DE1161974B - Durch einen Bimetallarm betaetigter Schnappschalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 02 c

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21 c - 40/05

S 37741 VIIId/21 c
19. Februar 1954
30. Januar 1964

Die Erfindung bezieht sich auf einen durch einen Bimetallarm betätigten Schnappschalter, bestehend aus einer Kontakte tragenden Blattfeder, die mit ihrem Zug- und ihrem Druckglied in je einem ortsfesten Kerbenlager gehaltert ist, während der Bimetallarm, nahe der Kerblagerung angreifend, die Querkraft für das Umschnappen der Blattfeder aufbringt.

Bei den üblichen thermisch betätigbaren Schnappschaltern mit einer derartigen Blattfeder wird der Kontakt durch Druck des Bimetallarmes auf einen Blattfederteil nahe der Kerbenlager umgeschnappt.

Derartige Schnappschalter haben bei gewissen Anwendungen den Vorteil, daß nur eine sehr geringe Bewegung eines Betätigungsgliedes erforderlich ist, um eine Ausbiegung des Federblattes zu verursachen. Diese Schnappschalter eignen sich besonders für die Betätigung mittels eines Bimetallarmes. Sie haben aber den Nachteil, daß der Bimetallarm an seiner Einspannstelle relativ hoch auf Biegung und außerdem nach dem Schalten mechanisch überlastet werden kann.

Weiter ist ein elektrischer Schnappschalter bekannt, bei dem die Kontakte tragende Blattfeder mit ihrem Zug- und ihrem Druckglied in je einem beweglichen Kerbenlager gehaltert ist; das Kerbenlagerstück ist zwischen dem Bimetallarm und der Blattfeder als gelenkige Verbindung ausgebildet, über die die Querkraft für das Umschnappen der Blattfeder übertragen wird. Oder das Ende des Bimetall-Streifens drückt mit gabelförmigen Teilen auf das Kontaktende der Blattfeder. Derartige Anordnungen sind relativ kompliziert im Aufbau und beanspruchen den Bimetallarm gleichfalls erheblich auf Biegung.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Schnapp-Schaltervorrichtung der zuerst beschriebenen Art für Betätigung durch verhältnismäßig geringe Kräfte geeignet zu machen, wobei die vom Bimetallarm aufzubringenden Querkräfte auf ein Minimum reduziert sind, auch wenn die thermische Ausbiegung relativ groß ist.

Die oben angeführten Vorteile werden nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der Bimetallann mit dem Blattfeder-Zugglied beiderseits von dessen Kerbenlager mit einem dem Zugglied parallelen Ende z. B. durch Niete verbunden ist, während sein anderes Ende unter Federwirkung an einem quer zu seiner Oberfläche angeordneten, gegebenenfalls einstellbaren Anschlag anliegt.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Schalters hat den Vorteil, daß der Bimetallarm mechanisch relativ wenig beansprucht wird, da in seiner Längs-Durch einen Bimetallarm betätigter
Schnappschalter

Anmelder:

Sunvic Controls Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Patentanwalt,

München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

Neville Ryland Davis,

Bishop's Stortford, Hertford (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 19. Februar 1953 (Nr. 4714)

richtung wirkende Knickkräfte vermieden und die Querkräfte klein gehalten sind. Ferner ermöglicht sie eine leichte Verstellbarkeit des ortsfesten Bimetallanschlages zur Bestimmung des Arbeitspunktes des Schalters.

Der erfindungsgemäße Schalter ist daher auch für solche Fälle geeignet, in denen auf große Empfindlichkeit Wert gelegt werden muß. Die vorgeschlagene Anordnung führt außerdem zu einer besonders einfachen Bauart des Schalters, die in hohem Maße für die Massenfertigung geeignet ist.

Zweckmäßigerweise kann auch das ortsfeste Abstützglied für das Zugglied der Blattfeder verstellbar ausgebildet sein.

Bei einer vorzugsweisen Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Schnappschalters ist das Zugglied der Blattfeder mit dem Bimetallann mit geringem Spiel verbunden und zwischen Blattfederende und dem anliegenden Ende des Bimetallannes eine das Spiel begrenzende Einstellschraube vorgesehen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Raumthermostaten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;

F i g. 2 ist ein Teilquerschnitt nach der Linie H-II der Fig. 1.

309 807/376

F i g. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Reglers für elektrische Energie gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, und

F i g. 4 und 5 sind Schnittansichten von einem Thermostaten gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei F i g. 4 und 5 senkrecht zueinander stehende Längsschnitte zeigen.

Der in F i g. 1 dargestellte Thermostat wird durch Bimetallwirkung betätigt. Das temperaturempfindliche Element umfaßt einen Bimetallstreifen 1, während das den beweglichen Kontakt tragende Element ein dünnes, biegsames Blatt bzw. einen Kontaktarm 2 aus Federmetall umfaßt, in dem eine Zunge 3 gebildet ist. Der Kontaktarm trägt einen beweglichen Kontakt 4, der mit einem festen Kontakt 5 zusammenwirkt, der von einer zweimal gekröpften Metallstütze 6 getragen wird, die z. B. mittels einer Schraube 7 an einer Grundplatte 8 aus Isoliermaterial befestigt ist. Die Zunge 3 ist an ihrem freien Ende in einer Nut 9 in einem nach oben stehenden, an der Grundplatte 8 befestigten Widerlager 10 aufgenommen. Bei dem dargestellten Beispiel wird das Widerlager 10 von einem nach oben gerichteten Teil eines Metallstückes 11 gebildet, welches z. B. durch eine in der Zeichnung nicht sichtbare Schraube an der Grundplatte 8 befestigt ist. Das von dem Kontakt 4 entfernt liegende Ende des Kontaktarmes 2 ist z. B. durch Niete 12 an einem gekröpft ausgeführten Ende 13 des Bimetallstreifens 1 befestigt. Es ist ersichtlich, daß durch die gekröpfte Ausbildung des Bimetallstreifens, nämlich durch das vertikale Teil 14, der Streifen 1 eine solche Form hat, daß er sich über dem Kontaktarm und den Schalterteilen und in im wesentlichen paralleler Lage zu dem Kontaktarm erstreckt. Statt mittels Niete 12 kann die Befestigung des Kontaktarmes 2 an dem Teil 13 des Bimetallstreifens auf andere Weise mit anderen Mitteln, z. B. durch Punktschweißung, erfolgen.

Das Glied 11 ist mit einer Gewindebohrung versehen, die eine Schraube 15 aufnimmt. Diese Schraube ist mit einer Umfangsnut 16 versehen, in die das mit einer Öffnung versehene Ende des Kontaktarmes 2 eingreift, wie der Querschnitt nach F i g. 2 verdeutlicht. Der Teil 13 des Bimetallstreifens ist mit einer öffnung 17 versehen, die gegenüber der Schraube merkliches Spiel hat. Der Kontaktarm 2 und der mit ihm starr verbundene Bimetallstreifen 1 sind somit durch Eingriff der in dem Kontaktarm 2 befindlichen öffnung in die Nut 16 gegen Quer- und Längsbewegung gesichert, während gleichzeitig eine Drehbewegung des Armes und Streifens um eine Querachse des Streifens, ähnlich wie bei einer Schneidenlagerung, möglich ist.

Die Grundplatte 8 trägt eine weitere gekröpfte Stütze 18, die eine Gewindebohrung aufweist, in welche eine Einstellschraube 19 eingeschraubt ist, deren unteres Ende an dem freien Ende des Bimetallstreifens 1 anliegt.

Bei der Betätigung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird bei einer Aufwärtsbewegung des Kontaktarmes 2 von der Grundplatte weg der bewegliche Kontakt 4 mit dem festen Kontakt 5 in Verbindung gebracht, während bei einer Abwärtsbewegung des Kontaktarmes 2 zu der Grundplatte hin die Kontakte geöffnet werden. Eine Änderung der Raumtemperatur wird in dem dargestellten Beispiel ein Krümmen des Bimetallstreifens 1 bewirken, so daß ein Temperaturanstieg diesen Streifen 1 veranlassen wird, eine konvex nach unten gerichtete Krümmung anzunehmen. Die Lage der Schraube 15 ist derart, daß zu jeder Zeit der in F i g. 1 rechte Teil des Kontaktarmes das Bestreben hat, sich in Richtung des Uhrzeigersinns in eine stabile Lage zu bewegen, so daß dieser Kontaktarm den Bimetallstreifen 1 in dieser Richtung ständig vorspannt, um das freie Ende des Streifens 1 in Anlage an dem unteren Ende der Einstellschraube 19 zu halten, wobei die Kontakte 4, 5 sich berühren.

Bei einer Temperaturänderung wird durch das Krümmen des Bimetallstreifens den verbundenen Enden des Bimetallstreifens und des Kontaktarmes, wie oben angegeben, eine Drehbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn um eine im wesentlichen querliegende Achse des Armes an der Schraube 15 erteilt, so daß sich der Kontaktarm in bezug auf die Nut 9 so bewegt, daß er den beweglichen Kontakt 4 mit Schnappwirkung in die geöffnete Stellung bringt.

Die Ansprechtemperatur des Thermostaten ist durch die Einstellschraube 19 bestimmt.

F i g. 3 stellt einen die Erfindung verkörpernden Regler für elektrische Energie dar, wobei der eigentliche Schalter und die bei dem Regler verwendeten Bimetallstreifen denjenigen in F i g. 1 und 2 ähnlich sind. Bei diesem Regler sitzt die Einstellschraube 19 in einem Gewindeloch in einem zweiten Bimetallstreifen 30, der oberhalb des Bimetallstreifens 1 angeordnet ist und sich parallel oder im wesentlichen parallel zu dem letzteren erstreckt. Das von der Schraube 19 entfernt liegende Ende des Bimetallstreifens 30 ist z. B. durch Niete 31 und 32 an der Basis 33 eines U-förmigen Stützgliedes 34 befestigt, dessen zweiter Schenkel nur abgebrochen gezeigt ist.

Die Enden der Schenkel des U-förmigen Gliedes 34 sind, wie bei 35 bei einem der Schenkel ersichtlich, nach außen gerichtet. Dieses nach außen gerichtete Ende ist in einer Bohrung 36 eines Lagerbockes 37 aufgenommen. Ähnlich ist das nach außen gerichtete Ende des anderen Schenkels des U-förmigen Gliedes, das mit dem Ende 35 fluchtet, in dem Lagerbock 38 aufgenommen. Zweckmäßigerweise sind die Lagerböcke 37 und 38 und das Glied 11 durch einen Stanz- und Preßvorgang aus einem Stück hergestellt.

Es ist ersichtlich, daß das Stützglied 33, 34 im wesentlichen in der gleichen Ebene wie der Bimetallstreifen 30 angeordnet ist. Die Anordnung ermöglicht ein Drehen des Bimetallstreifens 30 um eine seiner Querachsen, die z. B. in der Mitte der Längserstreckung dieses Streifens liegen kann.

Das U-förmige Stützglied 33, 34 ist mit einem rückwärtigen Teil 39 versehen, das mit dem Bimetallstreifen 30 fluchtet und mit der Umfangsfläche einer auf einer Einstellwelle 41 sitzenden Kurvenscheibe 40 zusammenwirkt. Die Welle 41, welche in einem an der Grundplatte 8 befestigten Block 42 gelagert ist, fluchtet im wesentlichen mit der Hauptsache des Bimetallstreifens 1.

Der Bimetallstreifen 1 ist mit einer Heizwicklung 43 versehen, die mit den Kontakten 4 und 5 so in einem Stromkreis geschaltet ist, daß sie entweder in Reihe oder parallel zu der Belastung unter Strom gesetzt wird. Wahlweise kann der Bimetallstreifen 1 selbst so angegeordnet sein, daß der Belastungsstrom durch ihn hindurchgeht. Bei allen diesen Anordnungen ergibt die Vorrichtung eine Regelung der Energie in der gleichen Weise, wie in der britischen Patentschrift 517 538 und der deutschen Patent-

schrift 871 797 beschrieben ist. Der Bimetallstreifen 30 ist so angeordnet, daß er bei Temperaturänderungen in der gleichen Richtung wie der Streifen 1 ausgelenkt wird, so daß ein Ausgleich für Änderungen der Umgebungstemperatur geschaffen ist.

Es ist klar, daß die Funktionen der Bimetallstreifen 30 und 1 vertauscht werden können, d. h., der Bimetallstreifen 30 kann durch den Strom aufgeheizt werden, während der Bimetallstreifen 1 den Ausgleich für Änderungen der Umgebungstemperatür bewirken kann.

Die Einstellung der Vorrichtung kann durch Drehen der Kurvenscheibe 40 reguliert werden, die die Lage der rückwärtigen Verlängerung 39 des U-förmigen Stützgliedes und damit auch die vertikale Lage des freien Endes des Streifens 30 bestimmt. Die Gesamtlänge des Bimetallstreifens 30 und der Verlängerung 39 kann so gewählt werden, daß sich jedes gewünschte Verhältnis zwischen der vertikalen Verschiebung der Verlängerung 39, welche durch die mit einer gegebenen Winkeldrehung der Welle 41 verbundene Änderung des wirksamen Radius der Kurvenscheibe 40 bewirkt wird, und der vertikalen Verlagerung des freien Endes des Bimetallstreifens 30 ergibt. Dieses Verhältnis kann z. B. 3:1 oder 4:1 sein. In solchen Fällen kann die durch Drehen der Kurvenscheibe 40 erzielbare maximale vertikale Verschiebung der Verlängerung 39, nämlich zwischen der »Aus«-Stellung, welche dem kleinsten Radius entspricht, und der in der Zeichnung dargestellten »Vollständig-EuK-Stellung, welche dem größten Radius entspricht, z. B. 6,4 mm betragen und eine vertikale Bewegung der Schraube 19 von etwa 1,6 mm bewirken, so daß eine feine und genaue Einstellung möglich ist.

Der in F i g. 4 und 5 gezeigte Thermostat umfaßt einen Hauptträger 50, in dem ein der Schraube 15 des in Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiels entsprechender Abstützbolzen 51 eingenietet ist. Dieser Abstützbolzen ist mit einer Umfangsnut

52 versehen, in der das mit einer öffnung versehene Ende eines Blattfeder-Zugarmes 53 drehbar gelagert ist. Der Kontaktarm 53 ist mit einer gebogenen Zunge 54 versehen, deren freies Ende von einer Nut 55 in einem nach oben stehenden Teil 56 des Hauptträgers 50 aufgenommen ist. Zur Aufnahme der Zunge 54 ist der Hauptträger 50 mit einer Aussparung 57 versehen, wie am deutlichsten in F i g. 5 zu sehen ist. Der Kontaktarm 53 trägt an seinem freien Ende einen beweglichen Kontakt 58, der mit einem festen Kontakt 59 zusammenwirkt, der von einem an dem Haupttragglied 50 mittels Niete 61 und Isolierbuchsen 62 und 63 befestigten Metallstreifen 60 getragen wird.

Das temperaturempfindliche Element umfaßt einen Bimetallstreifen 64, der z. B. durch Niete 65 an dem Kontaktarm 53 befestigt und mit einer Öffnung 66 versehen ist, die gegenüber dem Stützbolzen 51 merkliches Spiel aufweist. Beim Befestigen des Armes

53 am Streifen 64 durch Vernieten od. dgl. wird zwischen diesen ein Abstandsstück eingefügt, damit nach dem Befestigen, wenn das Abstandsstück herausgenommen ist, Bimetallstreifen und Kontaktarm nur lose miteinander verbunden sind und zwischen beiden ein Abstand von z. B. 0,5 bis 0,6 mm besteht. Die gegenseitige Stellung von Kontaktarm 53 und Bimetallstreifen 64 läßt sich daher über einen merklichen Winkelbereich mittels einer Einstellschraube 67 verändern, die in einem Gewindeloch in dem Ende des Bimetallstreifens 64, in der Zeichnung unterhalb des Abstützbolzen 51, sitzt.

Das in F i g. 4 und 5 obenliegende freie Ende des Bimetallstreifens 64 wird mittels einer Blattfeder 69 gegen eine Einstellschraube 68 gedrückt, die in einem Gewindeloch des Haupttraggliedes 50 sitzt und somit die Stellung des freien Endes des Bimetallstreifens 64 bestimmt. Zweckmäßigerweise ist die Blattfeder 69 mit einem verbreiterten Ende 70 versehen, welches eine rechteckige Aussparung aufweist, welche von einem Teil 71 des Haupttraggliedes 50 durchsetzt wird, während eine ebenfalls eine rechteckige Aussparung aufweisende Scheibe 72 hinter der Blattfeder 69 auf den Teil 71 des Haupttraggliedes 50 geschoben ist. Dieser Teil 71 ist gegabelt und, wie bei 73 in F i g. 4 deutlich zu sehen, über der Platte 72 vernietet, wodurch das Ende 70 der Blattfeder 69 mit dem Haupttragglied 50 starr verbunden ist. Die Einstellschraube 68 ist durch eine Sicherungsscheibe 74 in ihrer Lage gesichert.

Die Einstellschraube 67 dient dazu, die »Null«- Einstellung des Thermostaten während des Zusammenbaues herzustellen, während die Betriebseinstellung des Thermostaten durch Betätigung der Einstellungsschraube 68 vorgenommen wird.

Der Träger 50 und der Metallstreifen 60 erstrecken sich über die Niete 61 hinaus, um auf diese Weise Anschlußklemmen 50 a und 60 a zu schaffen, durch die der Thermostat in einen Stromkreis eingeschaltet werden kann. Zweckmäßigerweise kann der Thermostat in einem Metallbehälter eingeschlossen sein, der ein Rohr 75 umfaßt, dessen eines Ende durch die Scheibe 72 im wesentlichen verschlossen ist und dessen anderes Ende ein rohrförmiges Isolierstück 76 aufweist, dessen Endwand den Träger 50 und den Metallstreifen 60 aufnehmende Schlitzöffnungen 77 und 78 aufweist, durch die sich die Anschlußklemmen des Trägers 50 und des Metallstreifens 60 hindurch erstrecken. Der freie Zwischenraum innerhalb des rohrförmigen Isolierstückes 76 ist, wie bei 79 gezeigt, im wesentlichen durch einen Isolierkitt ausgefüllt.

Es ist ersichtlich, daß bei der Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung eine verhältnismäßig große Bewegung des Einstellgliedes eine kleinere Bewegung der Schaltkontakte bewirkt, ohne daß hierzu ein verwickelter Hebelmechanismus erforderlich ist, und daß somit gemäß der Erfindung leicht eine annehmbare Genauigkeit der Regelung zu erzielen ist, ohne daß hohe Anforderungen an Genauigkeit bei der Herstellung und beim Zusammenbau gestellt werden.

Die Erfindung wurde an Hand von drei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es ist jedoch leicht einzusehen, daß die erfindungsgemäße Gelenkverbindung zwischen Bimetall- und Zugarm des Schnappgliedes nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt ist.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Durch einen Bimetallarm betätigter Schnappschalter, bestehend aus einer Kontakte tragenden Blattefeder, die mit ihrem Zug- und ihrem Druckglied in je einem ortsfesten Kerbenlager gehaltert ist, während der Bimetallarm, nahe der Kerblagerung angreifend, die Querkraft für das Umschnappen der Blattfeder aufbringt, dadurch gekennzeichnet, daß

der Bimetallann (1, 64) mit dem Blattfeder-Zugglied (2, 53) beiderseits von dessen Kerbenlager (16, 52) mit einem dem Zugglied parallelen Ende (13) z. B. durch Niete (12, 65) verbunden ist, während sein anderes Ende unter Federwirkung an einem quer zu seiner Oberfläche angeordneten, gegebenenfalls einstellbaren Anschlag (19, 68) anliegt.

2. Schnappschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ortsfeste Abstützglied (15, 51) für das Zugglied der Blattfeder verstellbar ist.

3. Schnappschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugglied der Blattfeder (53) mit dem Bimetallann (64) mit geringem Spiel verbunden ist und zwischen Blattfederende (53) und dem anliegenden Ende des Bimetallarmes (64) eine das Spiel begrenzende Einstellschraube (67) vorgesehen ist.

4. Schnappschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallarm (1) sich vom Drehpunkt (15, 16) aus in der gleichen Richtung wie die den beweglichen Kontakt (4) tragende Blattfeder (2) parallel oder im wesentlichen parallel zu der Hauptebene der Blattfeder (2) erstreckt, wobei das Widerlager (19, 18) für das freie Ende des Bimetallarmes (1) an einer Grundplatte (8) der Schaltvorrichtung in der Nähe des festen Kontaktes (5) befestigt ist.

5. Schnappschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallarm (64) und die den Kontakt tragende Blattfeder (53) sich von dem Drehpunkt aus im wesentlichen in einer Linie in entgegengesetzter Richtung und parallel oder im wesentlichen parallel zu einem streifenförmigen Haupttragglied (50) erstrecken, an welchem das den Drehpunkt bildende Abstützglied (51) für den Bimetallarm (64) und die Blattfeder (53) befestigt ist, wobei der feste Kontakt (59) des Schalters an einem Metallstreifen (60) befestigt ist, der durch isolierende Mittel (62) an dem Haupttragglied (50) angebracht ist, und das Tragglied (50) außerdem ein Widerlager (68) aufweist, welches die Lage des von dem Drehpunkt entfernt liegenden Endes des Bimetallstreifens (64) bestimmt.

6. Schnappschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallarm (1) den Strom der Kontakte (4, 5) unmittelbar oder in seiner Heizwicklung (43) führt.

7. Schnappschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem freien Ende des Bimetallarmes (1) zusammenarbeitende Widerlager (19) von einem zweiten Bimetallarm (30) getragen wird, der so angebracht ist, daß er eine Drehbewegung um eine Querachse (35) unter Kontrolle eines Einstellgliedes (40, 41) ausführen kann, und daß einer der Bimetallarme (1, 30) so angeordnet ist, daß er entsprechend dem öffnen und Schließen der Kontakte des Schalters erwärmt wird.

8. Schnappschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bimetallarm (30) um eine Achse (35) drehbar ist, die parallel zu der Drehachse des ersten Bimetallarmes (1) und zwischen den Enden des zweiten Bimetallarmes (30) liegt, und daß das Einstellglied (40, 41) mit dem von dem freien Ende des ersten Bimetallarmes (1) entfernt liegenden Ende (39) des zweiten Bimetallarmes (30) so zusammenwirkt, daß sich bei Bewegen des Endes (39) eine kleinere Bewegung des den verstellbaren Anschlag (19) tragenden Endes des zweiten Bimetallstreifens (30) ergibt.

9. Schnappschalter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellglied (40, 41) in an sich bekannter Weise in Form einer drehbaren Kurvenscheibe (40) ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 814760, 871797;
USA.-Patentschrift Nr. 2236 699.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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