DE19929200A1 - Rotary selection switch system with magnetoresistive sensors has shaft whose rotation is transferred element mounted on different axis of rotation, on which permanent magnet is mounted - Google Patents
Rotary selection switch system with magnetoresistive sensors has shaft whose rotation is transferred element mounted on different axis of rotation, on which permanent magnet is mountedInfo
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Abstract
Description
Die Anmeldung betrifft ein Drehwahlschaltersystem für einen magnetoresisti ven Sensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The application relates to a rotary selector system for a magnetoresisti ven sensor according to the preamble of claim 1.
Ein derartiges Drehwahlschaltersystem ist z. B. in der noch nicht offen geleg ten deutschen Patentanmeldung 198 02 381.2 offenbart und beruht auf einer berührungslosen Winkelmessung mit magnetoresistiven Sensoren, wie sie z. B. beschrieben ist in Petersen A. et. al.: "Berührungslose Winkelmessung mit magnetoresistiven Sensoren", Elektronik, Bd. 43, Nr. 6, 22. März 1994, Seiten 91-93, XP000441008, oder in der DE 43 01 704 A1.Such a rotary selector system is such. B. in the not yet disclosed German patent application 198 02 381.2 discloses and is based on a non-contact angle measurement with magnetoresistive sensors, such as z. B. is described in Petersen A. et. al .: "Non-contact angle measurement with magnetoresistive sensors ", Electronics, Vol. 43, No. 6, March 22, 1994, pages 91-93, XP000441008, or in DE 43 01 704 A1.
Dabei ist an einem Ende einer drehbaren Welle eine asymmetrisch geteilte Drehwahlscheibe als Rastrad vorgesehen, welches an wohldefinierten Dreh winkelpositionen der Welle arretierbar ist. Am anderen Ende der drehbaren Welle ist ein Permanentmagnet angebracht, der sich im Wirkbereich eines magnetoresistiven Sensors (auch GMR-Sensor = giant magnetic resistive sen sor genannt) befindet. Derartige bekannte Drehwahlschaltersysteme werden beispielsweise zur Programmablaufsteuerung in Haushaltsgeräten wie z. B. Waschmaschinen, Wäschetrocknern oder Geschirrspülern eingesetzt. Dreht der Benutzer das Rastrad in eine bestimmte Winkelstellung, so wird der auf derselben Welle wie das Rastrad sitzende Permanentmagnet in eine bestimmte Drehwinkelstellung relativ zum magnetoresistiven Sensor gebracht. Die Inten sität eines vom magnetoresistiven Sensor erzeugten Signals ist dabei im we sentlichen proportional zum Sinus des Drehwinkels zwischen Permanent magnet und magnetoresistivem Sensor. Wird eine asymmetrische Teilung der Raststellungen des Rastrads gewählt, so ist es weiterhin möglich, vordefinier te, für die Auslösung bestimmter Programmfunktionen des Haushaltsgeräts anzusteuernde Raststellungen des Rastrads im Winkelbereich 0° bis 180° von solchen im Winkelbereich 180° bis 360° eineindeutig zu unterscheiden.There is an asymmetrically split at one end of a rotatable shaft Rotary dial provided as a ratchet wheel, which at well-defined rotation angular positions of the shaft can be locked. At the other end of the rotating A permanent magnet is attached to the shaft magnetoresistive sensors (also GMR sensor = giant magnetic resistive sen called sor). Such known rotary selector switch systems are for example for program sequence control in household appliances such. B. Washing machines, tumble dryers or dishwashers are used. Turns the user sets the ratchet wheel in a certain angular position, so the same shaft as the ratchet wheel permanent magnet in a certain Angular position brought relative to the magnetoresistive sensor. The Inten is a signal generated by the magnetoresistive sensor in the we considerably proportional to the sine of the angle of rotation between permanent magnet and magnetoresistive sensor. If an asymmetrical division of the Locked positions of the locking wheel selected, it is still possible to predefine te, for triggering certain program functions of the household appliance controlled locking positions of the locking wheel in the angle range 0 ° to 180 ° from to clearly distinguish those in the angular range 180 ° to 360 °.
Bei in der kommerziellen Fertigungspraxis verwendeten bekannten Drehwahl schaltersystemen mit magnetoresistiven Sensoren ist eine erste Welle samt aufgesetztem Rastrad und Permanentmagnet drehbar an einem ersten System träger (üblicherweise eine erste Systemleiterplatte, auf der sich auch noch wei tere elektronische Bauteile der Steuerung befinden können) angebracht. Der magnetoresistive Sensor ist zur Erzielung einer optimalen Signalempfindlich keit im wesentlichen zentrisch in Verlängerung der Drehachse der Welle und von dieser etwas beabstandet unter dem Permanentmagneten angebracht. Dies macht es erforderlich, für die Lagerung des magnetoresistiven Sensors einen zweiten Systemträger vorzusehen (bei welchem es sich üblicherweise auch um eine Systemleiterplatte mit weiteren elektronischen Komponenten für die Aus wertung der vom magnetoresistiven Sensor gelieferten Signale handelt). Zu sätzlich muß eine elektrische Verbindung zwischen den elektronischen Bautei len auf der ersten und der zweiten Systemleiterplatte in Form von z. B. Flach bandkabeln vorgesehen sein.With known rotary choice used in commercial manufacturing practice switch systems with magnetoresistive sensors is a first wave together attached ratchet wheel and permanent magnet rotatable on a first system carrier (usually a first system circuit board, on which white also tere electronic components of the controller can be attached). The Magnetoresistive sensor is sensitive to achieving optimal signal speed essentially centrally in extension of the axis of rotation of the shaft and from this attached somewhat spaced under the permanent magnet. This makes it necessary for the storage of the magnetoresistive sensor provide second system carrier (which is usually also a system circuit board with other electronic components for the off evaluation of the signals supplied by the magnetoresistive sensor). To In addition, there must be an electrical connection between the electronic components len on the first and the second system circuit board in the form of z. B. Flat ribbon cables are provided.
Hierdurch treten bei solchen Drehwahlschaltersystemen in der Fertigungspra
xis eine Reihe von Nachteilen auf:
Zum einen entsteht durch die Notwendigkeit, den oben beschriebenen ersten
und zweiten Systemträger beabstandet voneinander in einem Gehäuse des
Haushaltgeräts zu montieren und elektrisch miteinander zu verbinden, ein zu
sätzlicher Montagemehraufwand und damit zusätzliche Kosten. Weiterhin ist
aufgrund der Tatsache, daß der magnetoresistive Sensor in Verlängerung der
drehbaren Welle anzubringen ist, eine gewisse Mindestmontagetiefe im Gehäu
se des Haushaltsgeräts nötig. Dies führt beim Einbau in Haushaltsgerätetypen
mit gering bemessener Einbautiefe zu Problemen. Zudem besteht bei bestimm
ten Applikationen der Wunsch nach einer größtmöglichen Genauigkeit der Auf
lösung des eingestellten Drehwinkels zwischen Permanentmagnet und magne
toresistivem Sensor.As a result, a number of disadvantages occur in such rotary selector switch systems in manufacturing practice:
On the one hand, the need to mount the above-described first and second system carriers at a distance from one another in a housing of the household appliance and to electrically connect them to one another results in additional assembly effort and thus additional costs. Furthermore, due to the fact that the magnetoresistive sensor is to be attached in the extension of the rotatable shaft, a certain minimum installation depth in the housing of the household appliance is necessary. This leads to problems when installing in household appliance types with a small installation depth. In addition, in certain applications there is a desire for the greatest possible accuracy in resolving the set angle of rotation between the permanent magnet and the magneto-resistive sensor.
Die vorliegende Erfindung stellt die Maßnahmen gemäß Anspruch 1 zur Über windung dieser Nachteile bekannter Drehwahlschaltersysteme bereit. The present invention provides the measures according to claim 1 overcoming these disadvantages of known rotary selector switch systems.
Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der vor liegenden Erfindung.The dependent claims relate to advantageous embodiments of the lying invention.
Durch die Maßnahmen des Anspruchs 1 werden der magnetoresistive Sensor sowie der Permanentmagnet aus der Verlängerung der Drehachse der ersten drehbaren Welle genommen. Dadurch reduziert sich die Einbautiefe des erfin derischen Drehwahlschaltersystems.By the measures of claim 1, the magnetoresistive sensor as well as the permanent magnet from the extension of the axis of rotation of the first rotatable shaft taken. This reduces the installation depth of the erfin derischer rotary selector switch system.
Erfolgt die Übertragung der Drehbewegung zwischen der Welle sowie dem drehbaren Element, auf das der Permanentmagnet aufgesetzt ist, mittels eines Übertragungsgetriebes, so kann die Drehbewegung des Permanentmagneten relativ zur Drehbewegung der ersten Welle untersetzt und dadurch sehr fein aufgelöst werden, so daß sich die Einstellgenauigkeit der Drehwinkelposition des Permanentmagneten relativ zum magnetoresistiven Sensor erhöht.Is the transmission of the rotational movement between the shaft and the rotatable element on which the permanent magnet is placed by means of a Transmission gear, so the rotational movement of the permanent magnet geared down relative to the rotary motion of the first shaft and therefore very fine be resolved so that the setting accuracy of the rotational angle position of the permanent magnet increased relative to the magnetoresistive sensor.
Das erfindungsgemäße Drehwahlschaltersystem kann wahlweise auf einem Schaltungsträger angebracht sein. Somit können in der Fertigungspraxis Mon tagemodule verwendet werden, die wahlweise eine kompakte Kompletteinheit bilden oder aber die Art der Anbindung an haushaltsgerätespezifische Schal tungsträger für den magnetoresistiven Sensor offenlassen.The rotary selector switch system according to the invention can optionally on one Circuit carrier be attached. Thus, in manufacturing practice Mon day modules can be used, optionally a compact complete unit form or the type of connection to household appliance-specific scarf Leave the carrier for the magnetoresistive sensor open.
Die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen.The advantages and features of the present invention also result from the following explanation of exemplary embodiments in connection with the drawings.
Es zeigenShow it
Fig. 1 einen Schnitt durch die wesentlichen Komponenten eines erfindungs gemäßen Drehwahlschaltersystems in der Schnittebene I-I der Fig. 2; Figure 1 shows a section through the essential components of a rotary selector switch system according to the Invention in the sectional plane II of Fig. 2.
Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigten Komponenten; FIG. 2 is a top view of the components shown in FIG. 1;
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines kompletten Gehäuses eines er findungsgemäßen Drehwahlschaltersystems von oben, bei dem der obere Teil einer Gehäuseabdeckung weggelassen ist; Fig. 3 is a perspective view of a complete housing of a rotary switch system according to the invention from above, in which the upper part of a housing cover is omitted;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines kompletten Gehäuses eines erfin dungsgemäßen Drehwahlschaltersystems von unten, bei dem der magnetoresistive Sensor auf einem Schaltungsträger gelagert ist; Fig. 4 is a perspective view of a complete housing of an inventive rotary selector switch system from below, in which the magnetoresistive sensor is mounted on a circuit carrier;
Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende perspektivische Ansicht bei dem der magnetoresistive Sensor mit einem Kontaktelement zur Anbindung an weitere Einheiten versehen ist, und Fig. 5 is a Fig. 4 corresponding perspective view in which the magnetoresistive sensor is provided to further units with a contact element for the connection, and
Fig. 6 eine Draufsicht von oben auf ein asymmetrisch geteiltes Rastrad, wie es in einem erfindungsgemäßen Drehwahlschaltersystem verwendbar ist. Fig. 6 is a plan view from above of an asymmetrically split ratchet wheel, as it can be used in a rotary selector system according to the invention.
Fig. 1 und 2 zeigen die wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßes Drehwahlschaltersystems 1 in einer Schnittdarstellung bzw. in Draufsicht. Fig. 1 and 2 show the main components of an inventive rotary selector switch system 1 in a sectional view and in plan view.
Auf einer drehbar in einem Lager (in Fig. 1 nicht gezeigt) gelagerten Welle 2 ist ein Rastrad 3 formschlüssig aufgesetzt. Auf der Welle 2 ist weiterhin ein erstes Zahnrad 4 ausgebildet. Dieses greift mit seinen Zähnen in ein versetzt zur er sten Welle angeordnetes zweites Zahnrad 5. In dem zweiten Zahnrad 5 ist ein Permanentmagnet 6 eingelassen. Der Permanentmagnet 6 ist mit dem zweiten Zahnrad 5 im Wirkbereich eines magnetoresistiven Sensors 7 drehbar angeord net. Der magnetoresistive Sensor 7 ist auf einem Schaltungsträger 8 ange bracht, der eine elektronische Auswertungseinheit (nicht gezeigt) zur Auswer tung der vom Sensor 7 gelieferten Signale umfassen kann.On a shaft 2 rotatably mounted in a bearing (not shown in FIG. 1), a ratchet wheel 3 is positively placed. A first gear 4 is also formed on the shaft 2 . This engages with his teeth in an offset to the most shaft arranged second gear 5 . A permanent magnet 6 is embedded in the second gear wheel 5 . The permanent magnet 6 is rotatably arranged with the second gear 5 in the effective range of a magnetoresistive sensor 7 . The magnetoresistive sensor 7 is placed on a circuit carrier 8 , which may comprise an electronic evaluation unit (not shown) for evaluating the signals supplied by the sensor 7 .
Das Zahnrad 4 und das Zahnrad 5 bilden ein Übertragungsgetriebe zur Über tragung der Drehbewegung der ersten Welle 2 auf den Permanentmagneten 6. Durch geeignete Wahl des Übersetzungsverhältnisses zwischen den beiden Zahnrädern 4 und 5 ist es möglich, die Drehbewegung der Welle 2 (bzw. des darauf angebrachten Rastrads 3) um die Drehachse D1 in eine entsprechende langsamere Drehbewegung des Permanentmagneten 6 um die bei dieser Aus führungsform parallel zur Drehachse D1 verlaufende Drehachse D2 zu unter setzen. Damit verbunden ist die Möglichkeit, den Drehwinkel des Permanent magneten 6 relativ zum magnetoresistiven Sensor 7 in sehr feine Inkremente aufzulösen und dadurch die effektive Signalempfindlichkeit des Sensors 7 ge genüber der Drehung des Rastrads 3 zu vergrößern.The gear 4 and the gear 5 form a transmission gear for transferring the rotational movement of the first shaft 2 on the permanent magnet 6th By a suitable choice of the gear ratio between the two gears 4 and 5 , it is possible to rotate the shaft 2 (or the ratchet wheel 3 mounted thereon) about the axis of rotation D1 in a corresponding slower rotary movement of the permanent magnet 6 by the form parallel to this embodiment Set axis of rotation D1 below axis of rotation D2. Associated with this is the possibility of resolving the angle of rotation of the permanent magnet 6 relative to the magnetoresistive sensor 7 in very fine increments and thereby increasing the effective signal sensitivity of the sensor 7 compared to the rotation of the ratchet wheel 3 .
Wie in Fig. 2 gezeigt kann der Schaltungsträger 8 für den magnetoresistiven Sensor 7 mit Kontaktsteckelementen 9 versehen sein, die ein Einstecken des Schaltungsträgers 8 in korrespondierende Verbindungselemente (nicht gezeigt) ermöglichen. Durch diese Maßnahme ergibt sich eine einfache Möglichkeit, ei ne sichere mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem magnetore sistiven Sensor 7 bzw. des mit ihm verbundenen Drehwahlschaltersystems 1 und z. B. einem Haushaltsgerät zu schaffen, in welchem das Drehwahlschalter system einzusetzen ist.As shown in FIG. 2, the circuit carrier 8 for the magnetoresistive sensor 7 can be provided with contact plug elements 9 , which enable the circuit carrier 8 to be inserted into corresponding connecting elements (not shown). This measure results in a simple possibility, egg ne safe mechanical and electrical connection between the magnetoresistive sensor 7 and the rotary selector switch system 1 connected to it and z. B. to create a household appliance in which the rotary selector system is to be used.
Auf der Welle 2 aufgesetzt sind ein oder mehrere Schaltnocken 16 (in Fig. 2 hintereinander gestaffelt angeordnet) deren Funktion in Verbindung mit Fig. 3 erläutert wird.Mounted on the shaft 2 are one or more switching cams 16 (staggered in FIG. 2) whose function is explained in connection with FIG. 3.
Fig. 3 zeigt einen Blick in das von oben geöffnete Gehäuse 10 eines kommer ziell einsetzbaren erfindungsgemäßen Drehwahlschaltersystems. Identische Bezugszeichen bezeichnen Komponenten, die bereits in Verbindung mit Fig. 1 und 2 ausführlich diskutiert worden sind. Das Gehäuse besteht bevorzugter weise aus zwei Teilen, wodurch eine einfache und rationelle Fertigung im Kunststoffspritzgießverfahren möglich ist. Das Gehäuseunterteil 10a (in Fig. 3 ist das Gehäuseoberteil nicht gezeigt) stellt ein Aufnahmelager für die Welle 2 bereit. Das Gehäuse ist optional mit Rastzungen 11 versehen. Fig. 3 shows a view of the housing 10, opened from above, of a rotary selector system according to the invention, which can be used commercially. Identical reference numerals denote components which have already been discussed in detail in connection with FIGS. 1 and 2. The housing preferably consists of two parts, which enables simple and efficient production in the plastic injection molding process. The lower housing part 10 a (in Fig. 3, the upper housing part is not shown) provides a receiving bearing for the shaft 2 . The housing is optionally provided with locking tongues 11 .
Im Gehäuseunterteil sind erste und zweite Schaltkontakte 17 und 18 vorgese hen. Wird die Welle 2 gedreht, so kommen (in Fig. 3 von der Welle 2 verdeckte) Schaltnocken 16 in Kontakt mit korrespondierenden ersten Schaltkontakten 17 und lenken diese aus, bzw. geben die ersten Schaltkontakte 17 beim Weiterdre hen der Welle 2 frei. Dadurch kommt es abhängig vom Drehwinkel der Welle 2 und der darauf angebrachten Schaltnocken zu einem Öffnen oder Schließen des elektrischen Kontakts zwischen den ersten und zweiten Schaltkontakten 17 und 18. Dadurch können weitere elektrische Schaltungsfunktionen ausgeübt werden. Insbesondere kann dann, wenn eine Versorgungsspannung über die Schaltkontakte 17 und 18 geführt wird, durch das Eingreifen der Schaltnocken 16 in die oberen Schaltkontakte 17, bzw. ein Lösen der Schaltnocken 16 von den Schaltkontakten 17 eine Trennung bzw. ein Anschließen an eine Netzver sorgungsspannung realisiert werden.In the lower housing part first and second switching contacts 17 and 18 are hen vorgese. If the shaft 2 is rotated, switching cams 16 (which are covered by the shaft 2 in FIG. 3) come into contact with corresponding first switching contacts 17 and deflect them, or release the first switching contacts 17 when shaft 2 continues to rotate. As a result, depending on the angle of rotation of the shaft 2 and the switching cams mounted thereon, the electrical contact between the first and second switching contacts 17 and 18 is opened or closed. This allows further electrical circuit functions to be performed. In particular, when a supply voltage is passed through the switching contacts 17 and 18 , by the engagement of the switching cams 16 in the upper switching contacts 17 , or a release of the switching cams 16 from the switching contacts 17, a disconnection or connection to a power supply voltage can be realized become.
Fig. 4 und 5 zeigen perspektivische Ansicht eines kompletten Gehäuses eines erfindungsgemäßen Drehwahlschaltersystems von unten. In Fig. 4 ist eine Ausführungsform zu sehen, bei der ein ein erfindungsgemäßes Drehwahl schaltersystem umschließendes Gehäuse 10 mittels der Rastzungen 11 in hier zu korrespondierende Aufnahmeöffnungen 12 eines Schaltungsträgers 13 ein geschnappt ist. Durch diese Maßnahmen wird ein kompakter Aufbau erzielt, und die aus Drehwahlschaltersystem (Gehäuse 10) sowie Schaltungsträger 13 bestehende Baugruppe läßt sich als Gesamteinheit in passenden Aufnah meräumen in Haushaltsgeräten oder ähnlichem einbauen. FIGS. 4 and 5 are perspective view of a complete housing of a rotary selector switch system of the invention from below. In FIG. 4, an embodiment is shown in which a an inventive rotary selector switch system enclosing housing 10 by means of the locking tongues 11 in here to corresponding receiving holes 12 of a circuit carrier 13 a is snapped. Through these measures, a compact structure is achieved, and the assembly consisting of rotary selector switch system (housing 10 ) and circuit carrier 13 can be installed as a whole unit in suitable receptacles in household appliances or the like.
In Fig. 5 ist ein Gehäuse eines komplettes Drehwahlschaltersystems gezeigt, welches nicht mit einem derartigen Schaltungsträger 13 verbunden ist. Statt dessen sind die bereits in Verbindung mit Fig. 2 erläuterten Kontaktsteckele mente 9 auf dem Schaltungsträger 8 zu erkennen. Diese können beim Einbau in ein Gerätegehäuse mit geeigneten Verbindungselementen (nicht gezeigt) in Kontakt treten, um einen elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktsteckele menten 9 und weiteren Komponenten zu bewerkstelligen.In FIG. 5, a housing of a complete rotary selector switch system is shown, which is not connected to such a circuit carrier 13. Instead, the Kontaktsteckele elements 9 already explained in connection with FIG. 2 can be seen on the circuit carrier 8 . These can come into contact with suitable connecting elements (not shown) when installing in a device housing in order to bring about an electrical contact between the Kontaktsteckele elements 9 and other components.
Fig. 6 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Rastrads 3 samt zugehörigen Rastmitteln, wie sie in einem erfindungsgemäßen Drehwahlschaltersystem Verwendung finden. Das Rastrad 3 ist an seinem äußeren Umfang mit Rast kerben 14 versehen, in die ein unter Federspannung stehender Raststößel 15 eingereift. Dadurch sind das Rastrad 3 sowie alle mit ihm drehbar verbunde nen Komponenten des Drehwahlschaltersystems 1 in wohldefinierten Raststel lungen arretierbar. Die Rastkerben 14 sind längs des Umfangs in zwei Grup pen (Positionen "1" bis "12" bzw. zugeordnete Drehwinkel im Bereich von 0° bis 180° sowie Positionen "13" bis "23" bzw. zugeordnete Drehwinkel im Bereich von 180° bis 360°) asymmetrisch zur 0°-180° Linie angeordnet. Dadurch ist auch dann, wenn die Intensität des im magnetoresistiven Sensors 7 erzeugten Signals vom Sinus des Drehwinkels zwischen Permanentmagnet 6 und des magnetoresistiven Sensors 7 abhängt, möglich, im gesamten Drehwinkelbe reich von 0° bis 360° eine eineindeutige Zuordnung zwischen Signalstärke und momentaner Rastposition zu erzielen, obwohl die trigonometrische Sinusfunk tion bekanntermaßen eine Periodizität aufweist, so daß sich die Sinuswerte der Drehwinkel α und 180°-α bzw. 180°+α und 360°-α nicht unterscheiden. Fig. 6 shows a possible embodiment of a ratchet wheel 3 together with the associated latching means, as used in the present invention a rotary switch system. The ratchet wheel 3 is provided on its outer circumference with notches 14 into which a spring-loaded ram 15 is ripened. As a result, the ratchet wheel 3 and all components of the rotary selector switch system 1 rotatably connected with it can be locked in well-defined latching positions. The notches 14 are along the circumference in two groups (positions "1" to "12" or assigned rotation angles in the range from 0 ° to 180 ° and positions "13" to "23" or assigned rotation angles in the range of 180 ° up to 360 °) arranged asymmetrically to the 0 ° -180 ° line. As a result, even if the intensity of the signal generated in the magnetoresistive sensor 7 signal from the sine of the angle of rotation between permanent magnet 6 and the magnetoresistive sensor 7 dependent, it is possible in the entire Drehwinkelbe range of 0 ° to 360 °, a one-one correspondence between signal strength and current latching position to achieve, although the trigonometric sinus function is known to have a periodicity, so that the sine values of the angles of rotation α and 180 ° -α or 180 ° + α and 360 ° -α do not differ.
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