于制造照明构件的方法来解决。
照明构件包括具有第一层的至少局部透光的载体层布置结构和在第一层的第一表面上的至少一个由聚氨酯制成的光导元件。第一层具有第一折射率并且光导元件具有第二折射率。第二折射率大于第一折射率。光导元件具有用于使光从光源耦合输入到光导元件中的耦合输入区段并且设计用于尤其是借助全反射沿第一层引导耦合输入的光。此外，照明构件具有耦合输出区段，该耦合输出区段设计用于使光从光导元件至少部分地朝载体层布置结构的方向耦合输出。
按照本发明的照明构件能够相对简单且自由/灵活地构造并且因此在交通工具的开发中设计。照明构件尤其是可以借助多组分注塑制造。载体层布置结构在此可以首先构成并且提供用于能非常灵活地构造的光导元件的基础。
因为光导元件由聚氨酯制造，所以在注塑模具的型腔中反应成聚氨酯的液体可以流入到载体层布置结构上并且甚至流入到(例如在模具表面上的)精细的凹部结构中，以便在光导元件中构成相对锐边的结构。这一方面在成型中开放新的构造间隙，例如在车身外壳的区域中或在交通工具/运输工具的内部。另一方面，由此能够减少不仅在制造照明构件和交通工具时而且在修理交通工具时的花费。甚至可以设想将相对大的构件如保险杠覆盖物设计为集成的照明构件。作为附加的由载体层布置结构和光导元件的相互作用造成的协同效果，能够相对简单地以聚氨酯材料实现耦合输出区段。另一个协同效果在于，照明构件能够容易地不构成有用于运输工具传感器、例如雷达传感器或红外传感器的干扰部位，从而这样的传感器能够借助照明构件遮盖。
在本公开的上下文中，词“auf(在...上)”在与层布置结构的关系中可优选理解为直接(非间接)地和/或基本上全表面地“在...上”。基本上全表面在这里可以表示，一个层除了其制造公差之外以其整个朝向相邻层的表面与该相邻层接触。尤其是，光导元件可以直接构成在第一层上。在此，光导元件可以沿其朝向第一层的表面、甚至沿其整个朝向第一层的表面与第一层直接接触。备选地可设想，词“auf(在...上)”理解为间接(非直接)地例如通过中间层“在...上”。优选地，光导元件由聚氨酯构成，载体层布置结构的第一层和/或在下面进一步阐述的第二层分别构成为实心材料(所谓的“Bulk”材料)。因此，除了可能的制造公差之外，这些层的材料可以基本上没有气泡或其他散射部位地构成。
光导元件优选接触第一层。光导元件和第一层在此可以直接地和/或材料锁合地相互连接。尤其是，光导元件可以成形/注塑到第一层上，从而光导元件的聚氨酯材料可以邻接到第一层的材料上。聚氨酯按照定义涉及由多元醇(尤其是二乙醇)与聚异氰酸酯的加聚反应产生的塑料或合成树脂。聚氨酯原则上可以构成为热固性塑料、热塑性塑料或弹性体，而光导元件的聚氨酯优选是热固性材料，备选地是热塑性材料。光导元件在其内部优选是(清澈或有色地)透明的。优选地，载体层布置结构的第一和/或第二层也是(清澈或有色地)透明的。
光导元件的几何结构原则上可自由选择。尤其是，光导元件可以局部或完全面状地、线状或条状地、雕塑般地和/或三维结构化地设计。当光导元件包括在第一层上的面状导光层(所谓的面状光导体)或构成为这样的面状导光层时，其沿至第一层的分界面在两个彼此正交的方向上的延伸可以大于光导元件的层厚度，尤其是为光导元件的层厚度的至少两倍或三倍大。备选地，光导元件可以至少局部构成为长形的和/或直线的导光条，该导光条沿第一层的第一表面延伸。此外，在第一层的第一表面上可以构成有一个或多个另外的光导元件连同相应的一个或多个所属的光源。所述另外的光导元件中的每个光导元件或每个所属的光源在此可以具有在这里详细描述的光导元件或在这里详细描述的光源的任意特征。例如，所述光导元件可以构成为在第一层的第一表面上的面状光导体，而另外的第一光导元件可以构成为在第一层的第一表面上的光带。
耦合输入区段优选构成在光导元件的沿第一层在侧向的端部上。优选地，耦合输入区段由与光导元件相同的聚氨酯制造。耦合输入区段可以与光导元件的其余部分整体式地构成。此外，光导元件的厚度可以在耦合输入区段的区域中朝光导元件的边缘变得较大。这能够实现使光从光源较容易地耦合输入到光导元件中并且同时使基于光导元件的材料的衰减损耗保持相对小。
载体层布置结构此外可以包括第二层。第二层可以在第一层上、尤其是直接在第一层的与光导元件相对置的第二表面上构成。优选地，光导元件、第一层和第二层形成一个材料锁合的层结构。第二层优选构成为载体层并且具有比第一层更高的刚度、硬度和/或强度。优选地，第一层和/或第二层构成为热固性塑料或热塑性塑料。第一层可以构成为在第二层上的膜片，其中，第一层的层厚度小于第二层的层厚度。第二层的材料例如可以是聚碳酸酯。第一层的层厚度例如可以是第二层的层厚度的最多五分之一或最多十分之一。
这样选择光导元件和第一层的折射率，使得光能够相当简单地耦合输入到光导元件中并且能够在全反射的情况下有效地在光导元件中传播。为此优选地，第一折射率比第二折射率小至少0.05或至少0.1或至少0.15或至少0.2。第一折射率优选在1.3和1.4之间、例如为1.35。第二折射率优选大于1.4或大于1.45。第二折射率最优选在1.4和1.6之间、例如为1.5。第二层优选具有大于第一折射率和/或大于第二折射率的第三折射率。第三折射率可以在1.5和1.7之间。
在一种优选的变型方案中，在第一层的第一表面上构成有覆盖层，该覆盖层可以是半透明或不透明(不透光)的。覆盖层在这里可以实际上用作遮光物，光源、可选地连同光源的可能的操控电子装置可以从载体层布置结构的侧面被隐藏在所述遮光物后面。因此，光源优选设置在覆盖层的与第一层相对置的一侧上。附加地，照明构件可以包含加热层。
覆盖层优选邻接到光导元件、尤其是耦合输入区段上。此外，载体层布置结构可以具有一个或多个区段，所述一个或多个区段光学地相对于载体层布置结构的其余部分可区分。这些区段例如可以具有不同于载体层布置结构的其余部分的光透射特性、光反射特性和/或光吸收特性。这些区段尤其是可以在色彩方面或在其反射率方面不同于载体层布置结构的其余部分，以便形成图案、图像或符号。这些区段优选是半透明或不透明(不透光)的。
光源(或多个光源)可以是照明构件的一部分。光源优选被定向为，使得其将光相邻于光导元件的耦合输入区段相应地沿第一层朝所属的耦合输入区段的方向发射出。换句话说，所述光源/每个光源可以具有主发射方向，该主发射方向沿第一层定向。每个光源可以包括一个或多个、尤其是单色或多色的发光二极管或激光器、尤其是激光二极管。
耦合输出区段可以在光导元件的朝向载体层布置结构的第一表面上或光导元件的背离载体层布置结构的第二表面上、尤其是与光导元件一件式地构成。耦合输出区段可以是光散射的。优选地，耦合输出区段包含例如具有精细的环境(Nahrung)或提高的表面粗糙度(例如直至0.2mm或直至0.1mm的Ra值)的以小球、棱镜形式的散射结构。尤其是可设想，耦合输出区段由与光导元件相同的材料制造。
在一种特别优选的变型方案中，耦合输出区段与光导元件整体式地(由注塑件)构成。当耦合输出区段设置在光导元件的第二表面上时，该耦合输出区段可以有利地构成为在聚氨酯材料中的表面结构。这样的耦合输出区段能够快速并且简单地在注塑期间、尤其是在反应注塑过程期间产生，在所述反应注塑过程中，利用以液体形式的用于聚氨酯的反应物注满注塑模具的型腔并且该反应物借助加聚反应成聚氨酯。由反应物构成的液体混合物可以是相对稀液状的，从而甚至最精细的表面结构也能够借助反应注塑产生。照明构件可以雷达透明地构成，即，照明构件可以沿传播方向最多以可忽略不计的程度衰减雷达波。
借助耦合输入区段耦合输入到光导元件中的光可以在光导元件的第一表面或光导元件的第二表面上全反射的情况下沿载体层布置结构、尤其是第一层传播。在至第一层的分界面上，基于在第一折射率和第二折射率之间的区别进行全反射。光导元件的第二表面(至少在希望全反射的区域中)优选是未被遮盖的，从而全反射在这里可以通过在第二折射率和周围环境的介质(尤其是空气)的折射率之间的区别实现。当在光导元件中传播的光入射到耦合输出区段上时，该光优选这样通过散射转向，使得该光在(相对于面法线的)入射角下入射到光导元件的第一表面/第一层的第一表面上，该入射角小于全反射的极限角(所谓的临界角)。结果，光/光束直接通过第一层的材料、第一层和第二层之间的分界面以及通过第二层的材料传播，以便从照明构件中出射。
在此提出的交通工具可以是运输工具、尤其是机动车，并且包括至少一个以上详细描述的照明构件。载体层布置结构优选设置在运输工具的外侧上，而光导元件设置在运输工具的内侧上。以这种方式，从光导元件中朝载体层布置结构的方向耦合输出的光能够穿过载体层布置结构传播到交通工具的周围环境中。
在一种优选的变型方案中，交通工具的照明构件包括所描述光导元件以及一个或多个另外的光导元件，所述另外的光导元件同样由在第一层上的聚氨酯构成。所述另外的光导元件分别配设有一个光源。在这里，第一光导元件可以构成为面状光导体，该面状光导体例如设置用于遮盖交通工具的传感器(尤其是电磁传感器或雷达传感器)。所述另外的光导元件中的一个光导元件可以是运输工具灯、例如尾灯、转弯信号灯或运输工具前照灯的一部分。照明构件可以设置在交通工具的前部区域中，尤其是居中地或作为保险杠覆盖物的一部分设置在交通工具的侧壁区域中或在交通工具的尾部区段区域中。
所提出的方法设置用于制造以上详细描述的照明构件。该方法尤其是包括下列步骤：在第一注塑模具关闭期间，将成形材料喷入第一注塑模具的型腔中，以便构成具有第一层的载体层布置结构；在第二注塑模具的型腔中提供载体层布置结构；用尤其是液体的混合物注满第二注塑模具的型腔，以用于在反应注塑过程中制造聚氨酯，其中，光导元件由在第一层上的聚氨酯构成。
液体的混合物和/或聚氨酯可以具有添加剂(所谓的Additive)。液体的混合物的动力粘度(在正常条件中)为优选少于100毫帕秒、少于20毫帕秒或少于5毫帕秒、最优选少于2.5毫帕秒。优选在构成(液体密封的)载体层布置结构之后进行第二注塑模具的型腔的注满。由聚氨酯制成的光导元件因此能够被喷射到载体层布置结构上。
附加地，用于接纳在用于照明构件的壳体上的接纳结构(接纳元件、例如螺纹圆顶)可以在另外的方法步骤中借助注塑构成在如上描述地制造的构件上。所述接纳结构优选由热塑性塑料制造。
在本公开中所使用的术语“包括(umfassend)”、“具有(aufweisend)”、“带有(mit)”等不应决定性地理解。尤其是，术语“包括一个”在该上下文中表示“包括至少一个”，即“包括一个”不排除另外的对应的元件的存在。而是在这里同样公开复数(包括多个)。例如，术语“包括一个光导元件”、“包括一个光源”以及“包括一个耦合输入区段”应理解为照明构件可以具有一个或多个光导元件、一个或多个光源和一个或多个耦合输入区段。
附图说明
现在参考不按照正确比例的示意性附图更加准确地阐述用于交通工具的照明构件、交通工具和用于制造照明构件的方法的优选实施形式，其中：
图1示出照明构件的第一实施形式的横截面视图，其中，光导元件构成为面状光导体；
图2示出照明构件的第二实施形式的横截面视图，其中，光导元件构成为沿照明构件的轮廓的光带；
图3示出照明构件的第三实施形式的横截面视图，其中，设有多个光导元件连同各自所属的光源；
图4示出具有照明构件的交通工具的一种实施形式，其中，照明构件设置在交通工具的前部区域中；以及
图5示出用于制造照明构件的方法的一种实施形式。
具体实施方式
图1示出一种照明构件10，该照明构件在这里示例性地在交通工具100的前部设置在运输工具的传感器(在这里为雷达传感器102)前方。照明构件10包括在照明构件10的在图1中设置在上面的前侧上的载体层布置结构20以及以面状光导体形式的光导元件30和在照明构件10的在图1中设置在下面的背侧上的光源40。载体层布置结构20包括(背侧的)第一层22和(前侧的)第二层26。照明构件10此外包含用于在光学上遮盖/隐藏光源40的覆盖层60。照明构件10的可见侧是前侧，来自光源40的光在该可见侧上按规定离开照明构件10，。
第二层26构成为热塑性成形件、尤其是透明的热塑性成形件，在该变型方案中热塑性成形件由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚酰胺制成，并且第二层在功能上用作用于照明构件10的所有其他部件、尤其是用于第一层22、光导元件30和光源40的载体层。第二层26在其与第一层22相对置的表面上可以设有在图中未示出的保护层、尤其是所谓的硬涂层。第一层22面状地以及材料锁合地直接成形到第二层26上并且基本上构成为膜片，其中，第一层22具有背离第二层26的第一表面23(至第二层26的分界面)和朝向第二层26的第二表面24。在第一层22、第二层26和光导元件30中，第一层22(所谓的低折射率、low-n层)具有最低的折射率，以便借助全反射保证在光导元件30的(材料)内部的光传输。
光导元件30至少局部直接材料锁合地(即没有中间层地)成形在第一层22的第一表面23上。光导元件30以(在这里热固性的)聚氨酯的形式构成。聚氨酯具有大于第一层22的第一折射率的第二折射率。在该具体的情况下，第一层22的第一折射率为1.35，光导元件的第二折射率为1.5并且第二层26的第三折射率为1.58。
不透明的覆盖层60在这里成形在第一层22的第一表面23上并且由热塑性塑料、尤其是聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚酰胺构成。覆盖层60邻接到光导元件30上。光源40设置在覆盖层60的与第一层22相对置的一侧上，从而光源40从可见侧基本上不可见。光源40设置成使得其将光42沿第一层22的朝向光导元件30的第一表面23发射。光源40的主发射方向在这里平行于第一层22延伸。这能够实现照明构件10的紧凑结构方式和照明构件的发射光的区域的准确隔离。
光导元件30具有沿光源40的主发射方向线性变细的耦合输入区段32，该耦合输入区段邻接到覆盖层60上，其中，光42在耦合输入区段32和覆盖层60之间的界限的区域中入射/输入耦合到光导元件30中。随后，光42总体在光导元件30的朝向第一层22的第一表面33和光导元件30的背离第一层22的第二表面34上全反射的情况下随着与光源40的距离增长而传播。因为在光导元件30的第二表面上构成有耦合输出区段50，所以光42沿着光导元件30朝载体层布置结构20(可见侧)的方向从光导元件32中耦合输出。耦合输出区段50(在该变型方案中面状地)在光导元件30的第二表面34上延伸并且构成为在光导元件30的聚氨酯材料中的表面结构。
第一层22在其第二表面24上设有多个形成遮盖的区段28，在这些区段中，从光导元件30中出射的光42比在第一层22的其余部分中被更强地衰减(吸收、散射或反射)。尤其是，这些区段28可以具有比第一层22的其余部分、比光导元件30和/或比第二层26更高的光吸收。这些区段28一起产生能从可见侧看见的图像、图案或符号。这些区段可以构成为印刷到第一层上的印花。
图2中的照明构件10与按照图1的照明构件10的区别在于：光导元件30构成为导光条，而不是构成为面状光导体，该导光条在这里示例性地沿照明构件10的轮廓延伸。导光条设置在覆盖层60的空隙62中。在图2的横截面视图中，覆盖层60的材料因此在耦合输入区段32上以及在光导元件30的与耦合输入区段32相对置的端部上邻接到光导元件上。此外在这里示例性地不构成有区段28。除此之外，图2中的照明构件10具有图1中的照明构件10的所有特征。尤其是，光导元件30沿第一层22的第一表面23延伸。
图3中的另一个照明构件10与按照图2的照明构件10的区别在于：光导元件30构成为导光块，而不是构成为导光条，该导光块在其第二表面34上构成有三维结构，该三维结构具有多于1毫米或多于2毫米或多于5毫米的结构深度并且因此能够从可见侧作为三维结构被识别。三维结构可以是三维图案、三维符号或三维图像。耦合输出区段在这里也以聚氨酯材料成形在光导元件30的第二表面34上。
此外，照明构件10包括另外的光导元件70以及另外的光源72，其中，所述另外的光导元件70和所述另外的光源72在其结构和功能方面也相对于照明构件的其他部件可以具有光导元件30和光源40的任意、尤其是所有特征。所述另外的光源72在这里示例性地与光源40仅在由其发射的光的颜色方面不同。例如，光源40可以发射用作转弯信号灯的黄光，而所述另外的光源72可以发射用作交通工具的前灯或后灯的红光或白光。在该变型方案中，光导元件30和所述另外的光导元件70设置在覆盖层60的所属的空隙中。除此之外，图3中的照明构件10具有图2中的照明构件10的所有特征。
在图4中极其示意性地示出的交通工具100(运输工具)包括按照图1至3之一的照明构件10，该照明构件装配在交通工具100的前侧。照明构件10设置成使得可见侧/前侧向外、在这里相对于交通工具向前指向。由光源40发射的光42因此相对于交通工具100向前从照明构件10中发射出。尤其是，照明构件10可以遮盖一个或多个传感器(例如雷达传感器102)，其中，光源40可以相对于交通工具100侧向错开，从而来自雷达传感器100的雷达波在其离开交通工具100时在光源40旁边经过地传播通过照明构件10。
按照图1至3之一的照明构件10尤其是可以借助在图5中示意性示出的方法200制造，所述方法包括(简单的)注塑过程和反应的注塑过程。在第一步骤202中，在第一注塑模具关闭期间将第一成形材料喷入第一注塑模具的型腔中，其中，与第一成形材料同时地将第二成形材料喷入该型腔中。由此构成具有第一层22和第二层26的载体层布置结构20。第一成形材料在此成形为第一层22(作为膜片)，而第二成形材料在此成形为第二层26。随后在步骤204中在第二注塑模具的型腔中提供载体层布置结构20。这例如可以通过移动载体层布置结构20来实现。然后在步骤206中，用液体的、尤其是包含多元醇和聚异氰酸酯的混合物注满第二注塑模具的型腔，以用于在反应注塑过程中制造聚氨酯，其中，光导元件30由在第一层22上的聚氨酯构成。
Claims (11)
1.一种用于交通工具(100)的照明构件(10)，包括：
至少局部透光的具有第一层(22)的载体层布置结构(20)，所述第一层(22)具有第一折射率，和
在第一层(22)的第一表面(23)上的至少一个由聚氨酯制成的光导元件(30)，所述光导元件(30)具有大于第一折射率的第二折射率，
其中，所述光导元件(30)具有用于使光(42)从光源(40)耦合输入到所述光导元件(30)中的耦合输入区段(32)，并且设计用于沿所述第一层(22)引导耦合输入的光(42)，并且
其中，所述照明构件(10)此外具有耦合输出区段(50)，所述耦合输出区段设计用于使光(42)从所述光导元件(30)至少部分地朝所述载体层布置结构(20)的方向耦合输出。
2.按照权利要求1所述的照明构件(10)，其中，所述载体层布置结构(20)此外在所述第一层(22)的与所述光导元件(30)相对置的第二表面(24)上具有第二层(26)，
所述第二层(26)优选具有大于所述第一折射率和/或大于所述第二折射率的第三折射率，
和/或，所述第二层(26)优选构成为热塑性塑料、尤其是构成为聚碳酸酯。
3.按照权利要求1或2所述的照明构件(10)，其中，所述第一折射率小于1.45和/或所述第二折射率大于1.45。
4.按照上述权利要求之一所述的照明构件(10)，其中，所述光导元件(30)至少局部构成为在第一层(22)上的面状的导光层，
和/或，所述光导元件(30)至少局部构成为长形的导光条，所述导光条沿所述第一层(22)的第一表面(23)延伸。
5.按照上述权利要求之一所述的照明构件(10)，所述照明构件此外在所述第一层(22)的第一表面(23)的一个区段上包括与所述光导元件(30)相邻的半透明的或不透明的覆盖层(60)，
其中，所述光源(40)优选设置在所述覆盖层(60)的与所述第一层(22)相对置的一侧上。
6.按照上述权利要求之一所述的照明构件(10)，其中，所述第一层(22)设有一个或多个基本上不透光的区段(28)。
7.按照上述权利要求之一所述的照明构件(10)，所述照明构件此外包括所述光源(40)，
其中，所述光源(40)优选被定向为，使得所述光源将光(42)相邻于所述光导元件(30)的耦合输入区段(32)沿所述第一层(22)朝所述耦合输入区段(32)的方向发射。
8.按照上述权利要求之一所述的照明构件(10)，其中，所述耦合输出区段(50)构成在所述光导元件(30)的朝向所述载体层布置结构(20)的第一表面(33)上或构成在所述光导元件(30)的背离所述载体层布置结构(20)的第二表面(34)上。
和/或，所述耦合输出区段(50)构成为所述光导元件(30)的表面结构。
9.按照上述权利要求之一所述的照明构件(10)，其中，所述耦合输出区段(50)由与所述光导元件(30)相同的材料制造成，
和/或，所述耦合输出区段(50)与所述光导元件(30)一件式地或整体式地构成。
10.一种交通工具(100)，尤其是运输工具，所述交通工具包括至少一个按照上述权利要求之一所述的照明构件(10)，
其中，所述载体层布置结构(20)设置在所述交通工具(100)的外侧上，而所述光导元件(30)设置在所述交通工具(100)的内侧上。
11.一种用于制造按照权利要求1至9之一所述的照明构件(10)的方法(200)，所述方法包括如下步骤：
在第一注塑模具关闭期间，将成形材料喷入(202)第一注塑模具的型腔中，以便构成具有第一层(22)的载体层布置结构(20)；
在第二注塑模具的型腔中提供(204)所述载体层布置结构(20)；
用混合物注满(206)第二注塑模具的型腔，以用于在反应注塑过程中制造聚氨酯，其中，所述光导元件(30)由在第一层(22)上的聚氨酯构成。
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