DE19824756A1 - Brightness controller for lighting arrangement - Google Patents

Brightness controller for lighting arrangement

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Abstract

The controller can control the lighting devices of one or more lighting systems in toto or individually by exchanging data optically, via infrared, via glass fiber, via radio, acoustically, via pulsed magnetic fields, by carrier frequency methods or with galvanic coupling. The control circuit is integrated as a module in or on the lighting device

Description

Die Erfindung betrifft eine Helligkeitssteuerung für Leuchtmittel, die sowohl ein einzelnes Leuchtmittel als auch einzelne Leuchtmittel innerhalb eines oder mehrerer Leuchtmittelsysteme ansteuern kann wobei deren Helligkeit individuell variierbar und einstellbar ist.The invention relates to a brightness control for lamps that both a single lamp and individual lamps can be controlled within one or more illuminant systems the brightness of which can be individually varied and adjusted.

Insbesondere Halogenleuchten sind weit verbreitet und erfreuen sich aufgrund deutlicher Vorteile gegenüber konventioneller Lichttechnik, damit sind insbesondere herkömmliche Glühlampen gemeint, großer Nachfrage. Dies resultiert im wesentlichen daraus, daß Halogenleuchten einen entsprechend höheren Wirkungsgrad haben, ein helleres Licht ausstrahlen, eine höhere Lebensdauer aufweisen und liegen nicht zuletzt in der Niedervolttechnik, die zur Anwendung kommt. Nicht zuletzt darin liegt die sehr große Nachfrage nach diesen Leuchten begründet.Halogen lights in particular are widespread and enjoy due to clear advantages compared to conventional lighting technology, this means, in particular, conventional light bulbs, larger Demand. This essentially results from the fact that Halogen lights have a correspondingly higher efficiency, emit a brighter light, have a longer lifespan and are not least in the low-voltage technology that are used is coming. Not least because of this is the very high demand for these Luminaires justified.

Im Zuge dieser Nachfrage wurden neue ergänzende Produkte für diese Halogenlichtsysteme, wie z. B. elektronische Trafos, Dimmer, Fern­ schaltsysteme und Beleuchtungssteuerungen entwickelt.In the course of this demand, new complementary products were created for this Halogen lighting systems, such as. B. electronic transformers, dimmers, remote switching systems and lighting controls developed.

War das Dimmen, das Helligkeitssteuern von Halogenlampen er­ wünscht, konnte bisher aufgrund der Parallelschaltung der Lampen nur das komplette Leuchtsystem gedimmt bzw. ein- oder ausgeschaltet werden.Was dimming, the brightness control of halogen lamps wishes, could only because of the parallel connection of the lamps the complete lighting system is dimmed or switched on or off become.

Individuelles Dimmen bzw. Ein- und Ausschalten erforderte komplexe Steuerungssysteme und meistens hierarchische Strukturen (Controller, Nodecontroller usw.), wobei die Controller über eigene Steuerleitungen (Busleitungen) verfügten und Daten in analoger oder digitaler Form übermittelt wurden.Individual dimming or switching on and off required complex ones Control systems and mostly hierarchical structures (controllers, Node controller, etc.), the controller via its own control lines (Bus lines) and data in analog or digital form were transmitted.

Das Schalten bzw. Dimmen der Halogenlampen erfolgte durch Ansteu­ ern des jeweiligen Endcontrollers, der auch gleichzeitig die Helligkeits­ regelung übernahm. The switching or dimming of the halogen lamps was carried out by control of the respective end controller, which also controls the brightness regulation took over.  

Mehrere Halogenleuchten konnten gebündelt an einem Endcontroller angeschlossen werden, wobei jede Halogenleuchte über eine eigene Adressennummer und separate Versorgungsleitung verfügte.Several halogen lights could be bundled together on an end controller can be connected, each halogen lamp has its own Address number and separate supply line.

Andere aus dem Stand der Technik bekannte Steuersysteme benötigten für jede Halogenleuchte eine eigene Regelschaltung mit dazugehöriger Steuerleitung bzw. dazugehörigen Steuerleitungen. Der Installations- bzw. Verdrahtungsaufwand und ebenso der finanzielle Aufwand für die Erstellung der vorab genannten Anlagen war somit erheblich. Weiterhin war es oft unmöglich bzw. sehr schwer möglich, eine optisch ästhetische Verkabelung durchzuführen. Dies bedeutet mit anderen Worten die vorab genannten Leuchtsysteme so zu verkabeln, daß die Verkabelung nicht sichtbar war. Im privaten Bereich wurden deshalb sehr oft Unterputzinstallationen angewandt.Other control systems known from the prior art required a separate control circuit for each halogen lamp associated control line or control lines. Of the Installation or wiring effort and also the financial The effort to create the aforementioned systems was therefore considerably. Furthermore, it was often impossible or very difficult to to carry out an optically aesthetic wiring. this means in other words, the aforementioned lighting systems wire that the wiring was not visible. In the private sector flush-mounted installations were therefore used very often.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Auf­ gabe zugrunde, eine Helligkeitssteuerung für Leuchtmittel zu entwickeln, wobei sowohl das gesamte Leuchtsystem als auch separat jede einzelne Leuchte ansteuerbar, also in ihrer Helligkeit steuerbar bzw. ein- und ausschaltbar ist, und deren Installation einfach und kostengünstig ausführbar ist.Starting from this prior art, the invention is based on based on a brightness control for lamps develop, both the entire lighting system and separately each individual luminaire can be controlled, i.e. its brightness can be controlled or can be switched on and off, and their installation simple and is inexpensive to carry out.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Helligkeitsteuerung für Leuchtmittel nach Patentanspruch 1 dadurch gelöst, daß die Leuchtmittel innerhalb eines oder mehrerer Leuchtsysteme über Datenaustausch sowohl insgesamt als Einheit oder separat, jedes Leuchtmittel für sich, ansteuerbar sind, wobei der Datenaustausch optisch, über Glasfaser, über Funk, akustisch, über gepulste Magnetfelder, über Trägerfrequenzverfahren oder mittels galvanischer Kopplung erfolgt, wobei die Steuerungsschaltung der Helligkeitsteuerung als Modul am oder im Leuchtmittel selbst integriert ist. Die anzusteuernden Leuchtmittel müssen nicht galvanisch miteinander verbunden sein, diese können auch auf verschiedenen Ebenen angeordnet sein. According to the invention, this object is achieved by a brightness control for lamps according to claim 1 solved in that the Bulbs within one or more lighting systems Data exchange both as a whole or separately, each Illuminants for themselves, can be controlled, the data exchange optically, via glass fiber, via radio, acoustically, via pulsed Magnetic fields, via carrier frequency methods or by means of galvanic Coupling takes place, the control circuit of the Brightness control integrated as a module on or in the illuminant itself is. The illuminants to be controlled do not have to be galvanic be connected to each other, these can also be on different Layers can be arranged.  

Das neue Modul, welches die elektrische Steuerschaltung realisiert, kann dabei vor der Fassung des Leuchtmittels, in die Fassung des Leuchtmittels integriert oder zwischen Fassung und Leuchtmittel angeordnet sein. Das vorzugsweise in die Fassung des Leuchtmittel integrierte Modul verfügt über eine drahtlose Kommunikation.The new module that implements the electrical control circuit can be in the version of the Integrated illuminant or between socket and illuminant be arranged. That preferably in the socket of the lamp integrated module has wireless communication.

Das die elektrische Steuerschaltung realisierende Modul versorgt sich vorzugsweise aus dem Stromkreis der Leuchtmittel heraus selbst, wobei sowohl Gleichspannung als auch Wechselspannung möglich ist.The module implementing the electrical control circuit is supplied with power preferably from the circuit of the illuminants themselves, both direct voltage and alternating voltage are possible.

Zur Realisierung eines dezenten Designs wird die Baugröße der elektrischen Steuerschaltung bzw. des Modules ungefähr die Größe einer konventionellen Halogenlampenfassung erreichen, so daß es vorteilhafterweise möglich ist, die die elektrische Steuerschaltung realisierenden Module in herkömmliche Halogenlampenfassung einzupassen bzw. zu integrieren.To realize a subtle design, the size of the electrical control circuit or the module approximately the size a conventional halogen lamp holder so that it is advantageously possible that the electrical control circuit Realizing modules in conventional halogen lamp holders to fit or integrate.

Durch das drahtlose Konzept des Datenaustausches wird eine relativ einfache Installation bzw. ein relativ einfacher Austausch der entspre­ chenden Module ermöglicht werden.The wireless concept of data exchange makes it relative simple installation or a relatively simple exchange of the corresponding corresponding modules.

Weiterhin soll die neue Steuerschaltung vorteilhafterweise moderne Schutzfunktionen bereits innerhalb des Modules integriert haben. So werden beispielsweise Schutzfunktionen wie Abschaltung bei Kurzschluß oder zu hohem Strom oder beispielsweise eine Überwachung der Temperatur im Modul implementiert sein.Furthermore, the new control circuit should advantageously be modern Protective functions have already been integrated within the module. So protection functions such as shutdown Short circuit or too high current or for example a Monitoring of the temperature can be implemented in the module.

Innerhalb der Steuerschaltung ist ein Modul für eine sogenannte Soft- Start-Funktion integrierbar. Durch die Implementierung dieser Soft- Start-Funktion wird die Lebenserwartung der Halogenleuchten bzw. der Leuchten insgesamt deutlich gesteigert.Within the control circuit is a module for a so-called software Start function can be integrated. By implementing this software Start function is the life expectancy of the halogen lights or the Luminaires significantly increased overall.

In die erfindungsgemäße Steuerschaltung, in das Steuerschaltungs­ modul, sind sowohl die Funktionen "Ein- und Ausschalten", als auch die Funktion "Dimmen" implementiert, wobei beide Funktionen unabhängig voneinander ansteuerbar und realisierbar sind. Dies bedeutet mit anderen Worten, neben einer unabhängigen Ein- und Ausschaltfunktion kann die Dimmfunktion des gesamten Leuchtsystems als auch einzelner Leuchtmittel realisiert werden.In the control circuit according to the invention, in the control circuit module, are both the functions "switch on and off", as well implemented the function "dimming", both functions  can be controlled and implemented independently of one another. This in other words means next to an independent input and The dimming function of the entire lighting system can be switched off as well as individual lamps.

Jedem Modul ist innerhalb der Helligkeitssteuerung eine einstellbare, feste Adresse zugeordnet. Dies bedeutet, daß bis zu einigen Tausend Module parallel zusammengeschlossen werden können und von nur einem Sender bzw. einem Hauptcontroller aus - dies kann vorteilhaf­ terweise auch ein PC oder Kleinrechner sein - separat angesprochen werden können, ohne daß sogenannte Node-Controller vorhanden sein müssen.Each module has an adjustable, within the brightness control assigned fixed address. This means that up to a few thousand Modules can be merged in parallel and by only a transmitter or a main controller - this can be advantageous can also be a PC or small computer - addressed separately can be without the so-called node controller have to.

Zur Versorgung der Module aus dem Netz des Leuchtsystems mit Spannung besitzt jedes Modul eine eigene Spannungsregelung, welche aus der Gleich- bzw. Wechselspannung des Leuchtmittelnetzes eine geregelte, konstante Gleichspannung produziert, die zur Versorgung der elektronischen Bauteile dient.To supply the modules from the network of the lighting system with Each module has its own voltage regulation, which one from the direct or alternating voltage of the lamp network regulated, constant dc voltage that is used to supply of the electronic components.

Jedes Modul kann aber auch über eine eigene Stromversorgung, wie beispielsweise eine Batterie oder einen Akku, verfügen.Each module can also have its own power supply, such as for example a battery or a rechargeable battery.

Zur Realisierung der drahtlosen Kommunikation weist jedes Modul eine Datenempfangseinrichtung auf, welche ankommende Datenbits deco­ diert, die Adressbits überprüft und bei Übereinstimmung mit der auf dem jeweiligen Modul eingestellten Adresse diese in analoge Ströme und Spannungen transformiert, wobei diese Analogwerte als Sollwerte dienen.To implement wireless communication, each module has one Data receiving device, which deco incoming data bits dated, the address bits checked and if they match the the address set in the respective module in analog currents and transformed voltages, these being analog values as setpoints to serve.

Die Datenempfangseinrichtung gewinnt aus den optisch oder durch Funk übermittelten Informationen aufmodulierte, vorzugsweise digitale Daten. Diese regenerierten Datenbits werden decodiert, um aus dem seriellen Bitstrom die Adressbits ausblenden und überprüfen zu können. Bei Übereinstimmung der übermittelten mit der auf dem Modul eingestellten Adresse, werden die Datenbits ausgegeben und in analoge Spannungen bzw. Ströme transformiert.The data receiving device wins from the optically or by Radio-transmitted information is modulated, preferably digital Data. These regenerated data bits are decoded to be extracted from the serial bit stream hide and check the address bits can. If the information transmitted matches that on the module  set address, the data bits are output and in analog voltages or currents are transformed.

Dem folgenden Leistungssteller dienen diese Analogwerte als Sollgröße zur Einstellung einer proportionalen Leistung bzw. Helligkeit. Diese Leistungsregelung innerhalb der Helligkeitssteuerung erfolgt vorzugsweise durch Pulsweitenmodulation (PWM), durch Phasenanschnittsteuerung, wird durch ähnliche artverwandte Steuerungen realisiert oder erfolgt durch regelbaren Vorwiderstand.These analog values serve as the following power controller Target size for setting a proportional power or Brightness. This power regulation within the brightness control is preferably carried out by pulse width modulation (PWM) Phase control, is related by similar Controls are implemented or carried out by means of an adjustable series resistor.

Durch dieses Konzept der Adressdecodierung ist es möglich, jede Halogenleuchte mit einer Nummer zu versehen und damit individuell anzusteuern.This concept of address decoding makes it possible for everyone Halogen lamp with a number and thus individual head for.

Die Helligkeitssteuerung kann sowohl für den Niederspannungsbereich, wie beispielsweise 12 Volt, als auch für Hochspannungsbereiche, wie 115 Volt oder 230 Volt, eingesetzt werden.The brightness control can be used for both Low voltage range, such as 12 volts, as well High voltage areas, such as 115 volts or 230 volts, are used become.

Die Helligkeitssteuerung ist neben Halogenlampen und Glühlampen auch für Fluoreszenzlampen und Hochdrucklampen über in die oder an die jeweiligen Lampensockel implementierbare bzw. integrierbare Module geeignet.The brightness control is next to halogen lamps and incandescent lamps also for fluorescent lamps and high pressure lamps over in or on the respective lamp base can be implemented or integrated Suitable for modules.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel (Fig. 1) näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment ( FIG. 1).

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Schaltungs­ aufbau einer Helligkeitssteuerung für Leuchtmittel. Fig. 1 shows a schematic representation of a circuit structure of a brightness control for lamps.

Der Gleichrichter 1 ist so ausgelegt, daß er sowohl den Lampenstrom (Laststrom) als auch den Schaltungsstrom liefern kann. Mit Hilfe des Spannungsreglers 2 wird eine konstante Spannung von 5 Volt dc er­ zeugt, womit sämtliche integrierten Bauteile und passiven Komponenten versorgt werden. The rectifier 1 is designed so that it can deliver both the lamp current (load current) and the circuit current. With the help of the voltage regulator 2 , a constant voltage of 5 volts dc is generated, which supplies all integrated components and passive components.

Durch Infrarotstrahlung übertragene Daten werden von einer Photodiode 3a empfangen und in Ströme umgewandelt. Diese sehr schwachen Signale werden im Verstärker 3b gefiltert, verstärkt und an den Frequenzdetector 4 weitergegeben. Der Frequenzdetector hat die Aufgabe, daß die Daten, welche durch Modulation auf einen höherfrequenten Hilfsträger aufgebracht wurden, wieder auszusieben und zu regenerieren. Um nun diesen Datenstrom wieder in Adress- und Datenbits trennen zu können, werden die Daten im Decoder 5 decodiert und die Adressbits mit der gewählten Adresseinstellung 6 verglichen. Bei Übereinstimmung werden die Datenbits an den D/A- Wandler 7 gelegt und in eine entsprechend analoge Spannung konvertiert.Data transmitted by infrared radiation are received by a photodiode 3 a and converted into currents. These very weak signals are filtered in amplifier 3 b, amplified and passed on to frequency detector 4 . The frequency detector has the task of sifting out and regenerating the data which have been applied to a higher-frequency subcarrier by modulation. In order to be able to separate this data stream again into address and data bits, the data are decoded in decoder 5 and the address bits are compared with the selected address setting 6 . If they match, the data bits are applied to the D / A converter 7 and converted into a correspondingly analog voltage.

Zur Realisierung von Arbeitspunkteinstellungen wird dem Analogwert im Addierer 8 eine regelbare Offsetspannung 9 aufsummiert und im Operationsverstärker 10 um einen konstanten Faktor verstärkt.To implement operating point settings, a controllable offset voltage 9 is added to the analog value in the adder 8 and amplified in the operational amplifier 10 by a constant factor.

In dem Pulsweitenmodulator (PWM) 11 wird durch Variation der Puls­ breite bei konstanter Frequenz, erzeugt im Rechteckgenerator 12, eine dem Sollwert proportionale Leistung eingestellt. Der Treiber 13 dient lediglich zum sicheren Ansteuern des Leistungsschalters 14, hier bei­ spielsweise ein n-Kanal Mosfet und zur Realisation der Schutz­ funktionen, wie beispielsweise der Temperatur und Stromüberwachung. Anstatt der PWM 11 könnte auch eine Phasenanschnittsteuerung zum Einsatz kommen, wobei der Vorteil in einer einfacheren bzw. nicht notwendigen Gleichrichtung liegt. Dieser Vorteil wird aber durch eine aufwendigere Kontroll- und Ansteuerschaltung erkauft.In the pulse width modulator (PWM) 11 by varying the pulse width at constant frequency, generated in the square wave generator 12 , a power proportional to the setpoint is set. The driver 13 is only used to safely control the circuit breaker 14 , here for example an n-channel MOSFET and to implement the protective functions, such as temperature and current monitoring. Instead of the PWM 11 , a phase control could also be used, the advantage being a simpler or unnecessary rectification. However, this advantage is paid for by a more complex control and control circuit.

Die Schaltung kann idealerweise auch mit einem Funkempfänger ausgestattet werden, wobei die Vorteile in einer höheren Reichweite liegen, Wände und Türen durchdrungen werden und eine höhere Störunempfindlichkeit sowie eine höhere Übertragungssicherheit gewährleistet wird.The circuit can ideally also be used with a radio receiver be equipped, with the advantages in a longer range lying, walls and doors are penetrated and a higher one Immunity to interference and higher transmission security is guaranteed.

Claims (13)

1. Helligkeitssteuerung für Leuchtmittel dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtmittel innerhalb eines oder mehrerer Leuchtsysteme über Datenaustausch sowohl insgesamt als Einheit oder separat, jedes Leuchtmittel für sich, ansteuerbar sind, wobei der Datenaustausch optisch, über Infrarot, über Glasfaser, über Funk, akustisch, über gepulste Magnetfelder, über Trägerfrequenzverfahren oder mittels galvanischer Kopplung erfolgt, wobei die Steuerungsschaltung als Modul am oder im Leuchtmittel integriert ist.1. Brightness control for lamps characterized in that the lamps within one or more lighting systems via data exchange both as a unit or separately, each lamp can be controlled individually, the data exchange optically, via infrared, via glass fiber, via radio, acoustically, via pulsed magnetic fields, carried out using carrier frequency methods or by means of galvanic coupling, the control circuit being integrated as a module on or in the illuminant. 2. Helligkeitssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die elektrische Steuerschaltung realisierende Modul vor der Leuchtmittelfassung, in die Fassung des Leuchtmittels oder zwischen Fassung und Leuchtmittel integriert ist.2. brightness control according to claim 1, characterized, that the module implementing the electrical control circuit the bulb socket, in the bulb socket or is integrated between the socket and the lamp. 3. Helligkeitssteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die die integrierten Steuerschaltung enthaltende Fassung ein Modul einfügbar ist, welches Schutzfunktionen für das Leucht­ system gewährleistet.3. brightness control according to claim 1 and 2, characterized, that in the version containing the integrated control circuit a module can be inserted, which protective functions for the light system guaranteed. 4. Helligkeitssteuerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Steuerschaltung ein Modul für eine Soft-Start- Funktion integrierbar ist. 4. Brightness control according to one of the preceding claims, characterized, that a module for a soft start within the control circuit Function can be integrated.   5. Helligkeitssteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Module selbst aus dem Stromkreis des Leuchtsystems und/oder über eine eigene Stromversorgung mit Spannung versorgen.5. Brightness control according to claim 4, characterized, that the modules themselves from the circuit of the Lighting system and / or with its own power supply Supply voltage. 6. Helligkeitssteuerung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Modules sowohl die Funktionen "Ein- und Aus­ schalten", als auch die Funktion "Dimmen" implementiert sind, wo­ bei beide Funktionen unabhängig voneinander realisiert werden kann.6. Brightness control according to claim 4 or 5, characterized, that both the functions "On and Off switch ", as well as the function" dimming "are implemented where with both functions can be implemented independently of each other can. 7. Helligkeitssteuerung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Modul innerhalb der Helligkeitssteuerung eine einstell­ bare, feste Adresse zugeordnet werden kann.7. brightness control according to claim 4 to 6, characterized, that each module within the brightness control one bare, fixed address can be assigned. 8. Helligkeitssteuerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leistungsregelung innerhalb der Helligkeitssteuerung durch Pulsweitenmodulation (PWM), durch Phasenanschnitt­ steuerung, durch eine artverwandte Steuerung oder regelbaren Vorwiderstand erfolgen kann.8. Brightness control according to one of the preceding claims, characterized, that a power control within the brightness control through pulse width modulation (PWM), through phase control control, by a related control or adjustable Series resistor can take place. 9. Helligkeitssteuerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Helligkeitssteuerung sowohl für den Niederspannungs­ bereich als auch für den Hochspannungsbereich einsetzbar ist. 9. brightness control according to one of the preceding claims, characterized, that the brightness control for both the low voltage range as well as for the high voltage range.   10. Helligkeitssteuerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einsetzbaren Module sowohl für Gleichspannung als auch für Wechselspannung einsetzbar sind.10. Brightness control according to one of the preceding claims, characterized, that the modules that can be used for both DC voltage and can be used for AC voltage. 11. Helligkeitssteuerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Modulen parallel zusammengeschlossen werden und von lediglich einem Hauptcontroller separat angesteu­ ert werden.11. Brightness control according to one of the preceding claims, characterized, that a large number of modules are connected in parallel are controlled separately by only one main controller be recognized. 12. Helligkeitssteuerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Modul eine eigene Spannungsregelung zur Versorgung der elektrischen Bauteile besitzt, die aus der anliegenden Versorgungsspannung eine geregelte Gleichspannung zur Versorgung der elektronischen Bauteile erzeugt.12. Brightness control according to one of the preceding claims, characterized, that each module has its own voltage regulation for supply of the electrical components that come from the adjacent Supply voltage is a regulated DC voltage for Supply of electronic components generated. 13. Helligkeitssteuerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das neben Halogenlampen und Glühlampen auch Fluoreszenz­ lampen und Hochdruckampen über integrierbare Module regelbar sind.13. Brightness control according to one of the preceding claims, characterized, that in addition to halogen lamps and incandescent lamps, also fluorescence lamps and high-pressure lamps controllable via integrable modules are.
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