MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE MEMBRO ESTRIADO
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [001] Esta invenção se refere em geral a métodos de fabricar elementos ranhurados, tal como são comumente usados nos conjuntos de eixo de transmissão. Em particular, esta invenção se refere a um método aperfeiçoado de fabricar um elemento ranhurado para uso em um tal conjunto de eixo de transmissão.
[002] Sistema de trem de acionamento são amplamente usados para gerar potência de uma fonte e para transferir tal potência da fonte para um mecanismo acionado. Com freqüência a fonte gera potência rotativa e tal potência rotativa é transferida da fonte para um mecanismo acionado rotativamente. Por exemplo, na maioria dos veículos terrestres em uso hoje, um conjunto de motor/transmissão gera potência rotativa e tal potência rotativa é transferida de um eixo de saída do conjunto motor/transmissão através do conjunto do eixo de transmissão para um eixo de entrada de um conjunto de árvore, de modo a acionar rotativamente as rodas do veículo. Para obter isto, um típico conjunto de eixo de transmissão inclui um tubo de eixo de transmissão cilíndrico oco tendo um par de acessórios extremos, tal como um par de forquilhas tubulares, fixados às extremidades dianteira e traseira do mesmo. O acessório da extremidade dianteira forma uma porção de uma junta universal dianteira que conecta o eixo de saída do conjunto de motor/transmissão à extremidade dianteira do tubo do eixo de transmissão. De modo similar, o acessório extremo traseiro forma uma porção de uma junta universal traseira que conecta a extremidade traseira do tubo do eixo de transmissão ao eixo de entrada do conjunto de árvore. As juntas universais dianteira e traseira proporcionam uma conexão de acionamento rotativo do eixo de saída do conjunto de motor/transmissão através do tubo do eixo de transmissão até o eixo de entrada do conjunto de árvore, enquanto acomoda uma quantidade limitada de desalinhamento angular entre os eixos geométricos de rotação destes três eixos.
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2/13 [003] Não apenas deve um típico sistema de trem de acionamento acomodar uma quantidade limitada de desalinhamento angular entre a fonte de potência rotativa e o dispositivo acionado rotativamente, mas ele tipicamente também deve acomodar uma quantidade limitada de movimento axial relativo entre os mesmos. Por exemplo, na maioria dos veículos, uma pequena quantidade de movimento axial relativo freqüentemente ocorre entre o conjunto de motor/transmissão e o conjunto de árvore quando a suspensão do veículo articula durante operação normal, tal como quando o veículo é acionado sobre uma estrada acidentada. Para tratar disto, é conhecido proporcionar uma junta deslizante no conjunto de eixo de transmissão. Uma junta deslizante típica inclui primeiro e segundo elementos que têm estruturas respectivas formadas nos mesmos que cooperam entre si para movimento rotativo concorrente, enquanto permitem que uma quantidade limitada de movimento axial ocorra entre os mesmos.
[004] Um tipo de junta deslizante comumente usado em conjuntos de eixo de transmissão convencionais é uma junta deslizante do tipo de ranhura deslizante. Um tipo de junta deslizante de ranhura deslizante típico inclui elementos macho e fêmea tendo respectivas pluralidades de ranhuras formadas nos mesmos. O elemento macho é geralmente cilíndrico no formato e tem uma pluralidade de ranhuras estendidas para fora formadas na superfície externa do mesmo. O elemento macho pode ser formado integralmente com ou fixado a uma extremidade do conjunto de eixo de transmissão descrito acima. O elemento fêmea, por outro lado, é geralmente oco e cilíndrico no formato e tem uma pluralidade de ranhuras estendidas para dentro formadas na superfície interna do mesmo. O elemento fêmea pode ser formado integralmente com ou fixado a uma forquilha que forma uma porção de uma das juntas universais descritas acima. Para montar a junta deslizante, o elemento macho é inserido dentro do elemento fêmea de modo que as ranhuras estendidas para fora do
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3/13 elemento macho cooperem com as ranhuras estendidas para dentro do elemento fêmea. Como resultado, os elementos macho e fêmea são conectados juntos para movimento rotativo concorrente. Entretanto, as ranhuras estendidas para fora do elemento macho podem deslizar em relação às ranhuras estendidas para dentro do elemento fêmea para permitir que uma quantidade limitada de movimento axial relativo ocorra entre o conjunto de motor/transmissão e o conjunto de árvore do sistema de trem de acionamento.
[005] No passado, os elementos ranhurados macho e fêmea eram geralmente formados de aço e as ranhuras de tais elementos eram fabricadas usinando porções de tais elementos de modo a proporcionar as ranhuras desejadas. Embora este método seja eficaz, o uso do processo de usinagem para formar as ranhuras resultou na geração de material desperdiçado, o que é ineficaz. Além disso, o uso do processo de usinagem convencional para formar as ranhuras pode gerar variâncias dimensionais que resultam das tolerâncias e práticas de fabricação normais. Mais recentemente, os elementos ranhurados macho e fêmea geralmente foram formados de ligas de alumínio tendo fatores de alongamento baixos, tal como o alumínio 6061-T6. O uso destas ligas de alumínio é considerado desejável porque o alumínio é muito mais leve no peso do que o aço. Entretanto, o uso do processo de usinagem para formar as ranhuras nos elementos de alumínio ainda resulta na geração de material de refugo e imprecisões dimensionais. Dessa forma, seria desejável proporcionar um método aperfeiçoado de fabricar um elemento ranhurado, tal como para uso em um conjunto de eixo de transmissão veicular, que evite a geração de material de refugo e minimize a quantidade de imprecisões dimensionais.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [006] Esta invenção se refere a um método aperfeiçoado de fabricar um elemento ranhurado, tal como para uso em um conjunto de eixo de transmissão veicular, que evite a geração de material de refugo e minimize
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4/13 a quantidade de imprecisões dimensionais. Uma peça de trabalho cilíndrica oca é inicialmente preparada de um material tendo uma característica de alongamento alta. O material usado para formar a peça de trabalho pode ser liga de alumínio grau AA-5154 tendo uma característica de alongamento que esteja na faixa de cerca de 20% a cerca de 30%, de preferência na faixa de cerca de 22% a cerca de 28%, e de mais preferência cerca de 25%. Um mandril tendo uma pluralidade de ranhuras externas é inserido dentro da peça de trabalho e a peça de trabalho é deformada em engate com o mandril para formar um elemento ranhurado usando um processo de estampagem, tal como estampagem rotativa ou de alimentação. O elemento ranhurado é, dessa forma, formado tendo uma pluralidade de ranhuras internas e uma superfície externa cilíndrica. O uso do processo de estampagem evita a geração de material de refugo. Além disso, a imprecisão dimensional é aperfeiçoada porque o elemento ranhurado é moldado de acordo com o mandril precisamente formado, o que elimina variações dimensionais que podem resultar das práticas de usinagem convencionais.
[007] Vários objetivos e várias vantagens desta invenção se tornarão aparentes para aqueles versados na técnica a partir da descrição detalhada a seguir das modalidades preferidas quando lida à luz dos desenhos em anexo.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [008] A Figura 1 é uma vista em perspectiva explodida de uma peça de trabalho e um mandril mostrados antes do início de uma primeira modalidade de um método de fabricar um elemento ranhurado de acordo com esta invenção.
[009] A Figura 2 é uma vista em perspectiva similar à Figura 1 mostrando a peça de trabalho e o mandril dispostos em uma relação de sobreposição co-axial.
[0010] A Figura 3 é uma vista em elevação em corte da peça de
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5/13 trabalho e do mandril montados tomada ao longo da linha 3-3 da Figura 2.
[0011] A Figura 4 é uma vista em perspectiva similar à Figura 2 mostrando a peça de trabalho após ela ser deformada em torno do mandril.
[0012] A Figura 5 é uma vista em elevação em corte da peça de trabalho deformada e do mandril tomada ao longo da linha 5-5 da Figura 4.
[0013] A Figura 6 é uma vista em elevação em corte da peça de trabalho deformada após ela ser removida do mandril.
[0014] A Figura 7 é uma vista em elevação em corte similar à Figura 6 mostrando a peça de trabalho deformada após uma operação de usinagem ser conduzida na mesma para formar um elemento ranhurado acabado.
[0015] A Figura 8 é uma vista em perspectiva explodida mostrando o elemento ranhurado acabado, uma vedação interna e uma extremidade de um tubo de eixo de transmissão antes da montagem para formar um componente de eixo de transmissão ranhurado.
[0016] A Figura 9 é uma vista em elevação em corte mostrando o elemento ranhurado, a vedação interna e o tubo do eixo de transmissão em uma condição montada para formar um componente de eixo de transmissão ranhurado.
[0017] A Figura 10 é uma vista em perspectiva explodida mostrando o componente do eixo de transmissão ranhurado da Figura 9 e outro componente do eixo de transmissão ranhurado que podem ser montados para formar um conjunto de eixo de transmissão ranhurado.
[0018] A Figura 11 é uma vista em elevação explodida de uma peça de trabalho e um mandril antes do começo de uma segunda modalidade de um método de fabricar um elemento ranhurado de acordo com esta invenção.
[0019] A Figura 12 é uma vista em elevação explodida de uma peça de trabalho e um mandril mostrados antes do começo de uma terceira modalidade de um método de fabricar um elemento ranhurado de acordo
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6/13 com esta invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS [0020] Com referência agora aos desenhos, está ilustrada nas Figuras 1 a 10 uma primeira modalidade de um método de formar um elemento ranhurado de acordo com esta invenção. O elemento ranhurado pode, por exemplo, ser usado em um conjunto de eixo de transmissão de um sistema de trem de acionamento veicular. Entretanto, será observado que o elemento ranhurado fabricado de acordo com o método desta invenção pode ser usado em qualquer ambiente desejado para qualquer finalidade desejada.
[0021] Como mostrado na Figura 1, uma peça de trabalho, indicada genericamente por 10, e um mandril, indicado genericamente por 20, são inicialmente previstos. A peça de trabalho ilustrada 10 é geralmente oca e cilíndrica no formato tendo uma superfície externa 11 e uma superfície interna 12 que definem uma espessura de parede que é geralmente uniforme em todo o comprimento da mesma. Entretanto, a peça de trabalho 10 pode ser formada tendo qualquer formato ou espessura de parede desejados.
[0022] A peça de trabalho 10 é formada de um material tendo uma característica de alongamento alta. Como usado aqui, o termo “característica de alongamento” é usado para designar um fator que é representativo da quantidade de ductilidade do material usado para formar a peça de trabalho 10. O fator de alongamento varia diretamente com a quantidade de ductilidade do material, isto é, quanto mais alto o fator de ductilidade mais dúctil o material é, e vice-versa. As características de alongamento do material usado para formar a peça de trabalho 10 podem ser determinadas de qualquer maneira desejada. Por exemplo, as características de alongamento do material podem ser determinadas empiricamente inicialmente proporcionando um par de marcas em locais afastados entre si na superfície externa de um pedaço do material e
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7/13 medindo a distância entre as mesmas. Então, o pedaço do material é submetido a forças de tração que o fazem alongar e aumentar a distância entre as duas marcas. Após uma certa quantidade de tal alongamento ocorrer, o pedaço do material irá fraturar em dois pedaços. Em seguida a tal fratura, os dois pedaços do material são dispostos adjacentes entre si e o comprimento da extensão antes da fratura ocorrer é medido como a distância entre as duas marcas. Dividindo o comprimento estendido entre as duas marcas pelo comprimento original entre as mesmas, o fator de alongamento pode ser expresso como uma percentagem do comprimento original.
[0023] Como usado aqui, o termo “característica de alongamento alta” é usado para designar uma característica de alongamento que está na faixa de cerca de 20% a cerca de 30%, de preferência na faixa de cerca de 22% a cerca de 28% e de mais preferência cerca de 25%. A peça de trabalho 10 é de preferência formada de um material de liga de alumínio tendo uma característica de alongamento alta. Um exemplo de um material que tem uma característica de alongamento alta é a liga de alumínio grau AA-5154 tendo uma dureza H112 e uma espessura de parede geralmente uniforme de cerca de 6 mm.
[0024] De modo alternativo, a peça de trabalho 10 pode ser formada de um material tendo uma característica de alongamento baixa, mas que seja submetido a um processo de amolecimento para prover o mesmo de uma característica de alongamento alta. Um processo de amolecimento bem conhecido é um processo de tratamento térmico de retrogressão. Geralmente falando, o processo de tratamento térmico de retrogressão é conduzido aquecendo rapidamente a peça de trabalho 10 até uma temperatura suficiente que proporcione amolecimento total ou parcial da mesma e em seguida resfriando relativamente rápido. Apesar deste resfriamento, a peça de trabalho 10 retém as características de amolecimento total ou parcial por pelo menos um período de tempo
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8/13 relativamente curto. A deformação da peça de trabalho 10 é conduzida da maneira descrita abaixo enquanto a peça de trabalho 10 retém as características de amolecimento total ou parcial.
[0025] O mandril ilustrado 20 é geralmente cilíndrico no formato, incluindo uma porção de eixo de suporte 21 e uma porção extrema tendo uma pluralidade de ranhuras externas estendidas axialmente 22 formadas na superfície externa da mesma. De preferência, as ranhuras externas 22 do mandril 20 definem um diâmetro externo que é menor do que um diâmetro interno definido pela superfície interna 12 da peça de trabalho 10. Como resultado, o mandril 20 pode ser rápida e facilmente inserido coaxialmente dentro da peça de trabalho 10, como mostrado nas Figuras 2 e
3. O mandril 20 é inserido dentro da peça de trabalho 10 para deformar a peça de trabalho 10 em um formato desejado para formar um elemento ranhurado.
[0026] Dessa forma, a próxima etapa do método é deformar uma porção da peça de trabalho 10 em torno das ranhuras externas 22 estendidas axialmente do mandril 20, como mostrado nas Figuras 4 e 5. Isto pode ser feito por qualquer processo desejado. Entretanto, de preferência, a porção da peça de trabalho 10 é deformada em torno das ranhuras externas 22 estendidas axialmente do mandril 20 por um processo de estampagem, tal como por estampagem rotativa ou estampagem de alimentação. Durante este processo de estampagem, uma ferramenta de estampagem convencional (não mostrada) é movida para engate com uma porção da superfície externa 11 (ver Figuras 1 a 3) da peça de trabalho 10. Como resultado, a porção da peça de trabalho 10 que é engatada pela ferramenta de estampagem é reduzida no diâmetro (tal como mostrado em 13 nas Figuras 4 e 5) em relação à porção da peça de trabalho 10 que não está engatada na ferramenta de estampagem, que permanece em seu diâmetro original (tal como mostrado em 14 nas Figuras 4 e 5). Em conseqüência, uma porção de transição 15 é definida na peça de trabalho
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9/13 entre a porção de diâmetro reduzido 13 e a porção de diâmetro não reduzido 14. A porção de transição 15 da peça de trabalho 10 é, de preferência, de formato frusto-cônico conforme ilustrado, embora isso não seja requerido.
[0027] Após isso, o mandril 20 é removido da peça de trabalho 10, como mostrado na Figura 6, para proporcionar um elemento ranhurado grosseiro, indicado em geral por 16 na Figura 6. Como resultado deste processo de estampagem, a superfície interna 12 da porção de diâmetro reduzido 13 deformada do elemento ranhurado 16 é movida para engate com as ranhuras externas 22 previstas na porção extrema do mandril 20 e re-moldadas para formar uma pluralidade de ranhuras internas 13a na mesma, como mostrado na Figura 6. Ao mesmo tempo, entretanto, a superfície externa da porção de diâmetro reduzido 13 deformada do elemento ranhurado 16 é, de preferência, mantida como o seu formato original em geral cilíndrico (embora com um diâmetro externo menor), como também mostrado na Figura 6.
[0028] A seguir, as porções do elemento ranhurado 16 podem ser usinadas ou de outra forma re-moldadas para proporcionar uma variedade de estruturas desejadas no mesmo. Por exemplo, como mostrado na Figura 7, um ou mais rasgos anulares 13b podem ser formados na superfície externa da porção de diâmetro reduzido 13 deformada do elemento ranhurado 16. A finalidade destes rasgos anulares 13b será explicada abaixo. Além disso, um rebaixo 15a pode ser formado na superfície interna do elemento ranhurado 16 na porção de transição 15 do mesmo, ou próximo a ela. A finalidade deste rebaixo 15a também será explicada abaixo. Por último, uma área recuada anular 14a pode ser formada na superfície externa da porção de diâmetro não reduzido 14 do elemento ranhurado 16 adjacente a uma extremidade do mesmo. A finalidade desta área recuada anular 14a também será explicada abaixo.
[0029] As Figuras 8 e 9 ilustram o conjunto do elemento
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10/13 ranhurado 16 com uma vedação interna 30 e uma extremidade de um tubo de eixo de transmissão 40 para formar um componente de eixo de transmissão ranhurado, indicado em geral por 50. Inicialmente, a vedação interna 30 (que pode ser um bujão de expansão convencional elastomérico ou plástico) é inserida dentro do elemento ranhurado 16 e encaixada por prensagem no rebaixo 15a formado na superfície interna da porção de transição 15 do elemento ranhurado 16. Então, a extremidade do tubo de eixo de transmissão 40 é movida co-axialmente em torno do e suportada no recesso anular 14a previsto na porção de diâmetro não reduzido 14 do elemento ranhurado 16. Dessa forma, o recesso anular 14a funciona como uma sede de tubo para posicionar precisamente o eixo de transmissão 40 em relação ao elemento ranhurado 16. De preferência, a extremidade do tubo de eixo de transmissão 40 inicialmente engata na sede de tubo 14a do elemento ranhurado 16 em uma relação de encaixe de leve prensagem. Após isso, a extremidade do tubo de eixo de transmissão 40 pode ser permanentemente fixada ao elemento ranhurado 16 de qualquer maneira convencional, tal como soldagem, adesivos e similares.
[0030] Como mostrado na Figura 10, o componente de eixo de transmissão ranhurado 50 é um componente de eixo de transmissão ranhurado fêmea que pode ser usado com um componente de eixo de transmissão ranhurado macho convencional, tal como indicado em geral em 60, para formar um conjunto de eixo de transmissão ranhurado. O componente de eixo de transmissão ranhurado 60 é convencional na técnica e inclui uma porção de eixo 61 que é conectada a uma porção ranhurada macho tendo uma pluralidade de ranhuras externas 62 previstas na mesma. De uma maneira que é bem conhecida na técnica, as ranhuras externas 62 do componente de eixo de transmissão ranhurado macho 60 cooperam com as ranhuras internas 13a formadas no componente de eixo de transmissão ranhurado fêmea 50. Como resultado, o componente de eixo de transmissão ranhurado macho 60 e o componente de eixo de
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11/13 transmissão ranhurado fêmea 50 são conectados juntos para movimento rotativo concorrente. Entretanto, as ranhuras externas 62 do componente de eixo de transmissão ranhurado macho 60 podem deslizar em relação às ranhuras internas 13a do componente de eixo de transmissão ranhurado fêmea 50, para permitir que uma quantidade predeterminada de movimento axial relativo ocorra entre o componente de eixo de transmissão ranhurado macho 60 e o componente de eixo de transmissão ranhurado fêmea 50.
[0031] Como discutido acima, um ou mais rasgos anulares 13b são formados na superfície externa da porção de diâmetro reduzido 13 deformada do componente de eixo de transmissão ranhurado fêmea 50. Estes rasgos anulares 13b podem ser previstos para facilitar a fixação de uma primeira extremidade de uma sanfona flexível convencional (não mostrada) em torno da extremidade aberta da porção de diâmetro reduzido 13 deformada do componente de eixo de transmissão ranhurado fêmea 50. Uma segunda extremidade dessa sanfona flexível também pode ser fixada à superfície externa do componente de eixo de transmissão ranhurado macho 60 para evitar que sujeira, água e outros contaminantes entrem na região das ranhuras cooperantes 62 e 13a. Para facilitar a fixação da segunda extremidade da sanfona flexível à superfície externa do componente de eixo de transmissão ranhurado macho 60, um ou mais rasgos similares (não mostrados) também podem ser formados na superfície externa do componente de eixo de transmissão ranhurado macho 60.
[0032] Embora o método desta invenção seja descrito e ilustrado no contexto da formação de um elemento ranhurado fêmea, será observado que a invenção pode ser usada para formar um elemento ranhurado macho também. Para obter isto, a peça de trabalho cilíndrica oca 10 pode ser inserida dentro de um mandril cilíndrico oco (não mostrado) tendo uma pluralidade de ranhuras internas estendidas axialmente formadas na superfície interna do mesmo. A peça de trabalho cilíndrica oca
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12/13 pode, então, ser expandida para fora tal como pelo uso de técnicas convencionais de formação por pulso magnético, de modo a formar um elemento ranhurado macho tendo uma pluralidade de ranhuras externas estendidas axialmente formadas na superfície externa do mesmo.
[0033] A Figura 11 é uma vista em elevação explodida de uma peça de trabalho modificada, indicada em geral por 10', e o mandril 20 está mostrado antes do começo de uma segunda modalidade de um método de fabricar um elemento ranhurado de acordo com esta invenção. Nesta modalidade do método desta invenção, a peça de trabalho modificada 10' é em geral oca e cilíndrica no formato, similar à peça de trabalho 10 descrita e ilustrada acima. Entretanto, a peça de trabalho modificada 10' não tem uma espessura de parede que seja em geral uniforme pelo comprimento da mesma. Ao invés disso, a peça de trabalho modificada 10' tem uma espessura de parede que varia de uma porção mais espessa 10a até uma porção mais fina 10b. Nesta modalidade da invenção a porção mais espessa 10a da peça de trabalho modificada 10' e a porção mais fina 10b da peça de trabalho modificada 10' são formadas de pedaços separados de material que são fixados juntos usando qualquer processo convencional. Por exemplo, a porção mais espessa 10a da peça de trabalho modificada 10' e a porção mais fina 10b da peça de trabalho modificada 10' podem ser fixadas juntas por um processo de soldagem por atrito convencional. O mandril 20 pode ser inserido dentro da porção mais espessa 10a da peça de trabalho modificada 10' para formar as ranhuras internas 13a da maneira descrita acima.
[0034] A Figura 12 é uma vista em elevação explodida de uma peça de trabalho mais modificada, indicada em geral por 10'', e o mandril 20 é mostrado antes do início de uma terceira modalidade de um método de fabricar um elemento ranhurado de acordo com esta invenção. Nesta modalidade do método desta invenção, a peça de trabalho mais modificada 10'' é em geral oca e cilíndrica no formato, similar à peça de trabalho 10
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13/13 descrita e ilustrada acima. Entretanto, a peça de trabalho mais modificada 10” não tem uma espessura de parede que seja em geral uniforme pelo comprimento da mesma. Ao invés disso, a peça de trabalho modificada 10” tem uma espessura de parede que varia de uma porção mais espessa 10c até uma porção mais fina 10d. Nesta modalidade da invenção a porção mais espessa 10c da peça de trabalho modificada 10” e a porção mais fina 10d da peça de trabalho modificada 10” são formadas de um único pedaço de material que é formado para ter porções de espessura de parede relativamente espessa e fina usando qualquer processo convencional. Por exemplo, a porção mais espessa 10c da peça de trabalho modificada 10” e a porção mais fina 10d da peça de trabalho modificada 10” podem ser formadas por um processo de laminação convencional ou por um processo de extrusão de tubo de topo convencional. O mandril 20 pode ser inserido dentro da porção mais espessa 10c da peça de trabalho modificada 10” para formar as ranhuras internas 13a da maneira descrita acima.
[0035] De acordo com as disposições da legislação de patentes o princípio e o modo de operação desta invenção foram explicados e ilustrados nas suas modalidades preferidas. Entretanto, deve-se compreender que esta invenção pode ser praticada de outro modo diferente daquele explicado e ilustrado sem desviar de seu espírito e escopo.