BRPI0807640A2 - Conector e bloco de conexão em um dispositivo acoplador de trem, disposto para conexão de veículos que usam trilhos - Google Patents

Conector e bloco de conexão em um dispositivo acoplador de trem, disposto para conexão de veículos que usam trilhos Download PDF

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BRPI0807640-5A
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Tommy Dahlstroem
Anders Westman
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Dellner Couplers Ab
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Description

"CONECTOR E BLOCO DE CONEXÃO EM UM DISPOSITIVO ACOPLADOR DE TREM, DISPOSTO PARA CONEXÃO DE VEÍCULOS QUE USAM TRILHOS"
Campo Técnico da Invenção A presente invenção se refere a um conector
suportado em um bloco de conexão em um dispositivo acoplador de trem, o conector sendo adaptado para conectar redes de comunicação de dados instaladas em veículos usuários de trilhos, a serem interligados pelo dispositivo acoplador de trem.
Antecedentes e Estado da Técnica
A fim de atender as exigências do consumidor para comunicação através da Internet durante viagens, redes de 15 banda larga podem ser instaladas em veículos usuários de trilhos, para comunicação de dados de alta velocidade. É preferido que as redes que são separadamente instaladas em veículos usuários de trilhos sejam interligáveis para compartilhar equipamentos de hardware e software que são 20 necessários para a administração da rede de comunicação de dados. Um conector para tal finalidade deve atender a um determinado número de exigências específicas.
Primeiramente, o conector deve proporcionar uma capacidade de transferência de dados, atendendo, pelo menos, o padrão IEEE 802.3u, da Ethernet, o qual exige uma capacidade de transferência de dados de 100 Mbit por segundo.
A transferência de dados de alta velocidade exige a condução de sinais numa freqüência de 100 MHz e, assim, o conector necessita de proteção eletromagnética para evitar a interferência de outras fontes eletromagnéticas, tais como, conectores adjacentes.
O conector deve ainda suportar condições ambientais severas, incluindo, por exemplo, umidade, poeira, temperaturas elevadas, assim como, cargas dinâmicas e vibrações geradas em operações de acoplamento e durante a corrida de um trem.
Preferivelmente, um conector para tal finalidade deve ser disposto para conexão/desconexão automática das redes de comunicação de dados após acoplamento e/ou desacoplamento dos veículos usuários de trilhos.
Resumo da Invenção
Um objetivo da presente invenção é proporcionar um conector em um bloco de conexão em um dispositivo acoplador de trem, em que o dito conector e dito bloco de conexão são capazes de conduzir sinais numa faixa de freqüência de 100 MHz, entre veículos usuários de trilhos interligados em um trem.
Outro objetivo da presente invenção é proporcionar um conector em um bloco de conexão em um dispositivo acoplador de trem, em que os conectores são facilmente e individualmente permutáveis.
Ainda outro objetivo da presente invenção é proporcionar um conector em um bloco de conexão em um dispositivo acoplador de trem, o qual permite a condução de sinais na freqüência de 100 MHz, ditos sinais sendo dispostos para conexão/desconexão automática após acoplamento/desacoplamento dos veículos usuários de trilhos em um trem.
Um ou diversos de tais objetivos é/são alcançado(s) mediante um conector e um bloco de conexão, conforme definidos nas reivindicações anexas.
Resumidamente, a presente invenção proporciona um conector, através do qual os sinais de dados são conduzidos entre redes de comunicação de dados, separadamente instaladas em veículos usuários de trilhos acoplados. 0 conector compreende um apoio de contato, disposto para ser instalado em um bloco de conexão acoplador de trem, e uma carcaça de contato de metal disposta para inserção em uma extremidade dianteira do apoio de contato, em que um elemento de contato de metal é instalado na carcaça de contato e disposto para se estender eletricamente separado, através da carcaça de contato, para um terminal de condutor que é instalado numa extremidade traseira do apoio de contato.
Mediante essa solução, é conseguido que os conectores eletromagneticamente blindados para submissão a altas freqüências possam ser instalados em qualquer posição desejada em um bloco de conexão, sem precisar de modificação do bloco de conexão. Em outras palavras, o mesmo apoio de contato pode, opcionalmente, ser usado para montagem dos conectores blindados, adaptados para conectar condutores de dados de 100 Mbit/segundo ou para montagem de conectores sólidos adaptados para conexão de condutores de energia.
A carcaça de contato e o elemento de contato são desmontáveis juntos do apoio de contato, enquanto este permanece instalado no bloco de conexão. Um conector desgastado ou danificado é, dessa forma, individualmente substituível da frente do bloco de conexão, sem que seja necessário a desmontagem do apoio de contato do bloco de conexão. A solução proporciona benefícios em termos de tempo de manutenção reduzido e de economia melhorada.
É preferido que a carcaça de contato se estenda para frente do elemento de contato, de modo a se engatar com um conector correspondente, anteriormente ao elemento de contato fazer a conexão. O elemento de contato, desse modo, é protegido de danos e provido de uma conexão guia com um elemento de contato correspondente.
Em uma modalidade preferida, o elemento de contato compreende um corpo metálico tendo um diâmetro e uma haste de diâmetro menor, que se estende a partir do corpo. 0 :corpò. é instalado em um furo axial central através da carcaça dè contato e a haste alcança, axialmente, o exterior de uma extremidade traseira da carcaça de contato.
0 corpo e a haste podem ser integralmente formados e feitos através de torneamento de um adequado material de metal ou material de liga de metal. Um material adequado, por exemplo, é o aço inoxidável, outro, é o cobre.
A estrutura dessa modalidade proporciona uma operação confiável, apesar das pequenas dimensões, o diâmetro do elemento de contato variando de cerca, ou mesmo, abaixo de 1 mm na seção de haste, para cerca de 3 mm na seção do corpo.
0 apoio de contato apresenta uma sede disposta 15 para frente, para assentar a extremidade traseira da carcaça de contato e uma sede traseira, separada da sede dianteira. A sede traseira é disposta para assentar um condutor de cabo, e uma passagem da sede dianteira para a sede traseira é disposta para passagem da haste do elemento 20 de contato dentro da sede traseira.
Essa modalidade proporciona uma ilimitada versatilidade na designação de conectores para transferência de dados de alta freqüência e para transferência de energia elétrica sob baixa freqüência.
O elemento de contato é inserido dentro do furo
central, através da carcaça de contato, e a partir da extremidade frontal da carcaça de contato. O elemento de contato é axialmente preso entre rebaixos radiais, dianteiro e traseiro, formados no furo através da carcaça 30 de contato, em que elementos espaçadores feitos de material dielétrico são interpostos entre os rebaixos e o corpo do elemento de contato.
Um dos elementos espaçadores é feito de material elástico e flexível numa dimensão radial. Quando inserido dentro do furo sob compressão radial, o elemento espaçador flexível é deixado se expandir radialmente, atrás do rebaixo dianteiro, desse modo, prendendo o corpo do elemento de contato atrás do rebaixo dianteiro.
A modalidade proporciona uma montagem simples,
através da inserção do elemento de contato com os elementos espaçadores suportados no mesmo, a partir da extremidade dianteira da carcaça de contato, até o elemento espaçador flexível fazer pressão atrás do rebaixo dianteiro.
Os elementos espaçadores são, vantajosamente,
suportados de modo coaxial no elemento de contato, sendo efetivos para centralização do elemento de contato em relação concêntrica com a carcaça de contato. Desse modo, os elementos espaçadores garantem a formação de um 15 espaçamento anular entre o corpo do elemento de contato e a parede circundante do furo através da carcaça de contato, através de cujo espaçamento, o elemento de contato é eletricamente separado da carcaça de contato.
Em um conector em que a carcaça de contato apresenta o formato de um contato fêmea, o elemento de contato compreende um pino de contato, estendido a partir da extremidade dianteira do corpo do elemento de contato.
Em um conector em que a carcaça de contato apresenta o formato de um contato macho, o elemento de contato compreende uma luva de contato que desemboca na extremidade dianteira do corpo do elemento de contato.
Disposto conforme especificado acima, a dimensão disponível do conector é otimamente utilizada.
Analogamente, a presente invenção proporciona um 30 bloco de conexão em um dispositivo acoplador de trem, em que uma multiplicidade de conectores é disposta na frente do bloco de conexão e adaptada para se nivelar com os conectores de um bloco de conexão correspondente, para eletricamente conectar veículos usuários de trilhos que são interligados pelo dispositivo acoplador de trem. Pelo menos alguns dos conectores no bloco de conexão são efetivos para a condução de sinais na faixa de freqüência de 100 MHz, através de contatos eletromagneticamente blindados,
dispostos conforme discutido acima.
Assim, são proporcionados um dispositivo acoplador de trem e uma rede de comunicação de dados de veículo usuário de trilhos, obtendo-se transferência de dados em 100 Mbit/segundo através de um bloco de conexão e conectores, conforme explicado acima.
Breve descrição dos Desenhos
A invenção será agora explicada em maiores detalhes fazendo-se referência aos desenhos anexos, nos quais:
a figura 1 mostra um dispositivo acoplador de trem portador de um bloco de conexão, cuja parte dianteira se dispõe para frente, para se nivelar com um correspondente bloco de conexão, que é confluente com um dispositivo acoplador de trem numa operação de conexão;
a figura 2 é uma vista em corte, ilustrada esquematicamente, de um bloco de conexão; e
as figuras 3a e 3b representam seções longitudinais, tomadas através de um par de conectores interligados, de acordo com a presente invenção.
Descrição Detalhada de uma Modalidade Preferida
Com referência à figura 1, é mostrado um dispositivo acoplador de trem (1), dito dispositivo 30 acoplador compreendendo uma barra de engate (2) e um cabeçote acoplador (3) . Em operação, a barra de engate (2) é fixada a um chassis de veículo usuário de trilhos, o qual é omitido do desenho, e o cabeçote acoplador é disposto para se acoplar a um correspondente cabeçote acoplador, que é confluente com um dispositivo acoplador de trem .
Um bloco de conexão (4) é suportado no cabeçote acoplador, o bloco de conexão compreendendo uma multiplicidade de conectores (5), os quais se dispõem para frente na face frontal do bloco de conexão (4) . Embora não ilustrado no desenho, deverá ser entendido que em operação, um grupo de condutores irá se estender do veiculo usuário de trilhos para a face traseira do bloco de conexão. A disposição do bloco de conexão e conectores proporciona uma conexão automática com os conectores casados em um correspondente bloco de conexão, após acoplamento a um confluente e correspondentemente equipado dispositivo acoplador de trem. Assim, em um modo conectado, o bloco de conexão e os conectores transferem energia elétrica e sinais entre os veiculos usuários de trilhos interligados.
Os conectores (5) que são suportados no bloco de conexão (4) podem, geralmente, ser explicados como incluindo um contato de formato fêmea e um contato de 20 formato macho, que podem ser conectados numa relação coaxial. Desse modo, os conectores (5), tipicamente, apresentam uma forma de rotação simétrica e incluem em diversos aspectos uma estrutura comum, por cuja razão a descrição seguinte pode ser considerada para os conectores 25 tipo fêmea e tipo macho, caso não indicado em contrário.
Os conectores (5) são operáveis para transferência de energia elétrica e/ou sinais para controle de operação entre veículos usuários de trilhos interligados. Com o objetivo de servir um crescente número de funções nos veículos usuários de trilhos, os conectores
(5) são projetados para instalação em grande quantidade no bloco de conexão. Tipicamente, os conectores são dispostos em filas horizontais e verticais paralelas, conforme ilustrado, deixando um espaço pouco limitado entre os conectores vizinhos.
Os conectores (5) são montados individualmente no bloco de conexão (4) por meio de apoios de contato (6),
conforme visto na vista em corte da figura 2. No bloco de conexão (4), o apoio de contato (6) é instalado em um corpo (7), o qual é feito de material dielétrico, sendo preso no bloco de conexão. Mais especificamente, o apoio de contato
(6) é inserido em uma sede (8), formada através do corpo (7). Na modalidade ilustrada, o apoio de contato (6) é disposto para ser pressionado dentro da sede. Para tal fim, o apoio de contato apresenta uma extremidade dianteira na forma de luva (9), a qual é compressível numa dimensão radial, devido às fendas axiais (10) que desembocam na extremidade dianteira do apoio de contato. Uma aba (11) radialmente saliente termina na extremidade dianteira. Sob compressão radial da extremidade dianteira, o apoio de contato pode ser inserido dentro da sede (8), a partir do lado traseiro do bloco de conexão. Durante a inserção, a extremidade dianteira ranhurada retorna para a sua forma não pressionada e a aba (11) se engata com a borda que define a extremidade dianteira da sede (8).
0 apoio de contato (6) compreende uma primeira sede dianteira (12), disposta para inserção de uma 25 extremidade traseira do conector (5) . O engate entre o apoio de contato e o conector é destacável, incluindo-se, como exemplo, um engate rosqueado. Na posição montada, a porção dianteira de formato de luva do apoio de contato (6) é internamente suportada contra o exterior do conector, 30 para cuja finalidade o conector pode ser formado com um rebaixo (13) que se salienta radialmente. 0 rebaixo (13) pode ser ligeiramente cônico, a fim de impulsionar a extremidade dianteira ranhurada para ser radialmente expandida, garantindo, desse modo, uma firme fixação do apoio de contato ao bloco de conexão.
Separada dã primeira sede dianteira (12) se dispõe uma segunda sede traseira (14), disposta na 5 extremidade oposta do apoio de contato (6). Essa segunda sede traseira (14) é disposta para inserção de um condutor elétrico no apoio de contato (6), através do qual a eletricidade é transferida para o conector (5).
Ainda durante a presente descrição, é divulgado um bloco de conexão, tendo conectores efetivos para conduzir energia elétrica e/ou sinais que controlam a operação de funções de veiculos usuários de trilhos, tipicamente, caracterizados por um sinal de formato de sino, que oscila numa freqüência de 50 Hz. A transferência de dados em capacidade de banda larga de 100 Mbit/segundo, sob um protocolo Ethernet, exige a condução de uma onda quadrada, oscilando em uma freqüência de 100000 Hz, ou 100 MHz. Sob tais condições, o conector (5) irá operar como uma antena, através da qual, campos e atividade eletromagnética externa irá interferir e provocar ruído para o sinal, o qual deve protegido por uma tela de metal envolvente na área de conexão.
Um conector (5"), o qual é modificado para conectar redes de comunicação de dados com capacidade de 25 banda larga em veículos usuários de trilhos é ilustrado nas figuras 3a e 3b, mostrando um par de conectores casados em seções longitudinais. Cada conector (5') compreende uma carcaça de contato de metal (20), disposta para inserção na extremidade dianteira do apoio de contato (6), e um 30 elemento de contato metálico (21) instalado na carcaça de contato, o elemento de contato (21) se estendendo através da carcaça de contato para um terminal de condutor (22), instalado na extremidade traseira do apoio de contato (6). A carcaça de contato (20) é montada de modo destacável na sede dianteira (12) e o terminal de condutor é recebido na sede traseira (14) do apoio de contato, conforme explicado acima.
O elemento de contato (21) é suportado em um furo central (23) na carcaça de contato (20), numa forma que pode ser inserida na extremidade dianteira da carcaça de contato (20) . O elemento de contato compreende um corpo
(24), o qual apresenta um primeiro diâmetro, e uma haste
(25) apresentando um segundo diâmetro, menor que o primeiro diâmetro, a haste se estendendo a partir do corpo na direção posterior. 0 corpo (24) é preso no interior do furo, em ambas as direções axiais. Para tal fim, o furo (23) possui rebaixos dianteiros e traseiros (26) e (27), formados com uma dimensão radial no furo. Elementos espaçadores (28), (29), feitos de material dielétrico, como, por exemplo, um material polimérico, são inseridos entre os rebaixos radiais e superfícies de extremidades opostas do corpo (24). Pelo menos, um elemento espaçador (28) é feito de material elástico e flexível numa dimensão radial, desse modo, podendo ser inserido no furo sob compressão radial. Quando inserido sob compressão radial, o elemento espaçador flexível é deixado se expandir radialmente, por trás do rebaixo dianteiro, desse modo, prendendo axialmente o corpo (24) do elemento de contato atrás do rebaixo dianteiro (26).
Na modalidade ilustrada, os elementos espaçadores (28), (29) são suportados coaxialmente no elemento de contato (21) e proporcionam uma centralização do elemento de contato no furo, através da carcaça de contato. Os elementos espaçadores, dessa maneira, garantem a formação de um espaçamento anular (30), que proporciona isolamento elétrico do elemento de contato no interior da carcaça de contato. A haste (25) se estende a partir do corpo (24), através da carcaça de contato (20), de modo que uma extremidade traseira (31) da haste se projete para fora da extremidade dianteira da carcaça de contato. Um tubo (32)
feito de material dielétrico corre concêntrico com a haste, proporcionando o isolamento da haste, da carcaça de contato metálica (20) . A extremidade traseira (31) da haste se projeta dentro da sede traseira (14) do apoio de contato, através de uma passagem (33), para se engatar no terminal 10 de condutor (22), o qual é recebido na sede traseira (14). 0 terminal de condutor (22) pode ser um suporte de tomada, conforme ilustrado, fixamente disposto na sede traseira por meio de uma luva (34) inter-posicionada, feita de material dielétrico. 0 condutor (35) é aqui, tipicamente, um 15 condutor único, incluído em um circuito Ethernet de quatro fios, embora o presente conector possa ser usado também em outras aplicações.
No lado esquerdo da figura 3a, é mostrado um conector (5') tendo uma carcaça de contato (20) de formato tipo fêmea. O elemento de contato (21) incluí um pino de
I
contato (36) que se estende da extremidade dianteira do corpo do elemento de contato (24) para um pouco distante, dentro da embocadura da carcaça de contato tipo fêmea. No lado direito da figura 3b, é mostrado um conector (5') 25 tendo uma carcaça de contato (20) de formato tipo macho. O elemento de contato (21) inclui uma luva de contato (37) que desemboca na extremidade do corpo do elemento de contato (24), a uma curta distância do interior da extremidade da carcaça de contato tipo macho. Em operações 30 de acoplamento, as carcaças de contato estendidas (20) são trazidas em contato com um conector correspondente, anteriormente aos elementos de contato associados (21), proporcionando o direcionamento dos mesmos na manobra de acoplamento, assim como, uma proteção em condições desacopladas.
A fim de garantir contato elétrico em operação acoplada, podem ser . inseridos elementos de contato flexíveis ou luvas condutoras na luva de contato (37), conforme ilustrado pela referência (38) nas figuras 3a e 3b. Determinadas superfícies de contato podem, também, ser convencionalmente plaqueadas, para a mesma finalidade.
Ao introduzir o conector (5') em um bloco de conexão suportado em um dispositivo acoplador de trem, o acoplador de trem e o bloco de conexão são providos de uma capacidade para comunicação em banda larga, entre os veículos usuários de trilhos interligados. A provisão de uma interface de dados de 100 Mbit entre os veículos usuários de trilhos é também, na prática, um pré-requisito para instalação de capacidade de banda larga em veículos usuários de trilhos, a qual é realizada através do conector (5') eletromagneticamente blindado, da presente invenção. Lista de Referências
10
15
20
25
30
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8) (9) (10 (11 (12 (13 (14 (15 (20 (21 (22 (23 (24 (25 (26 (27 (28 (29 (30 (31 (32 (33 (34 (35 (36 (37
Dispositivo Acoplador de Trem; Barra de Engate;
Cabeçote Acoplador;
Bloco de Conexão;
Conector;
Apoio de Contato;
Corpo;
Sede;
Luva ;
Fenda;
Aba;
Sede;
Rebaixo;
Sede ;
19) (fora de uso);
Carcaça de Contato;
Elemento de Contato;
Terminal de condutor;
Furo Central;
Corpo;
Haste;
Rebaixo Dianteiro;
Rebaixo Traseiro;
Elemento Espaçador;
Elemento Espaçador; Espaçamento Anular;
Tubo;
Passagem;
Luva;
Condutor;
Pino de Contato;
Luva de Contato;
Elemento de Contato.

Claims (13)

1. Conector (5), através do qual são conduzidos sinais entre redes de comunicação de dados, separadamente instaladas em;veículos usuários de trilhos acoplados, dito conector compreendendo um apoio de contato (6) disposto para ser instalado em um bloco de conexão (7) de um dispositivo acoplador de trem, caracterizado por: uma carcaça de contato metálica (20), disposta para inserção em uma extremidade dianteira do apoio de contato (6) ; - um elemento de contato metálico (21) instalado na carcaça de contato, o elemento de contato se estendendo eletricamente separado através da carcaça de contato para um terminal de condutor (22), instalado numa extremidade traseira do apoio de contato (6).
2. Conector, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a carcaça de contato (20) e o elemento de contato (21) são desmontáveis conjuntamente do apoio de contato (6) , que permanece instalado no bloco de conexão (7).
3. Conector, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a carcaça de contato (20) se estende para a frente do elemento de contato (21), para se engatar com um conector correspondente, anteriormente ao elemento de contato, após a conexão.
4. Conector, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o elemento de contato (21) compreende um corpo metálico (24), apresentando um diâmetro, e uma haste (25) de menor diâmetro, que se estende a partir do corpo, o corpo sendo instalado em um furo central axial (23) na carcaça de contato (20), e a haste (25) alcançando axialmente o exterior de uma extremidade traseira da carcaça de contato (20) .
5. Conector, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o apoio de contato (6) apresenta uma sede dianteira (12), disposta para assentar a extremidade traseira da carcaça de contato (20) e uma sede traseira (14) separada da sede dianteira, a sede traseira disposta para assentar um terminal de cabo condutor (22) e uma passagem (33) , a partir da sede dianteira para a sede traseira, para passagem da haste (25) do elemento de contato (21) dentro da sede traseira.
6. Conector, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o corpo (24) do elemento de contato é axialmente preso entre os rebaixos radiais dianteiros e traseiros (26, 27) formados no furo (23), na carcaça de contato (20), em que elementos espaçadores (28, 29) feitos de material dielétrico são interpostos entre os rebaixos (26, 27) e as extremidades opostas do corpo (24) do elemento de contato.
7. Conector, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que os elementos espaçadores (28, 29) são suportados no elemento de contato (21) e efetivam a centralização do elemento de contato em relação concêntrica com a carcaça de contato (20), os elementos espaçadores garantindo um espaçamento anular (30) entre o furo e o corpo do elemento de contato.
8. Conector, de acordo com quaisquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a carcaça de contato (20) é de formato tipo fêmea, e o elemento de contato compreende um pino de contato (36) estendido a partir da extremidade dianteira do corpo (24) do elemento de contato.
9. Conector, de acordo com quaisquer das reivindicações 1-7, caracterizado pelo fato de que a carcaça de contato (20) é de formato tipo macho, e o elemento de contato compreende uma luva de conexão (37) que desemboca na extremidade dianteira do corpo (24) do elemento de contato.
10. Bloco de conexão (4, 7) em um dispositivo acoplador de trem, compreendendo uma multiplicidade de conectores (5, 5'), dispostos na frente do bloco de conexão e adaptados para eqüivaler com conectores de um correspondente bloco de conexão, para conectar eletricamente veículos usuários de trilhos que são interligados pelo dispositivo acoplador de trem, o bloco de conexão sendo caracterizado pelo fato de que pelo menos alguns dos conectores (5') são eficazes para condução de sinais numa faixa de freqüência de 100 MHz, através de elementos de contato (21) eletromagneticamente blindados, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 9.
11. Bloco de conexão, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os elementos de contato (21) eletromagneticamente blindados são individualmente conectados a um único condutor, incluído em um cabo Ethernet de quatro condutores.
12. Dispositivo acoplador de trem, caracterizado pelo fato de compreender um bloco de conexão (4, 7), de acordo com as reivindicações 10 ou 11.
13. Rede de comunicação de dados de veículos usuários de trilhos, caracterizada pelo fato de compreender uma interface de transferência de dados, incluindo o bloco de conexão (4, 7), de acordo com as reivindicações 10 ou 11.
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