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Druchgaskraftmaschine.
Die Erfindung betrifft eine Kraftmaschine, die selbsttätig ununterbrochen arbeitet, wenn gewisse Teile derselben unter besondere Druckverhältnisse gesetzt werden.
Die Wirkungsweise der Maschine beruht auf der selbsttätigen Steuerung der Druckverhältnisse
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Aufeinanderfolge so herbeigeführt werden, dass die auf bewegte Teile der Maschine wirkenden relativen Drücke abwechselnd und regelmässig geändert werden.
Die Erfindung fusst auf einer Anwendung des bekannten Gesetzes, nach dem Gase oder Flüssigkeiten auf von ihnen berührte Flächen gleichmässig mit einer vom Druck abhängigen Kraft wirken, die gleich bleibt, unabhängig davon, ob der Rauminhalt gross oder klein ist.
Nach der Erfindung bewegt sich ein Kraft liefernder Kolben in einem Zylinder, dessen eines Ende offen ist und mit einem Druckluftvorrat in Verbindung steht, während das andere Zylinderende geschlossen ist, so dass der Kolben nach der Hubumkehr am offenen Zylinderende durch die Wirkung des Luftdruckes einen Arbeitshub nach dem geschlossenen Zylinderende hin ausführt, wobei Mittel vorgesehen sind, die den Widerstand gegen den Einwärtshub des Kolbens (gegen das offene Zylinderende zu) aufheben, so dass dieser durch das Kraftmoment eines auf der Kurbelwelle sitzenden und von derselben angetriebenen Schwungrades bewirkt wird. Die Maschine arbeitet demnach im Zweitakt.
Der Arbeitshub wird unter dem Druck der an der Kolbeninnenseite wirkenden Druckluft ausgeführt, während an der Kolbenaussen-
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welle, wie bei einer gewöhnlichen Zweitaktverbrennungskraftmaschine.
Die Maschine nach der Erfindung kann in baulichen Einzelheiten verschiedenen Forderungen angepasst werden, ohne an dem Wesen der Erfindung und ihrer Wirkungsweise etwas zu ändern. Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen veranschaulicht. Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Stirn-und Seitenansicht der Maschine mit geschnittenem Druckluftbehälter. Fig. 3 veranschaulicht die arbeitenden Teile im Schnitt. Fig. 4 gibt einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 3 wieder. In den Fig. 5, 6,7 sind Einzelheiten dargestellt. Fig. 8 zeigt einen Schnitt durch das Ende des Kraftzylinders mit einem Ventil und dessen Steuereinrichtung in grösserem Massstabe. Die Fig. 9 und 10 sind schematische Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise und zeigen die bewegten Teile der Maschine in den zwei äussersten Stellungen.
Das Gestell zu Lagerung und Unterstützung der äusseren bewegten Teile kann besonderen Umständen angepasst werden und bildet keinen Teil der Erfindung, es wurde daher nicht dargestellt.
In den Zeichnungen ist eine stehende Maschine gezeigt, doch kann die Maschine auch liegend angeordnet werden.
Die Maschine besitzt einen auf einem geeigneten Unterbau stehenden dichten und genügend festen Behälter 11 für Druckluft, der mit einem Einlassventil, einem Druckmesser und einem Sicherheitsventil (nicht dargestellt) gewöhnlicher Art versehen ist.
Ein lotrechter Hauptarbeitszylinder. 12 steht auf dem Boden des Behälter 11. Sein oberes (inneres) Ende ist offen, während sein unteres Ende geschlossen ist. Der im Zylinder 12 auf und abgehende Kolben 13
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an der Innenseite der Platte 25 wirken, so kann der Widerstand infolge der beim Einwärtsgang der Kolben 23 am äusseren Zylinderende erzeugten Luftleere überwunden werden, aber auch der Reibungswiderstand kann wegen des grösseren Querschnittes der Ausnehmung 25a überwunden werden.
Da der Luftdruck sowohl auf die Aussenfläche der Platte 25 als auch auf die Innenseite des Kolbens 28 wirkt, die Platte 25 aber eine grössere Fläche besitzt, bewegt sich der Kolben 2. 3 nach aussen gleichzeitig mit dem sich abwärts bewegenden Kolben 18 und Keil 17 und ohne diese Bewegungen zu stören. Daher kann der auf dem Kolben. M wirkende Druck der Pressluft ganz zur Auswirkung kommen und den Kolben mit voller Kraft nach abwärts treiben.
Die Auswärtsbewegung des Kolbens 13 bildet daher den Arbeitshub und unmittelbar vor dessen Ende werden die Ausnehmungen 20a und 25a wieder mit Druckluft aus dem Behälter 11 gefüllt, so dass der Kolben. 13 unter der Trägheitswirkung der Kurbelwelle wieder hochgehen kann, wie bei einer gewöhnlichen Zweitaktmaschine.
Diese Vorgänge wiederholen sich durchaus selbsttätig und fortlaufend und sind von den Änderungen der Druckzustände in den Ausnehmungen 20a, 25a abhängig, die bei jedesmaliger Annäherung der Kolben
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Der rasche und sichere Druekwechsel wird durch ein besonderes Ventil gesteuert. Im Behälter 11 ist ein beiderseits offener zylindrischer Ventilkörper 34 eingebaut. Nahe seinem unteren Ende führt eine mit einem Rückschlagventil versehene Leitung 35 zum unteren Ende des Zylinders 12 und die bieg- same Leitung 8. 3 mündet (seitlich) nahe dem oberen Ende des Zylinders.
Ein im Zylinder verschiebba'er Kolbenschieber verbindet in seiner oberen Stellung die Leitungen 33 und 35, so dass die Ausnehmung 25 cl mit dem Zylinder 12 verbunden und die Luft aus ihr abgesaugt wird, wobei das Rüeksclagventil deren Zurückströmen verhindert. In seiner unteren Stellung unterbricht der Kolben diese Verbindung,
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der Zut mitt gewährt ist. die nun in die Ausnehmung 25a gelangen kann.
Eine den Kolbenschieber bewegende an ihm befestigte Stange 37 ist mittels einer Stepfbüchse 38 durch den Boden des Behälters 11 geführt. Ihre auf-und abwättsgehende Bewegung wird ihr mittels zweier an der Kurbelwelle befestigter Kurvenscheiben 89. 40 mitgeteilt. Eine Ausnehmung 41 am Umfang der einen Scheibe und eine gleiche Ausnehmung an einer diametral gegenüberliegenden Stelle des Umfanges. der anderen Scheibe wirken auf zweiBebel42 und 43, die um einen festen Zapfen 44 schwingen und de@en innere Enden den Umfang der Scheiben 39, 40 berühren. Durch Federn 45 werden die äusseren Enden der Hebel hoehgehoben und die inneren Enden an die Kurvenscheiben gedrückt.
Beim Vorübergehen einer Ausnehmung 41 sehwingt das innere Ende eines Hebels herunter und wird gleich wieder gehoben, ehe noch das innere Erde des anderen Hebels herunterschwingt. Die Hebeln schwingen nach jeder halben Wellendrehung abwechselnd. Die beiden Hebeln sind mit der Stange 37 durch Lenker 46. 47 verbunden, die in gleichen Abständen von dem Zapfen 44, aber an den entgegengesetzten Enden der Hebeln angelenkt sind, so dass durch den einen Hebel die Stange 37 abwärts gezogen und durch den anderen Hebel auf- wärtsgestossen wird. Die Verbindung der Stange 37 mit den Lenkern geschieht durch einen Stift an der Stange, der durch Schlitze 48 der Lenker reicht.
Wenn ein Lenker die Stange 37 herunterzieht, gelangt der Stift an das untere Ende des Schlitzes in dem anderen Lenker, so dass beim Hochgehen des zweiten Lenkers die Stange und das Ventil hochgestossen werden. Auf diese Weise kann der Stift jedesmal im Schlitz eines Lenkers gleiten, wenn dieser sich in seiner unwirksamen Lage befindet, d. h. so lange der zugehörige Hebel auf dem Kreis der Kurvenseheiben aufruht und am Ende dieser Bewegung erreicht der Stift das entsprechende Ende des Schlitzes, so dass er bei der Betätigung des Hebels und zugehörigen Lenkers mitgenommen wird.
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Die am Ende jedes Aufwärtshubes des Kolbens 13 in den unteren Teil des Zylinders 12 aus den Vertiefungen 20a, 25a eingesaugte Luft wird beim Abwärtsgang durch ein Ausblaseventil50 gewöhnlicher Baualt, das sich am Boden des Zylinders 12 befindet, in den Behälter 11 ausgeblasen, nachdem die Luft
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Wenn der Kolben 23 sich seinem rechten Hubende nähert, kann eine kleine Luftmenge in das geschlossene Ende des Zylinders 22 eintreten, die auf den Kolben, entgegen seiner Bewegungsrichtung drückt, wodurch die Platte 25 gerade während der Luftabsaugung aus der Ausnehmung 25 a an die Fläche 19 des Keiles gepresst wird. Dieser Lufteintritt hinter den Kolben 23 wird durch ein federbelastetes Ventil 54 gesteuert (Fig. 1).
Das Ventil 54 wird geöffnet, wenn ein am unteren Führungsbolzen 26 der Platte 25 befestigter Mitnehmer 56 an dem Federhebel 55 vorbeigeht. Das Ventil 50 wird auf diese Weise bloss für einen Augenblick geöffnet und schliesst sich wieder, sobald der Stift 56 am Hebel 55 vorbeigegangen ist.
Beim Rückwärtsgang des Kolbens 23 und der Führungsstange 26 wird das Ventil nicht betätigt. Wenn die Luft auf die angegebene Weise im Zylinder 22 gewirkt hat, wird sie durch ein gewöhnliches Ausblaseventil des Zylinders 22 wieder in den Behälter 11 ausgestossen.
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Vorteilhaft wird das äussere Ende des Zylinders 22 mittels einer Leitung 70 mit der Leitung 35 verbunden, wie in Fig. 9 und 10 veranschaulicht. Dann wird gleichzeitig die Luft aus dem geschlossenen Ende des Zylinders 22 und aus der Ausnehmung 25a in das geschlossene Ende des Zylinders 12 geführt und ein Druckausgleich zwischen den Kammern 20a, 25a und den beiden Zylinderenden herbeigeführt.
Um die Maschine abzustellen, wird Druckluft aus dem Behälter 11 in das geschlossene Ende des Zylinders 22 geleitet, wodurch der Druekunterschied an den beiden Seiten des Kolbens 28 und somit dessen Bewegungsursaehe aufgehoben wird. Zu diesem Zweck ist mit dem Ventil 5. J ein Schieber 58
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gehandhabt werden. Unter Umständen ist es zweckmässig, die Stange 61 von einem gewöhnlichen Regelorgan so beeinflussen zu lassen. dass das Ventil geöffnet wird, sobald die Geschwindigkeit der Maschine ein bestimmtes Mass überschreitet. Die in den Zylinder 22 eindringende Luft verlangsamt den Gang der
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ventil 58 kann an jedem der beiden Zylinder mit gleichem Erfolg verwendet werden.
Die zum Stillsetzen der Maschine durch das Ventil 58 eingelassene Druckluft kann durch ein im Boden des Zylinders 22 befindliches, von Hand zu betätigendes Ventil ? in die äussere Luft austreten gelassen werden, wenn die Maschine wieder in Gang gebracht werden soll.
Es sind Einrichtungen vorgesehen, um den Hauptzylinder 12 mit seinem Kolben oder den Zylinder 22 mit seinem Kolben wie eine Pumpe wirken zu lassen, sobald infolge Undichtheit des Behälters 11 in diesem Verluste an Druckluft und Druckverminderungen auftreten. Diese Einrichtungen beginnen selbsttätig zu wirken, wenn der Druck im Behälter unter ein bestimmtes Mass sinkt und stellen ihre Wirkung ein, sobald der Druck wieder hergestellt ist. Eine solche Einrichtung ist in Fig. 8 am Hauptzylinder 12 dar-
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herrschende höhere Druck, auf das äussere Ende nur der Luftdruck wirkt, sucht sich der Kolben nach aussen zu verschieben. Die hiebei auftretende Kraft wird für den normalen Druck im Behalter durch eine Feder 69 ausgeglichen.
Wenn jedoch der Druck im Behälter sinkt. zieht die Feder 69 den Kolben in den Behälter 11, wobei der Arm 66 vom Bund der Ventilspindel abgehoben wird. so dass das Ventil 63 arbeiten kann. Sobald der normale Druck im Behälter n wieder erreicht ist. wird der Kolben nach aussen
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Die auf dieselbe Kurbelwelle wirkenden arbeitenden Teile der Maschine können in bekannter Weise verdoppelt oder vervierfacht werden, um den Gang der Maschine zu verbessern, ihre Leistung auszugleichen und zu erhöhen.
Die für die bewegten Teile notwendigen Sehmiereinriehtungen sind nicht dargestellt. da sie keinen Teil der Erfindung bilden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Druckgaskraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Druckgasbehälter (11) und einen in diesen eingebauten Hauptarbeitszylinder (12) besitzt, dessen äusseres Ende geschlossen ist, wogegen sein im Behälter liegendes Ende gegen diesen offen steht und sein hin und hergehender Arbeitskolben (13) mit der durchgehenden Kolbenstange (14) auf eine ausserhalb des Behälters gelagerte Kurbelwelle wirkt, und dass mit dem in den Behälter (11) ragenden Kolbenstangenende in den Behälter eingebaute Einrichtungen verbunden sind, die beim Einwärtshub des Kolbens (13) den Widerstand der Druckluft im Behälter überwinden und beim nach aussen gerichteten Arbeitshub des Kolbens die volle Kraftwirkung der Druckluft zur Geltung kommen lassen.
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Gas engine.
The invention relates to a prime mover which automatically works continuously when certain parts of the same are placed under special pressure conditions.
The mode of operation of the machine is based on the automatic control of the pressure conditions
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Sequences are brought about so that the relative pressures acting on moving parts of the machine are alternately and regularly changed.
The invention is based on an application of the known law, according to which gases or liquids act evenly on surfaces they touch with a force dependent on the pressure, which remains the same regardless of whether the volume is large or small.
According to the invention, a force-supplying piston moves in a cylinder, one end of which is open and is connected to a compressed air supply, while the other cylinder end is closed, so that the piston after the stroke reversal at the open cylinder end one working stroke by the action of the air pressure executes towards the closed cylinder end, wherein means are provided which cancel the resistance to the inward stroke of the piston (towards the open cylinder end) so that this is effected by the momentum of a flywheel seated on the crankshaft and driven by the same. The machine therefore works in a two-stroke cycle.
The working stroke is carried out under the pressure of the compressed air acting on the inside of the piston, while on the outside of the piston
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wave, as in an ordinary two-stroke internal combustion engine.
The machine according to the invention can be adapted to various requirements in structural details without changing anything in the essence of the invention and its mode of operation. An embodiment is illustrated in the drawings. 1 and 2 show a front and side view of the machine with a cut compressed air tank. Fig. 3 illustrates the working parts in section. Fig. 4 shows a section along the line 4-4 of FIG. In Figs. 5, 6,7 details are shown. Fig. 8 shows a section through the end of the power cylinder with a valve and its control device on a larger scale. 9 and 10 are schematic representations for explaining the mode of operation and show the moving parts of the machine in the two extreme positions.
The frame for mounting and supporting the outer moving parts can be adapted to special circumstances and does not form part of the invention, it has therefore not been shown.
A standing machine is shown in the drawings, but the machine can also be arranged lying down.
The machine has a tight and sufficiently rigid container 11 for compressed air, which is on a suitable base and is provided with an inlet valve, a pressure gauge and a safety valve (not shown) of the usual type.
A vertical main working cylinder. 12 stands on the bottom of the container 11. Its upper (inner) end is open, while its lower end is closed. The piston 13 rising and falling in the cylinder 12
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act on the inside of the plate 25, the resistance due to the air void created when the piston 23 is inwardly moved at the outer cylinder end can be overcome, but the frictional resistance can also be overcome because of the larger cross-section of the recess 25a.
Since the air pressure acts both on the outer surface of the plate 25 and on the inside of the piston 28, but the plate 25 has a larger surface, the piston 2.3 moves outward simultaneously with the downward moving piston 18 and wedge 17 and without disturbing these movements. Hence the one on the piston. M acting pressure of the compressed air come into effect and drive the piston downwards with full force.
The outward movement of the piston 13 therefore forms the working stroke and immediately before its end, the recesses 20a and 25a are again filled with compressed air from the container 11, so that the piston. 13 can go up again under the inertia of the crankshaft, as in an ordinary two-stroke machine.
These processes repeat themselves quite automatically and continuously and are dependent on the changes in the pressure conditions in the recesses 20a, 25a that occur each time the pistons approach
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The quick and safe pressure change is controlled by a special valve. A cylindrical valve body 34 which is open on both sides is installed in the container 11. Near its lower end, a line 35 provided with a check valve leads to the lower end of the cylinder 12 and the flexible line 8.3 opens (laterally) near the upper end of the cylinder.
A piston slide, which can be moved in the cylinder, connects the lines 33 and 35 in its upper position, so that the recess 25 cl is connected to the cylinder 12 and the air is sucked out of it, the backflow valve preventing it from flowing back. In its lower position, the piston interrupts this connection,
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the allotment is granted. which can now get into the recess 25a.
A rod 37 which is attached to it and moves the piston slide is guided through the bottom of the container 11 by means of a stepping bushing 38. Its upward and downward movement is communicated to it by means of two cam disks 89, 40 fastened to the crankshaft. A recess 41 on the circumference of one disk and an identical recess at a diametrically opposite point on the circumference. of the other disk act on two levers 42 and 43, which swing around a fixed pivot 44 and whose inner ends contact the circumference of the disks 39,40. The outer ends of the levers are raised by springs 45 and the inner ends are pressed against the cam disks.
When passing a recess 41, the inner end of one lever swings down and is immediately raised again before the inner earth of the other lever swings down. The levers swing alternately after every half turn of the shaft. The two levers are connected to the rod 37 by links 46, 47, which are equidistant from the pin 44 but are hinged to the opposite ends of the levers so that one lever pulls the rod 37 downwards and the other lever is pushed upwards. The connection of the rod 37 to the handlebars is done by a pin on the rod that extends through slots 48 in the handlebars.
When one handlebar pulls down the rod 37, the pin reaches the lower end of the slot in the other handlebar, so that when the second handlebar goes up, the rod and valve are pushed up. In this way the pin can slide in the slot of a handlebar every time the handlebar is in its inoperative position, e.g. H. as long as the associated lever rests on the circle of the cam discs and at the end of this movement the pin reaches the corresponding end of the slot, so that it is taken along when the lever and associated handlebars are actuated.
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The air sucked into the lower part of the cylinder 12 from the recesses 20a, 25a at the end of each upstroke of the piston 13 is blown out into the container 11 during the descent through a blowout valve50 of normal construction, which is located at the bottom of the cylinder 12, after the air
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When the piston 23 approaches its right end of the stroke, a small amount of air can enter the closed end of the cylinder 22, which presses on the piston against its direction of movement, whereby the plate 25 just during the air suction from the recess 25 a on the surface 19 of the wedge is pressed. This air entry behind the piston 23 is controlled by a spring-loaded valve 54 (FIG. 1).
The valve 54 is opened when a driver 56 fastened to the lower guide pin 26 of the plate 25 passes the spring lever 55. The valve 50 is opened in this way only for a moment and closes again as soon as the pin 56 has passed the lever 55.
When the piston 23 and the guide rod 26 are reversed, the valve is not actuated. When the air has worked in the manner indicated in the cylinder 22, it is expelled back into the container 11 through a conventional blow-out valve of the cylinder 22.
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The outer end of the cylinder 22 is advantageously connected to the line 35 by means of a line 70, as illustrated in FIGS. 9 and 10. The air is then simultaneously fed from the closed end of the cylinder 22 and from the recess 25a into the closed end of the cylinder 12 and a pressure equalization is brought about between the chambers 20a, 25a and the two cylinder ends.
To turn off the machine, compressed air is passed from the container 11 into the closed end of the cylinder 22, whereby the pressure difference on the two sides of the piston 28 and thus its cause of movement is canceled. A slide 58 is connected to the valve 5 for this purpose
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be handled. Under certain circumstances it is expedient to allow the rod 61 to be influenced in this way by an ordinary control element. that the valve is opened as soon as the speed of the machine exceeds a certain level. The air entering the cylinder 22 slows the pace of the
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valve 58 can be used on either cylinder with equal success.
The compressed air admitted through the valve 58 to shut down the machine can be fed through a manually operated valve located in the bottom of the cylinder 22? can be released into the outside air when the machine is to be restarted.
Means are provided to allow the master cylinder 12 with its piston or the cylinder 22 with its piston to act like a pump as soon as a leak in the container 11 occurs in it as a result of losses of compressed air and pressure reductions. These devices start to work automatically when the pressure in the container falls below a certain level and stop working as soon as the pressure is restored. Such a device is shown in FIG. 8 on the master cylinder 12.
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The higher pressure prevailing, on the outer end only the air pressure acts, the piston tries to move outwards. The force that occurs here is compensated for by a spring 69 for normal pressure in the container.
However, if the pressure in the container drops. the spring 69 pulls the piston into the container 11, lifting the arm 66 from the collar of the valve spindle. so that the valve 63 can operate. As soon as the normal pressure in container n is reached again. the piston moves outwards
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The working parts of the machine acting on the same crankshaft can be doubled or quadrupled in a known manner in order to improve the speed of the machine, to balance and increase its output.
The Sehmiereinriehtungen necessary for the moving parts are not shown. as they do not form part of the invention.
PATENT CLAIMS:
1. Compressed gas engine, characterized in that it has a compressed gas container (11) and a main working cylinder (12) built into this, the outer end of which is closed, whereas its end lying in the container is open to this and its reciprocating working piston (13) with the through piston rod (14) acts on a crankshaft mounted outside the container, and that with the piston rod end protruding into the container (11) there are connected devices built into the container, which during the inward stroke of the piston (13) the resistance of the compressed air in the container overcome and allow the full force of the compressed air to come into its own when the working stroke of the piston is directed outwards.
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