DE3711241A1 - Eiskastenniveausensor - Google Patents
EiskastenniveausensorInfo
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Classifications
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Description
Diese Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schal
tungsanordnung, und insbesondere auf eine, die die Eis
menge, die sich im Eiskasten einer Gefriervorrichtung mit
automatischer Eisbereitung angehäuft hat, mißt.
Viele moderne Freezer, die industriell und privat ver
wendet werden, weisen automatische Eisbereitungssysteme
auf, die Eiswürfel in einem Eiskasten lagern. Eine Vor
richtung zur Kontrolle des Ausstoßes dieser Typen von
Eisbereitungssystemen ist nötig, um es zu ermöglichen,
daß entnommenes Eis nachgefüllt wird, und um eine Über
produktion zu verhindern. Viele bestehende Bauformen
verwenden für solche Kontrolle Vorrichtungen zum Wiegen
des Eiskastens, oder verwenden mit Paddel arbeitende
Taster, die die Höhe des angestauten Eiswürfelhaufens
messen.
Auch wenn diese Geräte im allgemeinen befriedigend
arbeiten, ist es wünschenswert, einen verbesserten Eis
kastenniveausensor vorzusehen, der die Eisbereitungs
maschine kontrolliert, und ohne bewegliche Teile arbeitet.
In Einklang mit dieser Erfindung, ist eine Eiskastensensor
schaltung vorgesehen, die es ermöglicht, die Eismenge in
einem Eiskasten zu messen, wobei ein Infrarotlichtstrahl
verwendet wird, der unterbrochen wird, wenn der Eiskasten
voll ist. Die Schaltung steuert die Eisbereitungsvorrich
tung automatisch, so daß eine gewünschte Menge vorrätiger
Eiswürfel beibehalten wird. Wenn auch Lichtschrankenschal
tungen gut bekannt sind, ist die Schaltung gemäß dieser
Erfindung für ihre beabsichtigte Funktion entwickelt wor
den und es werden leicht erhältliche und billige Bauteile
verwendet. Um eine unzulässige Operation auf Grund vorüber
gehender Unterbrechungen des Lichtstrahls zu vermeiden,
weist die Schaltung eine Zeitverzögerungsfunktion auf.
Die Schaltung weist ferner eine Vorrichtung auf, um eine
unzulässige Operation, die durch Umgebungslicht hervorge
rufen wird, und sie weist eine Vorrichtung zum schnellen
Testen der Schaltung auf eine Fehlfunktion während der
Produktion oder dem Gebrauch auf.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an
hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Ansicht eines automatischen Eisbereitungs
geräts,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der verschiedenen Funktions
gruppen der Schaltung gemäß dieser Erfindung, und
Fig. 3 eine detaillierte schematische Darstellung der
Schaltung gemäß dieser Erfindung.
In bezug auf Fig. 1 ist ein Gefriergerät 10 gezeigt, das
ein automatisches Eisbereitungsgerät aufweist, das eine
Entladeöffnung 14 hat. Damit das Gefriergerät 10 automatisch
arbeitet, ist es notwendig, einige Vorrichtungen zur Steue
rung des Ausstoßes des Eisbereitungsgeräts vorzusehen, so
daß es Eis liefert, wenn es gewünscht wird, aber der Eis
kasten 16 nicht überfüllt wird. Gemäß dieser Erfindung
ist diese Steuerung mit einem Infrarotsender 18 und einem
infratorempfindlichen Fotodetektor 20, die auf den gegen
überliegenden Wänden im Eiskasten 16 angebracht sind, aus
geführt. Wenn der angestaute Haufen Eiswürfel unter der
Sichtlinie 12 zwischen dem Sender 18 und dem Fotodetektor
20 ist, arbeitet das Eisgerät, und produziert Eiswürfel.
Dieses arbeitet weiter, bis der Infrarotlichtstrahl unter
brochen wird, und das Eisbereitungsgerät hört auf zu
arbeiten. Der Sender 18 und der Fotodetektor 20 werden von
einer Eiskastensensorschaltung 22 gesteuert. Die Bauteile,
aus denen die Eiskastensensorschaltung 22 besteht, sind
unten im Detail beschrieben.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der verschiedenen Funk
tionsgruppen der Schaltung 22, während Fig. 3 ein detail
liertes schematisches Schaltbild der Schaltung ist, das
jedes einzelne Bauteil zeigt. Die Eiskastensensorschaltung
22 besteht aus drei Primärschaltkreisen: Stromversorgung
24, Infrarotsender-Steuerschaltung 26 und Detektorschal
tung 28, wobei vorzugsweise alle auf einer Platine 34
angebracht sind.
Wie in Fig. 3 gezeigt, weist die Stromversorgung 24 einen,
die Spannung herabsetzenden, Transformator 30 auf, der an
einige Steckerstifte auf einer Klemmleiste 32, die auf der
Platine 34 angebracht ist, angeschlossen ist. Der Strom
vom Transformator 30 wird auf einen Vollwegbrückengleich
richter 36 geführt, wo er in eine Gleichspannung umge
wandelt wird, die einen Durchschnittswert von etwas größer
als 12 Volt hat. Filterkondensatoren 37 und 38 werden ver
wendet, um das gleichgerichtete Signal zu glätten. Eine
zusätzliche Filterung und Spannungssteuerung wird von
einem IC-Spannungsregler 40 geleitet. Eine Diode 41 ist
vorgesehen, um negative Spannungsspitzen zu sperren, die
durch Schaltkreise, die an die Stromversorgung 24 ange
schlossen sind, entstehen können.
Ein Infrarotsteuerungsschaltkreis 26 verwendet einen
bekannten "555" Timer 42, der, zusammen mit zusätzlichen
Bauteilen, in Schaltung 26 als ein Oszillator 44 gebraucht
wird, der einen Steuerungstransistor 54 steuert. Der
Timer 42 überwacht den Ladezustand eines externen, zeit
gebenden Kondensators 46. Der Ausgang des Timers 42 ist
gesetzt, wenn der Kondensator 46 geladen wird, was durch
Stromfluß durch einen Widerstand 48 bewirkt wird. Eine
Diode 50 ist vorgesehen, um zu gewährleisten, daß der
Kondensator 46 nur über den Widerstand 48 geladen wird,
unter Nebenschluß eines Widerstands 52. Wenn der Konden
sator 46 ungefähr zwei Drittel der Speisespannung er
reicht, wird der Ausgang des Timers 42 "0" und der Timer
schaltet auf einen Modus um, der den Kondensator entlädt.
Das Entladen des Kondensators 46 geschieht über den Wider
stand 52. Der Gebrauch der Diode 50 bewirkt, daß der
Kondensator 46 sehr schnell geladen wird, und viel lang
samer entladen wird. Diese Operation des Timers 42 erzeugt
ein Rechtecksignal, das eine sehr geringe prozentuale
Einschaltdauer hat, d.h. schmale positive Spannungs
spitzen sind durch relativ lange Pausen getrennt. Der
Ausgang des Timers 42 steuert den Basisstrom des Steuer
transistors 54 über einen Widerstand 56. Das rechteck
förmige Signal, das die Basis des Steuertransistors 54
steuert, schaltet ein 12 Volt Signal der Stromversorgung
24, und bewirkt, daß ein Strom durch den Infrarotsender 18
fließt, der vorzugsweise eine lichtaussendende Diode (LED)
ist und der an mehrere Stifte der Klemmleiste 32 ange
schlossen ist. Eine LED 58 ist auch als Hilfsinfrarot
sender vorgesehen, die auf der Platine 34 angebracht ist,
und die für zukünftige Anwendungen gebraucht werden kann,
die aber nicht in Verbindung mit der vorliegenden Erfin
dung verwendet wird.
Ein Detektorschaltkreis 28 besteht aus einer Anzahl inte
grierter Operationsverstärker (Mehrzweckanalogverstärker),
so wie das National Semiconduktor Modell LM 324, in dem
vier einzelne Operationsverstärker (OV) zusammengefaßt
sind. Ein Fotodetektor 21 liefert einen veränderlichen
Widerstand, abhängig von dessen Belichtung innerhalb des
sen Empfindlichkeitsbereiches. Ein Hilfsfotodetektor 20
kann für zukünftige Verwendungen vorgesehen werden. Der
Fotodetektor 21 liefert ein veränderliches Stromsignal,
das an den invertierten (minus) Anschluß des Operationsver
stärkers 60, der als ein Stromspannungswandler 62 arbeitet,
angelegt wird. Am nicht-invertierten (plus) Anschluß des
OperationsVerstärkers 60 liegt eine konstante Vorspannung
von ungefähr 8 Volt an, die vom Spannungsteiler, der aus
den Widerständen 64 und 66 besteht, geliefert wird. Strom
veränderungen, die entstehen, wenn der Fotodetektor 21 dem
pulsierenden Licht des Infrarotsenders 18 ausgesetzt ist,
bewirken, da8 der Operationsverstärker 60 als Ausgangs
signal eine nur positive Wechselspannung liefert. Ein Rück
kopplungswiderstand 70 sieht eine Verstärkungsregelung
des Operationsverstärkers 60 vor. Ein Kondensator 68 ar
beitet als eine Umgebungslichtblockierschaltung 72, in
dem Gleichspannungsanteile vom Ausgang des Operationsver
stärkers 60 ausgefiltert werden, die z.B. auf Grund kon
stanter oder niederfrequenter Umgebungslichtspeisungen
auf Fotodetektor 21 entstehen können. Ein Kondensator 71
und ein Widerstand 80 sind zur zusätzlichen Signalaufbe
reitung vorgesehen.
Ein Operationsverstärker 74 wird als Verstärker 76 des
Signals vom Kondensator 68 verwendet, wobei er es unter
Anwendung eines Rückkoppelungswiderstands 78 auf ein ge
wünschtes Niveau anhebt. Die Widerstände 78 und 82 regeln
die Eingangswerte auf Operationsverstärker 74 auf die
gewünschten Größen ein. Die Operationsverstärker 84 und 86
sind so angeordnet, daß sie als Höchstwertdetektorschaltung
88 dienen, wobei die Dioden 90 und 92, ein Kondensator 94
und die Widerständen 91, 93 und 95 verwendet werden. Der
Ausgang der Höchstwertdetektorschaltung 88 liefert einen
Gleichspannungswert mit einigen dazwischengeschalteten,
sägezahnförmigen Wellen, die auf Grund des Ladens des
Kondensators 94 entstehen. Der Ausgang der Höchstwert
detektorschaltung 88 vom Operationsverstärker 86 ist
positiv, wenn ein Wechselspannungssignal vom Fotodetektor
21 empfangen wurde. Wenn diese Bedingung erfüllt ist,
wird eine Spannung auf eine LED 96 und einen Widerstand 97
gegeben, die beide auf der Platine 34 angebracht sind,
und als Anzeige dienen, daß der Eiskasten 18 nicht ge
füllt ist.
Ein Operationsverstärker 96 wird als ein Schwellwert
detektor 98 verwendet, indem er das Signal, das vom Ope
rationsverstärker 96 geliefert wird, mit einer Referenz
spannung, die von einem Spannungsteiler, der aus den
Widerständen 102 und 104 besteht, vergleicht. Der Ausgang
des Operationsverstärkers 96 ist positiv, wenn die Diffe
rens der Signale, die vom Operationsverstärker 86 und dem
Referenzsignal geliefert werden, positiv wird. Eine Zeit
verzögerungsschaltung 106 besteht aus einem Widerstand 108,
einem Kondensator 110 und einem Operationsverstärker 112.
Die Werte des Widerstands 108 und des Kondensators 110
sind so gewählt, daß sich das Spannungssignal, das an den
Minusanschluß des Operationsverstärkers 112 angelegt wird,
langsam ändert. Wenn der Ausgang des Operationsverstärkers
96 positiv wird, bewirkt die Zeitverzögerungsschaltung 106,
daß das Eingangssignal am Operationsverstärker 112
für eine vorher bestimmte Zeitspanne, z.B. für 10 Sekunden,
unterhalb der Referenzspannung bleibt. Wenn der Ausgang
des Operationsverstärkers 96 negativ wird, bleibt das
Eingangssignal am Operationsverstärker 112 für eine vor
her bestimmte Zeitspanne über der Referenzspannung. Wenn
das Signal, das am Minusanschluß des Operationsverstärkers
96 anliegt, die Referenzspannung übertrifft, hat der
Operationsverstärker 112 einen negativen Ausgang. Ein
Widerstand 113 ist zur Verstärkungskontrolle des Opera
tionsverstärkers 112 vorgesehen. Es ist ein Anschluß 99
vorgesehen, der an den Minuseingang des Operationsver
stärkers 96 angeschlossen ist, und der es ermöglicht, ein
Testsignal anzulegen, um die Funktion der Schaltung 22 zu
prüfen.
Das Signal vom Ausgang des Operationsverstärkers 112 wird
auf zwei Operationsverstärker 114 und 116 übertragen, die
einen Steurungsinverter 118 darstellen. Das Signal vom
Operationsverstärker 112 wird geteilt und an beide nega
tive Eingänge der Operationsverstärker 114 und 116 angelegt,
die dieses Signal mit dem Referenzsignal, das über den
Widerstand 104 angelegt wird, vergleichen. Die Operations
verstärker 114 und 116 steuern einen Relaissteuertransistor
120 über die Widerstände 122 und 124. Der Transistor 120
steuert den Stromfluß zu einem Relais 126, das die Eisbe
reitungsvorrichtung, die in dieser Erfindung verwendet
wird. Eine Diode 128, ein Kondensator 130 und ein Wider
stand 132 sind vorgesehen, um das elektrische Rauschen zu
dämpfen, das bei der Arbeit des hochinduktiven Relais 126
entsteht.
Die Eiskastensensorschaltung 22, wie oben beschrieben,
steuert automatisch ein Eisbereitungsgerät, indem das
Niveau des verbliebenen Eises kontinuierlich überwacht
wird und der Eisbereiter periodisch aktiviert und deakti
viert wird, um ein gewünschtes Füllniveau des Eises beizu
behalten. Wenn Licht vom Infrarotsender 18 den Fotodetek
tor 21 für eine Zeitspanne, die die Zeitverzögerung über
trifft, trifft, wird der Eisbereiter aktiviert, Eis zu
produzieren. Die Zeitverzögerungsschaltung hält das Eis
bereitungsgerät von einer versehentlichen Funktion ab,
wenn der Fotodetektor 21 vorübergehend Licht ausgesetzt
ist, was auftreten kann, wenn Eis aus dem Eiskasten 16
entnommen wird. Wenn der Eiskasten gefüllt ist, wird das
Licht vom Infrarotsender 18 unterbrochen. Wenn der Licht
strahl für eine Zeitspanne, die größer als die Zeitver
zögerung ist, unterbrochen ist, wird der Eisbereiter
deaktiviert. Die Zeitverzögerung bei der Deaktivierung
des Eisbereiters ist wünschenswert, um zu vermeiden, daß
der Eisbereiter auf einen vorübergehenden Zustand reagiert,
und auch um zu erlauben, daß der Eiskasten etwas überfüllt
wird, um ein Pumpen des Systems zu verhindern.
Claims (19)
1. Eine elektrische Schaltung für eine Gefriervorrich
tung mit Eisbereitung, einem Eiskasten zur Aufnahme von
Eis, das von dem Eisbereitungsgerät gemacht wird, wobei
die elektrische Schaltung das Eisbereitungsgerät steuert,
damit das Gerät Eis bereitet, wenn das angestaute Eis in
dem Kasten unterhalb einem vorher bestimmten Niveau liegt,
dabei ist die Schaltung gekennzeichnet
durch:
- - eine Lichtquelle,
- - ein lichtempfindliches Element, das so angebracht ist, daß, wenn das Eis über einem vorherbestimmten Niveau liegt, der Lichtpfad zwischen der Lichtquelle und dem lichtempfindlichen Element unterbrochen wird, wobei das lichtempfindliche Element einen zur Stärke des empfan genen Lichts proportionalen Strom liefert,
- - einen Strom/Spannungswandler, der ein Stromsignal von dem lichtempfindlichen Element empfängt und es in ein Spannungssignal umwandelt,
- - einen Spitzenwertdetektor, um die Spitzen des Spannungs signals des Strom/Spannungswandlers zu ermitteln,
- - einen Schwellwertdetektor, der das Signal vom Spitzen wertdetektor nur passieren läßt, wenn das Signal größer als ein vorherbestimmter Schwellwert ist, und
- - ein Zeitverzögerungsmittel, das ein Ausgangssignal liefert, das das Eisbereitungsgerät nur dann betätigt, wenn das Signal vom Schwellwertdetektor mindestens eine erste, vorherbestimmte Zeitspanne besteht, so daß, wenn das Eis innerhalb der ersten, vorherbestimmten Zeitspanne unter dem vorherbestimmten Niveau liegt, das Zeitverzögerungsmittel das Eisbereitungsgerät aktiviert, wobei das Zeitverzögerungsmittel das Ausgangssignal weiter aufrechterhält, bis das Signal vom Schwellwert detektor für eine zweite, vorherbestimmte Zeitspanne nicht mehr vorhanden ist, so daß, wenn das Eis inner halb der zweiten, vorherbestimmten Zeitspanne über dem vorherbestimmten Niveau liegt, das Zeitverzögerungsmittel das Eisbereitungsgerät abschaltet.
2. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Oszillator als
Treiber für die Lichtquelle dient, damit diese ein pulsier
tes Licht sendet, und daß eine Gleichstrom-Blockierschal
tung verwendet wird, die das Spannungssignal vom Strom/
Spannungswandler bekommt und nur Wechselspannungskomponen
ten passieren läßt, so daß sie als Umgebungslicht-Blockier
schaltung arbeitet.
3. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lichtquelle infra
rot-frequentes Licht erzeugt.
4. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Strom/Spannungs
wandler einen ersten Operationsverstärker aufweist.
5. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gleichstrom-Blockier
schaltung einen Kondensator aufweist.
6. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 2, ge
kennzeichnet durch einen Verstärker, der das
Signal von der Gleichstrom-Blockierschaltung verstärkt,
und ein verstärktes Signal an den Spitzenwertdetektor lie
fert.
7. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verstärker ein
zweiter Operationsverstärker ist.
8. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 1, ge
kennzeichnet durch eine Lichtquelle, die
sichtbares Licht aussendet, die vom Signal des Spitzen
wertdetektors gespeist wird, wodurch angezeigt wird, daß
das lichtempfindliche Element ein Signal von der Infrarot
lichtquelle empfängt.
9. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungs
vorrichtung ein Widerstands-Kondensatornetzwerk aufweist.
10. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 1, ge
kennzeichnet durch einen Steuerinverter, der
ein Signal von der Zeitverzögerungsvorrichtung empfängt,
und der einen Steuertransistor regelt, der den Eisbereiter
betätigt.
11. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Steuertransistor
ein Signal an ein Relais liefert, das den Eisbereiter
regelt.
12. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Spitzenwertdetek
tor einen dritten und einen vierten Operationsverstärker
umfaßt.
13. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schwellwertdetektor
einen fünften Operationsverstärker aufweist.
14. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungs
vorrichtung einen sechsten Operationsverstärker aufweist.
15. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Steuer-Inverter
einen siebten und einen achten Operationsverstärker auf
weist.
16. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste und die
zweite festgelegte Zeitspanne ungefähr gleich lang sind.
17. Eine elektrische Schaltung für eine Gefriervor
richtung mit Eisbereitung, einem Eiskasten zur Aufnahme
von Eis, das von dem Eisbereitungsgerät gemacht wird,
wobei die elektrische Schaltung das Eisbereitungsgerät
steuert, damit das Gerät Eis bereitet, wenn das angestaute
Eis in dem Kasten unterhalb einem bestimmten Niveau liegt,
dabei ist die Schaltung gekennzeichnet
durch:
- - eine LED-Lichtquelle, die infrarot-frequentes Licht sendet,
- - einen ersten Steuertransistor, der den Stromfluß zur Lichtquelle regelt,
- - einen Oszillator, der den ersten Steuertransistor treibt, um den ersten Steuertransistor so zu steuern, daß er einen pulsierenden Lichtstrom liefert,
- - einen Fotodetektor, der zur Lichtquelle so angebracht ist, daß, wenn das Eis über einem vorherbestimmten Niveau liegt, der Lichtpfad zwischen der Lichtquelle und dem Fotodetektor unterbrochen wird, wobei der Fotodetektor einen zur Stärke des empfangenen Lichts proportionalen Strom liefert,
- - einen ersten Operationsverstärker, der als Strom/Spannungs wandler arbeitet, der ein Stromsignal vom Fotodetektor empfängt, und dieses Signal in ein Spannungssignal wan delt,
- - einen Kondensator, der an den Ausgang des ersten Opera tionsverstärkers angeschlossen ist, und der nur die Wechselspannungsanteile der Signale passieren läßt, und der somit als Umgebungslichtblockierer arbeitet,
- - einen zweiten Operationsverstärker, der das Signal vom Kondensator verstärkt,
- - einen dritten und einen vierten Operationsverstärker, die an zwei Dioden gekoppelt sind, und die als Spitzen wertdetektor arbeiten, der die Spitzen des Signals vom zweiten Operationsverstärker ermittelt,
- - einen fünften Operationsverstärker, der an den vierten Operationsverstärker angekoppelt ist, und der als Schwellwertdetektor arbeitet, der das Signal vom vier ten Operationsverstärker nur passieren läßt, wenn das Signal einen vorherbestimmten Schwellwert übersteigt,
- - eine Zeitverzögerungsvorrichtung, die einen Widerstands- Kondensatornetzwerk und einen sechsten Operationsver stärker aufweist, das einen Ausgangsstrom liefert, wenn das Signal vom fünften Operationsverstärker länger als eine erste, vorherbestimmte Zeitspanne vorhanden ist, und das diesen Ausgangsstrom weiterhin liefert, bis das Signal vom fünften Operationsverstärker für länger als eine zweite, vorherbestimmte Zeitspanne unterbrochen ist,
- - einen Treiber, der einen siebten Operationsverstärker aufweist, der ein Signal vom sechsten Operationsver stärker empfängt,
- - einen Relaistreibertransistor, der vom siebten Opera tionsverstärker gesteuert wird, und
- - ein Relais, das an den Relaissteuertransistor angekop pelt ist, wobei, wenn das Eis unter dem vorherbestimmten Niveau für die erste, vorherbestimmte Zeitspanne liegt, der Relaissteuertransistor das Relais aktiviert und somit das Eisbereitungsgerät Eis produziert, und wenn das Eis über dem vorherbestimmten Niveau für die zweite, vorherbestimmte Zeitspanne liegt, schaltet der Relais steuertransistor das Relais und damit das Eisbereitungs gerät ab.
18. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 17, ge
kennzeichnet durch einen achten Operations
verstärker, der parallel zum sieben Operationsverstärker
geschaltet ist, und der zusammen mit dem siebten Opera
tionsverstärker den zweiten Steuertransistor steuert.
19. Eine elektrische Schaltung nach Anspruch 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste und zweite
vorherbestimmten Zeitspannen ungefähr gleich lang sind.
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