DE2127490A1

DE2127490A1 - Schalteinrichtung zur Erzeugung einer Schrittbewegung eines Gliedes

Info

Publication number: DE2127490A1
Application number: DE19712127490
Authority: DE
Inventors: Donald Eugene; Sidhu Mohanjit Singh; Cambridge Ohio Landis (V.StA.). M
Original assignee: NCR
Current assignee: NCR
Priority date: 1970-06-05
Filing date: 1971-06-03
Publication date: 1972-01-27
Also published as: ZA713055B; FR2095927A5; GB1323501A; CA929377A; CH519126A; SE390282B; US3668942A; ES391659A1; BE768063A

Description

THE NATIONAL CASH REGISTER COMPANY Dayton, Ohio (V.St.A.)

Patentanmeldung

Unser Az: 1300/Germany

SCHALTEINRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG EINER SCHRITTBEWEGUNG EINES GLIEDES ___________

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung zur Erzeugung einer Schrittbewegung eines Gliedes. Eine solche Schalteinrichtung kann z.B. verwendet werden zur Bewegung eines Materialstreifens zu einer Druckstat ion. Der Materialstreifen kann beispielsweise ein Streifen von Anhängern oder Etiketten sein, auf denen streifenförmige Farbmarkierungen aufgedruckt werden, die codierte Informationen darstellen. Der Materialstreifen kann auch ein Farbband sein, das zum Drucken der genannten streifenförmigen Farbmarkierungen verwendet wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer einfach konstruierten Schalteinrichtung vorstehend beschriebenen Typs.

Demgemäß geht die Erfindung aus von einer Schalteinrichtung zur Erzeugung einer Schrittbewegung eines Gliedes, mit einer drehbar gelagerten Schaltwelle und Antriebsmitteln zur Erzeugung einer schrittweisen Drehbewegung der Schaltwelle in einer Drehrichtung, wobei die schrittweise gedrehte Schaltwelle die Schrittbewegung des Gliedes bewirkt.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel enthalten: eine auf der Schaltwelle gelagerte Kupplungsvorrichtung, die auf die Schaltwelle kuppelnd einwirkt, wenn ihre Betätigung in einer ersten Richtung zum Antreiben der Schaltwelle erfolgt, und die bei Betätigung in einer zweiten Richtung nichtkuppelndauf die Schaltwelle einwirkt, eine hin- und herbewegbare

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Betätigungsvorrichtung für die Kupplungsvorrichtungj eine Nockenscheibenvorrichtung zum Steuern der Betätigungsvorrichtung und eine Anhaltevorrichtung zum Anhalten der Bewegung der Schaltwelle bei Beendigung eines Drehschrittes.

Die Erfindung wird an Hand von vier Ausführungsbeispielen beschrieben, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Schalteinrichtung zur Erzeugung einer Schrittbewegung eines Materialstreifens, z.B. eines Etikettstreifens oder eines Farbbandes,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Schalteinrichtung gemäß einem zweiten abgewandelten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der in Fig. 1 gezeigten 'Schalteinrichtung- gemäß einem dritten abgewandelten" Ausführungsbeispiel und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der in Fig. 3 gezeigten Schalteinrichtung gemäß einem vierten abgewandelten Ausführungsbeispiel.

Die in Fig. 1 gezeigte Schalteinrichtung enthält eine Schaltwelle 20, deren rechtes Ende (Fig. 1) ein Schaltrad 21 trägt. Während einer Schaltoperat ion wird das Schaltrad 21 in Gegenuhrzeigerrichtung (gemäß Blickrichtung nach Fig. 1) gedreht. Das Schaltrad 21 befindet sich normalerweise in Anlage mit einem nicht gezeigten Materialstreifen, wobei der Transport des Materialstreifens dadurch bewirkt wird, daß letzterer durch eine nicht gezeigte Andruckrolle gegen das Schaltrad 21 gedrängt wird.

Zwei Lager 22 stützen die Schaltwelle 20 ab, die mit einer Kupplungsvorrichtung 23 zusammenwirkt. Die Kupplungsvorrichtung kann eine Rollenfreilaufkupplung sein. Ein Nockenfolgearm 24 ist mit seinem einen Ende mit der Rollenfreilaufkupplung 23 verbunden. Die Rollenfreilaufkupplung 23 wirkt kuppelnd auf die Schaltwelle

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ein, wenn erstere in der einen Drehrichtung gedreht wird, nicht jedoch, wenn ihre Drehung in der anderen Drehrichtung, d.h. in der Gegenrichtung erfolgt. Das andere Ende des Nockenfolgearmes ist als Anker 28 ausgebildet, der normalerweise unter dem Einfluß einer Feder 26 in Anlage mit einer Nockenscheibe 25 gedrängt wird. Die Feder- 26 ist zwischen dem Nockenfolgearm 24 und einem ortsfesten Gestellglied (nicht gezeigt) gespannt. Die Nockenscheibe sitzt auf einer Nockenwelle 27, die durch eine nichtgezeigte Antriebsvorrichtung gedreht wird. Der Anker 28 des Nockenfolgearmes befindet sich unmittelbar benachbart neben einem elektromagnetischen Steuerglied 30. Wird der Nockenscheibe 25 durch die Nockenwellen eine Drehbewegung erteilt, dann erfolgt eine Verschwenkung des Nockenfolgearmes 24 in Uhrzeigerrichtung und daraufhin in Gegenuhrzeigerrichtung um die Schaltwelle 20. Erreicht der Nockenfolgearm seine äußerste Gegenuhrzeigerstellung, dann befindet sich der Anker 28 in größter Nähe zu dem elektromagnetischen Steuerglied 30, so daß, wenn der dem Steuerglied zugeordnete Elektromagnet zu diesem Zeitpunkt erregt sein sollte, der Anker 28 in dieser Stellung festgehalten wird, wodurch der Nockenfolgearm 24 außer Anlage mit der Nockenscheibe 25 gehalten wird.

An dem dem Schaltrad 21 abgekehrten Ende der Schaltwelle 20 ist eine Rutschkupplung 29 vorgesehen, die eine ortsfeste Scheibe 31 und zwei Scheiben 32 und 33 enthält, die an der Schaltwelle 20 befestigt sind. Die ortsfeste Scheibe 31 arbeitet reibungsschlüßig mit den Scheiben 32 und 33 zusammen. Beim Leerlauf der Schalteinrichtung rotiert die Nockenwelle 27 und der Nockenfolgearm 24 ist durch das elektromagnetische Steuerglied 30 verklinkt. Soll der, Materialstreifen in eine Druckstation (nicht gezeigt) bewegt \ werden, dann erfolgt eine Aberregung des elektromagnetischen , < Steuergliedes 30, wenn der höchste Abschnitt der Nockenscheibe 25 sich in größter Nähe zu dem elektromagnetischen Steuerglied 30 befindet. Die Aberregung des elektromagnetischen Steuergliedes gestattet es, daß die Feder 26 den Npckenfolgearm 24 in Anlage

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mit der Nockenscheibe 25 bewegt. Der Nockenfolgearm 24 wird dabei abwärts durch den Einfluß der Feder 26 und der Nockenscheibe 25 bewegt. Wenn der Nockenfolgearm 24 abwärts schwingt, erfolgt ein Überlaufen der Rollenfreilaufkupplung 23, wobei sie sich frei auf der Schaltwelle 20 dreht. Bei fortgesetzter Drehbewegung der Nockenscheibe 25 erreicht der Nockenfolgearm 24 das Ende seiner AbwärtsverSchwenkung, wonach er beginnt, sich aufwärts zu bewegen. Bei dieser Aufwärtsbewegung greift die Rollenfreilaufkupplung 23 kuppelnd auf die Schaltwelle 20 ein und dreht

" diese dadurch in Gegenuhrzeigerrichtung um einen Winkelbetrag, der der Aufwärtsbewegung, d.h. der Aufwärtsverschwenkung des Nockenfolgearmes 24 entspricht. Diese Drehbewegung der Schaltwelle 20 bewirkt auch eine Drehbewegung des Schaltrades 21, das dann den Materialstreifen um eine vorbestimmte Strecke bewegt, die bestimmt ist durch das Ausmaß der Winkelbewegung der Schaltwelle 20 in Gegenuhrzeigerrichtung.

Erreicht der Nockenfolgearm 24 den obersten Punkt seiner Aufwärtsbewegung, dann kann der Nockenfolgearm 24 zu diesem Zeitpunkt durch Erregung des elektromagnetischen Steuergliedes 30 festgehalten werden oder, falls die Durchführung einer weiteren Operation gewünscht ist, wieder seine Abwärtsbewegung fortführen,

k wobei dann natürlich das elektromagnetische Steuerglied 30 in seinem aberregten Zustand gehalten wird. Aus der beschriebenen Anordnung ergibt sich, daß die Rollenfreilaufkupplung 23 eine Drehbewegung der Schaltwelle 20 nur in Gegenuhrzexgerrxchtung bewirkt.

Während der Gegenuhrzeigerdrehung der Schaltwelle 20 übt die Rutschkupplung 29 ein Reibungsmoment oder eine Hemmung genügender Größe aus, um das Trägheitsmoment der Schaltwelle 20 zu beseitigen, wodurch die Schaltwelle 20 am Ende jeder Schrittbewegung angehalten wird. Die Rutschkupplung 29 verhindert ferner ein Zurückdrehen der Schaltwelle 20, während der Überlaufphase des Arbeitszyklus aufgrund der Reibung zwischen der Schaltwelle 20 und der

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Rollenfreilaufkupplung 23. Die Schaltwelle 20 wird fortgesetzt jeweils um einen Schritt pro Umdrehung der Nockenscheibe 25 weitergedreht, und zwar so lange, bis eine Erregung des elektromagnetischen Steuergliedes 30 erfolgt, wobei dann der Nockenfolgearm 24 wieder in seiner oberen Gegenuhrzeigerstellung festgehalten wird, wie dies bereits vorangehend ausführlich beschrieben wurde.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Schalteinrichtung darstellt. Diese abgewandelte Schalteinrichtung enthält einen zweiten Nockenfolgearm 34, eine zweite Rollenfreilaufkupplung 35, eine zweite Nockenscheibe 36, die auf der Nockenwelle 27 befestigt ist, sowie ein zweites elektromagnetisches Steuerglied 37 zum Festhalten eines Ankers 38, der am zweiten Nockenfolgearm 34 ausgebildet ist. Die Größe der zweiten Nockenscheibe 36 ist unterschiedlich zu der der Nockenscheibe 25, was zur Folge hat, daß das Schaltrad 21 eine Schrittbewegung ausführen kann, die sich größenmäßig von dem durch die ersten Nockenscheibe 25 bewirkbaren Bewegungsschritt unterscheidet. Diese Schalteinrichtung arbeitet in der Weise, daß jener Nockenfolgearm, der die gewünschte Schrittgröße abgibt, für eine Bewegung freigegeben wird, wobei er seiner zugeordneten Nockenscheibe nachfolgt und dabei die Schaltwelle 21 entsprechend betätigt, während der andere Nockenfolgearm durch sein elektromagnetisches Steuerglied festgehalten wird. In dieser Weise können dann Bewegungsschritte verschiedener Größen ausgewählt werden. Auf der Schaltwelle 20 kann eine beliebige Anzahl von Nockenfolgearmen vorgesehen werden, so daß dem Schaltrad eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Schrittgrößen erteilt werden kann.

Obzwar die in Fig. 1 gezeigte Schalteinrichtung einfach aufgebaut ist und eine gute Genauigkeit bezüglich der Schrittgröße liefert, läßt es sich nicht umgehen, daß sich mögliche Fehler

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'''öder Abweichungen in der Schritt größe kumulativ im Laufe vieler einzelner Schrittoperationen auswirken. Selbst bei genügend großer Genauigkeit jedes Einzelschrittes können sich nach Durchführung einer großen Anzahl von Schrittoperationen die eventuell geringfügigen Abweichungen oder Fehler in den Einzelschritten in einem solchen Umfang summiert haben, daß dies Anlaß zu Beanstandungen gibt. Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Schalteinrichtung darstellt. Bei der Schalteinrichtung gemäß diesem dritten Ausführungsbeispiel sind Vorkehrungen getroffen, um die Akkumulation oder Anhäufung von Fehlern oder Abweichungen in der Größe der einzelnen Bewegungsschritte auszuschalten. Die in Fig. gezeigte Schalteinrichtung enthält ein Sperrad 40, das auf der Scnaltwelle 20 gelagert ist und eine Anzahl von Zähnen 41 aufweist, in die eine Sperrklinke 42 eingreift. Die Funktion des Sperrades 40 besteht darin, die Drehbewegung der Schaltwelle 20 in Einzelschritte zu teilen, wobei letztere einer festgesetzten Anzahl von Zähnen des Sperrades entsprechen.

Die Schaltwelle 20 besitzt eine Verlängerung 39, auf der die Rutschkupplung 29 sitzt. Die Verlängerung 39 und die Schaltwelle 20 sind mittels einer Torsionsfeder 43 miteinander verbunden. Die Außenscheiben 32 und 33 der Rutschkupplung 29 sind an der Verlängerung 39 befestigt, wohingegen die mittlere Scheibe drehbar auf der Verlängerung 39 sitzt. Ein Antriebsglied 44 steht in Eingriff mit der mittleren Scheibe 31 und dreht letztere ständig in Uhrzeigerrichtung (mit Blickrichtung nach Fig. 3), um dadurch ein Friktions-Drehmoment auf der Verlängerung 39 durch die Scheiben 32 und 33 zu erzeugen. Durch dieses Drehmoment erfolgt ein Aufwinden der Torsionsfeder 43. Beim Arbeiten der Schalteinrichtung von Fig. 3 dreht der Nockenfolgearm 24 die Schaltwelle 20 in Gegenuhrzeigerrichtung in der vorangehend beschriebenen Weise, wodurch der Materialstreifen in eine Druckposition vorgeschoben wird, Zur gleichen Zeit wird die Verlängerung 39 durch die Torsionsfeder 43 ebenfalls in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht. Wie aus Fig. :

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ersichtlich, ist die Nockenscheibe 25 bei dieser Schalteinrichtung oberhalb des Nockenfolgearmes 24 angeordnet. Wenn der Nockenfolgearm 24 seine GegenuhrzeigerverSchwenkung während einer Schrittoperation beendet, hat die Freilaufrollenkupplung 23 die Schaltwelle 20 um einen Winkelbetrag gedreht, der geringfügig größer ist als der für die gewünschte Schrittlänge benötigte Winkelbetrag. Die Torsionsfeder 43, die zu diesem Zeitpunkt auf Grund des von der rotierenden Scheibe 31 der Rutschkupplung 29 erzeugten Drehmomentes aufgewunden ist, dreht die Schaltwelle zusammen mit der Rollenfreilaufkupplung 23 zurück, sobald der Nockenfolgearm 24 seine Abwärtsbewegung in Uhrzeigerrichtung beginnt. Diese Drehbewegung der Schaltwelle 20 dreht das Sperrad gegen die Sperrklinke 42, wodurch die Schaltwelle 20 in ihrer betätigten Stellung gesperrt wird. Nach diesem Anhalten der Schaltwelle 20 dreht sich die Rollenfreilaufkupplung frei auf der Schalte welle 20, während der Nockenfolgearm 24 seine in Uhrsseigerrichtung erfolgende Verschwenkung unter dem Einfluß der Nockenscheibe 25 gegen die Wirkung der Feder 26 beendet. Hieraus ergibt sich, daß die Genauigkeit jeder Schrittbewegung der Schaltwelle nur durch die Genauigkeit der Lage der Zähne 41 auf dem Sperrad 40 bestimmt wird.

Fig. 4 zeigt das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Abwandlung der in Fig. 3 gezeigten Schalteinrichtung ist. Bei der in Fig. 4 gezeigten Schalteinrichtung sind die zu der Rutschkupplung 29 gehörenden äußeren Scheiben 32 und 33 auf der Schaltwelle 20 befestigt. Die mittlere Scheibe 31 der Rutschkupplung 29 ist dagegen an einem zweiten Nockenfolgearm 46 befestigt, der unter Vermittlung einer Feder 48 in Anlage mit einer zweiten Nockenscheibe 47 gehalten wird, die auf der Nockenwelle befestigt ist. Vorgesehen ist ferner ein elektromagnetisches Steuerglied 50, das den Nockenfolgearm 46 unter Vermittlung eines Ankers 51 festhält, der an dem Nockenfolgearm 46 ausgebildet ist.

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Wenn beide Nockenfolgearme 24 und 46 in Gegenuhrzeigerrichtung um die Schaltwelle 20 unter Vermittlung ihrer entsprechenden Nockenscheiben- und federn verschwenkt werden, arbeiten die Rollenfreilaufkupplung 23 und die mittlere Scheibe 31 der Rutschkupplung 29 gemeinsam. Dadurch wird die Schaltwelle 20 in Gegenuhrzeigerrichtung um einen Winkelbetrag gedreht, der geringfügig größer ist als der für die gewünschte Schrittlänge erforderliche Winkelbetrag. Sobald danach die Nockenfolgearme 24 und 46 ihre Abwärtsverschwenkung in Uhrzeigerrichtung beginnen, bewirkt das Drehmoment, das auf die Schaltwelle 20 durch die Außenscheiben 32 und 33 der Rutschkupplung 29 infolge der Uhrzeigerbewegung der mittleren Scheibe 31 ausgeübt wird, eine Drehbewegung der Schaltwelle 20 und der Rollenfreilaufkupplung 23 in Uhrzeigerrichtung, bis die Sperrklinke 42 in das Sperrad 40 eingreift. Die Sperrklinke 42 hält dadurch die Uhrzeigerbewegung der Schaltwelle 20 an, wonach die Rollenfreilaufkupplung 23 sich frei auf der Schaltwelle 20 dreht. Aus dieser beschriebenen Anordnung ergibt sich, daß auch hier wieder die Genauigkeit jeder einzelnen Schrittbewegung der Schaltwelle 20 lediglich von der Genauigkeit der Lage der Zähne 41 auf dem Sperrad 40 abhängt. Die Schalteinrichtungen gemäß Fig. 3 und 4 geben eine sehr hohe Genauigkeit in der Bewegung, die der Schaltwelle 21 durch das Sperrad 40 erteilt wird.

Die in den Fig. 1 bis 4 gezeigten verschiedenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schalteinrichtungen sind in der Lage, mit sehr hohen Geschwindigkeiten zu arbeiten, während sie sich andererseits durch eine einfache Konstruktion und durch niedrige Herstellungkosten auszeichnen.

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Claims

Pat entansprüche

ΓΐΛ Schalteinrichtung zur Erzeugung einer Schrittbewegung eines Gliedes, mit einer drehbar gelagerten Schaltwelle und Antriebsmitteln zur Erzeugung einer schrittweisen Drehbewegung der Schaltwelle in einer Drehrichtung, wobei die schrittweise gedrehte Schaltwelle die Schrittbewegung des Gliedes bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel enthalten: eine auf der Schaltwelle (20) gelagerte Kupplungsvorrichtung (23), die auf die Schaltwelle (20) kuppelnd einwirkt, wenn ihre (23) Betätigung in einer ersten Richtung zum Antreiben der Schaltwelle (20) erfolgt, und die (23) bei Betätigung in einer zweiten Richtung nichtkuppelnd auf die Schaltwelle (20) einwirkt, eine hin- und herbewegbare Betätigungsvorrichtung (24) für die Kupplungsvorrichtung (23), eine Nockenscheibenvorrichtung (25) zum Steuern der Betätigungsvorrichtung (24) und eine Anhaltevorrichtung (29) zum Anhalten der Bewegung der Schaltwelle (20) bei Beendigung eines Drehschrittes.
2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anhaltevorrichtung (29) der Drehbewegung der Schaltwelle (20) in beiden Drehrichtungen einen Widerstand entgegensetzt.
3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung einen an der Kupplungsvorrichtung (23) befestigten Nockenfolgearm (24) enthält, der während eines Drehschrittes der Schaltwelle (20) in Anlage mit einer zugeordneten Nockenscheibe (25) gezogen wird und dadurch dieser nachfolgt, und daß eine Ausrückvorrichtung (28, 30) vorgesehen ist, die bei Betätigung den Nockenfolgearm (24) außer Anlage mit der Nockenscheibe (25) hält, wodurch die Schalteinrichtung unwirksam Machbar ist.

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4. Schalteinrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zweite Antriebsvorrichtung (34 - 38) zur Erzeugung einer schrittweisen Drehbewegung der Schaltwelle (20), wobei das Ausmaß der durch die zweite Antriebsvorrichtung (34 - 38) bewirkten Drehschritte unterschiedlich ist zu der Größe der durch die zuerstgenannte Antriebsvorrichtung bewirkten Drehschritte, und eine Vorrichtung zum wahlweisen Unwirksammachen der einen oder anderen der beiden Antriebsvorrichtungen.
5. Schalteinrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Drehschrittes der Schaltwelle (20) letztere zuerst in der einen Drehrichtung um einen Winkelbetrag gedreht wird, der größer ist als der des gewünschten Drehschrittes, wonach ein Drehen der Schaltwelle (20) in Gegenrichtung durch eine dritte Antriebsvorrichtung (31, 43, 44) bewirkt wird, und daß auf der Schaltwelle (20) ein Sperrad (40) sitzt, das mit einer Sperrklinke (42) so zusammenwirkt, daß die der Schaltwelle (20) durch die dritte Antriebsvorrichtung (31, 43, 44) erteilte Drehbewegung in Gegenrichtung durch Eingriff der Sperrklinke (42) in einen der Zähne (41) des Sperrades (40) begrenzt wird.
6. Schalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Antriebsvorrichtung (31, 43, 44) ein Glied (31, Fig. 3) enthält, das während eines Drehschrittes der Schaltwelle (20) ständig umläuft und reibungsschlüssig in eine drehbar gelagerte mitwirkende Vorrichtung (32, 33) eingreift, die mit der Schaltwelle (20) über eine Torsionsfeder (43) gekuppelt ist.
7. Schalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Antriebsvorrichtung (31, 46, 47) ein drehbar ge-

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lagertes nockengesteuertes Glied (31, Fig. 4) enthält, das reibungsschlüssig in eine mitwirkende Vorrichtung (32, 33) eingreift, die auf der Schaltwelle (20) befestigt ist.

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