DE102009032484A1 - Mixing device for dosing and mixing of multi-component media, has media channels, each of which in each case is closed by dosing valve, where single static mixing tube is provided with both media channels - Google Patents

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Abstract

The mixing device has the media channels (20,22,26), each of which in each case is closed by a dosing valve (16), where a single static mixing tube (28) is provided with both media channels. A controller is provided for the opening and closing of the dosing valve. An independent claim is also included for a method for dosing and mixing of multi-component media.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung zum Dosieren und Mischen von mehrkomponentigen Medien.The The present invention relates to a mixing device for dosing and mixing multi-component media.

Mehr-Komponentensysteme, insbesondere Zwei-Komponenten-Systeme werden in zahlreichen, vor allem auch industriellen, Anwendungen als Klebstoffe und Vergussmaterialien eingesetzt. Hierbei werden die Komponenten der Zwei- oder Mehr-Komponenten-Systeme in unterschiedlichsten Mischungsverhältnissen verarbeitet. Die Verarbeitung der Systeme ist nur innerhalb der Topfzeit möglich, die je nach System typischerweise von wenigen Minuten bis hin zu mehreren Stunden dauern kann. Im Bereich der industriellen Verarbeitung kommen oft Systeme mit Topfzeiten von mehreren Stunden zum Einsatz, da eine längere Verarbeitungszeit zu einem geringeren Aufwand hinsichtlich Medienwechsel, Reinigung des Dosiersystems etc. und zu weniger Standzeiten des Produktionslinie führt. Die zu verarbeitenden Komponenten müssen dann entweder direkt vor der Verarbeitung im benötigten Mischungsverhältnis angemischt werden oder sie werden teilweise mit Apparaturen dosiert, die jeweils eine Kartusche für eine Komponente besitzen. Material, das nicht innerhalb der Topfzeit verarbeitet werden kann, muss entsorgt werden.Multi-component systems, In particular, two-component systems are in numerous, pre-existing also industrial, applications as adhesives and potting materials used. Here are the components of the two- or multi-component systems processed in different mixing ratios. The processing of Systems are only possible within the pot life, which typically varies depending on the system from a few minutes to several hours. In the area Industrial processing often involves systems with pot life used for several hours as a longer processing time too a lower cost of media change, cleaning the Dosing system etc. and less downtime of the production line leads. The components to be processed must then either directly before the processing in the required mixing ratio be mixed or they are partially dosed with equipment, each one cartouche for own a component. Material that is not within the pot life can be processed, must be disposed of.

Bekannt sind Systeme, bei denen aus zwei Kartuschen parallel die Komponenten herausgedrückt und über einen Statikmischer vermengt werden. Hiermit sind jedoch nur feste Mischungsverhältnisse möglich, die durch den Statikmischer festgelegt sind und typischerweise im Bereich von ca. 1:1 bis 1:2 liegen.Known are systems where two cartridges in parallel the components forced out and over mix a static mixer. Hereby, however, are only fixed mixing ratios possible, which are determined by the static mixer and typically in the Range from about 1: 1 to 1: 2.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Mischen von mehrkomponentigen Medien zu schaffen, mit denen eine verbesserte Durchmischung der Medien bei einer flexiblen Einstellung des Mischungsverhältnisses sowie der Dosiermenge erzielt werden kann.It The object of the present invention is a device and to provide a method for mixing multicomponent media, with which improved mixing of the media in a flexible Adjustment of the mixing ratio and the dosage can be achieved.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche und insbesondere dadurch, dass eine Mischvorrichtung zum Dosieren und Mischen von mehrkomponentigen Medien zumindest einen ersten und einen zweiten Medienkanal umfasst, von denen jeder durch jeweils ein Dosierventil verschließbar ist, wobei beide Medienkanäle in ein einziges statisches Mischrohr münden, und wobei eine Steuerung vorgesehen ist, mit der das Öffnen und Schließen der beiden Dosierventile individuell steuerbar ist.The solution This object is achieved by the features of the independent claims and in particular in that a mixing device for dosing and mixing multicomponent media at least a first and a second media channel each of which is closable by a respective metering valve, both media channels into a single static mixing tube, and with a controller is provided with the opening and closing the two metering valves can be controlled individually.

Mit der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung können Zwei- oder auch Mehr-Komponenten-Systeme dosiert und gemischt werden, ohne dass das System vorher angemischt werden muss, wobei gleichzeitig sowohl das Mischungsverhältnis wie auch die Dosiermenge über große Bereiche hinweg variiert werden kann. Durch den Einsatz eines Mischrohrs als Statikmischer kann eine Anpassung an das zu verarbeitende System erfolgen, wobei durch die Verwendung von Einweg-Mischrohren zudem der Reinigungsaufwand minimiert ist, da alle Medien getrennt voneinander dosiert und erst im Mischrohr zusammengeführt werden.With the mixing device according to the invention can Two- or even multi-component systems are dosed and mixed, without the system having to be mixed in advance, while at the same time both the mixing ratio as well also the dosage over size Ranges can be varied. By using a mixing tube as a static mixer can be an adaptation to the system to be processed In addition, through the use of disposable mixing tubes in addition the cleaning effort is minimized since all media are separated metered and brought together in the mixing tube.

Da Statikmischrohre zwar senkrecht zur Flussrichtung eine relativ gute Vermischung, in Flussrichtung jedoch nur eine mäßige Vermischung erzeugen, kann mit der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren eine verbesserte Vermischung der Komponenten erreicht werden, indem beispielsweise die beiden Dosierventile wechselseitig sehr schnell und mehrfach geöffnet werden, um aus einer Vielzahl von Einzeldosierungen der Dosierventile die gewünschte Dosiermenge des Systems zu erzielen. In diesem Fall werden die Einzelkomponenten in sehr dünnen, abwechselnden Schichten in das Statikmischrohr eingebracht, so dass bereits hierdurch eine gute Mischung in Flussrichtung erreicht wird.There Although static mixing pipes perpendicular to the flow direction a relatively good Mixing, but only a moderate mixing in the direction of flow, can with the mixing device according to the invention or the method according to the invention improved mixing of the components can be achieved by, for example the two metering valves are opened alternately very quickly and repeatedly, from a variety of individual dosages of the metering valves desired To achieve metering of the system. In this case, the individual components in very thin, alternating layers introduced into the static mixing tube, so that already hereby a good mixture in the flow direction is achieved.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.advantageous embodiments The invention are in the description, the drawings and the dependent claims described.

So kann bei einer Verarbeitung von Zwei-Komponenten-Systemen mit einem Mischverhältnis das in der Nähe von 1:1 liegt, ein Ansteuern der beiden Dosierventile in einem wechselseitigen Modus erfolgen, bei dem die Dosierventile während eines Dosierzyklus mehrfach und abwechselnd geöffnet und geschlossen werden. Durch wechselseitiges Ansteuern der Ventile kann eine Zugabe der einzelnen Komponenten in sehr feinen, sich abwechselnden Einzeldosen erfolgen und die Gesamtdosiermenge kann über die Länge dieser Sequenz gewählt werden.So can be used when processing two-component systems with one mixing ratio that in the vicinity of 1: 1, driving the two metering valves in a reciprocal mode take place during which the metering valves during a dosing several times and alternately opened and closed. By alternating actuation of the valves can be an addition of the individual components in very fine, itself take alternating single doses and the total dosage can over the Length of this Sequence can be selected.

Weiterhin kann bei der Verarbeitung von Zwei-Komponenten-Systemen mit einem Mischungsverhältnis, das sehr viel größer als 1:1 ist, dasjenige Ventil, das die Komponente mit dem größeren Volumenanteil zugibt, während eines Dosierzyklus geöffnet bleiben, wohingegen das zweite Ventil mit der Komponente mit kleinerem Volumenanteil gleichzeitig mit kurzen Öffnungspulsen zugeschaltet wird. Hierbei kann das Mischungsverhältnis über das Verhältnis der Öffnungszeiten der Einzelkomponenten eingestellt werden. In diesem Fall wird die Gesamtdosiermenge im Wesentlichen durch die Menge der Öffnungszeit desjenigen Dosierventils bestimmt, welches das Medium mit dem größeren Volumenanteil abgibt.Farther can be used when processing two-component systems with one Mixing ratio, that much bigger than 1: 1, that valve, which is the component with the larger volume fraction admits while opened a dosing cycle remain, whereas the second valve with the component with smaller Volume proportion switched on simultaneously with short opening pulses becomes. Here, the mixing ratio over the ratio of the opening times the individual components are set. In this case, the Total dosage essentially by the amount of opening time that metering valve determines which emits the medium with the larger volume fraction.

Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Steuerung, die zum wechselseitigen Schalten der Dosierventile auch ein Synchronisiermittel aufweisen kann, kann sowohl das Mischungsverhältnis wie auch die Dosiermenge über große Bereiche hinweg eingestellt und auch sehr schnell variiert werden. Hierdurch eignet sich die Mischvorrichtung für verschiedenste Anwendungen im Bereich der Verarbeitung von Zwei- oder Mehr-Komponenten-Systemen.With the control provided according to the invention, for the mutual switching of the metering also a synchronizer can have both the mixing ratio as well as the Dosiermenge over large areas set and varied very quickly. hereby The mixing device is suitable for a wide variety of applications in the field of processing two- or multi-component systems.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform beschrieben. Es zeigen:following The present invention is purely exemplary by way of an advantageous embodiment described. Show it:

1a eine Seitenansicht einer Mischvorrichtung; 1a a side view of a mixing device;

1b eine Ansicht auf die Mischvorrichtung von 1a von unten; 1b a view of the mixing device of 1a from underneath;

1c eine Vorderansicht der Mischvorrichtung von 1a und 1b; 1c a front view of the mixing device of 1a and 1b ;

2 ein wechselseitiges Schalten der Dosierventile; und 2 a mutual switching of the metering valves; and

3 ein gleichzeitiges Schalten der Dosierventile. 3 a simultaneous switching of the metering valves.

Die in den 1a bis 1c dargestellte Mischvorrichtung dient zum Dosieren und Mischen von mehrkomponentigen Medien, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Mischvorrichtung für ein Zwei-Komponenten-System dargestellt ist. Die erste und die zweite Komponente des Systems werden jeweils in einem nicht dargestellten Behälter aufbewahrt und über Medienleitungen 10 und 12 einem ersten Dosierventil 14 und einem zweiten Dosierventil 16 zugeführt. Beide Dosierventile 14 und 16 sind als flache quaderförmige Bauteile ausgebildet und auf einer Montageplatte 18 an ihrer Oberseite verschraubt.The in the 1a to 1c shown mixing device is used for dosing and mixing of multi-component media, wherein in the illustrated embodiment, a mixing device for a two-component system is shown. The first and second components of the system are each stored in a container, not shown, and via media lines 10 and 12 a first metering valve 14 and a second metering valve 16 fed. Both dosing valves 14 and 16 are designed as flat cuboid components and on a mounting plate 18 bolted to its top.

Innerhalb jedes Dosierventils 14 und 16 ist ein Ventilkanal 20 vorgesehen, der auf bekannte Weise von einem Ventilstößel (nicht dargestellt) verschließbar ist, der über ein Piezoventil mit sehr kurzen Schaltzeiten und hohen Schaltfrequenzen geöffnet und geschlossen werden kann. Der Ventilkanal 20 erstreckt sich innerhalb der Dosierventile zunächst in horizontaler Richtung und wird dann um 90° nach unten abgelenkt, so dass das Medium im Bereich eines durch den Ventilstößel verschließbaren Ventilsitzes an der Unterseite der Dosierventile austreten kann.Within each metering valve 14 and 16 is a valve channel 20 provided, which in a known manner by a valve stem (not shown) can be closed, which can be opened and closed via a piezo valve with very short switching times and high switching frequencies. The valve channel 20 extends inside the metering valves initially in the horizontal direction and is then deflected by 90 ° down so that the medium can escape in the region of a valve seat closable by the valve stem on the underside of the metering valves.

An der Unterseite der beiden Dosierventile 14 und 16 ist ein Mischkopf 22 verschraubt, der mit zwei nicht miteinander in Verbindung stehenden Bohrungen 24 und 26 versehen ist, die unter einem Winkel zueinander verlaufen, wobei sich die Bohrung 24 von der Austrittsöffnung des Dosierventils 14 bis zum Eintritt eines Mischrohres 28 erstreckt, das mit Hilfe einer Überwurfmutter 30 mit dem Mischkopf 22 verschraubt ist. Entsprechend erstreckt sich die Bohrung 26 innerhalb des Mischkopfes 22 von der Austrittsöffnung des Dosierventils 16 bis in den Bereich der Eintrittsmündung des Mischrohrs 28, das auf bekannte Weise als Einweg-Statik-Mischrohr ausgebildet ist und in seinem Inneren entsprechend angeordnete Stege 32 aufweist, um die beiden Medien miteinander zu vermischen. Der Ventilkanal 20 bildet somit zusammen mit der Bohrung 26 einen ersten Medienkanal, der durch das Dosierventil 16 verschließbar ist und der in das statische Mischrohr 28 mündet, wohingegen der Ventilkanal des zweiten Dosierventils 14 zusammen mit der Bohrung 24 einen zweiten Medienkanal bildet, der getrennt von dem ersten Medienkanal ausgebildet ist und der gemeinsam mit diesem in das Mischrohr 28 mündet.At the bottom of the two metering valves 14 and 16 is a mixing head 22 bolted, with two unrelated holes 24 and 26 is provided, which extend at an angle to each other, wherein the bore 24 from the outlet opening of the metering valve 14 until the entrance of a mixing tube 28 extends, with the help of a union nut 30 with the mixing head 22 is screwed. Accordingly, the bore extends 26 within the mixing head 22 from the outlet opening of the metering valve 16 into the area of the inlet mouth of the mixing tube 28 , which is formed in a known manner as a disposable static mixing tube and in its interior correspondingly arranged webs 32 has to mix the two media together. The valve channel 20 thus forms together with the bore 26 a first media channel passing through the metering valve 16 is closable and in the static mixing tube 28 opens, whereas the valve port of the second metering valve 14 along with the hole 24 forms a second media channel which is formed separately from the first media channel and which together with this in the mixing tube 28 empties.

Um zu Reinigungszwecken, zur Entlüftung oder zur Montage eines Sensors einen Zugriff auf die beiden Medienkanäle zu besitzen ist im Bereich der Vorderseite des Mischkopfs 22 ein erster und ein zweiter Schraubstopfen 34 und 36 vorgesehen. Das Bezugszeichen 38 und 40 bezeichnet jeweils einen elektrischen Anschluss zur Betätigung des piezoelektrischen Dosierventils.To have access to the two media channels for cleaning, venting or mounting a sensor is in the front of the mixing head 22 a first and a second screw plug 34 and 36 intended. The reference number 38 and 40 each designates an electrical connection for actuating the piezoelectric metering valve.

Um ein Zwei-Komponenten-System mit der vorstehend beschriebenen Mischvorrichtung zu dosieren und zu mischen, wird zunächst ein für das gewünschte Mischverhältnis passendes Mischrohr 28 mit Hilfe der Überwurfmutter 30 an dem Dosierkopf 22 verschraubt. Anschließend muss eine (nicht dargestellte) Steuerung, die beispielsweise einen Mikroprozessor aufweist, so programmiert werden, dass die beiden Dosierventile 14 und 16 die beiden Komponenten des Systems wie gewünscht dosieren und mischen. Das Mischungsverhältnis kann über das Tastverhältnis der beiden Dosierventile 14 und 16 eingestellt werden, wobei das Öffnen und Schließen der beiden Dosierventile in gegenseitiger Abhängigkeit voneinander erfolgen kann.In order to meter and mix a two-component system with the mixing device described above, first a suitable mixing tube for the desired mixing ratio 28 with the help of the union nut 30 at the dosing head 22 screwed. Subsequently, a controller (not shown), which for example has a microprocessor, must be programmed so that the two metering valves 14 and 16 dosing and mixing the two components of the system as desired. The mixing ratio can be over the duty cycle of the two metering valves 14 and 16 can be adjusted, wherein the opening and closing of the two metering valves can be made in mutual dependence of each other.

Um beispielsweise zwei Komponenten mit einem Mischungsverhältnis von etwa 1:1 nicht nur durch das Mischrohr 28 miteinander auch in Flussrichtung zu vermischen, können die beiden Dosierventile 14 und 16, wie in 2 dargestellt, in einem wechselseitigen Modus geöffnet und geschlossen werden. Hierbei zeigt 2a den Öffnungszyklus des Dosierventils 14, während 2b den Öffnungszyklus des Ventils 16 verdeutlicht. Wie zu erkennen ist, werden beide Ventile mehrfach hintereinander geöffnet und geschlossen, wobei ein Ventil geöffnet ist während das andere Ventil geschlossen ist. Hiermit kann das Mischungsverhältnis zusätzlich über das Verhältnis der Öffnungszeiten der Ventile eingestellt werden. Die Gesamtdosiermenge wird über die Länge der Sequenz eingestellt.For example, two components with a mixing ratio of about 1: 1 not only through the mixing tube 28 to mix with each other in the flow direction, the two metering valves 14 and 16 , as in 2 displayed, opened in a reciprocal mode and closed. This shows 2a the opening cycle of the metering valve 14 , while 2 B the opening cycle of the valve 16 clarified. As can be seen, both valves are opened and closed several times in succession, with one valve open while the other valve is closed. Hereby, the mixing ratio in addition to the ratio of the opening times of the valves turned be presented. The total dosage is adjusted over the length of the sequence.

Ein etwas anderes Mischungsverhältnis kann dadurch eingestellt werden, dass die Ventile zwar abwechselnd geschaltet werden, die Öffnungszeiten der Ventile jedoch unterschiedlich gewählt werden. Eine solche Betriebsweise ist beispielhaft in 2b gestrichelt dargestellt.A slightly different mixing ratio can be set by the fact that the valves are switched alternately, but the opening times of the valves are chosen differently. Such an operation is exemplary in 2 B shown in dashed lines.

Bei der Verarbeitung von Zwei-Komponenten-Systemen mit einem Mischungsverhältnis, das sehr viel größer als 1:1 ist, kann dasjenige Ventil, das die Komponente mit dem größeren Volumenanteil zugibt, während der Dosierung geöffnet bleiben (vgl. 3a), wohingegen das zweite Ventil mit der Komponente mit dem kleineren Volumenanteil in der gleichen Zeit, d. h. bei geöffnetem ersten Dosierventil, mit kurzen Öffnungspulsen zugeschaltet wird (vgl. 3b). Hierdurch kann das Mischungsverhältnis über das Verhältnis der Öffnungszeiten der Einzelkomponenten eingestellt werden.When processing two-component systems with a mixing ratio much greater than 1: 1, the valve which adds the higher volume component may remain open during dosing (cf. 3a ), whereas the second valve with the component with the smaller volume fraction is switched on at the same time, ie with the first metering valve open, with short opening pulses (cf. 3b ). As a result, the mixing ratio can be adjusted via the ratio of the opening times of the individual components.

Die Öffnungszeiten der Dosierventile können in der Größenordnung von etwa 0,3 ms bis etwa 1000 ms liegen, wobei der zeitliche Abstand der Öffnungsintervalle in einem Bereich von etwa 0,3 ms bis etwa 50 ms gewählt werden kann.The opening times the metering valves can be in of the order of magnitude from about 0.3 ms to about 1000 ms, with the time interval the opening intervals in a range of about 0.3 ms to about 50 ms can.

Claims (11)

Mischvorrichtung zum Dosieren und Mischen von mehrkomponentigen Medien, umfassend zumindest einen ersten und einen zweiten Medienkanal (20, 22, 26), von denen jeder durch jeweils ein Dosierventil (14, 16) verschließbar ist, wobei beide Medienkanäle in ein einziges statisches Mischrohr (28) münden, und wobei eine Steuerung vorgesehen ist, mit der das Öffnen und Schließen der beiden Dosierventile (14, 16) individuell steuerbar ist.Mixing device for dosing and mixing multicomponent media, comprising at least a first and a second media channel ( 20 . 22 . 26 ), each of which is controlled by a metering valve ( 14 . 16 ) is closable, with both media channels in a single static mixing tube ( 28 ), and wherein a control is provided, with the opening and closing of the two metering valves ( 14 . 16 ) is individually controllable. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerung das Tastverhältnis der beiden Dosierventile (14, 16) einstellbar ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that in the control of the duty cycle of the two metering valves ( 14 . 16 ) is adjustable. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerung ein Synchronisiermittel vorgesehen ist, mit dem das Öffnen und Schließen der beiden Dosierventile (14, 16) in gegenseitiger Abhängigkeit einstellbar ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that in the control a synchronizing means is provided, with which the opening and closing of the two metering valves ( 14 . 16 ) is adjustable in mutual dependence. Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mischkopf (22) vorgesehen ist, in dem die beiden Medienkanäle (24, 26) ausgebildet sind, wobei der Mischkopf (22) ein Befestigungsmittel (30) für das Mischrohr (28) aufweist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a mixing head ( 22 ), in which the two media channels ( 24 . 26 ) are formed, wherein the mixing head ( 22 ) a fastening means ( 30 ) for the mixing tube ( 28 ) having. Verfahren zum Dosieren und Mischen von mehrkomponentigen Medien mit einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Steuerung das Öffnen und Schließen der beiden Dosierventile individuell gesteuert wird.Method for dosing and mixing multicomponent Media with a device according to one of the preceding claims, characterized that with the help of the control the opening and closing of the Both metering valves are individually controlled. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Steuerung das Tastverhältnis der beiden Dosierventile gesteuert wird.Method according to claim 5, characterized in that that with the control the duty cycle of the two metering valves is controlled. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerung mit Hilfe eines Synchronisiermittels das Öffnen und Schließen der beiden Dosierventile in gegenseitiger Abhängigkeit gesteuert wird.Method according to claim 5 or 6, characterized that in the control by means of a synchronizing means opening and Close the Both metering valves are controlled in mutual dependence. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Dosierung während eines Öffnungszyklus eines Dosierventils das andere Dosierventil mehrfach geöffnet und geschlossen wird.Method according to one of claims 5 to 7, characterized that for a dosage during an opening cycle a metering valve, the other metering valve repeatedly opened and is closed. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Dosierventile für eine Dosierung mehrfach und abwechselnd geöffnet und geschlossen werden.Method according to one of claims 5 to 7, characterized that the two metering valves for a dosage repeatedly and alternately opened and closed. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dosierventil für eine Zeitdauer von etwa 0,3 ms bis etwa 1000 ms geöffnet wird.Method according to one of claims 5 to 9, characterized that a metering valve for a Duration of about 0.3 ms to about 1000 ms is opened. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dosierventil mit einem zeitlichen Abstand von etwa 0,3 ms bis etwa 50 ms wiederholt geöffnet und geschlossen wird.Method according to one of claims 5 to 10, characterized that a metering valve with a time interval of about 0.3 ms repeatedly open for about 50 ms and closed.
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