Sistema de arranque Resumen del capítulo Este capítulo es una explicación de un sistema de arranque. - Resumen - Motor de arranque de reducción - Motor de arranque convencional
Descripción
Resumen
1. Descripción Descripción del motor de arranque Corona dentada
Motor de arranque
Puesto que el motor no puede arrancarse por sí mismo, necesita potencia externa par generar la primera combustión que lo ponga en marcha. Para arrancar el motor, el motor de arranque gira el cigüeñal mediante la corona dentada. El motor de arranque tiene que generar un par extraordinariamente grande a partir de la potencia limitada de la batería; asimismo, debe ser compacto y ligero. Por esta razón, el motor de arranque usa un motor de serie de DC (direct current) *. Para arrancar el motor, el cigüeñal tiene que girar más rápidamente que la velocidad de arranque mínima. La velocidad de arranque mínima necesaria para arrancar el motor difiere según la construcción del motor y de las condiciones de funcionamiento, aunque suele ser de 40 a 60 rpm en los motores de gasolina y de 80 a 100 rpm en los motores diésel.
*Motor en serie de DC (direct cu rrent) El motor en serie DC (direct current) consta de una bobina de campo y una bobina de inducido conectadas en serie; se usa para generar el par máximo cuando el motor de arranque comienza a girar.
(1) De tipo de reducción
2. Tipo Tipo d e motor de arranque (1) De tipo de reducci ón
Armadura
Inducido
• El motor de tipo de reducción usa un motor compacto de alta velocidad. • El motor de arranque de reducción aumenta el par reduciendo la velocidad rotatoria del inducido con el engranaje reductor. • El émbolo del interruptor magnético empuja directamente el engranaje del piñón situado en el mismo eje y hace que se engrane con la corona dentada.
Engranaje motor
(2) De tipo convencional Interruptor magnético
Engranaje del piñón
• El engranaje del piñón está situado en el mismo eje que el inducido, y gira a la misma velocidad. • La palanca de impulsión conectada con el émbolo del interruptor magnético empuja el piñón del engranaje y hace que se engrane con la corona dentada.
(3) De De tipo planetario
• El motor de arranque de tipo planetario usa un engranaje planetario para reducir la velocidad rotatoria del inducido. • El engranaje del piñón engrana con la corona dentada mediante la palanca de impulsión, al igual que en el motor de arranque convencional.
(4) De tipo de conductor de reducción-segmento planetario (PS)
• El motor de arranque de tipo de motor de conductor de reducción-segmento planetario (PS) usa imanes permanentes en la bobina de campo. • El mecanismo de engrane/desengrane funciona del mismo modo que en los motores de tipo planetario.
(3) De tipo planetario
(2) De tipo convencional Interruptor magnético
(4) De tipo de conductor de reducción-segmento planetario (PS)
Interruptor magnético
Interruptor magnético
Palanca de impulsión
Palanca de impulsión
Inducido
Engranaje del piñón
Engranaje del piñón Inducido Armadura
Imán permanente Armadura
Inducido
Engranaje planetario Engranaje del piñón
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Engranaje planetario
Resumen
Características 1. Características Características del mot or en serie de DC (direct (direct c urrent) (1) Relación entre la velocid ad del motor d e arranque, el el par y la cor riente
Velocidad
Velocidad del motor de arranque Par (rpm) (N m) 5000 10
Salida (kW)
Par
Tensión
Tensión (V)
10
10
4000
8
8
8
3000
6
6
6
2000
4
4
4
1000
2
2
2
0
0
0
0
Salida
0
100
200
300
400 (A (A)
Corriente
El circuito de un motor consta básicamente de bobinas. El valor de resistencia dentro del circuito es muy pequeña debido a que solamente existe la resistencia de la bobina. Según la ley de Ohm, el valor de la corriente aumenta extraordinariamente cuando la tensión de la batería (12 V) es constante y la resistencia es pequeña. Por consiguiente, una gran cantidad de corriente fluye hacia el motor de arranque y se produce el par máximo justo después de que el motor de arranque comienza a girar. Puesto que el motor y el generador están construidos de forma similar, se genera una tensión de dirección inversa (fuerza contraelectromotriz) cuando gira el motor, lo que interfiere en el flujo uniforme de la corriente. Debido a que la fuerza contraelectromotriz aumenta paralelamente al aumento de la velocidad del motor de arranque, la corriente que fluye a través del motor disminuye, así como el par y el valor de la corriente.
REFERENCIA: • La relación de engranaje de la corona dentada respecto al engranaje del piñón del motor de arranque es de aproximadamente 1:10 a 1:15. • El rendimiento es bajo justo después de que el motor de arranque comienza a girar debido al elevado par y a la baja velocidad del motor de arranque; sin embargo, el rendimiento aumenta hasta el máximo de acuerdo con el cambio del par y de la velocidad del motor de arranque para disminuir a continuación. El rendimiento describe la línea curva que se muestra en la figura de acuerdo con el cambio de par y de velocidad del motor de arranque.
(2) Relación entre corriente y tensión Cuando arranca el motor de arranque se r educe la tensión del terminal de la batería debido a la gran cantidad de flujo de corriente. En esta circunstancia, no se debe dejar de aprovechar la resistencia interna de la batería. De acuerdo la ley de Ohm, la caída de tensión es mayor cuando el valor de la corriente es mayor. La caída de tensión disminuye con la reducción de la cantidad de corriente que fluye y la tensión de la batería regresa al valor normal.
Motor de arranque de reducción
Componentes El motor de arranque consta de los si guientes componentes.
Subconjunto de la armadura Inducido Escobilla y portaescobillas Engranaje reductor
1. Interruptor magnético 2. Inducido 3. Subconjunto de horquilla 4. Escobilla y portaescobillas 5. Engranaje reductor 6. Embrague de rueda libre 7. Engranaje del piñón y husillo helicoidal
Interruptor magnético Engranaje del piñón y husillo helicoidal
Embrague de rueda libre
Motor de arranque de reducción 1. Interruptor magnético
Contacto principal
Pistón
Resorte de retorno
Construcción 1. Interruptor magnético El interruptor magnético actúa como interruptor principal de la corriente que fluye al motor y empuja y estira el engranaje del piñón para controlarlo. La bobina de tiro está enrollada con un cable más grueso que la bobina de retención, por lo que la fuerza magnetomotriz de la primera es mayor que la de la segunda.
2. Inducido Inducido y ro damiento damiento de b olas Resorte de accionamiento
Eje del pistón Bobina de tiro
Bobina de retención
El inducido genera una fuerza de rotación motriz y el rodamiento de bolas soporta la rotación a alta velocidad del inducido.
3. Subconjunto Subconjunto de horquilla El subconjunto de horquilla produce el campo magnético necesario para que pueda funcionar el motor. Asimismo, Asimismo, funciona como carcasa de la bobina de campo, núcleo y paso de las líneas de fuerzas magnéticas. La bobina de campo está conectada al inducido en serie.
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Motor de arranque de reducción 2. Inducido y rodamiento de bolas
Construcción Cojinete de bolas
Bobina del inducido
3. Subconjunto de horquilla Armadura Escobilla
Núcleo magnético
Cojinete de bolas Conmutador
Núcleo del inducido
Bobina de campo
4. Escobilla y portaescobillas Portaescobillas
Masa de la carrocería
Escobilla Resorte de la escobilla
4. Escobilla y portaescobillas Los muelles de las escobillas presionan las escobillas contra el conmutador, lo que permite que la corriente fluya desde la bobina al inducido con una dirección fija. Las escobillas son de cobre-carbono, que tiene una excelente conductividad y resistencia contra la abrasión. Los muelles de las escobillas contrarrestan el exceso de revolución del inducido y, al presiona las escobillas, detienen la revolución del inducido justo después de que se pare el motor de arranque.
OBSERVACIÓN: Los muelles debilitados o las escobillas desgastadas pueden reducir el contacto eléctrico entre las escobillas y los segmentos del conmutador. El exceso de resistencia resultante en los puntos de contacto reduce el suministro de corriente al motor, impidiendo impidiendo así la acumulación de par.
5. Engranaje Engranaje reduc tor El engranaje reductor transmite la fuerza de revolución del motor al engranaje del piñón al mismo tiempo que aumenta el par y reduce la velocidad del motor. El engranaje reductor reduce la revolución del motor en una proporción de 1/3-1/4 y tiene incorporado un embrague de rueda libre.
5. Engranaje reductor
6. Embrague Embrague de ru eda libre
Engranaje motor Engranaje reductor Engranaje intermedio
Cojinete de bolas
Engranaje del embrague
• El embrague de rueda libre transmite la rotación del motor al motor a través del engranaje del piñón. • A fin fin de evitar que se rompa el motor de arranque debido a la revolución a alta velocidad resultante del arranque del motor, el embrague de rueda libre es de tipo unidireccional provisto de rodillos.
7. Engranaje Engranaje del del piñón y hu sillo helicoidal Cojinete de bolas
6. Embrague de rueda libre
El engranaje del piñón y la corona dentada se engranan firmemente entre sí y, de este modo, transmiten la fuerza de revolución del motor de arranque al motor. El engranaje del piñón es ahusado para que el engranaje sea perfecto. El husillo helicoidal convierte la fuerza de revolución del motor en la fuerza motriz del piñón y también soporta el engrane y desengrane del engranaje del piñón.
7. Engranaje del piñón y husillo helicoidal Rodillo del embrague
Eje estriado interiormente
Eje estriado interiormente Engranaje del piñón
Husillo helicoidal Eje del piñón Resorte de retorn Engranaje del piñón
Corona dentada
Engranaje del embrague
Eje del piñón
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Motor de arranque de reducción
Funcionamiento 1. Interruptor magnético
Interruptor magnético
(1) Generalidades El interruptor magnético tiene dos funciones. • ON/OFF del motor • Engrane y desengrane del engranaje del piñón Asimismo, el interruptor interruptor magnético efectúa efectúa tres pasos cuando se acciona acciona el motor de arranque. • Atrae hacia dentro • Mantiene dentro • Retorno La figura de la izquierda ilustra el funcionamiento del interruptor magnético.
CONSEJO PARA EL MANTENIMIENTO:
Diagrama de cableado interno Bobina Bob ina de de campo campo
Bobina Bobi na de atrac atracció ción n
Contacto principal
Pistón
Bobina de retención
Placa de contacto
Interruptor de encendido
• Si hay un cortocircuito en la bobina de tiro, ésta no podrá estirar el émbolo, por lo que aparecerá el síntoma de que no se puede arrancar el motor de arranque (ausencia de sonido de funcionamiento del interruptor magnético). • Si el contacto principal es deficiente, la corriente tendrá dificultades para fluir hacia la bobina de campo y hacia la bobina del inducido, con lo que se ralentizará la revolución del motor de arranque. • Si hay un circuito abierto en la bobina de retención, ésta no podrá retener el émbolo, causando así la entrada y salida reiterada del émbolo.
2 funciones Acoplamiento/ desacoplamiento del engranaje del piñón
Motor ON/OFF
3 pasos
Atracción
Se enciende
Se acopla
Mantenimiento
Se mantiene encendido
Transmite la fuerza giratoria
Retorno
Se apaga
Se desacopla
(2) Funcion amiento <1> Tiro Cuando se pone el interruptor de encendido en la posición START, START, la corriente de la batería fluye hacia las bobinas de tiro y de retención. A continuación la corriente fluye desde la bobina de tiro hacia la bobina del inducido, a través de la bobina de c ampo, haciendo girar la bobina del inducido a baja velocidad. La generación de fuerza magnetomotriz en la bobina de retención y en la bobina de tiro magnetiza el núcleo, con lo que se atrae el émbolo del interruptor magnético hacia el interior del núcleo. Mediante esta operación de tiro, el engranaje del piñón es empujado hacia afuera y se engrana con la corona dentada y la placa de contacto activa el contacto principal. La figura de la izquierda representa el flujo de c orriente en el paso de tiro.
CONSEJO PARA EL MANTENIMIENTO: Con el fin de mantener una tensión suficiente para accionar el interruptor magnético, algunos modelos incorporan un relé de motor de arranque entre el interruptor de encendido y el interruptor magnético.
Batería
Interruptor de encendido
Bobina de retención
Bobina de atracción
Toma de tierra
Bobina de campo
Bobina del inducido
Toma de tierra
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Motor de arranque de reducción
Funcionamiento <2> Retención Cuando se activa el contacto principal no hay flujo de corriente a través de la bobina de tiro y tanto la bobina de campo como la bobina de inducido reciben corriente directamente de la batería. Entonces la bobina del inducido inicia una revolución a alta velocidad y se pone en marcha el motor. motor. En este momento el émbolo se mantiene en posición únicamente por la fuerza magnética ejercida por la bobina de retención, puesto que no pasa corriente por la bobina de tiro. La figura de la izquierda representa el flujo de corriente en el paso de retención.
Batería
Interruptor de encendido
Placa de contacto
Bobina de retención
Bobina de campo
Toma de tierra
Bobina del inducido
Toma de tierra
<3> Retorno Cuando se pone el interruptor de encendido desde la posición START START a la posición ON, la corriente fluye desde el lado del contacto principal hasta la bobina de retención a través de la bobina de tiro. En este momento, debido a que la fuerza magnética creada por las bobinas de tiro y de retención se cancelan entre sí, las bobinas pierden la capacidad de retener el émbolo. Por tanto, el muelle de retorno tira del émbolo desactivando así el contacto principal y deteniendo la revolución del motor de arranque. La figura de la izquierda representa el flujo de corriente en el paso de retorno.
Batería
Placa de contacto
Bobina de tiro
Bobina de campo
Bobina de retención
Bobina del inducido
Toma de tierra
Toma de tierra
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Motor de arranque de reducción
Funcionamiento 2. Embrague Embrague de ru eda libre
Resorte Rodillo del embrague del embrague Eje estriado (interior)
Rodillo del embrague
Engranaje del piñón
Resorte de retorno
Eje de piñón
Engranaje del embrague (exterior)
Eje estriado (interior)
Engranaje del embrague (exterior)
(1) Funcionamiento <1> Mientras arranca el moto r
<1> Mientras arranca el motor
Cuando el engranaje del embrague (exterior) gira más rápidamente que el eje de empalme (interior), se fuerza la entrada de los rodillos del embrague en la sección más estrecha, con lo que se transmite la fuerza de giro del engranaje del embrague al eje de empalme.
<2> Después de arrancar el mot or Cuando el eje de empalme (interior) gira más rápidamente que el engranaje del embrague, se fuerza la entrada de los rodillos del embrague en la sección más ancha, con lo que el engranaje del embrague girará desembragado.
CONSEJO PARA EL MANTENIMIENTO: Si el embrague unidireccional que funciona como embrague de rueda libre desliza, el motor no podrá arrancarse incluso si gira el motor de arranque.
<2> Después de arrancar el motor
Inducido
3. Mecanismo Mecanismo de engrane/desengrane (1) Generalidades El mecanismo de engrane/desengrane tiene dos funciones. • Engrana el engranaje del piñón con la corona dentada. • Desengrana el engranaje del piñón de la corona dentada.
Fuerza giratoria
Empuje
Impulso desde el interruptor magnético
Husillo helicoidal
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Motor de arranque de reducción
Funcionamiento (2) Mecanismo Mecanismo d e engrane El muelle impulsor se comprime cuando las caras del extremo del engranaje del piñón y de la corona dentada entran en contacto mediante la acción de tiro del interruptor magnético. A continuación se activa el contacto principal y aumenta la fuerza de giro del inducido. Además, el husillo helicoidal convierte la fuerza de giro en impulso a fin de empujar hacia fuera el engranaje del piñón. En otras palabras, el engranaje del piñón se engrana con la corona dentada mediante la fuerza de tiro del interruptor magnético, la fuerza de giro del inducido y el impulso del husillo helicoidal.
Engranaje del piñón
Corona dentada
CONSEJO: El engranaje del piñón y la corona dentada son ahusadas para que se engranen fácilmente.
Biselado
(3) Mecanismo Mecanismo de desengrane Cuando el engranaje del piñón hace girar la corona dentada, se aplica una elevada presión en las superficies dentadas de ambos engranajes. Puesto que la velocidad de giro del motor (corona dentada) es mayor que la del engranaje del piñón cuando se arranca el motor, la corona dentada comienza a hacer girar el engranaje del piñón. Además, el husillo helicoidal convierte la fuerza de giro en impulso a fin de desengranar el engranaje del piñón. El mecanismo del embrague de rueda libre impide que la fuerza de giro del motor de arranque sea transmitida al engranaje del piñón haciendo que la corona dentada haga girar el engranaje del piñón. Por consiguiente, las presiones aplicadas sobre ambos engranajes disminuyen lo que facilita el desengrane del piñón. Debido a la liberación de la fuerza de tiro del interruptor magnético, el muelle de retorno comprimido empuja hacia atrás el engranaje del piñón y lo desengrana de la corona dentada.
Husillo helicoidal
Fuerza giratoria Empuje
Resorte de retorno
Presión (baja)
Presión para desacoplar el engranaje del piñón (baja)
Velocidad giratoria (igual)
Resorte de retorno
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Motor de arranque convencional
Otras construcciones de un motor de arranque arranque De tipo convencional
Engrane/desengrane del engranaje del piñón
Tipo reductor
Interruptor magnético
Tipo convencional
Interruptor magnético y palanca de impulsión
Mecanismo reductor de velocidad
Sí
Mecanismo de freno
No
No
Sí, No
1. Diferencia Diferenciass de cons trucción entre el tipo convencional y el tipo reductor (figura de la izquierda) 2. Engrane/Dese Engrane/Desengrane ngrane del engranaje del piñ ón (1) Interruptor magnético La construcción de un interruptor magnético de tipo convencional es esencialmente la misma que la de tipo reductor. Sin embargo, este tipo estira el émbolo para engranar y desengranar el engranaje del piñón, mientras que el de tipo reductor lo empuja.
(2) Palanca de impulsi ón
La palanca de impulsión transmite el movimiento del interruptor magnético al engranaje del piñón. Mediante este movimiento, el engranje del piñón engrana y desengrana con la corona dentada.
(3) Muelle de impulsi ón
El muelle de impulsión está incorporado en la palanca de impulsión del interruptor magnético. El muelle de impulsión del tipo convencional funciona del mismo modo que el muelle de retorno del tipo reductor.
Interruptor magnético
Palanca de impulsión
3. Mecanismo reductor de velocidad
Muelle de impulsión
Puesto que el tipo convencional es capaz de obtener s uficiente par para arrancar el motor gracias al inducido de gran tamaño, no es necesario un mecanismo reductor de velocidad para este tipo. Por esta razón, el inducido está conectado directamente con el engranaje del piñón.
Placa de bloqueo
4. Mecanismo Mecanismo d e freno (1) Generalidades Ciertos tipos convencionales están dotados de un mecanismo de freno, que detiene el giro del motor cuando éste no consigue arrancar. El mecanismo de freno también controla la alta velocidad del motor justo después de que el motor haya arrancado.
REFERENCIA:
Inducido
Aparte de los motores motores de arranque de tipo convencional y de tipo reductor, reductor, los de de otros Muelle tipos no están provistos de un mecanismo de freno por las siguientes razones: del freno • El escaso peso del inducido y la baja fuerza de inercia. Bastidor del extremo del conmutador • Gran presión de la escobilla. • El engranaje reductor de velocidad causa fricción. No obstante, existen ciertos motores de arranque de gran tamaño (tipo 24 V) que están provistos de un mecanismo de freno eléctrico.
(2) Funcion amiento El muelle del freno y la placa de bloqueo empujan el inducido contra el bastidor del extremo del conmutador para producir el efecto de freno.
Engrane/desengrane del engranaje del piñón
Tipo reductor
Interruptor magnético
De tipo planetario
Mecanismo de de reducción de la velocidad
Mecanismo de freno
Sí
No
1. Diferencia Diferenciass de cons trucción entre el el tipo planetario, planetario, el tipo reductor y el tipo convencional (figura de la izquierda) 2. Engrane/Desengrane Engrane/Desengrane del engranaje del pi ñón (1) Muelle de impulsió n
Tipo convencional
No
Sí, No
Sí
No
Interruptor magnético y palanca de impulsión Tipo planetario
El muelle de impulsión está incorporado en el interruptor magnético. El muelle de impulsión funciona del mismo modo que el de tipo reductor y el de tipo convencional.
OBSERVACIÓN: El interruptor magnético y la palanca de impulsión funcionan del mismo modo que los de tipo convencional.
Muelle de impulsión (integrado en el interruptor magnético)
Palanca de impulsión
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Motor de arranque convencional
Otrass constr ucciones de un motor de arranque Otra arranque 3. Mecanismo reductor de velocidad (1) (1) Construcció n
Engranaje solar: accionamiento
Engranaje planetario: reducción Inducido
Transportador planetario
Engranaje solar
Transportador planetario: salida
El transportador planetario tiene tres engranajes planetarios. Los engranajes planetarios se engranan con el engranaje solar en su parte interior y con el engranaje interior por su parte exterior. Normalmente, el engranaje interno está fijo y no gira.
(2) Características
La relación de reducción del tipo planetario es de 1:5 y el inducido es más pequeño y su velocidad es mayor que los de tipo reductor. Para conseguir un funcionamiento silencioso, el engranaje interno usa materiales plásticos. El tipo planetario incorpora un dispositivo de amortiguación que absorbe el exceso de par para evitar la rotura del engranaje interno.
Engranaje interno Engranaje planetario
(3) Funcionamiento Velocidad del engranaje solar
Cuando el inducido impulsa el engranaje solar, el engranaje planetario gira junto con el engranaje interno y luego gira el transportador planetario. Por consiguiente, la velocidad del transportador planetario con el engranaje planetario disminuye, con lo que aumenta el par aplicado sobre el engranaje del piñón.
0 Velocidad del transportador planetario
0
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Motor de arranque convencional
Otrass constr ucciones de un motor de arranque Otra arranque REFERENCIA: Dispositivo de amortiguación: Al girar el engranaje interno se desliza la placa placa del embrague engranada con el engranaje interno, con lo que se absorbe el exceso de par.
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Electricidad 1
Sistema de arranque
Pregunta-1
Para cada uno de los siguientes tipos de motor de arranque (1 - 4), seleccione la afirmacióncorrecta (a - d).
1. De tipo de reducción
2. De tipo convencional
3. De tipo planetario
4. De tipo de reducción planetaria-motor conductor de segmento (PS)
a) Este tipo no incorpora una palanca de impulsión. b) Este tipo usa imanes permanentes como bobina de campo. de velocidad. c) Este tipo no incorpora un mecanismo reductor de
d) Los engranajes planetarios reducen la velocidad del inducido. La bobina de campo y el inducido están conectados en serie. Pregunta-2
¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre las características de un motor de serie DC es Verdadera? l k m 1. n j
El par motor aumenta según el aumento de la velocidad del motor.
l k m 2. n j
El par moto motorr dismin disminuye uye segú según n el aumen aumento to de la la corrie corriente nte..
l k m 3. n j
El par motor máximo se obtiene cuando el motor comienza a girar.
l k m 4. n j
La corriente aumenta a medida que el motor gira más rápidamente.
Pregunta-3
Para cada uno de los siguientes componentes (1 - 4), seleccione la afirmación correcta (a - d).
1. Interruptor magnético
2. Inducido
3. Subconjunto de horquilla
4. Engranaje reductor/Engranaje planetario
a) Reduce la velocidad de rotación del inducido para aumentar el par. par. b) Sirve de interruptor principal para la corriente que fluye al motor. interior. c) Incorpora las bobinas de campo en su interior.
d) Rota para girar el engranaje del piñón. Pregunta-4
¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el funcionamiento del interruptor magnético es Falsa? l k m 1. n j
Tiro
l k m 2. n j
Retorno
l k m 3. n j
Reducción de la velocidad
l k m 4. n j
Retención
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