專利名稱：放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種放電燈。
借助氣體放電產(chǎn)生光的氣體放電燈長期以來是公知的。
EP-A-0570068披露了一種高壓氣體放電燈，其中灼熱器由燈頭支承。灼熱器包括以氣密方式封閉的且?guī)в袃蓚€電極的放電容器。該放電容器具有在相應(yīng)端部形成頸部區(qū)域的壁。電連接到外觸點(diǎn)上的電極布置在相應(yīng)的頸部區(qū)域中，以便突伸到放電容器的內(nèi)部。放電容器的內(nèi)部填充有包括汞、稀有氣體、和金屬鹵化物的可離子化的填充物，該金屬鹵化物例如為碘化鈉和氙。
WO-A-92/12530披露了一種低功率的放電燈，即低于40瓦的放電燈。該燈包括由石英玻璃形成的放電容器，兩個電極突伸到放電容器的內(nèi)部。該電極均具有大致柱形的頭部區(qū)域，其完全處于放電容器的內(nèi)部并且與放電容器壁不接觸。小直徑的桿部區(qū)域并入該電極的該頭部區(qū)域，該桿部區(qū)域在壁的頸部區(qū)域中嵌入到壁的材料中。電極的頭部和桿部由鎢制成，頭部的直徑在280-355微米之間，并且桿部的直徑較小，在這種情況下即為76微米。頭部和桿部焊接在一起。應(yīng)當(dāng)注意，大直徑的頭部使得在放電中產(chǎn)生的熱量令人滿意地進(jìn)行分布，以便使得電極不被燒蝕。過渡到小直徑的桿部確保了從頭部傳遞的熱量的降低。
WO-A-98/37571披露了一種高壓金屬鹵化物燈。該燈包括由透光材料制成的封閉的放電容器，其在兩個相面對的端部處并入頸部區(qū)域。細(xì)長的電極布置在頸部區(qū)域中，每一電極由鎢制的頭部和鎢-錸合金制成的桿部構(gòu)成，其中錸的重量百分比至少為25％。從鎢制的頭部過渡到鎢-錸合金制成的桿部設(shè)置在操作溫度為1900-2300K的位置處。應(yīng)當(dāng)注意，重量百分比至少為25％的錸對于防止電極在鎢部分由于與鹵素氣體填充物反應(yīng)而被除去之后出現(xiàn)斷裂而言是必要的。在此指出，可建立其本身的循環(huán)過程，在該過程中鎢從電極上蒸發(fā)并且通過鹵化物再次輸送回到電極上。在此描述的鎢制的頭部的結(jié)構(gòu)防止了過量的蒸發(fā)。
在所披露的電極中，頭部和桿部焊接在一起。頭部可具有圍繞其的鎢金屬絲繞組。頭部的直徑也是0.8毫米，并且桿部的直徑是0.8毫米。桿部在其后端嵌入到壁材料中，其中該桿部電連接到設(shè)置用于密封的鉬箔上。
在帶有常規(guī)結(jié)構(gòu)和形狀的電極的已知放電燈中發(fā)現(xiàn)，制品壽命明顯降低，特別是在高熱負(fù)荷的情況下。
因此，本發(fā)明的一目的在于提供一種在大的熱負(fù)荷的情況下長壽命的放電燈。
該目的借助于如權(quán)利要求1所述的放電燈來實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的有利實(shí)施例。
依據(jù)本發(fā)明，電極由頭部和桿部構(gòu)成。它們具有不同的材料。或者或另外，頭部和桿部還可具有不同的直徑。桿部沒有自由表面暴露于放電容器的內(nèi)部。桿部在其整個長度上封裝在形成壁的材料中，該材料例如為石英。頭部可通過第一部分與壁接觸，但是第二長部分突伸到放電容器中。
以下參照一個電極通過結(jié)合示例來描述本發(fā)明。明顯的是，通過存在兩個電極，這兩個電極具有相同的結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的。
本發(fā)明基于針對優(yōu)化在高熱負(fù)荷下的放電燈的有用壽命的考慮。這種熱負(fù)荷例如出現(xiàn)在使用無汞填充物的情況下，或出現(xiàn)在使用高功率小尺寸的燈的情況下，例如60瓦的放電燈用于汽車。此外該考慮還涉及盡可能地減小在燈使用壽命中的光通量下降(流明保持)以及所謂的燈的啟動特性。在此有利的是，盡可能快地達(dá)到高光通量。
對于電極頭部的要求與對于電極桿部的要求不同。電極桿部嵌入放電容器的壁中。用于壁的最常用的是石英玻璃。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該制品的壽命尤其取決于壁材料[與桿部]之間的粘附性。
影響制品壽命的另一因素是電極的燒蝕。這在電極頭部中出現(xiàn)。因此，對于電極頭部設(shè)定的要求是盡可能地耐受燒蝕。
電極頭部包括嵌入壁的材料中的第一短部分。依據(jù)本發(fā)明，突伸到放電容器中的第二部分比該第一部分長。在此優(yōu)選的是，第一部分占頭部總長度的25％以內(nèi)。因?yàn)橹挥蓄^部的一短部分嵌入壁，因此避免了過多的熱量傳遞到壁材料以及由此引起的非常高的熱負(fù)荷。然而，另一方面，頭部的嵌入將導(dǎo)致在機(jī)械穩(wěn)定性方面的明顯改善。這在機(jī)動車領(lǐng)域中考慮到機(jī)械負(fù)荷的情況下是非常有利的。此外，頭部的一部分嵌入到壁中實(shí)現(xiàn)了從電極到壁材料的熱過渡的改善，這提供了良好的即快速的啟動特性。
第一部分的長度，即頭部嵌入到壁中的長度，總是在上述的要求之間折衷。對于該區(qū)域的長度的下限由在啟動特性和機(jī)械穩(wěn)定性方面的所需結(jié)果來設(shè)定。上限由在連續(xù)工作過程中對于壁材料的熱負(fù)荷來給定。實(shí)際的限制取決于特定應(yīng)用場合中的多個因素。對于在機(jī)動車領(lǐng)域中使用的燈的實(shí)驗(yàn)表明了，達(dá)到0.7毫米的數(shù)值對于第一部分的長度是有用的。優(yōu)選的是，嵌入長度大于為0.05-0.5毫米。然而，在要求或參數(shù)明顯不同的具體應(yīng)用中，則當(dāng)然需要選擇不同的尺寸。
電極優(yōu)選為具有大致圓形的截面。電極的桿部和頭部在其直徑不同的情況下可由相同的材料制成。電極可以通過例如磨削或蝕刻制成單體的，即由不同直徑形成的部分。
對于電極的桿部和頭部之間的連接而言，如果電極的桿部和頭部是由不同材料制成的，則焊接連接是優(yōu)選的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果頭部的直徑大致等于桿部的直徑，則對于該連接的強(qiáng)度是有利的。優(yōu)選的是，直徑的彼此差別不應(yīng)超過30％。提出了350-450微米的直徑用于頭部，150-400微米的直徑用于桿部。桿部的直徑優(yōu)選為250-400微米。然而，還可使用另外的直徑以便符合特殊的要求。
電極的桿部和頭部優(yōu)選為由不同的材料制成。頭部由重量百分比至少為90％的鎢構(gòu)成。優(yōu)選的是，純的鎢用作用于該頭部的材料。該材料由于具有高熔點(diǎn)因此對于耐受電極的燒蝕具有良好的穩(wěn)定性。
如果在電極的嵌入壁中的部分與石英玻璃之間具有非常好的粘附性，則由于熱膨脹系數(shù)不同因此可能出現(xiàn)由熱量導(dǎo)致的應(yīng)力消除裂紋，該裂紋稱為“珍珠裂紋”。這種特性對于制品壽命是特別有利的，這是因?yàn)槠渥璧K傳播到外部的徑向玻璃裂紋的形成。在具有粘附到石英玻璃上的良好粘附性的鎢-錸合金的情況下，存在與珍珠裂紋相似的效果。
在另一實(shí)施例中提出了，重量百分比60-85％的桿部由鎢構(gòu)成，并且其余是錸。在此披露的合金應(yīng)當(dāng)理解為，所指出的這些成分對于確定相應(yīng)的性質(zhì)而言是處于支配地位的。以小濃度存在的(例如小于1％的)其它元素在此沒有分別地描述。優(yōu)選的是，鎢-錸合金具有重量百分比74％的鎢和重量百分比26％的錸。由鎢-錸合金制成的電極的導(dǎo)熱性比鎢制的頭部的導(dǎo)熱性低。因此，250-400微米優(yōu)選為甚至300-400微米的桿部的直徑對于在燈接通過程中足夠快速地加熱石英而言是有用的，盡管其導(dǎo)熱性低。在給定這些直徑時(shí)，可實(shí)現(xiàn)從電極末端可獲得足夠的熱量，以便頭部在連續(xù)工作過程中釋放熱量。
對于已知的燈常用的是，使用加有氧化釷的鎢例如VMT10，其中氧化釷的重量百分比為1％。在另一實(shí)施例中提出，電極材料是不含釷的。在實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，氧化釷對于起弧特性具有可疑的強(qiáng)列影響，這種影響沒有假想的強(qiáng)。此外還提出，氣體填充物不含釷。省去釷使得該燈的對環(huán)境的特性更好。然而，最重要的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氧化釷作為用于放電容器的壁材料的結(jié)晶核。釷的省去顯著地降低了在燈使用壽命中的發(fā)光量的下降，即改善了流明保持。
電極的幾何形狀可根據(jù)各個應(yīng)用而明顯不同。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，優(yōu)選的是，頭部的長度是電極總長度的15-50％。在典型的應(yīng)用中，特別是在汽車應(yīng)用中，頭部的長度優(yōu)選為1-3毫米，并且桿部的長度大約為3-7毫米。
以下參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，在附圖中
圖1是放電燈的第一實(shí)施例的側(cè)視圖；圖2是圖1所示的放電燈的灼熱器的側(cè)視圖；圖3是電極的截面圖，該電極部分地嵌入到圖1所示的放電燈的灼熱器中；圖4示出了對于各種電極的電極間隔與燈壽命之間關(guān)系的圖表；圖5示出了放電燈的第二實(shí)施例的灼熱器；圖5a示出了圖5所示的灼熱器的放電容器的放大圖；以及圖5b是沿圖5a中的線A-B截取的截面圖。
圖1是設(shè)計(jì)用于機(jī)動車燈的放電燈10的視圖，其中灼熱器(burner)14支承在燈頭12中。
灼熱器14如圖2所示。細(xì)長玻璃主體18布置在外泡體16內(nèi)，并且在其中央部分中形成封閉的放電容器20，其在縱向截面中是橢圓形的并且具有側(cè)向頸部區(qū)域22。該主體18的頸部區(qū)域由初始形成為玻璃管的主體局部夾制在一起而形成的。這些區(qū)域由此稱為“夾制部”。電極30突伸到放電容器的內(nèi)部中，并且使用其后部嵌入到主體18的相應(yīng)頸部區(qū)域22中。電極30連接到鉬制的條24上，該條也嵌入到主體18的內(nèi)部中，并且該條又電連接到外觸點(diǎn)26上。鉬箔24在頸部區(qū)域22中形成密封區(qū)域，以便確保放電容器20的內(nèi)部與周圍環(huán)境盡可能地密封隔離。
放電容器20的內(nèi)部包含在室溫時(shí)處于壓力下的由稀有氣體例如氙和金屬鹵化物例如碘化鈧和/或碘化鈉形成的可離子化的填充物。
如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的，起弧電極施加到電極30上將在放電容器20內(nèi)產(chǎn)生氣體放電。
圖3示出了一個電極30，其中以放大比例示出了其嵌入到主體18中。在此僅對于一個電極示出了電極嵌入的形狀和特征。然而，在相對端處的電極具有相同的形狀并且以大致相同的方式嵌入到主體18中，因此放電容器20是大致對稱的。
如圖3所示，電極30包括桿部40和頭部50。桿部40和頭部50是柱形的。在該示例中，桿部40具有300微米的直徑，而頭部50具有350微米的直徑。
桿部40由重量百分比為74％的鎢和重量百分比為26％的錸的鎢-錸合金構(gòu)成。頭部50由純的不摻雜質(zhì)的鎢(WZG)制成。
桿部40和頭部50在接觸位置焊接在一起。使用三個激光焊接點(diǎn)布置在該周向上。
桿部40完全地封裝在主體18的頸部區(qū)域22中。桿部由石英材料包圍。其后部并入鉬制的條24中，如圖3所示。桿部在其整個周向表面之上與主體18的玻璃材料接觸。桿部40不與放電容器20的內(nèi)部接觸。
電極30的頭部50僅小部分地與主體18的玻璃材料接觸。在圖3中，與電極30的桿部相連的且在其周向上與放電容器20的壁接觸的后部由第一部分50a表示，該第一部分50a沿假想的邊界(如圖3所示的虛線)與第二前部分50b分開。部分50b比部分50a長，也就是說電極的頭部僅小部分地嵌入到主體18中。
在圖3中，桿部40的軸向長度由Ls表示，頭部50的第一部分50a的長度由La表示，頭部50的第二部分50b的長度由Lb表示。在所示的示例中，桿部40的長度Ls是4毫米，頭部的長度是2毫米，其中嵌入的第一部分50a的長度大約為0.2毫米。
電極30的發(fā)光表面面積由以下來計(jì)算π*頭部直徑*Lb在所示的示例中，該發(fā)光表面面積大約為2mm2。
實(shí)驗(yàn)表明，桿部40由于桿部材料因此具有附著在周圍的石英玻璃上良好粘附性，因此大致避免了由于徑向斷裂導(dǎo)致的燈損壞。
在所示的示例中，該燈完全不使用釷來制成。電極材料和在放電容器內(nèi)部的填充物均不包括氧化釷。
各種變型可用于以上描述的實(shí)施例。以下的推薦是基于熱負(fù)荷高的放電燈而作出的，特別是對于機(jī)動車應(yīng)用場合。這些推薦方案涉及電極材料和電極幾何形狀，特別是電極的頭部和桿部的直徑和長度。
電極材料對于電極頭部應(yīng)使用熔點(diǎn)盡可能高的材料，以便盡可能地限制電極的燒蝕。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)鎢對于這一點(diǎn)是特別有利的。然而，應(yīng)當(dāng)注意，鎢具有相對較好的導(dǎo)熱性，這意味著電極頭部的僅一小部分應(yīng)嵌入到壁材料中，以便避免過多的熱傳遞和由此引起的非常高的熱負(fù)荷。
對于電極的桿部的材料選擇的確定參數(shù)是電極和周圍壁材料(通常是石英)之間的粘附性以及導(dǎo)熱性。以下的表給出了在相應(yīng)的電極材料和周圍石英壁之間獲得的粘附性的比較。
對于周圍的石英玻璃具有良好粘附性的材料對于實(shí)現(xiàn)長壽命的燈是優(yōu)選的。對于嵌入石英玻璃中的VMT10的“珍珠破裂”效應(yīng)以及對于嵌入石英玻璃中的鎢-錸合金的相似效應(yīng)抵抗玻璃裂紋的形成，該玻璃裂紋傳播到外部并且由此導(dǎo)致燈損壞。
在已知燈中電極材料通常包括釷，直到現(xiàn)在降低燈的冷起弧電壓的需要。這還導(dǎo)致電極溫度的降低。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在電極材料中沒有氧化釷，即在本發(fā)明所提出的材料中沒有氧化釷對于起弧電壓具有相對較小的影響。
不僅在電極材料中沒有氧化釷，而且如果可能的話在所有燈材料中即在填充物中也沒有氧化釷，這對于在燈壽命過程的流明保持是有利的。氧化釷作為結(jié)晶核，其結(jié)果為放電容器的石英材料隨著燈的使用而越來越多地結(jié)晶，這導(dǎo)致更差的流明保持。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，例如，使用沒有氧化釷的燈可實(shí)現(xiàn)在高電流數(shù)值下工作(大約0.7A增大到3.5A的連續(xù)工作)在1000小時(shí)后的大約97％的流明保持，而帶有包括氧化釷的電極材料的對照燈不超過初始光通量的大約70％。
電極尺寸已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于由不同材料的頭部和桿部構(gòu)造成的電極，其中頭部和桿部通過焊接連接而互連，隨著頭部和桿部的直徑越來越相等，焊接連接的強(qiáng)度按比例地提高。因此優(yōu)選的是，這兩個電極部分的直徑盡可能地相同。
優(yōu)選的是，桿部的電極直徑應(yīng)當(dāng)在150-400微米之間。因此可使得在燈接通(啟動)過程中石英封殼的快速加熱，另外如果使用了(如上所述的)導(dǎo)熱性低的材料的話，情況也如此。
提出了用于電極的頭部的350-450微米的數(shù)值，這取決于電流、啟動電流和工作電流。電極頭部的直徑被認(rèn)為與自由頭部長度(Lb)組合，這是因?yàn)殡姌O的發(fā)光表面面積由該組合來限定。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在放電容器內(nèi)發(fā)光表面面積的增大導(dǎo)致更多的功率從電極輻射到放電容器中。這有助于在放電容器的頸部區(qū)域上降低熱負(fù)荷。
對于燈壽命、啟動特性、和流明保持的影響在帶有不同電極的燈壽命的研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，依據(jù)以上推薦的電極結(jié)構(gòu)在燈壽命方面獲得到明顯的優(yōu)點(diǎn)。通過使用本發(fā)明提供的電極結(jié)構(gòu)，在燈使用壽命過程中的發(fā)光效果下降還更低，即流明保持更好。
進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以便將各種不同的兩部分由不同材料制成的電極與卷繞電極(即，桿電極的末端由卷繞線圈來封閉)進(jìn)行比較。對于頭部部分嵌入的兩部分電極而言，在平均燈壽命和流明保持方面均可發(fā)現(xiàn)明顯的優(yōu)點(diǎn)。
兩部分的電極還展示出在燈使命壽命過程中電極的燒損明顯下降。這如圖4所示。對于不同的的電極結(jié)構(gòu)，在燈啟動15小時(shí)后電極間隔作為時(shí)間的函數(shù)描繪在圖表中。以下的電極結(jié)構(gòu)在圖4中進(jìn)行比較，其中兩部分的電極均具有在大約0.2毫米的長度上嵌入到石英材料中的頭部。
在相同電極的實(shí)驗(yàn)中獲得到定量的比較結(jié)果，但是此刻設(shè)計(jì)用于機(jī)動車的燈具有3.8毫米的電極間隔。
對于兩部分的電極，啟動特性也是良好的。通過增大電極的表面面積，即增大頭部直徑，還可進(jìn)一步改善該啟動特性。另一因素是頭部部分嵌入到放電容器壁中，這導(dǎo)致壁材料快速加熱并且由此提供了改善的啟動特性。
圖5、圖5a、圖5b示出了燈的第二實(shí)施例，其中放電容器具有不同的形狀。在第二實(shí)施例中，放電容器20在其中央部分是柱形的并且在其端部是窄錐形的。
本發(fā)明可概括成，提供了這樣一種放電燈，其具有由透明材料的壁包圍的封閉放電容器。具有兩個電極，該電極部分地嵌入到壁中，并且該電極突伸到放電容器的內(nèi)部中。至少一個電極，但優(yōu)選的是兩個電極均是細(xì)長形狀的并且由頭部和桿部構(gòu)成，頭部和桿部由不同直徑和/或不同材料區(qū)分開。對于頭部而言鎢是優(yōu)選的，對于桿部而言鎢-錸合金是優(yōu)選的。桿部由壁材料通常為石英來封裝，而頭部僅通過第一短部分與該壁接觸，而其第二長部分突伸到放電容器的內(nèi)部中。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于頭部的有利直徑是350-450微米，對于桿部的有利直徑是150-400微米。使用本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)長的燈壽命，特別是在優(yōu)選用于機(jī)動車應(yīng)用場合的具有非常高的熱負(fù)荷的放電燈情況下。此外，本發(fā)明還具有放電容器結(jié)晶較少、電極強(qiáng)燒蝕較少、和啟動特性改善的形式的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種放電燈，其包括由透明材料的壁包圍的封閉的放電容器(20)；和兩個電極(30)，該電極部分地嵌入到該壁中并且突伸到該放電容器(20)的內(nèi)部中，其中，至少一個電極(30)是細(xì)長形狀的并且具有頭部(50)和桿部(40)，該頭部和該桿部由不同材料制成和/或具有不同直徑；該電極的桿部(40)在其整個長度之上由形成該壁的材料封裝；以及該頭部(50)包括第一部分(50a)和其余的第二部分(50b)，該第一部分由形成該壁的材料封裝，該第二部分突伸到該放電容器(20)的內(nèi)部中；該第二部分(50b)比該第一部分(50a)長。
2.如權(quán)利要求1所述的放電燈，其特征在于，該頭部(50)的第一部分(50a)的長度(La)占該頭部(50)的總長度的25％以內(nèi)。
3.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的放電燈，其特征在于，該頭部(50)的第一部分(50a)的長度(La)小于0.7毫米。
4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的放電燈，其特征在于，該頭部(50)和該桿部(40)具有大致相同的直徑。
5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的放電燈，其特征在于，該頭部(50)的直徑為350-450微米。
6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的放電燈，其特征在于，該桿部(40)的直徑為150-400微米。
7.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的放電燈，其特征在于，該桿部(40)的材料包括重量百分比至少為60-85％的鎢，其余由錸形成。
8.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的放電燈，其特征在于，該頭部(50)的材料包括重量百分比至少為90％的鎢。
9.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的放電燈，其特征在于，電極材料以及優(yōu)選的氣體填充物的材料是不含釷的。
10.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的放電燈，其特征在于，該頭部(50)的長度占該電極(30)的總長度的15-50％。
11.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的放電燈，其特征在于，該頭部(50)的長度為1-3毫米。
12.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的放電燈，其特征在于，該桿部(40)的長度為3-7毫米。
全文摘要
一種放電燈(10)，其具有由透明材料的壁包圍的封閉放電容器(20)。具有兩個電極(30)，該電極部分地嵌入到壁中，并且該電極突伸到放電容器的內(nèi)部中。至少一個電極，但優(yōu)選的是兩個電極(30)均是細(xì)長形狀的并且由頭部(50)和桿部(40)構(gòu)成，頭部和桿部由不同直徑和/或不同材料區(qū)分開。對于頭部而言鎢是優(yōu)選的，對于桿部而言鎢－錸合金是優(yōu)選的。桿部(40)由壁材料通常為石英來封裝，而頭部僅通過第一短部分(50a)與該壁接觸，而其第二長部分(50b)突伸到放電容器的內(nèi)部中。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于頭部(50)的有利直徑是350－450微米，對于桿部(40)的有利直徑是150－400微米。使用本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)長的燈壽命，特別是在優(yōu)選用于機(jī)動車應(yīng)用場合的具有非常高的熱負(fù)荷的放電燈情況下。此外，本發(fā)明還具有放電容器(20)結(jié)晶較少、電極(30)強(qiáng)燒蝕較少、和啟動特性改善的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01J61/06GK1613131SQ02826674
公開日2005年5月4日 申請日期2002年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月2日
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