DE2017011A1

DE2017011A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von optischen Monofaden-Faserbändern für kohärente Faserskope

Info

Publication number: DE2017011A1
Application number: DE19702017011
Authority: DE
Inventors: P C03c 3-30 Antrag auf Nichtnennung
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: American Optical Corp
Priority date: 1969-05-15
Filing date: 1970-04-06
Publication date: 1970-12-03
Also published as: FR2044793A1; CA938092A; JPS4927709B1; US3607560A; FR2044793B1; NL7005719A; DE2017011B2; GB1259577A

Description

PATENTANWALT 2017011 D-I BERLIN 33 6.April 1970

MANFRED MIEHE Vli"*,"^!'

Telefon: (0311) 760?SO Diplom-Chemiker Telejrimme: PATOCHEM BERLIN

AO-1915

AM.E RICAN OPTICAL CORPORATION Southbridge, Nass. 01550,USA

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von optischen Monofaden-Faserbändern für kohärente Faserskope

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß werden optische Monofaden-Faserbänder vermittels Aufwickeln von Faserwindungen übereinander über einen kmrzen Abschnitt der Länge jedes Bandes, überführen der Windungen in ein genau übereinanderliegendes paralleles Verhältnis in dem Abschnitt des Bandes und Verkleben über den Abschnitt unter Halten desselben intakt für den Zusammenbau und Verkleben entsprechender Abschnitte einer Anzahl der Bänder in Form eines Faserskopkörpers ausgebildet.

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Faseroptik und insbeondere Verbesserungen an einem Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Monofäden-Bändern, wie sie zum Aufbau von Faserskopen angewandt werden.

Eine Voraussetzung für eine optimale Leistungsfähigkeit in ( einem bildübertragenden Faserskop besteht darin, daß gegenüberliegende Enden entsprechender Fasern der entsprechenden Struktur geometrisch identisches Muster besitzen.

Frühe Versuche,geometrisch identisch gemusterte stirnseitige Faserskopflachen herzustellen, bedingten das übereinanderstapeln langer Faserbänder übereinander, wobei deren gegenüberliegende Enden so genau wie möglich ausgerichtet wurden, siehe z.B. die US-Patentschrift 3 104 191. Diese Arbeitsweise ist langwierig, etwas schwierig auszuführen und nicht besonders gut für die Massenproduktion geeignet und ist in vielen Fällen zugunsten einer kürzlich entwickelten Arbeitsweise verlassen worden, wie sie beispielsweise durch die US-Patentschrift 3 033 731 wl.d.r,._g.b^ ,!„>. _0Q8e4g/t261

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Diese letztere Arbeitsweise schließt das Ausbilden von Faserskopen aus einer Anzahl übereinandergelegter endloser Bänder ein, und das Problem des Erzielens besser geometrisch gemusterter gegenüberliegender stirnseitiger Flächen wurde dadurch etwas erleichtert, daß derartige Flächen mit einem einzigen Schnitt ausgebildet wurden, der querseitig durch den Stapel der endlosen Bänder hindurchgeführt wurde. Die Bänder liegen jedoch jeweils in Form einer dicht gepackten Helix vor, wobei deren Windungen eine Ganghöhe eines Faserdurchmessers oder geringfügig größer besitzen, wodurch es erforderlich wird, den Stapeln der Bänder erhebliche Sorgfalt zuzuwenden, um so sicherzustellen, daß die Richtung des Helixwinkels in jedem Bande demjenigen der benachbarten Bänder entspricht. Wie dem einschlägigen Fachmann bekannt, führen sonst abwechselnde Bänder oder Lage der Fasern mit nicnt entsprechendem Helixwinkeln, d.h. einer entgegengesetzt gerichtet zu dem anderen zu schlecht geschliffenen und polierten, die Abbildung aufnehmenden und aussendenden Flächen eines Fasesskopes gegenüber dem Herstellen vermittels des Arbeitens mit einem einzigen Schnitt nach der US-Patentschrift 3 033 731.

Erfindungseraäß werden die Probleme ausgeräumt, wie sie mit dem Ausrichten des Helixwinkels während des Zusammenbaues der Faserskops truk türen auftreten, und erfindungsgemäß werden weiterhin die bisher auftretenden Schwierigkeiten ausgeräumt, die bei dem Ausbilden dicht gepackter Faserhelices auftreten, wobei das durchaus häufige Eintreten von übereinanderliegenden Windungen und/oder übermäßiger Abstand zwischen den Windungen es erforderlich macht, daß man .zum Herstellen geeigneter Faserbänder die langwierige und schwierige manuelle Packarbeit ausführt.

Erfindungsgemäß wird ein endloses Faserband so aufgewickelt, daß dessen Windungen übereinander über einen kurzen Abschnitt der Länge des Bandes vorliegen. Die Windungen werden sodann gleichzeitig in ein genau ausgerichtetes, übereiaandergelagertes Verhältnis zueinander über den Isssrzen Abschnitt des Bandes gebracht und miteinander verklebt unter Halten des Bandes intakt für den sich anschließenden Zusammenbau mit anderen ähnlichen

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Bändern einer Faserskopstruktür. Die verbleibenden Längen der Faser in dem endlosen Band, die schließlich den flexiblen Zwischenabschnitt des Faserskopes bilden und keine Ausrichtung zueinander erforderlich machen, läßt man sich wahllos ein eng gepacktes Verhältnis zueinander einnehmen, wodurch die mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme bezüglich der verwickelten Uberwecnung der Ganghöhe oder Flachwickelmechanismen vermieden werden. Bei den erfindungsgemäß ausgebildeten endlosen Bändern kann man weiterhin eine Faserskopanordnung einfach dadufch ausbilden, daß die Bänder miteinander Seite-an-Seite-Verhältnis ■erklebt werden, ohne daß man hier in der ansonsten üblichen Weise Sorge bezüglich der Ausrichtung des Helixwinkels tragen ä muß, oder daß man die endlosen Bänder jeweils ineinander anpassen muß.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung istjin der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 diagrammfOrmig in perspektivischer Ansicht eine erfindungsgemäße Arbeitsweise und Vorrichtung zum Herstellen der endlosen Faserbänder;

Fig. 2 eine weggebrochene vergrößerte Ansicht im Querschnitt allgeimLn längs der Linie 2-2 nach der Fig. 1;

Flg. 3 einen Querschnitt eines Segmentes der Vorrichtung nach der

Fig. 2, wobei der Ausrichtungsschritt bei dem erfindungs- λ gemäßen Verfahren zum Herstellen des Bandes erläutert ist;

Fig. 4 eine vergrößerte, weggebrochene Ansicht im Querschnitt allgemein längs der Linie 4-4 nach der Fig. 1;

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht im Querschnitt allgemein längs der Linie 5-5 nach der Fig.l;

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer Anordnung aus einer Mehrzahl der erfindungsgemäßen Faserbänder, aus denen ein Faserskop dadurch hergestellt werden kann, daß guerseitig durch das Bündel geschnitten wird, und

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Faserskopflache, wie sie vermittels Hindurchschneiden durch die Anordnung nach der Fig. 6 längs der Linie 7-7 ausgebildet wird.

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In den Fig. 1^15 1st eine erfindungsgemäße Arbeitsweise und Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen der endlosen Monofaden-Faserbänder wiedergegeben.

Unter Bezugnahme Insbesondere auf die Fig. 1 sieht man, daß eine gezogene optische Faser 10 um eine Trommel 12 vermittels Drehen der Trommel um deren Achse 14 unter Ausbilden des endlosen Bandes 16 gewickelt wird.

Die Fasertrommel 10 besteht vorzugsweise aus einem lichtleitenden Material mit einem Kern hohen Brechungsindexes, wobei das lichtleitende Material mit einem Material geringeren Brechungsindexes umkleidet ist, so daß das an einem Ende einer Länge der Faser eintretende Licht zu dem gegenüberliegenden Ende aufgrund des Prinzips der totalen Innenreflektion übertragenwird. Unabhängig davon, ob die Faser 10 aus Glas oder geeigneten Kunststoffmaterialien gefertigt ist, ist dieselbe ungewöhnlich flexibel und läßt sich leicht um die Trommel 12 wickeln. Bezüglich der Einzelheiten im Hinblick auf das Herstellen optischer Fasern, wie der Faser 10, und deren Funktion als lichtübertragende Vorrichtungen kann bezug genommen werdenw auf die US_ Patentsbhrift 3 033 731.

Die Trommel 12, auf der die Faser 10 aufgewickelt ist, ist mit einer Reihe abwechselnd ortefester und einstellbarer Faserstapelplatten 18 bzw. 20 versehen. Die Platten 18 und 20 sind in im Abstandsverhältnis vorliegenden Doppelreihen über die Länge der Trommel 12 ausgerichtet, und entsprechende Paare der Platten 18 und 20 in den Doppelreihen sind über die Trommel 12 so ausgerichtet, daß bei jeder Umdrehung der Trommel eine Windung der Faser 10 zwischen den Platten 18 und 20 jedes ausgerichteten Paares derselben aufgenommen wird, sobald die Faser 10 der Trommel in der in der Fig. 1 gezeigten Weise zugeführt wird.

Vor dem Aufwickeln eines Bandes 16 oder einer Anzahl derartiger Bänder auf der Trommel 12 werden die Platten 18 und 20 mit einem Abstandsverhältnis voneinander vorzugsweise größer als einem Durchmesser der Faser 10, jedoch kleiner als dem

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zweifachen Durchmesser der Faser 10 angeordnet, so daß bei jeder Umdrehung der Trommel 12 eine Windung der Faser 10 frei In den Raum zwischen den Platten 18 und 20 eintritt und gegen die Oberfläche der Trommel 12 oder gegen eine zuvor ausgebildete Windung der Faser zum Aufliegen gebracht wird. Da der Abstand zwischen den Platten 18 und 20 kleiner als zwei Faserdurchmesser ist, wird hierdurch eine Windung der Faser IO daran gehindert unter eine andere Windung zu gleiten.Mach außen verbreitert verlaufende obere Enden 22 der Platten führen die Windungen in den dazwischen liegenden Raum.

Durch Aufwickeln der Faser 10 zwischen den entsprechenden Paaren der Platten 18 und 20 und um das verbleibende Körperteil der Trommel 12 werden die Windungen 24 der Faser 10 übereinander zwischen den Platten 18 und 20 pfaktisch in der in der Fig. 2 gezeigten Weise gestapelt und wahllos miteinander über die verbleibenden Teile deren Längen gebündelt, wie es in den Fig. 1 und 5 gezeigt ist. Es sind V-förmige, die Fasern sammelnde Tröge 26 in Linien mit entsprechenden Paaren der Platten 18 und 20 an jeder der gegenüberliegenden Seiten der Platten angeordnet, d.h. die Seite der Trommel 12, nicht gezeigt, ist identisch mit der in der Fig. 1 gezeigten Seite derselben)'. Die Tröge 26 halten die gebündelten Teile der Faserwindungen in Linie mit Teilen der Windungen, die durch den Raum zwischen den Platten 18 und 20 hindurchtreten. .

Unter Bezugnahme insbesondere aufpie Fig. 2 ergibt sich, daß die Platten 18 an einem Segment der Trommelwickeloberfläche angeschweißt oder in anderer Weisejhieran befestigt sind, während sich die Platten 20 durch öffnungen 30 in dem Segment 28 in ein Befestigungsverhältnis mit einem Schlitten 32 erstrecken, der sich unter dem Segment 28 in der Trommel befindet. Der Schlitten 32 ist längsseitig zu der Trommel 12 so einstellbar, daß alle Platten 20 in Richtung auf und weg von deren entsprechenden benachbarten Platten 18 bewegt werden können. Es wird die Einstellschraube. 34 für das Verriegeln des Schlittens 32 in den gewünschten Einstellagen angewandt. Ein einstellbarer Aaschlag 36 ist normalerweise so eingestellt, daß das Ausmaß der Bewegung der Platten 20 in einer Richtung weg von den Platten 18 auf eijen Betrag von kleiner als zwei Durchmessern der Faser 10 be-

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grenzt werden kann.

Nachdem der Schlitten 32 gegen den Anschlag 36 angeordnet und vermittels der Schraube 34 verriegelt worden ist, wird das oben beschriebene Aufwickeln des endlosen Bandes 16 einfach dadu£h bewirkt, daß das Zuführen der Faser 10 entsprechend einem ausgewählten Satz ausgerichteter Paare der Platten 18 und 20 und Drenen der Trommel 12 und deren Achse 14 erfolgt.

Im Anschluß an das Ausbilden der gewünschten Anzahl gestapelter Windungen 24 wird die Umdrehung der Trommel 12 unterbrochen, die Einstellschraube 34 wird gelöst und der Schlitten 32 in Richtung auf die Platten 18 so gezogen, daß der Stapel der Faserwindungen zwischen denselben festgezogen und in ein genau übereinander angeordnetes Verhältnis zueinander gebracht wird, wie es die Fig. 3 zeigt. Sodann wird die Einstellschraube 34 wiederum angezogen, um so das ausgerichtete Verhältnis der Windungen 24 beizubehalten*und ein Überzug aus einem geeigneten Klebstoff oder anderem Bindemittel 38 (Fig.4) "wird über eine oder beide Seiten des Stapels der Faserwlsradungen zwischen den Paaren der Platten 18 und 20 aufgestrichen oder in andererf Weise aufgebracht*

Nachdem man eine ausreichende Zeitspanne für das gründliche■ -" Abbindezijoder Trocknen des Klebstoffes 38 hat tierstreichen lassen, wird das Band IS aus deseenveingespanntejb' Zustand zwischen den " Platten 18 und 20 befreit,, indem die Einstellschraube 34 gelöst und der Schlitten 32 zurück gegen den Anschlag 36 bewegt wird.' Das verklebte Band 16 wird von der Troieiel 12 dadurch entfernt, daß das Segment'40 in die Trommel 12„ siehe Fig. 1, eingefahren und die Windungen 24 aus den Trögen 26 herausgehoben werden, wobei äisselbea zn einem Raum zwischen den Trögen bewegt und das gsstapelts Teil der Windtragen 24 aos dem Raum zwischen den Platten IB «ad 20 herausgehoben wirdo Das Band wird in Richtung auf ein Ende der Tromiasl 12 geführt und hiervon entfernt. Der den Schlitten 32 und das Segment 28 tragende Block 42 kann ebenfalls iß di© Troma©I 12 eingefahren werden, um so das Entfernen ä'ss Baader 16 oder der gesamten Einheit d@s Blockes 42 2u erleichternρ wobei der Schlitten 32 und das Segment 28 längsseitig aus der Trommel 12 hera«sgl@it©n !cetane» und mit sich die

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Faserbänder !6 tragen, die sodann In geeigneter Welse aus den Stapelplatten 18 und 20 herausgehoben werden können.

Es versteht sich, daß eine Anzahl endloser Bänder 16 entsprechend der Anzahl der Doppelpaare der Stapelplatten 18 und 20 nacheinander vermittels eines einzigen AufwickelVorganges dadurch ausgebildet werden kann, daß die zugeführte Faser 10 über die Trommel 12 zu aufeinanderfolgenden Bandaufwickellagen geführt wird. Die Länge der Faser 10, die über die Trommel 12 zwiscnen Paaren der Stapelplatten geführt wird, wird nach dem Verkleben aller F*€erbänder zerschnitten, um so die Bänder voneinander zu trennen.

Indem die zunächst miteinander verklebten Segmente 38 einer " Menrzanl an Bändern 16 gestapelt und miteinander verklebt worden ist, kann man einen Faserskopkörper 44 (Fig. 6) herstellen. Ein Schnitt querseitig durch den Körper 44 länge der Linie 7-7 führt sodann zur Ausbildung identisch geometrisch gemusterter stirnseitiger Flächen 46 des Faserskops, wobei eine derartige Fläche in der Figur 7 gezeigt ist.

Die Bänder 16 werden in einfacher, schneller und genauer Weise ausgebildet, ohne das Anwenden verwickelter und kostspieliger Aufwickelvorrichtungen und/oder des Erfordernisses des manuellen Packens der Windungen. Dieselben können sofort für ein Stapeln und Verkleben in einem Seite-an-Seite Verhältnis als fertige Faserskopkörper angewandt werden, ohne daß Probleme der wechsel- \ seItigen Anpassung ineinander oder besondere Vorkehrungen bezüglich der Ausrichtung des Helixwinkels der Windungen derselben vorliegen.

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Claims

j. ändert <"erdt·

Patentansprüche

1. Verfahren su* Herstellen endloser Bänder aus optischen Fasern für das Anwenden bei de« Herstellen von kohärenten Faserskopen, gekennselchnet durch die folgenden Arbelteschritteι

a) Aufwickeln einer kontinuierlichen Länge einer lichtleitenden Peaer um ein· Aufwlckeltromel, wobei aufeinanderfolgende Windungen derselben übereinander über entsprechende, relativ kurse Abschnitte deren Läng· gerichtet und die verbleibenden Längen der Windungen wahllos eng gebündelt zueinander vorliegen,

b) Teil· dieser Windungen in dan kurien Abschnitten in ein genau ausgerichtetes überelnnnderliegendes Verhältnis zueinander gebracht»

c) dies« Windungen Miteinander Ober die ausgerichteten, übereinanderliegenden Längen derselben verklebt und

d) das sich ergebende endlose Band von der Trofsael entfernt wird, wodurch eine Aniahl in dieser Weise auegebildeter derartiger Bänder in eine« Seite-an-Seite-Verhaltnis gebracht werden können, und hierbei entsprechende verklebte Teile derselben aneinander befestigt und querseltlg unter Ausbilden eines kohärenten Faserakops getrennt werden·

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gckennseichnet, daß die Abschnitt· der Windungen übereinander «wischen parallelen Stapelplatten an der Troeael angeordnet werden, wobei die Plattes in einen grOBeren Abstandsvorhältnis al· de» Durch* nesser der Faser entspricht, Jedoch in eine« kleineren Abstaadsverhältnis al* «wei Durchaessern der Faser entspricht, angeordnet werden, die Teil« der Windungen in den Abschnitten

■■··· ^PÄpe^jj^^^ft mpe^^sf^i s^^^pjpss^psM^s^^ ^·ί^ΡtP^P>^^^W^P·· ψ™*t##^a^ M|*'*J Ä ι|*^Ρ^τΑΡ^(Ηρ^^^Ρ·* 'ili^^'Ä^^^ %w^ ausgerichtet werden, daB die Stapelplatten in Richtung aufein-

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■esser verringert wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn««lehnet, dafl die verbleibenden Längen der Windungen Miteinander vermittele Aufwickeln derselben in Abschnitten von Trögen gebündelt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das eine Mehrzahl der Bänder im Abständeverhältnis längs der Trommel ausgehend von der kontinuierlichen Faserlänge dadurch aufgewickelt wird, daß die Faser Über die Trommel von einer Bandaufwickellage zu einer anderen geführt und die Faser zwischen jeden Band der Aufeinanderfolge der Hindungen unter Trennen der Bänder voneinander zertrennt wird.

5. Aufwickelvorrichtung zum Ausbilden endloser Faserbänder, deren Windungen in einen genau übereinanderliegenden Verhältnis sueinander über entsprechende relativ kurze Längen derselben gestapelt und verklebt sind, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) eine um ihre Achse (14) drehbar· Trommel (12) mit einer zylinder förmigen Aufwickelfläche,

b) einem ersten Paar von in ümfangerichtung im Abetandsverhältnss vorliegenden, nach oben gerichteten Faserstapelplatten (18), die an der Aufwickelfläche ortsfest vorliegen, sowie einem zweiten Paar ähnlicher Platten (20), deren jede in entsprechender Welse neben und parallel zu einer Platte des ersten Paares der Platten (19) angeordnet 1st und

c) eine Anordnung für da* Bewegen des zweiten Paares der Platten (20) in ftiohtung auf und weg von dem ersten Paar der Platten (18), wodurch ein Raum zwischen den Paaren der Platten (18,20) für die frei* Aufnahm· einer Windung (24) über einer anderen Windung der,Paser vorliegt, die zwischen denselben aufgewickelt worden let, sowie die Windungen (24) in ein genau ausgerichtete· übereinanderliegend·· Verhältnis durch die Bewegung der zweiten Platten (20) In Richtung auf die ersten Platten (18) gedrückt werden kann, für ein Verkleben in dem Raum zwischen de» Paaren der Platt·» und Ausbildung eines der Bänder (16).

6· Aufwickelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daft dl· Anordnung für da· Bewegen d·· zweiten Paar·· der Platten (2o( einen Schlitten (32) unter der Wiekeiflache aufweist, der läagsseitig zu der Trommel (12) beweglich ist, die Wickelfläche

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Offnungen (30) besitzt, di· mit de* Schlitten(32) benachbart su den ort·festen Platten in Vebindung stehen, durch die sich die zweiten Platten (20) erstrecken, die zweiten Platten (20) an dem Schlitten (32) zum Ausführen einer Bewegung in Richtung auf und weg von den ersten Platten (IB) in den öffnungen (30) zwecks Betätigen des Schlittens (32) befestigt sind.

7. Aufwickelvorricntung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dafi Fasersaameltröge (26) an der Aufwickelfläche benachbart zu jeder Seite des Paares der ersten (18) und zweiten (20) Platten vorgesehen sind, die Tröge (26) sich in Ümfangsrichtung bezüglich der Aufwickeloberfläche in einem ausgerichteten Verhältnis zueinander und dem Raum zwischen den Platten (18,20) so erstrecken, daß Längen der Windungen (24) aufgenommen werden, die sich nach außen hin bezüglich des Raums zwischen den Platten erstrecken und dazu führen, daß Längen der Faser wahllos innig miteinander verbündelt werden.

8. Aufwickelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl der ersten und zweiten Paare der nach oben Torspringenden Faserstapelplatteü (13,20) über die Länge der Aufwickelfläche vorliegen für das Ausbilden einer entsprechenden Mehrzahl an Bandwloke!Stationen.

9* Aufwickelvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dafl eine Mehrzahl der ersten und zweiten Paare der nach oben vorspringenden Faserstapelplatten (18,20) über die Länge der Aufwickelfläche für das Ausbilden einer entsprechdnden Mehrzahl an BandaufWickelstationen vorliegt, wobei alle Platten (£6,20) der zweiten Paare an dem Schlitten (32) für eine automatisch«;, und gleichseitige Bewegung derselben in Richtung auf und weg von den ortsfesten ersten Paaren der Platten (18) bei Betätigen des Schlittens (32) vorliegen.

10. Aufwickelvorrichtung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Aufvickelflach· in di· Trommel (12) einfahrbar 1st zwecks erleichtertem Entfernen der Binder (16) von der Oberfläche.

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