DE2555140A1

DE2555140A1 - Flotationskammer-maschine

Info

Publication number: DE2555140A1
Application number: DE19752555140
Authority: DE
Inventors: John Humen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-12-16
Filing date: 1975-12-08
Publication date: 1976-07-01
Also published as: CA1038836A; SE408722B; JPS5186810A; FR2295266B1; SE7514037L; GB1515138A; IT1054674B; US3973469A; FR2295266A1

Description

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DIPL-¹NQ. JOACHIM STRASSE, HANAU DIPL.-INQ. KLAUS QÖRQ, MÜNCHEN

PATENTANWÄLTE

HANAU · ROMERSTR. 19 · POSTFACH 7V3 · TEL.: (06101) 20803/20740· TELEQRAMME: HANAUPATENT· TELEX: 41B4782 pat MÜNCHEN 80 · QRAFINQER STRASSE 31 · TEL.: (089) 40564S · TELEX- 522054 ostpa

John Humen 8. Dezember 1975

Elkton, Maryland 21921, USA Gö/Jg - 11 323

Flotat I ons kammer- Ma sch i ne

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen mit Verschiebung des Volumens, die zur Krafterzeugung oder zur Übertragung einer Kraft verwendet werden können, insbesondere ei ne Flotat i onskammer-Mascn ine.

Drehbare und wechselseitig das Volumen ändernde bzw. verschiebende Vorrichtungen wurden bereits in Kraftübertragungsvorrichtungen wie Motoren, Drehmomentenwandlern, hydraulischen Motoren, Pumpen und Kompressoren verwendet. Solche fIuidbetriebenen Vorrichtungen eignen sich nur für spezifische Anwendungen und bieten keine Flexibilität hinsichtlich der Verwendung. Hinzu kommt, daß die bisher bekannten Systeme eine komplexe Struktur aufweisen, welche teuer in der Wartung, im Betrieb und fn der Herstellung ist.

Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Probleme der bekannten Vorrichtungen und erreicht das gesteckte Ziel durch das Zusammenwirken dreier grundsätzlicher beweglicher Teile. Diese Basisteile der Vorrichtung sind eine Flota-

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ti onskämme γ, ein hohler Schlebebügelschaft und ein hohler VersorgungsbügeFscha ft. Diese beweglichen Basisteile bilden, sofern sie in Kombination mit einem Kammerteiler verwendet werden, einen Mechanismus, der die verschiedensten Bewegungen hervorruft, wenn er in Drehung versetzt wird. Die Bewegungen sind drehend, wechselnd und orbital. Während des Betriebes der Vorrichtung wird innerhalb der Flotationskammer durch einen Schieber des Schiebebügels das Volumen verändert bzw. verschoben, und zwar mit dem Resultat, daß der Druck innerhalb der Kammer auf einer Seite des Schiebers ansteigt und auf der anderen Seite des Schiebers abfällt. Ein System von Öffnungen und Ventilen ist in den drei Grundteilen der Vorrichtung nach einem vorbestimmten Schema vorgesehen, damit innerhalb eines hohlen Bügels ein partielles Vakuum entsteht, wodurch ein Volumen hineingezogen wird, welches nach dem Druckausgleich durch die Kammerbewegung in Richtung auf den Schieber durch den anderen hohlen Bügel ausgestoßen wird. Ein variabler Vo Γumeneffekt kann durch unterschiedliche Bewegung der Höh IbügeI schafte erreicht werden. Wenn die Schafte aufeinander zu bewegt werden, steigt der Volumenstrom an, und wenn sie voneinander weg bewegt werden, fällt das verschobene Volumen ab. Wenn beide Hohlbügelschafte um die ZentratΠ ηie, d. h. die gemeinsame, fluchtende Achse der beiden Schafte, angeordnet sind, arbeitet der Mechanismus auf einem Nu I I- FIuidstrom-Niveau. Der Fluidstrom kann während des Betriebes der Vorrichtung umgekehrt werden, wenn die Höh IbügeI schaffe auf die gegenüberliegende Seite der gemeinsamen Zentrallinie bewegt w i r d .

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung

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zu.schaffen, die konstruktiv einfach ausgestaltet ist und in einwandfreier Weise und vielseitig betrieben werden kann .

Die eingangs beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung kann derart betrieben werden, daß ein unmittelbarer Wechsel des Fluidstromes vorgenommen werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine einzige Kammer verschiedenen Druck aufrecht erhaItende Tei I kammern aufweist, die mehr als ein Fluid zur gleichen Zeit verschieben kann. Weiterhin kann ein integraler Umlauf-Radiator und ein Pumpenmechanismus mit einer integralen Kraftquelle versehen werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat ein geringes Gewicht, Ist kompakt gebaut und ist gegenüber dem Stand der Technik vielseitiger und wirkungsvoller. Darüber hinaus stellt sie einen Grundapparat für eine Kraftübertragung und/oder einen Hydraulikmotor dar.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Basisstruktur für einen FluIdstrommechanIsmus verfügbar gemacht wird, der sowohl als Zwei -Zy-k I us- oder Vier-Zyklus-Maschine betrieben werden kann. Ebenfalls kann die Vorrichtung als BäsIsmechanismus verwendet werden, der als eine Dampfmaschine und/oder andere Gas-Expansionskraft-Vorrichtung arbeitet einschließlich solcher Vorrichtungen, die nach dem StirI Ing-Prozeß arbeiten. Außerdem besteht die Möglichkeit einer mehrstufigen_KqmpressI on in einem variablen oder festliegenden Verhältnis. Die Vorrichtung kann auch ein Grundmechanismus für einen elektrischen oder elektronischen Generator sein, der durch einen integralen elektrischen Motor angetrieben wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ein Mechanismus vorliegt, welcher Hybridkraftübertragungen vors i eh t.

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VorteiI hafterweI se beinhaltet die Kammer Mehrdruckbereiche gleichen und/oder entgegengesetzten Volumens mit einer erhöhten Dichtung zwischen den unter Druck gesetzten Kammerbereichen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in den beigefügten Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Hörizonta I sch ηitt der Vorrichtung gemäß Fig. 1 entlang der Linie 1 - 1 in Fig. 3,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt entlang der Linie 2 - 2 in Fig. 2,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der rechten Hälfte der Kammer entsprechend Fig. 1,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Kammerteilers,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer abgeänderten Ausführungs form,

Fig. 7 einen Ausschnitt der in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung entlang der Linie A-A,

Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht der Gas verbiηdungsöffnung entsprechend der Ausführung in Fig. 6,

Fig. 9 einen Schnitt durch den Bereich der Gasverbindungsöffnung zur Darstellung des F1uidverlaufs zwischen dem Bügel und der Büge I Iagerung,

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Fig. 10 eine vergrößerte Schnittansicht des kranzförmigen Bügels gemäß Fig. 6 und zur Darstellung eines klappbaren Keί1 schieberventiIs und

Fig. 11 eine typische Laufbahn der Kammer.

Eine Flotationskammer-Maschine entsprechend der Erfindung ist im ganzen perspektivisch In Fig. 1 dargestellt. Die Flotationskammer wird von einem hohlen Schiebebügel 2 mit Lagerschaft und einer?; hchler. Versorgungsbügel 3 ebenfalls mit Lagerschaft gehalten. Die Lagerschafte des Schiebebügels 2 und des Versorgungsbügels 3 lagern drehbar und linear in Richtung der Schaftachse verschiebbar mit geringer Reibung in Lagerböcken 5 und 6. Der Lagerbock 5 ist fest auf einer Grundplatte 7 angeordnet, wogegen der Lagerbock 6 auf mit der Grundplatte 7 verbundenen Führungsschienen 19 liegt, auf denen der höh Ie ■ Sch IebebügeI zusammen mit.dem Lagerbock 6 verschoben werden kann.

In den Lagerböcken 5 und 6 sind Lager ztir Aufnahme bzw. zur Lagerung der Lagerschafte des Schiebebügefs 2 und des Versorgungsbügels 3 vorgesehen. Ebenfalls befinden sIch zwischen den Bügein und der Flotationskammer 1 an vier mit aer Bezugsziffer 8 versehenen Stellen Dichtungen, insbesondere gasdichte Dichtungen. Die Flotationskammer 1 besteht aus zwei Halbkugeln 20 (Flg. 4) und zwei Kammerteilern (Fig. 5). Die Halbkugeln 20 und die Teiler 4 sind zur Bildung eines Raumes mit internen Unterteilungen über eine Vielzahl Befestigungsmittel verbunden, und zwar derart, daß diese Befestigungsmittel mit sowohl in den Halbkugeln als auch in den Teilern befindlichen Löchern zusammenwirken.

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FIg. 2 veranschaulicht den Stromfluß des Mediums, insbesondere den Gasfluß, durch den hohlen Versorgungsbügel Angenommen das Gas fließt durch den Bügel 3 In die Kammer 1, so erfolgt der Gasstrom zunächst durch den hohlen Lagerschaft des Bügeis 3 in die beiden Arme des Bügels und dann durch Öffnungen 21. Von den Öffnungen 21 strömt das Gas durch Öffnungen 9 in Kammerbereiche 22, 23, 24 und 25 als Funktion der Wίηke I pos11ion zwischen der Flotationskammer und dem Lagerschaft des Versorgungsbügels 3. Das Gas strömt von den in Ihrer Raumausdehnung konstant bleibenden KammerbereIchen 22, 23, 24 und 25 durch Öffnungen 16 in variable Kammerbereiche 10, 11, 12 und 13. Die Ventilbetätigungsanordnung zwischen den verschiedenen Öffnungen 21 und 9 in Fig. 2 wird durch die Bewegung der Flotationskammer 1 in Verbindung mit den Bügelrahmen betätigt.

Die variablen Kammerbereiche 10, 11, 12 und 13 sind voneinander durch Dichtungen 14 und 15 isoliert.

FIg. 3 veranschaulicht den Weg des Gasstromes für den hohlen Schiebebügel 2 bzw. den entsprechenden hohlen Lagerschaft. Angenommen das Gas strömt in die Flotationskammer 1, so erstreckt sich der Strömungsweg durch Öffnungen 27 in Öffnungen 29 und durch die Bügelarme in den Lagerschaft. Die Öffnungen 27 sind an jedem Ende der Bügelarme vorgesehen und wirken mit den vier Öffnungen 29 zusammen, die an jedem Ende der Flotationskammer 1 angeordnet sind. Fig. 2 zeigt einen Satz Öffnungen 29 und hebt die Anordnung zwischen den Öffnungen 29 und den Kammertellern 4 graphisch hervor. Der Winkel zwischen der Flotationskammer 1 und einem mit dem Schiebebügel 2 verbundenen Schieber verändert sich, wobei in Abhängigkeit von der Veränderung des Winkels gegenüberliegende Paare der Öffnungen 29 geöffnet oder geschlossen sind. Während des Betriebs der

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Vorrichtung verändert sich unmittelbar der Fluidstrotn durch die Bewegung des Lagerbocks 6 in Richtung auf eine zentrale Linie, die mit beiden Längsachsen der Lagerschafte sowohl des Schiebebügels 2 als auch des Versoi— gungsbügels 3 zusammen fällt. Der Fluidstrom nimmt ab, wenn sich die Schafte bzw. der Schaft der zentralen Linie nähert. Wenn die Längsachsen der Lagerschafte miteinander fluchten, dann hört der Fluidstrom absolut auf. Wird der Lagerbock über die zentrale Linie hinweg bewegt, nimmt die Größe des F1uidstroms In entgegengesetzter Richtung wieder zu. Von diesem Zeitpunkt an erfolgt der Fluidstrom durch die Fiotat5onskammer infolge der Bewegung des Schaftes des Sch Iebebüge1s 2 durch die gemeinsame Linie der fluchtenden Achsen der beiden Schafte umgekehrt. Das Strömungsmaß ist eine Funktion der Verschiebung des Lagerbocks 6 Im Verhältnis zu der genannten zentralen Linie.

Um einen geeigneten Volumenstrom sicherzustellen, sind die Kammerteiler 4 mit Dichtungen 14 und der Schieber 28 mit Dichtungen 15 versehen. Die Kammerhälfte 17 entsprechend Fig. 4 ist identisch mit der anderen Kammerhälfte, wobei für den Fall, wenn beide Hälften unter Zwischenschaltung der Kammerteller 4 miteinander befestigt sind, die korrespondierenden Löcher 18 und die Lagerbereiche 8 zur Halterung der Flotationskammer miteinander fluchten.

Fig. 6 stellt eine alternative Ausführungsform dar, worin die sphärische Flotationskammer 1 durch eine zylindrische Flotationskammer 41 ersetzt Ist. Die Kammer wird durch einen hohlen Schiebebügel 2 getragen, welcher im wesentlichen Identisch mit dem Schiebebügel entsprechend Fig. 1 ist. Auch bei dieser Ausführungsform ist ein Lagerbock 6 .mit geringer Reibung vorgesehen, der entsprechend der Ausführungsform in Fig. 1 über ein Paar Führungsschienen 19 auf der Grundplatte angeordnet ist.

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Die innere Struktur der zylindrischen Flotationskammer 41 entspricht der beim ersten AusführungsbeispieI entsprechend der Darstellung in Fig. 2, wobei Fig. 2 im wesentlichen einen Schnitt entsprechend der Linie B-B der Fig. darstel It.

An den vier Befestigungspunkten 8 in Fig. 6 sind zwischen den Bügeln und der Flotationskammer 41 gasdichte Lager vorgesehen. Diese Lagerungen entsprechen im wesentlichen denen des ersten Ausführungsbeispiels (Fig. 2 und Fig. 3).

In Fig. 6 umgibt ein Ringbügel 42 vollständig die zylindrische Kammer 41 und bildet die Halterung für die Kammer mittels einem Paar Lagerungen mit Gasdichtungen und Gasöffnungen entsprechend der Darstellung des Bereichs 8 in Fig. 2.

In einem Dreieckgestell ist über eine Vielzahl Führungsrollen 44 der Ringbügel 42 gelagert. Die Lagerwirkung zwischen dem Ringbügel 42, dem Gestell 43 und den Rollen 44 kann aus dem Teilschnitt entsprechend Fig. 7 ersehen werden.

Das Lagergestell 43 kann durch einen Flansch 46 und Befestigungsmittel 45 auf der Grundplatte befestigt werden. Zur Erhöhung der Steifigkeit des Gestells können Stützen bzw. Streben 47 vorgesehen sein.

Der Ringbügel 42 weist eine Vielzahl schwenkbarer KeH-schieberventile 48 auf, die federbelastet in einer geschlossenen Position gehalten werden. In Fig. 10 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Ringbügels 42 mit einem einzelnen Ventil 48 in teilweise geöffneter Position dargestellt, so daß das Fluid durch diese Öffnung strömen kann .

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Ffg. 8 und 9 stellen eine Kombinatton einer FIuid-Verbindungspa5sage mit einem Ventttbetätigungse1ement 49 dar, welches auf das Keΐίschieberventι 1 48 drückt, wodurch eine Öffnung 51 Im hohlen Ringbügel 42 geöffnet wird, so daß das Fluid zwischen dem Fluidkanal 49 und dem Innenraum des Ringbügels 42 strömen kann. Die Anpassung des Keilschiebers des schwenkbarer. Kei I sch i ebervent i I s und der Öffnung 51 kann aus Fig. 8 entnommen werden. In Fig. 9 ist das Verhältnis zwischen der Öffnung 51 und dem Fluidkanal 49 dargestelit.

Die hohle Kammer der Vorrichtung beschreibt eine Bahn entsprechend der Darstellung in Fig. 11, wenn sie uneingeschränkt auf ihre Bahn gebracht wird. Die Oberflächen der Vorrichtung können aus lichtreflektierendem Material bestehen, um optische Effekte zu schaffen, wenn die Oberflächen in geeigneter Welse angestrahlt werden.

Patentansprüche:

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Claims

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- 10 Patentansp rüche :

1. > Flotationskammermaschine, gekennzeichnet ^Nw>/ durch eine hohle Kammer (1), einen ersten Haltebügel (2) mit einem darin befindlichen Fiuidkanal, wobei die hohle Kammer (1) durch diesen Bügel (2) gehalten wird und eine Drehbewegung derselben um eine erste Achse möglich ist, durch eine erste Büge I]agerung (6) zur Halterung des ersten Haltebügels (2), wobei eine Rotationsbewegung und eine lineare Bewegung darauf entlang einer zweiten, senkrecht zur ersten Achse angeordneten Achse möglich ist, einen zweiten Haltebügel (3) mit einem darin befindlichen Fluidkanat, wobei dieser Haltebügel ebenfalls die hohle Kammer (1) trägt und eine Drehbewegung derselben um eine dritte Achse ermöglicht, die den gemeinsamen Schnittpunkt der ersten und zweiten Achse teilt, eine zweite Büge I lagerung (5) zur Lagerung des zweiten Bügels C3) mit der Möglichkeit einer Rotationsbewegung darin um eine im rechten Winkel zur dritten Achse angeordnete vierte Achse, einen ersten an dem ersten Haltebügel (2) starr befestigten Raumteiler (28), der innerhalb der hohlen Kammer (1) anliegt und die hohle Kammer (1) entlang der ersten Achse unterteilt, einem unterteilten Raumteiler (4), welcher im Innern der hohlen Kammer (1) auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Raumteilers (28) befestigt ist und die hohle Kammer Ct) entlang der dritten Achse aufteilt, erste Fl uidiurchtri ttsöf f nungen (27, 29) für den Fluidstrom zwischen der hohlen Kammer (1) und dem ersten Haltebügel (2) als eine Funktion der Winkelstellung dazwischen um die erste Achse und zweite Fl uiddurchtrrttsöffnungen (9, 16, 21) für den Fluidstrom zwischen der hohlen Kammer Ct) und dem zweiten Haltebügel (3) als eine Funktion der Wi nke I pos itr on. dazwischen um die dritte Achse.

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Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen Ist, mitteis der eine Bewegung der ersten Bügel 1 age rung (6) radial zum gemeinsamen Kreuzungspunkt der ersten, zweiten, dritten und vierten Achse und quer zur zweiten Achse erfolgt.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Fluiddurchtrittsöffηungen aus einer Mehrzahl Öffnungen in der hohlen Kammer (1) um den ersten HaitebügeJ (2) und einer Mehrzahl Öffnungen (27) im ersten Haltebügel (2) bestehen, die miteinander In Verbindung stehen.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Fluiddurchtr!ttsöffnungen aus einer Mehrzahl Öffnungen (9) in der hohlen Kammer (1) und dem zweiten Haltebügel (3), einer Mehrzahl Öffnungen C21) im zweiten Haltebügel (3) und einer Mehrzahl Öffnungen (16) im geteilten Raumteiler C4) bestehen, die miteinander in Verbindung stehen.

Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzetch η e t , daß der erste Raumteiler (28) und der geteilte Raumteiler (4) mit den ersten und zweiten Fluiddurchgangsöffnungen zusammenwirken, um wechseI bezogene variable Kammerbereiche (10 bis 13) vorzusehen, mit F1uidströmungskanäien zwischen dem ersten und dem zweiten Haltebügel.

Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Raumteiler (28) entlang seiner äußeren Peripherie mit den Innenflächen der hohlen Kammer (1) zusammenwirkende Dichtungen (15) aufweist.

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-Μ Ι. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der geteilte Raumteiler (4) an jeder Hälfte eine Dichtung (14) aufweist, weiche am ersten Haltebügel (2) anliegt, der die hohle Kammer (1) durchdringt.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die hohle Kammer (1), der erste (2) und der zweite Haltebügel (3) sowie die erste (6) und die zweite Bügellagerung (5) derart ausgebildet sind, daß eine wechselseitige, drehbare und orbitale Bewegung der hohlen Kammer (1) möglich Ist.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die hohle Kammer (1) eine Vielzahl von Tetlkammern aufweist.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Raumteiler zur Bewirkung eines Volumenstromes durch die Teilkammern eine Vielzahl Schieber aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber derart angeordnet sind, daß ein unmittelbarer Wechsel im Volumenstrom möglich ist.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß diese als optisch wirkender Apparat ausgebildet ist.

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-ISIS. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daßdfe hohle Kammer (1) eine Kugel ist.

14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r ch gekennzeichnet, daß die hohle Kammer (1) als Zylinder (41) ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daßdie hohle Kammer Cl), der erste C2) und der zweite Haltebügei (3) sowie die erste (6) und die zweite Bügellagerung (5) derart ausgebildet sind, daß die hohle Kammer (1) eine schnecken- oder schraubenförmige Bahn (limacon trajectory) beschreibt.

16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lagerung (5) zusätzlich so ausgebildet ist, daß der zweite Bügel (3) sich entlang der vierten Achse linear bewegen kann.

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