BRPI0611911A2 - articulação esférica - Google Patents

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Manfred Buhl
Ralf Kunze
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Zahnradfabrik Friedrichshafen
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Abstract

ARTICULAçãO ESFéRICA. A presente invenção refere-se a uma articulação esférica, por exemplo, para um sistema de eixo de um veículo automóvel. A articulação esférica apresenta uma caixa da articulação (2), em essência em forma de anel ou vaso, sendo que no espaço interno da caixa da articulação (2), está recebida de maneira móvel por deslize a esfera (7), de um pino esférico (1). De acordo com a invenção a articulação esférica se destaca pelo fato, que a caixa da articulação (2), consiste em uma meia-concha da caixa do lado do pino esférico, e de uma meia-concha da caixa do lado da tampa da caixa (4, 5). Neste caso, ambas as meias-conchas da caixa (4, 5), apre- sentam cada vez um encosto axial (9) em essência circundante. Através do encosto axial (9), as meias-conchas da caixa (4, 5), podem ser levadas a encostar-se uma à outra de maneira exatamente definida na direção axial. A articulação esférica de acordo com a invenção pode ser domi- nada bem com respeito à reprodutibilidade das tolerâncias na fabricação, e pode ser fabricada ao mesmo tempo de maneira favorável em termos de custos. Além disso, através da invenção, pode ser aumentada na capacida- de de suporte específica da articulação esférica e, respectivamente, podem ser reduzidas as medidas da articulação esférica.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ARTICULAÇÃO ESFÉRICA".
DESCRIÇÃO
A presente invenção refere-se a uma articulação esférica, porexemplo, para um sistema de eixo ou uma suspensão da roda de um veículoautomóvel, de acordo com o termo genérico da reivindicação de patente 1.
Articulações esféricas do gênero inicialmente mencionadas seutilizam de maneira exemplar, no entanto, de maneira nenhuma exclusiva-mente, no chassi e na região da suspensão da roda ou da direção, respecti-vamente, de veículos automóveis, por exemplo, como suspensão articuladaou como articulação de guia.
Articulações esféricas de acordo com o gênero, de acordo com oestado da técnica, apresentam usualmente uma caixa em uma só peça, as-sim como uma chumaceira disposta dentro desta, na maior parte dos casosde um material de polímero. Para a fixação da chumaceira, na maioria doscasos uma região axial frontal da caixa se deforma de tal maneira, que achumaceira e a esfera são unidas por prensagem e encerradas, respectiva-mente, sob uma determinada tensão prévia.
Outras maneiras de construção de articulações esféricas de a-cordo com o gênero dispõem também de uma caixa da articulação em umasó peça, sendo que dentro da caixa da articulação está disposta uma chu-maceira em duas partes, a qual consiste também usualmente em materialsintético. O fechamento da caixa da articulação e, respectivamente, a fixa-ção da chumaceira na caixa, ocorre neste caso de maneira semelhante co-mo no caso das articulações esféricas conhecidas com chumaceira em umasó peça.
No entanto, no caso de articulações esféricas conhecidas destegênero ocorre na fabricação o problema, que na ocasião do fechamento dacaixa, que se realiza como descrito em geral por meio de deformação deuma região parcial da caixa da articulação, a posição da chumaceira esféricadentro da caixa da articulação assim como especialmente as condições detensão prévia entre a chumaceira e a esfera da articulação, não podem serdominadas ou reproduzidas, respectivamente, de maneira ótima.
O nível das forças de tensão prévia dentro da articulação esféri-ca, e inerente a estas o parâmetro funcionalmente importante do momentobasculante necessário para o movimento da esfera da articulação dentro dachumaceira esférica, dependem no caso das articulações esféricas conheci-das, por conseguinte, em essência da meticulosidade do processo de de-formação. Conseqüentemente, no caso das articulações esféricas conheci-das do estado da técnica, existe uma faixa de dispersão correspondente-mente larga dos valores do momento basculante. Especialmente no caso deutilizações exigentes, tolerâncias deste gênero dos valores do momentobasculante, no entanto, se aceitam cada vez menos.
Com vista a este fundamento é tarefa da presente invenção criaruma articulação esférica, com a qual podem ser vencidas as desvantagensmencionadas do estado da técnica. Especialmente, a articulação esféricadeve apresentar tolerâncias menores possíveis, especialmente com vista aomomento basculante, as quais são confiavelmente controláveis em termosde técnica de fabricação.
Esta tarefa é solucionada por meio de uma articulação esférica,com as características da reivindicação de patente 1. Formas de execuçãopreferidas são objeto das reivindicações dependentes.
A articulação esférica de acordo com a invenção compreendeinicialmente uma vez de maneira em princípio conhecida uma caixa da arti-culação, com um espaço interno, na maioria dos casos em essência em for-ma de vaso ou de cilindro, sendo que no espaço interno da caixa da articula-ção está recebida de maneira móvel por deslize, a esfera da articulação daarticulação esférica.
No entanto, de acordo com a invenção a articulação esférica sedestaca pelo fato, que a caixa da articulação, em relação ao eixo longitudinaldo pino esférico em sua posição neutra, consiste em uma meia-concha dacaixa do lado do pino esférico, assim como de uma meia-concha da caixa dolado da tampa da caixa. Neste caso, ambas as meias-conchas da caixa, pormeio de cada vez um encosto em essência circundante em forma de anel,podem ser levadas a encostar-se uma à outra de maneira exatamente defi-nida na direção do eixo da caixa da articulação. Neste caso, o termo "meias-conchas da caixa" só deve significar analogamente, que a caixa da articula-ção é executada da maneira característica reivindicada em duas partes,sendo que as "meias-conchas da caixa" de maneira nenhuma têm que apre-sentar o mesmo tamanho ou a mesma forma.
Isso significa em outras palavras, que na ocasião da montagemda articulação esférica de acordo com a invenção, em virtude dos encostoscorrespondentes em termos de forma um em relação ao outro, dispostoscada vez em ambas as meias-conchas da caixa, ocorre sempre um posicio-namento absolutamente exato de ambas as meias-conchas da caixa, na di-reção do eixo da caixa da articulação. Desta maneira, no entanto, tambémestá garantido um volume interno da caixa da articulação sempre exatamen-te igual à diferença do estado da técnica,, o que leva por sua vez a condi-ções da tensão prévia que podem ser reproduzidas exatamente, entre a cai-xa da articulação e a esfera da articulação e, respectivamente, entre umachumaceira disposta dentro da caixa da articulação e a esfera da articulação.
Além disso, as meias-conchas da caixa dispõem de preferênciacada vez de um encosto radial, também em essência circundante. Nestecaso, os encostos radiais que correspondem em termos de forma um ao ou-tro, garantem que as meias-conchas da caixa se encostam uma à outratambém em direção radial de maneira exatamente definida e centrada.
Neste caso, primeiramente é insignificante para a realização dainvenção, se a articulação esférica também apresenta separadamente umachumaceira, de que material e em que sistema de construção está eventu-almente executado a chumaceira, ou se uma chumaceira eventualmenteexistente está configurada de uma ou duas partes.
No entanto, de acordo com uma forma de execução especial-mente preferida, pelo menos uma meia-concha da caixa, de preferência am-bas as meias-conchas da caixa, formam ao mesmo tempo cada vez direta-mente uma parte da chumaceira para a esfera da articulação. Isso significaem outras palavras, que uma ou ambas as metades da caixa da articulação,sem uma chumaceira separadamente intercalada, representam em seu ladointerno ao mesmo tempo a superfície de apoio para a esfera da articulação.
Deste modo, primeiramente deixa de ser necessária a previsãoadicional de uma chumaceira separada, pelo qual já podem ser economiza-dos dispêndio e custos correspondentes. Além disso, desta maneira podemser obtidas tolerâncias ainda mais reduzidas das medidas, assim como es-pecialmente no caso das inerentes forças de tensão prévia e torques máximos.
Uma vez que deste modo não é mais necessária nenhuma chu-maceira adicional entre a esfera da articulação e a caixa da articulação, qualchumaceira de acordo com o estado da técnica, também por causa da ne-cessidade no estado da técnica exigida da compensação de tolerância, namaioria dos casos consiste em um material de polímero, que é relativamentepouco solicitável, então pode, além disso, ser aumentada essencialmente apressão superficial admissível entre o emparelhamento metálico de esferada articulação e caixa da articulação. Disso pode ser deduzido um prolon-gamento da vida útil, um aumento da capacidade de solicitação com medi-das iguais, ou também uma redução das medidas e do peso da articulaçãoesférica. Tudo isso traz proveito favorável para um melhoramento das condi-ções custo-benefício da articulação esférica.
Também os problemas que ocorrem freqüentemente no caso doestado da técnica, com a fixação correta da chumaceira dentro da articula-ção esférica com observação simultânea das forças de tensão prévia previs-tas, entre a chumaceira e a esfera da articulação, são eliminados totalmentepor meio de uma articulação esférica, na qual as meias-conchas da caixarepresentam ao mesmo tempo diretamente a chumaceira.
Neste caso, a meia-concha da caixa que forma a chumaceira ouambas as meias-conchas da caixa que formam a chumaceira, respectiva-mente, apresentam de maneira especialmente preferida na região de suassuperfícies de contato com a esfera da articulação, uma têmpera superficial.Em virtude da têmpera superficial, que de preferência está configurada emforma de uma têmpera indutiva, as pressões superficiais admissíveis entre acaixa da articulação e a esfera da articulação podem ser ainda aumentadasconsideravelmente. Por conseguinte, a articulação esférica pode ser diminu-ída ainda mais com capacidade de solicitação igual, ou pode ser aumentadaa carga nominal da articulação esférica, com medidas inalteradas. Além dis-so, desta maneira podem ser obtidos coeficientes de fricção ainda mais re-duzidos, e uma largura de dispersão ainda mais reduzida do momento bas-culante da articulação esférica, assim como um prolongamento considerávelda vida útil da articulação esférica.
De acordo com uma outra forma de execução especialmentepreferida da invenção, o espaço interno da caixa da articulação apresentaum rebaixo circundante em forma anelar. Neste caso, no rebaixo circundanteestá disposto um elemento anelar de material de polímero elástico, sendoque o elemento anelar se encontra de preferência sob uma tensão préviadefinida.
Esta forma de execução é vantajosa, contanto que desta manei-ra possa ser obtida uma definição especialmente exata da tensão prévia de-sejada, e do momento de fricção e do momento basculante desejados, res-pectivamente, da articulação esférica. Também podem ser ajustados destamaneira no caso de uma articulação esférica valores que podem ser especi-ficados exatamente, para o amortecimento de choques e de vibrações, res-pectivamente, adicionalmente o elemento anelar pode ser utilizado comocompensação de desgaste para a usura que é de se esperar, das superfí-cies de apoio da esfera da articulação e da caixa da articulação, respectivamente.
A invenção é primeiramente realizada independentemente dofato, de que maneira ocorre de maneira construtiva a conexão de ambas asmeias-conchas da caixa, contanto que esteja garantida a coesão confiáveldas meias-conchas da caixa no caso das solicitações que são de se esperarna ocasião da operação da articulação esférica.
No entanto, de acordo com uma forma de execução preferida daforma de execução da invenção está previsto, que ambas as meias-conchasda caixa apresentam um aparelhamento correspondente de uma rosca inter-na e uma rosca externa. Deste modo pode realizar-se uma montagem sim-ples, exata e confiável de ambas as meias-conchas da caixa por meio deaparafusamento, depois que a esfera da articulação está disposta dentro doespaço interno, formado por ambas as meias-conchas da caixa. Neste caso,faces lisas para assentar a chave são dispostas em ambas as meias-conchas da caixa, através das quais pode ser transmitido o torque, necessá-rio para o aparafusamento, para as meias-conchas da caixa.
De acordo com uma forma de execução alternativa da invenção,uma das meias-conchas da caixa apresenta um recorte posterior que passaem essência de maneira circundante. A outra meia-concha da caixa dispõena montagem da articulação esférica de uma saliência que passa em essên-cia também de maneira circundante. Neste caso, na articulação esféricacompletamente montada, o recorte posterior da primeira meia-concha dacaixa é pego por trás por fecho pela forma pela saliência da segunda meia-concha da caixa, de tal maneira, que ambos os encostos circundantes dasmeias-conchas da caixa são prensadas firmemente uma sobre a outra.
Neste caso, a saliência circundante pode ser produzida, por e-xemplo, por união por prensagem, laminação frontal ou rolagem do lado defrente, de uma meia-concha da caixa.
Deste modo pode ser fabricada, de maneira especialmente rápi-da e com isso favorável em termos de custos, uma conexão entre ambas asmeias-conchas da caixa, enquanto ao mesmo tempo, graças aos encostosde acordo com a invenção de ambas as meias-conchas da caixa, continuasendo garantido um posicionamento mútuo exato das meias-conchas da caixa.
De acordo com uma outra forma de execução também especi-almente preferida, a articulação esférica é uma articulação axial. Neste caso,de preferência a meia-concha da caixa no lado da tampa, por conseguinte ameia-concha da caixa afastada da abertura para o pino da caixa da articula-ção, está configurada em uma só peça com um elemento de junção. No ca-so do elemento de junção pode tratar-se especialmente, no entanto, de ma-neira nenhuma exclusivamente, de uma rosca fêmea ajuntada por molda-gem em uma só peça ou de um pino roscado ajuntado por moldagem emuma só peça, respectivamente. Desta maneira a articulação esférica estárealizada como articulação axial, com um número especialmente pequenode componentes, o que por sua vez reverte em favor de uma produção emontagem favoráveis em termos de custos, assim como de uma operaçãoconfiável da articulação esférica.
Em seguida será explicada mais detalhadamente a invençãoatravés de desenhos, que representam somente exemplos de execução.
Neste caso mostram:
a figura 1 em representação esquemática, parcialmente cor-tada, uma forma de execução de uma articulação esférica de acordo com ainvenção;
a figura 2 em uma representação que corresponde à figura1, uma outra forma de execução, de uma articulação esférica de acordo coma invenção;
a figura 3 em uma representação que corresponde às figu-ras 1 e 2, uma terceira forma de execução, de uma articulação esférica deacordo com a invenção; e
a figura 4 em uma representação que corresponde às figu-ras 1 a 3, uma quarta forma de execução, de uma articulação esférica deacordo com a invenção.
A figura 1, mostra em representação esquemática, cortada par-cialmente em corte longitudinal, uma primeira forma de execução de umaarticulação esférica, de acordo com a presente invenção.
Observa-se primeiramente, que no caso da articulação esféricade acordo com a figura 1, se trata de uma articulação axial, que apresentaum pino esférico 1, assim como uma caixa da articulação 2, e além disso umfole de vedação 3. Neste caso, a caixa da articulação 2, no entanto, estáconfigurada em duas peças e compreende ambas as meias-conchas da cai-xa 4 e 5.
Ambas as meias-conchas da caixa 4 e 5, são aparafusadas umacom a outra por meio de uma rosca 6, e desta maneira formam não só aprópria caixa da articulação, mas ao mesmo tempo também a superfície deapoio em si para a esfera da articulação 7. Um posicionamento relativo exatoe que pode ser reproduzido, de ambas as meias-conchas da caixa 4 e 5, égarantido por meio de um encosto radial, onde está marcado com 8, assimmediante um encosto axial e uma centragem axial por meio de ajuste, ondeestá marcado com 9, respectivamente.
A articulação esférica compreende, além disso, no caso do pre-sente exemplo de execução um elemento anelar elástico 10, fabricado deum material elastomérico, que está disposto sob uma tensão prévia definida,dentro de uma ranhura anelar circundante da meia-concha da caixa 5. Gra-ças ao elemento anelar 10, pode ser definida construtivamente, de maneiraespecialmente exata assim como com a reprodutibilidade mais alta, a tensãoprévia desejada da articulação esférica e o momento de fricção e o momentobasculante previstos, respectivamente, quando do movimento da articulaçãoesférica.
Da mesma maneira, podem ser exatamente especificados e a-justados, respectivamente, os valores previstos para um amortecimento dechoques e de vibrações, respectivamente, da articulação esférica e, alémdisso, o elemento anelar pode ser utilizado para a compensação do desgas-te, que ocorre com o tempo em virtude da usura, das superfícies de apoio daesfera da articulação e da caixa da articulação.
Na figura 1, se observa, além disso, que a meia-concha da caixadireita em relação ao desenho 5, apresenta um pino roscado 11, ajuntadopor moldagem em uma só peça, por meio do qual a articulação axial repre-sentada pode ser unida de maneira confiável com componentes adjacentes.Finalmente pode ser observado, que ambas as meias-conchas da caixa 4 e5, são providas com faces lisas para assentar a chave 12, 13, que servempara a introdução de força do torque, necessário na ocasião da montagemda articulação esférica, para o aparafusamento de ambas as meias-conchasda caixa 4 e 5.
A articulação esférica, de acordo com a figura 2, se distingue daforma de execução de acordo com a figura 1, em essência somente pelaposição do encosto radial 8, e da ranhura anelar e do elemento anelar 10,respectivamente. Diferentemente em relação à figura 1, no caso da articula-ção esférica de acordo com a figura 2, o encosto radial 8 está disposto naregião extrema axial da meia-concha da caixa 4. A ranhura anelar para arecepção do elemento anelar elástico 10, a qual, no caso da articulação es-férica de acordo com a figura 1, está formada por um rebaixo na meia-concha da caixa 5, obtém-se no caso da articulação esférica de acordo coma figura 2, somente através da interação de ambas as meias-conchas dacaixa 4 e 5.
Uma outra forma de execução de uma articulação esférica deacordo com a invenção, por sua vez em forma de uma articulação axial, estárepresentada na figura 3. A diferença essencial entre as formas de execuçãode acordo com as figuras 1 e 2, e a forma de execução de acordo com a fi-gura 3, consiste no fato, que a união de ambas as meias-conchas da caixa 4e 5, no caso da articulação esférica de acordo com a figura 3, não se realizapor meio de um aparafusamento, mas por meio de deformação plástica dameia-concha da caixa 4, no lado do pino.
A deformação, a qual pode ser produzida, por exemplo, por meiode união por prensagem ou laminação frontal, se realiza neste caso dentroda região no lado frontal da meia-concha da caixa 4 no lado do pino, deno-minada com o número de referência 14. Por meio desta deformação se pro-duz na região do lado de frente da meia-concha da caixa 4 uma saliênciacircundante em forma de anel, que pega por trás através de fecho pela for-ma, onde está marcado com número de referência 14, um recorte posteriortambém circundante da meia-concha da caixa 5, de tal maneira, que ambasas meias-conchas da caixa 4 e 5, são unidas uma com a outra de maneirainseparável. Neste caso, tanto os encostos axiais 9, como também os encos-tos radiais e ajustes 8, respectivamente, de ambas as meias-conchas dacaixa 4 e 5, são prensados firmemente uns sobre os outros, assim que égarantida uma posição relativa exatamente definida de ambas as meias-conchas da caixa 4 e 5.A figura 4, mostra finalmente a quarta forma de execução deuma articulação esférica de acordo com a invenção, a qual por sua vez tam-bém está configurada como articulação axial. A articulação axial de acordocom a figura 4, corresponde em suas características essenciais à articulaçãoaxial de acordo com a figura 3, no entanto, distingue-se desta pelo fato que,onde está marcado com número de referência 14, não como no caso da arti-culação axial de acordo com a figura 3, a meia-concha da caixa 4 no lado dopino, circunda a meia-concha da caixa 5 no lado da tampa, mas que aqui,pelo contrário, de maneira invertida a meia-concha da caixa 4 no lado dopino, é circundada pela meia-concha da caixa 5 no lado da tampa. A uniãopor prensagem 14, ocorre no caso da articulação axial de acordo com a figu-ra 4, em conformidade com isto não mediante deformação da meia-conchada caixa 4 no lado do pino, mas pelo contrário por meio de deformação dameia-concha da caixa 5 no lado da tampa, sendo que esta última por suavez suporta diretamente o pino roscado 11, para a conexão confiável comcomponentes adjacentes.
A articulação esférica de acordo com a figura 4, pode ser execu-tada de maneira especialmente compacta e robusta, além disso, obtêm-seadicionalmente ainda simplificações construtivas e com isso economias decustos em potencial, especialmente com respeito à configuração da ranhurade fixação no lado da caixa, para o fole de vedação 3.
Desta maneira mostra-se em termos de resultado, que graças àinvenção se cria uma articulação esférica, a qual está controlável de maneiraespecialmente fácil em termos de técnica de fabricação e com isso pode serproduzida de maneira favorável em termos de custos ao mesmo tempo comalta qualidade inalterada. Além disso, a articulação esférica de acordo com ainvenção se destaca através de um potencial considerável para o aumentoda capacidade de suporte específica e, respectivamente, facultativamentepara a redução das medidas. Por conseguinte, com a articulação esférica deacordo com a invenção, podem ser atendidas as exigências de qualidadecrescentes do mercado, sem que com isso fossem ligados aumentos de cus-tos dignos de menção na produção.Com isso, a invenção presta uma contribuição importante para omelhoramento qualitativo de articulações esféricas, e mostra seu potencialespecialmente na utilização de articulações esféricas como articulações deguia no âmbito de sistemas exigentes de eixo e direção, assim como sus-pensões da roda no veículo automóvel.
LISTAGEM DE REFERÊNCIA
1 Pino esférico
2 Caixa da articulação
3 Fole de vedação
4,5 Meia-concha da caixa
6 Rosca
7 Esfera da articulação
8 Encosto radial, ajuste
9 Encosto axial
10 Elemento anelar elástico
11 Pino roscado
12, 13 Faces lisas para assentar a chave
14 União por prensagem, saliência circundante

Claims (11)

1. Articulação esférica, por exemplo, para um sistema de eixo deum veículo automóvel, a articulação esférica compreendendo uma caixa daarticulação (2), em essência em forma de anel ou vaso, em cujo espaço in-terno está recebido de maneira móvel por deslize a esfera (7), de um pinoesférico (1), caracterizada pelo fato,de a caixa da articulação (2), consistir nas meias-conchas dacaixa (5) no lado do pino esférico, no lado da tampa da caixa especialmente,sendo que ambas as meias-conchas da caixa (4, 5), apresentam cada vezum encosto axial (9) em essência circundante, por meio do qual as meias-conchas da caixa (4, 5), podem ser levadas ao encosto uma com a outra,definido exatamente de maneira axial em termos de caixa da articulação.
2. Articulação esférica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato,de as meias-conchas da caixa (4, 5), apresentarem cada vez umencosto radial (8) em essência circundante, por meio do qual as meias-conchas da caixa (4, 5), podem ser levadas ao encosto uma com a outra, emdireção radial de maneira exatamente definida e centrada.
3. Articulação esférica, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato,de pelo menos uma das meias-conchas da caixa (4, 5), formaruma parte da chumaceira para a esfera da articulação (7).
4. Articulação esférica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato,de a meia-concha da caixa (4, 5), que forma a chumaceira, a-presentar na região das superfícies de contato com a esfera da articulação(7), uma têmpera superficial.
5. Articulação esférica, de acordo com uma das reivindicações 1 a 4,caracterizada pelo fato, de o espaço interno da caixa da articulação apresentar um rebaixo circundante em forma de anel, no qual está disposto um elemento ane-Iar (10), de material de polímero elástico.
6. Articulação esférica, de acordo com a reivindicação 5,caracterizada pelo fato,de o elemento anelar (10), encontrar-se sob uma tensão préviadefinida.
7. Articulação esférica, de acordo com uma das reivindicações 1a 6,caracterizada pelo fato,de as meias-conchas da caixa (4, 5), apresentarem um apare-Ihamento correspondente de uma rosca interna (6), e uma rosca externa (6).
8. Articulação esférica, de acordo com uma das reivindicações 1a 7,caracterizada pelo fato,de as meias-conchas da caixa apresentarem faces lisas paraassentar a chave (12, 13).
9. Articulação esférica, de acordo com uma das reivindicações 1a 6,caracterizada pelo fato,de uma das meias-conchas da caixa (4, 5), apresentar um recor-te posterior em essência circundante, sendo que o recorte posterior é pegopor trás por fecho pela forma por uma saliência (14), em essência circundan-te e correspondente em termos de forma, da outra meia-concha da caixa.
10. Articulação esférica, de acordo com uma das reivindicações1 a 9,caracterizada pelo fato,de a articulação esférica ser uma articulação axial.
11. Articulação esférica, de acordo com a reivindicação 10,caracterizada pelo fato,de a meia-concha da caixa (5) no lado da tampa, ser configuradaem uma só peça com um elemento de junção (11).
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