ES2198307T3 - Rectificado previo y final de un cigueñal en un dispositivo de sujecion. - Google Patents
Rectificado previo y final de un cigueñal en un dispositivo de sujecion.Info
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Abstract
Procedimiento para el rectificado de un cigüeñal (1), sujetado centralmente, cuyos rodamientos (12) de elevación y rodamientos principales (11) se rectifican en un dispositivo de sujeción de modo que primero se rectifican previamente, al menos, los rodamientos principales (11), a continuación los rodamientos (12) de elevación se someten a un rectificado final y después los rodamientos principales (11) reciben un rectificado final.
Description
Rectificado previo y final de un cigüeñal en un
dispositivo de sujeción.
La presente invención trata de un procedimiento
para el rectificado de un cigüeñal sujetado centralmente.
El rectificado de cigüeñales se realiza en los
procedimientos conocidos en varias etapas mediante rectificadoras
distintas a través de varios pasos de trabajo en rectificadoras
equipadas especialmente para este fin. Otro procedimiento y un
dispositivo correspondiente se conocen del documento DE4327807A.
Allí un cigüeñal con tracción axial se sujeta entre las puntas de
recepción de un cabezal portapieza y un cabezal móvil de una
rectificadora. En esta sujeción se someten a un rectificado final
todos los rodamientos, rodamientos de carrera, bridas, muñones y
superficies frontales de un cigüeñal. Aquí se usan, al menos, dos
muelas de constitución correspondiente.
De esta forma se conoce del estado de la técnica
que, por una parte, el cigüeñal se fabrica en varios pasos de
trabajo mediante varias rectificadoras o que recibe un rectificado
final en un dispositivo de sujeción.
El objetivo de la invención es desarrollar un
procedimiento para el rectificado de cigüeñales, con el que se
mejore las tolerancias de las dimensiones, la forma y de
procesamiento del cigüeñal, así como que se reduzca el tiempo de
procesamiento.
Este objetivo se alcanza mediante un
procedimiento de rectificado de un cigüeñal, sujetado centralmente,
con las características de la reivindicación 1.
El procedimiento, según la invención, para el
rectificado de un cigüeñal sujetado centralmente prevé que su
rodamiento de elevación y el rodamiento principal se rectifiquen en
un dispositivo de sujeción de modo que primero se rectifique
previamente, al menos, el rodamiento principal, a continuación el
rodamiento de elevación se someta a un rectificado final y después
se le dé un rectificado final al rodamiento principal.
Tras una preparación, por ejemplo, con arranque
de virutas y con el fin de lograr una calidad requerida en cuanto a
las tolerancias prefijadas de las dimensiones, la forma y la
posición, se deja el cigüeñal en un dispositivo de sujeción desde el
rectificado previo hasta el rectificado final a la medida final. Por
una parte, de este modo se ahorra tiempo que de otra manera se
necesitaría para reequipar la máquina o para sujetar y volver a
soltar el cigüeñal. Por otra parte, se logra mediante el
procedimiento de rectificado reivindicado que las tensiones
liberadas en el material durante el rectificado de los rodamientos
se compensan de modo que después del procesamiento se ha evitado la
torsión del cigüeñal.
Dado que los cigüeñales se someten primero a un
procesamiento suave como el torneado, el taladrado y el fresado y a
continuación se endurecen mediante tratamiento térmico, existen
tensiones en los cigüeñales que se liberan durante el rectificado.
Estas tensiones liberadas provocan que la pieza de trabajo se
deforme o estire durante el rectificado. Debido a la secuencia de
los pasos de procesamiento, según la invención, de rectificado
previo y final primero de, al menos, los rodamientos principales y,
a continuación, de rectificado final de los rodamientos de
elevación, se logra influir de forma controlada en la liberación de
las tensiones inherentes a la pieza de trabajo. La deformación del
cigüeñal, que aparece durante el rectificado previo de los
rodamientos principales, se elimina mediante el rectificado final de
modo que se alcanzan las pequeñas tolerancias requeridas de
exactitud de dimensiones de los rodamientos principales. Durante el
rectificado final de los rodamientos principales el cigüeñal no se
seguirá deformando, pues la superficie de los rodamientos
principales ya se han rectificado previamente. Frente a esto, los
rodamientos de elevación no exigen tolerancias tan precisas de las
dimensiones como los rodamientos principales debido a las relaciones
geométricas en el motor. Así se puede aceptar una deformación ligera
en los rodamientos de elevación sin que esto influya en la precisión
general.
Una variante prevé que además de los rodamientos
principales también se rectifiquen previamente los rodamientos de
elevación. Ventajosamente, el rectificado previo de los rodamientos
de elevación se realiza después del rectificado previo de los
rodamientos principales. Dado que los puntos de apoyo de los
diferentes cigüeñales presentan en su mayoría formas distintas como,
por ejemplo, incorporando radios o entradas laterales, se logra
mediante un rectificado previo del cigüeñal, como se explicó antes,
evitar en el producto final la deformación resultante de las
tensiones liberadas en el cigüeñal. Tanto en el rectificado previo
como final se pueden rectificar también los lados planos sin que se
sobrepasen los valores de tolerancia deseados después del
rectificado final.
La fabricación de cigüeñales a partir de acero
mejorado ha demostrado ser un campo de aplicación especialmente
preferido del procedimiento y de la rectificadora de cigüeñales.
Cuando se ejecuta un tratamiento térmico previo existe en éstos un
peligro especialmente grande de que el cigüeñal se deforme debido a
las tensiones liberadas en la pieza de trabajo durante el proceso de
rectificado. Mediante el procedimiento reivindicado se elimina esta
deformación durante el rectificado final.
Una configuración del procedimiento prevé que el
rectificado previo y el rectificado final se realicen con una única
muela. Otro procedimiento prevé que el rectificado previo y el
rectificado final se ejecuten con una muela distinta en cada caso.
El uso de una muela para el rectificado previo y una muela para el
rectificado final permite aprovechar distintas especificaciones y
dimensiones de las muelas para procesamientos distintos en cada
caso. Otra configuración del procedimiento prevé que los rodamientos
principales y los rodamientos de elevación se sometan a un
rectificado previo y final con una muela respectivamente. Tanto los
rodamientos de elevación como los rodamientos principales pueden
presentar distintas tolerancias de procesamiento. A través de una
correspondiente asignación de una muela a un tipo de rodamiento de
cigüeñal, que se debe rectificar, resulta posible realizar una
coordinación correspondiente de la especificación de muela
usada.
Resulta ventajoso si se rectifica con una muela
de CBN. Por una parte, ésta permite elevadas velocidades de corte y,
por otra parte, presenta sólo un pequeño desgaste. La duración de la
muela y, con ello, la suma del tiempo de operación posible se eleva
considerablemente. Además, la muela de CBN permite poder cumplir las
más elevadas especificaciones de tolerancia. En lugar de muelas de
CBN, también se pueden usar muelas de corindón.
Se han logrado resultados especialmente buenos en
cuanto a una mejora de las tolerancias con una muela de CBN ajustada
a una velocidad de corte entre 40 m/s y 140 m/s, preferentemente
entre 80 m/s y 120 m/s, y con una muela galvánica de CBN, entre 80
m/s y 200 m/s, preferentemente, entre 100 m/s y 140 m/s. Se pueden
usar también muelas de corindón en un intervalo de, preferentemente,
36 m/s a 100 m/s, especialmente, 45 m/s a 70 m/s. Estos valores se
pueden desviar ligeramente tanto hacia arriba como hacia abajo, por
ejemplo, en dependencia de las dimensiones del cigüeñal así como de
las geometrías que se deben procesar, de la composición exacta de la
muela, de la calidad superficial exigida, etc.
En los cigüeñales largos aparece el problema de
que durante el procesamiento el cigüeñal tiende a vibrar. Según una
variante del procedimiento, para suprimir las vibraciones y para
apoyar el cigüeñal contra la flexión producida por las fuerzas que
aparecen durante el procesamiento, durante el rectificado previo de
los rodamientos principales se rectifica al menos un rodamiento
principal como asiento de luneta. De esta forma se acorta la zona no
apoyada del cigüeñal. Por consiguiente, se impide una flexión debido
al peso propio del cigüeñal en unión con la rotación durante el
procesamiento.
Especialmente los cigüeñales largos se pueden
fabricar, mediante el procedimiento anterior, de una pieza
cumpliendo elevadas exigencias de exactitud como se necesitan, por
ejemplo, para motores de coche y camiones con una longitud de más de
300 milímetros. Por otra parte, el procedimiento anterior resulta
adecuado también para la fabricación de cigüeñales, por ejemplo,
para motores pequeños que presentan una longitud de 100 mm o
más.
Las ventajas del procedimiento según la invención
se pueden alcanzar, especialmente, en los cigüeñales de fundición o
acero de alta aleación. Esto se puede comprobar, especialmente, en
el caso de una longitud de, al menos, 100 mm, especialmente, de, al
menos, 300 mm del cigüeñal debido a las calidades de tolerancia
obtenidas. Un cigüeñal fabricado en esta forma presenta,
especialmente, tolerancias máximas de excentricidad para los
rodamientos principales que ascienden a 0.01 mm y menos.
El rectificado previo de los rodamientos
principales resulta posible con el procedimiento según la invención
en dos variantes:
1. Rectificado previo de la pieza en bruto a una
medida intermedia para el rectificado final, preferentemente, con
una muela de CBN con recubrimiento galvánico y
2. Rectificado previo después de un procesamiento
anterior con arranque de virutas del rodamiento a una medida
intermedia y con un rectificado final siguiente, usándose
preferentemente una muela de CBN ligada cerámicamente.
Para el ejemplo de procesamiento siguiente,
descrito en el dibujo, se usa un rectificado previo como el
explicado en el punto 2. Sin embargo, se puede realizar también un
rectificado previo, como se explica en el punto 1, mediante
distintas combinaciones de muelas y disposiciones de muelas. Después
del rectificado previo según los puntos 1, 2 se rectifica finalmente
el cigüeñal según el procedimiento descrito arriba.
El procedimiento según la invención se explica
detalladamente a continuación mediante dibujos, sirviendo los
detalles de la rectificadora descrita únicamente para explicar el
procedimiento de rectificado según la invención a modo de ejemplo de
realización. Los dibujos muestran lo siguiente:
Fig. 1 una representación de un cigüeñal
sujetado para explicar la problemática de alcanzar una calidad
elevada,
Fig. 2 un rodamiento principal con entradas
laterales según la sección Y de la figura 1,
Fig. 3 un rodamiento de elevación con radios
laterales y flancos rectificados según la sección W de la figura
1,
Fig. 4 un corte transversal de un primer punto
de apoyo,
Fig. 5 un corte transversal de un segundo punto
de apoyo,
Fig. 6 una vista superior simplificada de una
primera rectificadora de cigüeñales,
Fig. 7 una configuración de un cabezal
portamuela y
Fig. 8 una vista superior simplificada de una
segunda rectificadora de cigüeñales.
La figura 1 muestra una representación de un
cigüeñal sujetado 1. Éste se sujeta en un mandril 2 embridado sobre
un husillo portapieza 3 de un cabezal portapieza no representado. En
el centro del mandril 2 se encuentra una primera punta 4, sobre la
que se orienta centradamente el cigüeñal 1. Se realiza un arrastre
radial del cigüeñal 1 mediante las mordazas 5 del mandril 2 que se
aprietan sobre el contorno externo de una brida 6 del cigüeñal 1.
Otro extremo del árbol del cigüeñal 1 se apoya mediante una segunda
punta 7 de un cabezal móvil 9. La segunda punta 7 del cabezal móvil
9 se coloca sobre una pinola 8 que se puede desplazar axialmente. El
cabezal móvil 9 también se puede equipar, de forma no representada
aquí, en vez de con una segunda punta 7, con otro mandril como el
del cabezal portapieza. Las mordazas de este mandril se aprietan
después sobre un extremo 21 de muñón del cigüeñal 1. El cigüeñal 1
se puede sujetar mediante una suave presión, sin presión o también
mediante tiro axial. Un accionamiento del cigüeñal 1 se realiza,
según la realización representada en el figura 1, de modo que e
cigüeñal 1 se acciona mediante el husillo portapieza 3 con el
mandril 2, girando centralmente alrededor de un rodamiento principal
11. El accionamiento se realiza como eje CNC, véase la flecha C1. En
una realización ampliada el cabezal móvil 9 también se puede
equipar, en vez de sólo con una segunda punta 7, con una pinola de
cabezal móvil accionada (eje CNC C2). Además se representa un
husillo portamuela 30 con una muela 31. El husillo portamuela 30 se
aloja en una carcasa de cabezal portamuela, no representada, que se
puede mover en la dirección del eje X mediante un eje CNC. El
cabezal portapieza con el mandril 2 y el cabezal móvil 9 se montan
en una mesa de rectificar, no representada, que se puede desplazar
en la dirección de un eje Z. El cigüeñal 1 se sujeta de modo que su
eje central 13 se alinea exactamente con los ejes centrales del
husillo portapieza 3 y de la pinola 8 de cabezal móvil. El cigüeñal
1 se apoya, por ejemplo, mediante una luneta 10 que se monta sobre
la mesa de rectificar. La luneta 10 se puede apoyar en dirección
axial en un rodamiento principal predeterminado 11. El rectificado
del cigüeñal 1 se puede ejecutar con distintas variantes de
disposiciones del husillo portamuela, de modo que también resultan
posibles distintas variantes de construcción de las rectificadoras
de cigüeñales. Algunas variantes se deducen de las figuras
siguientes 6 a 8.
Como se representa en la figura 1, la muela 31
ataca el cigüeñal 1. Especialmente en el caso de acero de alta
aleación, por ejemplo, con una proporción correspondiente de cromo,
molibdeno y vanadio o con una calidad correspondiente de fundición,
por ejemplo, GGG 60/70/80, existe el peligro de que debido al
procesamiento aparezca una deformación a lo largo del cigüeñal 1.
Aquí se han medido desviaciones de hasta 0,4 mm. En correspondencia
no ha sido posible en el caso de materiales de elevada calidad, que
son extremadamente propensos a la deformación durante el
procesamiento, cumplir las altas calidades exigidas respecto a las
tolerancias prefijadas. Debido a que, al menos, los rodamientos
principales se rectifican previamente y a que después los
rodamientos de elevación y los rodamientos principales se rectifican
finalmente, se pueden eliminar las tensiones liberadas durante el
procesamiento de modo que la deformación producida se suprime en el
siguiente paso de trabajo y, por ejemplo, se pueden cumplir incluso
las tolerancias de excentricidad de 0,01 mm y menores en los
rodamientos principales. La tolerancia de excentricidad se mide aquí
entre el primer y el último rodamiento principal. Si sólo existen
dos rodamientos principales, la tolerancia de excentricidad se mide
entre las dos puntas. El cumplimiento de una tolerancia de
excentricidad máxima es especialmente importante porque debido al
apoyo en el motor sólo son permisibles pequeñas tolerancias. Sin
embargo, las tolerancias en el rodamiento de elevación pueden, dado
el caso, ser mayores en relación con la altura de la elevación, pues
éstas determinan en el motor sólo la posición del punto muerto
superior y del punto muerto inferior.
En la selección del material del cigüeñal se debe
tener en cuenta también que de eso y del procedimiento de
endurecimiento del cigüeñal, entre otros, depende si el rectificado
previo y final de los rodamientos de elevación se realiza en un solo
paso de trabajo. Aquí se debe tener en cuenta que especialmente en
los árboles fundidos aparecen tensiones más pequeñas y, por tanto,
una deformación resultante.
La figura 2 muestra un rodamiento principal 11
con entradas laterales según una sección Y de la figura 1. Mediante
el rodamiento principal 11 del cigüeñal se representa cómo se pueden
obtener contornos ya conocidos hasta hoy a través de este
procedimiento y la rectificadora de cigüeñales. Las entradas
laterales se deben al procesamiento anterior con arranque de
virutas. Una dimensión bruta del cigüeñal 1 se representa mediante
la línea 203 de trazos y puntos. Durante el rectificado previo con
una muela 104, que presenta un revestimiento 205 de rectificar, se
rectifica previamente a una dimensión previa 202. La dimensión
previa 202 es mayor como promedio que la dimensión final que se debe
lograr. Ésta se dibuja con un contorno 201 para el rodamiento
principal 11.
Los dos lados planos 206 del rodamiento principal
11 del cigüeñal 1 no se rectifican en este ejemplo de
aplicación.
La figura 3 muestra un rodamiento 12 de elevación
con radios laterales y flancos rectificados según la sección W de la
figura 1. El rodamiento 12 de elevación presenta radios laterales
que se rectifican previamente igual que un hombro plano bajo.
Durante el rectificado final ya no se rectifica el radio completo,
pues éste no se apoya en el semicojinete de la carcasa del motor
cuando está montado el cigüeñal 1. Los rodamientos, representados en
las figuras 2 y 3, se pueden ejecutar, igualmente, de forma inversa
para un rodamiento de elevación o un rodamiento principal.
La figura 4 muestra una sección transversal de un
punto de apoyo del cigüeñal 1. Éste es, preferentemente, un
rodamiento de elevación, rectificándose el punto de apoyo completo
con los radios laterales y los lados planos pertinentes.
La figura 5 muestra otra sección transversal de
una parte del rodamiento. Una línea central de trazos y puntos
representa una generatriz de un cilindro. Desplazado de allí a pocos
micrómetros, la superficie de rodadura del rodamiento presenta una
forma esférica, insinuada por la línea de trazos. La línea continua
muestra una forma opuesta de la superficie de rodadura del
rodamiento. Ésta sólo tiene algunos pocos micrómetros en su
distancia máxima respecto a la línea central de la generatriz. Tal
forma convexa o cóncava se puede fabricar mediante una orientación
adecuada de la muela usada en correspondencia con el procedimiento
explicado anteriormente.
Con el fin de obtener los mejores resultados de
calidad, son posibles varias variantes según el procedimiento para
el rectificado de los rodamientos principales y de elevación. Por
ejemplo, primero se rectifican previamente todos los rodamientos
principales, incluido el asiento de luneta. A continuación, los
rodamientos de elevación se rectifican previamente con la misma
muela o con una segunda muela. Después del rectificado previo de los
rodamientos de elevación, éstos se rectifican finalmente a la
dimensión final y a continuación se rectifican finalmente los
rodamientos principales. El rectificado previo y final de los
rodamientos de elevación también se puede realizar en un paso de
trabajo, dependiendo del tipo de cigüeñal. Todas las variantes
tienen en común que con independencia del tipo de rectificadora de
cigüeñales, seleccionada en cada caso, todos los rodamientos
principales y de elevación del cigüeñal se pueden procesar en un
dispositivo de sujeción para llevarlos a su dimensión previa y
final.
La figura 6 muestra una vista superior
simplificada de una primera rectificadora 43 de cigüeñales. Sobre
una bancada se montan en una mesa de rectificar un cabezal
portapieza 40 y el cabezal móvil 9. La mesa de rectificar se puede
desplazar de forma conocida en la dirección del eje CNC z. Un
cabezal portamuela 42 sirve para recepcionar un husillo 30
portamuela que aloja una muela. El cabezal portamuela 42 se dispone
sobre una guía que se puede desplazar en la dirección del eje x. Las
direcciones de eje CNC X y Z se disponen en ángulo recto entre sí.
El centro de procesamiento representado posibilita que se rectifique
previamente y finalmente un cigüeñal sujetado 1 según el
procedimiento descrito arriba, sin que sea necesario cambiar la
sujeción. Así se pueden cumplir también campos de tolerancia
pequeños.
La figura 7 muestra un cabezal portamuela 36 que
tiene un primer husillo portamuela I y un segundo husillo portamuela
II. Estos se alojan en una carcasa de cabezal portamuela, pudiendo
girar así en una dirección horizontal. Por una parte, esto permite
que opcionalmente se use el primer husillo portamuela I o el segundo
husillo portamuela II. Por otra parte, esto hace posible que un
primer husillo 32 se pueda configurar distinto respecto a un segundo
husillo 34. Por ejemplo, se pueden predeterminar así
constructivamente distintos intervalos de velocidad. El cabezal
portamuela 36 permite, además, que se puedan usar distintas muelas.
Por ejemplo, una primera muela 33 puede ser una muela de corindón,
mientras que una segunda muela 35 es una muela CBN. La construcción
del cabezal portamuela 36 permite, asimismo, que se usen distintos
diámetros de muelas en un cabezal portamuela. En caso de existir una
distribución espacial correspondiente de la construcción, el cabezal
portamuela 36 permite también que una muela se encuentre en posición
de ataque en el cigüeñal, mientras que la otra muela está libre. Con
este fin, el cabezal portamuela 36 se puede desplazar
horizontalmente. Además de por sus dimensiones y materiales
distintos, las muelas se pueden diferenciar por la calidad que se
persigue. De esta forma, una puede ser una muela de desbastar,
mientras que la otra es una muela de acabar.
La figura 8 muestra una segunda rectificadora 44
de cigüeñales. Ésta se corresponde con un concepto de máquina, en el
que el centro de procesamiento presenta dos cabezales portamuela.
Cada cabezal portamuela tiene ejes CNC X y Z, independientes entre
sí. Esto significa que la muela respectiva de un cabezal portamuela
se puede usar, con independencia de la otra, en un punto de apoyo
distinto del cigüeñal según un programa CNC. El procedimiento según
la invención también se puede realizar bien mediante una
rectificadora con este tipo de construcción.
1 | Cigüeñal |
2 | Mandril |
3 | Husillo portaútil |
4 | Primera punta |
5 | Mordaza de sujeción |
6 | Brida |
7 | Segunda punta |
8 | Pinola |
9 | Cabezal móvil |
10 | Luneta |
11 | Rodamiento principal |
12 | Rodamiento de elevación |
13 | Eje central |
21 | Extremo de muñón |
30 | Husillo portamuela |
31 | Muela |
32 | Primer husillo |
33 | Primera muela |
34 | Segundo husillo |
35 | Segunda muela |
36 | Cabezal portamuela |
40 | Cabezal portapieza |
41 | Bancada |
42 | Cabezal portamuela |
43 | Primera rectificadora de cigüeñales |
44 | Segunda rectificadora de cigüeñales |
201 | Contorno |
202 | Dimensión previa |
203 | Dimensión bruta |
204 | Muela |
205 | Revestimiento de rectificar |
206 | Lado plano |
I | Primer husillo portamuela |
II | Segundo husillo portamuela |
C1 | Accionamiento del eje CNC del husillo |
portaútil | |
C2 | Accionamiento del eje CNC de la pinola |
de cabezal móvil | |
X | Eje CNC |
Z | Eje CNC |
Claims (11)
1. Procedimiento para el rectificado de un
cigüeñal (1), sujetado centralmente, cuyos rodamientos (12) de
elevación y rodamientos principales (11) se rectifican en un
dispositivo de sujeción de modo que primero se rectifican
previamente, al menos, los rodamientos principales (11), a
continuación los rodamientos (12) de elevación se someten a un
rectificado final y después los rodamientos principales (11) reciben
un rectificado final.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que los rodamientos (12) de elevación también se rectifican
previamente.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en
el que los rodamientos (12) de elevación se rectifican previamente
después del rectificado previo de los rodamientos principales
(11).
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que el rectificado previo y el
rectificado final se realizan con una única muela (31; 204).
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que el rectificado previo y el
rectificado final se realizan con una muela (31; 204) en cada
caso.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que, al menos, los rodamientos
principales (11) y los rodamientos (12) de elevación se rectifican
previamente y finalmente con una muela (31; 204) en cada caso.
7. Procedimiento según la reivindicación 4, 5 ó
6, en el que se rectifica con una muela de corindón.
8. Procedimiento según la reivindicación 4, 5 ó
6, en el que se rectifica con una muela de CBN.
9. Procedimiento según la reivindicación 7, en
el que la velocidad de corte de la muela de corindón está en el
intervalo de 35 m/s a 100 m/s, ventajosamente, de 45 m/s a 100 m/s
y, especialmente, de 45 m/s a 70 m/s.
10. Procedimiento según la reivindicación 8, en
el que la velocidad de corte en las muelas cerámicas de CBN está
entre 40 m/s y 140 m/s, especialmente entre 80 m/s y 120 m/s, y en
las muelas galvánicas de CBN, entre 80 m/s y 200 m/s, especialmente,
entre 100 m/s y 140 m/s.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 10, en el que durante el rectificado previo de
los rodamientos principales (11) se rectifica, al menos, un
rodamiento principal (11) como asiento (10) de luneta.
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