EP0603233B1 - Kolbenmembranpumpe zum dosierten fördern von flüssigkeiten - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a piston diaphragm pump for the metered delivery of liquids, in particular surfactants, wetting agents or the like , Peripherally clamped in the pump housing and with one side facing the pump suction chamber pump membrane, which is penetrated centrally by the pump piston provided with a continuous longitudinal bore connecting the pressure chamber with the suction chamber and a piston valve installed therein.
- a piston diaphragm pump of the above type is known from DE-OS 28 31 437. While the respective suction of the liquid into the suction chamber takes place via the flexible membrane, the liquid to be dosed is displaced out of the pressure chamber solely by the one firmly connected to the membrane Pump piston, which is sealingly guided in the pump tube surrounding the pressure chamber. This not only requires an appropriate seal, but can also cause the pump piston to stick if the metering liquid dries up after long periods of inactivity.
- the pump piston has a substantially smaller effective cross-section than the pump diaphragm and both work with the same stroke height due to their fixed connection on both sides, less liquid is always displaced out of the pump pressure chamber during the respective delivery stroke than liquid is sucked in via the membrane into the suction chamber .
- the suction chamber must be connected to the liquid storage container via a special liquid line which can be shut off by a non-return valve in order to return the excess amount of liquid conveyed into the suction chamber during the respective return stroke of the pump membrane back into the storage container.
- Another disadvantage of the known pump is that the pump piston, because of its comparatively small delivery cross-section and thus ultimately also the membrane, has to perform comparatively large stroke movements in order to be able to deliver a certain amount of liquid in a metered manner.
- the invention is therefore based on the object of improving and perfecting a piston diaphragm pump of the type mentioned at the outset in that it does not have the abovementioned shortcomings, rather manages with shorter pump strokes to convey comparable amounts of liquid, does not require a sealed guidance of the pump piston in the pump tube and therefore also prevents the piston from seizing after a long period of inactivity.
- this object is achieved according to the invention in that the working space located on the side of the pump diaphragm facing away from the suction space serves as an additional pump pressure space, which has transverse channels in the pump piston behind the piston valve with the piston leading to the pump tube pressure space. Longitudinal bore is constantly connected.
- the piston valve is expediently provided in the immediate vicinity of the pump piston end penetrating the pump membrane and the transverse channels immediately behind it. This results in a compact design in the part of the pump on the pressure chamber side, in particular if the pump housing is constricted in a funnel shape towards the pump pipe in its area surrounding the transverse channels and the membrane pressure chamber.
- a pump piston stop provided with a seal is advantageously provided in the housing part surrounding the pump suction chamber, which acts in the region of the stop position of the pump piston caused by the return spring as a safety valve separating the pressure chamber from the suction chamber.
- the invention also provides that a rectifier converting its supply current into pulsating direct current is installed in the current supply line to the magnetic coil , which is preferably integrated in the pump housing part surrounding the electromagnetic coil. This ensures a quiet and energy-saving diaphragm pump drive via the pump piston, which acts as an electrical anchor. It goes without saying that the switching on and switching off of the electro-magnetic diaphragm drive is generally controlled by a pulse generator which is built into the consumer line or container to be charged with the liquid to be dosed and which responds to the metering liquid requirement present here in each case.
- the piston diaphragm pump shown has a multiply subdivided pump housing 1, which is divided into an upper suction region 1 'and a lower pressure region 1' ', which also contains the pump drive, by the pump diaphragm 2 clamped in its circumference in the housing.
- the suction chamber 4 In the suction area 1 'is between the housing part 3 and the membrane 2, the suction chamber 4. This is via the suction valve consisting of the spring 5, the valve ball 6 and the associated seal 7 via the connecting piece 8 and a feed line to be attached to it, with a not shown Connect the metering liquid reservoir. Furthermore, the stroke adjustment screw 9, which is adjustably mounted therein, is located in the upper housing part 3. It is guided in a sealed manner with respect to the housing part 3 via the O-ring 10. Furthermore, the stroke adjustment screw 9 has a front end 9 'with a diameter which, together with the O-ring 11 embedded therein, acts both as a pump piston stop and in cooperation with the facing pump piston end as a safety valve, as will be described in more detail below.
- the pump tube 13 which surrounds the pump pressure chamber 12 and which is firmly connected at its upper end to the middle housing part 14.
- This housing part 14 is funnel-shaped towards the pump tube 13 narrowed. It encloses with the pump membrane 2 an additional pump pressure chamber 12 'which is in constant communication with the above-mentioned pressure chamber 12 enclosed by the tube 13.
- the pump piston 15 which is made of soft iron, is guided such that it can be moved.
- This pump piston is firmly connected at its upper end 15 'to the membrane 2, which is penetrated centrally by it.
- the bushing 16 which is to be screwed onto the pump piston end 15 'and which projects above the piston end 15' and, in the illustrated rest position of the pump piston 15, engages over the front end 9 'and the O-ring seal 11 of the stroke adjustment screw 9 thereon and thus acts as a safety valve .
- the pump piston 15 is under the action of the return spring 17, which tries to keep it in the rest position shown.
- the piston 15 is further provided with a continuous longitudinal bore 18, at the upper end in the immediate vicinity of the membrane 2, the piston valve consisting of the valve ball 19 and the return spring 20 is installed.
- the abutment piece 21 installed in the longitudinal bore 18 of the piston 15 serves to support the two springs 17 and 20.
- the transverse channels 22 are incorporated in the piston, via which the diaphragm pressure chamber 12 'with the longitudinal bore 18 and thus also with the pressure chamber 12 is constantly connected.
- the rooms 12 and 12 'thus form a common, comparatively large-volume pump pressure chamber.
- the pump pressure chamber 12 is closed on the underside by the closure piece 23, which is firmly connected to the pump tube 13 and which contains the pump pressure valve consisting of the spring 24 and the valve ball 25, which shut off or open the pressure line channel 26 located in the closure piece 23 leading to the consumer allowed.
- the magnet coil 27 is arranged, which, with appropriate current excitation, allows the pump piston 15 to be driven against the action of the return spring 17 acting on it for the respective medium delivery.
- the magnetic coil 27 is covered by the plastic jacket 28 and this in turn is enclosed by the housing part 29 on which the two power line connections 30 are located on the outside.
- a known rectifier (not shown) is accommodated in the housing 29, which converts the supply current to the solenoid 27 into pulsating direct current.
- the solenoid 27 is energized by a pulse generator (not shown) that is present in the consumer area and monitors the metering liquid requirement, the pump piston 15 and the diaphragm 2 firmly connected to it are moved downwards in the drawing, thereby firstly metering liquid from the common pressure chamber 12, 12 'is fed into the consumer line via the pressure valve 25, while on the other hand through the membrane 2 the suction chamber 4 is refilled with the corresponding metering liquid quantity via the then opening suction valve 6.
- the piston valve 19 is closed during the membrane and piston movement described above. If the electromagnetic drive is switched off after sufficient metered liquid has been delivered, the pump piston 15 and the membrane 2 firmly connected to it return to their rest position shown in the drawing.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Kolbenmembranpumpe zum dosierten Fördern von Flüssigkeiten, insbesondere Tensiden, Netzmitteln od.dgl., mit einem in einem den Pumpendruckraum umschliessenden Pumpenrohr verschieblich geführten und durch eine letzteres umgebende Magnetspule entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder elektromagnetisch antreibbaren Pumpenkolben sowie einer damit saugseitig fest verbundenen, im Pumpengehäuse peripher eingespannten und mit ihrer einen Seite dem Pumpensaugraum zugewandten Pumpenmembran, die von dem mit einer durchgehenden, den Druckraum mit dem Saugraum verbindenden Längsbohrung und einem darin eingebauten Kolbenventil versehenen Pumpenkolben zentral durchsetzt ist.
- Eine Kolbenmembranpumpe obiger Art ist durch die DE-OS 28 31 437 bekannt. Während bei ihr das jeweilige Ansaugen der Flüssigkeit in den Saugraum über die flexible Membran erfolgt, geschieht die Verdrängung der zu dosierenden Flüssigkeit aus dem Druckraum heraus allein durch den mit der Membran fest verbundenen Pumpenkolben, der dazu in dem den Druckraum umschliessenden Pumpenrohr abdichtend geführt ist. Das erfordert nicht nur eine entsprechende Abdichtung sondern kann auch nach längeren Betriebspausen durch Eintrocknen der Dosierflüssigkeit zum Festsetzen des Pumpenkolbens führen. Da weiterhin der Pumpenkolben einen wesentlich geringeren wirksamen Querschnitt als die Pumpenmembran aufweist und beide durch ihre beiderseitige feste Verbindung mit gleicher Hubhöhe arbeiten, wird während des jeweiligen Förderhubes der Pumpe aus dem Pumpendruckraum heraus stets weniger Flüssigkeit verdrängt als über die Membran in den Saugraum Flüssigkeit nachgesaugt wird. Das hat zur Folge, daß der Saugraum über eine besondere, durch ein Rückschlagventil absperrbare Flüssigkeitsleitung mit dem Flüssigkeits-Vorratsbehälter verbunden sein muß, um die jeweils überschüssig in den Saugraum geförderte Flüssigkeitsmenge beim jeweiligen Rückhub der Pumpenmembran wieder in den Vorratsbehälter zurückzufördern. Ein weiterer Nachteil besteht bei der vorbekannten Pumpe darin, daß der Pumpenkolben wegen seines vergleichsweise geringen Förderquerschnitts und damit letztlich auch die Membran vergleichsweise große Hubbewegungen vollführen müssen, um eine bestimmte Flüssigkeitsmenge dosierend fördern zu können.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenmembranpumpe der eingangs erwähnten Gattung dahingehend zu verbessern und zu vervollkommnen, daß sie die vorerwähnten Mängel nicht aufweist, vielmehr mit kürzeren Pumpenhüben zur Förderung vergleichbarer Flüssigkeitsmengen auskommt, keine abgedichtete Führung des Pumpenkolbens im Pumpenrohr erfordert und daher auch ein Festsetzen des Kolbens nach längerer Betriebsunterbrechung ausschließt. Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Kolbenmembranpumpe der eingangs erwähnten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der auf der dem Saugraum abgewandten Seite der Pumpenmembran liegende Arbeitsraum als zusätzlicher Pumpendruckraum dient, der über im Pumpenkolben hinter dem Kolbenventil vorhandene Querkanäle mit der zum Pumpenrohr-Druckraum führenden Kolben-Längsbohrung ständig verbunden ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Pumpbewegungen der Membran auch druckraumseitig voll wirksam werden und der Pumpenkolben lediglich noch als durch die Elektromagnetspule und die an ihm angreifende Rückstellfeder beaufschlagbares Antriebsorgan für die Pumpenmembran dient. Der Kolben braucht daher im Pumpenrohr auch nicht mehr besonders abgedichtet zu sein, sondern kann darin mit größerer Toleranz geführt werden, wodurch ein Festsetzen bei nach längerer Betriebspause eingetrockneter Förderflüssigkeit praktisch ausgeschlossen wird. Da weiterhin die über die Pumpenmembran aus dem Druckraum zu verdrängende Flüssigkeit volumenmäßig der jeweils in den Saugraum nachgesaugten Flüssigkeitsmenge entspricht, ist eine besondere Rückleitung zum Flüssigkeits-Vorratsbehälter aus dem Saugraum heraus nicht notwendig. Vergleichbare Fördermengen an Flüssigkeit können bereits mit verhältnismäßig geringen Förderhubhöhen der Membran und damit auch des Pumpenkolbens erzielt werden, was wiederum ebenso wie dessen unabgedichtete Führung im Pumpenrohr auch zu geringerer Erwärmung und verringerten Reibungsverlusten führt.
- Zweckmäßig sind das Kolbenventil in unmittelbarer Nähe des die Pumpenmembran durchdringenden Pumpenkolbenendes und die Querkanäle unmittelbar dahinter vorgesehen. Das ergibt eine gedrängte Bauart im druckraumseitigen Teil der Pumpe, insbesondere wenn dazu noch das Pumpengehäuse in seinem die Querkanäle und den Membran-Druckraum umgebendem Bereich zum Pumpenrohr hin trichterförmig verengt ist.
- Nch einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in dem den Pumpensaugraum umgebenden Gehäuseteil vorteilhaft ein mit einer Dichtung versehener Pumpenkolbenanschlag vorgesehen, der im Bereich der durch die Rückstellfeder bewirkten Anschlagstellung des Pumpenkolbens als den Druckraum vom Saugraum trennendes Sicherheitsventil wirkt. Auf diese Weise wird auch nach langen Stillstandszeiten der Pumpe bei dann durch auskristallisierte trockene Flüssigkeitsreste möglicherweise nicht mehr schließendem Kolbenventil ein unerwünschtes Ausströmen des Fördermediums von dem Druck- in den Saugraum und umgekehrt wirkungsvoll verhindert.
- Schließlich sieht die Erfindung noch vor, daß in die Stromzuleitung zur Magnetspule ein deren Versorgungsstrom in pulsierenden Gleichstrom umwandelnder Gleichrichter eingebaut ist, der vorzugweise in den die Elektromagnetspule umgebenden Pumpengehäuseteil integriert ist. Hiedurch wird über den als Elektroanker wirkenden Pumpenkolben ein ruhiger und stromsparender Membranpumpenantrieb gewährleistet. Dabei versteht es sich, daß das Ein- und Abschalten des eklektromagnetischen Membranantriebs in aller Regel durch einen Impulsgeber gesteuert wird, der in die mit der zu dosierenden Flüssigkeit zu beschikkende Verbraucherleitung oder -behälter eingebaut ist und der auf den hier jeweils bestehenden Dosierflüssigkeitsbedarf anspricht.
- In der Zeichnung ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß beschaffenen Kolbenmembranpumpe in axialem Längsschnitt in etwa doppelter Vergrößerung dargestellt.
- Die abgebildete Kolbenmembranpumpe besitzt ein mehrfach unterteiltes Pumpengehäuse 1, das durch die an ihrem Umfang im Gehäuse eingespannte Pumpenmembran 2 in einen oberen Ansaugbereich 1' und einen unteren, zugleich den Pumpenantrieb enthaltenden Druckbereich 1'' unterteilt ist.
- Im Saugbereich 1' befindet sich zwischen dem Gehäuseteil 3 und der Membran 2 der Saugraum 4. Dieser ist über das aus der Feder 5, der Ventilkugel 6 und der zugehörigen Dichtung 7 bestehende Saugventil über den Anschlußstutzen 8 und eine darauf anzubringende Zuleitung mit einem nicht dargestellten Dosierflüssigkeits-Vorratsbehälter zu verbinden. Weiterhin befindet sich im oberen Gehäuseteil 3 die darin verstellbar gelagerte Hubverstellschraube 9. Über den O-Ring 10 ist sie gegenüber dem Gehäuseteil 3 abgedichtet geführt. Weiterhin besitzt die Hubverstellschraube 9 ein im Durchmesser abgesetztes Stirnende 9', das zusammen mit dem darin eingebetteten O-Ring 11 sowohl als Pumpenkolbenanschlag wie auch im Zusammenwirken mit dem zugewandten Pumpenkolbenende als Sicherheitsventil wirkt, wie das weiter unten noch näher beschrieben wird.
- Im unteren Pumpenbereich 1'' ist das den Pumpen-Druckraum 12 umschließende Pumpenrohr 13 vorgesehen, das an seinem oberen Ende mit dem mittleren Gehäuseteil 14 fest verbunden ist. Dieser Gehäuseteil 14 ist zum Pumpenrohr 13 hin trichterförmig verengt. Er umschließt mit der Pumpenmembran 2 einen zusätzlichen Pumpendruckraum 12', der mit dem vorerwähnten vom Rohr 13 umschlossenen Druckraum 12 in ständiger Verbindung steht.
- Im Pumpenrohr 13 ist unabgedichtet der aus Weicheisen bestehende Pumpenkolben 15 verschieblich geführt. Dieser Pumpenkolben ist an seinem oberen Ende 15' mit der Membran 2 fest verbunden, die davon zentral durchsetzt wird. Zur Befestigung dient die auf das Pumpenkolbenende 15' aufzuschraubende Büchse 16, die zugleich das Kolbenende 15' überragt und in der dargestellten Ruhestellung des Pumpenkolbens 15 über das Stirnende 9' und die darauf vorhandene O-Ringdichtung 11 der Hubverstellschraube 9 greift und damit als Sicherheitsventil wirkt.
- Der Pumpenkolben 15 steht unter Wirkung der Rückstellfeder 17, die ihn in der dargestellten Ruhestellung zu halten sucht. Der Kolben 15 ist weiterhin mit einer durchgehenden Längsbohrung 18 versehen, an deren oberem Ende in unmittelbarer Nähe der Membran 2 das aus der Ventilkugel 19 und der Rückstellfeder 20 bestehende Kolbenventil eingebaut ist. Das in die Längsbohrung 18 des Kolbens 15 eingebaute Widerlagerstück 21 dient zur Abstützung der beiden Federn 17 und 20. Unmittelbar unterhalb der Kolbenventilkugel 19 sind im Kolben die Querkanäle 22 eingearbeitet, über die der Membran-Druckraum 12' mit der Längsbohrung 18 und damit auch mit dem Druckraum 12 ständig verbunden ist. Die Räume 12 und 12' bilden somit einen gemeinsamen, vergleichsweise großvolumigen Pumpen-Druckraum.
- Der Pumpen-Druckraum 12 ist unterseitig durch das mit dem Pumpenrohr 13 fest verbundene Verschlußstück 23 verschlossen, das das aus der Feder 24 und der Ventilkugel 25 bestehende Pumpendruckventil beinhaltet, das den im Verschlußstück 23 gelegenen, zum Verbraucher führenden Druckleitungskanal 26 abzusperren bzw. zu öffnen erlaubt.
- Unmittelbar um das Pumpenrohr 13 herum ist die Magnetspule 27 angeordnet, die bei entsprechender Stromerregung dem Pumpenkolben 15 entgegen der Wirkung der an ihm angreifenden Rückstellfeder 17 für die jeweilige Mediumsförderung anzutreiben erlaubt. Die Magnetspule 27 wird von dem Kunststoffmantel 28 und dieser wiederum von dem Gehäuseteil 29 umschlossen, an dem sich außen die beiden Stromleitungsanschlüsse 30 befinden. In die Stromzuleitung zur Magnetspule 27 ist im Gehäuse 29 ein an sich bekannter, nicht dargestellter Gleichrichter untergebracht, der den Versorgungsstrom zur Magnetspule 27 in pulsierenden Gleichstrom umwandelt.
- Wird durch einen nicht dargestellten, im Verbraucherbereich vorhandenen und den Dosierflüssigkeitsbedarf überwachenden Impulsgeber die Magnetspule 27 stromerregt, so wird dadurch der Pumpenkolben 15 und die mit ihm fest verbundene Membran 2 in der Zeichnung nach unten bewegt, wodurch einerseits Dosierflüssigkeit aus dem gemeinsamen Druckraum 12,12' über das Druckventil 25 in die Verbraucherleitung gefördert wird, während andererseits durch die Membran 2 der Saugraum 4 über das sich dann öffnende Saugventil 6 mit der entsprechenden Dosierflüssigkeitsmenge nachgefüllt wird. Das Kolbenventil 19 ist während der vorbeschriebenen Membran- und Kolbenbewegung geschlossen. Wird nach genügend geförderter Dosierflüssigkeit der elektromagnetische Antrieb abgeschaltet, gelangen der Pumpenkolben 15 und die mit ihm fest verbundene Membran 2 wieder in ihre in der Zeichnung dargestellte Ruhestellung zurück. Während dieser Rückstellbewegung sind das Saugventil 6 und das Druckventil 25 geschlossen, dagegen das Kolbenventil 19 geöffnet, so daß Flüssigkeit aus dem Saugraum 4 in den gemeinsamen Druckraum 12,12' gelangen kann. Gegen Ende dieser unter Wirkung der Feder 17 verlaufenden Rückstellbewegung fährt die am Pumpenkolbenende 15' vorhandene Befestigungsbüchse 16 über den O-Ring 11 des an der Hubverstellschraube 9 vorhandenen Anschlagendes 9'. Dadurch kommt hier eine zusätzliche wirksame Abdichtung zwischen Saugraum 4 und den Druckräumen 12,12' zustande, die insbesondere für den Fall wichtig ist, daß das Kolbenventil 19 etwa durch auskristallisierende Flüssigkeitsreste und ebenso auch die anderen beiden Ventile 6 und 25 nicht mehr wirksam schließen sollten.
Claims (8)
- Kolbenmembranpumpe zum dosierten Fördern von Flüssigkeiten, insbesondere Tensiden, Netzmitteln od.dgl., mit einem in einem den Pumpendruckraum (12) umschließenden Pumpenrohr (13) verschieblich geführten und durch eine letzteres umgebende Magnetspule (27) entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder (17) elektromagnetisch antreibbaren Pumpenkolben (15) sowie einer damit saugseitig fest verbundenen, im Pumpengehäuse (1) peripher eingespannten und mit ihrer einen Seite dem Pumpensaugraum (4) zugewandten Pumpenmembran (2), die von dem mit einer durchgehenden, den Druckraum (12) mit dem Saugraum (4) verbindenden Längsbohrung (18) und einem darin eingebauten Kolbenventil (19) versehenen Pumpenkolben (15) zentral durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der dem Saugraum (4) abgewandten Seite der Pumpenmembran (2) liegende Arbeitsraum als zusätzlicher Druckraum (12') ausgebildet ist, der über im Pumpenkolben (15) hinter dessen Kolbenventil (19) vorhandene Querkanäle (22) mit der zum Pumpenrohr-Druckraum (12) führenden Kolben-Längsbohrung (18) ständig verbunden ist.
- Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbenventil (19) in unmittelbarer Nähe des die Pumpenmembran (2) durchdringenden Pumpenkolbenendes (15') und die Querkanäle (22) unmittelbar dahinter vorgesehen sind.
- Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (1) in seinem die Querkanäle und den Membran-Druckraum (12') umgebenden Bereich (14) zum Pumpenrohr (15) hin verengt erweitert ist.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den Pumpensaugraum (4) umgebenden Gehäuseteil (3) ein mit einer Dichtung (11) versehener Pumpenkolbenanschlag vorgesehen ist, der im Bereich der durch die Rückstellfeder (17) bewirkten Anschlagstellung des Pumpenkolbens (15) als den Druckraum (12,12') vom Saugraum (4) trennendes Sicherheitsventil wirkt.
- Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolbenanschlag von dem dem Pumpenkolben (15) zugewandten Stirnende (9) einer im Gehäuse (3) verstellbar gelagerten Hubverstellschraube (9) gebildet ist, wobei das betreffende Stirnende im Durchmesser abgesetzt, mit einem O-Ring (11) als Dichtung versehen und von dem zugewandten Ende (15') des Pumpenkolbens (15) in dessen Anschlagstellung abdichtend zu überfahren ist.
- Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem die Pumpenmembran (2) durchsetzenden Ende (15') des Pumpenkolbens (15) eine die Membran (2) darauf befestigendes Schraubbüchse (16) vorgesehen ist, mit der der Pumpenkolben (15) in seiner Ruhe- bzw. Anschlagstellung über das Stirnende (9') der Hubverstellschraube (9) greift.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Stromzuleitung zur Magnetspule (27) ein deren Versorgungsstrom in pulsierenden Gleichstrom umwandelnder Gleichrichter eingebaut ist.
- Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter in den die Elektromagnetspule (27) umgebenden Pumpengehäuseteil (29) integriert ist.
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