DE102017204541A1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung einer Portionskapsel und Portionskapsel für Getränke und Lebensmittel - Google Patents

Verfahren und Anlage zur Herstellung einer Portionskapsel und Portionskapsel für Getränke und Lebensmittel Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren Herstellung einer Portionskapsel (2) für Getränke und Lebensmittel mit einer becherförmigen Schale (3) umfassend einen Siegelrand (30), einen Boden (31) und eine Mantelfläche (32) und mit einem in die Schale (2) eingesetzten becherförmigen Filterelement (4), in welches ein Produkt eingefüllt wird, umfassend die Schritte: (a) Formen eines Filterelements (4) aus einem Formstück (42) aus einem Filtermaterial; (b) Einsetzen des geformten Filterelements (4) in eine becherförmige Schale (3); (c) Verbinden eines Rands des geformten Filterelements (4) mit einem Siegelrand (30) der becherförmigen Schale (3); und (d) Verbinden des Filterelements (4) mit dem Boden (31) und/oder der Mantelfläche (32) der Schale (3). Die Erfindung betrifft weiter eine Anlage (1) zur Herstellung einer Portionskapsel (2) und eine Portionskapsel (2) für Getränke und Lebensmittel.

Description

  • ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung einer Portionskapsel für Getränke und Lebensmittel mit einer becherförmigen Schale und mit einem in die Schale eingesetzten becherförmigen Filterelement. Die Erfindung betrifft weiter eine Portionskapsel für Getränke und Lebensmittel.
  • Portionskapseln für Getränke oder andere Lebensmittel sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die becherförmige Schale ist bevorzugt kegelstumpfförmig oder zylindrisch geformt und weist einen Boden und eine Mantelfläche auf. Sie wird beispielsweise aus einer tiefgezogenen Kunststofffolie oder im Kunststoffspritzverfahren hergestellt. An einer dem Boden gegenüberliegenden Seite ist eine Füllöffnung und ein die Füllöffnung umgebender Siegelrand vorgesehen, auf welchen nach einem Befüllen der Portionskapsel eine Deckelfolie aufgebracht, insbesondere aufgesiegelt wird.
  • Zur Herstellung bestimmter Getränke oder Lebensmittel ist in die Portionskapsel ein Filterelement einzusetzen.
  • Eine Anlage zur Herstellung einer Portionskapsel mit einem Filterelement ist beispielsweise aus EP 2 093 148 A1 bekannt, wobei die Anlage eine einzige Form- und Einführvorrichtung aufweist, um in einem Schritt einzelne aus einem Filtermaterial bestehende becherförmige Filter zu formen und jeden dieser becherförmigen Filter in eine Schale einzusetzen, und wobei stromabwärts dieser Form- und Einführvorrichtung eine Schweißvorrichtung vorgesehen ist, mittels der ein Rand von jedem becherförmigen Filter an einen oberen Siegelrand der zugehörigen Schale angeschweißt wird.
  • AUFGABE UND LÖSUNG
  • Es sind Aufgaben der Erfindung, ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung einer für die spätere Handhabung verbesserten Portionskapsel sowie eine verbesserte Portionskapsel zu schaffen.
  • Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 6 und 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer Portionskapsel für Getränke und Lebensmittel mit einer becherförmigen Schale umfassend einen Siegelrand, einen Boden und eine Mantelfläche und mit einem in die Schale eingesetzten becherförmigen Filterelement, in welches ein Produkt eingefüllt wird, geschaffen, umfassend die Schritte: (a) Formen eines Filterelements aus einem Formstück aus einem Filtermaterial; (b) Einsetzen des geformten Filterelements in eine becherförmige Schale; (c) Verbinden eines Rands des geformten Filterelements mit einem Siegelrand der becherförmigen Schale; und (d) Verbinden des Filterelements mit dem Boden und/oder der Mantelfläche der Schale.
  • Durch die Verbindung des Filterelements mit dem Boden und/oder der Mantelfläche der Schale wird eine nachfolgende Handhabung verbessert. Die Verbindungspunkte sind dabei vorzugsweise derart gewählt, dass bei einem Einstechen der Portionskapsel im Gebrauch für eine Abgabe des Getränks keine Durchtrennung des Filterelements erfolgt.
  • Eine Verbindung des Filterelements mit dem Siegelrand der Schale und/oder mit dem Boden bzw. der Mantelfläche erfolgt vorzugsweise mittels einer Klebe-, Schmelz- oder Siegelverbindung.
  • In einer Ausgestaltung erfolgt eine gleichzeitige Verbindung des Filterelements mit dem Siegelrand und mit dem Boden bzw. der Mantelfläche. In vorteilhaften Ausgestaltungen erfolgten die Schritte c) und d) getrennt.
  • Dabei ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass das Filterelement in dem Schritt a) vorgeformt wird, wobei vor oder während des Schritts d) das vorgeformte Filterelement in eine endgültige Form gebracht wird.
  • In einer Ausgestaltung wird das Formstück in einem Schritt aus einer Materialbahn ausgestanzt oder ausgeschnitten und geformt. In vorteilhaften Ausgestaltungen ist jedoch vorgesehen, dass das Formstück vor dem Schritt a), d.h. vor dem Formen des Filterelements, in einem separaten Schritt aus einer Materialbahn ausgestanzt oder ausgeschnitten wird.
  • Die Schale wird vorzugsweise während des Verfahrens in Produktflussrichtung transportiert. Dabei ist für eine serielle Fertigung vorzugsweise vorgesehen, dass mehrere Portionskapseln gleichzeitig hergestellt werden, wobei mehrere Filterelemente gleichzeitig in mehrere, hintereinander in Produktflussrichtung oder quer, vorzugsweise senkrecht zur Produktflussrichtung nebeneinander angeordnete Schalen eingesetzt und jeweils mit der zugehörigen Schale verbunden werden.
  • Die Schalen sind in einer Ausgestaltung durch Tiefziehen aus einer Materialbahn geschaffen, wobei mehrere Schalen an ihren Siegelrändern miteinander verbunden sind.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt nach einem Einsetzen des Filterelements und Verbinden des Filterelements mit dem Boden oder der Mantelfläche der Schale ein Formstanzen. Die nach dem Verbinden getrennten Portionskapseln weisen gegenüber herkömmlichen Portionskapseln eine verbesserte Handhabung auf. Durch das Ausstanzen der Schalen nach dem Einsetzen und Befestigen der Filterelemente wird auch verhindert, dass ein Rand des Filterelements über einen Siegelrand der Schale bei einer fertigen Portionskapsel übersteht.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Anlage zur Herstellung einer Portionskapsel für Getränke und Lebensmittel mit einer becherförmigen Schale umfassend einen Siegelrand, einen Boden und eine Mantelfläche und mit einem in die Schale eingesetzten becherförmigen Filterelement, in welches ein Produkt einfüllbar ist, geschaffen, umfassend eine erste Vorrichtung, insbesondere einen Faltenbilder, zum Formen eines Filterelements aus einem Formstück aus einem Filtermaterial, eine zweite Vorrichtung zum Einsetzen des geformten Filterelements in eine becherförmige Schale, eine dritte Vorrichtung, insbesondere eine Siegelvorrichtung, zum Anbringen eines Rands des geformten Filterelements an einem Siegelrand der becherförmigen Schale, und eine vierte Vorrichtung, insbesondere eine Siegelvorrichtung, zum Anbringen des Filterelements an dem Boden und/oder der Mantelfläche der Schale.
  • Die Vorrichtungen können dabei teilweise gemeinsam gestaltet sein. So ist es denkbar, dass die erste und die zweite Vorrichtung ein gemeinsames Werkzeug zum Einsetzen und Anbringen, insbesondere Ansiegeln des Filterelements an den Siegelrand aufweisen. Ebenso ist es denkbar, dass die dritte und die vierte Vorrichtung ein gemeinsames Werkzeug zum gleichzeitigen Anbringen des Filterelements an dem Siegelrand sowie an dem Boden bzw. der Mantelfläche der Schale. In vorteilhaften Ausgestaltungen weisen die zweite und die dritte Vorrichtung ein gemeinsames Werkzeug zum Einsetzen des geformten Filterelements in die becherförmige Schale und Verbinden des Filterelements mit dem Siegelrand der Schale auf. In anderen Ausgestaltungen sind alle Vorrichtungen getrennt gestaltet, wobei die Schale oder mehrere Schalen in einer Produktflussrichtung nacheinander zu den Vorrichtungen transportiert werden.
  • In einer Ausgestaltung ist das Filterelement mittels der ersten Vorrichtung in eine endgültige Form bringbar. In vorteilhaften Ausgestaltung ist nach der ersten Vorrichtung und vor oder an der vierten Vorrichtung ein Formwerkzeug vorgesehen, mittels welchem das in die Schale eingesetzte Filterelement vor oder während des Anbringens des Filterelements an dem Boden und/oder der Mantelfläche der Schale in eine endgültige Form bringbar ist. Durch ein Ausformen in der Schale ist eine optimale Ausformung des Filterelements sichergestellt.
  • In einer Ausgestaltung ist die erste Vorrichtung derart gestaltet, dass mittels der ersten Vorrichtung ein Ausstanzen und Formen des Filterelements erfolgt. In vorteilhaften Ausgestaltungen ist in Produktflussrichtung vor der ersten Vorrichtung eine Stanz- oder Schneidvorrichtung zum Ausstanzen oder Ausschneiden des Formstücks aus einer Materialbahn vorgesehen.
  • Vorzugsweise ist eine Transportvorrichtung vorgesehen, mittels der Schale oder bei einer Serienfertigung eine Vielzahl an Schalen während einer Herstellung der Portionskapsel in Produktflussrichtung transportierbar ist. Die Schalen sind vorzugsweise in Produktflussrichtung miteinander verbunden.
  • Die Anlage weist in vorteilhaften Ausgestaltungen stromabwärts der Vorrichtung zum Anbringen des Filterelements an dem Boden und/oder an der Mantelfläche der Schale eine Stanzeinrichtung auf, wobei mittels der Stanzeinrichtung die Schale mit dem eingesetzten Filterelement in eine Endform bringbar ist und/oder die miteinander verbundenen Schalen getrennt werden können.
  • Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Portionskapsel für Getränke und Lebensmittel mit einer becherförmigen Schale umfassend einen Siegelrand, einen Boden und eine Mantelfläche und mit einem in die Schale eingesetzten becherförmigen Filterelement, in welches ein Produkt einfüllbar ist, geschaffen, wobei ein Rand des Filterelements mit dem Siegelrand der becherförmigen Schale verbunden ist und wobei das Filterelement mit dem Boden und/oder der Mantelfläche der Schale verbunden ist.
  • Figurenliste
  • Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen:
    • 1 eine Ausführungsform einer Portionskapsel;
    • 2 eine Ausführungsform einer Anlage zum Herstellen einer Portionskapsel gemäß 1; und
    • 3 eine Verpackungslinie zum Herstellen, Befüllen und Verpacken der in 1 dargestellten Portionskapseln.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • 1 zeigt schematisch eine Portionskapsel 2 für Getränke und Lebensmittel mit einer becherförmigen Schale 3 und einem in die Schale 2 eingesetzten becherförmigen Filterelement 4, in welches ein nicht dargestelltes Produkt einfüllbar ist.
  • Die Schale 3 weist eine Siegelrand 30, einen Boden 31 und eine Mantelfläche 32 auf. Das Filterelement 4 ist an seinem freien Rand 40 mit dem Siegelrand 30 der becherförmigen Schale 3 verbunden, beispielsweise an diesen gesiegelt. Zudem ist das Filterelement 4 mit dem Boden 31 der Schale 3 verbunden, beispielsweise an diese gesiegelt.
  • 2 zeigt schematisch eine Anlage 1 zum Herstellen einer Portionskapsel 2 gemäß 1 mit einer becherförmigen Schale 3 und einem Filterelement 4. Eine Produktflussrichtung ist schematisch durch einen Pfeil dargestellt.
  • Die Anlage 1 umfasst eine Transportvorrichtung 10, mittels welcher die becherförmigen Schalen 3 in der Produktflussrichtung transportiert werden. Die Transportvorrichtung 10 ist vorzugsweise derart gestaltet, dass mehrere Schalen 3 in parallelen Reihen in Produktflussrichtung gefördert werden. Die Schalen 3 sind vorzugsweise an den Siegelrändern 30 in Produktflussrichtung miteinander verbunden.
  • In Produktflussrichtung umfasst die Anlage 1 eine Vorrichtung 12 zum Einsetzen eines Filterelements 4 in eine Schale 3 und eine Vorrichtung 13 zum Verbinden eines freien Rands 40 (s. 1) des Filterelements 4 mit einem Siegelrand 30 der Schale 3. Der Rand 40 des Filterelements 4 wird an den Siegelrand 30 der Schale 3 vorzugsweise mittels einer Klebe-, Schmelz- oder Siegelverbindung angebracht. Das Einsetzen des Filterelements 3 in die Schale 3 und Verbinden des Filterelements 4 mit dem Siegelrand 30 der Schale erfolgt je nach Ausgestaltung in einem Schritt mittels eines gemeinsamen Werkzeuges oder in zwei Schritten unter Verwendung unterschiedlicher Werkzeuge.
  • Die Anlage 1 umfasst weiter eine Formvorrichtung 14, mittels welcher das vorgeformte Filterelement 4 in der Schale 3 ausgeformt, und eine Siegelvorrichtung 15, mittels der das Filterelement 4 an einem Boden 31 und/oder einer Mantelfläche 32 der Schale 3 befestigt, insbesondere mit dem Boden 31 und/oder der Mantelfläche 32 versiegelt wird.
  • In der dargestellten Ausführungsform weisen die Formvorrichtung 14 und die Siegelvorrichtung 15 ein gemeinsames Werkzeug auf. In anderen Ausgestaltungen sind zwei getrennte Werkzeuge vorgesehen. In wieder anderen Ausgestaltungen wird auf eine zusätzliche Formvorrichtung 14 zum Ausformen der Filterelemente 4 verzichtet.
  • In Produktflussrichtung stromabwärts der Formvorrichtung 14 und der Siegelvorrichtung 15 ist eine Stanzeinrichtung 16 vorgesehen, wobei mittels der Stanzeinrichtung 16 die Schalen 3 gemeinsam mit dem daran angebrachten Filterelementen 4 auf eine gewünschte Form- und Größe gestanzt werden. Sofern die Schalen 3 an ihren Rändern miteinander verbunden sind, werden die Schalen 3 mittels der Stanzeinrichtung 16 voneinander getrennt.
  • Die Filterelemente 4 werden vor einem Einsetzen vorgefertigt. Zu diesem Zweck umfasst die Anlage eine Filter-Scheid- oder Stanzeinrichtung 18, mittels welcher Formstücke 42, beispielsweise Ronden, für die Filterelemente 4 aus einer von einem Vorrat 44 zugeführten Materialbahn des Filtermaterials ausgestanzt oder ausgeschnitten werden. Schließlich umfasst die Anlage 1 noch einen Faltenbilder 19, mittels welchem die Formstücke 42 aus dem Filtermaterial vor oder bei einem Einsetzen in die Schalen 2 vorgeformt werden.
  • Wie schematisch angedeutet, werden Restmaterialabschnitte einem Häcksler 5 oder einer anderen Form einer Abfallaufbereitung zugeführt.
  • Bei einem mittels der Anlage 1 gemäß 2 durchgeführte Verfahren zur Herstellung einer Portionskapsel 2 sind vorzugsweise die folgenden Schritte vorgesehen:
    1. 1. Ausstanzen oder Ausschneiden eines Formstücks 42 aus einem Filtermaterial mittels der Filter-Scheid- oder Stanzeinrichtung 18;
    2. 2. Formen eines Filterelements 4 aus dem Formstück 42 mittels des Faltenbilders 19;
    3. 3. Einsetzen des geformten Filterelements 4 in eine becherförmige Schale 3 mittels der Vorrichtung 12 zum Einsetzen eines Filterelements 4 in eine Schale 3;
    4. 4. Verbinden eines Rands 40 des geformten Filterelements 4 mit einem Siegelrand 30 der becherförmigen Schale 3 mittels der Vorrichtung 13 zum Verbinden eines freien Rands 40 des Filterelements 4 mit einem Siegelrand 30 der Schale 3;
    5. 5. Ausformen des Filterelements 42 in eine finale Form in der Schale 3 mittels der Formvorrichtung 14;
    6. 6. Verbinden des Filterelements 4 mit dem Boden 31 und/oder der Mantelfläche 32 der Schale 3 mittels der Siegelvorrichtung 15; und
    7. 7. Ausstanzen der Schale 3 mit dem eingesetzten und verbundenen Filterelement 4 mittels einer Stanzeinrichtung 16.
  • Wie oben beschrieben, kann dabei vorgesehen sein, dass einzelne Schritte gemeinsam durchgeführt werden. Insbesondere die Schritte 3 und 4 und/oder die Schritte 5 und 6 werden vorzugsweise jeweils mit einem gemeinsamen Werkzeug durchgeführt.
  • 3 zeigt schematisch eine Verpackungslinie zum Herstellen, Befüllen und Verpacken von in 3 nicht dargestellten Portionskapseln 2. Die Verpackungslinie umfasst die Anlage 1 gemäß 2 zum Herstellen der Portionskapseln 2 einschließlich der darin eingesetzten Filterelemente 4. In der durch einen Pfeil dargestellten Produktflussrichtung ist stromabwärts der Anlage 1 eine Arbeitsstation 102 zum Befüllen der Portionskapseln vorgesehen. Zwischen der Anlage 1 und der Arbeitsstation 102 zum Befüllen ist ein Speicher 101 vorgesehen. Die dargestellte Verpackungslinie umfasst weiter eine erste Kartoniervorrichtung 103, eine zweite Kartoniervorrichtung 104 zum Einsetzen in einen Umkarton und eine Palettiervorrichtung 105. Die einzelnen Arbeitsstationen 1, 102, 103, 104, 105 sind über geeignete Transportwege miteinander gekoppelt.
  • Die Verpackungslinie ist lediglich beispielhaft und die einzelnen Arbeitsstationen, insbesondere die Anlage 1 für eine Herstellung der Portionskapseln 2 mit Filterelement 4, sind mit anderen Arbeitsstationen und/oder in anderer Anordnung kombinierbar.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2093148 A1 [0004]

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Portionskapsel (2) für Getränke und Lebensmittel mit einer becherförmigen Schale (3) umfassend einen Siegelrand (30), einen Boden (31) und eine Mantelfläche (32) und mit einem in die Schale (2) eingesetzten becherförmigen Filterelement (4), in welches ein Produkt eingefüllt wird, umfassend die Schritte: a) Formen eines Filterelements (4) aus einem Formstück (42) aus einem Filtermaterial; b) Einsetzen des geformten Filterelements (4) in eine becherförmige Schale (3); c) Verbinden eines Rands des geformten Filterelements (4) mit einem Siegelrand (30) der becherförmigen Schale (3); und d) Verbinden des Filterelements (4) mit dem Boden (31) und/oder der Mantelfläche (32) der Schale (3).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (4) in dem Schritt a) vorgeformt wird, wobei vor oder während des Schritts d) das vorgeformte Filterelement (4) in eine endgültige Form gebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Formstück (42) vor dem Schritt a) aus einer Materialbahn ausgestanzt oder ausgeschnitten wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale (3) während des Verfahrens in Produktflussrichtung transportiert wird, wobei vorzugsweise mehrere Schalen (4) bei den Schritten a) bis d) in Produktflussrichtung miteinander verbunden sind.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend weiter den Schritt e) Formstanzen der Schale (3) mit dem eingesetzten Filterelement (4).
  6. Anlage zur Herstellung einer Portionskapsel (2) für Getränke und Lebensmittel mit einer becherförmigen Schale (3) umfassend einen Siegelrand (30), einen Boden (31) und eine Mantelfläche (32) und mit einem in die Schale (2) eingesetzten becherförmigen Filterelement (4), in welches ein Produkt einfüllbar ist, umfassend: - eine erste Vorrichtung, insbesondere einen Faltenbilder (19), zum Formen eines Filterelements (4) aus einem Formstück (42) aus einem Filtermaterial; - eine zweite Vorrichtung zum Einsetzen des geformten Filterelements (4) in eine becherförmige Schale (3); - eine dritte Vorrichtung, insbesondere eine Siegelvorrichtung, zum Anbringen eines Siegelrands des geformten Filterelements (4) an einen Siegelrand (30) der becherförmigen Schale (3); und - eine vierte Vorrichtung, insbesondere eine Siegelvorrichtung, zum Anbringen des Filterelements (4) an dem Boden (31) der Schale (3).
  7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder an der vierten Vorrichtung ein Formwerkzeug vorgesehen ist, mittels welchem das in die Schale (3) eingesetzte Filterelement (4) vor oder während des Anbringens des Filterelements (4) an dem Boden (31) und/oder der Mantelfläche (32) der Schale (3) in eine endgültige Form bringbar ist.
  8. Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Produktflussrichtung vor der ersten Vorrichtung eine Stanz- oder Schneidvorrichtung (18) zum Ausstanzen oder Ausschneiden des Formstücks (42) aus einer Materialbahn vorgesehen ist.
  9. Anlage nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Transportvorrichtung (10) vorgesehen ist, mittels der die Schale (3) während einer Herstellung der Portionskapsel (2) in Produktflussrichtung transportierbar ist, wobei vorzugsweise mehrere Schalen (4) in Produktflussrichtung miteinander verbunden sind.
  10. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Vorrichtung zum Anbringen des Filterelements (4) an dem Boden (31) der Schale (3) eine Stanzeinrichtung (16) vorgesehen ist, wobei mittels der Stanzeinrichtung (16) die Schale (3) mit dem eingesetzten Filterelement (4) in eine Endform bringbar ist.
  11. Portionskapsel (2) für Getränke und Lebensmittel mit einer becherförmigen Schale (3) umfassend einen Siegelrand (30), einen Boden (31) und eine Mantelfläche (32) und mit einem in die Schale (2) eingesetzten becherförmigen Filterelement (4), in welches ein Produkt einfüllbar ist, wobei ein Rand des Filterelements (4) mit dem Siegelrand (30) der becherförmigen Schale (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (4) mit dem Boden (31) und/oder der Mantelfläche (32) der Schale (3) verbunden ist.
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