DE102010038101C5 - Verfahren zur Kalibrierung einer Stellungsermittlungsvorrichtung einer Abgasklappenvorrichtung sowie Abgasklappenvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Kalibrierung einer Stellungsermittlungsvorrichtung einer Abgasklappenvorrichtung sowie Abgasklappenvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens Download PDFInfo
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Abstract
Verfahren zur Kalibrierung einer Stellungsermittlungsvorrichtung einer Abgasklappenvorrichtung (1), wobei die Abgasklappenvorrichtung (1) einen Aktuator (2) und eine Übertragungsvorrichtung (3) aufweist, die mechanische Antriebsenergie vom Aktuator (2) zur Abgasklappe (4) überträgt, wobei die Übertragungsvorrichtung (3) eine Federvorrichtung aufweist und der Aktuator federelastisch an die Abgasklappe angekoppelt ist, so dass die Abgasklappe (4) aktuatorangetrieben in einem Verstellbereich zwischen einem ersten Endanschlag (5) und einem zweiten Endanschlag (6) verstellbar ist, und wobei die Ermittlung der Stellung der Abgasklappe (4) indirekt in und/oder an dem Aktuator (2) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dassa. die Abgasklappe (4) aktuatorangetrieben zunächst bis zum Anschlagen an den ersten Endanschlag (5) verstellt wird,b. der Aktuator (2) nach dem Anschlagen an den ersten Endanschlag (5) weiter betrieben wird, so dass die Abgasklappe (4) mit zunehmender Kraft gegen den ersten Endanschlag (5) gepresst wird,c. bei Erreichen zumindest eines vorgegebenen oder vorgebbaren Aktuatorparameters eine erste Aktuatorstellung ausgelesen wird,d. die Abgasklappe (4) aktuatorangetrieben anschließend bis zum Anschlagen an den zweiten Endanschlag (6) verstellt wird,e. der Aktuator (2) nach dem Anschlagen an den zweiten Endanschlag (6) weiter betrieben wird, so dass die Abgasklappe (4) mit zunehmender Kraft gegen den zweiten Endanschlag (6) gepresst wird,f. bei Erreichen des Aktuatorparameters eine zweite Aktuatorstellung ausgelesen wird undg. die zur Mittelposition (12) des Verstellbereichs gehörende Aktuatormittelstellung aus der ersten und der zweiten Aktuatorstellung errechnet wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einer Stellungsermittlungsvorrichtung einer Abgasklappenvorrichtung, wobei die Abgasklappenvorrichtung einen Aktuator und eine Übertragungsvorrichtung, die mechanische Antriebsenergie vom Aktuator zur Abgasklappe überträgt, aufweist, so dass die Abgasklappe aktuatorangetrieben in einem Verstellbereich zwischen einem ersten Endanschlag und einem zweiten Endanschlag verstellbar ist, und wobei die Ermittlung der Stellung der Abgasklappe indirekt in und/oder an dem Aktuator erfolgt.
- Die Erfindung betrifft außerdem eine Abgasklappenvorrichtung, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
- Aus
DE 10 2004 040 818 A1 ist eine Abgasklappeneinrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt. Die Abgasklappeneinrichtung weist eine Abgasklappe auf, die mit einer Klappenwelle verbunden ist. Zum Schwenken der Abgasklappe ist an der Klappenwelle eine Hebeleinrichtung angeordnet, die über eine flexible Betätigungseinrichtung mit einer Stelleinrichtung bzw. einem Stellmotor verbunden ist. Um die Abgasklappe beispielsweise nach dem Abstellen der Stelleinrichtung selbständig in eine Grundposition zurückzuschwenken, ist ein als Spiralfeder ausgebildetes Rückstellelement vorgesehen, das in die Betätigungseinrichtung integriert ist. Mit Hilfe der Steuereinrichtung ist es möglich, zusätzlich zu den beiden Endpositionen, „geschlossen“ und „offen“, auch Zwischenpositionen der Abgasklappe anzufahren. Hierfür ist ein Positionssensor zum Bestimmen der Position der Abgasklappe vorgesehen. Um den Positionssensor nicht im heißen Bereich der Abgasklappe anordnen zu müssen, ist dieser vorzugsweise mit der Stelleinrichtung verbunden und nicht unmittelbar mit der Klappenwelle. - Aus der
EP 2 180 167 A1 ist eine Abgasklappenvorrichtung mit einem Aktuator für eine Abgasklappe für ein Kraftfahrzeug bekannt. Der Aktuator ist mittels einer Übertragungsvorrichtung in Form einer Federvorrichtung mit einer Abgasklappenwelle zur Betätigung der Abgasklappe wirkverbunden. Die als Koppelelement in den Antriebsstrang geschaltete Federvorrichtung weist eine Federelastizität zum Aufbau einer auf die Abgasklappe wirkenden Vorspannung auf. Ferner sieht der Aktuator einen Servomotor vor, so dass die Bestimmung der Position der Abgasklappe nicht im heißen Bereich der Abgasklappe, sondern indirekt erfolgt. - Eine solche indirekte Messung der Klappenstellung ist nicht unproblematisch, insbesondere wenn die Übertragungsmechanik zur Übertragung mechanischer Antriebsenergie von einem Antriebsmotor zur Abgasklappe nicht starr, sondern elastisch ausgeführt ist. Eine elastische Ausführung der Übertragungsmechanik hat den Vorteil, dass ein hartes Anschlagen der Abgasklappe in der Endstellung abgefedert ist, was insbesondere die Lebensdauer der Bauteile verlängert. Jedoch hat insbesondere eine solche elastische Ausführung den enormen Nachteil, dass bei einer indirekten Messung der Abgasklappenstellung keine ausreichend genaue Kalibrierung möglich ist, weil die Endanschläge aufgrund der weichen Kopplung zwischen Antrieb und Abgasklappe nicht exakt bestimmbar angefahren werden können.
- Ein an oder in einem Aktuatorteil angeordneter Positionssensor ist aufgrund der Weichheit der Kopplung nicht in der Lage, exakt zu erkennen, daß die Abgasklappe den Endanschlag gerade erreicht hat. Bei einem solchen System ist eine Selbstkalibrierung unmöglich; vielmehr muss die Kalibrierung aufwendig durch eine Referenzmessung an der Abgasklappe selbst durchgeführt werden. Dies ist aufwendig und damit auch teuer.
- Aus
DE 10 2008 042 513 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung der Justierung mehrerer mittels eines gemeinsamen Antriebs angetriebener Drosselklappen in verschiedenen Massenstromkanälen zur Steuerung und/oder Regelung der einer Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge bekannt. Zur Einhaltung der Genauigkeit der Luftmengensteuerung muss der erforderliche Öffnungswinkel der Drosselklappe möglichst exakt ermittelt werden. Dazu werden Winkelsensoren eingesetzt. Zum Einlernen werden die Anschläge von der Drosselklappe angefahren und die beim Erreichen der Anschläge durch Sensoren direkt gemessenen Winkel der Drosselklappe werden je nach Anschlag als Drosselklappenwinkel für eine vollständig geöffnete Drosselklappe bzw. als Drosselklappenwinkel für eine vollständig geschlossene Drosselklappe definiert. - Weiterhin bezieht sich
DE 10 2008 042 513 A1 auf die Anordnung von mehreren Drosselklappen, die gleichzeitig durch einen einzigen Antrieb verstellt werden. Fehler in der Justierung der Drosselklappen relativ zueinander werden durch das Messen der Drosselklappenwinkel an den Anschlägen und Vergleich mit Vorgabewinkeln erkannt. Eine Ermittlung einer bestimmten Stellung der einzelnen Drosselklappe, vor allem der Mittelstellung, ist nicht vorgesehen. Ebenso wenig ist eine Kalibrierung einer einzelnen Drosselklappe nicht vorgesehen. - Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Kalibrierung einer Stellungsermittlungsvorrichtung einer Abgasklappenvorrichtung anzugeben, die bei einer elastischen Ankopplung der Abgasklappe an einen Aktuator ein präzises und zuverlässiges Ergebnis liefert.
- Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Die Aufgabe wird auch durch eine Abgasklappenvorrichtung gelöst, die zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ausgebildet ist.
- Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die zwangsläufig mit einer Kalibrationsmessung einhergehenden Fehler nicht - etwa durch Verwendung genauere Sensoren - zu minimieren, sondern vielmehr zu akzeptieren. Dies in der Weise, dass zwei voneinander unabhängige Kalibrationsmessungen vorgenommen werden, wobei die erste Kalibrationsmessung an dem ersten Endanschlag stattfindet und die zweite Kalibrationsmessung an dem zweiten - entgegengesetzten - Endanschlag stattfindet, nämlich in der Weise, dass jeweils gleiche und sich bei Verrechnung der Werte gegeneinander aufhebende Messfehler auftreten.
- Demgemäß wird bei einer ersten Kalibrationsmessung die Abgasklappe ganz gezielt so lange gegen einen Endanschlag gedrückt, bis ein vorgegebener und/oder vorgebbarer Aktuatorparameter, beispielsweise die Stromaufnahme eines Motors oder die Drehzahl eines Motors, einen vorgegebenen bzw. vorgebbaren Wert erreicht hat. Anschließend erfolgt die entgegengesetzte Messung an dem zweiten entgegengesetzten Endanschlag, wobei auch hier derselbe Aktuatorparameter zugrundegelegt wird.
- Bei der Errechnung der Mittelposition zwischen den beiden Endanschlägen unter Verwendung der gemessenen ersten Aktuatorstellung und der gemessenen zweiten Aktuatorstellung, heben sich die Messfehler zwangsläufig gegeneinander auf, sodass die zur Mittelposition des Verstellbereichs gehörende Aktuatormittelstellung exakt ermittelt werden kann. Dieser Wert für die Aktuatormittelstellung kann als zuverlässiger Referenzwert bei der Steuerung und/oder bei der Regelung der Abgasklappe verwendet werden.
- Die Erfindung ermöglicht es, Abgasklappenvorrichtungen herzustellen, die sich selbst kalibrieren können. Ein aufwendiges Durchführen von Referenzmessungen an der Abgasklappe selbst ist damit vorteilhaft vermieden.
- Wie bereits ausgeführt, kann der Aktuator beispielsweise einen Stellmotor aufweisen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass dem Stellmotor ein Getriebe nachgeschaltet ist.
- Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es ermöglicht, kostengünstig Abgasklappenvorrichtungen herzustellen und zu kalibrieren, bei denen die Übertragungsvorrichtung eine Federvorrichtung, insbesondere eine Spiralfeder und/oder eine Torsionsfeder, aufweist und bei denen der Aktuator federelastisch an die Abgasklappe angekoppelt ist. Insbesondere können auch besonders „weiche“ Federvorrichtungen verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, dass die Federvorrichtung als eine Torsionsfeder ausgebildet ist und eine Federkonstante hat, etwa 20 Nmm pro Grad.
- Ein besonders zuverlässiges Kalibrieren ist insbesondere dann ermöglicht, wenn der Aktuator und/oder der Stellmotor nach dem Anschlagen der Abgasklappe an dem ersten oder dem zweiten Endanschlag noch zumindest 3°, insbesondere zumindest 5°, insbesondere zumindest 10°, insbesondere zumindest 20° weiterdreht und dabei die Übertragungsvorrichtung spannt.
- Zur Ermittlung einer Aktuatorstellung kann dieser - insbesondere eine Antriebswelle - mit einem Magneten versehen sein, dessen Position mittels einer Hallsonde ermittelt wird. Es ist jedoch auch möglich, die Aktuatorstellung beispielsweise mit Hilfe von Inkrementalgebern auszulesen.
- Wie bereits erwähnt, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren zum einen eine präzise Steuerung und/oder Regelung einer Abgasklappenvorrichtung, indem eine sehr präzise Referenzstellung, nämlich eine Aktuatormittelstellung bereitgestellt wird. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. durch die Bereitstellung des präzisen und zuverlässigen Referenzwertes ist es ermöglicht, aus der gemessenen Aktuatorstellung jederzeit präzise und zuverlässig auf die dazugehörige Abgasklappenstellung zurückzuschließen.
- Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
- Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, -
2 eine Abgasklappenvorrichtung, die eine Kalibrierung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht. -
1 zeigt schematisch eine Abgasklappenvorrichtung1 , die einen Aktuator2 und eine Übertragungsvorrichtung3 , die mechanische Antriebsenergie vom Aktuator2 zu einer Abgasklappe4 überträgt, aufweist. Die Abgasklappe4 kann demgemäß aktuatorangetrieben in einem Verstellbereich zwischen einem ersten Endanschlag5 und einem zweiten Endanschlag6 verstellt werden. Der Aktuator2 beinhaltet einen Stellmotor7 , dem ein Getriebe8 nachgeschaltet ist. Der Aktuator2 beinhaltet außerdem einen Sensor9 zur Ermittlung der jeweiligen aktuellen Aktuatorstellung. Der Sensor9 kann beispielsweise als Hallsensor ausgeführt sein, der die Stellung eines an einer Antriebswelle angeordneten Magneten des Antriebsmotors ausliest. Darüber hinaus beinhaltet der Aktuator2 eine Steuerung10 , die Sollwertvorgaben von einer Fahrzeugsteuerung11 empfängt und gemäß den aktuellen Motorparametern eines Fahrzeugs den Stellmotor7 steuert und regelt, um jeweils die optimale Abgasklappenstellung einzustellen. - Zur Kalibrierung der Stellungsermittlungsvorrichtung, nämlich der indirekten Messung der Abgasklappenstellung durch den Sensor
9 , wird die Abgasklappe4 zunächst aktuatorgetrieben bis zum Anschlagen an den ersten Endanschlag5 verstellt und der Aktuator darüber hinaus auch nach dem Anschlagen an den ersten Endanschlag5 weiter betrieben, sodass die Abgasklappe4 mit zunehmender Kraft gegen den ersten Endanschlag5 gepresst wird. Sobald die Steuerung10 eine vorgegebene Änderung der elektrischen Stromaufnahme des Stellmotors7 detektiert, wird mittels des Sensors9 die aktuelle Stellung der Abtriebswelle des Stellmotors7 ausgelesen. Anschließend wird die Abgasklappe4 aktuatorangetrieben bis zum Anschlagen an den zweiten Endanschlag6 verstellt und der Aktuator2 weiter betrieben, sodass die Abgasklappe4 mit zunehmender Kraft gegen den zweiten Endanschlag6 gepresst wird. Sobald der Stellmotor7 wieder die vorgegebene elektrische Stromaufnahmeänderung zeigt, die durch die Steuerung10 detektiert wird, wird erneut die aktuelle Stellung der Abtriebswelle des Stellmotors7 - als zweite Aktuatorstellung - ausgelesen. - Anschließend erfolgt die Errechnung der zur Mittelposition
12 des Verstellbereichs der Abgasklappe4 gehörende Aktuatormittelstellung aus der ersten und der zweiten gemessenen Aktuatorstellung. Diese Aktuatormittelstellung dient als zuverlässiger und präziser Referenzwert bei der Steuerung und/oder Regelung der Abgasklappe bzw. beim Feststellen der aktuellen Abgasklappenstellung. -
2 zeigt eine Abgasklappenvorrichtung, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kalibrierbar ist und die - da ein zuverlässiger und präziser Referenzwert bereitgestellt ist - präzise und zuverlässig - ohne zusätzlichen Kalibrieraufwand an der Abgasklappe4 selbst - eingesetzt werden kann. - Die Abgasklappenvorrichtung weist einen Stellmotor
7 und ein Getriebe8 auf. Es ist eine Übertragungsvorrichtung3 , nämlich eine auf Torsion beanspruchbare Spiralfeder13 zur Übertragung mechanischer Antriebsenergie vom Getriebe zur Abgasklappe4 vorgesehen. Die Antriebswelle des Stellmotors7 ist mit einem Magnetrad14 ausgerüstet, dessen Stellung mit einem Hallsensor15 ausgelesen werden kann. Die Steuerungselektronik ist vor Hitze geschützt, auf einer Platine16 in unmittelbarer Nähe des Stellmotors7 und des Getriebes8 angeordnet. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine schädliche Hitzeeinwirkung auf den Sensor9 und die Steuerelektronik vermieden ist, darüber hinaus kann ein modularer Aufbau bereitgestellt werden, ohne dass zusätzliche Zuleitungen oder Sensoren zur Abgasklappe4 bzw. an der Abgasklappe4 vorgesehen sein müssen. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Abgasklappenvorrichtung
- 2
- Aktuator
- 3
- Übertragungsvorrichtung
- 4
- Abgasklappe
- 5
- Erster Endanschlag
- 6
- Zweiter Endanschlag
- 7
- Stellmotor
- 8
- Getriebe
- 9
- Sensor
- 10
- Steuerung
- 11
- Fahrzeugsteuerung
- 12
- Mittelposition des Verstellbereichs der Abgasklappe 4
- 13
- Spiralfeder
- 14
- Magnetrad
- 15
- Hallsensor
- 16
- Platine
Claims (11)
- Verfahren zur Kalibrierung einer Stellungsermittlungsvorrichtung einer Abgasklappenvorrichtung (1), wobei die Abgasklappenvorrichtung (1) einen Aktuator (2) und eine Übertragungsvorrichtung (3) aufweist, die mechanische Antriebsenergie vom Aktuator (2) zur Abgasklappe (4) überträgt, wobei die Übertragungsvorrichtung (3) eine Federvorrichtung aufweist und der Aktuator federelastisch an die Abgasklappe angekoppelt ist, so dass die Abgasklappe (4) aktuatorangetrieben in einem Verstellbereich zwischen einem ersten Endanschlag (5) und einem zweiten Endanschlag (6) verstellbar ist, und wobei die Ermittlung der Stellung der Abgasklappe (4) indirekt in und/oder an dem Aktuator (2) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Abgasklappe (4) aktuatorangetrieben zunächst bis zum Anschlagen an den ersten Endanschlag (5) verstellt wird, b. der Aktuator (2) nach dem Anschlagen an den ersten Endanschlag (5) weiter betrieben wird, so dass die Abgasklappe (4) mit zunehmender Kraft gegen den ersten Endanschlag (5) gepresst wird, c. bei Erreichen zumindest eines vorgegebenen oder vorgebbaren Aktuatorparameters eine erste Aktuatorstellung ausgelesen wird, d. die Abgasklappe (4) aktuatorangetrieben anschließend bis zum Anschlagen an den zweiten Endanschlag (6) verstellt wird, e. der Aktuator (2) nach dem Anschlagen an den zweiten Endanschlag (6) weiter betrieben wird, so dass die Abgasklappe (4) mit zunehmender Kraft gegen den zweiten Endanschlag (6) gepresst wird, f. bei Erreichen des Aktuatorparameters eine zweite Aktuatorstellung ausgelesen wird und g. die zur Mittelposition (12) des Verstellbereichs gehörende Aktuatormittelstellung aus der ersten und der zweiten Aktuatorstellung errechnet wird.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zur Mittelposition (12) des Verstellbereichs gehörende Aktuatorstellung durch Mittelwertbildung aus der ersten und der zweiten Aktuatorstellung errechnet wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (2) einen Stellmotor (7) aufweist. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsvorrichtung (3) eine Spiralfeder (13)und/oder eine Torsionsfeder aufweist. - Verfahren nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Federvorrichtung eine Torsionsfeder einer Federkonstante kleiner 100 Nmm pro Grad, insbesondere kleiner 50 Nmm pro Grad, insbesondere 20 Nmm pro Grad aufweist. - Verfahren nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (2) und/oder der Stellmotor (7) nach dem Anschlagen der Abgasklappe (4) an den ersten oder den zweiten Endanschlag (5, 6) noch zumindest 3 Grad, insbesondere zumindest 5 Grad, insbesondere zumindest 10 Grad, insbesondere zumindest 20 Grad weiterdreht und dabei die Übertragungsvorrichtung (3) spannt. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (2) zur Ermittlung einer Aktuatorstellung zumindest ein Magnet (14) vorgesehen ist, dessen Position mittels einem Hallsensor (15) ermittelt wird. - Verfahren nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene und/oder vorgebbare Aktuatorparameter eine vorgegebene und/oder vorgebbare elektrische Stromaufnahme des Aktuators (2) und/oder des Stellmotors (7) ist und/oder dass der vorgegebene und/oder vorgebbare Aktuatorparameter eine vorgegebene und/oder vorgebbare Drehzahl innerhalb des Aktuators (2), insbesondere des Stellmotors (7) ist. - Verfahren zur Stellungsermittlung einer Abgasklappe (4) einer Abgasklappenvorrichtung (1), wobei die Abgasklappenvorrichtung einen Aktuator (2) und eine Übertragungsvorrichtung (3), die mechanische Antriebsenergie vom Aktuator (2) zur Abgasklappe (4) überträgt, aufweist, so dass die Abgasklappe (4) aktuatorangetrieben in einem Verstellbereich zwischen einem ersten Endanschlag (5) und einem zweiten Endanschlag (6) verstellbar ist, und wobei die Ermittlung der Stellung der Abgasklappe (4) indirekt in dem Aktuator (2) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Berechnungsvorrichtung eine aktuelle Abgasklappenstellung unter Berücksichtigung einer gemäß einem Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis8 ermittelten Aktuatormittelstellung errechnet. - Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Abgasklappenvorrichtung (1), wobei die Abgasklappenvorrichtung (1) einen Aktuator (2) und eine Übertragungsvorrichtung (3), die mechanische Antriebsenergie vom Aktuator (2) zur Abgasklappe (4) überträgt, aufweist, so dass die Abgasklappe (4) aktuatorangetrieben in einem Verstellbereich zwischen einem ersten Endanschlag (5) und einem zweiten Endanschlag (6) verstellbar ist, und wobei die Ermittlung der Stellung der Abgasklappe (4) indirekt in dem Aktuator (2) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasklappenstellung unter Berücksichtigung einer gemäß einem Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis8 ermittelten Aktuatormittelstellung eingestellt und/oder geregelt wird. - Abgasklappenvorrichtung, die zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis10 ausgebildet ist.
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