DE2209896C2 - Zerstäubungsverfahren für niederzuschlagende flüssige Überzugsmaterialien und Vorrichtung zur Durchführung des Zerstäubungsverfahrens - Google Patents
Zerstäubungsverfahren für niederzuschlagende flüssige Überzugsmaterialien und Vorrichtung zur Durchführung des ZerstäubungsverfahrensInfo
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Description
lungskosten erreichbar sind. Außerdem kann eine Flüssigkeitsdüse
mit verhältnismäßig großem Düsenquerschnitt verwendet werden, wodurch die Verstopfungsgefahr erheblich eingeschränkt ist
Schließlich können die Gefahren für das Bedienungspersonal deutlich herabgesetzt werden, wodurch das
Zerstäubungsverfahren insgesamt sicherer wird. Bei den bekannten Verfahren und bei der bekannten Vorrichtung
können sich die Bedienungspersonen selbst (versehentlich) mit dem Farbstoff injizieren, was außerordentlich
gefährlich ist und zu tödlichen Unfällen aufgrund von Blutvergiftung führen kann. Durch die Erfindung
sind hydrostatische Drücke erreichbar, mit denen diese Gefahr vermieden werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich insbesondere für eine
elektrostatische Beschichtung, da weniger Flüssigkeitspartikel die vorhandenen elektrostatischen Kräfte des
Niederschlagsfeldes beanspruchen.
Es ist zwar an sich bekannt, vgl. US-PS 31 69 882 und
CH-PS 2 34 187, mittels Luftstrahien seitlich auf einen
aus einer Düse austretenden Fiüssigkeits-Luft-Gemischstrom
einzuwirken, jedoch lediglich zur Formung dieses Gemischstromes bezüglich seiner Abmessungen
bzw. Erstreckung (vgl. US-PS 31 69 882, Sp. 8, Z. 49 bis
51; CH-PS 2 34 187, S. I,Z. 27 bis 31). Außerdem treffen
die Luftstrahlen nicht auf einen zusammenhängenden Flüssigkeitsstrom, sondern auf ein Flüssigkeits-Luft-Gemisch;
sie dienen somit einem völlig anderen Zweck.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind in den weiteren Unteransprüchen beschrieben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert
Es zeigt
F i g. 1 eine Seitenansicht, z. T. im Schnitt, eines erfindungsgemäß
ausgestalteten Hand-Spritzgerätes,
F i g. 2 eine horizontale Schnittansicht des vorderen Endteiles des Hand-Spritzgerätes.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Hand-Spritzgerät der sogenannten »luftlosen« Art, bei dem die zu verspritzende
Flüssigkeit ohne vorherige Vermischung mit einem Gas aus einer Düsenöffnung ausgespritzt wird.
Des weiteren ist das Hand-Spritzgerät dem elektrostatischen Typ angehörend, mit einem elektrogasdynamischen
Hochspannungsgenerator als Stromquelle. Die vorgenannte Art bewirkt eine Zerstäubung von Farbe
oder einer anderen Überzugsflüssigkeit durch Aufprallen eines mit großer Geschwindigkeit ausgestoßenen
Niederdruck-Flüssigkeitsstrahles auf eine kleine, nach
Wunsch geformte Düsenöffnung, vorzugsweise in Form eines doppelten Halbmondes oder »Katzenauges«, wodurch
ein sich ausweitender flacher und fächerförmiger Flüssigkeitsfilm gebildet wird, der sich an seinem vorderen
Rand in Tröpfchen auflöst.
Das dargestellte Band-Spritzgerät weist ein aus Isolierstoff bestehendes Spritz-Rohr 10 mit einem pistolenähnlichen
Handgriff 12, einen die Flüssigkeitsfreigabe auslösenden Abzug 14, einen mit 16 bezeichneten Zerstäubungskopf
und eine den Flüssigkeitsstrahl aufladende Vorrichtung auf.
Im hinteren Teil des Rohrs 10 verläuft eine erste große, verlängerte Bohrung 18, die so bemessen ist, daß sie
lösbar einen mit 2C bezeichneten elektrogasdynamischen Generator aufnehmen kann. Dieser erzeugt den
für das Aufladen der zu verstäubenden Farbspritzteilchen und den für das Erzeugen des elektrostatischen
Niederschlagsfeldes notwendigen elektrischen Strom durch direkte Umwandlung der kinetischen Energie des
sich bewegenden Luftstromes, versetzt mit einer geringen Menge verdichtbaren »Saate-Materials, zweckmä-Big
Alkohol. Diese Betriebsluft, die durch den Boden des
Handgriffs 12 eingeführt und ausgelassen wird, wird durch Betätigen des Abzugs 14 dem Generator 20 unter
Druck zugeführt Die Strömungsgeschwindigkeit der Luft nimmt bedeutend zu und erreicht vorzugsweise
ίο annähernd die Schallgeschwindigkeit, wenn sie in den
verlängerten Generatorkanal 22 als elektrisch geladene Teilchen enthaltender Luftstrom entladen wird. Der
Luftstrom trifft nach Erregung des Generatorkanals 22 auf die axial daneben angeordnete Sammel-Nadelelektrode
24, die in einem Stöpsel 26 angebracht ist Der Luftstrom breitet sich weiter bis in eine den Generatorkanal
enthaltenden Rohrabschnitt umgebende Bohrung 18 aus und strömt dann in ihr zurück mit verminderter
Geschwindigkeit zu einem Generatorausgangsrohr 28.
Die Überzugsflüssigkeit, z. B. Fe-^e, wird dem Zerstäubungskopf
16 über eine Leitung 30 r-ugeführt Letztere ist mit einer Armatur 32 verbunden, die an der
Unterseite des Rohres 10 angebracht ist und ein Einlaßrohr 34 aus elektrisch leitendem Material enthält Das
Einlaßr«hr 34 steht in direkter Verbindung mit der Bohrung 36 einer zylindrischen Hülse 38 im vorderen Ende
des Rohrs 10. Die Hülse 38 besteht aus elektrisch leitendem Material und dient zeitweilig als Kammer für die
Überzugsflüssigkeit Am vorderen Ende der Hülse 38 ist ein leitender Ventilkörper 40 angeschraubt mit einer
Längsbohrung 42. Vor dem Ventilkörper 40 liegt eine Flüssigkeitsdüse 44. Wie gezeigt, geht die Längsbohrung
42 des Ventilkörpers in eine im Durchmesser größere Bohrung oder Kammer 46 über, die von der FIüssigkeitsdüse
44 begrenzt ist Diese Kammer 46 endet vom in einer nach Wunsch geformten Düsenöffnung 48,
die die Form der aus ihr ausgestoßenen Flüssigkeit, vorzugsweise in der Form eines zusammenhängend flachen,
fächerförmigen Films, bestimmt, der sich an seinem vorderen Ende auflöst und in getrennte Wassertröpfchen
zerstäubt wird. Der Hauptbereich, in dem dies geschieht wird hier in üblicher Weise als »Zerstäubungsort«
bezeichnet Er erstreckt sich im allgemeinen nicht über mehr als 6 bis 12 mm von der Düsenöffnung
48 aus.
Die Flüssigkeitsdüse 44 ist in ihrer Funktionsstellung durch eine Überwurfmutter 50 gehalten, deren vorderes
Ende 51 zylindrisch ist Die Mutter 50 ist zur Längsbohrung 42 im Ventilkörper 40 ausgerichtet und durch das
Gewinde bei 52 mi», dem vorderen Ende der Hülse 38 verschraubt
Die Strömung des flüssigen Überzugsmaterials durch die Düsenanordnung wird mittels einer Ventilspindel 54
gesteuert, die in der Bohrung 36 verschiebbar ist Das vordere Ende 56 der Ventilspindel 54 ist normalerweise
durch eine Feder 74 mit einer Ventilsitzfläche auf dem Ventilkörper 40 am Eingang zur Ventilkörperbohrung
42 abdichtend vorgespannt. Die Ventilspindel 54 erstreckt sich nach hinten durch einen unter Federspannung
stehenden Dichtflansch 60. Dieser Flansch ist am hinteren Ende der Hülsenbohrung 36 angebracht und
mit einer Stange 62 aus Isoliermaterial verbunden, die in einer zweiten Bohrung 64 im Rohr 10 verschiebbar ist
Ein zweites Dichtehment, zweckmäßig ein O-Ring 66, soll ein Auslaufen der Flüssigkeit an der Grenzfläche
der Stange 62 und einer zweiten Bohrung 64 verringern, wenn nicht ausschließen. Das hintere Ende der Stange
62 ist über ein isolierendes KuDDlunjtsstück 70 mit einer
Betätigungsstange 68 verbunden, die ein Teil des Abzugs 14 ist. Das Kupplungsstück 70 ist verschiebbar in
einer dritten Bohrung 72 im Rohr 10 und koaxial mit der zweiten Bohrung 64 angeordnet.
Die Betätigung des Abzugs 14 bewirkt eine gemeinsame Rückwärtsverschiebung der Stange 68, des Kupplungsstücks
70, der Stange 62 und der Ventilspindel 54 entgegen der Vorspannung der Feder 74 und damit ein
öffnen der Längsbohrung 42. Die komprimierte Flüssigkeit in der Bohrung 36 fließt nach außen durch die
Längsbohrung 42 und wird zu einem Niederdruck-Flüssigkeitsstrahl hoher Strömungsgeschwindigkeit mit
kleinem Durchmesser beschleunigt Dieser Niederdruck-Flüssigkeitsstrahl fließt durch die in einer Düsenkammer
46 der Flüssigkeitsdüse 44 aufgespeicherte is Überzugsflüssigkeit und prallt gegen die die Düsenöffnung
48 abgrenzende Fläche. Wie zuvor betont wurde, ist die Düsenöffnung 48 vorzugsweise so geformt, daß
sie einen flachen, fächerförmigen Film erzeugt, der kurz nach der Düsenöffnung in einen Flüssigkeitsstaub aus
getrennten Überzugsmaterial-Tröpfchen umgewandelt wird.
Für das dargestellte elektrostatische Spritzgerät werden das Einlaßrohr 34, die Hülse 38, der Ventilkörper 40,
die Ventilspindel 54 und die Mutter 50 zweckmäßig aus elektrisch leitendem Metall hergestellt Diese Teile sind
so ausgebildet, daß sie über den im isolierenden Rohr 10 untergebrachten Leiter 76 auf eine hohe, vorzugsweise
negative. Spannung aufgeladen und mit der Sammel-Nadelelektrode
24 des elektrogasdynamischen Generators 20 verbunden werden können. Wegen der an den
Düsenteilen angelegten hohen Spannung wird das vordere Ende des Spritzgerätes mit einer Isolierkappe 53
versehen, die mittels Gewinde 57 an ein Verlängerungsglied 59 des Rohrs 10 angeschraubt ist. Letzteres be-
steht ebenfalls aus Isoliermaterial. Die Isolierkappe 53 dient dazu, die aufgeladenen Düsenteile an dem vorderen
Ende des Gerätes zu ummanteln.
Wie zuvor erwähnt führt der Durchgang der Luft durch den elektrogasdynamischen Generator 20 zur Erzeugung
einer hohen Gleichstromspannung an der Sammelelektrode 24 und durch die leitenden Teile 76,
38, 40 zu der metallischen Flüssigkeitsdüse 44, die dadurch zur aufladenden Elektrode für das elektrostatische
Niederschlagsgerät wird. Die Anwendung solcher Spannungen bei der Flüssigkeitsdüse 44 erzeugt eine
Koronaentladung und einen an unipolaren Ionen reichen Bereich direkt neben dem Zerstäubungsort Diese
Ionen binden sich an die zerstäubten Farbteilchen und laden sie zusätzlich auf, wenn das Überzugsmaterial leitend
ist Die Tröpfchen aus dem Überzugsmaterial nehmen durch Berührung eine elekiribche Ladung auf,
wenn sie sich aus dem fächerförmigen Film loslösen. Unter diesen Bedingungen dient die Flüssigkeitsdüse 44,
die in der beschriebenen Art aufgeladen ist auch als Endpunkt eines elektrostatischen Niederschlagsfeldes,
dessen anderer Endpunkt der zu überziehende Gegenstand ist
In Übereinstimmung mit dem Grundgedanken der Erfindung, und um eine zulässige bedeutende Herabsetzung
des erforderlichen Zuleitungsdruckes und der Geschwindigkeit
des flüssigen Farbstrahls oder dergL zu erreichen, wird ein Hilfs-Gasstrahl zugeleitet der zwischen
der Austrittsstelle der Flüssigkeitsdüse und dem Zerstäubungsart auf den zusammenhängenden, sich
ausweitenden Film auftrifft
Bei der dargestellten Ausführungsform wird ein kleiner
Teil der Betriebsluft die von dem Generator 20 ausgestoßen wird, von der ersten Bohrung 18 des Rohrs
10 her umgeleitet und strömt durch eine von einer Bohrung 80 und einer Bohrung 82 gebildete Zuleitung in
einen ringförmigen Hohlraum 84 im Zerstäubungskopf 16.
Diese Luft wird aus dem Hohlraum 84 durch zwei diametral angeordnete Bohrungen 86 in einem Vorsatzteil
94 oder in der Isolierkappe 53 und durch die darin befindlichen Ausgangsöffnungen 88 in Form von Gasstrahlen
aufprallend gegen den fächerförmigen Film der austretenden Flüssigkeit entladen.
Diese Gasstrahlen werden vorzugsweise gegen die glatten Flächen des fächerförmigen Films gerichtet, obwohl
die gleiche Wirkung auch erreicht wird, wenn Zusatzstrahlen gegen die Filmränder gerichtet werden, um
dessen Seitenausdehnung zu begrenzen.
Wenn man die Zusatzstrahlen gegen die gegenüberliegenden, im wesentlichen ebenen Oberflächen des
Films richtet, wie es dargestellt ist, wird eine intensivierte, feine Zerstäubung herbeigeführt und dazu beigetragen,
daß der Zerstäubungsort sich näher zu der Stelle der Flüssigkeitsabgabe bewegt. Durch eine geeignete
Gasregulierung, z. B. durch das als Zerstäubungsblende fungierende Vorsatzteil 94 wird eine wirksame Steuerung
erreicht.
Es hat sich herausgestellt, daß mit der Zugabe von Hilfsluftstrahlen, wie gezeigt, eine deutliche Verringerung
des erforderlichen Arbeitsdrucks des Flüssigkeitsstrahls leicht erzielbar ist bei sonst gleichem Zerstäubungseffekt
Bei dieser Herabsetzung des Flüssigkeitsstrahldruckes kann die Größe der Düsenöffnung 48 bedeutend
größer sein, was eine geringere Abnutzung zur Folge hat.
Wie schon erwähnt wurde, neigen die Hilfs-Flüssigkeitsstrahlen,
wenn sie auf die entgegengesetzten ebenen Oberflächen des Films gerichtet werden, dazu, den
sich ausweitenden Film zusätzlich abzuflachen. Deshalb ist ein Steuerventil 36 vorgesehen, um die Menge der
von dem Generator 20 umgeleiteten, ausgestoßenen und dem Hohlraum 84 zugeführten Luft zu regulieren,
wodurch eine Kontrolle über die Form des Flüssigkeitsfächers ausgeübt werden kann. Die Menge der so zurückgeführten
Luft ist so klein, daß sie als nachteilig bekannte, bei Zerstäubungsgeräten auftretende Luftstoßwirkungen
nicht hervorruft die einen Flüssigkeitsstrahl derart beaufschlagen, daß die Partikel vom zu
überziehenden Werkstück zurückprallen. Außerdem wird, da die Geschwindigkeit der Flüssigkeit bedeutend
herabgesetzt ist, der Wirkungsgrad des Spritzgerätes gemäß der Erfindung besser, besonders bei elektrostatischer
Beschichtung, da weniger Flüssigkeitspartil A die vorhandenen elektrostatischen Kräfte des Niederschlagsfeldes
beanspruchen.
Die mit der Erfindung erzielbaren Wirkungen stellen sich als Zerstäubungseffekte dar, die auch bei unterschiedlichen
hydraulischen Drücken und Austrittsgeschwindigkeiten der Flüssigkeit im Rahmen einer weiten
Toleranz eine wirksame Zerstäubung des Films herbeiführen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Zerstäubungsverfahren für niederzuschlagende luft bewirkt
flüssige Oberzugsmaterialien, bei dem die Flüssig- 5 Beide Zerstäubungsarten bereiten bei ihrer Anwenkeit
unter hohem Druck aus einer Düse als zunächst dung Schwierigkeiten, die Unbequemlichkeiten und verzusammenhängender
Flüssigkeitsfilm ausgestoßen meidbare Kosten für den Benutzer zur Folge haben,
wird, der sich mit Abstand von der Düse in einen Aufgrund des hohen hydrostatischen Drucks bzw. der
zerstäubten Nebel auflöst, dadurch gekenn- hohen Strömungsgeschwindigkeit unterliege« die die
zeichnet, daß zum Zerstäuben Luftstrahlen zum io Flüssigkeit führenden Teile, insbesondere die Düse ei-Auftreffen
gegen beide Seiten des zusammenhän- ner schnellen Abnutzung. Diese Teile sind deshalb aus
genden Flüssigkeitsfilms gerichtet werden, nachdem einem sehr harten Material herzustellen, z. B. aus WoIfder
Flüssigkeitsfilm aus der Düse ausgetreten ist und ramkarbid oder legiertem Stahl. Hierdurch sind hohe
bevor er sich mit Abstand von der Düse auflöst, Herstellungskosten vorgegeben, die auf hohe Materialwobei
der Flüssigkeitsfilm unter verringertem hy- if kosten und erschwerter Herstellung beruhen,
draulischen Druck aus der Düse ausgestoßen wird. Insbesondere bei der Zerstäubungsart, bei der mit
draulischen Druck aus der Düse ausgestoßen wird. Insbesondere bei der Zerstäubungsart, bei der mit
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- einem hohen hydrostatischen Druck gearbeitet wird, ist
zeichnet, daß die in den Luftstrahlen verwendete eine Düse mit einem verhältnismäßig kleinem Düsen-Luftmenge
so gewählt wird, daß sie auf den hydrauü- querschnitt erforderlich. Hierdurch wird die Benutzung
sehen Druck zum Ausstoßen der Flüssigkeit und de- 20 dieser Zerstäubungsart erheblich eingeschränkt, weil
ren Zerstäubung abgestimmt ist. Überzugsmaterialien mit einer weniger flüssigen Konsi-
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- stenz nicht verarbeitet werden können und weil Düsen
kennzeichnet, daß durch die Luftstrahlen der Ort der mit einem erforderlichen kleinen Düsenquerschnitt
Zerstäubung näher zu dem Ausstoßpunkt der Flüs- schnell verstopfen, insbesondere deshalb, weil in vielen
sigkeit verschoben wird. 25 Oberzugsmaterialien Partikel enthalten sind, die von
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens verhältnismäßig fester Konsistenz sein können.
nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Zer- Der Erfindung Kegt die Aufgabe zugrunde, ein einstäubungskopf,
der eine einstellbare Düse für einen gangs beschriebenes Zerstäubungsverfahren und eine
Flachstrahl aufweist, und einer Einrichtung zur Zu- Vorrichtung zur Durchführung des Zerstäubungsverführung
der Flüssigkeit unter ausreichend hohem 30 fahrens so weiterzubilden, daß auch bei verringertem
hydraulischen Druck zu der Düse, dadurch gekenn- hydrostatischen Druck der Flüssigkeit eine gute Zerzeichnet,
daß der Zerstäubungskopf (16) zwei äuße- stäubungswirkung erreicht wird,
re Düsen -(86) aufweist, die -einander diametral ge- Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 bzw. im genüberliegen und die üiftstrahlen auf die beiden Anspruch 4 enthaltenen Kennzeichnungsmerkmale ge-Flachseiten des Flüssigkeitsfilri. > richten. 35 löst
re Düsen -(86) aufweist, die -einander diametral ge- Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 bzw. im genüberliegen und die üiftstrahlen auf die beiden Anspruch 4 enthaltenen Kennzeichnungsmerkmale ge-Flachseiten des Flüssigkeitsfilri. > richten. 35 löst
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- Beim erfindungsgemäßen Verfahren beruht die Zerzeichnet,
daß die äußeren Düsen (86) so gerichtet stäubung nicht nur auf der Wechselwirkung des aus der
sind, daß die Luftstrahlen den Flüssigkeitsfilm nahe Flüssigkeitsdüse austretenden Films und der Umgeseinem
Ausstoßpunkt treffen. bungsluft, sondern die Zerstäubung wird wesentlich for-
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekenn- 40 eiert durch die Luftstrahlen, die gegen beide Seiten des
zeichnet durch ein Ventil (96) zum Steuern des Luft- zusammenhängenden Films gerichtet sind und beim
Stroms, um das Zerstäubungsmuster des zerstäubten Auftreffen auf den Film dessen Auflösung in feine Parti-Materials
einzustellen. kel herbeiführen. Diese feine Zerstäubung ist sowohl
7. Anwendung des Verfahrens nach einem der An- auf eine selbständige Wirkung der auf den unter verrinsprüche
1 bis 3 bzw. der Vorrichtung nach einem der 45 gertem hydraulischen Druck aus der Düse ausgestoße-Ansprüche
4 bis 6 bei einem elektrostatischen Be- nen Flüssigkeitsfilm auftreffenden Luftstrahlcn als auch
schichtungsverfahren bzw. einer elektrostatischen' auf eine Intensivierung der Wechselwirkung zwischen
Beschichtungsvorrichtung. dem Film und der Umgebungsluft zurückzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die er-
so findungsgemäße Vorrichtung ermöglicht, bei der der
Zerstäubungskopf zwei äußere Düsen aufweist, die ein- ?nder diametral gegenüberliegen und die Luftstrahlen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Zerstäubungsver- auf die beiden Flachseiten des Flüssigkeitsfilms richten,
fahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf Aufgrund dieser Anordnung können die Luftstrahlen
eine Vorrichtung zur Durchführung des Zerstäubungs- 55 wirksam auf den Film einwirken, wobei sie die Zerstäuveriahrens
nach dem des Anspruchs 4. bung des Films bzw. der Flüssigkeit erheblich forcieren.
Die Erfindung baut auf einer Zerstäubung niederzu- Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Maßnah-
schlagender flüssiger Überzugsmaterialien auf, die als men bestehen darin, daß nur ein niedriger hydrostatisogenannte
»hydraulische« oder »luftlose« Zerstäubung scher Druck in der Flüssigkeit erforderlich ist. Deshalb
bekanntgeworden ist. Bei den hierfür verwendeten Vor- 60 können die Pumpen, die die Überzugsflüssigkeit zuführichtungen
zum Zerstäuben wird die Flüssigkeit in Form ren, in ihrer Größe und Bauart kleiner und damit koeines
flachen, fächerförmigen Films ausgestoßen. Die stengünstiger ausgeführt werden. Ferner können auch
Zerstäubung erfolgt entweder dadurch, daß die Flüssig- die Zuführleitungen für die Flüssigkeit, nämlich Rohrleikeit
unter einem hohen hydrostatischen Druck mit gro- tungen, Schlauchleitungen und insbesondere die Düse
ßer Geschwindigkeit durch eine kleine Düse gepreßt 65 bezüglich niedriger Druckberciche ausgelegt werden,
wird, wie es in der US-PS 31 69 883 beschrieben und Das heißt, insbesondere die Düse kann aus einem Matcdargestellt
ist, oder dadurch, daß die Flüssigkeit mit gro- rial mit geringerer Härte bzw. Verschleißfcstigkcit hcrßer
Geschwindigkeit unter niedrigem Druck auf die Du- gestellt werden, wodurch erhebliche geringere Hersiel-
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