EP3899436A1 - Verbindungstechnologie ultrasonic welding bei der produktlinie raddrehzahlsensorik - Google Patents

Verbindungstechnologie ultrasonic welding bei der produktlinie raddrehzahlsensorik

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Publication number
EP3899436A1
EP3899436A1 EP19835264.3A EP19835264A EP3899436A1 EP 3899436 A1 EP3899436 A1 EP 3899436A1 EP 19835264 A EP19835264 A EP 19835264A EP 3899436 A1 EP3899436 A1 EP 3899436A1
Authority
EP
European Patent Office
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leadframe
sensor
contact
lead frame
sensor according
Prior art date
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Ceased
Application number
EP19835264.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg MÖSTL
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Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Teves AG and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Teves AG and Co OHG filed Critical Continental Teves AG and Co OHG
Publication of EP3899436A1 publication Critical patent/EP3899436A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/24Housings ; Casings for instruments
    • G01D11/245Housings for sensors

Definitions

  • the invention relates to a sensor according to the preamble of claim 1.
  • the invention is based on the object of proposing an inexpensive and / or reliable sensor, in particular with regard to its contacting or
  • Connection means the connection between the first leadframe contact of the first leadframe with the first leadframe contact of the second leadframe or with a first cable strand
  • Leadframe contact of the second leadframe or with a second cable strand is provided.
  • the first leadframe has at least in a first region two changes in direction in its extent, which together comprise at least 90 °.
  • the sensor is preferably a speed sensor and / or speed sensor and / or angular speed sensor
  • crankshaft speed sensor or wheel speed sensor or transmission speed sensor
  • the first lead frame is designed such that at least with regard to its first and second
  • the first and second contacting legs each have at least in a first region two changes in direction in their extent, which in particular together comprise at least 90 °.
  • no further contacting is formed at the end of the second change in direction of the first or contacting leg.
  • this second change in direction is arranged essentially in the form of a flag on the side of the first or second contacting leg.
  • a leadframe contact is understood to mean, for example, a contact leg or contact leg end or a corresponding contact area on a contact leg.
  • a welding surface is preferably also a
  • the sensor preferably has the advantage that it avoids the wirebond wires, and possibly also, the ultrasound entry during ultrasound welding
  • the two welded connections are preferably or are produced at the welded points simultaneously, so that the Vibration energy is introduced only once by ultrasonic welding.
  • the welding tool has a common tool head for both lead frame contacts or. Branches on.
  • the invention also relates to a method for producing a sensor by means of ultrasonic welding.
  • the sensor element is preferably designed as a GMR sensor element or TMR sensor element, because this is relatively robust against vibrations.
  • the sensor element is preferably designed as a Hall element.
  • the first leadframe preferably points in the area of the leadframe contacts or in the adjacent area
  • Leadframe contacts one damping tile each.
  • connection are preferably clamped or fixed with the fleece in the welding tool during the ultrasonic welding process or manufacturing process.
  • the welding tool has an actuator, gripper, which holds or holds down the fleece / damping mat on the holding surface.
  • the damping fleece or fleece or the damping mat is preferably made of rubber or of elastic plastic.
  • the sensor housing is expediently held in a tool pocket of the welding tool or received by the latter and in particular is not clamped.
  • the leadframe in the area of its first and second leadframe contacts each have a trough into which the respective strand of the cable is inserted and / or protrudes.
  • the trough is in particular designed in such a way that the first and second contacting legs at this point, respectively is wider and before and after the trough, in the direction of the leadframe from the contact to the sensor element, is the first leadframe or the respective contacting leg
  • the first leadframe preferably has a hammer-shaped or flag-shaped structure, at the end of which in particular no contact is arranged.
  • Lead frame guidance and training are preferably reduced influences of the ultrasound introduction on the function of the sensor element. Furthermore, delamination of the lead frames in the plastic housing is limited to a minimum.
  • the first leadframe preferably includes one or more kinks or in the direction into the first plastic housing
  • the first leadframe preferably comprises, in particular in each case on its first and second contacting legs, at least one, in particular two anchor holes, which are from the first
  • the defined material for the enclosing plastic housing is preferably also optimized with regard to the introduction of ultrasound.
  • the anchor holes in the terminal serve to position the sensor element and also to deflect the
  • the sensor In the production process or when welding a cable strand, it is preferably placed without pressure on the associated leadframe contact. A defined pressure is only built up by contacting the ultrasound tool.
  • the sensor preferably has a capacitor which is soldered between two leadframe branches or the first and second contacting legs.
  • the sensor preferably does not include an intermediate piece leadframe, between the cable or plug, the contacts of which are formed by the second leadframe, and the first leadframe.
  • the cable is formed with a diameter of 0.08 mm to 0.154 mm of the individual wires of the strands.
  • the strands of the cable expediently each have a cross section of 0.5 mm A 2 or 0.35 mm A 2 or 0 , 25mm A 2.
  • the invention also relates to the use of the sensor in motor vehicles.
  • Fig. 1 shows an exemplary contacting of the sensor
  • Fig. 2 shows an embodiment of the sensor with a
  • Sensor 1 is connected to cable 2 and its strands 2a and 2b.
  • Sensor 1 has a first plastic housing 3.
  • the first and second contacting legs 4, 5 are connected to the strands by means of a first and second leadframe contact 6, 7 by an ultrasonic welding surface.
  • the exemplary embodiment of sensor 1 in FIG. 2 shows a first lead frame 8 with first and second contacting legs 4, 5.
  • ASIC 9 comprising the sensor element and the signal processing circuit, is arranged on first lead frame 8.
  • Protective capacitor 10 is located between the two contacting legs 4 and 5 arranged and fixed by solder connection.
  • the first and second contacting legs each have a first 11, 12 and second 13, 14 change in direction.
  • the first lead frame on both contacting legs 4, 5 each has outwardly arranged flags or hammer elements 15 and in each case 2 anchor holes 16, which extend from the first plastic housing 3

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

Sensor (1), umfassend zumindest ein Sensorelement (9) und eine Signalverarbeitungsschaltung (9), welche gemeinsam als integriertes Bauteil (9) oder einzeln auf einem ersten Leadframe (8) angeordnet sind und mit diesem elektrisch leitend verbunden sind, wobei das Sensorelement und die Signalverarbeitungsschaltung von einem ersten Kunststoffgehäuse (3) eingehaust sind und der erste Leadframe (8) teilweise in das erste Kunststoffgehäuse (3) eingebettet ist, wobei der erste Leadframe mit einem zweiten Leadframe oder einem Kabel (2) verbunden ist, wobei der erste Leadframe mit seinem ersten Leadframekontakt (6) mit dem ersten Leadframekontakt des zweiten Leadframes verbunden ist oder mit einer ersten Kabellitze (2a), und der erste Leadframe mit seinem zweiten Leadframekontakt (7) mit einem zweiten Leadframekontakt des zweiten Leadframes verbunden ist oder mit einer zweiten Kabellitze (2b), wobei diese beiden Verbindungen jeweils mittels einer Schweißfläche ausgebildet sind/werden, wobei diese beiden Schweißflächen jeweils mittels Ultraschallweißens ausgebildet sind.

Description

Beschreibung
Verbindungstechnologie Ultrasonic welding bei der Produktlinie Raddrehzahlsensorik
Die Erfindung betrifft einen Sensor gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus dem Stand der Technik sind zur Kontaktierung von Sensoren an deren Anschlüssen Crimpverbindungen, Löt- und
Schweißverbindungen bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen kostengünstigen und/oder zuverlässigen Sensor vorzuschlagen, insbesondere hinsichtlich seiner Kontaktierung bzw.
Kontaktierungsmöglichkeit .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Sensor gemäß Anspruch 1.
Mit den beiden Verbindungen sind vorzugsweise als erste
Verbindung die Verbindung zwischen erstem Leadframekontakt des ersten Leadframes mit dem ersten Leadframekontakt des zweiten Leadframes oder mit einer ersten Kabellitze gemeint,
als zweite Verbindung die Verbindung des zweiten
Leadframekontakts des ersten Leadframes mit dem zweiten
Leadframekontakt des zweiten Leadframes oder mit einer zweiten Kabellitze .
Es ist bevorzugt, dass der erste Leadframe wenigstens in einem ersten Bereich zwei Richtungsänderungen in seiner Erstreckung aufweist, welche zusammen mindestens 90° umfassen.
Der Sensor ist vorzugsweise als Geschwindigkeitssensor und/oder Drehzahlsensor und/oder Winkelgeschwindigkeitssensor
ausgebildet, insbesondere als Kurbelwellendrehzahlsensor oder Raddrehzahlsensor oder Getriebedrehzahlsensor oder
Turboladerdrehzahlsensor . Es ist bevorzugt, dass der erste Leadframe so ausgebildet ist, dass zumindest hinsichtlich seines ersten und zweiten
Kontaktierungsbeins, an deren Enden der erste bzw. zweite Leadframekontakt des ersten Leadframes angeordnet ist, das erste und zweite Kontaktierungsbeine jeweils wenigstens in einem ersten Bereich zwei Richtungsänderungen in seiner Erstreckung aufweist, welche insbesondere zusammen mindestens 90° umfassen.
Alternativ vorzugsweise weist eines oder beide
Kontaktierungsbeine eine erste Biegung bzw. Richtungsänderung von mindestens 10° bzw. 30°, bis insbesondere 90°, auf, wonach eine eines oder beide Kontaktierungsbeine eine zweite Biegung bzw. Richtungsänderung von mindestens 10° bzw. 30°, bis insbesondere 90°, auf, welche besonders bevorzugt in die andere Richtung bzw. mit anderer Orientierung ausgebildet ist als die erste Richtungsänderung. Ganz besonders bevorzugt ist am Ende der zweiten Richtungsänderung des ersten bzw. Kontaktierungsbeins keine weitere Kontaktierung ausgebildet. Beispielsweise ist diese zweite Richtungsänderung im Wesentlichen in Form eine Fahne seitlich an dem ersten bzw. zweiten Kontaktierungsbein angeordnet .
Unter einem Leadframekontakt wird beispielsweise ein Kontaktbein bzw. Kontaktbeinende bzw. ein entsprechender Kontaktbereich auf einem Kontaktbein verstanden.
Unter einer Schweißfläche wird vorzugsweise auch eine
Schweißzone verstanden.
Der Sensor weist vorzugsweise den Vorteil auf, dass er vermeidet, durch den Ultraschalleintrag beim Ultraschallschweißen möglichweise die Wirebonddrähte und auch ggfs, auch die
Dichtigkeit des Kunststoffgehäuses zu beeinträchtigen bzw. zu beschädigen .
Bevorzugt werden bzw. sind die beiden Schweißverbindungen an den Schweißpunkten gleichzeitig erzeugt, damit die Schwingungsenergie durch das Ultraschallschweißen nur einmal eingebracht wird. Dazu weist das Schweißwerkzeug einen gemeinsamen Werkzeugkopf für beide Leadframekontakte bzw . Zweige auf .
Im Stand der Technik werden beide Seiten nacheinander geschweißt .
Die Erfindung betrifft hierzu außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors mittels Ultraschallschweißen.
Das Sensorelement ist bevorzugt als GMR-Sensorelement oder TMR-Sensorelement ausgebildet, weil dies relativ robust gegenüber Schwingungen ist. Alternativ vorzugsweise ist das Sensorelement als Hallelement ausgebildet.
Bevorzugt weist der erste Leadframe jeweils im Bereich der Leadframekontakte oder im benachbarten Bereich zu den
Leadframekontakten, jeweils ein Dämpfungsflies auf.
Vorzugsweise werden während des Ultraschallschweißverfahrens bzw. Herstellungsverfahrens die Anschlüsse mit dem Flies geklemmt bzw. fixiert im Schweißwerkzeug. Dazu weist das Schweißwerkzeug einen Aktor, Greifer auf, welcher das Flies/ Dämpfungsmatte auf der Haltefläche hält bzw. niederhält.
Das Dämpfungsflies bzw. Flies bzw. die Dämpfungsmatte ist bevorzugt aus Gummi bzw. aus elastischem Kunststoff ausgebildet.
Während des Schweißvorgangs bzw. Herstellungsverfahrens ist das Sensorgehäuse zweckmäßigerweise in einer Werkzeugtasche des Schweißwerkzeugs gehalten bzw. von dieser aufgenommen und dabei insbesondere nicht geklemmt.
Es ist bevorzugt, dass der Leadframe im Bereich seines ersten und zweiten Leadframekontaktes jeweils eine Mulde aufweist, in welche die jeweilige Litze des Kabels eingelegt ist und/oder hineinragt. Die Mulde ist insbesondere so ausgebildet, dass das erste und zweite Kontaktierungsbein an dieser Stelle jeweils breiter ausgebildet ist und vor und nach der Mulde, in Richtung des Leadframes von der Kontaktierung zum Sensorelement, ist der erste Leadframe bzw. das jeweilige Kontaktierungsbein
hochgebogen .
Der erste Leadframe weist vorzugsweise eine hammerförmige oder fahnenförmige Struktur auf, an deren Ende insbesondere keine Kontaktierung angeordnet ist. Durch die definierte
Leadframeführung bzw. -ausbildung werden vorzugsweise Einflüsse der Ultraschalleinleitung auf die Funktion des Sensorelementes reduziert. Weiterhin wird eine Delamination der Leadframes im Kunststoffgehäuse auf ein Mimimum beschränkt.
Der erste Leadframe umfasst vorzugsweise in Richtung rein in das erste Kunststoffgehäuse eine oder mehrere Knicke bzw.
Richtungsänderungen, wobei diese Knicke bzw.
Richtungsänderungen rund oder eckig ausgebildet sind,
insbesondere mäanderförmig .
Der erste Leadframe umfasst bevorzugt, insbesondere jeweils auf seinem ersten und zweiten Kontaktierungsbein, wenigstens ein, insbesondere zwei Ankerlöcher, welche von dem ersten
Kunststoffgehäuse durchdrungen sind.
Bevorzugt ist das definierte Material für das umschließende Kunststoffgehäuse ebenfalls in Bezug auf Ultraschalleinleitung optimiert. Die Ankerlöcher im Terminal dienen zum Positionieren des Sensorelements und weiterhin zur Ablenkung der
Ultraschallausbreitung sowie zur stabilen Anbindung des
Kunststoffgehäuses an den ersten Leadframe.
Beim Herstellungsverfahren bzw. beim Schweißen einer Kabellitze ist diese vorzugsweise auf den zugeordneten Leadframekontakt druckfrei aufgelegt. Erst durch die Kontaktierung mit dem Ultraschallwerkzeug wird ein definierter Druck aufgebaut. Vorzugsweise weist der Sensor einen Kondensator auf, welcher eingelötet ist zwischen zwei Leadframeäste bzw. dem ersten und zweiten Kontaktierungsbein.
Breiter, dafür links und rechts ein kleines Stück hochbiegen, daraus bildet sich Mulde/ Tasche
Der Sensor umfasst bevorzugt kein Zwischenstück-Leadframe, zwischen Kabel bzw. Stecker, dessen Kontakte durch den zweiten Leadframe gebildet werden, und dem ersten Leadframe.
Es ist bevorzugt, dass das Kabel mit einem Durchmesser von 0,08 mm bis 0,154mm der Einzeldrähte der Litzen ausgebildet ist Zweckmäßigerweise weisen die Litzen des Kabels jeweils einen Querschnitt von 0,5 mmA2 bzw. 0,35mmA2 bzw. 0,25mmA2 auf.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf die Verwendung des Sensors in Kraftfahrzeugen.
Es zeigen in schematischer Darstellung,
Fig. 1 eine beispielhafte Kontaktierung des Sensors sowie
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des Sensors mit einem
beispielhaft ausgebildeten Leadframe.
In Fig. Ist Sensor 1 mit Kabel 2 und seinen Litzen 2a und 2b verbunden. Sensor 1 weist ein erstes Kunststoffgehäuse 3 auf. Das erste und zweite Kontaktierungsbein 4, 5 sind mit den Litzen mittels einem ersten und zweiten Leadframekontakt 6, 7 durch eine Ultraschallschweiß fläche verbunden .
Das Ausführungsbeispiel des Sensors 1 in Fig. 2 zeigt einen ersten Leadframe 8 mit erstem und zweiten Kontaktierungsbein 4, 5. Auf erstem Leadframe 8 ist ASIC 9, umfassend das Sensorelement sowie die Signalverarbeitungsschaltung angeordnet. Zwischen den beiden Kontaktierungsbeinen 4 und 5 ist Schutzkondensator 10 angeordnet und per Lötverbindung befestigt. Erstes und zweites Kontaktierungsbein weisen jeweils eine erste 11, 12 und zweite 13, 14 Richtungsänderung auf. Außerdem umfasst der erste Leadframe an beiden Kontaktierungsbeinen 4, 5 jeweils nach außen angeordnete Fahnen bzw. Hammerelemente 15 sowie jeweils 2 Ankerlöcher 16, welche von erstem Kunststoffgehäuse 3
durchdrungen sind, welches einen bis auf die
Kontaktierungsbereiche und die erste und zweite
Richtungsänderung den ersten Leadframe 8, sowie den
Schutzkondensator 10 und den ASIC 9 einhaust.

Claims

Patentansprüche
1. Sensor (1), umfassend zumindest ein Sensorelement (9) und eine Signalverarbeitungsschaltung (9), welche gemeinsam als integriertes Bauteil (9) oder einzeln auf einem ersten Leadframe (8) angeordnet sind und mit diesem elektrisch leitend verbunden sind, wobei das Sensorelement und die
Signalverarbeitungsschaltung von einem ersten Kunststoffgehäuse (3) eingehaust sind und der erste Leadframe (8) teilweise in das erste Kunststoffgehäuse (3) eingebettet ist, wobei der erste Leadframe mit einem zweiten Leadframe oder einem Kabel (2) verbunden ist,
wobei der erste Leadframe mit seinem ersten Leadframekontakt (6) mit dem ersten Leadframekontakt des zweiten Leadframes verbunden ist oder mit einer ersten Kabellitze (2a) ,
und der erste Leadframe mit seinem zweiten Leadframekontakt (7) mit einem zweiten Leadframekontakt des zweiten Leadframes verbunden ist oder mit einer zweiten Kabellitze (2b) ,
wobei diese beiden Verbindungen jeweils mittels einer
Schweißfläche ausgebildet sind/werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
diese beiden Schweißflächen jeweils mittels Ultraschallweißens ausgebildet sind.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leadframe (8) wenigstens in einem ersten Bereich zwei Richtungsänderungen (11, 12, 13, 14) in seiner Erstreckung aufweist, welche zusammen mindestens 90° umfassen.
3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) als Geschwindigkeitssensor, insbesondere als Raddrehzahlsensor oder Getriebedrehzahlsensor oder
Turbodrehzahlsensor, ausgebildet ist.
4. Sensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leadframe (8) so ausgebildet ist, dass zumindest hinsichtlich seines ersten und zweiten Kontaktierungsbeins (4, 5), an deren Enden der erste bzw. zweite Leadframekontakt (6, 7) des ersten Leadframes angeordnet ist, das erste und zweite Kontaktierungsbeine (5, 6) jeweils wenigstens in einem ersten Bereich zwei Richtungsänderungen (11, 12, 13, 14) in seiner Erstreckung aufweist, welche zusammen mindestens 90° umfassen.
5. Sensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder beide
Kontaktierungsbeine (5, 6) eine erste Biegung bzw.
Richtungsänderung (11, 12) von mindestens 10° bzw. 30°, bis insbesondere 90°, auf, wonach eine eines oder beide
Kontaktierungsbeine eine zweite Biegung bzw. Richtungsänderung (13, 14) von mindestens 10° bzw. 30°, bis insbesondere 90°, auf, welche besonders bevorzugt in die andere Richtung bzw. mit anderer Orientierung ausgebildet ist als die erste
Richtungsänderung .
6. Sensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Schweißflächen (6, 7) gleichzeitig erzeugt sind, damit die Schwingungsenergie durch das Ultraschallschweißen nur einmal eingebracht wird.
7. Sensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Leadframe (8) jeweils im Bereich der Leadframekontakte (6, 7) oder im benachbarten Bereich zu den Leadframekontakten, jeweils ein Dämpfungsflies aufweist, wobei das
Dämpfungsflies insbesondere aus Gummi und/oder aus elastischem Kunststoff ausgebildet.
8. Sensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leadframe (8) im Bereich seines ersten und zweiten Leadframekontaktes jeweils eine Mulde aufweist, in welche die jeweilige Litze (2a, 2b) des Kabels eingelegt ist und/oder hineinragt.
9. Sensor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste Leadframe (8), insbesondere jeweils auf seinem ersten und zweiten Kontaktierungsbein (5, 6) , wenigstens ein, insbesondere zwei Ankerlöcher (16) umfasst, welche von dem ersten Kunststoffgehäuse (3) durchdrungen sind.
EP19835264.3A 2018-12-21 2019-12-17 Verbindungstechnologie ultrasonic welding bei der produktlinie raddrehzahlsensorik Ceased EP3899436A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018222851 2018-12-21
PCT/EP2019/085550 WO2020127197A1 (de) 2018-12-21 2019-12-17 Verbindungstechnologie ultrasonic welding bei der produktlinie raddrehzahlsensorik

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EP3899436A1 true EP3899436A1 (de) 2021-10-27

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ID=69156365

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EP19835264.3A Ceased EP3899436A1 (de) 2018-12-21 2019-12-17 Verbindungstechnologie ultrasonic welding bei der produktlinie raddrehzahlsensorik

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EP (1) EP3899436A1 (de)
CN (1) CN216483147U (de)
WO (1) WO2020127197A1 (de)

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