DE1931631A1 - Device for fast determination of the size of grains by optical means - Google Patents

Device for fast determination of the size of grains by optical means

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DE1931631A1 DE19691931631 DE1931631A DE1931631A1 DE 1931631 A1 DE1931631 A1 DE 1931631A1 DE 19691931631 DE19691931631 DE 19691931631 DE 1931631 A DE1931631 A DE 1931631A DE 1931631 A1 DE1931631 A1 DE 1931631A1
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GREBE DR ING WOLFGANG
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Description

Vorrichtung zur schnellen Größenbestimmung von Körnern auf optischem Wege Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur schnellen Größenbestimmung von Körnern auf optischem Wege, bei der die zu untersuchenden Körner in den von Licht angestrahlten Brennpunkt eines Spiegels gebracht und bei der die Gesamtmenge des von dem einzelnen Korn reflektierten und ges treuten Lichtes als Maß für die Größe des Kornes dient.Device for quick sizing of grains on optical Ways The invention relates to a device for rapid size determination of Grains by optical means, in which the grains to be examined are exposed to light brought the illuminated focal point of a mirror and in which the total amount of of the light reflected and true to the individual grain as a measure of the size of the grain serves.

Derartige Vorrichtungen sind bereits bekannt (vgl. Bausch & Lomb Aerosol Dust Counting System). Dabei wird das Licht einer Lichtquelle durch ein Linsensystem im Brennpunkt eines Parabolspiegels fokussiert. Die zu untersuchenden Körner werden senkrecht zum Strahlengang durch den Brennpunkt des Parabolspiegels bewegt, wobei das von dem jeweils angestrahlten Korn ausgesandte Streulicht vom Hohlspiegel gesammelt über eine Linse einer Lichtmesseinrichtung zugeführt wird. Diese registriert einen Impuls entsprechender Spannung, die ein Maß für die Größe des Jeweiligen Kornes seinsoll.Such devices are already known (see. Bausch & Lomb Aerosol Dust Counting System). The light from a light source is transmitted through a Lens system focused at the focal point of a parabolic mirror. The ones to be examined Grains become perpendicular to the beam path through the focal point of the parabolic mirror moves, with the scattered light emitted by the respective irradiated grain from Concave mirror collected via a lens is fed to a light measuring device. This registers a pulse of corresponding voltage, which is a measure of the size of the respective grain should be.

Da der Parabolspiegel auf Grund seiner Geometrie nur eine begrenzte Erfassung der Kornoberfläche gestattet, so daß ein wesentlicher Teil des gestreuten und reflektierten Lichtes vom Spiegel gar nicht aufgefangen werden kann, vielmehr nur ein Bruchteil des Streulichtes erfaßt wird, können sich bei der dadurch bedingten im wesentlichen flächigen Betrachtung der Körner in Abhängigkeit von der Jeweiligen Form, Oberfläche und Lage der einzelnen Körner sehr beachtliche Meßfehler ergeben.Since the parabolic mirror due to its geometry only has a limited Detection of the grain surface is allowed, so that a substantial part of the scattered and reflected light from the mirror cannot be captured at all, rather only a fraction of the scattered light is detected, can be caused by it essentially two-dimensional view of the grains depending on the respective The shape, surface and position of the individual grains result in very considerable measurement errors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mängel der bekannten Vorrichtung zu vermeiden. Dies wird dadurch erreicht, daß der Spiegel als Ellipsoid ausgebildet it, @, in dessen einen vom Licht angestrahlten Brennpunkt nacheinander die zu untersuchenden Körner gebracht werden und in dessen anderen Brennpunkt die Gesamtmenge des von dem angestrahlten Korn reflektierten und gestreuten Lichtes gesammelt wird.The invention is based on the problem of the shortcomings of the known Avoid device. This is achieved by making the mirror as an ellipsoid formed it, @, in whose one focal point illuminated by the light one after the other the grains to be examined are brought and in the other focal point the Total amount of light reflected and scattered by the irradiated grain is collected.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird es möglich, die gesamte, ringsum von dem angestrahlten Korn reflektierte Lichtmenge zu messen, wobei in jedem Fall unabhängig von der jeweiligen Lage des einzelnen Kornes dessen Form und Oberflächengestaltung in vollem tZaße bei der Messung erfaßt werden.The device according to the invention makes it possible to use the entire To measure the amount of light reflected all around by the irradiated grain, in each of which Case regardless of the respective position of the individual grain, its shape and surface design can be recorded in full during the measurement.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung werden bei der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erörtert.Further details and refinements of the invention are given in discussed in the description of an exemplary embodiment.

Das teilweise aufgeschnitten gezeichnete Ellipsoid 1, das innen verspiegelt ist, weist die beiden Brennpunkte F1 und F2 auf. Im Brennpunkt P1 treffen die durch die Eintrittsöffnungen 4, 4', 4 " hereinfallenden Lichtstrahlen auf die durch die Röhre 3 durch Druck oder Unterdruck oder freien Fall bewegten zu untersuchenden Körner. Dabei ist durch eine nicht dargestellte Einrichtung, z.B. einen Rüttelmechanismus, dafür gesorgt, daß die zu untersuchenden Körner immer einzeln nacheinander zum Brennpunkt Pl gebracht und dann weiterbefördert werden. Dabei kann Je nach der Korngröße mit verschieden großen Geschwindigtaiten gearbeitet werden, z.B. 50 mpro sec.The partially cut-open ellipsoid 1, which is reflective on the inside has the two focal points F1 and F2. In the focal point P1 they hit through the entry openings 4, 4 ', 4 "incident light rays on the through the Tube 3 to be examined moved by pressure or negative pressure or free fall Grains. A device not shown, e.g. a vibrating mechanism, made sure that the grains to be examined always come one after the other to the focal point Pl can be brought and then transported on. Depending on the grain size, with different speed strings can be worked, e.g. 50 m per sec.

Alle von einem in den Brennpunkt P1 gebrachten Korn reflektierten Lichtstrahlen werden an der verspiegelteü Innenwandung des Ellipsoids 1 noehmals reflektiert und swar alle in den zweiten Brennpunkt F2 des Ellipsoids. In dem Ausführungsbeispiel sind zwei Strahlen 9 und 10 in ihrem Verlauf durch -.Hinien eingeichnet. Zum Sammein des gesanten reflektierten und gestreuten Lichtes kann im Brennpunkt F2 eine Kupel, z.B. eine Hattglaskugel, 6, vorgesehen sein, die durch einen Lichtleiter 7 mit einer außerhalb des Ellipsoids 1 vorgesehenen Lichtmeßeinrichtung verbunden seIn kann. Dabei kann der Lichtleiter 7 gleichzeitis auch als Halterung für die Kugel 6 im Inneren des Eillipsoids dienen.All reflected from a grain brought into focus P1 Light rays are noehmals on the mirrored inner wall of the ellipsoid 1 reflected and swar all in the second focal point F2 of the ellipsoid. In the embodiment, two rays 9 and 10 are in their course through lines included. To collect the whole reflected and scattered light at the focal point F2 a cupel, e.g. a Hatt glass ball, 6, can be provided which passes through a light guide 7 with a light measuring device provided outside the ellipsoid 1 can be connected. The light guide 7 can also be used as a holder at the same time serve for the ball 6 inside the ellipsoid.

Es ist aber auch möglich, im zweiten Brennpunkt F2 eine Kufel vorsusehen, deren Oberfläche bereits als fotoelektrisches Hiement wirkt, so daß die zur Auswertung der Messung erforderlichen elektrischen Impulse bereits hier zur Verfügung stehen.But it is also possible to provide a bucket in the second focal point F2, whose surface already acts as a photoelectric element, so that the evaluation The electrical impulses required for the measurement are already available here.

Die Verwendung einer Kugel C im Ereunrunkt F2 hat den Vorteil, daß in dieser Kugel, in der das Streulicht von der gesamten @ierfiäche des belcuchteten Kornes gesammelt wird, bereits ein Mitielwert der Lichtintensität gelildet wird, der der Lichtmesseinrichtung @ nugeführt @ird.The use of a ball C in the event F2 has the advantage that in this sphere in which the scattered light from the entire surface of the illuminated Grain is collected, a mean value of the light intensity is already formed, that of the light measuring device @ is guided.

Bei den aussumessenden Körnern handelt es sich im allgemeinen um solche, die aus nach statistischen Gesetren vcrlaufenden Zerkleinerungsprozessen stammen; die Körner weisen daher weder eine einheitliche Form, wie etwa Kugeln, noch etwa dieselbe Größe auf. Bei einer Korngrößenbestimmung mit liilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Körner einer Materialprobe sowohl nach ihrer Zahl als auch nach ihrer Größe erfaßt. Die dabei in der Lichtmesseinrichtung 8 gewonnenen einselnen Impulse entsprechend den einzelnen untersuchten Körnern werden über z.E. aus der Kerntechnik bekannte Impulshöhen-Analysatoren in eine Verteilungskurve der Korngrößen umgesetzt.The grains to be measured are generally those which come from comminution processes according to statistical laws; the grains therefore have neither a uniform shape, such as spheres, nor about same size. When determining the grain size with the aid of the invention Device are the grains of a material sample both according to their number and recorded according to their size. The individual ones obtained in the light measuring device 8 Impulses corresponding to the individual examined grains are transmitted via z.E. from the Nuclear technology known pulse height analyzers into a distribution curve of the grain sizes implemented.

Die Messung von Korngrößen bis im Durchmesser kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem gasförmigen Medium erfolgen; für feinere Körner kann man einfacher in flüssigen Suspensionen arbeiten. Nachstehend werden noch einige weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung erörtert: Die in den Brennpunkt Fl des Ellipsoids gebrachten Körner bewegen sich auf einer Geraden, die so gelegt ist, daß sie nicht den anderen Brennpunkt F2 des Ellipsoids schneidet, und daß sie etwa senkrecht zur großen Hauptachse Fi - F2 des Ellipsoids verläuft. Die Körner 2 können dabei im Ellipsoid in einem undurchsichtigen Röhrchen geführt sein, das bei Verwendung eines gasförmigen Mediums in der Nähe des Brennpunktes Fl unterbrochen ist. Es kann aber auch ein durchsichtiges nichtunterbrochenes Röhrchen verwendet werden.The measurement of grain sizes up to in diameter can be carried out with the inventive Device take place in a gaseous medium; for finer grains it can be easier work in liquid suspensions. A few more refinements are given below of the device according to the invention discussed: The one in the focal point Fl of the ellipsoid brought grains move on a straight line which is so placed that they do not intersects the other focal point F2 of the ellipsoid, and that it is approximately perpendicular to the major main axis Fi - F2 of the ellipsoid. The grains 2 can be in Ellipsoid should be guided in an opaque tube, which when using a gaseous medium is interrupted in the vicinity of the focal point Fl. But it can a clear, uninterrupted tube can also be used.

In der Wandung des Ellipsoids 1 ist mindestens eine Lichteintrittsöffnung 4 vorgesehen, durch die ein auf den Brennpunkt Fl gerichteter Lichtstrahl. zur Anstrahlung der zu untersuchenden Körner in das Innere des Ellipsoids geworfen wird. Es ist vorteilhaft, wenn der Lichtstrahl möglichst parallelisiert und gebündelt ist, wie z.B. ein Laserstrahl.In the wall of the ellipsoid 1 there is at least one light inlet opening 4 is provided through which a light beam directed to the focal point Fl. for spotlighting of the grains to be examined is thrown into the interior of the ellipsoid. It is advantageous if the light beam is as parallelized and bundled as possible, such as e.g. a laser beam.

Diametral gegenüber der Lichteintrittsöffnung 4 ist eine Lichtaustrittsöffnung 5, die als Lichtfalle ausgebildet sein kann, in der Wandung des Ellipsoids 1 vorgesehen.Diametrically opposite the light inlet opening 4 is a light outlet opening 5, which can be designed as a light trap, is provided in the wall of the ellipsoid 1.

Die Lichtstrahlen, die nicht auf ein Korn 2 fallen, werden also von der Innenwandung des Ellipsoids nicht reflektiert und geben somit keinen Anlaß zu Fehlmessungen.The light rays that do not fall on a grain 2 are therefore from the inner wall of the ellipsoid are not reflected and thus give no cause Incorrect measurements.

Die durch den einen Brennpunkt Fi des Ellipsoids geführte Verbindungsgerade zwischen der Lichteintrittsöffnung 4 und der Lichtaustrittsöffnung 5 ist derart gelegt, daß sie nicht den anderen Brennpunkt F2 des Ellipsoids schneidet. Es kann also kein Licht zum Brennpunkt F2 gelangen, ohne daß es am Korn reflektiert wurde. Es ist vielmehr vorteilhaft, wenn die Verbindungsgerade 4 - F1 - 5 etwa unter 45 ° gegen die große Hauptachse F1 - F2 des Ellipsolds 1 geneigt ist.The straight line connecting the one focal point Fi of the ellipsoid between the light inlet opening 4 and the light outlet opening 5 is such placed so that it does not intersect the other focal point F2 of the ellipsoid. It can so no light can reach the focal point F2 without it being at grain was reflected. Rather, it is advantageous if the connecting line 4 - F1 - 5 inclined at about 45 ° to the major axis F1 - F2 of the ellipsold 1 is.

Wie im Ausführungsbeispiel gezeigt ist, können zur Erhöhung der Streulicht-Intensität drei auf den Brennpunkt F1 gerichtete Lichtstrahlen zur Anstrahlung der zu untersuchenden Körner vorgesehen werden, deren Achsen vorteilhaft senkrecht aufeinander stehen und gegen die große Hauptachse Pl - F2 des Ellipsoids 1 etwa unter 450 geneigt sind. Auch in diesem Fall wird die das Streulicht sammelnde Kugel 6 in keiner Weise- direkt, d.h. unreflektiert, von einem Lichtstrahl der Lichtquelle getroffen. Es können aber auch zur noch weiteren Erhöhung der Streulicht-Intensität mehr als drei Lichtstrahlen, dçh. beliebig viele, zur Anstrahlung der zu untersuchenden Körner vorgesehen werden, wobei die Lichtstrahlen sogar auch gegenläufig sein können, d.h. daß die Lichtaustrittsöffnungen zugleich auch als Eintrittsöffnungen für weitere Lichtstrahlen dienen.As shown in the exemplary embodiment, can be used to increase the scattered light intensity three light beams directed at the focal point F1 for illuminating the ones to be examined Grains are provided whose axes are advantageously perpendicular to one another and are inclined at approximately less than 450 with respect to the major main axis P1 - F2 of the ellipsoid 1. In this case, too, the sphere 6 collecting the scattered light is in no way direct, i.e. unreflected, struck by a light beam from the light source. But it can also to further increase the scattered light intensity more than three light beams, dçh. Any number can be provided for illuminating the grains to be examined, whereby the light rays can even run in opposite directions, i.e. the light exit openings at the same time also serve as entry openings for further light rays.

Claims (18)

Patentansprüche Claims (1.) Vorrichtung zur schnellen Größenbestimmung von Körnern auf optischem Wege, bei der die zu untersuchenden Körner in den von Licht angestrahlten Brennpunkt eines Spiegels gebracht und bei der die Gesamtmenge des von dem einzelnen Korn reflektierten und gestreuten Lichtes als Maß für die Größe des Kornes dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel als Ellipsoid (1) ausgebildet ist, in dessen e-inen von Licht angestrahlten Brennpunkt (F1) nacheinander die auszumessenden Körner (2) gebracht werden und in dessen anderen Brennpunkt (F2) die Gesamtmenge des von dem angestrahlten Korn reflektierten und gestreuten Lichtes gesammelt wird.(1.) Device for rapid sizing of grains on optical Ways in which the grains to be examined are in the focal point illuminated by light of a mirror and in which the total amount of reflected from the individual grain and scattered light serves as a measure of the size of the grain, characterized in that that the mirror is designed as an ellipsoid (1), in whose interior it is illuminated by light Focal point (F1) one after the other the grains (2) to be measured are brought and in its other focus (F2) is the total amount of reflected from the irradiated grain and scattered light is collected. 2. Vorrichtung nach Patentanspruch 15 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zu untersuchenden Körner durch Druck, Unterdruck oder z.B. durch freien Fall in den einen Brennpunkt (21) gebracht werden. 2. Device according to claim 15 d a d u r c h g e k e n n z it is certain that the grains to be examined are exposed to pressure, negative pressure or e.g. be brought into one focal point (21) by free fall. 3. Vorrichtung nach den Patentanspruchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den einen Brennpunkt (F1) des Ellipsoids (1) gebrachten Körner sich auf einer Geraden bewegen, die so gelegt ist, daß sie nicht den anderen Brennpunkt (F2) des Ellipsoids schneidet. 3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the grains brought into the one focal point (F1) of the ellipsoid (1) arise move along a straight line that is placed in such a way that it does not touch the other focal point (F2) of the ellipsoid. 4. Vorrichtung nach Pstentanspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gerade möglichst senkrecht zur großen Hauptachse (F1-F2) des Ellipsoids yerläuft.4. Device according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n z Make sure that the straight line is as perpendicular as possible to the major main axis (F1-F2) of the ellipsoid. 5. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu untersuchenden Körner im Ellipsoid in einem nichtunterbrochenen durchsichtigen Röhrchen geführt sind.5. Device according to claim 1, characterized in that the grains to be examined in the ellipsoid in an uninterrupted transparent one Tubes are guided. 6. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zu untersuchenden Körner im Ellipsoid (1) in einem undurchsichtigen Röhrchen (3) geführt sind, das in der Nähe des Brennpunktes (F1) des Ellipsoids (1) unterbrochen ist.6. Device according to claim 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the grains to be examined in the ellipsoid (1) in an opaque Tubes (3) are guided near the focal point (F1) of the ellipsoid (1) is interrupted. 7. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des Ellipsoids (-1) mindestens eine Öffnung (Lichteintrittsöffnung 4) vorgesehen ist, durch die ein Lichtstrahl zur Anstrahlung der zu untersuchenden Körner in das Innere des Ellipsoids (1) geworfen wird.7. Device according to claim 1, characterized in that in the wall of the ellipsoid (-1) at least one opening (light inlet opening 4) is provided through which a light beam for illuminating the to be examined Grain is thrown into the interior of the ellipsoid (1). 8. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl möglichst parallelisiert und gen delt ist, s.B wie bei einem Laserstrahl.8. Device according to claim 7, characterized in that the light beam is as parallelized and delted as possible, see B. as with a laser beam. 9. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß diametral gegenüber der Lichteintrittsöffnung (4) eine Lichtaustrittsöffnung (5) in der Wandung des Ellipsoids (1) vorgesehen ist. 9. Device according to claim 7, characterized in that diametrically opposite the light entry opening (4) a light exit opening (5) is provided in the wall of the ellipsoid (1). 10. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , daß die Lichtaustrittsöffnung (5) als Lichtfalle ausgebildet ist.10. The device according to claim 9, d a d u r c h e k e n n z e i c hn e t that the light exit opening (5) is designed as a light trap. 11. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaustrittsöffnung für den einen Lichtstrahl zugleich auch Lichteintrittsöffnung für einen gegenläufigen Lichtstrahl ist.11. Device according to claim 9, characterized in that the light exit opening for the one light beam at the same time also the light entry opening is for an opposing light beam. 12. Vorrichtung nach Patentanspruch 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den einen Brennpunkt (F1) des Ellipsoids (1) geführte Verbindungsgerade zwischen der ti-chteintrittsöffnung (4) und der Lichtaustrittsöffnung (5) derart gelegt ist, daß sie nicht den anderen Brennpunkt (22) des Ellipsoids (1) schneidet.12. Device according to claim 7 and 9, characterized in that that the straight line connecting the one focal point (F1) of the ellipsoid (1) between the tight inlet opening (4) and the light outlet opening (5) in such a way is placed so that it does not intersect the other focal point (22) of the ellipsoid (1). 13. Vorrichtung nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß die Verbindungsgerade (4 - F1 - 5) etwa unter 450 gegen die große Hauptachse (F1 - F2) des Ellipsoids (1) geneigt ist.13. Device according to claim 12, characterized in that the connecting straight line (4 - F1 - 5) approximately below 450 against the large main axis (F1 - F2) of the ellipsoid (1) is inclined. 14. Vorrichtung nach Patentanspruch 7 bis 12, d a d u r c h g e k e -n n z e i c h n e t , daß zur Anstrahlung der zu untersuchenden Körner drei Lichtstrahlen (4 - 5 4' - 5', 4" - 5") vorgesehen sind, deren Achsen senkrecht aufeinander stehen und gegen die große Hauptachse (F1 - F2) des Ellipsoids (1) etwa unter 450 geneigt sind.14. Device according to claim 7 to 12, d a d u r c h g e k It is noted that three light beams are used to illuminate the grains to be examined (4 - 5 4 '- 5', 4 "- 5") are provided, the axes of which are perpendicular to one another and inclined at about 450 to the major axis (F1 - F2) of the ellipsoid (1) are. 15. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zum Sammeln des von einem im einen Brennpunkt (F1) des Ellipsoids (1) angestrahlten Korn reflektierten und gestreuten und dann von der Innenwandung des Ellipsoids nochmals reflektierten Lichtes im zweiten Brennpunkt (F2) des Ellipsoids eine Kugel (6) aus Mattglas vorgesehen ist.15. Device according to claim 1, characterized in that to collect the irradiated from a focal point (F1) of the ellipsoid (1) Grain reflected and scattered and then again from the inner wall of the ellipsoid reflected light in the second focal point (F2) of the ellipsoid a ball (6) Frosted glass is provided. 16. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Sammeln des von einem im einen Brennpunkt (F1) des Ellipsoids (1) angestrahlten Korn reflektierten und gestreuten und dann von der Innenwandung des Ellipsoids nochmals reflektierten Lichtes im zweiten Brennpunkt (F2) des Ellipsoids eine Kugel vorgesehen ist, deren Oberfläche als fotoelektrisches Element wirkt.16. Device according to claim 1, characterized in that to collect the irradiated from a focal point (F1) of the ellipsoid (1) Grain reflected and scattered and then again from the inner wall of the ellipsoid Reflected light in the second focal point (F2) of the ellipsoid provided a sphere whose surface acts as a photoelectric element. 170 Vorrichtung nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (6) durch einen Lichtleiter (7) mit einer außerhalb des Ellipsoids (1) vorgesehenen Lichtmesseinrichtung, z.B. Fotozelle (8), verbunden ist0 170 Device according to claim 15, characterized in that the ball (6) through a light guide (7) with an outside of the ellipsoid (1) provided light measuring device, e.g. photocell (8) is connected 0 18. Vorrichtung nach Patentanspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (7) gleichzeitig als Halterung für die Kugel (&) dient.18. Device according to patent claim 17, characterized in that the light guide (7) simultaneously serves as a holder for the ball (&). L e e r s e i t eL e r s e i t e
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