DE1260004B - Elektrischer Schnappschalter mit einem als Blattfeder ausgebildeten Kontaktarm - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

int. CL:

HOIh

Deutsche KL: 21 c - 40/05

Nummer: 1 260 004

Aktenzeichen: B 67416 VIII d/21 c

Anmeldetag: 25. Mai 1962

Auslegetag: 1. Februar 1968

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schnappschalter mit einem als Blattfeder ausgebildeten Kontaktarm, aus welcher zwei Zungen ausgestanzt sind, deren freie Enden mit ortsfesten Abstützungen in dauerndem Eingriff stehen, wobei das freie Ende der einen Zunge kippbar abgestützt ist und diese Zunge am stärksten durchgebogen ist, wenn die Blattfeder beim durch die senkrecht zu ihrer Ebene angreifende Betätigungskraft bewirkten Umschalten am ortsfesten Kipplager vorbeischnappt.

Bei einem bekannten Schnappschalter dieser Gattung ist die Blattfeder am freien Ende der anderen Zunge ortsfest gelagert, wobei diese beiden Zungen aufeinander zu weisen, und an der ortsfesten Lagerung ist auch das Kipplager für die andere Zunge ausgebildet. Die Betätigungskraft greift etwa oberhalb der festen Einspannung an, und der zu schaltende Kontakt ist auf der bezüglich des Angriffspunktes der Betätigungskraft gegenüberliegenden Seite der ortsfesten Lagerung am Ende der Blattfeder angebracht.

Gegenüber diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Schnappschalter der eingangs bezeichneten Gattung zu schaffen, der ebenfalls mit relativ geringer Betätigungskraft umgeschaltet werden kann, wobei aber bei einer relativ stark werdenden Betätigungskraft sichergestellt sein soll, daß die Blattfeder nicht wieder in die andere Stellung umschnappt. Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem elektrischen Schnappschalter der eingangs bezeichneten Gattung durch folgende Merkmale:

a) Die Blattfeder ist an einem Ende eingespannt, und der beim Umschnappen verstellte Kontakt ist am anderen Ende ausgebildet;

b) beide Zungen sind an ihren freien Enden ortsfest kippbar abgestützt, und die den Abstützungen abliegenden Enden der Zungen, d. h. die Stellen, an denen sie mit der Blattfeder verbunden sind, sind

c) verschieden weit von der Stelle an der Blattfeder entfernt, an welcher die Betätigungskraft gegen die Formsteifigkeit der Blattfeder

d) zwischen den Stellen an der Blattfeder angreift, an welchen die Zungen mit der Blattfeder verbunden sind.

Ein besonderer Vorteil des Schnappschalters nach der Erfindung ist darin zu sehen, daß die beiden Zungen mit stärker werdender Betätigungskraft nacheinander umschalten, aber im geschalteten Zustand beide ihren Anteil für die Kontaktandruckkraft liefern. Im Elektrischer Schnappschalter
mit einem als Blattfeder
ausgebildeten Kontaktarm

Anmelder:

The Bendix Corporation,

Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. K. A. Brose, Patentanwalt,

8023 Pullach, Wiener Str. 2

Als Erfinder benannt:

Thomas K. Kjellman, Timonium, Md.;

Frank O. Watson,

Baltimore, Md. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 7. Juni 1961 (115 401) --

Gegensatz dazu ist bei dem bekannten Schalter nur eine solche Feder (gebildet von der am Kipplager liegenden Zunge) vorgesehen, die im wesentlichen die Kontaktkraft, d. h. also den Kontaktdruck bestimmt, aber auf einmal überwunden werden muß. Die Betätigungskraft muß bei dem Schnappschalter nach der Erfindung aber in keinem Augenblick so groß sein, daß sie gleichzeitig die beiden von den Zungen gebildeten Federn überwindet, obwohl die Kraft beider Zungen nach dem Schalten zur Verfügung steht, um den beweglichen Kontakt gegen den einen festen Kontakt zu drücken.

Besonders zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 8 beschrieben.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Schalters nach der Erfindung,

F i g. 2 bis 5 schematische Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise des Schalters,

F i g. 6 eine perspektivische Ansicht von einer Einrichtung zum Aufbrechen von Kontaktverschweißungen,

Fig. 7 eine Seitenansicht eines Hygrostaten mit einer Weiterbildung des Schnappschalters nach der Erfindung,

709 747/421

F i g. 8 eine Draufsicht auf den Hygrostaten nach F i g. 7, bei der Teile ausgebrochen dargestellt sind, um die Einrichtungen zur Verankerung des Fühlerelements offenzulegen,

F i g. 9 einen Schnitt nach der Linie 10-10 in F i g. 7,

Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie 11-11 in Fig. 9 und

Fig. 11 einen Schnitt nach der Linie 12-12 in Fig. 9.

Die F i g. 1 veranschaulicht den Schnappschalter nach der Erfindung in seiner grundsätzlichen Form. Eine Blattfeder 10 aus Beryllium-Kupfer od. dgl. ist mit einem Ende an einem starren isolierenden Grundkörper 12 eingespannt. Am freien Ende der Blattfeder 10 ist ein elektrischer Kontakt 13 in solcher Lage befestigt, daß er mit einem Kontakt 14 am Grundkörper 12 zum Eingriff kommen kann. Die äußeren elektrischen Anschlüsse zum Schalter werden durch die Leiter 15 und 16 gebildet. Aus der Blattfeder 10 sind zwei Zungen 17 und 18 herausgestanzt. Vom Grundkörper 12 stehen starre Widerlager 21 und 22 ab, die mit Schwenkkerben 23 und 24 versehen sind, welche als Kipplager für die freien Enden der Zungen 17 und 18 wirken. Der Abstand der Kipplager 21 und 22 zu den Befestigungsenden der Zungen 17 und 18 ist kleiner als die Länge dieser Zungen, so daß diese durchgebogen werden müssen, um ihre freien Enden in die Schwenkkerben 23 und 24 zu bringen. Dadurch werden Druckkräfte geschaffen, die auf die Blattfeder 10 an den Punkten einwirken, an denen die Zungen in die Blattfeder übergehen. Die äußere Betätigungskraft P wird dem Schalter über ein T-förmiges Glied 25 zugeführt, das sich nach oben durch einen Schlitz 26 in der Blattfeder 10 erstreckt. Die Betätigungskraft P kann von einem auf Feuchtigkeit oder Temperatur ansprechenden Element geliefert werden.

Die F i g. 2 bis 5 erläutern die Wirkungsweise des Schnappschalters nach der Erfindung. Die diesen Figuren zugeordneten Vektordiagramme veranschauliehen qualitativ die auftretenden Kräfte, da die Einflüsse von Momenten nicht in Betracht gezogen werden. Es soll angenommen werden, daß die von den Zungen 17 und 18 abgegebenen Kräfte nur aus Drükken bestehen, die längs Linien wirken, die sich zwisehen den Mittelpunkten der Schwenkbewegung bei 23 und 24 und den entsprechenden Verbindungsstellen mit der Blattfeder 10 erstrecken. Weiter soll angenommen werden, daß der Druck oder die Zusammendrückung der Zungen 17 und 18 sich nicht mit deren Ablenkung während des Betriebs des Schalters ändert. Dadurch werden zwar verschiedene die Erläuterung komplizierende Faktoren außer acht gelassen; am Prinzip ändert sich jedoch nichts.

In F i g. 2 ist der Schalter in normal geschlossener Stellung dargestellt, in welcher keine Betätigungskraft angreift. Die Blattfeder 10 ist nicht abgelenkt. Die Federkräfte der Zungen 17 und 18 sind durch die Vektoren A bzw. A' dargestellt, von denen jeder eine Komponente B bzw. B' besitzt, die senkrecht nach unten wirkt. Unter Vernachlässigung von Momentenkräften stellt die Summe der Komponenten B und B' die Kraft dar, die den Kontakt 13 auf den Kontakt 14 drückt.

In F i g. 3 wurde durch eine nach oben gerichtete Betätigungskraft P die Blattfeder 10 so weit abgelenkt, daß das Kipplager .(Schwenkkerbe 23) der Zunge 17 in der Ebene der wenig durchgebogenen Blattfeder 10 verläuft. In dieser Lage ist keine von der Zunge 17 herrührende Kraftkomponente vorhanden, die quer zur Blattfeder wirkt. Der horizontale Vektor^, welcher keine Vertikalkomponente besitzt, erläutert nur die Kraft der Zunge 17. Die Blattfeder befindet sich jedoch immer noch unter dem Kipplagerpunkt der Schwenkkerbe 24, so daß die Kraft A' der Zunge 18 eine nach unten gerichtete Komponente B' besitzt, die den Kontakt 13 gegen den Kontakt 14 drückt. Der Vektor F stellt die zur Auslenkung der Blattfeder erforderliche Kraft dar, so daß die zugeführte Kraft P gleich der Summe aus F und B' sein muß.

F i g. 4 zeigt die weitergehende Durchbiegung der Blattfeder 10 durch die Kraft P bis zu dem Punkt, an dem die Blattfeder an den beiden Kipplagerpunkten (Schwenkkerben 23 und 24) vorbeigegangen ist. Die Zungen 17 und 18 erzeugen jetzt nach oben wirkende Komponenten B und B'. Die Rückzugskraft F der Blattfeder hat gegenüber derjenigen in Fig. 3 wegen der größeren Durchbiegung derselben wesentlich zugenommen. Es steht jedoch eine Kraft, die der Summe aus den Komponenten B und B' gleich ist, der Kraft F gegenüber, so daß die Größe der Kraft P gegenüber derjenigen in F i g. 3 unverändert ist. Der Kontakt 13 hat sich vom Kontakt 14 gelöst, so daß der vom Schalter gesteuerte Stromkreis geöffnet ist. Ein Haltepunkt 27 begrenzt die nach oben gerichtete Bewegung der Blattfeder 10. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen dem Haltepunkt 27 und dem Kontakt 14 einstellbar, so daß eine Einrichtung geschaffen wird, mit der das Ansprechverhalten oder die Schaltdifferenz der Steuerung nach Wunsch eingestellt werden kann.

Die F i g. 5 zeigt eine noch stärkere Ablenkung der Blattfeder 10. Die Kräfte A und A' sind dabei in eine mehr senkrechte Stellung gedreht, wobei sich die Größe der Komponenten B und B' erhöht. Die Kombination der noch größeren Rückstellkraft F mit den vergrößerten Kräften B und B' bewirkt, daß im wesentlichen keine Änderung in der Größe der Kraft P auftritt.

Die F i g. 6 erläutert eine zur Trennung verschweißter Kontakte vorgesehene Einrichtung, für die im Rahmen der vorliegenden Erfindung kein Schutz begehrt wird.

Dabei werden Scherkräfte erzeugt, mit der Schweißstellen aufgebrochen werden. Die Blattfeder 10' ist so angeordnet, daß sie einen Kontakt 13' unter dem Einfluß einer geeigneten Betätigungskraft zum Eingriff mit einem Kontakt 14' bringt, Der Kontakt 14' ist auf einem wärmeempfindlichen Bimetall-Tragarm 31 befestigt. Bei Erwärmung verwindet sich der Tragarm 31 und bewirkt, daß sich der Kontakt 14' in einer Ebene bewegt, welche senkrecht zur Bewegungsebene des Kontaktes 13' steht. Der Widerstand des Tragarmes 31 wird vorzugsweise ausreichend hoch gewählt, damit während des normalen Stromflusses eine mäßige Selbsterwärmung eintritt. Diese Selbsterwärmung kann keinen Temperaturanstieg bewirken, bei dem die Gefahr einer Beschädigung der Kontakte oder anderer in der Nähe liegender Bestandteile des Schalters besteht. Durch eine verhältnismäßig massive Ausführung des Tragarmes 31 können bei einem Temperaturanstieg, der noch innerhalb zulässiger Grenzen liegt, ausreichende Kräfte entwickelt werden.

Die obere Fläche des Kontaktes 14' ist vorzugsweise flach ausgeführt, so daß die Querbewegung des

Tragarmes 31 nicht die Entfernung ändert, die der bewegliche Kontakt 13' zum Schließen des Stromkreises durchlaufen muß.

Die Fig. 7 und 11 erläutern eine in Form eines Hygrostaten ausgeführte Steuervorrichtung, in der der Schnappschalter nach der Erfindung verwendet wird.

In F i g. 7 ist ein flaches rechteckiges Gehäuse 35 dargestellt, das aus einem elektrisch isolierenden Plastikmaterial besteht. Einstückig mit dem Gehäuse sind Verstärkungsrippen 36 und Vorsprünge 37 ausgebildet., die Befestigungsschrauben aufnehmen. Luftschlitze 38, die am besten aus F i g. 8 ersichtlich sind, lassen Luft zu dem Teil des Gehäuses zutreten, das das hygroskopische Fühlerelement 39 enthält. Das Fühlerelement 39 wird dadurch hergestellt, daß zwei geschlossene Endhalteösen 41 auf den Enden eines Stranges aus Menschenhaar festgepreßt werden. Das Fühlerelement 39 ist zwischen zwei kegeligen Stiften 42 aufgehängt. Wie man am besten aus F i g. 8 ersieht, besitzt jeder Stift 42 eine exzentrische Nut 43, wodurch eine Einrichtung geschaffen wird, mit der während der in der Fabrik vorgenommenen Eichung des Instrumentes die effektive Länge des Haares eingestellt werden kann.

In F i g. 7 ist eine Rippe 44 zu sehen, die das Gehäuse 35 in eine obere belüftete Kammer, die das Fühlerelement enthält und in eine untere geschlossene Kammer, die die Schalterteile aufnimmt, abteilt. Auf dem Fühlerelement 39 reitet ein Sattel 45, der einstückig mit einem Verbindungsglied 25' ausgeführt ist. Das Glied 25' geht durch einen in der Rippe 44 befindlichen Schlitz 46 und überträgt die Längenänderung des Fühlerelements auf den Schalter. Die der schematischen Darstellung nach F i g. 1 entsprechenden Schalterteile werden unter Bezug auf die F i g. 7 und 9 beschrieben.

Mittels Niete 47 ist an einem halbbiegsamen Federblatt 48 eine dünne biegsame Blattfeder 10" befestigt. Das Federblatt 48 besitzt eine senkrechte Biegestelle 49, so daß für die Bewegung der Blattfeder 10" ein Bewegungsspielraum bleibt. Wie man am besten aus F i g. 9 ersieht, ist in das Federblatt 48 ein U-förmiger Schlitz 51 gestanzt, wodurch eine Zunge 52 entsteht, deren freies Ende nach unten gebogen ist, wodurch ein dem Kipplager 21 nach Fig. 1 entsprechendes Kipplager 21' geschaffen wird. Das freie Ende 54 des Federblattes 48 weist verminderte Breite auf und ist nach unten gebogen, so daß es ein zweites Kipplager 22' bildet, das dem Kipplager 22 nach F i g. 1 entspricht.

Vom Gehäuse 35 steht eine Einstell- oder Justierwelle 55 vor, mit der der Schaltpunkt des Kontaktes von Hand eingestellt werden kann. Das obere Ende der Welle 55 ist in eine Buchse 56 eingeschraubt und endet in einem scheibenförmigen Kopf 57. F i g. 10 zeigt, daß das untere Ende des Kipplagers 22' zu einem die Reibung vermindernden dreieckigen Punkt 58 ausgebildet ist, der sich gegen die obere Fläche des Kopfes 57 legt. Das die Blattfeder 10" tragende Federblatt 48 ist in einen eng passenden Schlitz 59 im Gehäuse 35 eingepreßt, in dem es in seiner Lage durch den Druck der oberen Fläche des Federblattes gegen einen vorstehenden Teil 53 des Endes 54 gehalten wird. Ein mit einer Schulter 62 und einem exzentrischen Flansch 63 versehener Zapfen 61 führt nach oben durch die Zunge 52, die ihn zurückhält, wobei die obere Fläche der Schulter gegen die untere Fläche der Zunge mittels einer geschlitzten Federscheibe 64 gehalten wird. Durch die Exzentrizität des Flansches 63 ist es im Herstellungswerk möglich, den Druck der Zunge 17' dadurch einzustellen, daß das Kipplager 21' um einen bestimmten Betrag waagerecht verschoben wird, wobei nur eine vernachlässigbar kleine senkrechte Verschiebung eintritt.

Das freie Ende der Blattfeder 10" trägt einen elektrischen Kontakt 13", der so angeordnet ist, daß er zusammen mit einem festen Kontakt 14" den Stromkreis schließen kann. Wie aus Fig. 7 und 11 ersichtlich ist, ist der Kontakt 14" auf einem Bimetall-Tragarm 31' befestigt, der die in Zusammenhang mit Fig. 6 beschriebene Wirkung zur Trennung von Schweißstellen hat. Über das Gehäuse 35 steht ein Streifen 65 des Tragarmes 31' vor, über den die Verbindung mit dem äußeren Stromkreis zur Steuerung hergestellt werden kann.

Der Kopf 57 der Welle ist, wie man am besten aus F i g. 9 ersehen kann, mit einem radial vorstehenden Halteteil 66 versehen, das auf einen Vorsprung 67 an der Rückseite des Gehäuses 35 aufschlägt und dadurch die Bewegung der Welle 55 auf weniger als eine Umdrehung beschränkt. Wenn die Welle 55 im Uhrzeigersinn gedreht wird, so gelangt ein senkrechter Vorsprung 68 (F i g. 10) auf der Oberfläche des Kopfes 57 unter den Punkt 58 des Kipplagers 22'. Dadurch wird der Mittelpunkt, um den sich die Zunge 18' dreht, über die Anhebung hinaus angehoben, welche sich durch eine im Uhrzeigersinn erfolgende Umdrehung der Welle 55 ergibt. Das Fühlerelement kann sich nicht genügend stark zusammenziehen, um die Blattfeder 10" über den angehobenen Mittelpunkt zu heben, so daß demzufolge die Kontakte 13" und 14" zum Eingriff miteinander kommen und in dieser Lage verbleiben, und zwar unabhängig von der Feuchtigkeit, der das Fühlerelement ausgesetzt wird. Wenn die Welle 55 gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, dann fällt der Punkt 58 des Kipplagers gerade vor der Begrenzung der Wellendrehung in eine Vertiefung 69 (F i g. 8). Dadurch wird der Gelenkmittelpunkt der Zunge 18' unter die Ebene der Blattfeder 10" abgesenkt, die sie einnimmt, wenn sie von allen äußeren Kräften entlastet ist. Demzufolge bewegt sich der Kontakt 13" gegen den Haltepunkt 27'.

Da keine Längenänderung des Elements 39, und zwar weder eine Verlängerung noch eine Zusammenziehung den Kontakt 13" von dem Haltepunkt 27' wegbewegen kann, wird dadurch eine wirkliche AUS-Stellung geschaffen. Zwischen der AUS-Stellung und der EIN-Stellung gibt die Welle 55 dem Kipplager 22' eine Lage, die einem gewählten Arbeitspunkt bestimmter relativer Feuchte entspricht. Wird die relative Feuchtigkeit größer als die gewählte, so verlängert sich das Element 39 und erlaubt dem Schalter, in seine geschlossene Stellung zu gehen. Wenn die relative Feuchtigkeit kleiner als der gewählte Prozentsatz ist, dann verkürzt sich das Fühlerelement so weit, daß sich der Schalter nicht schließen kann. Es soll darauf hingewiesen werden, daß sowohl die EIN-Stellung als auch die AUS-Stellung geschaffen wird, ohne daß das Fühlerelement als Verbindungsglied verwendet wird. Der Schalter kann somit als Handsteuerung verwendet werden, auch wenn das Element 39 gebrochen sein sollte.

Die Fig. 11 veranschaulicht die Einrichtungen, die vorgesehen werden, damit im Herstellungswerk die Steuerungsdifferenz eingestellt werden kann. Der Haltepunkt 27' weist einen verjüngten oder abge-

schrägten Ansatz 28 auf, der gegenüber dem frei liegenden Körperabsehnitt exzentrisch angeordnet ist. Durch Drehung des Haltepunktes 27' wird somit die zulässige Bewegung des freien Endes der Blattfeder 10" von der Stellung, in der der Stromkreis geschlossen ist, zur Stellung, in der der Stromkreis geöffnet ist, und umgekehrt, verändert. Die Steuerdifferenz ist in erster Linie eine Funktion des Bewegungsweges der Blattfeder, da durch die auf das Fühlerelement ausgeübte konstante Belastung die Hysterese des Fühlerelements beseitigt wird.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Schnappschalter mit einem als »s Blattfeder ausgebildeten Kontaktarm, aus welcher zwei Zungen ausgestanzt sind, deren freie Enden mit ortsfesten Abstützungen in dauerndem Eingriff stehen, wobei das freie Ende der einen Zunge kippbar abgestützt ist und diese Zunge am stärk- ao sten durchgebogen ist, wenn die Blattfeder beim durch die senkrecht zu ihrer Ebene angreifende Betätigungskraft bewirkten Umschalten am ortsfesten Kipplager vorbeischnappt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Die Blattfeder (10) ist an einem Ende eingespannt, und der beim Umschnappen verstellte Kontakt (13) ist am anderen Ende ausgebildet;

b) beide Zungen (17, 18) sind an ihren freien Enden ortsfest kippbar abgestützt (23, 24), und die den Abstützungen abliegenden Enden der Zungen, d. h. die Stellen, an denen sie mit der Blattfeder verbunden sind, sind

c) verschieden weit von der Stelle an der Blattfeder (10) entfernt, an welcher die Betätigungskraft (P) gegen die Formsteifigkeit der Blattfeder (10)

d) zwischen den Stellen an der Blattfeder (10) angreift, an welchen die Zungen (17,18) mit der Blattfeder verbunden sind.

2. Schnappschalter nach Anspruch 1, dadurcSi gekennzeichnet, daß beide Zungen (17, 18) mit ihren in den Kipplagern (21, 22) liegenden Enden auf das fest eingespannte Ende der Blattfeder (10) weisen.

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Kipplager (22, 22') in einer zur Ebene der Blattfeder (10, 10") senkrechten Richtung verstellbar ist.

4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Kipplager (21, 21') in einer zur Ebene des Kontaktarmes (10, 10") parallelen Richtung einstellbar ist.

5. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung des einen Kipplagers (22, 22') eine Einstellwelle (55) vorgesehen ist, welche gegen das zugehörige Ende des Kipplagerträgers (54) drückt.

6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der Drehung der Einstellwelle (55) Anschläge (66, 67) vorgesehen sind und daß die mit dem Kipplager (22. 22') im Eingriff stehende Fläche der Einstellwelle (55) eine Nockenfläche (68) aufweist, um eine gegenüber der Gewindesteigung der Einstellwelle (55) überhöhte Verschiebung des Kipplagers (22) zu bewirken.

7. Schalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein parallel zur Blattfeder (10, 10") verlaufendes Federblatt (48), welches die Kipplager (21', 22') trägt.

8. Schalter nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungskraft (P) von einem in der zur Ebene der Blattfeder (10,10") senkrechten Ebene liegenden Strang aus hygroskopischem Material (39) geliefert wird, welches beiderends in einem den Schalter aufnehmenden Gehäuse gelagert ist und etwa in seiner Mitte über ein Zugglied (25', 45) an der Blattfeder (10,10') angreift.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 980 774.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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