DE3006730C2 - Wärme-Fixiervorrichtung - Google Patents
Wärme-FixiervorrichtungInfo
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Description
dadurch gekennzeichnet, daß das einzige Temperaturmeßelement jeweils annähernd in der
Mitte zwischen einem Bereich niedrigster Temperatur und einem benachbarten Bereich höchster Temperatur
angeordnet ist
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Temperaturmeßelement ein Thermoelement (7) verwendet wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (2) eine Infrarotlampe
ist.
Die Erfindung betrifft eine Wärme-Fixiervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Heizwalzen-Fixiervorrichtung besteht aus einer hohlen Fixierwalze, die in ihrem Inneren als Heizelement
eine Beheizungslampe, etwa eine Halogen- oder Infrarotlampe, enthält, sowie einer Druckwalze, die gegen
die Fixierwalze andrückt und mit dieser umläuft, um ein Übertragung^- oder Kopierpapier mit einem Tonerbild,
das einem Übertragungsvorgang unterworfen wurde, zum Anschmelzen und thermischen Fixieren des Tonerbilds
zwischen den beiden Walzen hindurchzuleiten. Eine solche Fixiervorrichtung ist anderen, bisherigen
Fixiervorrichtungen darin überlegen, daß auch bei einem Festlaufen des Kopierpapiers kein Brand entsteht.
Sie besitzt jedoch der. Nachteil, daß die Warmlaufzeit (d. h. die Zeitspanne, welche die Walzenoberfläche nach
dem Einschalten bis zum Erreichen der Fixiertemperatur benötigt) ziemlich lang ist. Diese Warmlaufzeit
könnte zwar durch Erhöhung der Leistung der Beheizungslampe oder durch Verringerung der Wärmekapazität
der Fixierwalze verkürzt werden, doch ist in diesem Fall das Überschwingen, d. h. das Überlaufen der
Oberflächentemperatur der Fixierwalze über die Solltemperatur, größer. Andererseits führt eine zu niedrige
Oberflächentemperaiur der Fixierwalze zu einer Unterfixierung, so daß das Tonerbild nicht zufriedenstellend
am Kopierpapier haftet und abgestreift werden kann, während eine zu hohe Oberflächentemperatur eine sog.
Offset- oder Versatzerscheinung zur Folge hat, bei welcher ein Teil des auf dem Aufzeichnungsträger befindlichen
Tonerbilds an der Fixierwalze anhaftet und dann nach einer Umdrehung derselben auf einen anderen Teil
des Aufzeichnungsträgers übertragen wird. Die genaue Regelung der Oberflächentemperatur der Fixierwalze
ist daher von großer Wichtigkeit
Aus der US-PS 40 01 545 ist eine Wärmesteuereinrichtung
für eine Fixierwalze bekannt, mit der erreicht werden soll, daß die Oberflächentemperatur der Fixierwalze
auch bei unterschiedlichen Formaten des Kopierpapieres möglichst gleichmäßig gehalten wird. Zu diesem
Zweck ist es unerläßlich, daß mehrere Heizelemente verwendet und diese unabhängig voneinander über
ίο mehrere Temperaturmeßelemente gesteuert werden,
wobei jeweils ein bestimmtes Temperaturmeßelement die von einem bestimmten Heizelement erwärmte
Oberfläche der Fixierwalze abtastet In Abhängigkeit von der Messung des jeweiligen Temperaturmeßelements
wird das zugehörige Heizelement eingeschaltet oder abgeschaltet Im einzelnen ist dies bei der bekannten
Wärmesteuereinrichtung in einem Ausführungsbeispiel derart verwirklicht, daß entlang der Oberfläche der
Fixierwalze ein erstes Heizelement neben einem zweiten Heizelement angeordnet ist, wobei das erste Heizelement
sich über die ganze Länge der Fixierwalze erstreckt, während das zweite Heizelement lediglich in
den Endbereichen Heizspiralen aufweist Der Mittelbereich der Fixierwalze, also der Bereich, in dem nur das
erste Heizelement wirksam ist, wird über ein erstes Temperaturmeßelement abgetastet, während der Außenbereich,
in welchem beide Heizelemente wirksam sind, über ein zweites Temperaturmeßelement abgetastet
wird. Andere Ausführungsbeispiele sind ähnlich gestaltet, wobei allen Ausführungsbeispielen gemeinsam
ist, daß Temperaturmeßelemente in der gleichen Anzahl wie die Heizelemente benötigt werden und eine Regelschaltung
unabhängig die Stromversorgung für die einzelnen Heizelemente abhängig von den Meßwerten der
zugeordneten Temperaturmeßelemente ein- und ausschaltet, was insgesamt zu einem erhöhten Aufwand an
Heizelementen, Temperaturmeßelementen und Regelschaltung führt
Bei einer üblichen Fixiervorrichtung mit an den Enden der Fixierwalze vorgesehenen Lagern und einem an einem Ende der Walze angebrachten Zahnrad oder Kettenrad, das mit einem Walzen-Antriebsmechanismus in Verbindung steht, wird über die genannten Bauteile eine große Wärmemenge abgestrahlt, wodurch sich eine solehe Temperaturverteilung auf der Oberfläche der Fixierwalze ergibt, daß die — in Längsrichtung gesehen — Endabschnitte der Walzenoberfläche eine niedrigere Temperatur besitzen als der Mittelbereich. Diese in Axialrichtung unterschiedliche Temperaturverteilung führt zu einer mangelhaften Fixierung, beispielsweise zu Unterfixierung und Versatz. Zur Ausschaltung dieser Schwierigkeit ist in der älteren Patentanmeldung gemäß DE-OS 29 49 996 bereits eine Beheizungslampe vorgeschlagen worden, die eine solche Wärmeintensitäts-Kennlinie besitzt, daß sie an ihren Endabschnitten mehr Wärme erzeugt als im Mittelbereich. Bei Verwendung einer solchen Beheizungslampe ergibt sich auf der Fixierwalzenoberfläche eine Temperaturverteilung, bei welcher der Bereich höchster Temperatur aufgrund der Größe und Wärmeabstrahlung an den beiden Enden zwischen den Walzenenden und dem Mittelbereich vorhanden ist, während sich im Mittelbereich der Walzenoberfläche ein Bereich niedrigerer Temperatur befindet. Bei einer Fixiervorrichtung unter Verwendung einer Fixierwalze mit einer solchen Oberflächentemperaturverteilung ist es üblich, die ,Temperaturmeßelemente zur Regelung der Walzenoberflächentemperatur dicht an der Oberfläche der Fixierwalze anzuordnen. Bei ei-
Bei einer üblichen Fixiervorrichtung mit an den Enden der Fixierwalze vorgesehenen Lagern und einem an einem Ende der Walze angebrachten Zahnrad oder Kettenrad, das mit einem Walzen-Antriebsmechanismus in Verbindung steht, wird über die genannten Bauteile eine große Wärmemenge abgestrahlt, wodurch sich eine solehe Temperaturverteilung auf der Oberfläche der Fixierwalze ergibt, daß die — in Längsrichtung gesehen — Endabschnitte der Walzenoberfläche eine niedrigere Temperatur besitzen als der Mittelbereich. Diese in Axialrichtung unterschiedliche Temperaturverteilung führt zu einer mangelhaften Fixierung, beispielsweise zu Unterfixierung und Versatz. Zur Ausschaltung dieser Schwierigkeit ist in der älteren Patentanmeldung gemäß DE-OS 29 49 996 bereits eine Beheizungslampe vorgeschlagen worden, die eine solche Wärmeintensitäts-Kennlinie besitzt, daß sie an ihren Endabschnitten mehr Wärme erzeugt als im Mittelbereich. Bei Verwendung einer solchen Beheizungslampe ergibt sich auf der Fixierwalzenoberfläche eine Temperaturverteilung, bei welcher der Bereich höchster Temperatur aufgrund der Größe und Wärmeabstrahlung an den beiden Enden zwischen den Walzenenden und dem Mittelbereich vorhanden ist, während sich im Mittelbereich der Walzenoberfläche ein Bereich niedrigerer Temperatur befindet. Bei einer Fixiervorrichtung unter Verwendung einer Fixierwalze mit einer solchen Oberflächentemperaturverteilung ist es üblich, die ,Temperaturmeßelemente zur Regelung der Walzenoberflächentemperatur dicht an der Oberfläche der Fixierwalze anzuordnen. Bei ei-
ner solchen Temperaturregelung stellt die Wahl der Axialposition auf der Walzenoberfläche, an welcher das
Temperaturmeßelement angeordnet werden soll, einen
bedeutenden Faktor dar.
Dort wird vorgeschlagen, den Temperaturfühler dicht an einem der Bereiche mit der höchsten Oberflächentemperatur
anzuordnen. Dabei besteht jedoch die Gefahr, daß im mittleren Bereich der Walzenlänge, wo ein
Temperaturminimum auftritt nicht immer die Mindesttemperatur zur genügenden Fixierung des Tonerbildes
erreicht wird. Denn beim Zuführen eines Papierblaues zu der Fixierwalze wird ein Teil der Wärme der Fixierwalze
durch das Papier absorbiert so daß die Oberflächentemperatur der Fixierwalze über die gesamte
Oberfläche hinweg abfällt Wenn also das Temperaturmeßelement in der Nähe der Maximaltemperaturen angeordnet
ist heizt das Heizelement nach dem Einschalten durch das vom Temperaturmeßelement herrührende
Signal die unter letzterem befindliche Walzenoberfläche nur wieder bis zur Solltemperatur auf worauf das
Heizelement wieder abgeschaltet wird. Dies hat zur Folge, daß die Oberflächentemperatur im Bereich des Temperaturminimums
gelegentlich unter der erforderlichen Mindesttemperatur liegt
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, das Temperaturmeßelement bei den bisherigen Fixiervorrichtungen
im Mittelbereich der Walzenoberfläche anzuordnen. Wenn hierbei jedoch die Temperatur im Walzenmittelbereich
die eingestellte bzw. Solltemperatur erreicht, hat die Temperatur in den Bereichen zwischen dem Mittelbereich
und den Endabschnitten die Solltemperatur bereits bei weitem überschritten, was zu dem sog. Übcrschwingen
führt. Um ein solches Überschwingen zu vermeiden, muß die Beheizungslampe bei einer Temperatur
unter der Solltemperatur abgeschaltet werden, während im Dauerbetriebszustand das Einschalten der Beheizungslampe
bei der Solltemperatur gesteuert werden muß. Dies bedeutet, daß für diesen Zweck eine doppelte
Steuerschaltung vorgesehen sein muß. Diese Tendenz verstärkt sich noch mit zunehmender Leistung der
Beheizungslampe.
Neben den genannten Mängeln ist das bisherige Temperaturregelverfahren
auch noch mit dem folgenden Nachteil behaftet: Da die Temperatur der Walzenoberfläche
unabhängig davon, ob mit dem Kopiergerät kopiert wird oder ob es sich im Bereitschaftszustand befindet,
stets auf demselben Wert gehalten wird, wird im Bereitschaftszustand unnötig eine große Wärmemenge
erzeugt, die nachteilige Einflüsse auf die Bauteile der Fixierwalze hat, beispielsweise zu einer Verschlechterung
oder Zersetzung des Schmieröls in den Lagern und des Kunstharzüberzugs auf der Walzenoberfläche führt.
Dies stellt einen der Faktoren dar, durch welche die Betriebslebensdauer der Fixiervorrichtung eingeschränkt
wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wärme-Fixiervorrichtung
für Tonerbilder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei welche die Regelschaltung
für das Heizelement so angesteuert wird, daß hinsichtlich Lebensdauer, Aufheizzeit und Konstanz der
Oberflächentemperatur der Fixierwalze ein Optimum erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Genauer gesagt: Eine Fixierwalze mit einer Beheizungslampe, deren Wärmeintensitäts-Kennlinie unter
Berücksichtigung der Wärmeabstrahlung an den Enden der Fixierwalze bestimmt ist, besitzt eine Oberflächentemperaturverteilung,
bei welcher sich der Bereich niedrigster Temperatur im Mittelbereich der (axialen)
Länge der Walzenoberfläche befindet, und die Bereiche höchster Temperatur zu beiden Seiten dieses Niedrigtemperaturbereichs
liegen. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache wird das Temperatunneßelement in einer
Position zwischen den Bereichen höchster und niedrigster Temperatur dicht an der Walzenoberfläche angeordnet
so daß die Oberflächentemperatur der Fixierwalze im Bereitschaftszustand auf einem Wert nahe der
Solltemperatur und während eines Kopiervorganges auf einer Temperatur gehalten wird, die etwas über der
Solltemperatur liegt, aber noch nicht so hoch ist, daß die Offset- bzw. Versatzerscheinung auftreten könnte. Es
können somit die Fixiereigenschaften der Vorrichtung ohne jedes Überschwingen verbessert und der Wärmeeinfluß
auf die Bauteile der Fixierwalze verringert werden, so daß insgesamt die Betriebslebensdauer der Fixiervorrichtung
verlängert wird.
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es
zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Wärme-Fixiervorrichtung,
Fig.2 einen Schnitt längs der Linie A-A' in Fig. 1
durch die Fixierwalze,
F i g. 3 eine graphische Darstellung der Wärmeintensitätsverteilung
der Beheizungslampe,
F i g. 4 eine graphische Darstellung zum Vergleich der Oberflächentemperaturverteilungen der Fixierwalze
unmittelbar nach dem Einschalten des Kopiergerätes und
F i g. 5 eine F i g. 4 ähnelnde Darstellung, welche die geregelte Oberflächentemperatur der Fixierwalze veranschaulicht.
In den F i_g. 1 und 2 ist eine typische Wärme-Fixiervorrichtung
dargestellt. Dabei ist eine Fixierwalze 1, üblicherweise in Form einer Aluminiumwalze mit einer
Wanddicke von 4 bis 5 mm, an der Außenfläche mit einem Tetrafluoräthylenfilm von 40 bis 80 μηη Dicke beschichtet.
Im Inneren der Fixierwalze 1 ist eine Infrarot-Lampe 2 angeordnet Aus den bereits angegebenen
Gründen ist die Lampe so ausgelegt, daß sie in der Nähe ihrer Endabschnitte eine größere Wärmemenge erzeugt
als im axialen Mittelbereich. Eine Druckwalze 3 dient zum Verklemmen eines Kopierpapiers zwischen sich
und der Fixierwalze 1 beim Transport des Kopierpapiers. Die Druckwalze 3 besteht üblicherweise aus Silicongummi,
oder sie ist mit Silicongummi beschichtet. Die Fixierwalze 1 ist in Lagern 4 drehbar gelagert.
Zahnräder 5 und 6 dienen zum Antreiben der Fixierwalze 1 bzw. der Druckwalze 3, wobei das Zahnrad 5 mittels
geeigneter, nicht dargestellter Elemente mit einem Antriebsmechanismus verbunden ist. Ein Temperaturelement
7 in Form eines Temperaturmeß-Widerstands, etwa eines Chromel-Alumel-Thermoelements oder eines
Thermistors, dient zur Messung der Oberflächentemperatur der Fixierwalze 1 und zur Lieferung entsprechender
elektrischer Ausgangssignale. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Temperaturmeßelement 7
dicht an der Oberfläche der Fixierwalze 1 angeordnet.
peraturmeßelement 7 so angeordnet sein, daß es in der
Position Coder £mit der Heizwalzenoberfläche in Berührung
steht. Eine Abdeckung 8 dient als Schutz für das Temperaturmeßelement 7 vor direkter Luftströmung.
Eine Regel- bzw. Steuerschaltung, welche das Ausgangssignal des Temperaturmeßelements 7 mit einer
5 6
Bezugsgröße entsprechend der Soll-Oberflächentempe- Zustand befindet sich das Gerät in Bereitschaftsstellung
ratur der Fixierwalze 1 vergleicht und dabei das Ein- für das Kopieren. Wenn somit das Temperaturmeßeleschalten
und Ausschalten der Infrarotlampe 2 steuert, ist ment 7 in der Position Coder fangeordnet ist, bleibt die -',
an sich bekannt und braucht daher nicht näher erläutert Oberflächentemperatur der Fixierwalze 1 dicht unter
zu werden. 5 der Solltemperatur Tl, während sich die Fixiervorrich-
Fig.3 veranschaulicht die Wärmeintensitätsvertei- tung in einem Bereitschaftszustand für das Kopieren '
lung der Beheizungslampe. Wie erwähnt, ist diese Lam- befindet, d. h. die Oberflächentemperatur ist etwas niedpe
so ausgelegt, daß sie zur Berücksichtigung der War- riger als im Verlauf von Dauerkopier- und -fixiervor- ,
meabstrahlung an den Enden der Fixierwalze 1 an ihren gangen. Auf diese Weise wird ein zufriedenstellendes
Endabschnitten mehr Wärme erzeugt als in ihrem Mit- io Fixieren gewährleistet. Da andererseits dann, wenn die ig
telbereich. Oberflächentemperatur diesen Bereich erreicht, ein nur |·
Gemäß F i g. 3 ist die Beheizungslampe 2 in mehrere geringes Überschwingen auftritt, wird ein Offset- bzw. ψ
Abschnitte unterteilt, denen die Symbole A, B, C, D, E, F Versatzerscheinung verhindert. Insgesamt wird somit |:
und G zugewiesen sind, wobei die entsprechenden Posi- während des Fixiervorgangs die Oberflächentempera- Hi
tionen auf der Fixierwalzenoberfläche gemäß Fig.4 15 tür der Fixierwalze 1 auf einem Wert über der Solltem- ■<.;
mit denselben Symbolen bezeichnet sind. Anhand ver- peratur 7*1 gehalten, um ein zufriedenstellendes Fixie- ·;,;!
schiedener Versuche, bei denen das Temperaturmeßele- ren zu gewährleisten, während sie im Bereitschaftszu- lament
7 an den Positionen A bis G dicht an der Oberflä- stand für das Kopieren auf einer etwas niedrigeren ■;
ehe der Fixierwalze 1 angeordnet wurde, um die zweck- Temperatur (aber nicht unter der Solltemperatur Ti) 7
mäßigste Position für die Regelung der Temperatur der 20 bleibt, wodurch der ungünstige Wärmeeinfluß auf die
Fixierwalze 1 in der Fixiervorrichtung mit dem Aufbau Lager der Fixierwalze 1 und insbesondere auf deren
gemäß F i g. 1 und 2 zu bestimmen, hat es sich herausge- Schmieröl gemildert wird. Der Bereitschaftszustand für
stellt, daß die Positionen A und G ungeeignet sind, weil das Kopieren umfaßt den größten Teil der Gesamtbedas
Temperaturmeßelement 7 in diesen Positionen in triebszeit des Kopiergeräts. Wenn somit in diesem Zuder
Nähe der Enden der Fixierwalze 1 für äußere Ein- 25 stand der ungünstige Wärmeeinfluß auf die Bauteile der
flüsse, wie Luftströmung und Umgebungstemperatur, Fixierwalze 1 herabgesetzt wird, kann eine entspreempfindlich
ist. chend längere Betriebslebensdauer der Fixierwalze 1
F i g. 4 veranschaulicht die Temperaturverteilung auf erwartet werden.
der Fixierwalzenoberfläche gemäß Bestimmung durch
das Temperaturmeßelement 7 in den Positionen B, C, D, 30 Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
E und F unmittelbar nach dem Einschalten der Behei- 4
zungslampe bzw. während der Warmlauf phase. Wenn ,'
die Temperaturregelung gemäß F i g. 4 in der Weise erfolgt, daß das Temperaturmeßelement in den Positionen
B oder F bzw. C oder E angeordnet ist, variiert die 35 κ.
Temperatur über die gesamte Oberfläche hinweg nur '...
mäßig innerhalb des Bereichs zwischen der Solltempe- ;
ratur Ti und der zulässigen Abweichtemperatur T2.
Wenn sich das Temperaturmeßelement 7 in der Position i
D befindet, steigt die Höchsttemperatur weit über die 40
zulässige Abweichtemperatur T2 hinaus an. 1
zulässige Abweichtemperatur T2 hinaus an. 1
Wenn nun unter den angegebenen Tempeaturbedin-
gungen ein Kopier- bzw. Umdruckkopierblatt zur Fi- "'
xiervorrichtung gefördert wird, wird ein Teil der Wärme
der Fixierwalze 1 durch dieses Papierblatt absorbiert, so 45 \.
daß die Oberflächentemperatur der Filterwalze 1 über
die gesamte Oberfläche hinweg abfällt Wenn in diesem
die gesamte Oberfläche hinweg abfällt Wenn in diesem
Fall das Temperaturmeßelement 7 in der Position B ; :
oder F angeordnet ist, heizt die Beheizungslampe nach ξ'.,
dem Einschalten durch das vom Temperaturmeßele- 50 '
ment herrührende Signal die unter letzterem befindliche )\
Walzenoberfläche augenblicklich (wieder) Solltemperatur 7*1 auf, worauf die Lampe wieder abgeschaltet wird.
Infolgedessen wird die Oberflächentemperatur der Fixierwalze 1 über den größten Teil ihrer Länge hinweg 55
nahezu auf Solltemperatur Ti gehalten. Wenn das
Temperaturmeßelement 7 in der Position C oder E angeordnet wird, bleibt die Beheizungslampe während einer längeren Zeit als dann eingeschaltet, wenn sich das
Temperaturmeßelement 7 in der Position B oder F be- 60
findet, so daß die Oberflächentemperatur der Fixierwalze 1 über ihre gesamte Oberfläche hinweg auf einen
Wert über der Solltemperatur 7*1 ansteigt und damit
insgesamt bessere Kopiereigenschaften gewährleistet
werden. Im Bereitschaftszustand nach der Warmlauf- 65
phase ist die Oberflächentemperatur der Fixierwalze 1
über die Oberfläche relativ konstant, wie dies durch die
strichpunktierte Linie in F i g. 5 angedeutet ist; in diesem
Infolgedessen wird die Oberflächentemperatur der Fixierwalze 1 über den größten Teil ihrer Länge hinweg 55
nahezu auf Solltemperatur Ti gehalten. Wenn das
Temperaturmeßelement 7 in der Position C oder E angeordnet wird, bleibt die Beheizungslampe während einer längeren Zeit als dann eingeschaltet, wenn sich das
Temperaturmeßelement 7 in der Position B oder F be- 60
findet, so daß die Oberflächentemperatur der Fixierwalze 1 über ihre gesamte Oberfläche hinweg auf einen
Wert über der Solltemperatur 7*1 ansteigt und damit
insgesamt bessere Kopiereigenschaften gewährleistet
werden. Im Bereitschaftszustand nach der Warmlauf- 65
phase ist die Oberflächentemperatur der Fixierwalze 1
über die Oberfläche relativ konstant, wie dies durch die
strichpunktierte Linie in F i g. 5 angedeutet ist; in diesem
Claims (1)
1. Wärme-Fixiervorrichtung für Tonerbilder mit
a) einer ein Heizelement enthaltenden Fixierwalze,
b) einem Temperaturmeßelement, das die Temperatur der Walzenoberfläche abgreift,
c) eine Regelschaltung zur Steuerung des Ein- und Ausschaltens des Heizelementes in Abhängigkeit
von der gemessenen Oberflächentemperatur der Fixierwalze
d) wobei das Heizelement an seinen Endabschnitten mehr Wärme erzeugt als im Mittelabschnitt,
so daß die Walzenoberfläche in der Aufheizphase Bereiche niedrigster Oberflächentempsratur
und zwischen diesen jeweils Bereiche höchster Oberflächentemperatur aufweist,
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: HENKEL, G., DR.PHIL. FEILER, L., DR.RER.NAT. HAENZ |
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D2 | Grant after examination | ||
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