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Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verzahnungsmaschine,
genauer gesagt eine Verzahnungsmaschine, die mit einer Vorrichtung zur automatischen
Fehlerkorrektur von den Fehlern versehen ist, die durch die thermischen Ausdehnungen
des Sockels entstehen.
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In dre nachstehenden Beschreibung wird besonders auf Verzahnungsmaschinen
Bezug genommen, welche sogenannte Abwälzfräsmaschinen sind, jedoch ist die Beschreibung
auch für Verzahnungsmaschinen anderer Art gültig, wie zum Beispiel sogenannte Wälzstoss-
oder Wälzhobelmaschinen.
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Bekanntlicherweise enthält eine Abwälzfräsmaschine einen grundsätzlich
parallelflachen Sockel, welcher entlang der Richtung seines Hauptverlaufs zueinander
ausgerichtet einen Block oder Ständer trägt, der ebenfalls parallelflach ist, sowie
einen Drehtisch.
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Der genannte Ständer, der von dem genannten Sockel verschiebbar getragen
wird, ist auf der dem Drehtisch zugewandten Seite mit einer Platte oder einem Schlitten
versehen, der seinerseits vertikal beweglich ist. Dieser Schlitten hält die Achse,
um die sich das Werkzeug, der sogenannten Wälzfräser dreht, der die Aufgabe hat,
ein sich um eine vertikale Achse, die von dem erwähnten Drehtisch gehalten wird,
drehendes Teil zu verzahnen.
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Wie bekannt ist, befindet sich bei einer Maschine des obengenannten
Typs über dem Wirkungsbereich zwischen dem Werkzeug
und dem Teil,
das in ein Zahnrad verarbeitet werden soll, eine Düse, aus der kontinuierlich ein
Strahl Schneidöl austritt, welches für die Schmierung und die Kühlung der sich bewegenden
Teile und auch für den Abtransport der Metallspäne sorgt, die durch das Werkzeug
von dem Teil abgehoben sind.
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Bei den modernsten Abwälzfräsmaschinen sind die sehr hohen Geschwindigkeiten,
die von den sich bewegenden Teilen und durch den ununterbrochenen Betrieb auf Grund
der automatischen Zuführung der zu verzahnenden Teile erreicht werden, der Grund
für die Überhitzung sei es der mechanischen Teile wie auch des mit Spänen vermischten
Schneidöls, das sich in dem Bereich zwischen dem Werkzeug und dem zu verzahnenden
Teil über den Sockel ergiesst.
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Die durch diese Überhitzung erzeugten Ausdehnungen, besonders spürbar
entlang der Längsachse des Sockels, bewirken, gemessen in normaler Richtung zu der
Rotationsachse des zu verzahnenden Teiles, eine Zunahme des Abstandes zwischend
der Rotationsachse des Werkzeuges und der Rotationsachse des zu verzahnenden Teiles
selbst, folglich während des Betriebes der Maschine die Herstellung von Zahnrädern,
deren Abmessungseigenschaften nicht rigoros gleichbleibend sind.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, der den genannten Verzahnungsmaschinen
in Bezug auf Präzision ernsthafte Grenzen setzt, wird auf die bekannte Technik der
verschiedenen Systeme zurückgegriffen.
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Nach einem dieser Systeme ist eine Korrektur von Hand der
Fehler
vorgesehen, die durch die genannten Ausdehnungen erzeugt werden, genauer gesagt
führt der Bedienende wenigstens bis zu dem Moment, in dem die Temperatur nicht einen
stabilitätswert erreicht hat, die Kontrolle der entsprechenden Abmessungen der hergestellten
Zahnräder durch.
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Sollten dann diese Abmessungen nicht den vorbestimmten Werten entsprechen,
wird der Ständer auf dem Sockel so eingestellt, dass der korrekte Abstand zwischen
den Rotationsachsen des Werkzeuges und des zu verzahnenden Teiles wiederhergestellt
wird, und zwar durch einen Eingriff, der einen erheblichen Zeitverlust bedeutet.
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Nach einem anderen der genannten Systeme durchläuft das Schneidöl
einen geschlossenen Kreis, welcher auch Kühlmittel enthält (einen Wärmeaustauscher).
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Dieses System hat jedoch den Nachteil des Platzbedarfes und der Kosten.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist der, die Nachteile der herkömmlichen
Technik zu überwinden, und zwar durch die Verwirklichung einer Abwälzfräsmaschine,
bei der die durch die thermische Ausdehnung des Sockels bewirkten Abstandsveränderungen
zwischen der Achse des Werkzeugs und der Achse des zu verzahnenden Teiles automatisch
korrigiert werden.
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Dieser und noch weitere Zwecke werden alle erreicht durch die vorliegende
Erfindung, die sich auf eine Verzahnungsmaschine bezieht, welche einen Sockel enthält,
einen ersten und einen zweiten Ständer, beide auf dem obengenannten Sockel
montiert
und wenigstens einer von ihnen aus Längsführungen, mit denen der Sockel versehen
ist, verschiebbar, wobei die genannten Ständer dazu vorgesehen sind, einander zugewandt
jeweils ein Werkzeug und eine Rotationsachse als Support für ein zu verzahnendes
Teil zu tragen, und wobei sich die genannte Maschine dadurch auszeichnet, dass sie
einen Stellungsgeber enthält, der mit dem beweglichen Ständer verbunden ist und
im Ausgang ein elektrisches Signal der linearen Funktion der genannten Temperatur
erteilt; eine Verarbeitungseinheit der genannten Signale, die im Ausgang einen Befehl
an die Antriebselemente für die Längsverschiebung des beweglichen Ständers erteilt.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen
aus der nachstehenden Beschreibung einer vorgezogenen, jedoch nicht ausschliesslichen
Verwirklichungsform hervor, die in beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, von
denen: - Abb. 1 zum Teil schematisch, zum Teil in Abschnitten eine Verzahnungsmaschine
zeigt, die nach der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde; - Abb. 2 zeigt einen
elektromechanischen Steuerkreis der genannten Maschine aus Abbildung 1; - Abb. 3a
zeigt ein Diagramm, das sich auf einen linearen Stellungsgeber des genannten elektromechanischen
Kreises bezieht; - Abb. 3b zeigt ein Diagramm, des sich auf einen thermoelektrischen
Stellungsgeber
bezieht, der in der Messvorrichtung für die Temperatur des Sockels vorgesehen ist.
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Unter Bezugnahme auf die Abbildung 1 ist mit 1 in ihrer Gesemtheit
eine Abwälzfräsmaschine bezeichnet, zu der ein grundsätzlich parallelflacher Sockel
gehört, welcher mit 2 bezeichnet ist.
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Oben auf dem Sockel 2 sind zwei Führungsschienen 3 vorgesehen (es
ist nur eine davon in der Abbildung 1 sichtbar),die in Längsrichtung des Sockels
selbst verlaufen und verschiebbar einen grundsätzlich parallelflachen Block oder
Ständer 4 tragen.
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Der Ständer 4 ist an einer zu der von den Führungen 3 beschriebenen
Ebene lotrecht verlaufenden Wand 5 mit zwei vertikalen Schienen 6 (nur eine davon
ist gezeigt) versehen, auf denen verschiebbar ein Schlitten 7 als Support für eine
horizontale Welle 8 montiert ist, und zwar normal zu den Führungen 6 selbst. Diese
Welle 8 bildet die Rotationsachse für ein Werkzeug oder einen Wälzfräser 9.
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In einer dem Schlitten 7 zugewandten Position ist an dem Sockel 2
ein zweiter Block oder Ständer befestigt, der in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnet
ist und zu dem ein Drehtisch 11 gehört, von dem aus sich ein vertikaler Zapfen 12
erstreckt, welcher die Rotationsachse für ein Teil 13 bildet, das dazu vorgesehen
ist, durch das Werkzeug 9 in ein Zahnrad verarbeitet zu werden.
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Ein sich drehender Reitstock 14, der von dem zweiten Ständer
10
koaxial zu dem Zapfen 12 gehalten wird, blockiert das Teil 13 und sichert das axiale
Ausrichten zu dem Zapfen 12.
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Mit 15 ist eine Düse bezeichnet, die einen Strahl Schneidöl auf den
Wirkungsbereich zwischen dem Werkzeug 9 und dem zu verzahnenden Teil 13 richtet.
Mit dem Ständer 4 ist ein Stellungsgeber verbunden, der allgemein mit 18 bezeichnet
wird (Abbildung 2).
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Der genannte Stellungsgeber enthält einen Elektromagneten 22 (gehalten
von einem mit dem Ständer 4 verbundenen Block 19), dessen beweglicher Anker 23 von
einer koaxial zu dem Anker 23 selbst liegenden Feder 24 abhängt, und dessen elektrischer
Kreis aus einer Spule 25a zur Magnetisierung des Elektromagneten 22 und aus zwei
Spulen 28a, 28b besteht, die beiderseitig der Spule 25a angebracht und in Gegenphase
miteinander verbunden sind.
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Die Spule 25a bildet die Ladung eines Oszillators 25 (von dem Block
19 gehalten), der durch Schliessen eines Schalters 27 über eine Linie 26 aktivierbar
ist. Die gemeinsamen Ausgänge der Spulen 28a, 28b hängen von einer Einheit 29 ab
(ebenfalls von dem Block getragen), die im Ausgang ein Signal V1 proportional zur
Differenz zwischen den in die Spulen selbst induzierten Spannungen abgibt, wobei
das Zeichen mit dem Zeichen der genannten Differenz übereinstimmt.
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Nach dem, was aus der Theorie der Differenztransformatoren bekannt
ist, nimmt das Signal V1 beim Verschieben des Ankers 23 im Verhältnis zu den Spulen
28a, 28b den in Abbildung 3
dargestellten Verlauf an, wobei der
Nullwert von V1 relativ zu der Position der magnetischen Symmetrie S des Ankers
23 selbst im Verhältnis zu den vorgenannten Spulen ist.
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In der genannten Abbildung 3a wurde mit X die Bezugsabzisse der Verschiebungen
des Ankers 23 bezeichnet, und zwar mit Ursprung (X=O) entsprechend der Position
S.
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Aus dem Diagramm in Abbildung 3a geht hervor,dass der Verlauf von
V1 in Funktion von X einen linearen mittleren Abschnitt Z aufweist, ausserhalb diesem
V1 konstant ist (besonders bei X> Xc > O, V1 = V1).
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Der Stellungsgeber enthält ausserdem einen Anschlag 20, der an einem
Endmass 21 befestigt ist, des entlang der Längsrichtung des Sockels 2 durch hier
nicht gezeigte bekannte Mittel eingestellt werden kann.
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Der Anschlag 20 ist so auf der Bahn des Ankers 23 angeordnet, dass
er von diesem beim Verschieben des Ständers 4 in Richtung des Pfeiles F1 berührt
wird An dem Endmass 21 ist ein Merkzeiger 50a einer Skala 50 befestigt, und zwar
einer sogenannten Skala für die Arbeitsabstände, die mit dem Sockel 2 verbunden
ist.
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Genauer gesagt, und wie man auch anschliessend feststellen kann, entspricht
jeder Position des Merkzeigers 50a auf der Skala 50 ein bestimmter Abstand D zwischen
den beiden Achsen 8, 12 und folglich die Herstellung von Zahnrädern mit bestimm
ten Eigenschaften in Bezug auf dle Abmessungen.
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Aus dem, was vorstehend gesagt wurde ergibt sich, dass,
solange
der Anker 23 während der Verschiebung des Ständers 4 nicht mit dem Anschlag 20 in
Berührung kommt, das Signal V1 einen konstanten Wert aufweist, was durch die Abzisse
X bewirkt wird, die durch die Feder 24 dem Anker 23 aufgezwungen ist.
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Diese Abzisse ist in Abbildung 3a mit X bezeichnet, und es entspricht
ihr ein Ausgangssignal gleich Vl.
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Sobald der Anker 23 durch den Anschlag 20 abgefangen wird, bewirkt
die Verschiebung des Ständers 4 in Richtung des Pfeiles F1 die Verschiebung des
Ankers 23 in die entgegengesetzte Richtung.
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Daran anschliessend behält das Signal V1 bei Abnehmen der Abzisse
X einen konstanten Wert V1 bis X nicht den Wert Xc erreicht, folglich nimmt das
Signal V1 beim Verschieben des Ständers 4 in Richtung des Pfeiles F1 entsprechend
an dem mittleren Abschnitt Z linear ab.
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Das Signal V1 gelangt durch Zwischenschalten eines Widerstandes 30
an den Eingang einer Verarbeitungseinheit, die aus einem algebraischen Summierer
31 besteht, an dessen zweiten Eingang durch Zwischenschalten eines Widerstandes
32 ein Signal V2 gelangt, das an eine Ausgangsklemme 16a einer Messvorrichtung 16
für die Temperatur des Sockels 2 geleitet wird.
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Diese Vorrichtung 16 besteht aus einer Thermosonde, welche einen Widerstand
33 enthält, der sich zwischen der erwähnten Ausgangsklemme 16a und der genannten
Linie 26 für konstante, positive Spannung befindet, sowie einen thermoelektrischen
und
in dem veränderbaren Widerstand 34 schematisierten Stellungsgeber, der sich zwischen
der erwähnten Klemme 16a und einer Linie 46 mit Negativspannung befindet.
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Bei Betrachtung des Diagramms in der Abbildung 3b, das den Verlauf
des veränderbaren Widerstandes 34 im Verhältnis zur Temperatur darstellt, wird deutlich,
dass in einem Temperaturbereich, der zwischen zwei Werten T1 und T2 liegt, sich
der Widerstand des thermoelektrischen Stellungsgebers linear mit der Temperatur
verändert.
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Folglich ist also in dem angenommenen Falle, dass die Temperatur des
Sockels nicht aus dem Zwischenbereich T1-T2 herausgeht, an der Ausgangsklemme 16a
ein Signal V2 vorhanden, das linear mit der Temperatur veränderbar ist.
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Die Messvorrichtung 16 ist ausserdem so eingestellt, dass bei einem
bestimmten Temperaturwert T*, der in dem genannten Zwischenbereich liegt und nachstehend
als Raumtemperatur bezeichnet wird, das Signal V2 gleich Null ist.
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Mit dem Signal V3, das am Ausgang des Summierers vorhanden und in
Bezug auf das, was vorstehend gesagt wurde, gleich V1-V2 ist, werden über Leistungsorgane
36 Antriebselemente 35 gesteuert, wie zum Beispiel Gleichstrommotoren, die dazu
bestimmt sind, je nach dem Signal V3 den Ständer 4 auf dem Sockel 2 in der einen
oder der anderen Richtung zu bewegen, und zwar mit einer Geschwindigkeit proportional
zur Stärke des Signals V3.
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Gehen wir nun in der Annahme, es sollen Zahnräder mit ganz
bestimmten
Abmessungen hergestellt werden, denen ein bestimmter Arbeitsabstand D zwischen der
Achse 8 des Werkzeugs 9 und der Achse 12 des zu verzahnenden Teiles 13 entspricht.
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Gehen wir ausserdem in der Annahme, dass die Temperatur des Sockels
2 mit der Raumtemperatur T*#übereinstimmt, weshalb, wie schon gesagt, das Signal
V2 gleich Null ist.
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Der Bedienende stellt auf dem Sockel 2 die Position des Endmasses
21 ein, wobei der den Merkzeiger 50a auf der Skala 50 auf den gewünschten D-Wert
bringt, folglich wird der Schalter 27 geschlossen und der Oszillator 25 sowie der
Stellungsgeber 18 gespeist.
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Wenn die Ausgangsposition des Ankers 23 die in Abbildung 3a mit X
bezeichnete ist, erreicht in dieser Anfangsphase das Signal V1 seinen maximalen
Wert und am Ausgang des Summierers.ist ein Signal V3=V1 , das den Motor 35 speist,
da in der Annahme V2=0 ist.
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Es erfolgt daraus, dass der Ständer 4 in Richtung des Pfeiles F1 mit
der höchstmöglichen Geschwindigkeit in Bewegung gebracht wird. Die Verschiebung
des Blockes 19, der mit dem Ständer 4 fest verbunden ist, bewirkt das Berühren von
Seiten des Anschlags 20 des Ankers 23, welcher, durch den Widerstand der Feder 24
behindert, sich entsprechend der Spulen 28a und 28b bewegt.
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Nach dem, was vorher gesagt wurde, behält das Signal V1 seinen Wert
V1 bei Werten, die über Xc-Werten liegen, um dann linear beim Verschieben des Ankers
23 abzunehmen, sobald die
Abzisse X Werte innerhalb des obengenannten
Abschnittes Z annimmt.
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In dem Abshcnitt Z nimmt daher die Geschwindigkeit des Ständers 4
progressiv ab, bis sie entsprechend an X=O (Punkt Po des Diagramms in Abbildung
3a) vollständig annulliert ist.
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Tatsächlich hat man in der Position der magnetischen Symmetrie des
Ankers 23 nun Val=0, und folglich resultiert auch das Signal V3 zur Speisung des
Motors 35 gleich Null. Der Ständer 4 befindet sich nun in der Stellung, in der der
Abstand zwischen den Achsen 8 und 12 mit dem D-Wert, der von dem Bedienenden auf
der Skala 50 eingestellt wurde, übereinstimmt, und die Verzahnungsmaschine 1 kann
daher mit der Bearbeitung des Teiles 13 beginnen.
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Mit der Zeit bewirken die durch die mit hoher Geschwindigkeit rotierenden
Teile erzeugte Wärme und die Wärme, die durch das Schneidöl selbst an den Sockel
2 abgegeben wird, eine Erhöhung der Temperatur desselben und somit seine Ausdehnung,
besonders in Längsrichtung. Daraus ergibt sich, dass der genannte Abstand D sich
proprtional zu AT vergrössert, wobei. T die thermische Veränderung im Verhältnis
zu der genannten Anfangstemperatur T* des Sockels 2 bedeutet.
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Das, was soeben beschrieben wurde, bewirkt eine Entfernung der Rotationsachse
8 des Werkzeugs 9 von der Rotationsachse 12 des zu verzahnenden Teiles 13 im Verhältnis
zu der Ausgangssituation. Infolge der thermischen Veränderung CiT wie oben erscheint
an der Klemme 16a ein Signal V2 proportional
zu ß T selbst. Dies
überträgt sich auf V3 und bewirkt das unmittelbare Anlassen des Motors 35 und damit
das Annähern des Ständers 4 (in Richtung F1) an den Ständer 10.
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Die Verschiebung des Ständers 4 bewirkt eine Veränderung der Abzisse
X des Ankers 23, bis das Signal V1 nicht gleich V2 resultiert (Punkt P1 des Diagramms
aus Abbildung 3a). Nur infolge dieses Ausgleichs ergibt tatsächlich V3=0 und der
Motor 35 hält an.
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Aus dem, was oben gesagt wurde, ergibt sich, dass jede beliebige Veränderung
des Abstandes D (Veränderung, die durch die Längsausdehnung des Sockels 2 infolge
der Temperaturveränderung T desselben bewirkt wurde) durch die elektromechanische
Vorrichtung ausgeglichen wird, mit der die betreffende Verzahnungsmaschine versehen
ist, das heisst unabhängig von der von dem Sockel erreichten Temperatur (wenn sie
in dem Zwischenbereich T1-T2 liegt).
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Der soeben erwähnte Punkt ermöglicht es, den genannten Abstand D ohne
Eingreifen des Bedienenden unverändert zu halten, wodurch der besondere Zweck der
vorliegenden Erfindung erfüllt wird.
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