ES2690208T3 - Mandril con saliente exterior deslizante - Google Patents
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Abstract
Un mandril (10) adecuado para formar una pieza hueca, en donde la pieza está fabricada de un material que se puede curar por calor que tiene un primer coeficiente de expansión, tiene un cuerpo alargado con un eje longitudinal y tiene un saliente lateral fijado al cuerpo que 5 se extiende en contra del cuerpo, el mandril (10) que comprende: (a) un miembro (12) central alargado que tiene un primer extremo, un segundo extremo opuesto, un eje longitudinal, una superficie exterior y un segundo coeficiente de expansión que es diferente del primer coeficiente de expansión; (b) un miembro (14) lateral dispuesto en una primera ubicación y que se extiende en contra de la superficie exterior del miembro (12) central, el miembro (14) lateral que está fijado de forma deslizante al miembro (12) central de tal manera que el miembro (14) lateral se puede deslizar a lo largo de una trayectoria paralela al eje longitudinal del miembro (12) central; y (c) un miembro (16) de larguero alargado rígido que tiene un primer extremo, un segundo extremo y un coeficiente de expansión sustancialmente similar al primer coeficiente de expansión, el primer extremo del miembro (16) de larguero que está fijado al miembro (14) lateral y el segundo extremo del miembro (16) de larguero que está fijado a una segunda ubicación dispuesta separada de la primera ubicación, el miembro (16) de larguero que está dispuesto sustancialmente paralelo al eje longitudinal del miembro (12) central.
Description
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DESCRIPCION
Mandril con saliente exterior deslizante Referencia cruzada a solicitud relacionada
Esta solicitud internacional está relacionada y reivindica prioridad de la solicitud de patente estadounidense No. 13/204,468, titulada “Mandril con saliente exterior deslizante” presentada el 5 de agosto de 2011.
Campo de la invención
Esta invención se refiere, en general, a mandriles para formar piezas huecas de un material que se puede curar por calor.
Antecedentes de la invención
Piezas de máquinas huecas alargadas se están construyendo cada vez más a partir de materiales no metálicos, tales como materiales compuestos. Típicamente, dichos materiales compuestos están construidos mediante un proceso de curado por calor.
En dichos procesos de curado por calor, es típico formar las piezas de máquina aplicando un material que se puede curar por calor al exterior de un mandril, curando el material no metálico, enfriando el material metálico curado, mientras la pieza permanece soportada por el mandril, y finalmente, retirando la pieza acabada del mandril.
Un problema surge cuando la pieza tiene que tener un saliente lateral, tal como una pestaña. Dado que los mandriles están fabricados típicamente de acero, y por lo tanto tienen un coeficiente de expansión térmica mucho mayor que el material no metálico. El mandril, que incluye el miembro lateral en el mandril utilizado para soportar el saliente lateral, se expande a una velocidad mayor que la pieza compuesta. Esto provoca que se forme un hueco entre la porción lateral (en la pieza compuesta) y el miembro lateral (en el mandril), por tanto, resultando en una reducción de la presión de soporte entre el saliente lateral y el miembro lateral. Este a su vez, puede provocar que el saliente lateral de la pieza metálica se desacople de forma prematura del soporte proporcionado por el miembro lateral. Dicho desacoplamiento prematuro frecuentemente produce porosidad, delaminaciones y/u otros problemas de calidad de laminado en la pieza no metálica.
Otro problema que surge cuando una pieza compuesta tiene que tener un saliente lateral es que el miembro lateral en el mandril puede aplastar los salientes laterales durante el enfriamiento.
En un intento de tratar con estos problemas, algunos mandriles de la técnica anterior han sido diseñados con miembros laterales “flotantes”, miembros laterales libres de deslizarse a lo largo del exterior de la porción central del mandril. Aunque dichos miembros laterales flotantes en general tienen éxito en resolver la tendencia de que los miembros laterales aplasten los salientes laterales durante el enfriamiento, la disposición final de los miembros laterales no se puede controlar de forma precisa. Esto significa que la ubicación de los salientes laterales de la pieza compuesta no se puede controlar de forma precisa.
Por consiguiente, hay una necesidad de un mandril capaz de formar una pieza de máquina que tenga un saliente lateral que evite los problemas mencionados anteriormente en la técnica anterior.
El documento US5597435A divulga un método que utiliza redecillas para el moldeo de materiales compuestos.
El documento US2009/176026A1 divulga un aparato de control del crecimiento de curado.
Resumen de la invención
La invención satisface esta necesidad. De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un mandril adecuado para formar una pieza hueca de acuerdo con la reivindicación 1. De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un método para formar una pieza hueca de acuerdo con la reivindicación 9.
De acuerdo con un tercer aspecto de la invención, se proporciona un método para formar una pieza hueca de acuerdo con la reivindicación 11.
Dibujos
Estas y otras características, aspectos y ventajas de la invención se entenderá mejor con referencia a la siguiente descripción, reivindicaciones adjuntas y dibujos que acompañan en los que:
La figura 1 es una vista en perspectiva de un primer panel que tiene las características de la invención;
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La figura 2 es una vista lateral del mandril ilustrado en la figura 1;
La figura 3 es una vista extrema del mandril ilustrado en la figura 1;
La figura 4 es una vista lateral en sección trasversal del mandril ilustrado en la figura 3, tomada a lo largo de la línea 4-4;
La figura 5 es una vista en perspectiva de un segundo mandril que tiene características de la invención; y
La figura 6 es una vista lateral en sección trasversal del mandril ilustrado en la figura 5.
Descripción detallada de la invención
La siguiente exposición describe en detalle un modo de realización de la invención y varias variaciones de ese modo de realización. Esta exposición no debería considerarse, sin embargo, que limita la invención a estos modos de realización particulares. Los expertos en la técnica reconocerán numerosos modos de realización diferentes también.
La invención es un mandril 10 adecuado para formar una pieza hueca, en donde la pieza está fabricada de un material que se puede curar por calor que tiene un primer coeficiente de expansión, un cuerpo alargado con un eje longitudinal y que tiene un saliente lateral fijado al cuerpo que se extiende en contra del cuerpo.
El material que se puede curar por calor puede ser un compuesto de una fibra y una matriz. Materiales de fibra incluyen, carbono, grafito, fibra de vidrio, cuarzo, cerámica, aramida, nanofibra, UHMWPE, basalto, y otras fibras reforzadas estructurales. Matrices pueden incluir epoxi, poliamida, bismaleimida, feólica, termoplástica, poliéster, éster vinílico, éster cianato, cerámica u otra matriz compuesta polimérica. La fibra y la matriz pueden estar en cualquier combinación.
El mandril 10 comprende un miembro 12 central alargado, uno o más miembros 14 laterales móviles y al menos un miembro 16 de larguero alargado rígido.
El miembro 12 central es alargado y tiene un primer extremo 18, opuesto a un segundo extremo 20, un eje 22 longitudinal y una superficie 24 exterior. Típicamente, el miembro 12 central tiene entre aproximadamente cuatro pies y aproximadamente 20 pies de longitud, más típicamente entre aproximadamente tres pies y aproximadamente ocho pies de longitud, tal como aproximadamente cinco pies de longitud.
También típicamente, el miembro 12 central está hecho de acero. Sin embargo, se pueden utilizar otras aleaciones, tales como aluminio o aleaciones de acero-níquel tal como Invar®. El miembro 12 central en muchas aplicaciones puede también estar fabricado a partir de un compuesto reforzado por carbono o compuestos de carbono.
El miembro 12 central tiene un coeficiente de expansión que es marcadamente diferente al primer coeficiente de expansión. La diferencia en el coeficiente de expansión podría resultar en detrimento durante el curado del compuesto. Típicamente, el coeficiente de expansión es “marcadamente diferente” lo cual significa que el coeficiente de expansión del miembro central difiere del primer coeficiente de expansión en al menos un 5%.
En el modo de realización ilustrado en los dibujos, la superficie 24 exterior del miembro 12 central tiene secciones transversales circulares a lo largo de toda la longitud del miembro 12 central. En los modos de realización ilustrado se las figuras 1-4, la superficie 24 exterior del miembro 12 central es un cilindro circular recto que tiene secciones transversales circulares iguales a lo largo de toda la longitud del miembro 12 central. En el modo de realización ilustrado en las figuras 5 y 6, sin embargo, las secciones transversales circulares de la superficie 24 exterior del miembro 12 central son mayores en el primer extremo 18 que en el segundo extremo 20. La superficie 24 exterior del miembro 12 central puede tener muchas otras formas, incluyendo formas que tengan secciones transversales elípticas y secciones transversales poligonales (tales como secciones transversales cuadradas, secciones trasversales rectangulares, secciones transversales octogonales, etcétera). También se pueden utilizar miembros 12 centrales que tienen secciones transversales irregulares.
En los modos de realización ilustrados en los dibujos, el miembro 12 central define un pasaje 26 interno que tiene secciones transversales circulares. En los modos de realización ilustrado se las figuras 1-4, el miembro 12 central define un pasaje 26 interno que es un cilindro circular recto, que tiene las mismas secciones trasversales circulares a lo largo de la longitud del miembro 12 central. En el modo de realización ilustrado en las figuras 5 y 6, el miembro 12 central define un pasaje 26 interno que tiene secciones transversales circulares, pero el pasaje 26 interno en el primer extremo 18 del miembro 12 central es más grande en diámetro que el pasaje en el segundo extremo 20.
El miembro 14 lateral está dispuesto en una primera ubicación 28 que sobresale en contra de la superficie 24 exterior del miembro 12 central. El miembro 14 lateral está fijado de forma deslizante al miembro 12 central, de tal
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manera que el miembro 14 lateral desliza a lo largo de una trayectoria paralela al eje 22 longitudinal del miembro 12 central y en la dirección de una segunda ubicación 30 dispuesta separada de la primera ubicación 28.
También en los modos de realización ilustrados en los dibujos, el mandril 10 además comprende un segundo miembro 32 lateral dispuesto en una segunda ubicación 30 y que sobresale en contra de la superficie 24 exterior del miembro 12 central. En estos modos de realización, el segundo miembro 32 lateral está fijado de forma deslizante al miembro 12 central de manera que el segundo miembro 32 lateral puede deslizar a lo largo de una trayectoria parcialmente paralela al eje 22 longitudinal del miembro 12 central. En otros modos de realización, el segundo miembro 32 lateral puede estar fijado de forma rígida al miembro 12 central. Modos de realización con un segundo miembro 32 lateral permiten a los mandriles 10 formar piezas que tienen salientes laterales opuestos, tal como un par de pestañas extremas opuestas.
El miembro 16 de larguero alargado es rígido, tiene un primer extremo 34, un segundo extremo 36 y un coeficiente de expansión sustancialmente similar al primer coeficiente de expansión. Mediante “sustancialmente similar”, se quiere decir que el coeficiente de expansión del miembro 16 de larguero está lo suficientemente próximo para provocar un contacto positivo suficiente entre la pieza y el miembro 14 lateral del mandril 10 durante el curado y el enfriamiento de la pieza para evitar el detrimento en la pieza acabada. Típicamente, el miembro 16 de larguero alargado tiene un coeficiente de expansión dentro de aproximadamente un 5% del primer coeficiente de expansión.
De forma preferible, el miembro 16 de larguero está hecho del mismo material que la pieza. En dichos modos de realización, el coeficiente de expansión es idéntico al primer coeficiente de expansión. Sin embargo, se pueden utilizar muchos otros materiales para formar el miembro 16 de larguero, siempre que el miembro 16 de larguero tenga un coeficiente de expansión sustancialmente similar al primer coeficiente de expansión. Ejemplos de dichos otros materiales incluyen materiales compuestos que tienen fibras de carbono, grafito, fibra de vidrio, cuarzo, cerámica, aramida, nanofibra, UHMWPE, basalto, y otras fibras reforzadas estructurales, y que tiene matrices de epoxi, poliamida, bismaleimida, feólica, termoplástica, poliéster, éster vinílico, éster cianato, cerámica u otra matriz compuesta polimérica.
El primer extremo 34 del miembro 16 de larguero está fijado al miembro 14 lateral y el segundo extremo 36 del miembro 16 de larguero está fijado a la segunda ubicación 30. El miembro 16 de larguero está dispuesto sustancialmente paralelo al eje 22 longitudinal del miembro 12 central.
En los modos de realización ilustrados en los dibujos, el miembro 16 de larguero alargado comprende una pluralidad de miembros 16 de larguero alargado rígidos. En los modos de realización ilustrados en las figuras 1-4, el mandril 10 comprende tres miembros 16 de larguero alargados. En el modo de realización ilustrado en las figuras 5 y 6, el mandril 10 comprende seis miembros 16 de larguero alargados.
También en los modos de realización ilustrados en los dibujos, los miembros 16 de larguero están fijados en la segunda ubicación 30 al segundo miembro 14 lateral deslizante. En otros modos de realización, los miembros 16 de larguero se pueden fijar a un segundo miembro lateral no deslizante dispuesto en la segunda ubicación 30. En otros modos de realización más, el miembro 16 del agujero puede está fijado en la segunda ubicación 30 a una placa oh pared que no es parte del mandril 10 pero que está dispuesta rígidamente con respecto al miembro 12 central.
El miembro 16 del larguero alargado es típicamente un miembro cilíndrico sólido. En los modos de realización ilustrados en los dibujos, los miembros 16 de larguero alargado son cilindros circulares rectos que tienen diámetros en sección trasversal, típicamente, entre aproximadamente 0,1 pulgadas y 4 pulgadas.
La invención resuelve los problemas expuestos en la sección de antecedentes anterior. Debido a que el miembro 14 lateral se permite que deslice a lo largo del miembro 12 central, y debido a que el miembro 16 de larguero alargado tiene un coeficiente de expansión sustancialmente similar al coeficiente de expansión de la pieza que se está formando con el mandril 10, durante el calentamiento y enfriamiento del mandril 10 y de la pieza no se provoca un desacoplamiento prematuro de la pieza del miembro 14 lateral del mandril 10. También, debido a que el miembro 14 lateral se permite que deslice a lo largo del miembro 12 central, no hay peligro de que el miembro lateral aplaste al saliente lateral durante el enfriamiento.
Habiendo por tanto descrito la invención, debería ser evidente que numerosas modificaciones y adaptaciones estructurales se pueden realizar sin alejarse del alcance y significado justo de la presente invención tal y como se establece en el presente documento anteriormente y se describe en el presente documento posteriormente mediante las reivindicaciones.
Claims (13)
- 51015202530354045505560REIVINDICACIONES1. Un mandril (10) adecuado para formar una pieza hueca, en donde la pieza está fabricada de un material que se puede curar por calor que tiene un primer coeficiente de expansión, tiene un cuerpo alargado con un eje longitudinal y tiene un saliente lateral fijado al cuerpo que se extiende en contra del cuerpo, el mandril (10) que comprende:(a) un miembro (12) central alargado que tiene un primer extremo, un segundo extremo opuesto, un eje longitudinal, una superficie exterior y un segundo coeficiente de expansión que es diferente del primer coeficiente de expansión;(b) un miembro (14) lateral dispuesto en una primera ubicación y que se extiende en contra de la superficie exterior del miembro (12) central, el miembro (14) lateral que está fijado de forma deslizante al miembro (12) central de tal manera que el miembro (14) lateral se puede deslizar a lo largo de una trayectoria paralela al eje longitudinal del miembro (12) central; y(c) un miembro (16) de larguero alargado rígido que tiene un primer extremo, un segundo extremo y un coeficiente de expansión sustancialmente similar al primer coeficiente de expansión, el primer extremo del miembro (16) de larguero que está fijado al miembro (14) lateral y el segundo extremo del miembro (16) de larguero que está fijado a una segunda ubicación dispuesta separada de la primera ubicación, el miembro (16) de larguero que está dispuesto sustancialmente paralelo al eje longitudinal del miembro (12) central.
- 2. El mandril (10) de la reivindicación 1, en donde el segundo extremo del miembro (16) de larguero está fijado a un segundo miembro (14) lateral dispuesto en la segunda ubicación.
- 3. El mandril (10) de la reivindicación 1 en donde el miembro (16) de larguero alargado rígido comprende una pluralidad de miembros (16) de larguero alargados rígidos.
- 4. El mandril (10) de la reivindicación 1 en donde el segundo coeficiente de expansión es mayor que el primer coeficiente de expansión y en donde el miembro (14) lateral está fijado de forma deslizante al miembro (12) central de tal manera que el miembro (14) lateral se puede deslizar en la dirección de la segunda ubicación.
- 5. El mandril (10) de la reivindicación 1 en donde el miembro (14) lateral comprende un primer miembro (14) lateral dispuesto próximo al primer extremo del miembro (12) central y que sobresale en contra de la superficie exterior del miembro (12) central y un segundo miembro (14) lateral dispuesto próximo al segundo extremo del miembro (12) central y que sobresale en contra de la superficie exterior del miembro (12) central, ambos miembros (14) laterales están fijados de forma deslizante al miembro (12) central de tal manera que ambos miembros (14) laterales se pueden deslizar a lo largo de una trayectoria paralela al eje longitudinal del miembro (12) central; y en donde el primer extremo del miembro (16) de larguero está fijado al primer miembro (14) lateral y el segundo extremo del miembro (16) de larguero está fijado al segundo miembro (14) lateral.
- 6. El mandril (10) de la reivindicación 5 en donde el miembro (16) de larguero alargado rígido comprende una pluralidad de miembros (16) de larguero alargados rígidos.
- 7. El mandril (10) de la reivindicación 5 en donde el segundo coeficiente de expansión es mayor que el primer coeficiente de expansión y donde el miembro (14) lateral está fijado de forma deslizante al miembro (12) central de tal manera que el miembro (14) lateral se puede deslizar en la dirección de la segunda ubicación.
- 8. El mandril (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 y una pieza hueca que está siendo dispuesta alrededor del mandril (10), en donde la pieza hueca está fabricada de un material que se puede curar por calor que tiene un primer coeficiente de expansión, tiene un cuerpo alargado con un eje longitudinal y tiene un saliente lateral fijado al cuerpo que se extiende en contra del cuerpo,en donde el segundo coeficiente de expansión es diferente del primer coeficiente de expansión, y en donde el coeficiente de expansión del miembro (16) de larguero alargado rígido es sustancialmente similar al del coeficiente de expansión.
- 9. Un método para formar una pieza hueca fabricada de un material que se puede curar por calor que tiene un primer coeficiente de expansión, en donde la pieza comprende (i) un cuerpo alargado con un primer extremo, un segundo extremo y un eje longitudinal, y (ii) un saliente lateral fijado al cuerpo que se extiende en contra del cuerpo, el método que comprende las etapas de:(a) proporcionar un mandril (10) adecuado para formar una pieza hueca, en donde la pieza está fabricada de un material que se puede curar por calor que tiene un primer coeficiente de expansión, tiene un cuerpo alargado con un eje longitudinal y tiene un saliente lateral fijado al cuerpo que se extiende en contra del cuerpo, el mandril (10) que comprende:5101520253035404550556065(i) un miembro (12) central alargado que tiene un primer extremo, un segundo extremo opuesto, un eje longitudinal, una superficie exterior y un segundo coeficiente de expansión que es diferente del primer coeficiente de expansión;(ii) un miembro (14) lateral dispuesto en una primera ubicación y que sobresale en contra de la primera superficie exterior del miembro (12) central, el miembro (14) lateral que se puede fijar de forma deslizante al miembro (12) central, de tal manera que el miembro (14) lateral se puede deslizar a lo largo de una trayectoria paralela al eje longitudinal del miembro (12) central; y(iii) un miembro (16) de larguero alargado rígido que tiene un primer extremo, un segundo extremo y un coeficiente de expansión sustancialmente similar al primer coeficiente de expansión, el primer extremo del miembro (16) de larguero que está fijado al miembro (14) lateral y el segundo extremo del miembro (16) de larguero que está fijado a una segunda ubicación dispuesta separada de la primera ubicación, el miembro (16) de larguero que está dispuesto sustancialmente paralelo al eje longitudinal del miembro (12) central(b) formar el cuerpo de la pieza aplicando un material que se puede curar por calor a la superficie exterior del miembro (12) central del mandril (10);(c) formar un saliente lateral aplicando el material que se puede curar por calor al miembro (14) lateral;(d) retener de forma ajustada el cuerpo de la pieza y el saliente lateral de la pieza en el mandril (10) a la vez que se calienta el material que se puede curar a una temperatura elevada mientras se mantiene el contacto entre el saliente lateral y el miembro (14) lateral; y(e) después de que la pieza sea curada, enfriar la pieza.
- 10. El método de la reivindicación 9, en donde el miembro (16) de larguero alargado rígido comprende una pluralidad de miembros (16) de larguero alargados rígidos.
- 11. Método para formar una pieza hueca fabricada de un material que se puede curar por calor que tiene un primer coeficiente de expansión, en donde la pieza comprende (i) un cuerpo alargado con un primer extremo, un segundo extremo y un eje longitudinal, (ii) un primer saliente lateral fijado al cuerpo que se extiende en contra del cuerpo, y (iii) un segundo saliente lateral fijado al cuerpo que se extiende en contra del cuerpo, el método que comprende las etapas de:(a) proporcionar un mandril (10) adecuado para formar una pieza hueca, en donde la pieza está fabricada de un material que se puede curar por calor que tiene un primer coeficiente de expansión, tiene un cuerpo alargado con un eje longitudinal y tiene un saliente fijado al cuerpo que se extiende en contra del cuerpo, el mandril (10) que comprende:(i) un miembro (12) alargado que tiene un primer extremo, un segundo extremo opuesto, un eje longitudinal, una superficie exterior y un segundo coeficiente de expansión que es diferente del primer coeficiente de expansión;(ii) un miembro (14) lateral dispuesto en una primera ubicación y que sobresale en contra de la superficie exterior del miembro (12) central, el miembro (14) lateral que está fijado de forma deslizante al miembro (12) central de tal manera que el miembro (14) lateral se puede deslizar a lo largo de una trayectoria paralela al eje longitudinal del miembro (12) central; y(iii) , un miembro (16) de larguero alargado rígido que tiene un primer extremo, un segundo extremo y un coeficiente de expansión sustancialmente similar al primer coeficiente de expansión, el primer extremo del miembro (16) de larguero que está fijado al miembro (14) lateral y el segundo extremo del miembro (16) de larguero que está fijado en una segunda ubicación dispuesta separada de la primera ubicación, el miembro (16) de larguero que está dispuesto sustancialmente paralelo al eje longitudinal del miembro (12) central;en donde el miembro (14) lateral comprende un primer miembro (14) lateral dispuesto próximo al primer extremo del miembro (12) central, y que sobresale en contra de la superficie exterior del miembro (12) central, y un segundo miembro (14) lateral dispuesto próximo al segundo extremo del miembro (12) lateral y que sobresalen contra de la superficie exterior del miembro (12) central, ambos miembros (14) laterales que están fijado de forma deslizante al miembro (12) central de tal manera que ambos miembros (14) laterales se pueden deslizar a lo largo de una trayectoria paralela al eje longitudinal del miembro (12) central; y en donde el primer extremo del miembro (16) de larguero está fijado al primer miembro (14) lateral y el segundo extremo del miembro (16) de larguero está fijado al segundo miembro (14) lateral;(b) formar el cuerpo de la pieza aplicando un material que se puede curar por calor a la superficie exterior del miembro (12) central del mandril (10);(c) formar un primer saliente lateral aplicando el material que se puede curar por calor al primer miembro (14) lateral;(d) formar un segundo saliente lateral aplicando el material que se puede curar por calor al segundo miembro (14) lateral;(e) retener de forma apretada el cuerpo de la pieza y ambos salientes laterales de la pieza en el mandril (10) mientras se calienta el material que se puede curar hasta una temperatura elevada a la vez que se mantiene el contacto entre el primer saliente lateral y el primer miembro (14) lateral y mientras se mantiene el contacto del segundo saliente lateral con el segundo miembro (14) lateral; y(f) después de que la pieza se ha curado, enfriar la pieza.
- 12. El método de la reivindicación 11, en donde el miembro (16) de larguero alargado rígido comprende una pluralidad de miembros (16) de larguero alargados rígidos.5
- 13. El método de la reivindicación 11 en donde el segundo coeficiente de expansión es mayor que el primer coeficiente de expansión y en donde el miembro (14) lateral está fijado de forma deslizante al miembro (12) central de tal manera que el miembro (14) lateral se puede deslizar en la dirección de una segunda ubicación dispuesta separada de la primera ubicación.10
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