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Digital Tests mit SuperCapLader zur Dekoderpufferung

Dieses Thema im Forum "Digitale Bahn" wurde erstellt von güntter, 12. August 2019.

  1. güntter

    güntter Foriker

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    Vor etwa 2 Jahren gab es hier im Forum einen sehr interessanten Beitrag von Heizer über den Einsatz von Supercaps zur Befehlspufferung von Dekodern. Leider war in den letzten 2 Jahren dann nichts mehr darüber zu hören.
    Im Rahmen eines regionalen Rocrail-Stammtisches wurde nun das Thema Speicherschaltungen für Dekoder aufgegriffen und Matthias (H0-Bahner) hat eine kleine Schaltung auf Basis der SMD-Baugröße 0805 entworfen. Im folgendem Video stellt Matthias seine Schaltung vor.


    neue SCap.JPG

    Bild 1: Pufferschaltung in SMD-Bauweise 0805, bestehend aus Ladeschaltung für einen Supercap und DC/DC-Step-Up-Wandler. Daneben Supercaps mit 1F/2,7V und 0,22F/5,5V.


    Vor einigen Wochen konnte ich dann diese Schaltung mit verschiedenen Supercaps an TT-Fahrzeugen testen. Die Ergebnisse sind vielversprechend. Mit einem Supercap mit 1F / 2,7V konnte meine V90 von Piko bei 8 km/h immerhin 8,5 cm ohne Gleisspannung zurücklegen. Dies ist weit mehr als ausreichend um problematische Gleisabschnitte problemlos zu passieren.

    BR294 & PCL0805 1F2.7V_6.5.JPG

    Bild 2: BR294 (V90) mit Supercap und Schaltung 0805. Schaltung und Kondensator können komplett im Führerhaus untergebracht werden.

    Zum Vergleich habe ich verschiedene Supercaps getestet:
    a) 1F / 2,7V / 6,5 mm Durchmesser
    b) 1F / 2,7V / 8mm Durchmesser (hat einen niedrigeren Innenwiderstand)
    c) 0,22F /5,5V
    d) Ladeschaltung LaisDcc 860009 (kein DC/DC-Wandler, sondern Reihenschaltung von 4x Supercap 2,7V)

    Ergebnis:
    b) kann in Führerhaus untergebracht werden und bringt dabei das beste Ergebnis.
    d) ist nur für H0 geeignet
    - Grundsätzlich ist eine höhere Kondensatorspannung vorzuziehen.

    mfG
    Günter
     

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  2. schöneicher

    schöneicher Foriker

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    Warum?
     
  3. güntter

    güntter Foriker

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    Dafür gibt es zwei Gründe:
    1) Die Schaltung hat die Maße 27 x 11,5 x 9 mm, das mußt du in einer Lok erstmal unterbringen. Gerade bei kleinen Loks sind Speicher wichtig, aber da besteht wenig Change die Schaltung unterbringen zu können.
    2) Meine Piko BR 294 führ mit dieser Schaltung 64cm bei 8km/h bzw 2,9 m bei 50 km/h. Dabei hat sie auch noch 4 Wagen gezogen. Soviel Energie ist aber gar nicht nötig. Es geht ja darum im Rangierbetrieb nicht auf einem Weichenherzstück hängenzubleiben und nicht darum ohne Stromversorgung eine volle Runde auf der Anlage zu schaffen.

    So hat das übrigens ausgesehen : BR294 & Lais860009.JPG
     
  4. MAS 74

    MAS 74 Foriker

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    Wären denn bestückte Schaltungen käuflich und wie wäre ca. der Preis ?
     
  5. güntter

    güntter Foriker

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    Es handelt sich um ein Selbstbauprojekt, d.h. die Gerber-Files für die Platinen stellt Matthias zu Verfügung. Damit kann sich jeder selbst Platinen herstellen lassen. Du kannst das ja auch für mehrere organisieren, z.B. im Rahmen eines Stammtisches.
    Die SMD-Baugröße 0805 kann man unter einer beleuchteten Lupe gerade noch per Hand löten. Eine ruhige Hand und Erfahrung beim SMD-Löten sind Voraussetzung.
    Vielleicht findet sich jemand, der die Schaltungen für andere zusammenzulöten kann. Eventuell hast du in deiner Umgebung (Verein, Stammtisch ...) jemanden, der sowas gerne macht.
    Einzelne Leiterplatten (ohne Bestückung) können möglicherweise abgegeben werden, da muss ich aber erst nachfragen.

    Die Kosten ? Das ist stark davon abhängig wo und in welcher Stückzahl du die Teile einkaufst. Ich sage mal 12 Eur +- 50%.

    Hoffe dir damit geholfen zu haben, auch wenn es nicht genau das ist, was du wissen wolltest.
     
  6. MAS 74

    MAS 74 Foriker

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    Ist schon das was ich wissen wollte.Kannst ja mal fragen was unbestückte Platinen kosten.0805 SMD-Baugröße ist schon noch gut mit der Hand lötbar.
     
  7. güntter

    güntter Foriker

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    Du hast eine PN.

    Matthias hat nun auch selbst über seine Tests im Stummi-Forum einen Bericht hinterlassen.
    Hier ist der Link: https://stummiforum.de/viewtopic.php?f=21&t=171549

    Mein Köf fuhr bisher im Digitalbetrieb nicht richtig, d.h. es blieb immer wieder mal an Weichen oder sogar auf freier Strecke hängen.
    Mit einem SCL0805 kann es nun problemlos über jede Weiche fahren. Allerdings muß am Einbau in das Gehäuse noch gearbeitet werden, d.h. der SCL muß noch weiter verkleinert und kleinere Kondensatoren in Freiräumen untergebracht werden.

    Köf mit PCL0805.JPG
     
    Zuletzt von einem Moderator bearbeitet: 14. August 2019
  8. Per

    Per Foriker

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    Vllt. könnte man eine Sammelbestellung (ähnlich den Freds bei den Modulisten) starten. Im Land des umgefallenen Reissacks könnte man die Leiterplatten oder alternativ auch bestückte Schaltungen *) fertigen lassen. Da nur privat sollte es keine Probleme mit den gesetzlichen Bestimmungen geben.

    *) Dann wäre auch 0402 oder gar 0201 kein Problem.
     
  9. schöneicher

    schöneicher Foriker

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  10. güntter

    güntter Foriker

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    Hallo zusammen,
    derzeit warten wir übrigens auf bestückte PCL (0402 oder 0201, bin mir nicht sicher). Allerdings lässt sich der Lieferant Zeit, da die sehr geringe Stückzahl vermutlich nur geringe Priorität hat. Wenn diese PCL zur Verfügung stehen werde ich darüber berichten.

    Eine Sammelbestellung ist sicher eine gute Idee. Bei Leiterplatten 0805 können wir das sicher gerne machen. Bei fertig bestückten PCL, sagen wir mal 100 Stück, kann es natürlich passieren, daß Zoll fällig wird und daß eine CE-Prüfung durchgeführt werden muß. Dies ist aber dann m.E. im Rahmen eines Selbstbauprojektes nicht mehr zu leisten.
    Ein anderer Weg wäre vielleicht, daß ein Hersteller einen PCL0201 in sein Sortiment mit aufnimmt, aber dies ist dann Sache von Matthias.


    Nicht wirklich. Fischer-Modell verwendet parallel geschaltete Tantal-Kondensatoren mit insgesamt 1100 µF bei 16 V.
    Matthias verwendet z.B. Supercaps mit 0,47 F bei 5,5V. Die gespeicherte Energie bei der Schaltung von Matthias ist etwa 45x höher.
    Besser wäre schon der ESU PowerPack Mini.
    Die unten stehende Tabelle von Matthias gibt einen Überblick.

    Vergleich.png

    Es gibt aber einen weiteren Unterschied:
    Der PCL0805 arbeitet nach dem Prinzip, das Heizer im Forum vor etwa 2 Jahren vorgestellt hat. Eine Ladeelektronik läd einen Supercap bis zur Maximalspannung auf, das sind 2,7 oder 5,4V, je nach Kondensatortyp. Dem SCap ist ein DC/DC-Wandler nachgeschaltet, der im Bedarfsfall die Spannung vom SCap auf etwa 9V wandelt um damit den Dekoder zu versorgen. Während die Spannung am SCap sinkt wird der Dekoder mehrere Sekunden mit konstanter Spannung versorgt.

    Anders bei einfachen Ladeschaltungen mit Elkos. Der Elko wird über einen Schutzwiderstand aufgeladen. Im Bedarfsfall wird über eine Schottky-Diode dem Dekoder Strom zugeführt. Die Spannung am Dekoder sinkt dabei kontinuierlich.
    Beim LaisDcc 860009 und vermutlich auch beim ESU PowerPack Mini wird als Speicher statt eines Tantal-Elkos ein Supercap verwendet. Auch hier sinkt die Spannung am Dekoder kontinuierlich.

    Anbei die Ladeschaltung, wie sie vermutlich LaisDcc verwendet.
    Hier werden 4 Supercaps in Serie geschaltet um eine Gesammtspannung von 10,8 V zu erreichen. Ich bin skeptisch, ob die unbalancierten, seriell geschalteten Supercaps nicht mit der Zeit zu Problemen führen.


    LaisDcc 860009.png


    mfG
    Günter
     
  11. Per

    Per Foriker

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    So schlau sind die Chinesen inzwischen und verschicken kleinere Lose ;). Liese sich auch besser auf die Stammtische verteilen, jedesmal ne andere Adresse und fertig :D
     
  12. schöneicher

    schöneicher Foriker

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    Du meintest für TT ungeeignet weil:
    zu 1)
    Die reine Platine (ohne die Kondensatoren) von Fischermodell ist, wenn ich das richtig sehe 9 x 7,3 x 2,5 groß. Die kleinen Tantals kann man anderswo unterbringen (auch getrennt).

    zu 2)
    Du schreibst jetzt das die Lösung von Fischermodell keine wirkliche Alternative sei:
     
    Zuletzt bearbeitet: 14. August 2019
  13. güntter

    güntter Foriker

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    Ja und, was ist jetzt deine Frage ?
    Die Energie der Tantal-Elkos mit 1100 µF reicht halt nur wenige ms.
    Ich brauche einen passenden Speicher, d.h. für mich, daß die Lok mit Zug in Rangiergeschwindigkeit einige cm (1 - 5cm) ohne externe Stromzufuhr fahren kann. Eine Strecke von 1 mm ist mir zu wenig, eine Strecke von 2 m ist nicht nötig.

    Mein Anspruch ist, daß meine kleinen Loks einige cm ohne externe Energie fahren können und damit nicht an Weichen hängenbleiben. Dazu muß der Motor vom Speicher einige Sekunden mit Energie versorgt werden. Ich brauche aber keine Speicherschaltung in Großloks (DR 132 etc), da diese in der Regel eine gute Stromabnahme haben und deshalb keine Speicher brauchen.

    Wenn deine Anforderungen anders sind, steht es dir frei einen LaisDcc 860009 einzubauen. Bei großen PIKO-Loks ist dies vielleicht sogar möglich.
    Andersrum hilft dir der kleine Elko von Fischer vielleicht die Fahrteinstellung im Dekoder für 1 s zu halten. Bei manchen Dekodern wird damit ein Stottern vermieden, d.h. es ist durchaus hilfreich so eine Fischer Schaltung einzubauen.
     
  14. framo

    framo Foriker

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    Das sehe ich ganz genau so! Ich denke auch, dass es zwangsläufig Unsymmetrien gibt und über kurz oder lang die Schaltung Probleme macht ( d.h. ausfällt).
     
  15. schumo99

    schumo99 Foriker

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    Hallo,
    hier im TT-Forum ist das Interesse an der Supercapschaltung bedeutend größer als im Stummiforum, wo ich normalerweise immer poste und auch die weiteren Details eingestellt habe. Das wird auch im Grunde so bleiben, weil ich alle Infos, die man zum Aufbau benötigt an einer Stelle bündeln will. Aber ich möchte gerne hier direkt antworten, damit man einen besseren Überblick behält, wenn man diesem lebendigen Thread folgt.

    Da das ganze ein Selbstbauprojekt ist, gibt's keine bestückten Platinen, sondern nur die nackte Platine zum selber löten. Das geht mit der 0805er aber schon noch ganz gut. Also ran an den Lötkolben und ausprobiert. Die identische Schaltung hab' ich auch noch mit 0603er Bauteilen entworfen und ist dann ca. 1mm kleiner. Ich persönlich würde die aber nur nehmen, wenn's genau um diesen Millimeter geht. Die Bestückungsanleitung dazu kann ich noch nachliefern, wenn von Interesse.

    Was gibt's da sonst noch:
    Ich habe in China noch eine Variante mit 0201er Teilen und einem anderem Schaltungsdesign bestellt, aber da tut sich seit 8 Wochen nichts. Ob das noch was wird, kann ich nicht sagen. Auf jeden Fall ist Geduld angesagt. Diese Platine wäre ein Stückchen kleiner (ca. 25%) und sollte - so hoffe ich - mehr Leistung aus den Supercaps rausholen, da der Wirkungsgrad zumindest theoretisch besser wäre. Allerdings hat diese Platine einen entscheidenden Nachteil: Man kann keinesfalls mehr selber Löten und in Kleinserien ist (mir) die industrielle Bestückung einfach zu teuer. Auch wenn man da 100 Stück nimmt, kommt es an die 20€. Und das ist doch aus meiner Sicht schon noch etwas viel, geschweige denn, ob man 100 Stück braucht... Kleinere Serien sind noch viel teurer. Ich hatte auch Angebote über 50€/Stück.... Aber wenn das Interesse groß genug ist, können wir das auch ins Auge fassen.

    Weil die Tantalladeschaltung schon angesprochen wurde: Eine Selbstbaulösung (ähnlich Fischermodell) habe ich hier veröffentlicht: https://www.stummiforum.de/viewtopic.php?f=5&t=170930&p=1992078#p1992078

    Grüße

    Matthias

    PS: Ich will an dem Projekt nichts verdienen, sondern nur meine Unkosten gedeckt haben. Für meinen Lebensunterhalt muss ich auch noch arbeiten, also entschuldigt bitte, wenn ich hier oder da nicht ganz so schnell antworte oder evtl. noch Infos fehlen sollten.
     
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  16. schöneicher

    schöneicher Foriker

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    Wenn Deine Piko BR 294 mit 4 Wagen 64cm bei 8km/h schafft und die Lösung von Fischer-Modell 45 mal weniger, würde es linear eine Strecke von 1,4cm ausmachen. Das sollte für jedes Herzstück reichen. Müste man aber testen, denn so linear wird sich das nicht verhalten.

    Allerdings würde ich Herzstücke polarisieren, wenn kleine Loks drüber fahren sollen.

    Deine Kondensatoren wirst Du in keine kleine Lok (Köf oder ähnliches) einbauen können. Da nützt auch die kleinste Schaltung nichts.

    Für Dein Problem mit kleinen Loks wird Deine Idee deshalb wohl leider keine Lösung sein, wenn Du nicht wesentlich kleinere Kondensatoren findest. Die Lösung von Fischer-Modell könnte aber sehr wohl eine Alternative sein. Probier es mal aus.

    Wenn Du ganz lange ohne Strom fahren möchtest oder was anderes vor hast, dann kannst Du Deine Lösung dort einbauen, wo die Kondensatoren Platz finden. Da ist dann aber die Baugröße der Schaltung eher nicht das wesentliche Problem und es ist durchaus hilfreich, wenn man die Schaltung selbst preiswert zusammenlöten kann.

    Das in China Kleinserien unbeliebt sind, weil man daran nichts verdient, höre ich nicht zum erstenmal und ist nachzuvollziehen. Die sind halt auch nicht doof und können rechnen.

    PS.: Im richtigen Leben arbeite ich mit einem guten Freund und absoluten Optimisten zusammen. Der hat auch immer tolle Ideen und wird von mir Pessimisten immer deprimiert. Die tollsten Erfolge haben wir erreicht, wenn wir uns in der Mitte getroffen haben.
     
  17. güntter

    güntter Foriker

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    Die 64cm bei 8 km/h beziehen sich auf den LaisDcc 860009, über den Energieinhalt dieses Stromspeichers wird aber in der Vergleichstabelle von Matthias gar nicht aufgeführt, d.h. der Vergleich des Energieinhalts bezieht sich auf einen anderen Speicher.
    Auch ist eine lineare Umrechnung (1/45) fragwürdig, da sehr viele Faktoren hier hereinspielen (Dekodermodell, Eigenverbrauch, Innenwiderstand der SCap ...). Letztlich mußt du selbst testen, wenn du wissen willst, was die Ladeschaltung von Fischer-Modell bringt. Und um eventuelle Einwänden zu begegnen: Ich mache hier keine Vergleiche von Stromspeichern, sondern stelle ein Selbstbauprojekt vor.

    Ergänzung: Der LaisDcc Speicher hat eine Kapazität von 250mF im Gegensatz zu Fischer mit 1,1 mF, also ist der Fischer-Stromspeicher bei gleicher Spannung um Faktor 227 kleiner.
    Damit wäre eine Strecke - ich nehme mal deinen Ansatz - von 3 mm möglich, was zugegebenermaßen in den meisten Fällen ausreichend sein wird.

    Glaubst du meine Herzstücke auf EW2 und EW3 sind nicht polarisiert ?

    Ich habe nur ein Köf aber 50 größere Loks. Lass dich überraschen was noch kommt :)

    Ich baue mir selbst eine Speicherschaltung, welche einen Bruchteil des Preises fertig angebotener Produkte kostet und wesentlich leistungsfähiger ist. Das gleiche gilt für Weichen, Rückmelder und Servodekoder. Der Weg ist das Ziel !
    Glaub mir, ich bin jetzt nicht depremiert. ;)

    mfG
    Günter
     

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    Zuletzt bearbeitet: 15. August 2019
  18. ateshci

    ateshci Foriker

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    In die Köf würde das mit den z. Zt. erhältlichen Bauteilen nur in 3V-Technik gehen, wie ich schon mal vorgestellt habe. Da ist aber DCC außen vor.
    Zu den Kondensatoren: Murata hat die Fertigung von flachen Typen eingestellt und der von mir vorgestellte ist nicht mehr aus laufender Fertigung erhältlich. AVX und CAPxx aus Australien dominieren das Gebiet, jedoch sind diese extrem dünnen EDLCs für den Normalsterblichen unbezahlbar bzw. werden nur auftragsgefertigt.
     
    Zuletzt bearbeitet: 15. August 2019
  19. güntter

    güntter Foriker

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    Hallo Helmut,
    was hältst du von diesen da: BZ113B104ZSB
    Nicht ganz billig, aber ich habe ja nur ein Köf.

    mfG
    Günter
     
  20. ateshci

    ateshci Foriker

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    28x17x4mm ist ganz schön sportlich.

    Der einzige von der Größe passende wäre BZ094B153Z_BAI 15mF 0,3Ohm 4.5V. 17x15x2,3mm. Aber wer verkauft Dir den und zu welchen Bedingungen?

    DAS wäre doch mal eine Gelegenheit für den allseits geschätzten Boarder Fortschritt, den aktuellen Stand der Technik und die Bezugsquellen dazu aufzuzeigen. Schließlich sind diese EDLCs schon vor >5 Jahren erschienen und "Technik von gestern ". Er kennt da bestimmt was Aktuelleres.

    Kettenbriefe sind verpönt, also bei cap-xx.com/Shop kann man direkt die GA/HA 20x kaufen, wenn einen Preis und Fracht aus Australien nicht abschrecken.
     
    Zuletzt bearbeitet: 15. August 2019
  21. framo

    framo Foriker

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    Ich experimentiere seit einiger Zeit auch mit selbst entwickelten Schaltungen auf Basis von 5,5V-Supercaps. Die erreichbaren Überbrückungszeiten/-weiten sind (zunächst) schon beeindruckend. Bei meinen Erprobungen habe ich aber auch die Kehrseite davon, vornehmlich bei höheren Geschwindigkeiten, kennengelernt. Ab Stromunterbrechung fährt die Lok unkontrolliert weiter bis der C entladen ist. Betätigt man also z.B. den Notaus-Taster an seiner Anlage, so kommen die betreffenden Fahrzeuge erst einige Sekunden später zum Stehen .... Oft zu spät, um Unfälle zu vermeiden!
    Insofern scheint es mir wichtig und richtig, eine konfigurierbare Zeitbegrenzung für die Energieeinspeisung zu implementieren. Zeiten von max. 1 sec sollten ausreichen.
    Ich kann jetzt nachvollziehen, dass ESU dies in seinen Decodern vorgesehen hat (CV113) und eine entsprechende Steuerleitung an seinen Power-Packs hat.
    Ich werde versuchen, sowas einzubauen ...
     
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  22. güntter

    güntter Foriker

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    Das Ziel einer Pufferschaltung ist m.E. die Überbrückung von kurzen, speisefreien Gleisabschnitten, z.B. bei Weichen.
    Hierfür reicht es, den Puffer so zu dimensionieren, daß ein Zug in Rangierfahrt ca 1 ... 5 cm ohne Speisung fährt. In Schnellfahrt legt der gleiche Zug dabei geschätzt 60 cm zurück.
    Auf 1 cm kann es schon Mal vorkommen, daß kein Strom übertragen wird, aber nicht auf 60cm. Wenn du also v=0 sendest, wird dein Zug stehenbleiben, wenn du die Digitalspannung abschaltet jedoch nicht.
    Im übrigen werden auch in stromlosen Abschnitten die DCC-Kommandos vom Dekoder empfangen.

    Mfg
    Günter
     
  23. ateshci

    ateshci Foriker

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    Diese Eigenschaft besitzen aber m.W. nur die Gold-Decoder von Lenz, die das Signal kapazitiv auskoppeln - siehe den Papiertest
     
  24. framo

    framo Foriker

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    Genau das ist das Problem. Das hatte ich ja auch geschrieben. (Dass das Fzg. bei Kontakt und vorhandener Digital-Spannung auf die Befehle reagiert ist wohl klar) ...
     
  25. framo

    framo Foriker

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    Wie soll das funktionieren?
     
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