PT96846B - Maquina de polir e disco de polidura de sulco de passo variavel para a referida maquina - Google Patents
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Description
Descreve-se uma máquina de polir que comporta um disco de polidura (2) adaptado para girar em tor no de um eixo principal (X - X) e que apresenta uma superfície útil de polidura (4) de forma anular compreendida entre um círculo interno (D^) e um círculo externo (DQ) e pelo menos um anel de delimitação (5) colocado em frente da superfí^ cie útil anular, adaptado para rodar em torno de um eixo fiso (Y-^-Y-^) paralelo ao eixo principal , e destinado a conter peças para polir pegadas à superfície útil e a delimitar a deslocação contra esta última. Na superfície útil de polidura é talhado um sulco (10) de passo variável de tal modo que entre estes círculos interno e externo e à exclusão destes, a taxa de poder de transporte do disco a uma distância R do eixo principal definido pela relação entre a dimensão radial (a) da parte plena do passo à dimensão total desse passo, se ja, em relação à amplitude angular («0 de um arco centrado sobre o eixo principal e de raio igual a esta distância R, interceptado inteiramente por este anel de delimentação, numa relação constante qualquer que seja esta distância R.
Figuras 2 e 3.
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A invenção diz respeito a máquinas de polir su perfícies planas e a discos de polidura de sulco de passo va riável.
A realização de superfícies muito planas de grande qualidade necessita geralmente da utilização da técn£ na de polidura.
A polidura é uma operação de acabamento de máquina na qual a extracção de matéria é obtida com a ajuda de um abrasivo (carboneto de silício, alumínio, diamante, etc.) em suspensão num fluído (água, óleo, petróleo, etc...) colocado numa superfície (disco) animada de um movimento relativo em frente das peças a polir. A deslocação das partículas do abrasivo em relação à superfície das peças provoca a extracção de matéria, enquanto que o líquido suspensivo que p£ de ser completado com um líquido lubrificante favorece o cor te, permite a evacuação dos detritos da polidura, baixa a fricção directa entre a superfície do disco e a superfície das peças e permite a dissipação das calorias libertadas pelo corte. Uma pressão aplicada na traseira das peças a polir permite modular a velocidade de extracção de matéria.
A qualidade do polimento obtida na superfície das peças está directamente ligada ao polimento do disco uti. lizado como suporte de polidura, e à relação entre o diâmetro das peças e o diâmetro do disco de polidura.
As máquinas de polir superfícies planas são construídas de maneira a que a trajectória das peças na superfície do disco seja a resultante da combinação de dois mo vimentos circulares:
- a rotação do disco em torno do seu eixo , e
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- a rotação das peças em relação a eixos perpendiculares à superfície do disco e sem calço em frente do centro deste.
As peças são colocadas em desordem ou em placas circulares alveoladas, no interior de anéis geralmente metálicos que permitem a delimitação da sua deslocação na su perfície do disco. Um disco metálico assenta (às vezes por intermédio de um feltro) sobre a superfície traseira das peças e transmite-lhes a pressão desenvolvida por um macaco ou uma série de pesos.
Os anéis são distribuídos angularmente em volta do eixo do disco a distâncias iguais do seu eixo. Eles são geralmente em número de 3 ou 4, estando os seus eixos fixos em relação ao do disco e situados sobre raios a 120° (três anéis) ou 90° (quatro anéis).
movimento de rotação dos anéis pode ser obtido:
- livremente: arrastamento pela força resultante das forças de fricção diferenciais geradas pelas velocidades lineares relativas das peças em relação ao centro do disco;
- de maneira forçada: arrastamento por um motor ou por uma roda dentada puxada pelo disco e que engrena numa dentadura talhada no contorno dos anéis.
No caso de polidura fina de peças em materiais duros (cerâmicas...) onde se procuram polimentos da or dem, ou melhor do que 0,6 pm e uma rugosidade da ordem, ou melhor do que 0,25 μια Ra, os discos de polidura comportam na sua superfície um sulco em forma de espiral (de passo e de geometria constantes) que permitem a evacuação rápida dos detritos da polidura evitando assim a formação de um filme espesso entre as peças e o disco que poderia prejudicar o pol£ mento.
Diferentes máquinas disponíveis no mercado mundial utilizam os princípios descritos precedentemente (SPEEDFAM, PETER WOLTERS, STAHLI...).
Conhece-se que com uma tal disposição, uma disposição correcta das peças no interior dos anéis, permite
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Mod. 71 - 20.000 βχ. · 90/08 que estas varram a totalidade da superfície do disco e tendar a usá-la no seu conjunto.
Todavia, esta disposição é suficiente quando não se procura um polimento muito preciso, mas ele revela-se insuficiente quando se quer obter em grandes séries um polimento preciso. Neste caso, é necessário manter plano o disco de polidura e compensar os fenómenos de desgaste diferencial que ele sofre (escavação do disco).
Para evitar o desgaste irregular do disco, são utilizados vários métodos:
- inversão a intervalos regulares do sentido de rotação (fo£ çada) dos anéis em relação à superfície do disco,
- pré-aperto · . em curva do disco que se libera à medida do seu desgaste
- posicionamento regulável do eixo de rotação de anel em relação ao centro do disco.
Mas, verificou-se que todos estes métodos são pouco eficazes e sobretudo pouco produtivos. Se se pode parcialmente compensar ou abrandar o desgaste diferencial do disco, é à custa de manipulações dispendiosas, geradoras de tempos mortos e que necessitam de um pessoal muito qualifica do que efectua regularmente o controlo dos discos.
A invenção tem por objectivo minimizar os in convenientes supracitados, graças a uma geometria do disco que se presta espontaneamente a um desgaste nas condições de emprego supracitadas.
Ela propõe para este efeito, uma máquina de polir que comporta um disco de polidura adaptado a girar em torno de um eixo principal e que apresenta uma superfície útil de polidura de forma anular compreendida entre um círcu lo interno e um círculo externo e na qual é talhado um sulco em espiral, pelo menos um anel de delimitação colocado pelo menos na quase totalidade em frente de superfície útil anular estando adaptado para girar em torno de um eixo fixo paralelo ao eixo principal estando este anel destinado a conter peças a polir e a confinar o deslocamento junto à super35
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fície útil, e um disco de aplicação coaxial ao anel para com primir axialmente as referidas peças contra esta superfície útil, caracterizando-se esta máquina pelo facto de o passo deste sulco ser variável, sendo tal que, entre estes círculos interno e externo e à exclusão destes, a taxa de poder de transporte do disco a uma distância R do eixo principal definido pela relação entre a dimensão radial da parte plena do passo à dimensão total deste passo, é, em relação à ampl.i tude angular de um arco centrado sobre o eixo principal, de raio igual a esta distância R, interceptado interiormente por este anel de delimitação, numa relação constante qualquer que seja esta distância R.
De preferência:
- o referido anel de delimitação ultrapassa radialmente de um e de outro lado da superfície útil anular,
- o diâmetro interno do anel de delimitação vale entre 101 e 105% da distância entre os círculos interno e externo, estando aproximadamente centrado a meio-caminho entre estes círculos,
- a taxa de poder de transporte junto do círculo interno está compreendido entre a taxa de poder de transporte mínima , junto do círculo externo e a taxa de poder de transporte máximo, sensivelmente a meio-caminho entre estes círculos,
- a taxa de poder de transporte é superior a um limiar mínimo de 25%,
- o anel é montado livre em rotação em torno do seu eixo,
- este anel de delimitação faz parte de uma pluralidade de anéis de delimitação idênticos regularmente distribuídos angularmente em torno do eixo principal a distâncias iguais deste.
A invenção propõe igualmente um disco de polidura, adaptado para ser integrado numa destas máquinas de po. lir, que comporta uma superfície útil anular compreendida en tre um círculo interno e um círculo externo, na qual está ta lhado um sulco em espiral, caracterizado pelo facto de o pas. so deste sulco ser variável, sendo tal que, entre estes cír35
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culos à distância destes,a taxa de poder de transporte des_ te disco a uma distância R do centro do disco, definido pela relação entre a dimensão radial da parte plena do passo à di. mensão total desse passo, está numa relação pelo menos aproximadamente constante, independente desta distância R, com a amplitude de um arco de raio igual a esta distância R, coaxial a este disco, interceptado interiormente por um círculo arbitrário em frente da superfície útil anular aproximadamen te tangente aos referidos círculos.
De preferência:
- este círculo arbitrário ultrapassa ligeiramente radialmente de um lado e de outro e superfície útil anular,
- este círculo arbitrário tem um diâmetro que vale entre 101 e 105% da distância entre estes círculos interno e externo
- a taxa de poder de transporte junto do círculo interno está compreendida entre a taxa de poder de transporte, mínima, junto do círculo externo e a taxa de poder de transpoj? te, máxima, sensivelmente a meio caminho entre estes círcu los,
- a taxa de poder de transporte é superior a um limiar mínimo de 25%.
Os objectivos, características e vantagens da invenção sobressaem da descrição que se segue, dada a título de exemplo não limitativo, face aos desenhos anexos nos quais:
- a figura 1 é uma vista parcial de cima de uma máquina de polir, sem discos de pressão,
- a figura 2 é uma vista vertical em corte - segundo a linha II-II da figura 1 que passa pelo eixo de rotação do disco de polidura e o eixo de rotação de um dos anéis de delimitação,
- a figura 3 é uma vista esquemática de cima do disco de polidura e de um anel,
- a figura 4 é um gráfico que mostra a correlação entre a t£i xa de poder de transporte e o comprimento do arco intercepta do pelo anel em diversas distâncias em relação ao eixo,
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- as figuras 5, 5A a 5C são vistas parciais em · córte do disco, numa porção radialmente interna, numa porção central e numa porção radialmente externa deste.
As figuras 1 a 3 representam conjuntamente os principais elementos de uma máquina de polir assinalada com 1 no conjunto.
Esta máquina comporta um disco 2 que se movimer ta em rotação em torno de um eixo X-X, em prática vertical, por qualquer meio de tracção conhecido apropriado esquemáti2ado em 3 no seu conjunto.
Este disco comporta uma porção útil anular 4, correntemente chamada banda, delimitada por um círculo exterior de diâmetro Dq e por um círculo interior de diâmetro Dr
Nesta superfície anular útil são aplicadas peças de polir 100, por exemplo, pastilhas cilíndricas em cerâmica, colocadas no interior de anéis 5, aqui no número de três,deslocadas angularmente 120° umas em relação às outras.
Por razões de legibilidade da figura 2, as peças que aí são representadas estão largamente distantes umas das outras. Na prática, elas são contíguas como é esquematizado na figura 1.
Estes anéis, adaptados para girar em torno dos seus eixos, estão fixos, paralelos ao eixo X-X, assinalado Υ^-Υ|, Y2-Y2 e ^3-^3 a uma mesma distância H face ao eixo X-X.
Se for o diâmetro interno dos anéis e d o diâmetro das peças, temos superfície e .
fície útil
- D-,
Estes livre do anéis confinam a deslocação das peças na disco, entre os círculos de diâmetro Dq
A pressão de do disco é-lhes aplicação das peças 100 na supertransmitida por discos de pressão
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geralmente munidos de uma camada de feltro 7, coaxiais a estes anéis, submetidos à pressão P de macacos ou pesos não representados. A manutenção em posição destes discos partici pa na manutenção em posição dos anéis.
Na prática , o disco 2 está colocado numa abeij tura circular preparada numa mesa de trabalho 8 cuja superfí. cie superior aflora a superfície útil do disco, o que permite um carregamento e um descarregamento fácil das peças para cima do disco ou para o exterior deste, por simples deslize.
Estas disposições, clássicas em si mesmas, não serão aqui mais pormenorizadas.
De maneira igualmente clássica, um sulco em espiral 10 é construído na superfície útil do disco.
Mas, contrariamente às soluções clássicas, o passo do sulco não é constante, mas varia para manter constante, para cada valor da distância ao eixo X-X, a relação entre a superfície da peça para polir e a superfície do disco em frente.
Esta escolha resulta da análise aprofundada das causas do desgaste diferencial dos discos conhecidos de sulco de passo constante.
Podemos assim constatar que o desgaste é a combinação de dois fenómenos:
- um desgaste mais importante da banda à medida que se vai de Dq para D·^ (para o centro do disco):
- um desgaste mais importante da zona central da banda em re lação às pontas com desgaste máximo na proximidade da zona que contem o eixo dos anéis.
Isto pode explicar-se como a seguir o fazemos.
Primeiramente, a quantidade de matéria do d is co é menos importante no seu centro em relação à sua periferia face às peças situadas ao longo dos anéis; com efeito, nos limites para uma banda do disco de largura dx, temos uma superfície de:
- H D-^ dx no bordo interno da banda -MDq dx no bordo externo da banda
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para uma mesma superfície de peças em face. De segida, a quantidade de peças é mais importante no centro dos anéis do que na sua periferia (devido à forma circular dos anéis). Con efeito, uma banda circular do disco de diâmetro D qúe tenha por centro o centro do disco, tal como Dj < D < ϋθ interceptE. ra mais peças quando:
+ D,
do
No que quando D ϋθ ou D .
seguimento chamaremos:
Mod. 71 - 20.000 βκ. - »/08 o passo do sulco 10 à distância R do eixo X-X, a parte plena do passo a essa distância R, a parte oca do passo a essa distância R, a taxa de poder de transporte do disco a essa dijs tância R, definida por^y= a/p=a/(a+b) o ângulo do arco do raio R interceptado pelo anel de diâmetro e de centro distante de H em relação ao eixo X-X; e a extensão desse arco.
Para qualquer valor de R compreendido entre D1 e Dq ( ou quando é muito pequeno, entre H - D^/2 e H + D^/2), pode-se escrever, negligenciando os interstícios entre as peças contíguas no interior dos anéis, que há uma área :
L.dR = <VR.dR de peças de polir para cada anel; Si N é o número de anéis temos para cada valor de R uma área:
dS1 = N.^.R.dR de peça de polir.
Para efectuar esta polidura, o disco apresenta isna banda anular de raio R que tem, tendo em conta o valor do poder de transporte , uma área eficaz de abrasão:
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Mod. 71 - 20.000 ex. - »/08 dS2 «‘CâlíA.R.dR
Para obter um desgaste uniformamente repartido da superfície útil do disco, a invenção ensina a manter a relação dS£/dS2 constante, o que se traduz, após simplificação, por:
λ = K. tf.
em que K é um coeficiente arbitrário constante.
desenvolvimento da expressão de (^em função da variável R e dos parâmetros e H está ao alcance do técnicq A título de exemplo, podemos partir das relações de quaisquer triângulos, aplicados ao triângulo 0A0' da figura 3:
tg (¢//2) = /(p~~ ~ OA) (p - 00' ) p (p - OA') que £ é metade do perímetro deste triângulo, quer dizer p = (H + Da/2 + R)/2
Se colocarmos:
X = H + Da/2 e Y = H - Da/2 a expressão que contem Qf torna-se tg (V/2 ) = (X ~ R) (R - Y) (X + R) (R + Y) de onde se deduz a expressão deofe então a de \:
À = 2.K.Arc tg ( /(X - R) (R - Y) em (X + R) (R + Y) observa-se que esta expressão se torna nula para os valores extremos de R, a saber X ou Y. É por esta razão que a invenção preconiza que não se respeita a expressão supracitada se não para os valores de R diferentes de X e Y e compreendidos entre eles.
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Várias soluções são possíveis para a escolhe da taxa de poder de transporte para estes valores extremos X e Y. Pode-se, assim, nomeadamente escolher tornar constante esta taxa de poder de transporte a um valor de limiar predeterminado (por exemplo 1/3, 1/4 mesmo 1/5...). Pode-se tambén escolher tornar brutalmente nula esta taxa de poder de transporte na proximidade destes valores extremos, o que leva a escolher D^/2 ligeiramente superior (de alguns por cento) a Y e Dq/2 ligeiramente inferior (de alguns por cento) a X.
Na prática a escolha desta ou daquela solução é de uma fraca importância, desde que a relação supracitada seja respeitada para a quase totalidade do intervalo (Y, X) por exemplo em 90%, mesmo 95% deste intérvalo.
Pode-se observar que no exemplo das figuras de 1 a 3, se escolheu a segunda das solução supracitadas, quer dizer, D^ é (um pouco) superior a (ϋθ - D^)/2. A amplitude da diferença é escolhida em função do diâmetro das peça£ a polir (na prática as peças devem sempre estar maioritariamente - (mais de 50%) - em frente da superfície útil do disco) .
Regra geral, pode-se escrever que o círculo interior dos anéis 5 é aproximadamente tangente aos círculos de diâmetros D^ e ϋθ de preferência excedendo livremente para fora da banda 4.
De preferência escolhe-se um valor de poder de transporte mínimo que é mais fraco junto da periferia externa (ponto C da linha 4 e figura 5C) do que junto da periferia interna (ponto A da figura 4 e figura 5A), sendo o valor do poder de transporte máximo a meio caminho entre estas periferias (ponto B da figura 4 e figura 5B).
Na figura 4 está representada a relação linear existente segundo a invenção entre X e esta recta é para comparar à linha horizontal a ponteado representativa de uma taxa de poder de transporte constante, que corresponde ao estado da técnica.
As figuras 5A a 5C mostram o perfil de um
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exemplo de disco, segundo um raio. Observa-se que, a partir da periferia externa a taxa de poder de transporte aumenta a partir de um valor mínimo de cerca de 1/3 (figura 5C) até a um máximo de cerca de 2/3 (figura 5B) para tornar a baixar para cerca de 1/2 (figura 5A). Estes valores correspondem aos valores seguintes:
= 214
Dq = 801
H = 257
Da = 153 para peças a polir de diâmetro compreendido entre 15 e 40 mm.
Notar-se-á que o afastamento entre D^/2 e (H - D^/2) vale cerca de 3 mm e que o afastamento entre (H + D^/2) e Dq/2 vale cerca de 9,5 mm.
Está à mão do técnico determinar o traçado do sulco a partir de . 0 fabrico deste sulco é por exemplo efe ctuado com a ajuda de uma máquina de comando numérico (horizontal ou vertical de acordo com o diâmetro do'disco). 0 cor te do sulco é escolhido em função da aplicação do disco (poli dura diamante, Borazon ...).
Com efeito, o traçado do sulco supõe uma informação complementar no que diz respeito a a, b ou P.
Na prática, por razões de facilidade do fabrico escolhe-se b com um valor constante (de cerca de 2 mm, no exemplo considerado); deduz-se facilmente a relação entre P (ou a) e ·
A título de exemplo, impõe-se na periferia ex terna um valor de partida para a taxa de poder de transporte arbitrariamente escolhida, deduz-se o valor de K depois traça-se o sulco alternadamente, calculando o passo P por recorrência .
corte do sulco é escolhido em função da aplicação do disco (polidura diamante, Borazon ...); a'ferramenta é fixada no carro de um torno de comando numérico (hori
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zontal ou vertical de acordo com a diâmetro do disco).
À esolha do valor inicial do passo permite determinar a capacidade de corte do disco:
Mod. 71 -20.000 ex. -90/08
Pe fraco = disco eficaz, mas duração de vida curta,
Pe forte = disco menos eficaz ou que necessita de máquinas potentes (macacos pneumáticos para apoiar sobre ; as peças e motor de arrastamento do disco potente), mas duração de vida melhorada.
A invenção revelou conduzir a uma optimização muito conseguida dos discos que, em vez de se ter de prever periodicamente uma rectificação do disco (por exemplo após ce da dez horas de funcionamento da máquina) no caso de um sulco de passo constante, pôde-se continuar sem interrupção a utilização do disco das figuras 5A a 5C até ao desgaste quase completo (consumo quase completo dos dentes entre as espirais do sulco), o que correspondeu a uma duração de mais de 100 horas de funcionamento da máquina.
Constatou-se que a utilização de tais discos de sulco de passo variável permitia dispensar-se qualquer meio específico para o arrastamento dos anéis em rotação em torno dos seus eixos respectivos.
A descrição precedente não foi proposta senão a título de exemplo não limitativo e numerosas variantes podem ser propostas pelo técnico sem sair do quadro da invenção .
Claims (11)
- REIVINDICAÇOE. S 1-. - Máquina de polir (1) que comporta um disco de polidura para rodar em torno de um eixo principal (X-X) e que apresenta uma superfície útil de polidura (4) de forma anular compreendida entre um círculo interno (D^) e um círculo externo (ϋθ) θ na qual é talhado um sulco (10) em espiral,- 12 63.143Ref: EP/FMR 95931Mod. 71 - 20.000 ·χ.pelo menos um anel de delimitação (5) colocado pelo menos na quase totalidade em frente da superfície útil anular estando adaptado para girar em torno deum eixo fixo (Yj-Yj) paralelo ao eixo principal, sendo este anel destinado a conter peças para polir (100) e a confinar a deslocação junto da superfície útil, e um disco de aplicação (6) coaxial ao anel para pressionar axialmente as referidas peças contra esta superfí. cie útil, caracterizada pelo facto de o passo (P) do sulco ser variável, sendo tal que, entre os círculos interno e externo e à exclusão destes, a taxa de poder de transporte do I disco a uma distância R do eixo principal definido pela relja ção entre a dimensão radial (a) da parte plena do passo à di. mensão total deste passo, ser, em relação à amplitude angular ( 4) de um arco centrado sobre o eixo principal, de raie igual a esta distância R, interceptado interiormente por este anel de delimitação, numa relação constante qualquer que seja a distância R.
- 29. - Máquina de polir de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo facto do referido anel de delimitação ultrapassar radialmente de um e de outro lado da superfície útil anular.
- 3S. - Máquina de polir de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo facto do diâmetro interno (D^) do anel de delimitação valer entre 101 e 105% da distân cia (Ώθ/2 - D^/2) e entre os círculos interno e externo, estando aproximadamente centrado a meio-caminho entre os círcu los.
- 4 3. - Máquina de polir de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizada pelo facto da taxa de poder de transporte junto do círculo interno estar compreendida entre a taxa de poder de transporte, mínima, junto do círculo externo e a taxa de poder de transporte máxima, sensivelmente a meio camainho entre este círculos.
- 5ã. - Máquina de polir de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada pelo fa£ to da taxa de poder de transporte ser superior a um limiar1 a63.143Ref: EP/FMR 959311 mínimo de 25%.Mod. 71 - 20.000 βχ.
- 65. - Máquina de polir de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizada pelo facto de anel ser montado livre em rotação em torno do seu eixo.
- 7-. - Máquina de polir de acordo com qualquer umas das reivindicações de 1 a 6, caracterizada pelo fac to deste anel de delimitação fazer parte de uma pluralidade de anéis de delimitação idênticos regularmente distribuídos angularmente em torno do eixo principal a iguais distâncias deste.
- 8ã. - Disco de polidura (2) para a máquina de polir das reivindicações anteriores, que comporta uma superfície anular (4)útil compreendida entre um círculo interno (D-jP e um círculo externo (ϋθ) , na qual é talhado um sulco em espiral (10), caracterizado pelo facto do passo deste sulco ser variável , sendo tal que, entre estes círculos à distância destes, a taxa de poder de transporte ^deste disco a uma distância R do centro do disco, definido pela relação entre a dimensão radial da parte plena do passo à dimensão to tal deste passo, ser numa relação pelo menos aproximadamente constante, independente desta distância R, com a amplitude de um arco de raio igual à distância R, coaxial a este disco, in terceptado interiormente por um círculo arbitrário (D^) em face da superfície útil anular aproximadamente tangente aos referidos círculos.
- 9- . - Disco de polidura de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo facto deste círculo arbitrário ultrapassar ligeiramente e radialmente de um e de outro lado da superfície útil anular.
- 10- . - Disco de polidura de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo facto deste círculo arbitrário ter um diâmetro que vale entre 101 e 105% da distância (ϋθ/2 - Dj/2) entre estes.círculos internos e externos.llâ. - Disco de polidura de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo facto da taxa de poder de transporte junto do círculo interno1 /.63.143Ref: EP/FMR 95931 ser compreendido entre a taxa de poder de transporte, mínima, junto do círculo externo e a taxa de poder de transporte, máxima, sensivelmente a meio caminho entre es'tes círculos.
- 125. - Disco de polidura de acordo com qualquer uma das reivindicações de 8 a 11, caracterizado pelo facto da taxa de poder de transporte ser superior a um limiar mínimo de 25%.
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