PT1472175E

PT1472175E - Dispositivo para determinação da carga num mecanísmo de elevação

Info

Publication number: PT1472175E
Application number: PT03704562T
Authority: PT
Inventors: Hermann Franzen; Jannis Moutsokapas
Original assignee: Gottwald Port Tech Gmbh
Priority date: 2002-02-07
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2007-01-31
Also published as: US7267241B2; KR100843757B1; EP1472175A1; EP1472175B1; JP4260021B2; ATE341521T1; AU2003206855A1; KR20040080925A; DK1472175T3; ES2274206T3; JP2005516875A; WO2003066505A1; DE10205434A1; DE50305255D1; US20040104191A1

Description

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DESCRIÇÃO "Dispositivo para determinação da carga num mecanismo de elevação" 0 invento refere-se a um mecanismo de elevação, em particular, um mecanismo de elevação de uma grua para o manuseamento de contentores, com um dispositivo para determinação da carga com, pelo menos, um tambor de cabos, pelo menos, um motor de accionamento, bem como uma engrenagem do mecanismo de elevação, instalada entre o motor de accionamento e o tambor de cabos, a qual está disposta numa caixa de engrenagens do mecanismo de elevação, apoiada unilateralmente na armação do mecanismo de elevação, estando a caixa de engrenagens do mecanismo de elevação apoiada de forma articulada na zona de uma das suas extremidades no lado frontal em torno de um eixo, que se prolonga em paralelo em relação ao eixo do tambor de cabos e na zona da sua outra extremidade frontal poder ser apoiado, pelo menos, num suporte de binário, ao qual está associado dispositivo de medição para determinação indirecta da carga suspensa nos cabos.

Em gruas de accionamento automático, principalmente gruas para o manuseamento de contentores, a determinação da carga levantada pela grua é de primordial importância. A mesma contribui para a segurança da grua e do pessoal encarregado da mesma, de modo que a grua pode ser desligada no caso de, por exemplo, uma sobrecarga, serve como unidade de pesagem para determinar a carga e a sua distribuição nos cabos ou para determinar o centro de gravidade da carga propriamente dita, por exemplo, quando os contentores são carregados de modo irregular. Finalmente, a determinação de carga serve também como indicador para a análise estatística dos intervalos de manutenção em combinação com as horas de serviço contadas.

Nas instalações convencionais, a determinação da carga é efectuada no cabo ou no mecanismo de elevação. A medição da força axial na engrenagem de elevação, a qual é provocada pelo engrenamento oblíquo das rodas dentadas rectas, como variável proporcional conhecida da força no cabo, mas esta 2

ΕΡ 1 472 175 /PT falha por imprecisão da medição da carga. As perturbações devidas à dilatação térmica e à influência da temperatura exterior só podem ser compensadas com um grande esforço técnico.

Uma técnica conhecida, para a determinação de cargas, utiliza o suporte da engrenagem do mecanismo de elevação num suporte de binário. Neste caso, a força de suporte medida no suporte de binário é proporcional à força no cabo e deste modo da massa suspensa nos cabos. A determinação de carga funciona de forma relativamente simples, desde que todos os cabos, desenrolados dos tambores de cabos, sejam dirigidos tangencialmente na mesma direcção. Se os cabos forem desenrolados em direcções diferentes, então não é possível a determinação convencional da carga através do suporte de binário.

Quando vários cabos de elevação são enrolados num tambor comum, a medição da força no cabo pode ser efectuada em cada extremidade do cabo. Neste caso, é instalado dispositivo de medição na extremidade do cabo, a soma de todas as forças do cabo medidas corresponde então à massa da carga. Neste caso, o dispositivo de medição deve ser alimentado com energia externa, de preferência energia eléctrica, a qual deve ser levada desde a grua até à extremidade do cabo. Os condutores de energia e também os dispositivos de medição estão directamente localizados no dispositivo de fixação de carga. Isto significa que os condutores de energia devem ser protegidos contra influências mecânicas exteriores, o que provoca um elevado esforço técnico e com isto também elevados custos. É conhecido da patente US 6 144 307 um mecanismo de elevação com um dispositivo para a determinação da carga, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. O mecanismo de elevação apresenta de forma convencional um tambor de cabos, o qual em ambas as extremidades é suportado por meio de suportes numa placa de fixação. Numa das extremidades do tambor de cabos, o eixo do tambor de cabos com a forma de um veio de accionamento prolonga-se para além dos suportes. Sobre este veio de accionamento encontra-se, na extremidade de saída, encaixada uma engrenagem, a qual na extremidade de 3 ΕΡ 1 472 175 /PT entrada está ligada com um motor de accionamento. A engrenagem é portanto móvel em torno do veio de accionamento do tambor de cabos. Normalmente para limitação desta possibilidade de rotação livre encontra-se instalado, na caixa de engrenagens, um suporte de binário com a forma de uma alavanca, a qual está ligada à placa de fixação por meio de mais outro braço. No braço encontra-se instalado um transdutor dinamométrico, o qual mede o grau de torção da engrenagem em torno do veio de accionamento, quando o mecanismo de elevação está em carga. Com base na torção medida é então determinada a carga que actua no mecanismo de elevação. 0 objectivo do presente invento é proporcionar um mecanismo de elevação com um dispositivo para determinação da carga, em que a determinação de carga é realizada directamente no guincho de cabo , estando protegido de influências mecânicas exteriores, e o qual é capaz de determinar toda a carga suspensa nos cabos, bem como as cargas individuais e, eventualmente, as posições do centro de gravidade da carga.

Para ser conseguido aquele objectivo é, de acordo com o invento, proposto que num mecanismo de elevação, com um dispositivo para determinação da carga, com dois tambores duplos de cabos iguais e com o mesmo eixo, que podem ser accionados de forma sincronizada, com, respectivamente, um par de cabos de suspensão de carga, que podem ser enrolados e desenrolados no mesmo sentido, respectivamente, um cabo de carga de cada par de cabos de suspensão de carga é conduzido num primeiro plano de guia da carga, que se prolonga essencialmente na horizontal e é tangente aos tambores duplos de cabos comuns e que é desviado em torno de polias de desvio na vertical e os outros dois cabos de suspensão de carga de cada par de cabos de suspensão de carga serem conduzidos na vertical num segundo plano de guia da carga comum tangente aos tambores duplos de cabos. A condução dos quatro cabos de suspensão de carga, em dois planos essencialmente orientados entre si na transversal, é a condição prévia para a determinação da carga num mecanismo de elevação com quatro cabos, tal como é 4 ΕΡ 1 472 175 /PT utilizado principalmente no manuseamento de contentores. Enquanto que os dois cabos de suspensão de carga de cada par de cabos de suspensão de carga são enrolados e desenrolados na direcção vertical directamente do tambor de cabos, os outros dois cabos de suspensão de carga remanescentes são, em primeiro lugar, conduzidos essencialmente na horizontal, para a seguir serem desviados na vertical em torno de polias de desvio. Os tambores duplos de cabos são construídos e fornecidos de tal forma que, quando do accionamento dos tambores de cabos através da engrenagem comum, todos os quatro cabos são enrolados ou desenrolados simultaneamente de forma sincronizada. Como a caixa está num dos seus lados acoplada de forma articulada e no outro lado apoiada sobre um suporte de binário com o dispositivo de medição, as forças que representam as forças nos cabos podem facilmente ser determinadas pelo dispositivo de medição. A fim de ser realizada uma determinação exacta da força nos cabos de todos os cabos e assim a grandeza da carga suspensa nos cabos, é proposto, de acordo com outra característica do invento, que o primeiro e o segundo plano de guia de carga se intersectem num terceiro plano, o qual se prolonga através do eixo de rotação dos tambores duplos de cabos e o eixo de articulação da engrenagem do mecanismo de elevação, o qual está previsto no lado da caixa de engrenagens, afastado das polias de desvio e do suporte de binário e associar ao suporte de binário um transdutor dinamométrico para determinação da soma total da efectiva forças nos cabos.

Por meio da proposta do invento é definida uma dependência geométrica entre os planos de guia de carga e assim dos cabos de suspensão de carga bem com do eixo de articulação da caixa de engrenagens, pelo que as distâncias do centro dos cabos de suspensão de carga ao eixo de rotação são para ambos os cabos, conduzidos nos planos de guia de carga, são de tamanho igual. Independentemente das forças individuais nas extremidades dos cabos, esta disposição faz com que um transdutor dinamométrico integrado no suporte de binário determine sempre a soma total da carga suspensa. 5

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De acordo com um outra alternativa do presente invento está previsto que o eixo de articulação esteja instalado no lado da caixa de engrenagens, próximo das polias de desvio e afastado do suporte de binário, estando os eixos de medição dispostos nas polias de desvio para determinação das forças nos cabos de suspensão de carga acoplados e cujas forças actuam na direcção vertical, e permitir que as forças dos outros cabos de suspensão de carga, conduzidos na direcção vertical, possam ser determinadas no transdutor dinamométrico do suporte de binário contíguo aos cabos de suspensão de carga.

Com esta solução torna-se possível, pelo menos, aos pares, uma determinação separada das forças. Embora o transdutor dinamométrico no suporte de binário determine as forças efectivas resultantes dos cabos conduzidos directamente na vertical, as forças nos outros cabos, conduzidos, em primeiro lugar, aproximadamente na horizontal e a seguir desviados, podem ser determinadas por transdutores dinamométricos, os quais estão colocados nos eixos da polias de desvio. Deste modo, é possível proporcionar uma informação mais precisa acerca da distribuição de carga nas extremidades dos cabos, sem que os instrumentos de medição, como é o caso no anterior estado da técnica descrito, estejam dispostos na proximidade do dispositivo de fixação de carga.

De acordo com uma outra forma de concretização do presente invento está previsto que as forças nos cabos de suspensão de carga, conduzidos na vertical no segundo plano de guia de carga, possam ser determinados por dois transdutores dinamométricos de dois suportes de binário contíguos aos cabos de suspensão de carga distanciados entre si, cuja disposição geométrica em relação à caixa de engrenagens do mecanismo de elevação e as distâncias em relação aos cabos de suspensão de carga, podem ser inequivocamente determinadas, em que o eixo de articulação da caixa de engrenagens do mecanismo de elevação permite movimentos basculantes. A solução proposta permite, devido à determinação exacta das forças, também uma informação exacta sobre o centro de gravidade da carga. Os cabos de suspensão de carga, 6

ΕΡ 1 472 175 /PT conduzidos em torno das polias de desvio, possibilitam, nos eixos de medição das polias de desvio, uma determinação exacta da respectiva força vertical de cabo actuante em cada um dos cabos. Para os cabos de suspensão de carga, que são desenrolados directamente do tambor de cabos duplo no plano de guia de carga na vertical, torna-se possível uma determinação de carga separada deste género pelo facto de serem utilizados dois suportes de binário, distanciados entre si, com transdutores dinamométricos associados, os quais estão, determinados geometricamente com exactidão, acoplados na caixa de engrenagens do mecanismo de elevação e na armação do mecanismo de elevação. De preferência, os transdutores dinamométricos estão dispostos em ambos os lados de um plano central vertical, que passa pela caixa de engrenagens, de forma simétrica a uma distância definida um do outro, sendo a sua distância ao respectivo cabo de carga a ser medido conhecida. Na base das relações geométricas é portanto fácil determinar a carga do cabo a ser verificada, quando em ambos os dispositivos de medição de força forem determinadas cargas com grandezas diferentes, então isto é um indício de uma posição do centro de gravidade excêntrico. Visto que podem também ser determinadas as diferentes cargas nos cabos nas polias de desvio, a posição do centro de gravidade da carga pode ser determinada com exactidão aritmeticamente através das relações geométricas e ser correspondentemente avaliada.

Como a distância dos cabos se altera em relação aos dispositivos de medição ou aos suportes de binário, durante o enrolamento e desenrolamento do cabo, está previsto, de acordo com outra característica do invento, que os dados variáveis das distâncias dos cabos dentro do segundo plano de guia de carga sejam determinados e controlados electronicamente. Este controlo é, em princípio, conhecido e é aqui aplicado, para obtenção de sinais de medição inequívocos em qualquer altura da elevação.

Com o invento é apresentado um mecanismo de elevação com um dispositivo para determinação da carga, o qual é executado directamente no guincho do cabo. 0 dispositivo de medição fica, deste modo, substancialmente protegido contra influências exteriores de medição, não existindo acelerações impostas, as quais ocorrem nas medições relativas com os 7 ΕΡ 1 472 175 /PT transdutores dinamométricos em conjunto com os meios de elevação da carga. Com este invento a medição é sempre absoluta.

Um exemplo de concretização do invento está representado nos desenhos e será descrito a seguir.

Os desenhos mostram: na Fig. 1 a vista da instalação de uma grua de acordo com o invento, na Fig. 2 uma concretização do mecanismo de elevação, de acordo com o invento, para determinação da carga, na Fig. 3 uma representação tridimensional esquemática simplificada do mecanismo de elevação de acordo com a Fig. 2, na Fig. 4 uma representação tridimensional esquemática de uma primeira variante da concretização, e na Fig. 5 uma representação tridimensional esquemática de uma segunda variante de concretização do invento.

Na Fig. 1 é mostrada uma representação simplificada de uma vista geral de uma instalação de grua, na qual o presente invento pode ser aplicado. A ponte rolante elevada 1 é composta pela ponte 2 e o carro 3. Do mecanismo de elevação 4 e dos dois tambores duplos de cabo 4.1 e 4.2 saem, respectivamente, dois, portanto ao todo quatro cabos 5.1 a 5.4 para o dispositivo de fixação de carga 6, o qual sustenta a carga. A carga, no exemplo de concretização mostrado, é um contentor ISO.

Na Fig. 2 é mostrada uma vista em pormenor, representada numa escala ampliada, o mecanismo de elevação 4 sobre o carro 3. 0 mecanismo de elevação 4 é composto por uma engrenagem 8 com uma caixa de engrenagens, pelos motores de accionamento 9, pelos dois tambores duplos de cabos 4.1 e 4.2 bem como pelas duas polias de desvio 10.1 e 10.2. A caixa de engrenagens 8 é suportada dentro do carro 3 pelos apoios de engrenagens 11.1 e 11.2 e pelo suporte de binário 12. 8

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Como se pode ver, os cabos de suspensão de carga 5.3 e 5.4 são conduzidos num primeiro plano de guia de carga horizontal entre os tambores duplos de cabos 4.1 e 4.2, respectivamente, e as polias de desvio 10.1 e 10.2, respectivamente, enquanto que os cabos de suspensão de carga 5.1 e 5.2 são conduzidos directamente pelos tambores de cabos 4.1 e 4.2 na vertical num segundo plano de guia de carga comum vertical . 0 eixo de articulaçao 13 da caixa de engrenagens 8 prolonga- se através dos dois apoios de engrenagens 11 . 1 e 11.2, situando-se o mesmo neste caso num plano 14, o qual se prolonga através do ponto de intersecção dos dois planos de guia de cabos, por um lado, e do eixo de rotação dos tambores de cabos 4.1. e 4.2. No percurso vertical e horizontal dos cabos representado, as distâncias dimensionais do centro do cabo ao eixo de articulação 13 continuam nestas condições geométricas com o mesmo valor, isto é, y é igual a z.

Nesta disposição representada do mecanismo de elevação é garantido que o transdutor dinamométrico 15, integrado no suporte de binário 12, determina a soma total da carga, independentemente das forças individuais nas extremidades de cabos 5.1 a 5.4. Nesta disposição, no entanto, não é possível obter uma informação acerca do centro de gravidade da carga 7. A solução anteriormente descrita é na Fig. 3 uma representação tridimensional esquemática, mais uma vez representada de modo geométrico simplificado. São visíveis o mecanismo de elevação 4, os dois tambores duplos de cabos 4.1 e 4.2 e as duas polias de desvio 10.1 e 10.2. A caixa de engrenagens 8 é suportada dentro do carro 3 no eixo de articulação 13, que se prolonga através dos apoios de engrenagens 11.1 e 11.2, bem como no suporte de binário 12. O eixo de articulação 13 situa-se, neste caso, no terceiro plano 14, assinalado por uma linha a traço e ponto, o qual se prolonga através da intersecção dos dois planos de guia de carga e o eixo de movimento rotativo dos tambores de cabos 4.1 e 4.2. Como já foi descrito, os distâncias dimensionais do centro do cabo ao eixo de articulação 13 permanecem com o mesmo valor, isto é, y é igual a z. Neste caso y define a distância do cabo de suspensão de carga 5.1 ao eixo de 9 ΕΡ 1 472 175 /PT articulação 13 e z a distância do cabo de suspensão de carga 5.3 ao eixo de articulação 13. 0 mesmo é verdadeiro para os cabos de suspensão de carga 5.2 e 5.4 do outro tambor duplo para cabos. 0 transdutor dinamométrico 15, integrado no suporte de binário 12, não representado em pormenor, determina nesta disposição a soma total da carga, independentemente das forças individuais dos cabos nas extremidades dos cabos 5.1 a 5.4.

Uma outra alternativa do invento é representada na Fig. 4. 0 mecanismo de elevação 4 pode ser visto numa representação esquemática tridimensional, por meio da qual estão representados os dois tambores duplos de cabos 4.1 e 4.2 e as polias de desvio 10.1 e 10.2. A caixa de engrenagens 8 é suportada no interior do carro 3 nos dois apoios de engrenagens 16.1 e 16.2, bem como no suporte de binário 17. As forças nos cabos de suspensão de carga 5.3 e 5.4 são confirmadas através dos eixos de medição 19.1 e 19.2 nas polias de desvio 10.1 e 10.2, o transdutor dinamométrico 18, integrado no suporte de binário 17, determina a soma da carga das forças individuais que actuam na vertical nas extremidades de cabos 5.1 e 5.2. Esta solução permite portanto uma determinação separada das forças em ambos os lados da engrenagem, uma informação sobre o centro de gravidade da carga 7 não pode com esta disposição ser realizada. A representação da Fig. 5 mostra mais outra alternativa do invento, neste caso o mecanismo de elevação está também indicado por 4. Os dois tambores duplos de cabos estão indicados pelos números de referência 4.1 e 4.2. Os cabos de suspensão de carga 5.3 e 5.4 são conduzidos em torno das polias de desvio 10.1 e 10.2, as quais, tal como na solução de acordo com a Fig. 4, estão providas com eixos de medição 19.1 e 19.2, e permitem uma determinação separada das forças nas extremidades de cabo 5.3 e 5.4. A caixa de engrenagens 8 é suportada no interior do carro 3 no apoio de engrenagem 20 e os dois suportes de binário 21.1 e 21.2. Nos suportes de binário 21.1. e 21.2 estão previstos transdutores dinamométricos 22.1 e 22.2 integrados, os quais determinam individualmente as forças que actuam verticalmente nas extremidades de cabo 5.1 e 5.2. Para este efeito são conhecidos os seguintes dados. 10

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Os valores de medição constantes nos transdutores dinamométricos 22.1 e 22.2, a distância constante do suporte de binário a, a geometria do perfil de ranhuras no tambor de cabos, as distâncias de medição x dependentes da respectiva altura de elevação e que se alteram com o enrolamento e desenrolamento dos cabos. Estes dados variáveis são transmitidos e controlados electronicamente, como é conhecido no estado da técnica.

As forças nas extremidades de cabo 5.3 e 5.4 são determinadas averiguadas separadamente, de modo que todas as forças de cada extremidade de cabo 5.1 a 5.4 são agora conhecidas e podem ser avaliadas. Devido à determinação exacta destas forças é possível, nesta disposição do suporte do mecanismo de elevação, obter uma informação sobre a posição do centro de gravidades da carga 7.

Lista dos Números de Referência

Ponte rolante 1 Ponte 2 Carro 3 Mecanismo de elevação 4 Tambor duplo para cabos 4.1; 4.2 Cabos de suspensão de carga 5.1 a 5.4 Dispositivo de fixação de carga 6 Carga 7 Caixa de engrenagens 8 Motor de accionamento 9 Polias de desvio 10.1; 10.2 Apoios de engrenagens 11.1; 11.2 Suporte de binário 12 Eixo de articulação 13 Plano 14 Transdutor dinamométrico 15 Apoios de engrenagens 16.1; 16.2 Suporte de binário 17 Transdutor dinamométrico 18 Eixos de medição 19.1; 19.2 Apoio de engrenagem 20 Suporte de binário 21.1; 21.2 Transdutor dinamométrico 22.1. 22.2

Lisboa

Claims

ΕΡ 1 472 175 /PT 1/2 REIVINDICAÇÕES 1 - Mecanismo de elevação (4), em particular, um mecanismo de elevação de uma grua para o manuseamento de contentores com um dispositivo para determinação da carga com, pelo menos, um tambor de cabos (4.1, 4.2), pelo menos, um motor de accionamento (9), bem como uma engrenagem do mecanismo de elevação, instalada entre o motor de accionamento (9) e o tambor de cabos (4.1, 4.2), a qual está disposta numa caixa de engrenagens (8), apoiada num dos lados na estrutura do mecanismo de elevação, estando a caixa de engrenagens (8), na zona da sua extremidade frontal, apoiada de forma articulada em torno de um eixo, que se prolonga em paralelo em relação ao eixo do tambor de cabos e na zona da outra extremidade frontal, apoiada, pelo menos, num suporte de binário (17), ao qual está associado um dispositivo de medição, para determinação indirecta da carga suspensa nos cabos (5.1 a 5.4), caracterizado por: o mecanismo de elevação (4) apresentar dois tambores duplos de cabos (4.1 e 4.2) de eixos iguais, accionáveis de forma sincronizada, respectivamente, com um par de cabos de suspensão de carga (5.1 a 5.4), que podem ser enrolados e desenrolados na mesma direcção, respectivamente, um cabo de carga (5.3; 5.4) de cada par de cabos de suspensão de carga (5.1; 5.3 e 5.2; 5.4) é conduzido num primeiro plano, que se prolonga essencialmente na horizontal e é tangente aos tambores duplos de cabos (4.1 e 4.2), e é desviado na vertical em torno de polias de desvio (10.1; 10.2), e os outros dois cabos de suspensão de carga (5.1; 5.2) de cada par de cabos de suspensão de carga (5.1; 5.3 respectivamente 5.2; 5.4) são conduzidos na direcção vertical num segundo plano de guia de carga, tangente aos tambores duplos para cabos (4.1 e 4.2).
2 - Mecanismo de elevação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: o primeiro e o segundo plano de guia de carga se intersectarem num terceiro plano (14), o qual se prolonga através do eixo de movimento rotativo dos tambores duplos de cabo (4.1 e 4.2) e do eixo de articulação (13) da engrenagem ΕΡ 1 472 175 /PT 2/2 (8) do mecanismo de elevação, o qual está previsto no lado oposto das polias de desvio (10.1 e 10.2) e do suporte de binário (12), e por o suporte de binário (12) estar associado a um transdutor dinamométrico (15) para determinação da soma total das forças que actuam nos cabos.
3 - Mecanismo de elevação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: o eixo de articulação (13) estar previsto no lado da caixa de engrenagens (8), voltado para as polias de desvio (10.1 e 10.2) e oposto ao do suporte de binário (17), por os eixos de medição (19.1; 19.2) estarem dispostos nas polias de desvio (10.1 e 10.2) para determinação das forças nos cabos de suspensão de carga (5.3 e 5.4) desviados e por as forças dos outros cabos de suspensão de carga (5.1 e 5.2), conduzidos na direcção vertical, poderem ser determinados no transdutor de força (18) do suporte de binário (17) contíguo aos cabos de suspensão de carga (5.1 e 5.2).
4 - Mecanismo de elevação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: as forças nos cabos de força (5.1 e 5.2), os quais são conduzidos na vertical no segundo plano de guia de carga, poderem ser determinadas nos transdutores dinamométricos (22.1 e 22.2) por dois suportes de binário (21.1 e 21.2) distanciados entre si e contíguos aos dois cabos de suspensão de carga (5.1 e 5.2), cuja disposição geométrica em relação à caixa de engrenagens (8) e as distâncias (x) aos cabos de suspensão de carga (5.1 e 5.2) podem ser determinadas de forma inequívoca, em que o eixo de articulação da caixa de engrenagens (8) permite movimentos basculantes.
5 - Mecanismo de elevação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: serem determinados e controlados electronicamente os dados variáveis das distâncias de cabo no segundo plano de guia de carga. Lisboa,