EP2635388A1 - Verfahren zum rollformen von profilen und dadurch hergestelles strukturteil - Google Patents

Verfahren zum rollformen von profilen und dadurch hergestelles strukturteil

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EP2635388A1
EP2635388A1 EP11794399.3A EP11794399A EP2635388A1 EP 2635388 A1 EP2635388 A1 EP 2635388A1 EP 11794399 A EP11794399 A EP 11794399A EP 2635388 A1 EP2635388 A1 EP 2635388A1
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EP
European Patent Office
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component
forming
semifinished product
roll forming
roll
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11794399.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Gross
Hans-Georg Werner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Adient Luxembourg Holding SARL
Original Assignee
Johnson Controls GmbH
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Publication date
Application filed by Johnson Controls GmbH filed Critical Johnson Controls GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
    • B21D5/06—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles
    • B21D5/08—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles making use of forming-rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
    • B21D5/008—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves combined with heating or cooling of the bends
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D11/00—Bending not restricted to forms of material mentioned in only one of groups B21D5/00, B21D7/00, B21D9/00; Bending not provided for in groups B21D5/00 - B21D9/00; Twisting
    • B21D11/10—Bending specially adapted to produce specific articles, e.g. leaf springs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/1241—Nonplanar uniform thickness or nonlinear uniform diameter [e.g., L-shape]

Definitions

  • the invention relates to a method for roll forming of profiles or structural parts from flat semi-finished products, in particular of metallic materials, in particular of sheet steel or aluminum. Furthermore, the invention relates to a preferably manufactured using this method component, in particular a structural part for a seat structure of a motor vehicle and a roll forming device for performing the method.
  • CONFIRMATION COPY The invention is therefore based on the object to improve the formability of a semi-finished product in the areas to be reshaped by roll forming and to minimize the springback behavior of a finished component.
  • the flat semifinished product is tempered for the roll forming process, wherein the tempering takes place locally, in particular in forming regions of the semifinished product to be formed.
  • the tempering may be heating and / or cooling and preferably takes place before or during the forming of the semifinished product.
  • Profiles or structural parts machined with the method then have a higher load-bearing capacity than those which have not been tempered.
  • roll forming takes place in a predetermined forming sequence.
  • the forming sequence designates in which order the forming regions are processed, that is to say shaped, whereby the forming sequence results from the profile or structural part to be produced and its radius regions.
  • Each profile produced by roll forming thus has a certain forming sequence in the roll forming process.
  • the forming areas are tempered successively in the forming sequence of the roll forming process.
  • the local heating is preferably carried out on strip-shaped deformation regions of the semifinished product, which are aligned in roll forming direction, so that the deformation regions stressed and deformed during the roll forming process are tempered, in particular heated, during molding or processing.
  • the method is advantageously either heated inductively or there is an energy input by laser irradiation. Both process designs offer the possibility of selectively heating the semifinished product to be processed selectively in the transformation regions.
  • the laser irradiation takes place in a preferred embodiment with a fiber laser.
  • the semifinished product can be cured after forming, d. H. with a coolant, for example, an oil bath or the like quenched.
  • a coolant for example, an oil bath or the like quenched.
  • Forming or radius areas These locally heated deformation or radius regions can have been heated both before, during and after the rolling or forming.
  • the invention provides that the deformation region was subjected to a material properties changing temperature control and a conditional by the temperature Structure change has.
  • the deformation ranges thus differ in their material structure from the flat sections and also by other, non-tempered, processed by roll forming components, but have at least the same or higher strengths as these.
  • the component is made of a high-strength steel or high-strength aluminum whose strength is higher than would otherwise typically be processed in rollforming or roll forming processes, in particular 1000 MPa or more or even 1200 MPa or more, especially for components made of steel.
  • the component produced according to the invention may then preferably have wall thicknesses of 1, 5 mm or even 1, 4 mm or 1, 3 mm or less in each case.
  • components or profiles are mainly provided as a structural structural parts, wherein the component is in a preferred embodiment, a vehicle seat rail, which can be adjusted for seat adjustment to the front and rear.
  • a suitable rollforming device for carrying out the method the patented object is achieved in that various means for tempering a semi-finished product to be formed are provided.
  • inductive heating devices and / or lasers, in particular fiber lasers are provided for heating.
  • Peltier elements can be used for cooling.
  • the respective means for tempering can advantageously be exchanged with roller sets of the roll forming device, so that arrangements optimized for different applications are ensured and various components can be manufactured on a roll forming device.
  • the roll forming method used in this invention is also known as roll forming and described, for example, in DIN 8586, the contents of which are hereby incorporated by reference.
  • FIG. 1 shows a basic cross-section of a roll produced by roll forming.
  • FIG. 2 shows a development of the cross section of the component from FIG. 1.
  • the component 1 shown in FIG. 1 is profiled and is typically produced by roll forming.
  • This component 1 has a plurality of planar sections 3, which have essentially emerged unchanged from a flat semifinished product.
  • the sheet-like sections 3 are connected to one another by means of cross-hatched forming regions 4a, 4b, 4c, 4d, which are deformed during roll-forming, in radius regions of the component 1.
  • These deformation regions 4a, 4b, 4c, 4d represent in particular in the
  • FIG. 2 shows a basic development 2 of the cross section of the component 1.
  • the transformation regions 4a, 4b, 4c, 4d are hatched as in FIG. 1 and delimited by corresponding lines and extend in each case in the roll forming direction.
  • These deformation regions 4a, 4b, 4c, 4d are tempered, ie heated or cooled, during the passage through a roll forming device or during roll forming.
  • the material properties can be adapted in accordance with the requirements, so that the component 1 has a structural change in the transformation or radius regions.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rollformen von Profilen beziehungsweise Strukturteilen aus flächigen Halbzeugen, insbesondere aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Stahlblech oder Aluminium Hierfür wird das flächige Halbzeug temperiert, wobei das. Temperieren lokal, insbesondere in umzuformenden Umformungsbereichen des Halbzeugs erfolgt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein vorzugsweise unter Anwendung dieses Verfahrens gefertigtes Bauteil, insbesondere ein Strukturteil für eine Sitzstruktur eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Fahrzeugsitzschiene, welche zur Sitzverstellung nach vorne und hinten verstellt werden kann und eine Rollformeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Verfahren zum Rollformen von Profilen und dadurch hergestelltes Strukturteil
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rollformen von Profilen beziehungsweise Strukturteilen aus flächigen Halbzeugen, insbesondere aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Stahlblech oder Aluminium. Weiterhin betrifft die Erfindung ein vorzugsweise unter Anwendung dieses Verfahrens gefertigtes Bauteil, insbesondere ein Strukturteil für eine Sitzstruktur eines Kraftfahrzeugs und eine Rollformeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Für derartige Profile beziehungsweise Strukturteile sind bestimmte Festigkeiten des verwendeten Materials erforderlich, damit die zumeist tragenden Bauteile ein ausreichendes Lastaufnahmevermögen aufweisen. Gleichzeitig wird jedoch ein möglichst geringer Materialeinsatz gefordert, um zum Beispiel eine günstige Kostenstruktur bei der Herstellung zu erreichen. Mit den bekannten Rollformprozessen sind weitere Materialeinsparungen jedoch kaum zu realisieren, da sich härtere Materialien, insbesondere hochfeste Materialien, nur bedingt Rollformen lassen und es bei geringeren Wanddicken des Materials verstärkt zu einer Rückfederung während der Herstellung oder direkt im Anschluss an die Herstellung kommt. Häufig werden daher hochfeste Stähle mit Zugfestigkeiten von bis zu 800 MPa und einer Wanddicke von mindestens 1 ,6 mm für die Herstellung eingesetzt. Halbzeuge mit geringeren Wanddicken und/oder größeren Zugfestigkeiten sind bisher zumindest bei Strukturteilen für Sitzstrukturen von Kraftfahrzeugen, insbesondere Fahrzeugsitzschienen nicht möglich.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Umformbarkeit eines Halbzeugs in den durch Rollformen umzuformenden Bereichen zu verbessern und das Rückfederungsverhalten eines fertigen Bauteils zu minimieren.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt verfahrensmäßig mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ein mit dem Verfahren hergestelltes Bauteil ist mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und eine Rollformeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist mit den Merkmalen des Anspruchs 12 definiert. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Bei einem derartigen Verfahren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das flächige Halbzeug für den Rollformprozess temperiert wird, wobei das Temperieren lokal, insbesondere in umzuformenden Umformungsbereichen des Halbzeugs erfolgt. Das Temperieren kann ein Erwärmen und/oder ein Kühlen sein und erfolgt vorzugsweise vor oder während des Umformens des Halbzeugs. Mit dem Verfahren bearbeitete Profile oder Strukturteile weisen dann ein höheres Lastaufnahmevermögen auf als solche, die nicht temperiert wurden.
In Abhängigkeit von der Form des zu erzeugenden Profils oder Bauteils erfolgt das Rollformen in einer vorbestimmten Umformabfolge. Die Umformabfolge bezeichnet dabei, in welcher Reihenfolge die Umformungsbereiche bearbeitet, das heißt geformt, werden, wobei sich die Umformabfolge aus dem herzustellenden Profil beziehungsweise Strukturteil und dessen Radienbereichen ergibt. Jedes durch Rollformen hergestellte Profil weist damit eine bestimmte Umformabfolge beim Rollformprozess auf. Um eine zeitnahe, möglichst unmittelbare Verknüpfung von Roll- beziehungsweise Umformen und Temperieren zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Umformungsbereiche nacheinander in der Umformabfolge des Rollformprozesses temperiert werden. Damit kann einerseits der Energieeinsatz für das Verfahren reduziert werden und andererseits die Belastung des umzuformenden Halbzeugs beziehungsweise des fertigen Bauteils bei der Herstellung reduziert werden.
Die lokale Erwärmung erfolgt dabei vorzugsweise auf streifenförmigen Um- formungsbereichen c|es Halbzeugs, die in Rollformrichtung ausgerichtet sind, so dass die beim · Rollformprozess beanspruchten und verformten Umformungsbereiche beim Formen beziehungsweise Bearbeiten temperiert, insbesondere erwärmt sind. Je nach Ausführung beziehungsweise Ausgestaltung des Verfahrens wird vorteilhafterweise entweder induktiv erwärmt oder es erfolgt ein Energieeintrag mittels Laserbestrahlung. Beide Verfahrensausgestaltungen bieten die Möglichkeit das zu bearbeitende Halbzeug punktuell und somit gezielt in den Umformungsbereichen zu erwärmen. Die Laserbestrahlung erfolgt in einer bevorzugten Ausgestaltung mit einem Fiber-Laser.
Auch kann das Halbzeug nach dem Umformen gehärtet werden, d. h. mit einem Kühlmittel, zum Beispiel einem Ölbad oder dergleichen, abgeschreckt werden. Ein derart hergestelltes Bauteil kann eine nochmals höhere und damit verbesserte Festigkeit aufweisen, insbesondere in vorher lokal erwärmten
Umformungs- beziehungsweise Radienbereichen. Diese lokal erwärmten Umformungs- beziehungsweise Radienbereiche können dabei sowohl vor, während als auch nach dem Roll- beziehungsweise Umformen erwärmt worden sein.
Zudem ergibt sich damit eine weitere Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens, die darin besteht, dass das herzustellende Bau- beziehungsweise Strukturteil aus dem sonst üblicherweise eingesetzten weicheren Material und damit in der Regel günstigerem Material, insbesondere einem etwas weicheren Stahl, herstellbar ist, der durch anschließendes Abschrecken gehärtet wird. Auch kann das lokale Temperieren, insbesondere das lokale Erwärmen, in Kombination mit dem Abschrecken beziehungsweise Härten im Anschluss an das Rollformen erfolgen. Damit kann dann beispielsweise das Lastaufnahmevermögen von weicheren, leichter umzuformenden Materialien, wie z. B. Bor-Mangan-Stahl, erhöht werden, so dass auch aus diesen Materialien gefertigte Profile weiter optimiert werden können. r
Bei einem Bauteil, insbesondere einem Strukturteil für eine Sitzstruktur eines Kraftfahrzeugs mit zueinander abgewinkelten flächigen Abschnitten, die über wenigstens einen als Radienbereich ausgebildeten Umformungsbereich miteinander verbunden sind, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Umformungsbereich einem die Materialeigenschaften verändernden Temperierungsvorgang unterworfen war und eine durch die Temperierung bedingte Gefügeveränderung aufweist. Die Umformungsbereiche unterscheiden sich damit in ihrer Materialstruktur von den flächigen Abschnitten und auch von anderen, nicht temperierten, mittels Rollformen bearbeiteten Bauteilen, weisen jedoch wenigstens die gleichen oder höhere Festigkeiten wie diese auf.
Insbesondere ist das Bauteil aus einem hochfesten Stahl oder aus hochfestem Aluminium hergestellt, dessen Festigkeit höher ist, als dies sonst typischerweise bei Rollformverfahren beziehungsweise Rollformprozessen bearbeitet werden könnte, insbesondere 1000 MPa oder mehr oder auch 1200 MPa oder mehr, insbesondere für aus Stahl gefertigte Bauteile. Das erfindungsgemäß hergestellte Bauteil kann dann bevorzugt Wanddicken von 1 ,5 mm oder sogar 1 ,4 mm oder 1 ,3 mm oder jeweils weniger aufweisen.
Derartige, mit dem beschriebenen Verfahren hergestellte, Bauteile beziehungsweise Profile werden vor allem als tragende Strukturteile vorgesehen, wobei das Bauteil in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Fahrzeugsitzschiene ist, welche zur Sitzverstellung nach vorne und hinten verstellt werden kann. Bei einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Rollformeinrichtung wird die patentgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass verschiedene Mittel zum Temperieren eines umzuformenden Halbzeugs vorgesehen sind. Insbesondere sind zum Erwärmen induktive Erwärmungseinrichtungen und/oder Laser, insbesondere Fiber-Laser, vorgesehen. Zur Kühlung können beispielsweise Peltier-Elemente eingesetzt werden. Die jeweiligen Mittel zum Temperieren können dabei vorteilhafterweise mit Rollensätzen der Rollformeinrichtung ausgetauscht werden, so dass für verschiedene Anwendungen optimierte Anordnungen gewährleistet werden und auf einer Rollformein- richtung verschiedene Bauteile fertigbar sind.
Das in dieser Erfindung verwendete Rollformverfahren ist auch als Walzprofilieren bekannt und beispielsweise in der DIN 8586 beschrieben, deren Inhalt durch Verweis darauf hiermit zum Gegenstand dieser Anmeldung gemacht wird.
In den Figuren wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Es zeigen: Fig. 1 : ein prinzipieller Querschnitt eines mittels Rollformen hergestellten
Bauteils; und
Fig. 2: eine Abwicklung des Querschnitts des Bauteils aus Fig. 1.
Das in Figur 1 dargestellte Bauteil 1 ist profiliert und wird typischerweise durch Rollformen hergestellt. Dieses Bauteil 1 weist mehrere flächige Abschnitte 3 auf, die im Wesentlichen unverändert aus einem flächigen Halbzeug hervorgegangen sind. Die flächigen Abschnitte 3 sind über schraffiert dargestellte Umformungsbereiche 4a, 4b, 4c, 4d, welche während des Rollformens verformt werden, in Radienbereichen des Bauteils 1 miteinander verbunden. Diese Umformungsbereiche 4a, 4b, 4c, 4d stellen insbesondere bei der
Umformung von hochfesten Stählen, mit insbesondere Rm>800 MPa, große Probleme hinsichtlich der Umformbarkeit dar, vor allem bei der Formung enger Radien.
Figur 2 zeigt eine prinzipielle Abwicklung 2 des Querschnitts des Bauteils 1. Die Umformungsbereiche 4a, 4b, 4c, 4d sind wie in Figur 1 schraffiert dargestellt sowie durch entsprechende Linien begrenzt und verlaufen jeweils in Rollformrichtung. Diese Umformungsbereiche 4a, 4b, 4c, 4d sind während des Durchlaufs durch eine Rollformeinrichtung bzw. während des Rollformens temperiert, also erhitzt oder gekühlt. Durch das lokale Erhitzen bzw. Kühlen können die Materialeigenschaften entsprechend den Erfordernissen ange- passt werden, so dass das Bauteil 1 in den Umformungs- beziehungsweise Radienbereichen eine Gefügeveränderung aufweist.

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Rollformen von Profilen beziehungsweise Strukturteilen aus flächigen Halbzeugen, insbesondere aus metallischen Werkstoffen, insbe- sondere aus Stahlblech oder Aluminium,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass das flächige Halbzeug für den Rollformprozess temperiert wird, wobei das Temperieren lokal, insbesondere in umzuformenden Umformungsbereichen (4a, 4b, 4c, 4d) des Halbzeugs erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Temperieren vor oder während des Umformens des Halbzeugs erfolgt.
3_, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformungsbereiche (4a, 4b, 4c, 4d) nacheinander in Umformabfolge des
Rollformprozesses temperiert werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass streifenförmige Umformungsbereiche (4a, 4b, 4c, 4d) des Halbzeugs erwärmt werden, die in Rollformrichtung ausgerichtet sind. i Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass induktiv erwärmt wird. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Laserbestrahlung erwärmt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug nach dem Umformen gehärtet wird.
8. Bauteil, insbesondere ein Profil oder ein Strukturteil für eine Sitzstruktur eines Kraftfahrzeugs mit zueinander abgewinkelten, flächigen Abschnitten (3), die über wenigstens einen als Radienbereich ausgebildeten Umformungsbereich (4a, 4b, 4c, 4d) miteinander verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Umformungsbereich (4a, 4b, 4c, 4d) einem die Materialeigen- schatten verändernden Temperierungsvorgang unterworfen war und eine durch die Temperierung bedingte Gefügeveränderung aufweist.
9. Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) aus einem hochfesten Stahl oder aus hochfestem Aluminium hergestellt ist.
10. Bauteil nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) Wanddicken von höchstens 1,5 mm und eine Festigkeit von 1000 MPa oder mehr aufweist. 1 Bauteil nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) eine Fahrzeugsitzschiene ist, welche zur Sitzverstellung nach vorne und hinten verstellt werden kann.
12. Rollformeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass verschiedene Mittel zum Temperieren eines umzuformenden Halbzeugs vorgesehen sind. 13. Rollformeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollformeinrichtung induktive Erwärmungseinrichtungen und/oder Laser aufweist.
14. Rollformeinrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese Peltier-Elemente aufweist.
EP11794399.3A 2010-11-03 2011-11-03 Verfahren zum rollformen von profilen und dadurch hergestelles strukturteil Withdrawn EP2635388A1 (de)

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