EP0635095B1 - Drehschieberventil - Google Patents

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EP0635095B1
EP0635095B1 EP94906168A EP94906168A EP0635095B1 EP 0635095 B1 EP0635095 B1 EP 0635095B1 EP 94906168 A EP94906168 A EP 94906168A EP 94906168 A EP94906168 A EP 94906168A EP 0635095 B1 EP0635095 B1 EP 0635095B1
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EP
European Patent Office
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shaft
passage
axis
bore
rotary slide
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EP94906168A
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Christoph Conradty
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CONRADTY, CRISTOPH EN GLOCKE, SVEN
Original Assignee
Individual
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L7/00—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements
    • F01L7/02—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves
    • F01L7/026—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves with two or more rotary valves, their rotational axes being parallel, e.g. 4-stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four

Definitions

  • the invention relates to a rotary slide valve according to the preamble of claim 1.
  • a rotary slide valve is known from DE-A-20 62 323.
  • This rotary valve represents the intake valve in a two-stroke engine.
  • the rotatable in the cylinder head mounted shaft has a through hole that over a predetermined Rotation range of the shaft a cylinder-side channel with one to the cylinder space leading bore connects,
  • the rotary slide valve rotates with the same Speed like the crankshaft of the two-stroke engine. Because the filling of the cylinder with fresh charge is relatively bad, is between carburetor and rotary valve single or multi-stage turbine interposed.
  • Rotary slide valves Another two-stroke engine with rotary slide valves is DE-A-38 21 617 removable.
  • two rotary slide valves are provided on the inlet side Control times overlap with each other, one of the valves supplying the purge air and the other serves to supply the charge air.
  • the wave of Rotary slide valves have approximately half-moon shape to form a passage on.
  • An exhaust valve in the form of a rotary slide valve in a two-stroke engine is Subject of FR-A-25 31 139.
  • the shaft has a bore as a passage.
  • a rotary slide valve with the features of the preamble of claim 1 is the US-A-4 381 737 removable,
  • the passage penetrating the shaft runs at right angles to the shaft axis, so that with a full shaft revolution the passage twice the channel in the cylinder head with the channel leading to the cylinder chamber Hole connects.
  • the angular ranges of a related to the shaft axis The passage opening and the bore are approximately 55 °.
  • FR-A-2 662 214 describes a rotary slide valve in a two-stroke engine, the Shaft rotates at the same speed as the crankshaft and over it Fuel-air mixture is supplied to the cylinder chamber.
  • the one penetrating the wave Passage runs obliquely to the shaft axis and has one in the region of the channel circular cross-section on the one running in the direction of the shaft axis slot and wedge-shaped cross-section merges in the area of the bore.
  • the wave is in Movable in the direction of the shaft axis.
  • the slot-like leading to the cylinder space Bore is transverse to the shaft axis.
  • US-A-5 105 784 shows a rotary slide valve with a shaft penetrating one Passage that is perpendicular to the shaft axis and in the direction of the shaft axis is slit and wedge-shaped. The one that can be moved in the direction of the shaft axis The shaft rotates once every four crankshaft revolutions.
  • the Slit-like bore leading cylinder space arranged transversely to the shaft axis.
  • the task is to improve the rotary slide valve so that long Valve opening times are achievable, which are over 180 crankshaft degrees extend.
  • FIG. 1 there is a cylinder 1, a cylinder head 2 and a piston 3.
  • a first rotary slide valve 4 is rotatably mounted, which as Inlet valve is formed.
  • the cylinder head 2 rotatably supports a second one Rotary slide valve 5, which is designed as an outlet valve, the rotary slide valve 4 has a shaft 6 with a passage 7.
  • the shaft 6 is in the cylinder head 2 stored sealed.
  • the rotary slide valve 5 also has a shaft 8 which is sealed in the cylinder head 2 and also has a passage 23 of which only its axis 9 is shown in Figure 1.
  • the cylinder head 2 is with a first Provide channel 10 through which the fuel-air mixture is supplied.
  • the cylinder head 2 has a side opposite the channel 10 to the cylinder. respectively.
  • Combustion chamber 11 leading bore 12 is also in the cylinder head there is a further duct 13 which discharges the exhaust gases, and a further duct opposite bore 14 leading to the cylinder space 11.
  • Both shafts 6, 8 are from the crankshaft (not shown) of the engine driven and run half the speed of the crankshaft. In the illustrated In the exemplary embodiment, the shaft 6 rotates counterclockwise while the shaft 8 turns clockwise.
  • the axis 15 of the passage 7 extends obliquely to Axis 16 of the shaft 6 and intersects it.
  • the inclined position of axis 15 is selected that the right edge 17 of a passage opening 18 to the opposite left Edge 19 of the other passage opening 20 in the direction of the shaft axis 16 at a distance is staggered. This distance is designated by 22 in FIG.
  • sealing elements 21 On both sides of the Passage openings 18, 20 and between the passage openings 18, 20 both in radial and axial directions are schematically shown sealing elements 21 provided that a sealing of the through openings against each other and after effect outside.
  • the passage 7 is in the projection direction for the sake of clarity A shown.
  • the passage 23 of the rotary slide valve 5 has an axis 9 with an inclined position like that Axis 15.
  • the shaft 6 connects in the rotational position shown the passage 7 the channel 10 with the bore 12. Is the shaft 6 opposite the channel 10 and the bore 12 rotated, then there is no connection between the channel and Hole available.
  • the passage openings 18, 20 each an angle ⁇ and the opening 12 an angle ⁇ , also based on the Shaft axis 16, this means that with a full rotation of the shaft 6 the Channel 10 and the opening 12 are connected via the passage 7 when the Wave 6 passes through an angular path ⁇ plus ⁇ .
  • the bores 12, 14 are slit-shaped in the direction of the shaft axes 16.
  • the passages 7, 23 are also slit-like in the direction of the shaft axes 16 educated.
  • the minimum passage cross section must not be smaller than that Passage cross section of the holes 12 and 14 respectively.
  • the shaft 6 is in the direction of Axis 16 slidable. This shift can be done electronically depending on the Operating parameters of the engine can be controlled.
  • the angle ⁇ plus ⁇ is therefore greater than 90 °. Since slot-like bores 12, 14 and slot-like passages 7, 23 are achieved in that the Rotary slide valves 4, 5 open very quickly and ⁇ over most of the angle of rotation plus ⁇ are fully open.
  • the shafts 6, 8 are preferably made of a ceramic material. This can also be for the bearings of the shafts 6, 8 in the cylinder head 2 be the case.
  • the slot-like passages 7, 23 are wedge-shaped, which means that the Axial displacement of the shaft 6, 8 is possible, the opening and closing times of the Rotary slide valves 4, 5 to change what takes place depending on the engine parameters. This is shown schematically in FIG. 6, where the shaft 6 is opposite the bore 12 is moved.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Drehschieberventil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein Drehschieberventil ist aus der DE-A-20 62 323 bekannt. Dieses Drehschieberventil stellt das Einlaßventil bei einem Zweitaktmotor dar. Die im Zylinderkopf drehbar gelagerte Welle weist eine Durchlaßbohrung auf, die über einen vorgegebenen Drehbereich der Welle einen zylinderseitigen Kanal mit einer zum Zylinderraum führenden Bohrung verbindet, Das Drehschieberventil dreht sich hierbei mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle des Zweitaktmotors. Da die Füllung des Zylinders mit frischer Ladung relativ schlecht ist, ist zwischen Vergaser und Drehschieberventil eine ein- oder mehrstufige Turbine zwischengeschaltet.
Ein weiterer Zweitaktmotor mit Drehschieberventilen ist der DE-A-38 21 617 entnehmbar. Hierbei sind einlaßseitig zwei Drehschieberventile vorgesehen, deren Steuerzeiten einander überschneiden, wobei eines der Ventile der Zufuhr der Spülluft und das andere der Zufuhr der Ladeluft dient. Um die Füllung zu verbessern, sind für Spülung und Ladung unterschiedliche Lader oder Gebläse vorgesehen. Die Welle der Drehschieberventile weist zur Bildung eines Durchlasses jeweils etwa Halbmondform auf.
Ein Auslaßventil in Form eines Drehschieberventils bei einem Zweitaktmotor ist Gegenstand der FR-A-25 31 139. Hierbei weist die Welle als Durchlaß eine Bohrung auf.
Wie sich aus diesem Stand der Technik ergibt, drehen sich die Wellen der Drehschieberventile mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle des Motors. Dies bedeutet, daß der Durchlaß des Drehschieberventils die Verbindung zwischen dem zylinderseitigen Kanal und dem Zylinder- bzw. Brennraum nicht über einen ausreichend großen Hubweg des Kolbens des Motors herstellt. Die Füllung des Motors ist daher schlecht, so daß der Einsatz von Ladern erforderlich ist, um eine zufriedenstellende Ladung des Motors zu erhalten.
Ein Drehschieberventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 ist der US-A-4 381 737 entnehmbar, Der die Welle durchdringende Durchlaß verläuft rechtwinklig zur Wellenachse, so daß bei einer vollen Wellenumdrehung der Durchlaß zweimal den im Zylinderkopf verlaufenden Kanal mit der zum Zylinderraum führenden Bohrung verbindet. Die auf die Wellenachse bezogenen Winkelbereiche einer Durchlaßöffhung und der Bohrung liegen bei etwa 55°.
Die FR-A-2 662 214 beschreibt ein Drehschieberventil bei einem Zweitaktmotor, dessen Welle sich mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle dreht und über das ein Kraftstoff-Luftgemisch dem Zylinderraum zugeführt wird. Der die Welle durchdringende Durchlaß verläuft schräg zur Wellenachse und weist im Bereich des Kanals einen kreisförmigen Querschnitt auf, der in einen in Richtung der Wellenachse verlaufenden schlitz- und keilförmigen Querschnitt im Bereich der Bohrung übergeht. Die Welle ist in Richtung der Wellenachse verschiebbar. Die zum Zylinderraum führende schlitzartige Bohrung verläuf quer zur Wellenachse.
Die US-A-5 105 784 zeigt ein Drehschieberventil mit einem die Welle durchdringenden Durchlaß, der rechtwinklig zur Wellenachse verläuft und in Richtung der Wellenachse schlitz- und keilförmig ausgebildet ist. Die in Richtung der Wellenachse verschiebbare Welle dreht sich einmal pro vier Kurbelwellenumdrehungen. Auch hier ist die zum Zylinderraum führende schlitzartige Bohrung quer zur Wellenachse angeordnet.
Es besteht die Aufgabe, das Drehschieberventil so zu verbessern, daß lange Ventilöffnungszeiten erreichbar sind, die sich über mehr als 180 Kurbelwellengrade erstrecken.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher etläutert. Es zeigen:
Fig. 1
einen Schnitt durch einen Zylinder mit Zylinderkopf in schematischer Darstellung zu Beginn des Ansaugtakts;
Fig. 2
einen der Figur 1 entsprechenden Schnitt in der Mitte des Verdichtungshubes;
Fig. 3
einen der Figur 1 entsprechenden Schnitt in der Mitte des Arbeitshubes;
Fig. 4
einen der Figur 1 entsprechenden Schnitt in einer Stellung zu Beginn des Auspufftakts;
Fig. 5
einen Schnitt durch diese Welle und
Fig. 6
eine Draufsicht auf diese Welle.
Gemäß Figur 1 ist ein Zylinder 1, ein Zylinderkopf 2 und ein Kolben 3 vorhanden. Im Zylinderkopf 2 ist ein erstes Drehschieberventil 4 drehbar gelagert, welches als Einlaßventil ausgebildet ist. Weiterhin lagert der Zylinderkopf 2 drehbar ein zweites Drehschieberventil 5, welches als Auslaßventil ausgebildet ist, Das Drehschieberventil 4 weist eine Welle 6 mit einem Durchlaß 7 auf Die Welle 6 ist im Zylinderkopf 2 abgedichtet gelagert. Das Drehschieberventil 5 weist ebenfalls eine Welle 8 auf, die abgedichtet im Zylinderkopf 2 gelagert ist und ebenfalls einen Durchlaß 23 aufweist, von dem nur dessen Achse 9 in Figur 1 dargestellt ist. Der Zylinderkopf 2 ist mit einem ersten Kanal 10 versehen, über welchen das Kraftstoff-Luftgemisch zugeführt wird. An der dem Kanal 10 gegenüberliegenden Seite weist der Zylinderkopf 2 eine zum Zylinder. bzw. Verbrennungsraum 11 führende Bohrung 12 auf Weiterhin ist im Zylinderkopf ein weiterer die Auspuffgase abführender Kanal 13 vorhanden sowie eine weitere dazu gegenüberliegende zum Zylinderraum 11 führende Bohrung 14.
Beide Wellen 6, 8 werden von der Kurbelwelle (nicht dargestellt) des Motors angetrieben und führen dabei die halbe Drehzahl der Kurbelwelle aus. Im dargestellten Ausführungsbeispiel dreht sich die Welle 6 im Gegenuhrzeigersinn, während die Welle 8 sich im Uhrzeigersinn dreht.
Wie aus der Figur 5 ersichtlich, verläuft die Achse 15 des Durchlasses 7 schräg zur Achse 16 der Welle 6 und schneidet diese. Die Schräglage der Achse 15 ist so gewählt, daß der rechte Rand 17 der einen Durchlaßöffnung 18 zum gegenüberliegenden linken Rand 19 der anderen Durchlaßöffnung 20 in Richtung der Wellenachse 16 mit Abstand versetzt angeordnet ist. Dieser Abstand ist in Figur 5 mit 22 bezeichnet. Beidseits der Durchlaßöfnungen 18, 20 und zwischen den Durchlaßöffnungen 18, 20 sowohl in radialer als auch axialer Richtung sind schematisch dargestellte Dichtungselemente 21 vorgesehen, die eine Abdichtung der Durchgangsöffnungen gegeneinander und nach außen bewirken.
In Figur 1 ist der Durchlaß 7 der besseren Übersichtlichkeit halber in Projektionsrichtung A dargestellt.
Der Durchlaß 23 des Drehschieberventils 5 hat eine Achse 9 mit einer Schräglage wie die Achse 15.
Wie aus der Figur 5 ersichtlich, verbindet in der dargestellten Drehstellung der Welle 6 der Durchlaß 7 den Kanal 10 mit der Bohrung 12. Ist die Welle 6 gegenüber dem Kanal 10 und der Bohrung 12 verdreht, dann ist keine Verbindung zwischen Kanal und Bohrung vorhanden.
Nehmen, bezogen auf die Achse 16 der Welle 6, die Durchlaßöffnungen 18, 20 jeweils einen Winkel α ein und die Öffnung 12 einen Winkel β, ebenfalls bezogen auf die Wellenachse 16, dann bedeutet dies, daß bei einer vollen Umdrehung der Welle 6 der Kanal 10 und die Öffnung 12 über den Durchlaß 7 miteinander verbunden sind, wenn die Welle 6 einen Winkelweg α plus β durchläuft.
In Figur 1 ist der Fall dargestellt, daß der Kolben 3 kurz vor dem oberen Totpunkt steht. Hier beginnt das Drehschieberventil 4 zu öffnen. Das Drehschieberventil 5 nimmt eine Stellung ein, bei der der Durchlaß 23 verschlossen ist. Nach Erreichen des unteren Totpunkts des Kolbens 3 schließt das Drehschieberventil 4, nachdem die Welle 6 den Winkelweg α plus β durchlaufen hat, Während des Verdichtungshubs sind gemäß Figur 2 beide Drehschieberventile 4, 5 verschlossen, Dies gilt ebenfalls für den Arbeitshub gemäß Figur 3. Kurz vor Beginn des Auspuffhubes öffnet das Drehschieberventil 5, während das Drehschieberventil 4 nach wie vor verschlossen ist. Führt also die Kurbelwelle zwei Umdrehungen aus, dann drehen sich die Wellen 6, 8 um 360°, wobei die Durchlässe 7, 23 über einen Winkelweg α plus β der Wellen 6, 8 geöffnet sind, d.h. der Kanal 10 mit der Bohrung 12 und die Bohrung 14 mit dem Kanal 13 verbunden sind. In allen anderen Drehstellungen sind die Durchlässe 7, 23 verschlossen und zwar durch die Bohrungswandungen für die Wellen im Zylinderkopf.
Die Bohrungen 12, 14 sind in Richtung der Wellenachsen 16 schlitzförmig ausgebildet. Die Durchlässe 7, 23 sind ebenfalls in Richtung der Wellenachsen 16 schlitzartig ausgebildet.
Die Wandungen der Durchlässe 7, 23 verjüngen sich mittig, wie dies den Figuren 1 und 5 zu entnehmen ist. Der minimale Durchlaßquerschnitt darf hierbei nicht kleiner sein als der Durchlaßquerschnitt der Bohrungen 12 bzw. 14.
Um die Füllung des Zylinders verändern zu können, ist die Welle 6 in Richtung der Achse 16 verschiebbar. Diese Verschiebung kann elektronisch in Abhängigkeit der Betriebsparameter des Motors gesteuert werden.
Der Winkel α plus β ist also größer als 90°. Da schlitzartige Bohrungen 12, 14 und schlitzartige Durchlässe 7, 23 vorliegen, wird hierdurch erreicht, daß die Drehschieberventile 4, 5 sehr rasch öffnen und über den größten Teil des Drehwinkels α plus β voll geöffnet sind.
Die Wellen 6, 8 bestehen bevorzugt aus einem keramischen Material. Dies kann auch für die Lagerung der Wellen 6, 8 im Zylinderkopf 2 der Fall sein.
Die schlitzartigen Durchlässe 7, 23 sind keilförmig ausgebildet, womit es bei der Axialverschiebung der Welle 6, 8 möglich ist, die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Drehschieberventile 4, 5 zu verändern, was in Abhängigkeit der Motorparameter erfolgt. Dies ist schematisch in Figur 6 gezeigt, wo die Welle 6 gegenüber der Bohrung 12 verschoben ist.

Claims (3)

  1. Drehschieberventil bei einem kolbenbetriebenen Verbrennungsmotor, das eine im Zylinderkopf (2) drehbar gelagerte Welle (6, 8) aufweist, die mit einem die Welle (6, 8) durchdringenden Durchlaß (7, 23) versehen ist, der bei der Drehung der Welle (6, 8) in einem Drehbereich eine Verbindung zwischen einem im Zylinderkopf (2) verlaufenden Kanal (10, 13) und einer zum Zylinderraum führenden Bohrung (12, 14) im Zylinderkopf (2) herstellt, jeweils auf die Wellenachse (16) bezogen eine die Bohrung (12, 14) überstreichende Durchlaßöffnung (18) einen Winkelbereich (a) einnimmt, der größer ist als der Winkelbereich (β) der Bohrung (12, 14), der Durchlaß (7, 23) und die Bohrung (12, 14) in Richtung der Wellenachse (16) schlitzförmig ausgebildet sind, die Wandungen des Durchlasses (7, 23) sich mittig verjüngen und der minimale Durchlaßquerschnitt hierbei nicht kleiner ist als der Durchlaßquerschnitt der Bohrung (12, 14), und die Welle (6, 8) beidseits der Durchlaßöffnungen (18, 20) und zwischen den Durchlaßöffnungen (18, 20) längs und quer zur Wellenachse (16) abgedichtet im Zylinderkopf (2) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor ein Viertaktverbrennuugsmotor ist, der Durchlaß (7, 23) schräg zur Wellenachse (16) verläuft und hierbei die eine Durchlaßöffhung (18) zur gegenüberliegenden Durchlaßöffnung (20) in Richtung der Wellenachse (16) so versetzt angeordnet ist, daß bei einer vollen Wellenumdrebung nur einmal eine Verbindung zwischen dem Kanal (10, 13) und der Bohrung (12, 14) entsteht, die Welle (6, 8) mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle des Motors sich dreht, die die Bohrung (12, 14) überstreichende Durchlaßöffnung (18) zusammen mit dem an der Welle (6, 8) anliegenden Bereich der Bohrung (12, 14) bezogen auf die Wellenachse (16) einen Winkelbereich (α plus β) einschließt, der mehr als 90° beträgt, der Durchlaß (7, 23) und die Bohrung (12, 14) in gleicher Richtung der Wellenachse (16) verlaufend keilförmig ausgebildet sind, und die Welle (6, 8) in Richtung der Wellenachse (16) verschiebbar ist.
  2. Drehschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (6, 8) aus einem keramischen Material besteht.
  3. Drehschieberventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlagerung aus einem keramischen Material besteht.
EP94906168A 1993-01-30 1994-01-28 Drehschieberventil Expired - Lifetime EP0635095B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4302648A DE4302648A1 (de) 1993-01-30 1993-01-30 Drehschieberventil
DE4302648 1993-01-30
PCT/EP1994/000249 WO1994017287A1 (de) 1993-01-30 1994-01-28 Drehschieberventil

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Publication Number Publication Date
EP0635095A1 EP0635095A1 (de) 1995-01-25
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DE (2) DE4302648A1 (de)
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