DE1280388B - Durch Synchronisierimpulse regelbarer Antrieb - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Deutsche Kl.

H02k

H 02p

21 dl-43

Nummer: 1280 388

Aktenzeichen: P 12 80 388.2-32 (St 18432)

Anmeldetag: 13. Oktober 1961

Auslegetag: 17. Oktober 1968

Die Erfindung betrifft einen durch Synchronisierimpulse in seiner Geschwindigkeit regelbaren Antrieb für Dreh- und Linearbewegung mit unabhängig voneinander gesteuerter Antriebs- und Bremsvorrichtung.

Bei vielen technischen Problemen ist es als Aufgabe gestellt, mechanisch bewegte Teile von Einrichtungen oder ganze Maschinen an getrennten Orten synchron anzutreiben. Besondere Bedeutung hat dieses Problem in der Bildtelegrafie und anfänglich auch in der Fernschreibtechnik gewonnen. Einer der Lösungswege besteht darin, als Antriebsmotoren Synchronmotoren zu verwenden, die an ihren getrennten Aufstellungsorten von möglichst genau übereinstimmenden Generatoren, beispielsweise Quarz- oder Stimmgabelgeneratoren, gespeist werden. Trotz des hierbei relativ großen Aufwandes kann mit diesem Verfahren eine völlige Synchronisation nicht erreicht werden, sondern es ist nur ein über eine gewisse Zeit hinreichend genauer Gleichlauf zweier Geräte zu erzielen.

Es ist bereits bekannt, den Synchronismus zwischen zwei getrennt angetriebenen Wellen in der Weise herzustellen, daß die zu synchronisierende Welle über eine Friktionskupplung mit ihrem Antriebsmotor verbunden ist und daß die Drehzahl der Welle durch ein Drehfeldsystem bestimmt wird, welches von der anderen Welle gesteuert wird.

Diese Einrichtung hat neben dem relativ großen Platzbedarf den Nachteil, daß zur Erzielung eines ausreichenden Gleichlaufs ein vielpoliges Drehfeldsystem verwandt werden muß, welches eine entsprechend hohe Anzahl von Zuleitungen benötigt. Bei größeren örtlichen Entfernungen zwischen den beiden zu synchronisierenden Wellen würde der dadurch gegebene große technische Aufwand den Einsatz dieser Einrichtung aus wirtschaftlichen Gründen verbieten.

Ein anderer bekannter Vorschlag geht dahin, den Gleichlauf zwischen zwei synchron angetriebenen Wellen in der Weise zu überwachen, daß durch nockengesteuerte Kontakte zu einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb jeder Wellenumdrehung geprüft wird, ob der Gleichlauf noch besteht. Ist dieses nicht mehr der Fall, so wird die zu synchronisierende Welle so lange unter Abschalten des Antriebs stillgesetzt, bis die steuernde Welle wieder die phasengleiche Lage ersterer erreicht hat.

Abgesehen von der Notwendigkeit synchron laufender Antriebsmittel, ist mit der vorgenannten Einrichtung keine eigentliche Synchronisation, sondern nur eine absatzweise Gleichstellung möglich, welche unter ungünstigen Verhältnissen dazu führen kann, daß die gesteuerte Welle nahezu für die Zeit einer vollen Wellenumdrehung stillgesetzt wird.

Durch Synchronisierimpulse regelbarer Antrieb

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,
7000 Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42

Als Erfinder benannt:

Dr. rer. nat. Werner Schiebeier, 7241 Eutingen - -

Alle diese Nachteile werden bei dem eingangs genannten Antrieb durch die Anordnung gemäß der Erfindung vermieden, indem die anzutreibende Welle wechselseitig impulsweise durch eine von den Synchronisierimpulsen gesteuerte Antriebsvorrichtung

ao angetrieben und durch eine Bremsvorrichtung gebremst wird, welche ihrerseits durch einen von der Drehzahl der anzutreibenden Welle abhängigen Taktgeber impulsweise so gesteuert wird, daß die Drehzahl der anzutreibenden Welle sich aus dem Verhält-

a5 nis ihrer Antriebs- und Bremszeiten ergibt.

Der große Vorteil dieser Anordnung ist, daß sie keinen frequenzgenauen Generator, keinen Synchronmotor und auch keine Regelung des Antriebsmotors verlangt.

Im folgenden soll nun die Anordnung gemäß der Erfindung beschrieben werden, welche z. B. bei Fernschreibmaschinen mit hoher Geschwindigkeit Verwendung finden kann. Die Anordnung kann jedoch auch bei vielen anderen Aufgaben angewandt werden.

Voraussetzung für die Anwendbarkeit ist jedoch, daß der zu synchronisierenden Anordnung Synchronisieroder Taktimpulse zugeführt werden, die bei Anwendung in der Fernschreibtechnik der Folge der Fernschreibimpulse entnommen werden können.

Bei der erwähnten Fernschreibmaschine kann es sich beispielsweise um ein Gerät handeln, bei der die Schriftzeichen durch ein längs der Zeile kontinuierlich bewegtes Druckorgan spaltenweise in Mosaikform aufgezeichnet werden. Wenn der Antrieb dieses Druckorgans nicht vom Sendegerät synchronisiert wird, stehen die gedruckten Buchstaben nicht senkrecht übereinander, sondern die Buchstabenspalten verlaufen gemäß F i g. 1 schräg über das Papier, wobei der Neigungswinkel ein Maß für die Abweichung zwischen den Drehzahlen der Sende- und Empfangseinrichtung sind. Fig. 2 dagegen zeigt den Druck derselben Fernschreibmaschine, jedoch nach Ein-

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schalten der Synchronisationsanordnung gemäß vor- nicht mehr voll erregt werden und damit nur noch liegender Erfindung. Dabei bleiben die Drehzahlen eine ziemlich konstante Reibungskraft zum Antrieb der Antriebsmotoren von Sender und Empfänger oder Bremsen liefern.

unverändert. Die Drehzahlregelung der Welle Wl über den

Weiterhin kann das Prinzip der Anordnung zur 5 Schalter s ist natürlich primitiv und nur als gedank-Synchronisation der geradlinigen Fortbewegung von liches Beispiel zum Verständnis der Anordnung ge-Fernschreib-Lochstreifen oder anderen bandförmigen dacht. In Wirklichkeit erfolgt diese Regelung über Aufzeichnungsträgern verwendet werden. Die genaue einen elektronischen Steuerteil, der in Fig. 3 rechts Funktion soll an Hand von zwei Ausführungsbei- oben dargestellt ist. In diesem Steuerteil sind die spielen näher beschrieben werden. io Magnetspulen der Antriebskupplung AK und der

Das erste Ausführungsbeispiel behandelt die Bremskupplung BK in den Kollektorkreis der Transi-Synchronisation einer umlaufenden Welle, welche stören Γ3 und TA eingefügt. Die Transistoren T3 z. B. zum Antrieb eines Teils einer Fernschreib- und Γ 4 werden von dem Flip-Flop Τ1-Γ2 gesteuert, maschine benutzt werden kann. Dieser Teil kann das Ist Tl gesperrt, so ist Γ 3 geöffnet. Durch AK fließt Druckorgan sein. 15 Strom, wodurch die Antriebskupplung AK voll erregt

Das Prinzip der erfindungsgemäßen Anordnung ist ist. Wird dagegen durch einen positiven Basisimpuls in F ig. 3 schematisch dargestellt. Der Motor M treibt Tl gesperrt, so wird dadurch Γ 4 geöffnet und Γ 3 über den Riemen Ri eine Riemenscheibe RS an, die gesperrt. Damit wird Ak stromlos, Bk jedoch erregt, mit der Welle TFl fest verbunden ist. Auf der anderen Die Bremskupplung BK ist jetzt voll wirksam, so daß Seite ist mit der Welle W1 die eine Hälfte I der elektro- 20 die Welle W 2 abgebremst wird, magnetischen Antriebskupplung AK verbunden. Diese Zur Steuerung des Wechselspiels zwischen Antrieb

Kupplung kann eine Kupplung mit oder ohne Schleif- und Bremse wird nun die auf der Welle Wl sitzende ringen sein. In Fig. 3 ist sie schematisch als Kupp- Lochscheibe Limit den Löchern Lo benutzt. Befindet lung mit Schleifringen dargestellt. Die zweite Hälfte Π sich eines der Löcher Lo gerade vor dem Photoder Antriebskupplung AK sitzt fest auf der Welle Wl. 25 transistor PT, so kann das Licht von der Lampe La Weiter befindet sich auf der Welle Wl eine Loch- auf den Phototransistor fallen und ihn öffnen. Dascheibe LS und an dem hinteren Ende die eine Hälfte I durch entsteht an dem Kollektor von PT ein positiver der elektromagnetischen Bremskupplung BK. Die Spannungssprung, der über Cl und Dl als positiver zweite Hälfte II dieser Bremskupplung ist fest mit Impuls auf die Basis von Tl geleitet wird. Tl sperrt dem Chassis des Gerätes verbunden. 30 und Tl öffnet. Gleichzeitig werden T 3 gesperrt und

Wird nun der Motor M eingeschaltet und sind Γ 4 geöffnet. Dadurch wird der Antrieb abgeschaltet weder die Antriebskupplung AK noch die Brems- und die Bremse wirksam gemacht. Führt man nun der kupplung BK elektrisch erregt, so wird sich die Welle Basis von Tl über den Kondensator Cl und die Wl entweder überhaupt nicht oder nur sehr langsam Diode Dl einen positiven Impuls zu, der Synchroniunter dem Einfluß einer geringen mechanischen Rei- 35 sationsimpuls oder Fortschaltimpuls genannt werden bung in der Kupplung AK bewegen. Wird nun aber soll, so kippt der Flip-Flop Γ1-Γ2 in seine zweite die Antriebskupplung AK elektrisch erregt, beispiels- stabile Lage. Tl sperrt, Tl öffnet, Γ 3 öffnet und Γ 4 weise dadurch, daß der Schalter s in die Lage a ge- sperrt. Damit wird die Bremse abgeschaltet, und der bracht wird und damit die Antriebskupplung mit der Antrieb wird über die Spule Ak wirksam. Die Mit-Spannungsquelle U verbindet, so haften die beiden 40 nähme der Welle Wl durch die Welle TFl setzt ein. Kupplungshälften I und II auf Grund der magnetischen Die Lochscheibe LS wird um ein Stück gedreht, und Kräfte fest aneinander, so daß die Welle Wl von zwar so weit, bis der inzwischen abgedunkelte Lichtder Welle Wl ohne Schlupf mitgenommen wird. strahl der Lampe La durch das nächste Loch Lo auf

Wird nun aber der Schalter s von der Stellung α den Phototransistor PT fällt. PT öffnet wieder und in die Stellung b gebracht, so wird die Antriebskupp- 45 gibt damit von seinem Kollektor über Cl und Dl lung AK abgeschaltet und dafür die Bremskupplung erneut einen positiven Bremsimpuls auf die Basis von BK erregt. In ihr haften auf Grund der nun entstehen- Tl. Tl sperrt, Γ4 öffnet, Tl öffnet und Γ3 sperrt, den magnetischen Kräfte die beiden Kupplungs- Auf diese Weise wird der Antrieb abgeschaltet und hälften I und II in gleicher Weise aneinander und die Bremse wirksam gemacht. Gleichzeitig wird die bremsen in sehr kurzer Zeit die Bewegung der Welle 50 Drehbewegung der Welle Wl abgebremst. Dieses Wl vollständig ab. Damit befindet sich auch die eben geschilderte Wechselspiel wiederholt sich, wenn Lochscheibe LS in Ruhe. Mit dem Schalter s hat man weitere Synchronisationsimpulse über Kondensator es auf diese Weise in der Hand, der Welle Wl die C2 auf die Basis von Tl gegeben werden, gleiche Umdrehungszahl zu geben, wie sie die Welle Ist die Anzahl η der Löcher Lo auf der Loch-

Wl hat, oder sie zum völligen Stillstand zu bringen. 55 scheibe LS genügend groß, so findet die Umdrehung Man kann sich nun aber in Gedanken vorstellen, der Lochscheibe und damit der Welle Wl in sehr daß man durch sehr schnelles Hin- und Herbewegen kleinen Schritten statt. Ist nun weiterhin die Frequenz des Schalters s zwischen den Stellungen α und b auch /1 der Synchronisationsimpulse genügend hoch, so jede beliebige zwischen den beiden eben genannten finden diese Schritte so schnell statt, daß praktisch Extremwerten liegende Drehzahl erreichen kann. Die 60 eine kontinuierliche Drehbewegung der Welle Wl Drehzahl wird dann durch das Verhältnis der Zeit- erfolgt. Diese Kontinuität der Drehbewegung wird abschnitte bestimmt, in denen der Schalter s in der noch durch die magnetische Trägheit der Kupplungen Stellung α oder b liegt. Ist die Umschaltfrequenz des und die mechanische Trägheit des gesamten Systems Schalters 5 gering, so erfolgt die Umdrehung der unterstützt. Man kann auf diese Weise die Drehzahl Welle Wl ruckweise. Steigert man jedoch die Um- 65 der Welle Wl, unabhängig von der Drehzahl des schaltfrequenz des Schalters s, so wird die Dreh- Motors M, durch Variation der Synchronisationsbewegung der Welle Wl immer kontinuierlicher, da impulse in weiten Grenzen verändern. Dabei sind schließlich die elektromagnetischen Kupplungen gar folgende Zusammenhänge zu beachten:

1. Bei niedriger Frequenz der Synchronimpulse sind. Die Lochreihe, die zum intermittierenden Durchdreht sich die Welle 2 ruckweise und in kleinen lassen des Lichtstrahls von der Lampe La zum Schlitten. Phototransistor PT erforderlich ist, wird in diesem

2. Die Drehzahl der Welle 2 kann natürlich niemals Fall durch die Löcher Lo der Transportlochreihe des größer werden als die der antreibenden Welle 1. 5 Lochstreifens Lsi geliefert.

3. Wenn man sich die Wellen Wl und Wl starr Gelangt nun über den Kondensator Cl ein posigekoppelt denkt, muß die Anzahl η der in diesem tiver Synchronisations- oder Fortschaltimpuls auf die Fall pro Sekunde vorbeilaufenden Löcher, die Basis von Tl, so kippt der Flip-Flop Γ1-Γ2 derart, gleich der von dem Phototransistor erzeugten daß Γ2 gesperrt wird. Dadurch öffnet Γ3, und T 4 Impulsfrequenz /2 ist, immer größer sein als die io wird gesperrt. Damit wird der Bremsmagnet BM abImpulsfrequenz/1. Sobald/1 größer als/2 wird, geschaltet und der Antriebsmagnet AM erregt. Der stellt sich eine zufallsbedingte, nicht mehr Steuer- Lochstreifen wird von den Rollen Rl, Rl vorwärts bare Umdrehungszahl der Welle 2 ein. gezogen. Diese Bewegung bleibt so lange erhalten,

Es mag noch erwähnt werden, daß für die Antriebs- bis erneut ein Lichtstrahl von der Lampe La durch und Bremskupplungen nicht nur elektromagnetische, 15 das nächste Loch Lo der Transportlochreihe auf den sondern auch elektrostatische oder andere geeignete Phototransistor PT fallen kann. PT öffnet und gibt Kupplungen verwendet werden können, sofern sie von seinem Kollektor über Cl und Dl einen posinur auf elektrischem Wege angesteuert werden tiven Impuls auf die Basis von Tl. Tl sperrt und Tl können und nicht zu träge sind. öffnet. Gleichzeitig öffnet Γ 4 und Γ 3 sperrt. Dadurch

Auch die Verwendung der Lochscheibe LS ist nur 20 wird der Antrieb ab- und die Bremse angeschaltet, ein mögliches Ausführungsbeispiel. In gleicher Weise Der Lochstreifen wird jetzt von den Polen des könnte eine Scheibe mit einer ringförmigen Magnet- Bremsmagnets festgehalten, wobei die Rollen Rl spur verwendet werden, die statt des Phototransistors und .R 2 lose über den Lochstreifen hinweglaufen, einen Tonabnehmerkopf erregt. Auch andere Anord- Weitere Synchronisationsimpulse über Cl und Dl nungen mit unterschiedlichen Dielektrika oder mecha- as wiederholen dieses Wechselspiel. Durch Änderung nischen Schaltanordnungen sind denkbar. der Frequenz dieser Synchronisations- oder Fort-

Die erfindungsgemäße Anordnung beschränkt sich schaltimpulse läßt sich daher die mittlere Vorschubjedoch nicht nur auf die Anwendung bei Drehbewe- geschwindigkeit des Lochstreifens Lsi variieren,
gungen, sondern kann auch zur Synchronisation von Im Gegensatz zur Anordnung der F i g. 3 wird Linearbewegungen Verwendung finden. Eine mögliche 30 man bei der Anordnung der Fig. 4 jedoch im allge-Anordnung zeigt die Fig. 4. In ihr ist die Loch- meinen Wert darauf legen, daß die Fortbewegung des scheibe LS durch den Lochstreifen Lst ersetzt. Der Lochstreifens auch bei einer hohen Frequenz der Lochstreifen ist in diesem Fall der Teil, der mecha- Synchronisationsimpulse schrittweise und nicht konnisch fortbewegt werden soll und dessen Vorschub- tinuierlich erfolgt, wie es bei mechanischen Anordgeschwindigkeit gesteuert werden soll. Statt der Kupp- 35 nungen oft zweckmäßig ist. Wegen der geringen lungen sind in diesem Fall zwei Magnete vorhanden, mechanischen Masse des Lochstreifens läßt sich bei nämlich der Antriebsmagnet AM und der Brems- geeigneter Bemessung der Zeitkonstanten des Anmagnet BM. Der Antriebsmagnet AM wirkt auf einen triebs- und des Bremsmagnets ein solcher schrittweiser Anker Aa, der mit der Antriebsrolle Rl verbunden Vorschub auch bei hohen Schrittgeschwindigkeiten ist. Dieses System ist um die Achse D drehbar ge- 40 relativ einfach erreichen.

lagert. Der Antriebsmotor M treibt nun über den Der wesentliche Kern der Anordnungen von F i g. 3

Riemen Ri die Riemenscheibe RS und damit die wie auch F i g. 4 ist, daß durch den sowohl von dem Welle Wl an. Auf der Welle Wl sitzt weiterhin die angetriebenen Organ wie auch von außen her über Antriebsrolle R1. Die beiden Antriebsrollen R1 und die Synchronisationsimpulse zwangsweise gesteuerten R1 sind über zwei Zahnkränze Z miteinander gekop- 45 Wechsel zwischen Antrieb und Bremsung die Fortpelt. Statt der Bremskupplung BK der Fig. 3 ist in bewegungsgeschwindigkeit der mechanisch angetrie-Fig. 4 der Bremsmagnet BM vorgesehen. Dieser benen Teile in weiten Grenzen unabhängig ist von Bremsmagnet wirkt auf den Anker Ab. Zwischen der Drehzahl des Motors M und auch in weiten dem Anker und den Polen des Bremsmagnets läuft Grenzen unabhängig ist von der Belastung durch die der Lochstreifen Lst hindurch. Wird der Brems- 50 angetriebenen Maschinenteile. Bremst man nämlich magnet erregt, so drückt der Anker Ab den Loch- die Lochscheibe LS in Fig. 3 stark mit der Hand streifen Lst fest auf die Pole des Bremsmagnets BM. oder bremst man den Lochstreifen Lst in Fig. 4 Auf diese Weise kommt der etwa vorher bewegte gleichfalls stark mit der Hand, so bleibt die Fort-Lochstreifen in kurzer Zeit zur Ruhe, bewegungsgeschwindigkeit bzw. die Schrittzahl je

Wird nun der Bremsmagnet BM abgeschaltet und 55 Sekunde mit steigender Bremskraft so lange konstant, dafür der Antriebsmagnet AM erregt, so zieht dieser wie die Reibungskraft in der Antriebskupplung AK den Anker Aa an und drückt damit die Rolle Rl oder zwischen den Rollen Rl und R1 die Bremskraft samt dem Lochstreifen Lsi gegen die Rolle Rl. genügend stark überwiegt. Wird jedoch die Brems-Damit wird der Lochstreifen von den beiden Rollen kraft weiter gesteigert, so springt von einem bestimmmitgenommen und entsprechend ihrer Umfangs- 60 ten Wert an die Fortbewegungs- bzw. Schrittgeschwindigkeit vorwärts bewegt. Die Fortbewegungs- geschwindigkeit plötzlich auf den halben Wert, geschwindigkeit des Lochstreifens kann nun in ahn- Zwischenstadien sind bei dieser Regelung nie möglicher Weise wie bei der Anordnung von F i g. 3 lieh. Dies beruht darauf, daß bei zu großem Schlupf durch Umschalten zwischen dem Antriebsmagnet AM im Antriebsorgan schon ein neuer Fortschaltbefehl und dem Bremsmagnet BM vorgenommen werden. 65 über Cl auftritt, obwohl noch kein Bremsbefehl über Die elektrische Ansteuerung hierfür erfolgt über die Cl erfolgt ist. Dadurch wird der Fortschaltbefehl Transistoren Tl bis TA und den Phototransistoren wirkungslos, und erst der nächste Fortschaltbefehl PT, die in dem unteren Teil von F i g. 4 dargestellt (also jeder zweite) schaltet wieder den Antrieb ein

und die Bremse ab. Auf diese Weise tritt bei zu starker Last eine Halbierung der Fortbewegungsgeschwindigkeiten ein.

Eine andere Möglichkeit der synchronen Drehzahlregelung durch von außen eintreffende Impulse ergibt sich aus der Umkehrung des erfindungsgemäßen Prinzips.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Durch Synchronisierimpulse in seiner Geschwindigkeit regelbarer Antrieb für Dreh- und Linearbewegung mit unabhängig voneinander gesteuerter Antriebs- und Bremsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die anzutreibende Welle (W2) wechselseitig impulsweise durch eine von den Synchronisierimpulsen gesteuerte Antriebsvorrichtung angetrieben und durch eine Bremsvorrichtung gebremst wird, welche ihrerseits durch einen von der Drehzahl der anzutreibenden Welle (JV2) abhängigen Taktgeber impulsweise so gesteuert wird, daß die Drehzahl der anzutreibenden Welle sich aus dem Verhältnis ihrer Antriebs-und Bremszeiten ergibt.

2. Regelbarer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber aus einer auf der Welle (W 2) angeordneten Lochscheibe (LS) und einer photoelektrischen Abtasteinrichtung (LaIPT) besteht.

3. Regelbarer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Taktimpulse die Transportperforation (Lo) eines von der Welle (W 2) angetriebenen Lochstreifens (Lst) dient.

4. Regelbarer Antrieb nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flip-Flop-Stufe vorgesehen ist, die durch die Synchronisierimpulse in die eine Lage und durch die Taktgeberimpulse in die andere Lage umschaltbar ist.

5. Regelbarer Antrieb nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs- und Bremsvorrichtung als elektrisch betätigbare Kupplungen (AK, BK) ausgebildet sind.

6. Regelbarer Antrieb nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung aus zwei ständig umlaufenden Transportrollen (R l/R 2) besteht, zwischen denen der Lochstreifen (Lst) während der Antriebszeiten durch einen Antriebsmagnet (AM) gepreßt wird, und daß die Bremseinrichtung aus einem Bremsmagnet (BM) besteht, zwischen dessen Anker und Polen der Lochstreifen (Lst) während der Bremszeiten eingeklemmt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 479177;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1045 797,
1052515;

britische Patentschrift Nr. 577 796;
USA.-Patentschrift Nr. 2 281954;
AEG-Mitteilungen (50), 1960, Heft 12, S. 499;
Technische Rundschau, 1958, Heft 15, S. 2.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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