KR20150056808A - 선형 유닛 및 선형 유닛의 제조 방법 - Google Patents

선형 유닛 및 선형 유닛의 제조 방법 Download PDF

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테오 바우크홀트
요하네스 괴를라흐
피에르 슈미트
크리슈티얀 타란덱
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콘티넨탈 테베스 아게 운트 코. 오하게
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Abstract

나사산형 스핀들 (1) 및 나사산형 너트 (2) 를 갖는 회전-변환 메카니즘 (8), 특히 볼 나사를 갖고, 특히 푸시 로드 또는 압력 튜브의 형태인 힘 전달 요소 (3) 를 갖는 축방향으로 작용하는 힘을 인가하기 위한 선형 유닛 (7) 에 대해, 보다 적은 구성 요소들이 요구되고 선형 유닛의 조립이 가능한 간단하게 유지되록 개선되기 위해 의도된 것이다. 이를 위해, 나사산형 너트 (2) 및 힘 전달 요소 (3) 는 포지티브 인터로킹에 의해, 특히 유극-없는 연결에 의해, 특히 클린칭에 의해 서로 연결된다.

Description

선형 유닛 및 선형 유닛의 제조 방법{LINEAR UNIT AND METHOD FOR THE MANUFACTURE OF A LINEAR UNIT}
본 발명은 나사산형 스핀들 및 나사산형 너트를 포함하는 회전/선형 변환 (translation) 메카니즘, 특히 볼 나사, 및 특히 푸시 로드 또는 압력 튜브로서 구현되는 힘 전달 요소를 갖는 축방향으로 작용하는 힘을 인가하기 위한 선형 유닛에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 선형 유닛의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 언급된 선형 유닛들은 특히, 브레이크 압력이 구동기에 의한 브레이크 동작에 독립적으로 또는 그를 기반으로 증강될 수 있는 "능동형" 브레이크 시스템들에서 사용된다. 이러한 경우에 선형 유닛은, 예를 들면 나사산형 너트의 선형 운동으로 나사산형 스핀들의 회전 운동을 변환시킨다. 나사산형 너트의 최종 움직임은 그 후에 피스톤을 이동시키고 이로써 특히 유압식 수단에 의해 하나 이상의 브레이크 회로들에서 브레이크 압력을 증강시키는 데 사용될 수 있다. 여기서 스핀들은 전기 제어 유닛 (ECU) 에 의해 활성화되어 압력을 증가시키고 그리고/또는 감소시키는 전기 모터의 샤프트에 연결될 수 있다.
상기 설명된 바와 같은 선형 유닛들은, 예를 들면 DE 10 2009 019 209 A1 또는 DE 10 2010 039 916 A1 에 개시되어 있다.
WO 2011/029812 는 압력-생성 디바이스로서 유압식 실린더-피스톤 배열체를 포함하는 자동차들용 브레이크 시스템을 개시하고 있고, 상기 유압식 실린더-피스톤 배열체의 피스톤은 회전/선형 변환 메카니즘에 의해 전기 모터로써 동작될 수 있다. 전자 제어식 브레이크 (brake-by-wire) 작동 모드에서 시스템 압력은 이러한 선형 액츄에이터에 의해 증강된다.
너트가 어댑터 또는 슬리브에 의해 프로파일링된 튜브에 연결된 선형 유닛들의 기술적 개선예들은 공지되어 있고, 슬리브와 너트 사이에 연결은 레이저 가공되고 프로파일링된 튜브와 슬리브 사이의 연결은 코킹된다. 따라서, 공지된 구성에서, 보다 많은 구성 요소들 및 연결부들이 프로파일링된 튜브 및 너트를 함께 연결하는 데 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 지금까지보다 적은 구성 요소들이 요구되고 선형 유닛의 조립이 가능한 간단하게 유지되도록 자동차들을 위한 브레이크 시스템용 선형 유닛을 개선하는 것이다. 추가의 목적은 제조의 상응하는 방법을 구체화시키는 것이다.
이러한 목적은 선형 유닛의 관점에서 나사산형 너트 및 힘 전달 요소가 포지티브 인터로킹에 의해, 특히 유극-없는 연결에 의해, 특히 클린칭에 의해 서로 연결된다는 점에서 달성된다.
추가의, 본 발명의 바람직한 실시형태들은 도면들을 참조한 다음의 설명 및 독립 청구항들로부터 기인한다.
본 발명은 공지된 선형 유닛 구성들이 다양한 단점들을 갖는다는 점에 대한 고찰로부터 진행된다. 우선, 선형 유닛 구성들이 서로 연결되어야만 하는 다수의 부품들을 갖는다는 점이다. 다른 한편으로, 이는 이들 구성 요소들 사이에 복수의 연결부들을 필수적으로 만들어서, 상기 구성이 잠재적인 고장을 일으키기 쉽게 만든다는 점이다. 너트와 힘 전달 요소 사이의 연결은 안정적이고 신뢰성을 가져야만 하고 높은 움직임 스트레스들을 지속적으로 견딜 수 있어야 한다.
지금부터 알 수 있는 바와 같이, 이들 요구 조건은 나사산형 너트와 힘 전달 요소 사이에 포지티브 인터로킹 연결에 의해 충족될 수 있다. 따라서 두개의 구성 요소들은 포지티브 인터로크를 통해 직접 연결된다. 이로써 이러한 연결은 나사산형 너트 및 힘 전달 요소의 축방향 이동을 견고하게 커플링하기 위한 역할을 한다.
나사산형 너트와 힘 전달 요소 사이에 연결은 바람직하게 유극-없는 구성을 갖는다. 이는 힘 전달 요소에 연결된 피스톤의 특히 정확한 횡방향 진행을 허용한다. 서로에 대해 두개의 구성 요소들의 변위 및 가능한 마찰로 인한 재료 마모는 더욱 회피된다.
나사산형 너트와 힘 전달 요소 사이에 포지티브 인터로킹 연결은 바람직하게 클린칭 또는 프레스-결합에 의해 제조된다. 여기서 포지티브 인터로킹 및 영구적인 연결은 스프레딩 및 압출로 인해 생성된다.
대안적으로 포지티브 인터로킹 연결은 또한 코킹에 의해 제조될 수 있고, 힘 전달 요소는 특히 소성 변형을 거친다.
나사산형 스핀들은 유리하게 회전자 및 고정자를 갖는 전기 모터에 의해 구동되고, 나사산형 너트는 회전 불가능하도록 지지된다. 환언하면, 나사산형 너트는 그 지지부로 인해 스핀들이 회전할 때 선회되는 것이 방지된다. 이는 너트가 축방향에서만, 즉 스핀들의 종방향 축선의 어떠한 방향에서도 (스핀들의 회전의 방향에 종속됨) 이동하는 것을 보장한다. 여기서 그에 연결된 전기 모터 또는 샤프트의 회전자는 바람직하게 스핀들에 임의의 비틀림이 없이 그리고 직접 견고하게 연결된다. 여기서 바람직하게 전기 모터는 필수적이라면 제어 유닛 (ECU) 에 의해 동작되어 압력을 증강시키고 그리고/또는 감소시킨다.
선형 유닛은 바람직하게 유압식 액츄에이터 또는 유압식 압력 소스로서 구현된다. 여기서 힘 전달 요소는 보다 바람직하게 피스톤에 기계적으로 연결된다. 피스톤은 보다 바람직하게 보어에서 유체 충전된 압력 챔버를 규정한다. 피스톤은 보다 바람직하게 실린더-피스톤 배열체의 유압식 피스톤으로서 구현된다.
대안적으로 선형 유닛은 또한 전기 기계식 브레이크 시스템에서 사용될 수 있다. 이를 위해 피스톤은 필수적이라면 그 후에 브레이크 디스크에 대해 직접 브레이크 라이닝을 가압할 것이고, 여기서 전기 모터는 또한 제어 유닛에 의해 동작된다.
특히 힘 전달 요소를 마주보는 영역에서 나사산형 너트는 바람직하게 슬롯을 포함한다. 클린칭의 경우 뿐만 아니라 코킹의 경우에서 그러한 구성은 힘 전달 요소 및 나사산형 너트를 함께 결합시킬 때에 힘 전달 요소의 보다 부드러운 재료가 유동하거나 또는 슬롯 내로 가압된다는 점에서 포지티브 인터로킹 연결의 형성을 허용한다. 이러한 영역에서 힘 전달 요소는 슬롯을 둘러싸는 나사산형 너트의 재료에 의해, 축방향으로 이동하는 것이 방지되어, 포지티브 인터로크를 생성한다.
힘 전달 요소는 바람직하게 프로파일링된 튜브로서 구성된다. 부드러운 표면 구성의 튜브는 회전 운동에 의해 생성된 토크를 브레이싱할 수 없을 것이다.
나사산형 너트는 바람직하게 힘 전달 요소 상에, 보다 바람직하게 포지티브 인터로킹 지지부에 의해 비틀림에 대해 브레이싱된다. 그러한 구조적인 구성은 힘 전달 요소에 대해 나사산형 너트의 임의의 비틀림을 방지한다. 힘 전달 요소는 그 후에 축방향 및 방사상 방향 모두에서 나사산형 너트와 포지티브 인터로킹되어, 특히 안정적인 연결이 달성된다.
이러한 비틀림 보호부는 나사산형 너트 상에, 특히 나사산형 너트와 힘 전달 요소 사이에 결합 영역에서, 특히 널링 또는 치형의 형태로 형성된 리세스를 배열함으로써 유리하게 달성된다.
나사산형 너트 및 힘 전달 요소의 포지티브 인터로킹 연결, 특히 클린칭을 생성할 때에, 힘 전달 요소 또는 그 재료는 바람직하게 포지티브 인터로크를 생성하는 형성된 리세스들의 영역을 충전한다. 포지티브 인터로크는 따라서 힘 전달 요소의 보다 부드러운 재료가 결합 프로세스 중에 이들 형성된 리세스들 내로 유동한다는 점에서 방사상 방향으로 생성된다.
상기 언급된 목적은 선형 유닛의 제조 방법의 관점에서, 나사산형 너트 및 힘 전달 요소가 포지티브 인터로킹에 의해, 특히 유극-없는 연결에 의해, 특히 클린칭에 의해 연결된다는 점에서 달성된다.
본 발명의 이점들은 특히, 나사산형 너트 및 힘 전달 요소의 포지티브 인터로킹 연결이 예를 들면 슬리브와 같은 임의의 부가적인 구성 요소들에 대한 필요성을 제거한다는 사실에 있다. 다른 한편으로, 부가적인 구성 요소를 생략하는 것은 비용 절감들을 발생시킨다. 다른 한편으로 선형 유닛에 대해 요구되는 구성 공간이 또한 컴팩트한 구성으로 인해 감소된다.
연결을 생성하기 위해 단지 축방향으로만 부품들을 결합하는 것이 필수적이고, 이로써 특히 용이한 조립을 제공한다. 더욱이, 이는 클린칭력을 통해 용이하게 모니터링될 수 있다. 이는 바람직하게 클린칭력이 클린칭 중에 너트와 관련하여 힘 전달 요소에 의해 커버되는 거리의 함수로서 표시되는 힘/거리 다이아그램의 도움으로 행해진다. 이러한 다이아그램에서, 힘/거리 상관 관계는 정확하게 수행된 클린칭 작동을 나타내는 밴드형 영역을 규정하는 것이 가능하다.
프로파일링된 튜브로서 바람직하게 구성된 힘 전달 요소를 위한 최종 형상은 간단한 형상이다. 튜브는 예를 들면, 선반 상에서 마지막 기계 가공에 의해 압출된 프로파일로서 생성될 수 있다. 나사산형 너트의 기하학적 형상은 슬롯을 형성하는 데 선반 기계 가공이 거의 요구되지 않고 변형에 의해서 생성될 수 있다. 스핀들 및 너트의 제안된 연결은 제조 프로세스에서 매우 용이하게 다뤄질 수 있는 간단하고 안정적인 구성을 생성한다.
본 발명의 예시적인 실시형태는 매우 개략적인 형태를 도시하는 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 1 은 본 발명에 따른 선형 유닛의 제 1 예시적인 실시형태의 상세를 도시하고,
도 2 는 도 1 에 따른 선형 유닛을 절단한 종단면도를 도시하고,
도 3 은 본 발명에 따른 선형 유닛의 제 2 예시적인 실시형태의 상세를 종단면도로 도시하고,
도 4 는 본 발명에 따른 선형 유닛의 제 3 예시적인 실시형태의 상세를 종단면도로 도시한다.
모든 도면들에서 동일한 부분들에는 동일한 도면 부호들이 제공된다.
도 1 은 본 발명에 따른 선형 유닛 (7) 의 제 1 예시적인 실시형태의 상세를 도시한다. 전기 모터 (도시 생략) 는 회전 운동을 발생시키고, 상기 회전 운동은 볼 나사 또는 회전/선형 변환 메카니즘 (8) 에 의해 선형 운동으로 변환된다. 이러한 운동은 압력을 증강시키거나 또는 감소시키는 피스톤 (도시 생략) 을 변위시키는 역할을 한다. 따라서 나사산형 너트 (2) 의 선형 운동은 힘 전달 요소 (3) 로 전달되고 그 후에 피스톤-실린더 배열체의 유압식 피스톤으로 전달된다.
회전/선형 변환 메카니즘 (8) 또는 볼 나사는 실린더-피스톤 배열체의 피스톤을 액츄에이팅시키도록 요구되는 힘 전달 요소 (3) 의 선형 운동으로 전기 모터의 회전자에 의해 수행된 회전 운동을 전환시키는 역할을 한다. 여기서 볼 나사는 나사산형 스핀들 (1), 상기 나사산형 스핀들 (1) 과 맞물리는 나사산형 너트 (2) 및 예를 들면 상기 나사산형 스핀들 (1) 의 표면 상에서의 헬리컬 그루브들 (10) 에서 지지되는, 이들 사이에 배열되고 진행하는 다수의 볼들 (도시 생략) 을 포함한다. 나사산형 너트 (2) 에서 상응하는 대향 그루브들 (11) 들과 함께, 이로써 볼들이 움직이는 헬리컬 채널들 (12) 은 형성된다. 복귀 채널들 (13) 은 볼들의 복귀를 위해 제공된다.
본 예시적인 실시형태에서 선형 유닛 (7) 은 피스톤을 갖는 유압식 압력 소스 또는 유압식 액츄에이터의 형태를 취한다. 보어에서 피스톤은 유체로써 충전된 압력 챔버를 규정하거나 또는 실린더-피스톤 배열체의 유압식 피스톤으로서 구현된다. 도시된 볼 나사 대신에, 예를 들면 간단한 운동-전달 나사 스레드 (screw thread) 또는 롤러 나사 메카니즘과 같은 또 다른 회전/선형 변환 메카니즘 (8) 이 사용될 수 있다.
선형 유닛 (7) 의 동작 또는 전기 모터의 동력 공급시에, 전기 모터의 회전자는 나사산형 스핀들 (1) 로 전달되는 회전 운동으로 설정된다. 나사산형 스핀들 (1) 의 회전 운동은 도 1 에서 우측을 향해 나사산형 너트 (2) 의 횡방향 운동을 발생시키고, 상기 횡방향 운동에서 힘 전달 요소 (3) 및 따라서 피스톤 (도시 생략) 은 또한 우측을 향해 변위되어, 유압식 압력은 피스톤에 의해 규정된 압력 챔버에서 증강되고, 상기 유압식 압력은 압력 연결부를 통해 유압식 컨슈머로, 예를 들면 자동차의 유압식 브레이크 시스템으로 전달된다.
모터의 구동 토크는 스핀들 또는 나사산형 스핀들 (1) 상에 작용한다. 반작용 토크는 너트 또는 나사산형 너트 (2) 상에 브레이싱 (braced) 되어야 하고 (나사산형 스핀들 (1) 이 회전할 때 나사산형 너트가 또한 회전 운동으로 설정되는 것을 방지하는 것이 필수적임) 축방향 힘은 피스톤으로 전달되어야만 한다. 이들 요구 조건들의 모두는 힘 전달 요소 (3) 에 의해 달성되고, 상기 힘 전달 요소 (3) 는 여기서 프로파일링된 튜브로서 구현되고 나사산형 너트 (2) 및 피스톤을 서로 연결한다. 이러한 경우에 프로파일링된 튜브는 압출된 프로파일로부터 제조된다.
도시된 선형 유닛 (7) 의 경우에 나사산형 너트 (2) 및 힘 전달 요소 (3) 를 연결시키기 위한 부가적인 구성 요소들은 생략된다. 대신에 이들 두개의 부품들은 클린칭 작동에 의해 서로 직접 연결된다. 이를 위해, 도 2 에서의 단면도로부터 알 수 있는 바와 같이, 프로파일링된 튜브 (3) 의 재료가 결합 프로세스 중에 압인력 (impressing force) 의 인가로 인해 유동하는 방사상 방향 원주 슬롯 (4) 은 나사산형 너트 (2) 상에 도시된다. 축방향 힘들, 제한된 굽힘 모멘트들 및 반작용 토크를 전달할 수 있는 포지티브 인터로킹의, 유극-없는 연결은 이로써 생성된다.
이를 위해 프로파일링된 튜브는 나사산형 너트 (2) 보다 부드러운 재료로 구성되어, 결합 프로세스에서 보다 부드러운 재료는 나사산형 너트 (2) 의 슬롯 (4) 내로 유동하여, 슬롯 (4) 의 형상을 실질적으로 유지한다. 이러한 경우에 나사산형 너트 (2) 는 스틸로부터 제조되고 프로파일링된 튜브로서 구현된 힘 전달 요소 (3) 는 알루미늄으로부터 제조된다.
힘 전달 요소 (3) 는 선형 유닛의 하우징과 관련하여 축방향으로 이동 가능하고 비틀림에 대해 고정되도록 너트 (2) 로부터 떨어진 영역으로 안내된다 (도 1 내지 도 4 에서는 도시 생략). 프로파일링된 튜브는 두개의 구성 요소들의 비틀림 또는 상대적인 축방향 이동 모두가 불가능한 방식으로 피스톤에 기계적으로 고정된다.
도 3 및 도 4 에 도시된 본 발명에 따른 선형 유닛 (7) 의 예시적인 실시형태들에 따르면, 비틀림을 방지하도록 포지티브 인터로킹 지지부는 두개의 구성 요소들 (나사산형 너트 (2) 및 힘 전달 요소 (3)) 의 결합 영역에 부가적으로 제공된다. 도 3 에서 종단면도로 도시된 실시형태에서 지지부는 너트 상에 널링에 의해 형성되고, 즉 축방향 (9) 으로 연장되는 형성된 리세스들은 나사산형 너트 (2) 상에 배열된다. 따라서, 이러한 경우에, 나사산형 너트 (2) 는 널링된다. 클린칭 중에 프로파일링된 튜브 (3) 는 포지티브 인터로크를 형성하는 재료로써 이러한 영역을 충전한다. 이러한 기하학적 형상은 유리하게 변형에 의해 나사산형 너트 (2) 로 도입된다; 프로파일링된 튜브는 코킹 전에 회전 대칭적인 형태로 주어진다.
도 3 에서의 제 2 예시적인 실시형태에서 형성된 리세스들 (5) 은 슬롯 (4) 의 영역에서 너트 상에 배열된다; 도 4 에서의 제 3 예시적인 실시형태에서 형성된 리세스들 (5) 은 전기 모터 측 상에 프로파일링된 튜브를 위해 제한 정지 영역 (6) 에서 너트 (2) 상에 배열된다 (또한 도 1 참조).
대안적으로 나사산형 너트 (2) 는 또한 이들 영역들에서 롤링될 수 있다. 추가의 대안예로서 토크 브레이싱은 또한 종래의 포지티브 인터로크에 의해, 예를 들면 프로파일링된 튜브 상에 러그에 의해 그리고 너트 상에 포켓에 의해 제공될 수 있지만, 두개의 구성 요소들의 기계 가공은 이러한 경우에 보다 많은 경비를 요구할 것이다. 형성된 리세스들에 대안예로서 다각형 형상이 또한 너트 상에 제공될 수 있다.
1 나사산형 스핀들
2 나사산형 너트
3 힘 전달 요소
4 슬롯
5 형성된 리세스
6 제한 정지 영역
7 선형 유닛
8 회전/선형 변환 메카니즘
9 축방향
10 그루브
11 그루브
12 채널
13 복귀 채널

Claims (10)

  1. 축방향으로 작용하는 힘을 인가시키기 위한 선형 유닛 (7) 으로서,
    나사산형 스핀들 (1) 과 나사산형 너트 (2) 를 포함하는 회전/선형 변환 (translation) 메카니즘 (8), 특히 볼 나사, 및 특히 푸시 로드 또는 압력 튜브로서 구현된 힘 전달 요소 (3) 를 갖고,
    상기 나사산형 너트 (2) 및 상기 힘 전달 요소 (3) 는 포지티브 인터로킹에 에 의해, 특히 유극-없는 연결에 의해, 특히 클린칭에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 선형 유닛 (7).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 나사산형 스핀들 (1) 은 유리하게 회전자 및 고정자를 갖는 전기 모터에 의해 구동되고 상기 나사산형 너트 (2) 는 회전할 수 없도록 지지되는 것을 특징으로 하는, 선형 유닛 (7).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 선형 유닛은 유압식 액츄에이터 또는 유압식 압력 소스로서 구현되고, 상기 힘 전달 요소 (3) 는 보어에서 유체 충전된 압력 챔버를 규정하거나 또는 실린더-피스톤 배열체의 유압식 피스톤으로서 구현되는 피스톤 상에 작용하는 것을 특징으로 하는, 선형 유닛 (7).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서,
    특히 상기 힘 전달 요소 (3) 를 마주하는 영역에서 상기 나사산형 너트 (2) 는 슬롯 (4) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 선형 유닛 (7).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 나사산형 너트 (2) 및 상기 힘 전달 요소 (3) 의 상기 포지티브 인터로킹 연결의 제조 시에 상기 힘 전달 요소 (3) 의 재료는 상기 슬롯 (4) 내에 가압되는 것을 특징으로 하는, 선형 유닛 (7).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 한 항에 있어서,
    상기 힘 전달 요소 (3) 는 프로파일링된 튜브로서 구성되는 것을 특징으로 하는, 선형 유닛 (7).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 한 항에 있어서,
    상기 나사산형 너트 (2) 는 상기 힘 전달 요소 (3) 상에서, 특히 포지티브 인터로킹 지지부에 의해 비틀림에 대해 브레이싱 (bracing) 되는 것을 특징으로 하는, 선형 유닛 (7).
  8. 제 7 항에 있어서,
    특히 널링 또는 치형의 형태로 형성된 리세스들 (5) 은 상기 나사산형 너트 (2) 상에, 특히 상기 나사산형 너트와 상기 힘 전달 요소 사이에서의 결합 영역에 배열되는 것을 특징으로 하는, 선형 유닛 (7).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 나사산형 너트 (2) 및 상기 힘 전달 요소 (3) 의 상기 포지티브 인터로킹 연결, 특히 클린칭의 제조 시에, 상기 힘 전달 요소 (3) 는 포지티브 인터로크를 생성하는 상기 형성된 리세스들 (5) 의 영역을 충전하는 것을 특징으로 하는, 선형 유닛 (7).
  10. 특히 제 1 항 내지 제 9 항 중 한 항에 따른 선형 유닛 (7) 의 제조 방법으로서,
    상기 선형 유닛 (7) 은 나사산형 스핀들 (1) 및 나사산형 너트 (2) 를 포함하는 회전/선형 변환 메카니즘 (8), 특히 볼 나사, 및 힘 전달 요소 (3) 를 갖고,
    상기 나사산형 너트 (2) 및 상기 힘 전달 요소 (3) 는 포지티브 인터로킹에 의해, 특히 유극-없는 연결에 의해, 특히 클린칭에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는, 선형 유닛 (7) 의 제조 방법.
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