ES2225709T3 - Procedimiento y dispositivo para trabajar piezas con rayos laser. - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para trabajar piezas con rayos laser.

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ES2225709T3 ES02022072T ES02022072T ES2225709T3 ES 2225709 T3 ES2225709 T3 ES 2225709T3 ES 02022072 T ES02022072 T ES 02022072T ES 02022072 T ES02022072 T ES 02022072T ES 2225709 T3 ES2225709 T3 ES 2225709T3
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Jie-Wei Chen
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Abstract

Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque la placa de presión inferior (9) presenta apoyos de pieza de trabajo (12, 16, 18) que se pueden mandar separadamente.

Description

Procedimiento y dispositivo para trabajar piezas con rayos láser.
La presente invención se refiere a un procedimiento para trabajar materiales mediante un rayo láser, en el que las piezas de trabajo se fija y a continuación, al menos en parte, se someten a un rayo láser. La presente invención se refiere, además, a un dispositivo para el trabajo de piezas con una fuente láser, un apoyo como placa de presión inferior para las piezas de trabajo y una placa superior transparente a la radiación encima de la pieza de trabajo para la fijación de las piezas de trabajo durante el trabajo como placa de presión superior.
Este método de la soldadura de plástico con rayo láser es, en general, conocido y se designa también como soldadura de radiación penetrante. Para este método de soldadura de plásticos importante que durante el proceso de soldadura las piezas de trabajo estén sujetas entre sí, ya que es una condición importante para una buena unión por soldadura de los plástico mediante radiación láser, no sólo la dosificación de energía, sino también el contacto mecánico limpio entre las dos superficies a unir entre sí. Para ello se conocen diferentes procedimientos y dispositivos, que permiten especialmente en piezas planas una fuerza de apriete suficiente.
En principio, es posible no sólo unir estas piezas entre sí, sino también llevar a cabo otros procesos de trabajo mediante un rayo láser, como, por ejemplo, se describe en la solicitud de patente europea 02 001 768.7.
Para el trabajo con la precisión necesaria es necesario que se compensen las diferencias de apriete y las tolerancias de los componentes, entre la placa de presión superior y la placa de presión inferior y las piezas de trabajo que se encuentran entre ellas, para que cada componente tenga las mismas condiciones de apriete.
La presente invención tiene por ello el objetivo de proponer una posibilidad, con la cual es posible una fabricación rápida y racional de estas piezas de alta precisión, teniendo lugar simultáneamente una compensación de las diferencias de apriete y de las tolerancias de fabricación.
Este objeto se consigue, según la invención, mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 1, así como un dispositivo con las características de la reivindicación independiente 9 del dispositivo. Otras configuraciones ventajosas se toman de las correspondientes subreivindicaciones.
Según el procedimiento, se coloca en una primera operación de trabajo varias piezas a trabajar en un soporte como placa de presión inferior con segmentos de apoyo desplazables por lo menos en dirección vertical. Para ello, cada una de las diversas piezas de trabajo se colocan sobre los segmentos de apoyo, de tal manera que estos se posicionan todos al mismo tiempo y por lo menos se fijan parcialmente. En la siguiente operación de trabajo se coloca una placa transparente a la radiación, por ejemplo, de vidrio, como placa de presión superior, con la cual se pone en contacto con las piezas de trabajo. Esto puede ser según la configuración del procedimiento según la invención sólo mediante el apoyo, es decir, desplazamiento de la placa de presión superior sobre la pieza de trabajo superior, o por acercamiento de la pieza de trabajo desde abajo a la placa de presión superior. A continuación se comprimen la placa inferior y la placa de presión superior con una presión de apriete predeterminado. Para ello se ajusta la separación de los segmentos de apoyo móviles en dirección vertical a la placa de presión superior ajusta de forma variable, de tal manera que las tolerancias de las piezas de trabajo se compensan y, a pesar de ello, en todas los piezas de trabajo inciden la misma presión de apriete. La sujeción puede realizarse por ello de tal manera que se sujeten los diversos segmentos de apoyo, de la placa de presión inferior de forma selectiva con los piezas a trabajar, entre la placa de presión superior y el correspondiente segmento de apoyo, y se someta al rayo láser, o que todos los segmentos de apoyo incidan simultáneamente con la misma presión de apriete necesaria. Con el apriete selectivo, tiene lugar de este modo una apriete fijo de las dos piezas de trabajo sólo en los correspondientes piezas de trabajo que precisamente están barridos por el rayo láser. Todas las piezas de trabajo que se encuentran debajo de la placa de presión permanecen pretensadas y se comprimen sólo en el primer momento del mecanizado entre la placa de presión superior y el correspondiente segmento de apoyo.
Este procedimiento tiene la ventaja de que es adecuado para la producción de grandes cantidades de piezas de trabajo. Por ejemplo, puede alimentarse a través de un depósito intercambiable, con lo cual se reduce el tiempo de producción. Mediante la sujeción de las diversas piezas se pueden trabajar éstas, a pesar de posibles oscilaciones a la altura de las piezas de trabajo, con suficiente calidad con relación a la precisión de la costura de soldadura.
Según otra configuración ventajosa del procedimiento, se comprimen las diversas zonas del segmento de los elementos de apoyo con una presión de apriete predeterminable contra las piezas de trabajo. Estas zonas de segmentos individuales se pueden definir como, por ejemplo, mecánica, neumática hidráulicamente, con servomotores o magnéticamente por diferentes agujas, rodillos, espigas, o placas, etc. La configuración de estas zonas de segmentos individuales depende del tipo de la aplicación y de las piezas de trabajo a mecanizar. Con el empleo de diferentes elementos de apoyo, como, por ejemplo, agujas se pueden comprimir piezas, que en la cara dirigida a la placa de presión no sean planas, por ejemplo, estén formadas con un contorno.
Según otras configuración del procedimiento, se desplaza el segmento de apoyo correspondiente en dirección vertical con una primera presión de apriete hasta establecer contacto con la placa de presión superior y se comprime contra la placa de presión superior y a continuación se aplica una segunda presión de apriete, esencialmente más elevada, durante el trabajo por rayo láser. Por supuesto, se pueden desplazar también al mismo tiempo varios segmentos de apoyo. Esto tiene la ventaja de que mediante el intercambio, después del mecanizado con rayos láser, la placa inferior se puede realizar por una segunda placa ya equipada de forma constructivamente simple. Este procedimiento de cambio de depósito incrementa la capacidad de producción de un dispositivo de soldadura.
Preferentemente, por ello, se dota la placa inferior en el lado inferior con una conexión de aire comprimido y se dispone en una placa base con una contrapieza de aire comprimido, y contra la placa base con la fuerza que se genera mediante la segunda presión de apriete, esencialmente más elevada contra la placa de presión, y de este modo obtura la conexión de aire comprimido.
Según otra configuración del procedimiento, se colocan entre la placa de presión superior y las piezas de trabajo una lámina de plástico elástico, transparente a la radiación, como elemento de compensación. De este modo se pueden compensan durante la compresión posibles diferencias de apriete y tolerancias de los piezas constructivas. La colocación de una hoja de plástico de esta clase se puede realizar con segmentos de apoyo colocados móviles o también con una placa de presión inferior rígida.
El dispositivo para trabajar piezas de trabajo presenta una placa de presión inferior con varios segmentos de apoyo montados en dirección vertical con relación a la placa de presión inferior, cuya separación, con relación a la placa de presión superior, es ajustable con la misma presión de apriete. El tamaño de los segmentos de apoyo puede corresponder esencialmente al tamaño de las piezas a trabajar o a soldar. La movilidad se puede originar mediante un montaje elástico, de tal manera que los diversos segmentos de apoyo se pueden adoptar a tolerancias de fabricación eventuales. Para la adaptación óptima a las dimensiones de las piezas de trabajo, los diferentes segmentos de apoyo se pueden activar y mover en dirección vertical mediante el dispositivo de generación de presión de forma separada o también por grupos. Se ajusta con ello en cada juego de piezas de trabajo una separación correspondiente entre los piezas a prensar (segmento de apoyo y placa de presión superior).
Según otra configuración el dispositivo presenta segmentos de apoyo, que presentan individualmente, en dirección vertical zonas de segmento móviles. Estos, a su vez, se pueden formar mediante pequeñas espigas, puntas, rodillos, émbolos con correspondiente superficie apoyo o similares. La ventaja de esta disposición consiste en que se puede realizar una adaptación especialmente ajustada al caso de aplicación.
Siempre que una compresión de las piezas de trabajo tiene lugar sólo en el momento de la soldadura, un dispositivo de mando correspondiente asegura, que cada segmento, de apoyo, prensa la pieza de trabajo precisamente donde incide el rayo láser.
Según una configuración preferente del dispositivo según la invención, la placa de presión inferior está configurada como cámara de presión en la que puede incidir aire comprimido con uno o varios soportes de la piezas de trabajo desplazables en dirección vertical, por ejemplo, émbolos con gran superficie apoyo, espigas, agujas. Los apoyos de los piezas de trabajo se pueden activar separadamente uno de otro. También es posible que la placa de presión inferior presenta apoyos de la pieza de trabajo montadas de forma amortiguada individualmente y la placa de presión se pueden desplazar en dirección vertical.
En otra configuración, el dispositivo con la cámara de compresión inferior como cámara de presión, preferentemente para aire comprimido, se han previsto por lo menos dos placas inferiores de esta clase, que se pueden llevar alternativamente con la placa de presión superior como depósito alternativo en contacto de presión. Preferentemente la placa inferior presenta, el lado inferior una abertura de aire comprimido, que está alineada con una abertura de aire comprimido correspondiente en una placa de presión dispuesta debajo.
De manera ventajosa, la abertura de aire comprimido en la placa inferior está configurada como un taladro de paso y la abertura de aire comprimido en la placa base como taladro con un avellanado para el alojamiento de una junta. Esto permite una estanqueización, especialmente simple, sin mangueras o válvulas adicionales. La junta dispuesta en el avellanado se comprime por el peso de la placa inferior y obtura con una reducida presión. Sin embargo esta presión es suficiente para desplazar en dirección vertical los segmentos de apoyo móviles contra la placa de presión superior. Con la presión de apriete incrementada a continuación, se comprime la placa de presión inferior con la presión de apriete elevada, contra la placa de presión, de tal manera que se garantiza así una hermeticidad elevada.
A continuación se explicará la invención mediante ejemplos de realización, junto con los dibujos que se acompañan, en los que representan:
la figura 1, la disposición esquemática y de principio con segmentos de apoyo móviles en una representación en sección,
la figura 2, la vista en planta en perspectiva de una placa de presión inferior con segmentos de apoyo y zonas de segmentos individuales,
la figura 3, una forma de realización con una placa de presión inferior rígida y una lámina adicional entre la placa de presión superior y las piezas de trabajo,
la figura 4, un esquema de principio con una placa inferior con cámara de aire comprimido,
la figura 5, la placa de presión inferior con cámara de aire comprimido con dos segmentos de apoyo como alojamiento de la pieza de trabajo en una vista en perspectiva y una representación de sección,
la figura 6, la representación en sección de una placa inferior de presión en una placa base con conexión de aire comprimido para depósito alternativo,
la figura 7, una representación en perspectiva de la placa de presión inferior con espigas y en la sección con los piezas de trabajo y placa de presión superior.
La figura 1 muestra una placa de presión superior 3 de vidrio de cuarzo sobre las piezas de trabajo 4 y 5, siendo las piezas de trabajo superior 4 y la placa de presión superior 3 transparente a un rayo láser, no representado, de una fuente láser. El rayo láser 2 se conforma de manera conocida mediante medios ópticos adecuados, de tal manera que éste se encuentra perpendicular sobre la zona a trabajar y se desplaza a través de ésta. Esto puede tener lugar mediante los correspondientes espejos de desvío, desplazamiento de la fuente láser propiamente dicha o de la mesa de apoyo. El rayo láser llega a través de la placa de presión superior y la piezas de trabajo superior 4, de tal manera que el rayo láser calienta el material de la zona de la junta 6 entre los dos piezas de trabajo y de este modo, con este ejemplo de realización, origina una soldadura de las dos piezas de trabajo 4 y 5. Para seleccionar las zonas a soldar, se puede encontrar en la placa de presión superior 3 una máscara correspondiente. Las dos piezas de trabajo 4 y 5 se han dispuesto encima de los segmentos de apoyo 8 de una placa de presión inferior 9. Tan pronto como la placa de precio superior, como también la placa de presión inferior se pueden desplazar, por ejemplo, mediante una disposición émbolo/cilindro hidráulico o neumático. En el presente ejemplo de realización, la placa de presión superior 3 está como fija, mientras que la placa de presión inferior 9, después de la colocación de las piezas de trabajo 4, 5 en los segmentos de apoyo correspondientes 8, como se representa en la figura, presiona con una presión de sujeción determinada las caras superiores de la piezas de trabajo 4 contra la placa de presión superior. Los segmentos de apoyo 8 montados móviles en la placa de presión inferior 9 se pueden designar, por ejemplo, como una disposición usual de émbolo/cilindro, en general como dispositivo generador de presión 10, accionable reumáticamente en dirección vertical.
Según sea la configuración, el dispositivo generador de presión se puede regular, en caso necesario, de tal manera que sólo el segmento de apoyo 8 se presuriza con la correspondiente presión de apriete más elevada que los demás segmentos de apoyo 8', 8'' sobre el que incide el rayo láser 2. Tan pronto como el rayo láser 2 se desplaza al siguiente segmento de apoyo 8', se relaja el segmento de apoyo 8 y presuriza con una presión más elevada de acuerdo con el segmento de apoyo 8'. De este modo, en este ejemplo de realización se garantiza que las piezas de trabajo se sometan a una presión de apriete más elevada, sólo en el momento de trabajarlas, que, por ejemplo, para los requerimientos de calidad de microestructuras y nanoestructuras es necesario en el momento del mecanizado, para que sea posible un mecanizado exacto y de precisión dimensional. En el ejemplo de realización, según la figura 1 se presurizan los segmentos de apoyo 8', 8'' con aire comprimido, después de llevar la placa de presión inferior 9 a través de un dispositivo de generación de presión 10 situado en la proximidad de la placa de presión superior 3. A través de la cámara de presión 15 se desplazan los diferentes émbolos de presión 16 de los segmentos de apoyo 8', 8'' en dirección vertical y se pueden adaptar a diferentes espesores de las piezas de trabajo 4, 5, siendo la presión de apriete igual para todos. Una selección controlada de los diferentes segmentos de apoyo no tiene lugar en este caso.
La figura 2 muestra la vista en perspectiva de una placa de presión inferior 9, con diferentes segmentos de apoyo 8, en los que los segmentos de apoyo, como se ha representado en la figura 1, no forman un apoyo superficial, sino puntual. Esto puede tener lugar mediante diferentes zonas de segmentos, es decir, apoyos superficiales 11 más pequeñas o puntuales mediante espigas o agujas 12. Las zonas de segmentos superficiales 11 pueden realizarse también mediante rodillos u otros elementos adecuados, pudiéndose presurizar en la forma de realización según estas figura las diferentes zonas de segmentos, sea en forma superficial (cifra de referencia 11) o como espigas o agujas 12, asimismo de forma individual con una presión de apriete. Esto puede tener lugar mediante cámaras de presión 15 como se ha representado la figura 1, que, sin embargo, se pueden controlar en diferentes zonas de segmento 11 separadamente.
En el ejemplo de realización según la figura 3, se coloca, entre la placa de presión superior 3 y el lado superior de la pieza de trabajo 4, una lámina 14 transparente a la radiación láser con una espesor de aproximadamente 0,2 a 1 mm, a través de la cual, después de la fuerte compresión de la pieza de trabajo 4, 5 situada entre la placa de presión 3 se alcanza una compensación de tolerancia y de presión, de tal manera que sobre todo las piezas de trabajo se puede alcanzar la presión de apriete necesaria para el mecanizado. De este modo se puede ahorrar, en determinadas circunstancias, la compensación a través de los segmentos de apoyo móviles representados en dirección vertical en las figuras 1 y 3. En la figura se emplea adicionalmente la lámina 14, a pesar de los segmentos de apoyo móviles, como se explica en la figura 1.
La figura 4 muestra tres diferentes estados de funcionamiento de un dispositivo con una placa de apriete 9, con una cámara de presión 15. La cámara de presión 15 presenta, a título de ejemplo, tres émbolos de apriete 16 que penetran en dirección vertical en la cámara de presión, cuyo lado frontal superior 17 se utiliza como apoyo de la pieza de trabajo. La placa de presión 9 se desplaza, a su vez, mediante un cilindro 28 en dirección vertical, teniendo éste, como muestra la figura, en dirección vertical la mayor carrera. En la figura no se muestra ninguna pieza de trabajo. La figura 4A muestra la disposición en posición de reposo con la altura h1. En la figura 4B se impulsa el cilindro 28 con presión neumática o hidráulica, de tal manera que la placa de presión inferior 9 se mueve en la placa de presión 3 superior a la altura h2. En la figura 4C se presuriza la cámara de presión 15 con presión y el émbolo de presión 16 se desplaza desde la cámara de presión 15 en dirección vertical. La carrera del émbolo de presión 16 se alinea individualmente según el espesor de la pieza de trabajo que se encuentra sobre la cara frontal 17. De este modo, se pueden compensar las tolerancias de la pieza de trabajo, de tal manera que ésta siempre garantiza la presión de apriete necesaria.
La figura 5 muestra, en representación ampliada, en perspectiva (figura 5A) y en una representación en sección (figura 5B) sólo la placa inferior 9 con una cámara de presión 15 y dos émbolos de presión 16 en los que se ha dispuesto un alojamiento de pieza de trabajo 18 en una cara frontal 17. En el alojamiento de la pieza de trabajo 18 se encuentran las piezas de trabajo soldadas 4, 5. Lateralmente se encuentra en este ejemplo una conexión de aire comprimido 19. En la figura 5B se puede ver que los émbolos de presión 16 se han guiado en la cámara de presión 15 a través de juntas 20, de tal manera que también es posible una adaptación angular reducida.
La figura 6A muestra la placa de presión 9 sobre una placa base 21 en una primera configuración en sección transversal. En la figura 6B se ha representado la placa base 21 en vista en perspectiva y en la figura 6C el detalle C ampliada en sección. La placa de presión 9 presenta nuevamente una cámara de presión 15 con émbolo de presión 16, que lleva un alojamiento de la pieza trabajo 18. En ésta se encuentran las piezas de trabajo 4, 5, que se comprimen contra la placa de presión superior transparente 3. La placa de presión inferior 9 presenta un taladro de paso 22 hacia la cámara de compresión 14, y se encuentra con la cara inferior 23 sobre la placa base 21. Ésta presenta un canal de aire comprimido 24, que desemboca en la cara superior en un avellanado cilíndrico 25. Éste utiliza, como se representa en las figuras 6B y 6C, el alojamiento de un aro de junta 26. Éste hermetiza las superficies, que se encuentran una encima de la otra, de la placa de presión 9 y de la placa base 21, una contra la otra.
Esta disposición permite, de la manera más ventajosa y al mismo tiempo simple, el empleo de varias placas de base inferior 9 como depósito de piezas de trabajo, que se intercambian unas con otras y con ello se conectan inmediatamente al dispositivo de generación de aire comprimido.
La figura 7 muestra finalmente los segmentos de apoyo en forma de espigas 29, que se guían individualmente en la cámara de compresión 15 en dirección vertical y - como se ha explicado ya anteriormente - se presurizan asimismo con aire comprimido. La figura 7A muestra una espiga individual 29, la figura 7B de la placa de presión inferior 9 con varias espigas 29 y la figura 7C, en una representación en sección, la disposición de las espigas con una pieza de trabajo inferior 5 con un contorno dirigido a las espigas 29. De este modo se pueden comprimir también exactamente piezas de trabajo con una superficie estructurada en un lado.

Claims (15)

1. Procedimiento para trabajar materiales mediante un rayo láser, en el que las piezas de trabajo se fijan, y a continuación, al menos en parte, se someten a un rayo láser., caracterizado porque en una primera fase de trabajo (4, 5) varias piezas a trabajar se colocan en una placa de presión inferior (9) con segmentos de apoyo (8), móviles en dirección vertical, en la segunda fase de trabajo en el lado superior de las piezas de trabajo (4) se ponen en contacto con una placa que se puede atravesar con un rayo como placa de presión superior (3), la placa de presión inferior y superior se comprime con una presión predeterminada, ajustándose la separación entre los segmentos de apoyo (8) a la placa de presión superior de forma variable, a continuación las piezas a trabajar (4, 5) se someten entre la placa de presión superior (3) y la placa de presión inferior (9) al rayo láser (2) a través de la placa de presión superior (3).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los apoyos de la pieza trabajo se comprimen de forma selectiva contra la placa de presión superior y sólo ésta se someten al rayo láser (2).
3. Procedimiento según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el segmento de apoyo correspondiente (8, 8', 8'') en dirección vertical corresponde a la presión de apriete deseado contra los piezas de trabajo (4, 5).
4. Procedimiento según una de las anteriores, reivindicaciones caracterizado porque los segmentos de apoyo se emplean con zonas de segmentos móviles (11, 12) en dirección vertical que corresponden a una presión de apriete predeterminada de contra los piezas de trabajo (4, 5).
5. Procedimiento según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el segmento de apoyo correspondiente (8, 8', 8'') se desplaza en dirección vertical, con una primera presión de apriete, hasta el contacto con la placa de presión superior (3) y se comprime contra la placa de presión superior (3) y a continuación se impulsa con una segunda presión de apriete.
6. Procedimiento según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque después del mecanizado por rayo láser la placa inferior se intercambian por una segunda placa inferior ya equipada.
7. Procedimiento según las reivindicaciones 5 y 6, caracterizado porque la placa inferior está dotada, en el lado inferior, de una conexión de aire comprimido, y está dispuesta en una placa de presión superior con una contrapieza de aire comprimido, y se comprime contra la placa base con la fuerza generada por la segunda presión de apriete más elevada contra la placa de presión superior (3) y de este modo se hermetiza la conexión de aire comprimido.
8. Procedimiento según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque entre la placa de presión superior (3) y la pieza de trabajo (4, 5) se coloca una lámina de plástico elástica (14) transparente a la radiación como elemento de compensación en los segmentos de apoyo (8) colocados móviles o rígidos debajo de la placa de presión.
9. Dispositivo para trabajar piezas mediante un rayo láser, con una fuente láser (1), un apoyo como placa de presión inferior (9) para los piezas de trabajo (4, 5) y una placa de presión superior (3) transparente a la radiación sobre los piezas de trabajo para la fijación de los piezas de trabajo durante el mecanizado, así como un dispositivo de generación de presión (10) que actúa por lo menos sobre una de las placas de presión (3, 9), caracterizado porque la placa de presión inferior (9) presenta varios apoyos de pieza de trabajo para el alojamiento de las piezas de trabajo para mecanizar que, en dirección vertical, se pueden desplazar con relación a la placa de presión y su separación a la placa de apriete superior se puede ajustar variable con la misma presión de apriete.
10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque la placa de presión inferior está configurada como cámara de presión (15), que se puede presurizar con aire comprimido con uno o varios apoyos (16, 18) de pieza de trabajo desplazables en dirección vertical.
11. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque la placa de presión inferior (9) presenta apoyos de pieza de trabajo (12, 16, 18) que se pueden mandar separadamente.
12. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque la placa de presión inferior (9) presenta diferentes apoyos de pieza de trabajo montados amortiguados y la placa de presión (9) se pueden desplazar en dirección vertical.
13. Dispositivo según una o varias de las anteriores reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque se han previsto dos placas de esta clase (9), que se pueden llevar alternativamente en contacto de apriete con la placa de presión superior (3).
14. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado porque la placa inferior (9) presentan en el lado inferior (23) una abertura de aire comprimido (22) que está alineada con una abertura de aire comprimido correspondiente (24) en una placa base dispuesta debajo (21).
15. Dispositivo según la reivindicación 14, caracterizado porque la abertura de aire comprimido (22) está configurada en la placa inferior (9) como un taladro de paso y la abertura del aire comprimido (24) en la placa base como taladro, con un avellanado (25) para el alojamiento de una junta (26).
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