DE1959764A1 - Druckkompensierte Steuerventile fuer durch ein Druckmedium betaetigte Systeme - Google Patents

Druckkompensierte Steuerventile fuer durch ein Druckmedium betaetigte Systeme

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DE1959764A1 DE19691959764 DE1959764A DE1959764A1 DE 1959764 A1 DE1959764 A1 DE 1959764A1 DE 19691959764 DE19691959764 DE 19691959764 DE 1959764 A DE1959764 A DE 1959764A DE 1959764 A1 DE1959764 A1 DE 1959764A1
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Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD - Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen
zur Eingabe vom 5. November 1969 Sch// Nom« d. Am». Commercial Shearing &
Stamping Company
Druckkompensierte Steuerventile für durch ein Druckmedium betätigte Systeme. '
Die Erfindung betrifft Steuerventile und insbesondere druckkompensierte Steuerventile für durch ein Druckmedium betätigte Systeme.
Es ist seit langem erkannt worden, daß es wünschenswert sei, wenn die Geschwindigkeit der Bewegung einer eine Last bewegenden Einrichtung ohne Rücksicht auf die Größe der Last die gleiche ist. Bei durch ein Druckmedium betätigten Systemen bedeutet dies, daß das Volumen des im System strömenden Mediums ohne Rücksicht auf die Größe der Last das Gleiche seih muß. Dies kann selbstverständlich bis zu einem gewissen Grad manuell geregelt werden, indem das Ventil von Hand bewegt wird, um dasselbe veränderlichen Lastbedingungen anzupassen. Die Handsteuerung ist jedoch ziemlich schwierig. Sie erfordert eine sehr geschickte Bedienungsperson und die ständige Aufmerksamkeit derselben.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Ventilkonstruktion vor, welche die Stellung des Ventils in Abhängigkeit von der Last automatisch regelt, um eine Strömung konstanten Volumens des Mediums aufrechtzuerhalten.
Gemäß der Erfindung ist ein gerichtetes Steuerventil zur wahlweisen Betätigung eines Motors mit einer geregelten Drehzahl vorgesehen. Das Ventil weist Eintritts- und Austrittsöffnungen auf, sowie erste und zweite öffnungen zur Verbindung mit entgegengesetzten Selten des Motors, ein druokkompensierendes Ventil
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mit einer axialen Bohrung, eine Eintrittsöffung, die mit der Eintrittsöffnung des Steuerventils verbunden ist, eine Austrittsöffnung, eine Druckabtastöffnung, einen in der axialen Bohrung beweglichen Ventilteil, eine Einrichtung, die den Ventilteil in eine Stellung drückt, welche die Austrittsöffnung relativ zur Eintrittsöffnung gewöhnlich blockiert und welche die Eintrittsöffnung relativ zur Eintrittsöffnung des Steuerventils teilweise blockiert, wobei der Ventilteil gegenüberliegende Oberflächen aufweist, welche dem Druck des Mediums an der Eintrittsöffnung bzw. dem Druck des Mediums an der Druckabtastöffnung unterworfen sind, die mit der Druckeinrichtung zusammenwirkt, und wobei der Ventilteil des druckkompensierenden Ventils entsprechend dem Druckunterschied des durch das gerichtete Steuerventil zwischen der Eintrittsöffnung und der Druckabtastöffnung hindurchgehenden Mediums beweglich ist, um die Eintrittsöffnung mit der Rückflußöffnung zu verbinden, damit das aus dem gerichteten Steuerventil eintretende Druckmedium austreten kann, um dadurch die Eintrittsströmung durch das gerichtete Steuerventil in eine der Arbeitskammern zu regeln. Das gerichtete Steuerventil ist vorzugsweise mit einem Ventilteil versehen, der in einer Bohrung desselben beweglich ist, und der Ventilteil ist an jedem Ende hohl, um in demselben Kammern zu bilden, welche durch die Wand des Ventilteils wahlweise mit der Eintrittsöffnung, den Arbeitskammern, der Austrittsöffnung und der Druckabtastöffnung des druckkompensierenden Ventils in Verbindung kommen können.
Es ist demnach ein druckkompensiertes gerichtetes Steuerventil zur wahlweisen Betätigung eines Motors mit geregelter Drehzahl vorgesehen, das ein konstantes'Volumen des Mediums zuführen kann. Dasselbe ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch ein gerichtetes Steuerventil, das Eintritts- und Austrittsöffnungen aufweist, sowie erste und zweite öffnungen zur Verbindung mit entgegengesetzten Seiten des Motors, durch ein druckkompensierendes Ventil, ,das eine axiale Bohrung aufweist, eine Eintrittsöffnung, die mit der Eintrittsöffnung des Steuerventils verbunden ist, eine Austrittsöffnung, die mit der Austrittsöffnung des Steuerventils verbunden ist, eine Druckabtastöffnung, einen in der axialen Bohrung beweglichen Vent ilt^il, eine Einriotitung^ die den Ventil teil in eine Stellung drückt, weiche die AusiritlsiJffnung relativ zur Eintrittsöffnung gewöhnlich blockiert, wobei der Ventilteil gegen- -
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überliegende Oberflächen aufweist, welche dem Druck des Mediums an der Eintrittsöffnung bzw. dem Druck des Mediums an der Druckabtastöffnung unterworfen sind, die mit der Druckeinrichtung zusammenwirkt, und wobei der Ventilteil entsprechend dem Druckunterschied des durch das gerichtete Steuerventil zwischen der Eintrittsöffnung und der Druckabtastöffnung hindurchgehenden Mediums beweglich ist, um die Eintrittsöffnung mit der Austrittsöffnung zu verbinden, damit das eintretende Druckmedium austreten kann, um dadurch die Eintrittsströmung durch das gerichtete Steuerventil in eine der Arbeitskammern zu regeln.
In der vorstehenden allgemeinen Beschreibung sind bestimmte Merkmale und Vorteile der Erfindung angegeben. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in welchen zeigt:
Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch ein gerichtetes Steuerventil und ein druckkompensierendes Ventil gemäß der Erfindung,
Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. j5 einen Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. 1 und
Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 1.
In Fig. 1 ist das Gehäuse 10 eines gerichteten Steuerventils dargestellt, das- eine axiale Bohrung 11 aufweist, in welcher ein Ventilteil 12 angeordnet ist. Das Gehäuse ist mit im Abstand liegenden Austrittskammern 13 und 14 versehen, die an jedes Ende angrenzen und die Bohrung 11 kreuzen, sowie mit zwei Arbeitskammern 15 und 1.6, von denen eine an jede Austrittskammer angreift und von denen jede mit den entgegengesetzten Seiten eines durch ein Druckmedium betätigten Motas verbunden werden kann. Zwischen den beiden Arbeitskammern sind im Abstand liegende Eintrittskammern 17 und 18 angeordnet. Der Ventilteil 12 ist an jedem Ende hohl, um zwei im Abstand liegende innere Kammern 19 und 20 zu bilden, die.sich in axialer Richtung des Ventilteils erstrecken und durch
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einen axialen Durchlaß 21 verbunden sind. An jedem Ende des Durchlasses sind Kugeikammern 22, 23 angeordnet. Die Kugelkammern sind mit frei beweglichen Kugeln 24 und 25 versehen, die durch Pfropfen 26 und 27 an ihrem Platz gehalten werden, welche in die Enden der Kammern 22 und 23 eingeschraubt sind. Jeder der Pfropfen ist mit einem Durchlaß 26a. bzw. 27a versehen. Jede der Kammern 22 und 23 ist mit Durchlässen 22a und 23a versehen, die sieh in radialer Richtung zum Umfang des Ventilteils 12 erstrecken. Die Kammer 20 ist mit zwei Reihen von radialen öffnungen 20a, 20b versehen und die Kammer I9 ist mit entsprechenden Reihen von radialen öffnungen 19a, 19b versehen. Die öffnungen 19a und 20a liegen auf einer schraubenförmigen Linie, so daß sich ihre Mittellini4en nicht auf der gleichen Umfangslinie befinden. Die öffnungen 19b, 20b sind von den öffnungen 19a, 20a durch innerhalb der Kammer angeordnete Rückschlagventile 19c, 20c getrennt, die durch Federn 19d, 2Od betätigt werden. Zwei im Abstand liegende Ringnuten 28 und 29 umgeben den Ventilteil, die mit den Eintrittskammern 17 und 18 ausgerichtet sind, wenn sich das Ventil in der neutralen Stellung befindet. Wenn das Ventil gemäß Fig. 2 nach rechts verschoben wird, werden die öffnungen 20a nacheinander in die Arbeitskammer 16 geöffnet, wähend die öffnungen 20b in die Austrittskammer 14 münden. Gleichzeitig werden die öffnungen 19a in die Eintrittskammer 17 geöffnet und die öffnungen 19b münden in die Arbeitskammer 15· Wenn das Ventil bewegt wird, werden die öffnungen 19a und 20a nacheinander in die zugehörige Kammer geöffnet, um eine langsam zunehmende gedrosselte Strömung des Mediums in die entsprechende Kammer zu bewirken.
Dieses Medium öffnet dann das entsprechende Rückschlagventil 19c, so daß das Medium in der Kammer 19 in die Arbelt skammer 15 strömen und von dort auf eine Seite eines (nicht dargestellten) Motors gelangen kann. Andererseits wird das Medium auf der entgegengesetzten Seite des Motors in die Arbeitskammer 16 abgeführt und von dort über die öffnungen 20a und das Rückschlagventil 20c in die Austrittskammer 14 gelangen. Gleichzeitig geht das Medium in der Kammer 19 durch den Durchlaß 26a hindurch, so daß die Kugel 24 den Durchlaß 21 und die entsprechenden radialen Durchlässe 21a verschließt. Die Durchlässe 23a sind dann isoliert. Wenn das Ventil aus der neutralen Stellung in entgegengesetzter Richtung bec 20/30 -4,
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wegt wirdi wird die Strömung des Mediums umgekehrt. Das Ventilgehäuse ist mit Ringnuten 30, 5"· und 32 versehen, welche in der neutralen Stellung des Ventils gegen die radialen Durchlässe 22a, 21a und 2Ja hin offen sind. Die Nut 3I ist mit einem radialen Durchlaß 33 verbunden, der sich zur Außenseite des Gehäuses 10 erstreckt. Die Nuten 30 und 32 sind mit Durchlässen 34 und 35 verbunden, welche sich winklig zur Außenseite des Gehäuses 10 erstrecken und dort in eine gemeinsame öffnung 36 münden.
Das Gehäuse 40 des druckkompensierenden Ventils weist eine Bohrung 41 auf, die am einen Ende durch eine in dieselbe eingeschraubte Kappe 42 und am entgegengesetzten Ende durch eine in dieselbe eingeschraubte Kappe 43 verschlossen ist. Die Bohrung 41 wird an jedem Ende durch Austrittskammern 44 und 45 gekreuzt, die durch einen U-förmigen Durchlaß 46 miteinander verbunden sind. Eintrittsoder Hochdruckkammern 47 und 4b kreuzen die Bohrung zwischen den Austrittskammern. Ein Druckabtastdurchlaß 49 kreuzt die Bohrung 41 zwischen den Eintrittskammern 47 und 48. Die Kappe 43 geht* durch die Austrittskammer 45 hindurch und ist mit einer Nut 43a versehen, welche eine freie Bewegung des Mediums rund um die Kappe in der Kammer 45 ermöglicht. In der Bohrung 41 ist ein Ventilteil 50 frei beweglich, der gegen die Kappe 42 durch die Feder 51 angedrückt wird, welche an einem Ende gegen die Kappe 43 und am anderen Ende gegen den Ventilteil 50 anliegt. Der Ventilteil ist von dem an die Kappe 42 angrenzenden Ende bis zu einer vom entgegengesetzten Ende im Abstaid liegenden Stelle hohl, um eine innere axiale Kammer 52 zu bilden. Durch die Wand des Ventilteils 50 hindurchgehende und in axialer Richtung längs desselben im Abstand liegende radiale öffnungen 53 verbinden die Kammer 52 mit der Eintrittskammer 48. Durch die Wand des Ventilteils 50 hindurchgehende und in axialer Richtung längs desselben im Abstand liegende ähnliche radiale öffnungen 54 verbinden die Kammer 52 mit der Eintrittskammer 47. Eine den Ventilteil 50 umgebende Ringnut 55 steht mit dem Durchlaß 49 in Verbindung. Die Nut 55 ist mit dem Bereich zwischen der Kappe 43 und dem Ventilteil 50 durch einen axial gerichteten Durchlaß 56 verbunden, der zur Kammer 52 parallel ist.
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Der Austrittsabschnitt 60 weist eine Bohrung 61 auf, die an einem Ende durch die Schraubkappe 62 verschlossen ist, welche den Basisteil 63 des Rückflußventils an seinem Platz hält. Dieser Basisteil 63 weäb eine axiale Bohrung 64 auf, welche mit der"Austrittskammer 65 durch den radialen Durchlaß 66 verbunden ist. Das RUckflußventil 67 in der Bohrung 61 wird durch die Feder 68 gegen den Basisteil 63 gedrückt. Der Hauptteil des Rückflußventils 67 ist mit parallelen Bohrungen 69 versehen,"welche die Verbindung zwischen den Eintrittskammern 7Ö und 71 herstellen. Das Rückflußventil 67 wird durch das Steuerventil 72 gesteuert, das mit der Aüstrittskammer 73 in Verbindung steht. Die Austrittskammern 65 und 73 sind durch einen U-förmigen Durchlaß 74 miteinander verbunden. Ein winkliger Durchlaß 75 erstreckt sich von der Öffnung 76 zur Austrittskammer 73. Die öffnung 76 steht mit der öffnung 36 des gerichteten Steuerventils in Verbindung.
Die Wirkungsweise des Ventils gemäß der Erfindung ist folgende:
In Fig. 1 ist die Vereinigung des gerichteten Steuerventils 10, des den Eintrittsdruck kompensierenden Ventils 40 und des Austrittsabschnitts 60 in der Stellung gezeigt, wenn kein Druck des Mediums einwirkt. Wenn der Druck des Mediums auf die Eintrittsöffnung 100 van einer (nicht dargestellten) Pumpe zur Einwirkung kommt, werden die Kammern 48, 18, 71* 70# 17 und 47 zusammen mit der inneren Kammer 52 des Ventilteils 50unter Druck gesetzt. Der Druck in der Kammer 52 bewirkt, daß sich der Ventilteil 50 in Fig. 1 nach links verschiebt, so daß das Medium aus dem offenen Ende der Kammer 52 in die Kammer 44 und dann durch die Kammern 14 und 73 zum Auslaß und zurück in den (nicht dargestellten) Behälter gelangt. Wenn, das Steuerventil verschoben wird, z.B. in Fig. 1 nach rechts, gelangt das eintretende Medium durch die öffnungen 19a in die Kammer 19* dann am Rückschlagventil 19c vorbei durch die öffnungen 19b in die Arbeitskammer 15 und von dort auf eine Seite eines zu betätigenden Motors. Die Stellung des Ventilteils 12 in der Bohrung 11 steuert anfänglich die Größe des Volumens durch die Größe und Anzahl der in die Kammer I7 geöffneten öffnungen 19a. Aus der Arbeitskammer 16 zurückströmendes Medium tritt in die öffnungen 20a ein und gelangt am Rückschlagventil 20c vorbei durch die öffnungen 20b in die Austrittskammer 14. Zur
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gleichen Zeit kommt der Durchlaß 22a mit dem Durchlaß 49 in Verbindung, wenn der Ventilteil nach rechts bewegt wird, so daß der Bereich hinter dem Ventilteil 50, in welchem die Feder 51 wirksam ist, unter den gleiöhen Druckgesetzt wird, wie die Kammer 19 im Ventilteil 12. Wenn der Druck zunimmt, bewegt sich der Ventilteil 50 nach rechts, so daß die Menge des durch das Ende desselben in die Kammer 44 austretenden Mediums verringert und der Druck des in die Kammer 17 eintretenden Mediums vergrößert wird, um eine konstante Strömung durch die Arbeitskammer 15 aufrechtzuerhalten. Wenn andererseits der Druck in der Kammer 19 abnimmt, nimmt auch der Druck hinter dem Ventilteil 50 ab und derselbe bewegt sich nach links, so daß die Menge des in die Kammer 44 austretenden Mediums zunimmt. Sobald daher das Steuerventil 10 auf ein bestimmtes Volumen eingestellt ist, steuert die Veränderung des Druckabfalls die Menge des im Ventil 40 austretenden Mediums, so daß die Menge des in die Arbeitskammer gelangenden Mediums konstant ist. Wenn das Steuerventil 10 vollständig geöffnet ist, d.h. sich in der linken oder rechten Grenzstellung befindet, gelangen 100$ des Öls in die Arbeitskammer und der Ventilteil 50 befindet sich in der äußersten Rechtsstellung, so daß kein öl austritt. Unter diesen Druckverhältnissen verschließen beide Kugeln 24 und 25 den Durchlaß 21 aus der Kammer 19 in die Kammer 20.
Wenn im System ein zweites Steuerventil angeordnet wird, was gemäß der Erfindung möglich ist, dann wird das den höchsten Druck verlangende Ventil kompensiert. Das Ventil gemäß der Erfindung ist das erste, das in Verbindung mit mehr als einem gerichteten Steuerventil verwendet werden kann. Wenn zwei identische Steuerventile angenommen werden, welche dem Ventil 10 entsprechen, und wenn angenommen wird, daß 109,26 1 hydraulischen Druckmediums un-
ter einem Druck von 210 kp/cm verfügbar sind und daß 75»7O 1 hydraulisches Druckmedium unter einem Druck von 70 kp/cm von der Eintrittsöffnung 100 in die Arbeitskammer 15 des ersten Ventils eingeführt werden, sowie wenn ferner angenommen wird, daß das nächstfolgende Ventil betätigt wird und daß in der Arbeitskammer 16 dieses zweiten Ventils ein Druck von 140 kp/cm2 erforderlich ist, dann wird dies bewirken, daß das Medium in der Kammer 20 durch den Durchlaß 23a zur öffnung 36 des vorhergehenden Ventils hindurchgeht. Dieses Medium wird seinerseits durch den Durchbiß
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nach unten zum Durchlaß 21a hindurchgehen und in den Durchlaß 21 gelangen, so daß die Kugeln 24 und 25 bewegt werden, um die Durchlässe 26a und.2Ya zu verschließen. Das Medium gelangt dann durch den Durchlaß 22a, den Durchlaß 49, die Nut 55 und den Durchlaß in den Bereich hinter dem Ventilteil 50, der die Feder 51 enthält, so daß der Ventilteil 50 nach rechts bewegt und der Austritt des Mediums in die Kammer 44 unterbrochen wird, bis der Druck in den Durchlässen 4ö, 18 und Y1 140 kp/cm2 erreicht. Der Ventilteil bleibt dann dem Druckabfall im zweiten Steuerventil unterworfen und das erste Ventil muß von Hand gedrosselt werden, um das Volumen zu steuern.
Wenn sich die Bedingungen verändern, so daß das erste Ventil den höheren Druck erfordert, übernimmt dasselbe die Steuerung des Ventilteils 50. Der Ventilteil 50 hält den Durchfluß eines konstanten Volumens durch denselben aufrecht, während das zweite Ventil von Hand betätigt wird. Mit anderen Worten, das unter dem höchsten Druck arbeitende Steuerventil wird automatisch druckkompensiert und das andere Ventil oder die Ventile im System werden von Hand betätigt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte und beschriebene beispielsweise AusfUhrungsform beschränkt, die verschiedene Abänderungen erfahren kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Patentansprüche
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Claims (1)

  1. Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, ΚδΙη
    Anlage Aktenzeichen
    zur Eingabe vom jj. November 1969 SChZZNanMd-AnnI. Commercial Shearing A
    Stamping Company
    ι ■ ■
    Patentansprüche
    1·) Druckkompensiertes gerichtetes Steuerventil zur wahlweisen Betätigung eines Motors mit geregelter Drehzahl, gekennzeichnet durch ein gerichtetes Steuerventil, das Eintritts- und Austrittsöffnungen aufweist, sowie erste und zweite öffnungen zur Verbindung mit entgegengesetzten Seiten des Motors, durch ein druckkompensierendes Ventil, das eine axiale Bohrung aufweist, eine Eintrittsöffnung, die mit der Eintrittsöffnung des Steuerventils verbunden ist, eine Austritts-* öffnung, die mit der Austrittsöffnung des Steuerventils verbunden ist, eine Druckabtastöffnung, einen in der axialen Bohrung beweglichen Ventilteil, eine Einrichtung, die den Ventilteil in eine Stellung drückt, welche die Austrittsoffming relativ zur Eintrittsöffnung gewöhnlich blockiert, wobei der Ventilteil gegenüberliegende Oberflächen aufweist, welche dem Druck des Mediums an der Eintrittsöffnung bzw. dem Druck des Mediums an der Druckabtastöffnung unterworfen sind, die mit der Druckeinrichtung zusammenwirkt, und wobei der Ventilteil entsprechend dem Druckunterschied des durch das gerichtete Steuerventil zwischen der Eintrittsöffnung und der Druckabtastöffnung hindurchgehenden Mediums beweglich ist, um die Bintrifctsöffnung mit der Austrittsöffnung zu verbinden, damit das eintretende Druckmedium austreten kann, um dadurch die Eintrittsströmung durch das gerichtete Steuerventil in eine der Arbeitskammern zu regeln.
    2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gerichtete Steuerventil mit einem Ventilteil versehen ist, der in einer Bohrung desselben beweglich ist, und daß der
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    Ventilteil an jedem Ende hohl ist, um in demselben Kammern zu bilden, welche durch die Wand des Ventilteils wahlweise*mlt der Eintrittsöffnung, den Arbeitskammern, der Austrittsöffnung und der Druckabtastöffnung des druckkompensierenden Ventils in Verbindung kommen können.
    5· Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteil des gerichteten Steuerventils mit der Druckabtastöffnung in der neutralen Stellung über einen Durchlaß zwischen den beiden Kammern und in jeder Arbeitsstellung über einen Durchlaß in jeder Kammer in Verbindung steht.
    4. Steuerventil nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe in jeder Kammer mit der Austrittsöffnung in Verbindung stehen, wenn sich der Ventilteil in der neutralen Stellung befindet.
    5. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteil des druckkompensierenden Ventils hohl und an einem Ende offen ist, daß der hohle Teil mit der Siatrittsöffnung sowohl des gerichteten Steuerventils als auch des dauckkompensierenden Ventils durch öffnungen in den Seitenwänden in Verbindung steht und durch das offene Ende in die AustrittsÖffnung abführt, wenn der Druck in der Kammer die Drücke in der Druekeinrichtung und an der Druckabtastöffnung übersteigt.
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