DE69728124T2 - Kurbelarm für Fahrrad und Verfahren zur Herstellung - Google Patents
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Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung ist auf Fahrradkurbelarme und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Fahrradkurbelarms gerichtet, welches eine während des Gussvorgangs entfernbare Sandform verwendet.
- Es ist wünschenswert, dass ein Fahrrad so leicht wie möglich ist, so dass das Gewicht der Fahrradteile so weit wie möglich reduziert werden sollte. Dies gilt auch für Fahrradkurbeln. Eine Fahrradkurbel, die leichtgewichtig gemacht wird, indem sie in Form eines Hohlrohres hergestellt wird, ist zum Beispiel aus der japanischen Patentveröffentlichung 2-18652 bekannt. Weiter ist auch ein Verfahren zur Ausbildung eines innen Hohlraums in Festkörpermaterial durch einen Extrusionsschmiedevorgang in der offen gelegten japanischen Patentanmeldung 5-11670 vorgeschlagen worden. Diese hohle Kurbel erhält man durch Schweißen oder plastisches Verformen eines Rohrs oder Kurbelblocks, dieses Verfahren bietet jedoch wenige Freiheiten bei der Konstruktion der Kurbelform. Die Form ist weiterhin eingeschränkt, weil der Formvorgang ohne bestimmte Teile nicht möglich ist, die ansonsten neben anderen Gründen hinsichtlich der Materialdynamik nicht nötig wären. Ein weiterer Nachteil ist, dass sich ein Erscheinungsbild mit hoher Qualität wegen der Einschränkungen im Herstellungsprozess abgesehen von dem Bedarf nach bestimmten Konstruktionstypen schwierig erreichen lässt.
- Verfahren zur Herstellung eines Fahrradkurbelarms aus einer Leichtlegierung durch einen Gussvorgang sind auch aus der japanischen offen gelegten Patentanmeldung 58-93554 bekannt. Die oben erwähnten Formbeschränkungen werden mit diesen Gussverfahren beseitigt, jedoch ist as Ausbilden eines Hohlraums innen bei einer Kurbel wegen der geringen Teilgröße schwierig, und das hohle Innere kann die mechanische Festigkeit des Produkts verschlechtern. Entsprechend ist vorgeschlagen worden, dass ein Rohr oder dergleichen im Innern integral gegossen wird, wie es in den offen gelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldungen 48-7948 und 61-131391 gezeigt ist. Das integrale Einbetten eines Rohrs oder eines Elements mit hoher Festigkeit in die Kurbel bewahrt in der Tat die Festigkeit der Kurbel, jedoch verbleibt das Problem, wie man das Produkt mit geringem Gewicht herstellt.
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US 5197353 lehrt über einen Kurbelarm für ein Fahrrad, der Langrillen auf den Oberflächen des Kurbelarms aufweist. - ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Nach einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Kurbelarm für ein Fahrrad gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Nach einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Fahrradkurbelarms gemäß Anspruch 7 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsformen sehen einen hohlen Fahrradkurbelarm vor, der durch Giessen hergestellt werden kann, während beachtliche Konstruktionsfreiheiten zur Verfügung gestellt werden. Ein solcher Kurbelarm kann leicht sein, während er auch fest ist. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Fahrradkurbel enthält der Kurbelarm für ein Fahrrad einen Kurbelarmkörper, der an seinem einen Ende eine Pedalbefestigungsloch und ein Wellenbefestigungsloch an seinem anderen Ende aufweist. Der Kurbelarmkörper definiert einen länglichen inneren Hohlraum, wobei der innere Hohlraum zum Äußeren des Kurbelkörpers hin offen ist. Die Öffnung kann verwendet werden, um zum Hohlraum während und nach der Herstellung Zugang zu haben. Die Form des Hohlraums kann variiert werden, um eine leichte aber feste Struktur zu erzeugen. Zum Beispiel kann der innere Hohlraum eine im Wesentlichen rechteckige Form in der Nähe des Pedalbefestigungslochs aufweisen, und der Durchmesser des Querschnitts des Hohlraums kann von einem mittleren Abschnitt des Kurbelarmkörpers zu den ersten und zweiten Enden des Kurbelarmkörpers hin abnehmen.
- In einer Ausführungsform des Verfahrens, welches zur Ausbildung des erfindungsgemäßen Kurbelarmkörpers verwendet wird, wird ein Sandformkern in einer Gussform so positioniert, dass ein Schmelzraum um den Sandformkern herum gebildet wird, geschmolzenes Metall wird in die Gussform gegossen, und das geschmolzene Metall wird verfestigt, um einen Kurbelblock zu bilden. Die kann durch Aufbohren des Kurbelblocks, um das Pedalbefestigungsloch an einer Stelle auszubilden, die mit der Sandform in Verbindung steht, und durch Entfernen des Sandes durch das Pedalbefestigungsloch erreicht werden.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine Rückansicht einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrradkurbel; -
2 ist eine Seitenansicht der in1 gezeigten Fahrradkurbel; -
3 ist eine Querschnittansicht der Fahrradkurbel in1 entlang der Linie III-III; -
4 ist eine Vorderansicht der in1 gezeigten Fahrradkurbel; -
5(a) ist eine Ansicht entlang der Linie Va-Va in4 ; -
5(b) ist eine Ansicht entlang der Linie Vb-Vb in4 ; -
5(c) ist eine Ansicht entlang der Linie Vc-Vc in4 ; -
5(d) ist eine Ansicht entlang der Linie Vd-Vd in4 ; -
6 ist eine Querschnittansicht einer besonderen Ausführungsform der Gussform, welche im Verfahren zur Herstellung einer Fahrradkurbel gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird; -
7 ist eine schräge Projektion einer Gussform für den Sandkern, der im Verfahren zur Herstellung einer Fahrradkurbel gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird; -
8 ist eine Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Kurbelblocks nach dem Gießen; -
9 ist eine Querschnittansicht des Kurbelblocks, der in einer Schmiedeform platziert wird; und -
10 ist eine Querschnittansicht des Kurbelblocks nach dem Schmieden. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
1 ist eine Rückansicht einer besonderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen linksseitigen Fahrradkurbel1 . Die linke Kurbel1 besteht aus einer Aluminiumlegierung und ist, wie in1 gezeigt, so ausgebildet, dass ihr Querschnitt auf der Seite des Endes der Pedalwelle4 , wo die (nicht gezeigte) Pedalwelle angebracht ist, schmaler ist und auf der Seite des Endes der Kurbelwelle2 , wo die (nicht gezeigte) Kurbelwelle angebracht ist, dicker ist. Die Veränderung der Querschnittsfläche durch Variieren der Dicke der linken Kurbel1 an verschiedenen Stellen soll somit die Festigkeit so verbessern, dass die Spannungen, denen die linke Kurbel ausgesetzt ist, überall im Querschnitt mehr oder weniger dieselben sind. Ein abgeschrägter Abschnitt11 (siehe2 ) ist längs beider Kanten auf der Rückseite der linken Kurbel1 ausgebildet. - Ein Pedalbefestigungsloch
6 zum Befestigen einer Pedalwelle (nicht gezeigt) ist im Pedalwellenende4 auf der Pedalbefestigungsseite der linken Kurbel1 ausgebildet. Ein Kurbelwellenbefestigungsloch5 zum Befestigen der linken Kurbel1 an der Kurbelwelle durch Einschieben der Welle in das Kurbelwellenbefestigungsloch5 ist am Kurbelwellenende2 der linken Kurbel1 ausgebildet. Genauer steht ein Flansch8 nach innen hin von der Innenseite des Kurbelwellenbefestigungslochs5 vor, und eine männliche Zahnanordnung9 ist integral auf der hinteren Oberflächenseite dieses Flansches8 vorgesehen. In diesem Beispiel weist die Zahnanordnung9 acht Zähne auf, wie in1 gezeigt. Wenn zu wenige Zähne vorhanden sind, ist die Festigkeit der Drehverbindung nicht ausreichend. Wenn andererseits zu viele Zähne vorhanden sind, wird die Herstellung schwierig, die Kosten wären höher und es würden mehr Fehler beim Ausrichten der Bewegung in Drehrichtung während des Zusammenbaus auftreten. - Der Teil des Kurbelwellenbefestigungsloches
5 an der Hinterseite der Zahnanordnung9 ist als eine Zentrierkomponente (auch Führungskomponente genannt)10 aufgebaut, bei der es sich um ein sich konzentrisch verjüngendes Loch handelt. Die Zentrierkomponente10 hat die Form eines zylindrischen sich verjüngenden Lochs, das sich nach hinten aufweitet, und es ist in diesem Beispiel mit einem Verjüngungswinkel von 2° bis 3° ausgebildet. Die sich verjüngende Fläche der Zentrierkomponente10 liegt an der sich verjüngenden Fläche der Zentrierkomponente der Kurbelwelle (nicht gezeigt) satt an, was die beiden Mittelpunkte genau ausrichtet und sie integral und sicher miteinander verbindet. - Wie in den
1 ,3 und5(a) bis(d) gezeigt, ist ein Hohlraum7 längs der Seite des Pedalwellenendes4 und der Seite des Kurbelwellenendes2 ausgebildet, der sich um den Kurbelwellenmittelpunkt3 zentriert, wobei die Querschnittstruktur des Hohlraums in den5(a) bis(d) gezeigt ist. Die Querschnittsfläche der Kurbelmitte ist so konstruiert, dass alle Stellen im Wesentlichen derselben Spannung ausgesetzt sind. Genauer ist die Querschnittstruktur des Hohlraumes7 so, dass die Form halbkreisförmig auf der Seite des Kurbelwellenendes2 ist, und diese Form flacht sich zu einer rechteckigen Form auf der Seite des Pedalwellenendes4 ab. Die Querschnittsfläche des Hohlraumes7 nimmt kontinuierlich ab, und die Höhe hat an den beiden Enden ein Maximum. Anders ausgedrückt, die Form des Hohlraumes7 nähert sich dem eines Schiffsrumpfes. Das Gewicht der linken Kurbel1 wird durch den Hohlraum7 im Inneren der Kurbelmitte3 verringert. - Der Hohlraum
7 steht in Verbindung mit dem Pedalbefestigungsloch6 , und der Hohlraum7 ist mit einer Öffnung15 ausgestattet, die einen flachen Querschnitt auf der Seitenfläche des Pedalbefestigungsloches6 aufweist. Diese Öffnung wird, wie unten erläutert wird, verwendet, um den Sand des Formkerns herauszuholen. Wie in3 gezeigt, ist eine geschmiedete Verbindungsfläche14 , in welcher die Öffnung15 abgeflacht ist, im Querschnitt in der Nähe des Pedalbefestigungslochs6 ausgebildet. - Verfahren zum Herstellen der linken Kurbel
1 - Die linke Kurbel
1 kann durch das folgende Verfahren hergestellt werden.6 ist eine Querschnittansicht der Formvorrichtung zu Beginn des Gussvorgangs. Ein Schmelzraum22 , in den das geschmolzene Metall zwischen die Metallform20 und die Metallform21 einfließen kann, ist innerhalb der Metallform20 und der Metallform21 begrenzt. Der Schmelzraum22 wird in einer Form begrenzt, die grob der linken Kurbel1 entspricht, jedoch ist der Schmelzraum22 etwas größer, um die Schrumpfung des geschmolzenen Metalls aufzufangen. - Ein Formkern
24 wird in den Schmelzraum22 eingeschoben, wobei der Formkern grob dieselbe Form aufweist wie der Hohlraum7 , der im Innern der linken Kurbel1 ausgebildet ist. In dieser Ausführungsform ist der Formkern24 recycelter Sand zur Verwendung für Formkerne, und der recycelte Sand ist mit einem synthetischen Harz als Härtmaterial überzogen, welches dazu dient, die Form des Formkerns zu bewahren. Der Formkern24 besteht aus einer Hohlraumformkernkomponente23 , die den Hohlraum7 der linken Kurbel1 erzeugt, und einem Formkernhalter25 , der in der Metallform20 und der Metallform21 eingebettet ist und verwendet wird, um den Formkern24 zu fixieren. - Der Formkern
24 wird hergestellt, indem er in einer Formkernform30 gebacken wird, die in7 gezeigt ist. In dieser Ausführungsform ist die Formkernform30 aus einem Silikon gummi hergestellt, und sie wird in einer Form hergestellt, sie sich in zwei Teile teilen lässt. Auf der Innenseite der Formkernform30 ist ein Zwischenraum31 , der dem Hohlraumformkern24 entspricht, und ein Zwischenraum32 gebildet, welcher dem Formkernhalter25 entspricht. Formkernsand, dessen Oberfläche mit Harz beschichtet wurde, wird in diese Zwischenräume31 und32 gefüllt. Der Formkernsand wird mit einem spezifischen Druck eingestampft, wonach er in einen Backofen (nicht gezeigt) zusammen mit der Formkernform30 eingebracht wird, wo er auf die Aushärttemperatur des Harzes erhitzt wird. Dieses Erhitzen bringt den Harzüberzug thermisch auf der Oberfläche des Formkernsandes auf, härtet den Formkernsand innerhalb der Formkernform30 und erzeugt den Formkern24 . Sobald der Formkern24 ausgehärtet ist, wird die Formkernform durch Entzweiteilen geöffnet, und der Formkern24 wird aus den Zwischenräumen31 und32 herausgenommen. Nach dem Herausnehmen behält der Formkern24 seine gehärtete Form und zerbröckelt unter leichter Kraftausübung nicht sofort. - Der Schmelzraum
22 wird innerhalb der Metallform20 und der Metallform21 ausgebildet, und der Formkern24 wird innerhalb des Schmelzraumes22 positioniert, wie in6 gezeigt. Damit der Formkern24 genau innerhalb des Schmelzraumes22 positioniert werden kann, werden Abstandshalter aus geschäumtem Styren oder dergleichen verwendet, um den Formkern24 zu positionieren. Der Schmelzraum22 steht über einen Einlaufkanal27 mit einem Einlauf28 in Verbindung. Eine geschmolzene Aluminiumlegierung wird dann in den Einlauf28 gegossen, läuft durch den Einlaufkanal27 und tritt in den Schmelzraum22 ein. Dieses Gussverfahren wird Metallformstandguss genannt, bei dem ein gewöhnliches Gussverfahren durchgeführt wird, wobei lediglich der Schweredruck ohne irgendwelche Zusätze verwendet wird. -
8 ist einer Querschnittansicht eines Kurbelblocks29 , nachdem er aus der Metallform20 und der Metallform21 nach dem Gießen herausgenommen wurde. Der Formkernhalter25 wird an der Stelle A abgeschnitten, und das untere Loch im Pedalbefestigungsloch6 wird mit einem Bohrer33 gebohrt. Da diese Herstellung bewirkt, dass das untere Loch im Pedalbefestigungsloch6 in Verbindung mit der Öffnung15 steht, kann der Formkernsand durch die Öffnung15 herausgenommen werden, womit der Hohlraum7 gebildet wird. Hiernach wird der Gussvorgang zur erforderlichen Form der linken Kurbel1 durch Schneiden, Schleifen, Polieren oder andere derartige Fertigungsschritte abgeschlossen. - Verfahren 2 zum Herstellen der linken Kurbel
1 - Das obige Verfahren zur Herstellung der linken Kurbel
1 beinhaltete das Fertigstellen des Gusses zur erforderlichen Form durch Schneiden, Schleifen, Polieren oder andere derartige Fertigungsschritte. Mit dem Gießen alleine können jedoch Blaslöcher und dergleichen in der Metalltextur im Innern auftreten. Um zu verhindern, dass dies auftritt, kann der Kurbelblock einem Formschmiedevorgang unterzogen werden, während der Formkern24 such noch innerhalb des Kurbelblocks29 befindet. - Genauer gesagt wird der Kurbelblock
29 in einer halbgeschlossenen Metallform35 platziert, die zum halbgeschlossenen Schmieden verwendet wird, und anschließend darin geschmiedet.9 ist eine Querschnittansicht, die den Kurbelblock29 zeigt, welcher in einer unteren Metallform36 angeordnet ist. Bevor der Kurbelblock29 in der unteren Metallform36 platziert wird, wird der Formkernsand nur aus der Umgebung der Öffnung15 im Pedalbefestigungsloch6 entfernt. Der Grund hierfür ist, dass dieser Abschnitt schwächer wird, wenn der Formkernsand dort verbleibt, und die mechanische Festigkeit des Pedalbefestigungslochs6 darunter leiden wird. - Die Öffnung
15 im distalen Ende des Pedalbefestigungslochs6 wird abgeflacht, um einen soliden Abschnitt zu bilden, wie in10 gezeigt. Ein Teil der abgeflachten Öffnung15 erscheint als Verbindungsfläche14 , die in3 gezeigt ist. Der Kurbelblock29 wird anschließend auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt und in der unteren Metallform36 platziert, wonach Druck von einer oberen Metallform37 zur Durchführung des Schmiedevorgangs ausgeübt wird. Als Ergebnis dieses Heißschmiedevorgangs werden die Länge, die Gesamtdicke, die Wanddicke und die Oberfläche des Kurbelarms präzise verarbeitet, das Material des Kurbelblocks29 getempert und homogenisiert und die mechanische Festigkeit gesteigert. - Da der Formkern
24 , der durch diesen Heißschmiedevorgang erzeugt wird, sich während des Schmiedevorgangs immer noch innerhalb des Kurbelblocks29 befindet, wird der Hohl raum nicht eingedrückt. Das Pedalbefestigungsloch6 kann dann durch Bohren mit einem Bohrer33 erstellt werden. Da dieses gebohrte Pedalbefestigungsloch6 mit der Öffnung15 in Verbindung steht, bildet das Entfernen des Formkernsandes aus der Öffnung15 den Hohlraum7 . Hiernach wird die linke Kurbel1 fertig gestellt, indem sie in die in den1 bis5 gezeigte Form gebracht wird. - Während das oben gesagte eine Beschreibung verschiedener erfindungsgemäßer Ausführungsformen ist, können weitere Modifikationen ohne Abkehr vom Umfang der vorliegenden, in den anliegenden Ansprüchen definierten Erfindung eingesetzt werden. Zum Beispiel können die Größe, Form, Lage oder Orientierung der verschiedenen Komponenten nach Wunsch verändert werden. Die Funktionen von einem Element können durch zwei ausgeführt werden oder umgekehrt. Somit sollte der Umfang der Erfindung nicht durch die spezifischen offenbarten Strukturen beschränkt werden. Stattdessen sollte der wahre Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche bestimmt werden.
Claims (17)
- Kurbelarm für Fahrräder, umfassend: einen gegossenen Kurbelarmkörper (
1 ), der an seinem ersten Ende (4 ) ein Pedalbefestigungsloch (6 ) und ein Wellenbefestigungsloch (5 ) an seinem anderen Ende (2 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelarmkörper (1 ) einen länglichen inneren Hohlraum (7 ) definiert, und wobei der innere Hohlraum (7 ) zu einem Außenbereich des Kurbelarmkörpers (1 ) offen ist. - Kurbelarm nach Anspruch 1, bei dem der innere Hohlraum (
7 ) sich in das Pedalbefestigungsloch (6 ) hinein öffnet. - Kurbelarm nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das erste Ende (
4 ) des Kurbelarmkörpers (1 ) ein inneres Gelenk aufweist. - Kurbelarm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der innere Hohlraum (
7 ) eine im Wesentlichen halbkreisartige Querschnittsform in der Nähe des Pedalbefestigungslochs (6 ) aufweist. - Kurbelarm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der innere Hohlraum (
7 ) eine im wesentlichen rechteckige Form in der Nähe des Pedalbefestigungslochs (6 ) aufweist. - Kurbelarm nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Querschnittsfläche des Hohlraums (
7 ) von einem zentralen Abschnitt (3 ) des Kurbelarmkörpers (1 ) zu den ersten und zweiten Enden (4 ,2 ) des Kurbelarmkörpers (1 ) hin abnimmt. - Verfahren zum Herstellen des hohlen Fahrradkurbelarms nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welches folgende Schritte umfasst: Positionieren eines Formkerns aus Sand (
24 ) in eine Gussform (20 ,21 ) so, dass ein Schmelzraum (22 ) um den Formkern aus Sand (24 ) herum gebildet wird; Einfüllen von geschmolzenem Metall in die Gussform (20 ,21 ); und Entfernen des Sandes durch eine erste Öffnung (15 ) im Kurbelblock (29 ). - Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Sandentfernungsschritt folgende Schritte umfasst: Anbohren des Kurbelblocks (
29 ), um die erste Öffnung (15 ) zu bilden, wobei die erste Öffnung (15 ) mit dem Formkern aus Sand (24 ) in Verbindung steht; und Entfernen des Sandes durch die erste Öffnung (6 ). - Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schritt des Anbohrens des Kurbelblocks (
29 ) den Schritt des Anbohrens des Kurbelblocks (29 ) derart umfasst, dass ein Pedalbefestigungsloch (6 ) gebildet wird, das mit dem Formkern aus Sand (24 ) in Verbindung steht. - Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Gussform (
20 ,21 ) eine Standgussform zum Formen von Metall umfasst, und bei dem der Schritt des Einfüllens des geschmolzenen Metalls das Einfüllen des geschmolzenen Metalls in die Standgussform zum Formen von Metall derart umfasst, dass das geschmolzene Metall den Schmelzraum (22 ) durch seine Schwerkraft ausfüllt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, das weiter den Schritt des Schmiedens des Kurbelblocks (
29 ) umfasst. - Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Sandentfernungsschritt den Schritt des Entfernens des Sandes durch die erste Öffnung (
15 ) vor dem Schmieden des Kurbelblocks (29 ) umfasst. - Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Sandentfernungsschritt weiter den Schritt des Entfernens des Sandes aus nur einem Teil des Kurbelblocks (
29 ) vor dem Schmieden des Kurbelblocks (29 ) umfasst. - Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Sandentfernungsschritt weiter den Schritt des Entfernens des Sandes von nur einem Ende des Kurbelblocks (
29 ) vor dem Schmieden des Kurbelblocks (29 ) umfasst. - Verfahren nach Anspruch 14, das weiter den Schritt des Abflachens des Endes (
4 ) des Kurbelblocks (29 ) zum Schließen der ersten Öffnung vor dem Schmieden des Kurbelblocks (29 ) umfasst. - Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Sandentfernungsschritt weiter folgende Schritte umfasst: Anbohren des Kurbelblocks (
29 ), um eine zweite Öffnung zu bilden, die mit dem Formkern aus Sand in Verbindung steht, nach Schmieden des Kurbelblocks (29 ); und Entfernen des Sandes aus der zweiten Öffnung. - Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Schritt des Anbohrens des Kurbelblocks (
29 ) den Schritt des Anbohrens des Kurbelblocks (29 ) zum Ausbilden eines Pedalbefestigungslochs (6 ) umfasst, das in Verbindung mit dem Formkern aus Sand (24 ) steht.
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