KR20170095751A - 권선 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

원형 궤적을 갖고 교대로 회전하는 회전축 둘레에서 회전하는 평탄한 형상의 코어 둘레에 재료를 래핑하여, 코어의 입구에서 재료의 위치 및 속도의 변화를 상쇄하는 전기 캠에 의해 독립적으로 구동되는 모터에 의해 그 회전축 둘레에서의 코어의 회전 및 그 회전축의 원형 궤적 양자의 운동 법칙을 제어하는 권선 장치를 개시한다. 상기 권선 장치는 전기에너지 축적 장치를 제조하는데 이용된다.

Description

권선 장치 및 방법{WINDING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은, 특히 테이프 또는 스트립 또는 시트와 같은 재료를 권취하기 위한 권선 장치 및 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은, 이에 제한되지 않지만, 전기에너지 축적 장치를 제조하는데 적용될 수 있다.
종래기술은 전기에너지 축적 장치를 제조하는데 이용되는 각종 권선 장치를 포함한다. 이들 장치에서, 권선 코어는 일반적으로 장타원형 형상(비원형)이므로, 권취될 재료의 운동이 불규칙하고 비균질성일 수 있다. 몇 가지의 보상 시스템(compensation system)이 권선 코어에 공급되는 재료의 운동이 규칙적이고 균질성이 되게 하기 위해 제안되어 있다.
특허문헌 EP 2595233 A2호는, 도입되는 테이퍼의 수직방향 운동을 보상하는 Y축을 따르는 보상 유닛과, 테이프 자체에 균일한 인장력을 유지하기 위해 권선으로 인한 테이프 속도의 변화를 보상하는 X축을 따르는 보상 유닛을 갖는 장치를 개시한다.
특허문헌 KR 20140015994 A호는, 장타원형 형상을 갖는 회전 코어와, 텐셔닝 롤을 고정하는 스윙 아암(swinging arm)을 구비한 보조 조절 유닛을 갖고 교호적인 선형 모션을 통해 권선 코어의 형상에 의해 야기되는 인장력 변화를 보상하는 인장력 조절 시스템을 갖는 권선 장치를 개시한다.
특허문헌 JP 6168736 A호는, 원형 궤적을 따라 플레이트의 회전 중심을 이동함으로써 전극 수단을 제조하는 권선 장치 및 방법을 개시한다.
특허문헌 US 2006/0123622 A1호는, 시트를 적층하는 적층 롤을 가지며 전기에너지 저장 요소를 제조하기 위한 장치를 개시하며, 적층된 제품은 형상화된 프로파일을 갖는 맨드렐과, 이를 접촉하는 가압 롤을 포함하는 권선 수단에 의해 래핑된다.
특허문헌 JP 2001243971 A호는, 시트 재료의 권취 속도에 대한 진동을 회피하며, 비원형 섹션을 갖는 권선 코어, 회전축 둘레에서 회전하는 롤, 및 권선 코어의 회전 함수로서 롤 중심의 위치를 이동시키기 위한 수단을 갖는 권선 장치를 개시한다.
특허문헌 JP 2001233511 A호는, 권선축(Z) 둘레에서 회전하는 권선 부재를 구비하며, 권선축(Z)을 이동시키기 위해 배치된 롤링 수단과, 권선 구성요소의 각속도를 조절하기 위한 메커니즘과, 롤링 수단의 각속도를 조절하기 위한 메커니즘을 가짐으로써 균일한 인장력을 유지하고 권취 속도 진동을 회피하는 균일한 선형 모션에 따른 권선 부재를 이동시키는 권선 기계를 개시한다.
특허문헌 JP 2003146538　A호는, 수평방향 및 수직방향에 따른 권선 코어의 회전축에 수직인 평탄면 상의 가동형 플레이트에 의해 평탄한 권선 코어가 지지되는 권선 장치 및 방법을 개시한다.
특허문헌 JP 2012051725 A호는, 재료를 래핑하기 위한 비원형 코어, 코어를 회전 구동하는 모터, 및 치형 휠에 의해 전달되는 회전 모션의 속도가 코어 각도에 따라 변하는 방식으로 구성된 치형 휠을 구비하며 모터로부터 코어로의 모션을 전달하기 위한 메커니즘을 갖는 권선 장치를 개시한다.
특허문헌 US 5312064 A호는, 청구항 1의 전제부에 따른 권선 장치를 개시한다.
본 발명의 범위는 권취되는 재료의 규칙적이고 균일한 전진을 허용하는 권선 장치를 제공하는 것이다.
일 이점은, 재료를 권취하는 회전가능한 코어가 비원형 형상이더라도 균질성 방식으로 재료를 권취하는 보상 시스템을 갖는 권선 장치를 구현한다.
일 이점은, 처리되는 재료(들)의 진동 및/또는 가속도를 감소시킬 수 있는 권선 장치를 실시한다.
일 이점은, 권선 장치에 공급되는 재료(들)의 일정하고 균일한 인장력을 보장한다.
일 이점은, 전기에너지 축적 장치를 제조하기 위한 권선 장치에 유용하다.
일 이점은 고성능을 갖는 고품질의 전기에너지를 축적하기 위한 장치를 제조하는 방법을 제공한다.
일 이점은 구성방식의 변화, 특히 권선 코어의 사이즈 및/또는 형상의 변화에 쉽게 적응할 수 있고 단순하며 구성하는데 경제적인 권선 장치를 제공한다.
일 이점은, 비원형 섹션을 갖는 권선 코어에 대한 정밀도 있고 신뢰성 있는 재료(들)로 래핑한다.
일 이점은, 비훤형 코어뿐만 아니라, 요구된다면 원형 코어 상에 재료(들)를 래핑하게 한다.
이와 같은 범위 및 이점 등은 하기의 관련 청구항 중 하나 이상에 다른 장치 및/또는 방법에 의해 성취된다.
일례에서, 재료(들)를 권취하기 위한 장치는 오비탈 궤적을 갖는 보상 모션을 교대로 구비한 축 둘레에서 권취 모션을 수행하는 비원형 섹션을 갖는 코어를 포함하며, 상기 권취 모션과 상기 보상 모션은 2개의 상이한 전기 캠(하나는 권취 모션을 제어하고, 다른 하나는 보상 모션을 제어함)을 통해 독립적으로 구동된다.
상기 2개의 전기 캠은 코어 입구에서 재료(들)의 위치 변화를 상쇄(또는 임의의 경우에, 많이 감소)시키고, 코어 입구에서 재료(들)의 속도 변화를 상쇄(또는 임의의 경우에, 많이 감소)시키도록 구성된 2가지의 운동 법칙(하나는 권취 모션을 위한 것이고, 다른 하나는 보상 모션을 위한 것)으로 프로그래밍된다.
본 발명은 제한 없이 하나의 실시예를 도시한 첨부된 도면을 참조하면 더욱 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 실시되는 권선 장치의 개략적인 사시도,
도 2는 도 1의 장치에 대한 정면도,
도 3은 도 2의 III-III 단면도,
도 4는 상이한 구성의 장치를 갖는 도 2의 도면,
도 5는 도 4의 각도 θ 및 β에 대한 각도 운동 및 각속도의 시간함수로서의 다이아그램.
참조부호 1은, 특히 테이프, 스트립, 시트 등의 형태인 재료(들)(2)를 래핑하기 위한 권선 장치를 전체적으로 지시한다.
권선 장치(1)는, 예컨대 적어도 하나의 전극(예컨대, 적어도 하나의 전극 멤브레인) 및/또는 전극을 위한 적어도 하나의 세퍼레이터 요소를 포함하는 재료(2)를 래핑하기 위한, 특히 전기에너지 축적 장치를 제조하는데 이용될 수 있다.
권선 장치(1)는, 특히 공급 평면을 따라 재료(2)를 공급하기 위한 공급 수단(미도시, 예컨대 종래기술의 타입)을 포함할 수 있다. 이러한 공급 수단은, 예컨대 재료 풀림을 위한 적어도 하나의 릴을 포함할 수 있다.
권선 장치(1)는, 특히 프레임(3)을 포함할 수 있다.
권선 장치(1)는, 특히 제1 회전축 둘레에서 (상세하게 후술된 바와 같은) 오비탈 보상 모션을 수행할 가능성을 갖고 프레임(3) 상에 회전가능하게 장착된 지지부(4)를 포함할 수 있다. 지지부(4)는, 특히 제1 롤링 지지 수단(5)을 개재하는 프레임(3)에 회전가능하게 결합될 수 있다.
권선 장치(1)는, 특히 지지부(4)의 회전 구동을 위한 제1 모터축(6)을 포함할 수 있다. 특히, 제1 모터축(6)은, 예컨대 제2 롤링 지지 수단(7)을 개재하는 프레임(3)에 의해 회전가능하게 지지될 수 있다. 특히, 제1 모터축(6)은, 예컨대 기어 수단(8)을 포함할 수 있는 모션 전달 수단을 통해 지지부(4)에 연결될 수 있다. 본 예에서와 같이, 제1 모터축(6)은 상기 제1 회전축과 동축이 아닐 수 있다.
권선 장치(1)는, 특히 재료(2)를 권취하는 비원형 섹션을 갖는 코어(9)를 포함할 수 있다. 코어(9) 둘레에 래핑되는 제품의 형상은 (코어의 형상으로 인해) 비원형일 것이다. 코어(9)는, 예컨대 평탄한 형상일 수 있다. 코어(9)는, 예컨대 직사각형 형상 섹션을 가질 수 있다. 코어(9)는, 예컨대 포일 형상일 수 있다. 코어(9)는, 예컨대 타원형, 계란형, 다이아몬드형 등일 수 있다.
코어(9)는, 특히 제2 회전축 둘레에서 오비탈 권취 모션을 수행할 가능성을 가지고 지지부(4) 상에 회전가능하게 장착될 수 있다. 제2 회전축은, 특히 상기 제1 회전축과 동축이 아닐 수 있다. 코어(9)는 제3 롤링 지지 수단(10)의 개재로 인해 지지부(4)에 회전가능하게 결합될 수 있다.
권선 장치(1)는, 특히 제2 회전축 둘레에서 코어(9)를 회전 구동시키기 위한 제2 모터축(11)을 포함할 수 있다. 제2 모터축(11)은, 특히 상기 제1 회전축(프레임(3)에 대한 지지부(4)의 회전축)과 동축일 수 있다.
본 예에서와 같이, 제2 모터축(11)은 제4 롤링 지지 수단(12)을 개재하는 프레임(3)에 회전가능하게 결합된 부분을 가질 수 있다. 본 예에서와 같이, 제2 모터축(11)은 제5 롤링 지지 수단(13)을 개재하는 지지부(4)에 회전가능하게 결합된 부분을 가질 수 있다.
권선 장치(1)는, 특히 제2 모터축(11)으로부터 코어(9)로 모션을 전달하기 위한 메커니즘(14)을 포함할 수 있다. 본 예에서와 같이, 메커니즘(14)은 기어 수단을 포함할 수 있다. 본 예에서와 같이, 메커니즘(14)은 제3 회전축 둘레에서 회전할 가능성을 갖고 지지부(4) 상에 회전가능하게 장착된 적어도 하나의 치형 휠(15)을 포함할 수 있다. 본 예에서와 같이, 제3 회전축은 상기 제1 회전축과 동축이 아닐 수 있다. 본 예에서와 같이, 제3 회전축은 상기 제2 회전축과 동축이 아닐 수 있다.
본 경우에서와 같이, 치형 휠(15)은 제2 모터축(11)(예컨대, 제1 회전축과 동축)에 연결된 치형 휠(16)에 결합될 수 있다. 본 경우에서와 같이, 치형 휠(15)은 코어(9)(예컨대, 제2 회전축에 동축)에 연결된 치형 휠(17)에 결합될 수 있다.
지지부(4)는, 특히 메커니즘(14)의 적어도 일부를 수용하는 수용 용적부를 제공할 수 있다. 지지부(4)는, 예컨대 박스 형상일 수 있다. 지지부(4)는, 특히 치형 휠(15, 16, 17)을 수용할 수 있다.
프레임(3)은, 특히 기어 수단(8)의 적어도 일부를 수용하는 수용 용적부를 형성하도록 적어도 하나의 부분을 가질 수 있다. 프레임(3)의 이러한 부분은, 예컨대 박스 형상을 가질 수 있다.
모션 전달 수단(기어 수단(8))은 메커니즘(14)과는 별개일 수 있다. 특히, 모션 전달 수단에 의해 형성된 운동학적 체인(kinematic chain)은, 본 예에서와 같이, 메커니즘(14)에 의해 형성된 운동학적 체인과 마찬가지로 부품을 가질 수 없다.
제1 모터축(6)과 제2 모터축(11)은 서로 독립적으로 구동될 수 있다. 특히, 제1 모터축(6)과 제2 모터축(11)은 제1 모터와, 상기 제1 모터와 상이한 제2 모터에 의해 각각 회전될 수 있다. 제1 모터와 제2 모터(미도시)는 공지된 타입의 모터(예컨대, 전기 모터)를 포함할 수 있다.
권선 장치(1)는, 본 예에서와 같이, 제1 모터축(6)을 제1 운동 법칙으로 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램 명령어를 구비할 수 있는, 특히 프로그램가능한 전자 제어 수단(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 제어 수단은 제2 모터축(11)을 제2 운동 법칙으로 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램 명령어를 구비할 수 있다. 제2 운동 법칙은 제1 운동 법칙과 상이할 수 있다. 제1 운동 법칙은 제1 모터축(6)의 비상부 회전속도를 가질 수 있다. 제2 운동 법칙은 제2 모터축(11)의 비상수 회전속도를 가질 수 있다.
본 예에서와 같이, 제1 운동 법칙과 제2 운동 법칙은, 제약조건으로서, 권선 공정에 수반된 가동형 요소, 예컨대 코어(9)의 일부 또는 재료(2)의 일부의 위치 및 속도를 포함하는 적어도 2가지의 매개변수를 갖도록 생성될 수 있다.
제1 매개변수는, 예컨대 코어(9)의 말단(9a), 특히 권선 회전 동안에 (공급 평면을 따라) 전진하는 권취될 재료(2)를 수용하는 말단(9a)인 재료 입구의 말단(9a)에서의 재료(2)의 위치를 포함할 수 있다. 제약조건은, 예컨대 권선 공정 동안에 재료(2)의 공급 평면 상에 또는 이러한 평면 근방에 항상 배치 유지되는 말단(9a)을 제공할 수 있다. 제2 매개변수는, 예컨대 말단(9a)에서의 재료(2)의 속도(또는 권치될 재료(2)의 공급 평면을 따르는 속도)를 포함할 수 있다. 제약조건은, 예컨대 권선 공정 동안에, (방향 및/또는 절대값에서) 일정값, 또는 임의의 경우에 정의된 가변성 범위 내에 포함된 값을 항상 갖는 말단(9a)(또는 코어(9)의 말단(9a) 상에 배치된 재료(2))의 속도를 제공할 수 있다.
권선 장치는, 특히 코어(9) 둘레에 점차적으로 래핑된 제품(재료)의 용적의 점진적인 증대를 따름으로써 상술한 제약조건과의 준수를 더욱 용이하게 하기 위해 상기 공급 평면을 가로지르는 적어도 하나의 방향(특히, 수직방향)으로 프레임(3)(그 결과, 지지부(4)와 권선 코어(9))이 회수 모션을 수행하게 하는 운동 수단을 포함할 수 있다.
권선 장치(1)는, 특히 전기에너지 축적 장치의 제조를 위한 방법을 실시하는데 이용될 수 있다. 실제로, 상기 장치(1)는 전극을 위한 적어도 하나의 세퍼레이터 수단 및/또는 적어도 하나의 전극을 포함하는 재료를 권취하는데 이용될 수 있다.
비원형 코어(9)(평탄) 상에 재료(2)를 권취하는 동안에, 권선 코어(9)는 (제1 모터축(6)을 구동하는 제1 모터를 제어하는) 또 다른 전기 캠에 의해 제어되는 속도를 갖는 궤적(T)(원형, 반경(R)을 가짐)을 수행하는 회전축 둘레에서 (제2 모터축(11)을 구동하는 제2 모터를 제어하는) 전기 캠에 의해 제어되는 회전속도로 회전한다. 전기 캠들은 재료(2)의 입구 위치(코어(9)의 입구에서의 위치, 코어 말단(9a)에서)가 일정한 방식으로 그리고 재료(2)의 전진 속도가 일정한 방식으로 구성된다.
상술한 시스템에서는, 그 회전축 둘레에서의 코어(9)의 회전 및 코어(9)의 회전축의 회전이 2개의 상이한 모터(전기 캠을 통한 회전 제어에 조합됨)로 서로 독립적으로 구동되는 것으로서, 재료(2)의 도입 위치 및 속도의 불변성을 성취하도록 허용한다.
제1 모터축(6)은 지지부(4)(지지부(4) 상에 장착된 코어(9)의 회전축)의 오비탈 궤적(T)(특히 원형, 반경(R)을 가짐, 도 2 참조)을 갖는 각도 β의 각도 운동인 보상 모션을 생성하는 한편, 제2 모터축(11)은 각도 θ의 각도 운동 또는 제2 회전축 둘레에서 코어(9)의 회전인 권취 모션을 생성한다. 각도 θ 및 β는, 예컨대 도 4에 도시된다.
언급한 바와 같이, (지지부(4)의 회전축과 동축인) 제2 모터축(11)은 회전하는 지지부(4)과 교대로 연결된 휠(15)(아이들)을 통해 권선 코어(9)를 제어한다. 이는 (원형 궤적(T)을 갖는 코어(4)의 회전축 모션인) 보상 모션과, (그 자체의 회전축 둘레에서 코어(9)의 회전인) 권취 모션을 분리하게 함으로써, 제1 모터축(6)의 구동은 보상 모션만을 제어할 수 있고, 제2 모터축(11)의 구동은 권취 모션만을 제어할 수 있다. 제1 모터축(6)은 각도 β 변화만을 제어할 수 있고, 제2 모터축(11)은 각도 θ 변화만을 제어할 수 있다.
코어(9)의 입구에서의 재료(2)의 위치 및 속도의 변화는 제1 및 제2 모터축(6, 11)의 구동을 제어하는 전기 캠을 통해 상쇄된다. 전기 캠의 운동 법칙은 프로세스 제약조건으로서 재료(2)의 입구 위치 및 전진 속도를 취하여, 부여된 제약조건에 부합하기 위해 권선 코어(9)의 각위치(θ)와, 회전 지지부(4)의 각위치(β)를 임의의 소정 시간에 연산함으로써 반복적으로(iteratively) 생성될 수 있다.
도 5의 상부에 기록된 다이아그램은, 시간함수(초)로서, 권선 공정의 일례에서 단일 권선 회전(winding revolution)(코어(9)의 360°의 회전)을 위해 회전하는 권선 코어(9)(각도 θ) 및 보상 회전 지지부(4)(각도 β)에 대한 경향을 도시한다. 도 5의 하부에 기록된 다이아그램은, 동일한 권선 회전(초)을 위한 권선 코어(9)의 회전 속도(속도 θ') 및 보상 회전 지지부(4)(속도 β')에 대한 경향을 도시한다. 권선 코어(9)의 각각의 회전(그 자체 둘레에서 코어(9)의 360°의 회전)을 위해, 보상 궤적(T) 상의 코어의 회전축의 2가지 회전(지지부(4)의 720°의 회전)이 예견된다.
전기 캠을 통한 모터축(6, 11)의 제어는, 전달 메커니즘과, 코어(9)의 모터축(6, 11)과 지지부(4)의 회전축 사이의 가능한 전달비의 존재를 고려할 것이다.
언급한 바와 같이, 상술된 보상 메커니즘은 래핑된 재료의 축적으로 인해 코어(9)의 사이즈에 대한 점차적인 증대를 따르는 회전(레볼루션) 동안에 경시적으로 보상하는 운동 시스템(예컨대, 도입되는 재료(2)의 공급 평면에 수직인 방향으로의 선형 평행이동)에 연결될 수 있다. 공급 평면은 수평방향일 수 있고, 평행이동은 수직방향일 수 있다.

Claims (15)

  1. 권선 장치(winding apparatus)(1)에 있어서,
    - 프레임(3);
    - 제1 회전축 둘레에서 모션을 수행할 가능성을 가지고 상기 프레임(3) 상에 회전가능하게 장착된 지지부(4);
    - 상기 지지부(4)를 회전시키기 위한 제1 모터축(6); 및
    - 재료가 래핑되는 코어(9)
    를 포함하며,
    상기 코어(9)는 상기 제1 회전축과 동축이 아닌 제2 회전축 둘레에서 모션을 수행할 가능성을 가지고 상기 지지부(4) 상에 회전가능하게 장착되고, 상기 장치는 상기 코어(9)를 회전시키기 위한 제2 모터축(11)을 포함하는,
    권선 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 모터축(11)은 상기 제1 회전축과 동축인,
    권선 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    공급 평면에 있는 재료 공급 수단(2)과, 권선 동안에 상기 코어(9) 둘레에 래핑되는 재료의 축적을 고려하도록 상기 공급 평면을 가로지르는 적어도 하나의 방향으로 상기 프레임(3)에 모션을 제공하는 운동 수단을 포함하는,
    권선 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어(9)는 비원형 형상인,
    권선 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 모터축(6)과 상기 제2 모터축(11)은 서로 독립적으로 구동되는,
    권선 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    서로 상이한 제1 및 제2 운동 법칙으로 상기 제1 및 제2 모터축(6; 11)을 제어하도록 컴퓨터 프로그램 명령어를 구비한 프로그램가능한 전자 제어 수단을 포함하는,
    권선 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 운동 법칙은 비상수 회전속도(non-constant rotation speed)를 갖고, 그리고/또는 상기 제2 운동 법칙은 비상수 회전속도를 갖는,
    권선 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제1 운동 법칙과 상기 제2 운동 법칙은, 제약조건으로서, 상기 코어(9)의 일부 또는 상기 재료(2)의 일부에 대한 적어도 하나의 위치와, 상기 코어(9)의 일부 또는 상기 재료(2)의 일부에 대한 적어도 하나의 속도를 포함하는 적어도 2개의 매개변수를 갖도록 생성되는,
    권선 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 모터축(6)은 상기 제1 회전축과 동축이 아닌,
    권선 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 모터축(11)은 상기 프레임(3)과 회전가능하게 결합되는 부분과, 상기 지지부(4)와 회전가능하게 결합되는 부분을 갖는,
    권선 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 모터축(11)으로부터 상기 코어(9)로 모션을 전달하기 위한 적어도 하나의 메커니즘(14)을 포함하는,
    권선 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 지지부(4)는 상기 메커니즘(14)의 적어도 일부를 수용하는 수용 용적부를 형성하는,
    권선 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제1 모터축(6)으로부터 상기 지지부(4)로 모션을 전달하기 위한 전달 수단(8)을 포함하며, 상기 전달 수단(8)은 상기 메커니즘(14)과는 별개인,
    권선 장치.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메커니즘(14)은 상기 제1 회전축과 동축이 아니고 상기 제2 회전축과 동축이 아닌 제3 회전축 둘레에서 회전할 가능성을 가지고 상기 지지부(4) 상에 회전가능하게 장착된 적어도 하나의 치형 휠(toothed wheel)(15)을 포함하는,
    권선 장치.
  15. 적어도 하나의 전극 및/또는 적어도 하나의 세퍼레이터를 권취하도록 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 권선 장치(1)를 이용하여 전기에너지 축적 장치를 제조하는 방법.
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