DE1101227B - Elektrischer Zuender mit Doppler-Radar-Einrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine radioelektrische Zündvorrichtung für Bomben oder Minen, welche dann in Tätigkeit tritt, wenn ein bewegliches Hindernis geringer Geschwindigkeit in ihrem Wirkungsfeld erscheint, und welche dazu ein unter Ausnutzung des Dopplereffekts verwendetes Radargerät für ungedämpfte Wellen mit einer Hochfrequenzoszillatorröhre, die gleichzeitig als amplitudenmodulierter Oszillator und als Superreaktionsdemodulator geschaltet ist, aufweist.

Es ist bekannt, daß zwischen der Hochfrequenzwelle, die von einer mit einer Antenne gekoppelten Schwingungstriode ausgeht, und einem Teil der gleichen Welle, welcher von einem Hindernis in mehr oder weniger großem Abstand von der Antenne rückgestrahlt wird, eine Schwebung auftritt. Eine einfache Schwingungstriode verhält sich somit wie ein Radarsystem mit ungedämpfter Welle.

Wenn das Hindernis beweglich ist, unterscheidet sich die rückgestrahlte Welle in der Frequenz von der ausgestrahlten Welle der Hochfrequenz F um einen Wert AF, was die obenerwähnte Erscheinung der Schwebung herbeiführt.

Es ist JF= ,worin ν die Radialkomponente

der Geschwindigkeit des beweglichen Hindernisses mit Bezug auf die Antenne und c die Lichtgeschwindigkeit ist.

Bei den üblichen Geschwindigkeiten eines Fußgängers hat jedoch die Größe AF selbst bei sehr kurzen Wellenlängen einen sehr geringen . Wert — einige Perioden je Sekunde —, und die direkte Ermittlung derselben stößt auf Schwierigkeiten.

Bekannt sind Annäherungszünder, bei welchen ein und dieselbe Röhre gleichzeitig als Sendeoszillator, als Demodulator durch Krümmung der Kennlinien und als Empfangsverstärker dient, wobei die Annäherung einer reflektierenden Oberfläche in der Impedanz ihres Anodenstromkreises einen Schwebungswechselstrom zwischen der ausgestrahlten Welle und der reflektierten Welle mit Dopplereffekt erzeugt. Dadurch sollen die Beschränkung der Leistung infolge der Krümmung der Kennlinien des Oszillators sowie die infolge der Erschütterungen des mit dem Zünder versehenen Geschosses bzw. Geräts erzeugten Störmodulationen beseitigt werden.

Diese Zünder sprechen jedoch nur auf Dopplereffekte von verhältnismäßig hoher Frequenz in der Größenordnung von hundert oder mehreren hundert Hertz an und sind durch die bei ihnen vorhandene Gegenkopplungsschaltung besonders ungeeignet, bei Dopplereffekten sehr niedriger Frequenz, wie sie beispielsweise ein Mann im Schritt oder bei einer Kriech-Elektrischer Zünder
mit Doppler-Radar-Einrichtung

Anmelder:

Societe de Fabrication d'Instruments

de Mesure,
Massy, Seine-et-Oise (Frankreich)

Vertreter: Dr. M. Eule, Patentanwalt,
München 13, Kurfürstenplatz 2

Beanspruchte Priorität:
Frankreich, vom 15. Mai 1957

Lucien Puechberty, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

bewegung hervorruft, in Wirkung zu treten. Außerdem bieten sie keinerlei Schutz gegen absichtliche oder zufällige Störsendungen.

Ein anderer bekannter Radarzünder mit Dopplereffekt stellt eine Verbesserung der klassischen Annäherungszünder dar, die bei Annäherungsgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 500 m/sec in Tätigkeit treten sollen, also bei der Geschwindigkeit der Artilleriegeschosse, und bei welchen, da die ausgestrahlte Frequenz einen Wert von 100 MHz hat, der mittlere Wert der erwarteten Schwebungsfrequenzen in der Größenordnung von 330 Hz liegt. Eine Verstärkerstufe für ein Band von 500 Hz, auf diese mitt-

+o lere Schwebungsfrequenz von 330 Hz zentriert, steuert die Zündvorrichtung, Die große Empfindlichkeit dieser Annäherungszünder gegenüber den Störsignalen soll dabei durch eine periodische Änderung oder durch eine Zufallsänderung der Resonanzfrequenz ihres Schwingungskreises beseitigt werden.

Das Hauptziel der Erfindung ist nun die Schaffung einer radioelektrischen Zündvorrichtung, welche bereits durch ein sich mit geringer Geschwindigkeit im Wirkungsfeld der Mine verschiebendes Hindernis ausgelöst wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer radioelektrischen Zündvorrichtung, welche bei dem Versagen eines der Elemente ihres elektrischen Stromkreises oder einer der Energiequellen dieses

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Stromkreises ausgelöst wird; denn es ist von Wichtig_r keit, daß z. B. eine mit der Zündvorrichtung versehene Mine, welche durch ein Versagen des Materials ihren Kampfwert verloren hat, nicht etwa unversehrt in die Hände des Feindes fällt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung von Mitteln zu einem verzögerten Scharfmachen der radioelektrischen Zündvorrichtung, um die Sicherheit des Bedienungspersonals zu gewährleisten.

Weiterhin gehört zu den Zielen der Erfindung die Schaffung einer radioelektrischen Zündvorrichtung, welche nicht von weitem gezündet werden kann durch Ausstrahlen einer radioelektrischen Welle gleicher Frequenz wie diejenige, welche die Vorrichtung selbst ausstrahlt, oder durch die von einer benachbarten Radarmine ausgestrahlte Welle.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer radioelektrischen Zündvorrichtung für eine Mine, die als selbständiges Gerät von langer Betriebsdauer oder als Masche eines Schutznetzes, das von einer Zentralstelle aus gesteuert wird, verwendbar ist.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das Radargerät neben den eingangs erwähnten Elementen einen Niederfrequenzoszillator enthält, dessen Frequenz aber erheblich höher ist als die Frequenz des erwarteten Dopplereffekts, wobei das durch den Niederfrequenzoszillator erzeugte Niederfrequenzsignal über einen ausgeglichenen Transformator gelegt wird einerseits an die Anode der Hochfrequenzoszillatorröhre, andererseits an eine Kette, die aus einem abgestimmten Verstärker, einem auf die Niederfrequenz aus dem Niederfrequenzoszillator zentrierten Schmalbandpaß und Demodulationsmitteln, welche ein Zündrelais steuern, besteht.

Wenn das Signal mit der Niederfrequenz / auf dem Wege zu der Hochfrequenzoszillatorröhre eine gewisse Amplitude hat, dann hat der Teil dieses Signals, welcher an die Kette für Verstärkung und Demodulation gelegt wird, ebenfalls eine bestimmte Amplitude (die aber auch gleich Null sein kann). Wenn nun ein zusätzliches unbewegliches Hindernis im Felde der Mine nach ihrem Scharfwerden vorhanden ist, dann ändert sich die Impedanz der Hochfrequenzröhre, und •der Transformator kommt aus dem Gleichgewicht. Es ändert sich die Amplitude des Signals mit der Niederfrequenz /, das an die Kette für Verstärkung, Sieben und Demodulation gelegt wird, und diese Änderung zieht eine Änderung des durch die Kette demodulierten Signals nach sich. Wenn sich in dem Wirkungsfelde der mit der Zündvorrichtung versehenen Mine ein bewegliches Hindernis verschiebt, dann wird das Signal mit der Niederfrequenz f im Rhythmus der Frequenz der Dopplerschwebung moduliert, und das demodulierte Signal hat als Frequenz diejenige des Dopplereffekts.

Wie man sieht, reagiert das Demodulationssystem sowohl auf die beweglichen als auch auf die festen Hindernisse, von denen die letztgenannten beispielsweise in das Feld der Mine gelangen können, solange diese noch nicht scharf gemacht worden ist.

Die Zerstörung beider Arten von Hindernissen ist in der Regel nicht notwendig oder sogar unerwünscht, denn die Mine soll ja meistens nur die herankommenden Hindernisse zerstören.

Die Mine kann jedoch zwischen festen und beweglichen Hindernissen unterscheiden, wenn man in der Zuleitung zum Zündrelais zusätzlich einen Tiefpaß anordnet, welcher nur die Dopplerfrequenz hindurchläßt. Dadurch wird ein Ansprechen der Zündvorrichtung auf später unbewegliche Hindernisse, die in der ." Zeit zwischen Entsicherung und Scharfwerden der Vorrichtung in das Wirkungsfeld der Mine oder Bombe gelangt sind, vermieden.

Das Zündrelais hat vorteilhaft zwei Wicklungen, von denen die eine von einem festen Kompensationsstrom durchflossen wird und die andere vom Ausgangsstrom der Verstärker-, Sieb- und Demodulationskette. Dadurch spricht die Zündvorrichtung auch dann an, wenn in ihr Störungen auftreten, so

ίο daß die Zerlegung der mit ihr versehenen Mine oder Bombe ausgelöst wird.

Die Erfindung wird nunmehr in den Einzelheiten

unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht der vollständigen Mine;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der Mine mit abgenommener Hülle; sie zeigt die Antenne;
Fig. 3 ist ein Querschnitt der Mine;
Fig. 4 zeigt die Abteilung, welche die Hochfrequenz-Elektronenkreise enthält;

Fig. 5 ist ein Schaltschema für den elektrischen Teil der Mine;

Fig. 6 schließlich zeigt das Schaltschema für den Fall, daß die Hochfrequenzoszillatorröhre und die Oszillatorröhre für die Niederfrequenz / zu einer einzigen Röhre vereinigt sind.

Die Mine mit der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung sieht von außen aus wie ein länglicher Körper aus den beiden zylindrisch-halbkugelförmigen Teilen 1 und 2. Das untere Teil 1 besteht aus einem gegossenen Metall, wie es auch für den Mantel von Granaten verwendet wird; er zerspringt bei der Detonation in viele kleine Bruchstücke. Dieses Unterteil hat ganz unten einen Ballast 3 aus Blei oder aus einem ähnlich schweren Metall und darüber eine Sprengladung 4; hieran schließt sich ein Metallgehäuse 5 an, das in mehrere Abteilungen 6, 7 und 8 unterteilt ist. Die Abteilung 6 enthält die Hochfrequenzapparatur, die Abteilung 7 die Niederfrequenzapparatur, die Geräte für Verstärkung, zum Sieben und zur Demodulation sowie zum Auslösen der Zündung; die Abteilung 8 schließlich enthält die Energiequellen. Das Unterteil 1 ist zur Abschirmung abgeschlossen durch einen Metalldeckel 9 aus einem gut leitenden Metall, wie

z. B. Aluminium. Der Bleiballast hat den Zweck, das Gerät vertikal zu halten, wie es auch immer verlegt werden möge.

Dicht unter dem Gehäuse 5 ist eine Zünd- bzw. Sprengkapsel 10 befestigt, welche in die Sprengladung 4 eintaucht. Schließlich haben die Wandungen der Abteilung 7 und der Mine 1 gleichachsige Bohrungen, durch welche ein Schärf knopf 11 hindurchgeht, dessen Rolle später noch beschrieben werden wird. Die Anordnung des Knopfes gerade an dieser Stelle ist überdies nicht unbedingt notwendig; er könnte sehr gut auch an dem Deckel 9 angebracht werden.

Auf dem Deckel 9 erhebt sich eine Antenne 12 von einem Viertel der Wellenlänge und einstellbarer Länge. Diese Antenne, welche in Fig. 4 im Schnitt dargestellt ist, besteht aus einem versilberten Kupferrohr von etwa 3 mm Durchmesser. In diesem Rohr kann eine Stange 13 gleiten, mittels welcher man den Antennenkreis genau abstimmen kann. Sobald die Ab-Stimmung erreicht ist, wird die Stange 13 durch einen Tropfen Weichlot 14 unbeweglich gemacht.

Das Oberteil 2 der radioelektrischen Mine ist eine einfache Hülle aus einem leichten Kunststoff bzw. Plast, wie z. B. Polyäthylen; sie soll nur einen mechanischen Schutz für die Antenne 12 darbieten, wenn

ein derartiger Schutz überhaupt notwendig ist. Diese Hülle kann in vielen Fällen ohne Bedenken fortfallen.

Die Antenne 12 ist befestigt in einer Büchse 15, die ihrerseits in eine Platte 16 aus einem Isolierstoff für Hochfrequenz, wie z. B. Polystyrol, eingelassen ist. Der mittlere Teil der Platte ist ausgespart, um die Verluste in dem Isolierstoff herabzusetzen.

Der Hochfrequenzschwingungskreis wird gebildet durch die Metallschleife 17, in welche ein ziemlich verlustfreier Kondensator 18 eingesetzt ist und welche mit der Antenne durch einen angelöteten Anschluß 19 verbunden ist.

Die mit 20 bezeichneten Drosseln sind Impulsdrosseln für die Hochfrequenzschwingung von mehreren hundert Megahertz, z. B. 300 MHz.

Die Schleife 17 ist einerseits an die Anode, andererseits an das Gitter der Schwingungstriode 21 angeschlossen. Mit 22 ist ein Kondensator und mit 23 ein Widerstand bezeichnet, die miteinander einen Spulen-Kondensator-Detektorkreis bilden.

Die Ausgangsklemmen des Hochfrequenzoszillators sind bezeichnet mit 24 für die Kathode, mit 25 für das Steuergitter und mit 26 für die Anode.

Diese Bauelemente findet man in dem Schaltschema (Fig. 5) wieder, wobei die Röhre 21 als klassischer Oszillator geschaltet ist, der Schwingungskreis 17-18 dazu dient, Anode und Gitter zu koppeln und die Antenne 12 selbst an die Induktanz dieses Schwingungskreises gekoppelt ist. Der Anodenkreis wird über eine Impulsdrossel 20 durch ein Signal von der Niederfrequenz f gespeist. Die Röhre 21 verhält sich beim Senden wie eine Oszillatorröhre, welche eine durch die Niederfrequenz / modulierte Trägerwelle F ausstrahlt, beim Empfang dagegen wie ein Pendelrückkopplungsdetektor, dessen Pendelrückkopplungsfrequenz / ist.

Das Signal mit der Niederfrequenz f wird geliefert durch die Röhre 27, welche als klassische Niederfrequenzoszillatorröhre geschaltet ist (einige hundert Perioden je Sekunde, z. B. 800 Hz), und zwar mittels des rückkoppelnden Transformators 28 mit den vier Wicklungen 29, 30, 31 und 32. Die Wicklungen 29 und 30 ·— die letztgenannte auf die Niederfrequenz f abgestimmt — gewährleisten die Kopplung zwischen dem Gitter und der Anode der Röhre 27.

Die Wicklung 31 dient dazu, das Signal mit der Niederfrequenz / durch den Anschluß 56 an die Hochfrequenzröhre 21 zu legen. Die Wicklung 32 ist durch den Anschluß 57 an die Kette für Verstärkung, Sieben und Demodulation angeschlossen.

Die Röhre 27 sowie die Röhre 21 werden auf symmetrische Weise gespeist, und zwar mittels des Potentiometers 33, welches so eingestellt wird, daß die Röhre 27 eine Leistung abgibt, welche derjenigen der Röhre 21 praktisch gleichwertig ist.

Wenn dieses Gleichgewicht vollkommen durchgeführt wäre, würde man an den Klemmen der Sekundärwicklung 32, die entgegengesetzt geschaltet ist zu der Wicklung 30 und die gleiche Anzahl von Amperewindungen hat wie die letztere, keinen Strom von der Niederfrequenz / feststellen können. Infolge der Abstimmung der Wicklungen 30 und 32 auf die Frequenz f mittels der Kondensatoren 34 und 35 sind die Harmonischen von / ausgeschieden.

In Wirklichkeit wird durch das Potentiometer 33 aus Gründen, die später noch erörtert werden sollen, eine geringe Nichtausgeglichenhek eingeführt, wodurch an das Gitter der Verstärkerröhre 36 eine Spannung mit der Niederfrequenz / gelegt wird, welche durch die Röhre 37 verstärkt wird.

Das Zwischennetz 38 mit Widerständen und Kondensatoren bildet ein Bandfilter für die Niederfrequenz f, in Reihe mit den Stromkreisen 30-34 und 32-35, die auf die gleiche Frequenz / abgestimmt sind. Man erhält auf diese Weise ein sehr schmales hindurchgehendes Frequenzband, was die fast absolute Unempfindlichkeit der Schaltung gegenüber Störfrequenzen erklärt. Es weicht zwar der nicht stabilisierte Oszillator in der Frequenz dauernd ab, jedoch ίο ist diese Abweichung verhältnismäßig schwach und langsam und hat wenig Einwirkung aufzlF, da ja die Bezugsfrequenz für die Schwebungen F ist. Dagegen ist sehr schwierig, wenn nicht gar unmöglich, eine Störfrequenz auf dem schmalen Band von einigen Perioden, welches AF hindurchläßt und etwa den hundertmillionsten (10 ~⁸) Teil von F darstellt (einige Perioden je Sekunde), zu regulieren.

In dem Anodenkreis der Röhre 37 wird der Strom mit der Niederfrequenz / nach dem Hindurchgehen ao durch einen Transformator 39 durch eine Gleichrichterbrücke 40 demoduliert und an die Wicklung 41 eines Relais 43 gelegt.

Die zweite Wicklung 42 dieses Relais wird von einem Strom durchflossen, der von einer besonderen Batterie 44 über den veränderlichen Regulierwiderstand 45 geliefert wird. Stromrichtung und Stromstärke dieses Stroms sind derartig, daß sie, wenn kein bewegliches Hindernis vorhanden ist, genau der Wirkung des durch die Wicklung 41 fließenden Stromes entgegengesetzt sind.

Unter diesen Verhältnissen, wenn die Arbeitsweise der gesamten Schaltung normal ist und kein Rückstrahlungssignal auf die Antenne auftrifft, befindet sich das Relais 43 in der Ruhelage.

Wenn nun ein Teil der rückgestrahlten Welle zur Antenne gelangt, wird eine Schwebung AF erzeugt, welche das Signal der Niederfrequenz f moduliert. Zwischen den Wicklungen 29 und 31 kommt eine Nichtausgeglichenheit zustande, die je nach Richtung und Geschwindigkeit des beweglichen Hindernisses den Strom in der Wicklung 41 vergrößert oder vermindert.

Das Relais 43 wird angezogen und schließt durch seinen Kontakt 46 den Stromkreis der Sprengkapsel 10, wodurch die Detonation ausgelöst wird.

Bei Fehlen des rückgestrahlten Signals führt jedes

Versagen einer der Röhren 21, 27, 36 oder 37 oder eines der Organe ihrer Schwingungskreise zu einer Nichtausgeglichenheit der Ströme des Relais 43 und damit zur Detonation.

Das Scharfmachen der Vorrichtung erfolgt durch die Betätigung des Schaltknopfes 11, welcher die Anodenkreise der Röhren über die Batterie 47, die Erdung der Kathode 21 sowie die Stromkreise des noch zu beschreibenden Motors und des Relais über die Batterie 44 herstellt.

Die Batterien 47 und 48 liefern die Nieder- bzw. die Hochspannung der Röhren; die Batterie 44 speist das Relais 43 und über den Kontakt 49 in der Ruhelage einen Kleinmotor 50. Dieser Kleinmotor steuert mechanisch über ein Untersetzungsgetriebe die Vorwärtsbewegung einer Kurvenscheibe 51, die hier in der Ruhelage dargestellt ist.

Nach Verlauf eines Zeitraumes, der mehrere Minuten nach dem Einschalten des Knopfes 11 umfassen kann, betätigt der Nocken 52 den Kontakt 53, welcher einerseits den Stromkreis der Sprengkapsel 10, wenn von dem Kontakt 46 abgesehen wird, schließt, sowie den Kontakt 49, welcher den Stromkreis des Kleinmotors 50 öffnet.

Der Kontakt 49 wird so eingestellt, daß sein Öffnen einige Augenblicke nach dem Schließen des Stromkreises der Sprengkapsel erfolgt.

Die auf diese Weise erreichte Verzögerung in dem Scharfmachen der Mine gestattet dem Mann, welcher das Verlegen derselben vorzunehmen hat, sich ohne Gefahr zu entfernen.

Falls die Radarmine einen Teil eines Schutzgürtels bildet, welcher von einer Zentralstelle aus gesteuert wird, dann gestattet eine Zentralbatterie, welche durch Drähte zwischen den Punkten 54 und 55 angeschlossen wird, den Kleinmotor 50 bis zum Wiederöffnen des Kontaktes 53 zu drehen und damit, aus taktischen oder technischen Erwägungen, das Gerät zu entschärfen.

Das elektrische Schaltschema, welches unter Bezugnahme auf Fig. 5 bisher beschrieben wurde, gestattet nicht, die festen Hindernisse, welche vor dem Scharfmachen der Mine in deren Feld gelangt sein könnten, von den beweglichen Hindernissen zu unterscheiden. Um diese Unterscheidung vornehmen zu können, genügt es, bei 58 hinter dem Demodulator für die Signale mit der Niederfrequenz f einen Tiefpaß mit einer Grenzfrequenz von beispielsweise 50Hz einzufügen.

In Fig. 5 sind der Hochfrequenzoszillator 21 und der Niederfrequenzoszillator 27 für die Frequenz / zwei voneinander getrennte Röhren. Bekanntlich (siehe beispielsweise die USA.-Patentschrift 2 618 748) kann man diese beiden Röhren zu einer einzigen vereinigen. Das entsprechende Schaltschema ist in Fig. 6 dargestellt, in welcher die Bezugsnummern die gleichen sind wie in Fig. 5, wenn damit die gleichen Bauelemente bezeichnet sind. Die einzige Oszillatorröhre, welche gleichzeitig Hochfrequenz- und Niederfrequenzschwingungen abgibt, ist mit 59 bezeichnet. Die Spulen 29, 30 und 31 sind zu einer einzigen· Spule 60 zusammengefaßt. Der Kondensator 34 entfällt. In den Anodenkreis der Röhre 59 ist ein veränderlicher Widerstand 61 eingeschaltet. Der Widerstand 62 vor dem Gitter ist veränderlich.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Radioelektrische Zündvorrichtung für Bomben oder Minen, welche dann in Tätigkeit tritt, wenn ein bewegliches Hindernis geringer Geschwindigkeit in ihrem Wirkungsfeld erscheint, und welche dazu ein unter Ausnutzung des Dopplereffekts verwendetes Radargerät für ungedämpfte Wellen mit einer Hochfrequenzoszillatorröhre, die gleichzeitig als amplitudenmodulierter Oszillator und als Superreaktionsdemodulator geschaltet ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Radargerät außerdem einen Niederfrequenzoszillator (ζ. Β. 27) enthält, dessen Frequenz aber erheblich höher ist als die Frequenz des erwarteten Dopplereffekts, wobei das durch den Niederfrequenzoszillator (ζ. Β. 27) erzeugte Niederfrequenzsignal über einen ausgeglichenen Transformator (28, 60) gelegt wird einerseits an die Anode der Hochfrequenzoszillatorröhre (ζ. Β. 21), andererseits an eine Kette, die aus einem abgestimmten Verstärker (36), einem auf die Niederfrequenz aus dem Niederfrequenzoszillator (ζ. B. 27) zentrierten Schmalbandpaß (38) und Demodularionsmitteln (37, 40), welche ein Zündrelais (43, 46) steuern, besteht.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung zum Zündrelais (43,46) zusätzlich ein Tiefpaß (58) angeordnet ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündrelais (43, 46) zwei Wicklungen (41, 42) hat, von denen die eine (42) von einem konstanten Kompensationsstrom durchflossen wird, die andere von dem Ausgangsstrom der Verstärker-, Sieb- und Demodulationskette (36 bis 40).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschriften Nr. 268 889,
281778.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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