ES2603527T3

ES2603527T3 - Disco para uso agrario, concretamente usado para el arado de terrenos

Info

Publication number: ES2603527T3
Application number: ES09738327.7T
Authority: ES
Inventors: Laurent Pineda
Original assignee: Forges de Niaux
Current assignee: Forges de Niaux
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2017-02-28
Anticipated expiration: 2029-04-08
Also published as: DK2280596T3; PT2280596T; HUE031861T2; MA33165B1; PL2280596T3; FR2929799B1; CA2721048A1; RU2488985C2; US20110024141A1; RU2010145257A; EP2280596B1; MX2010011094A; FR2929799A1; CA2721048C; WO2009133293A2; UA100886C2; US8517119B2; EP2280596A2; WO2009133293A3

Abstract

Disco metálico previsto específicamente para uso agrícola, que comprende una porción central (10) dúctil que sirve específicamente para fijar el disco a un bastidor, o similar, y una porción periférica externa (12) prevista específicamente para trabajar el suelo y que tiene una dureza mayor que la de la porción central (10), caracterizado porque el disco tiene además un zona de transición (14) entre la porción central (10) y la porción periférica (12), que tiene un gradiente de dureza en una dirección radial y porque, al menos en la porción central (10), existe un gradiente de dureza a lo largo del espesor del disco.

Description

DESCRIPCION

Disco para uso agrario, concretamente usado para el arado de terrenos

5 La presente invencion se refiere a un disco para uso agrfcola, especialmente un disco usado para la preparacion del suelo.

Para preparar el suelo pero limitando su erosion, es una practica habitual el uso de discos como sustitutos de los arados de vertedera. Los discos se montan en un bastidor previsto para ser colocado detras de un tractor agrfcola o 10 similar. Los discos, que pueden ser planos pero tambien tener concavidad, estan, en la posicion de trabajo, basicamente verticales, posiblemente inclinados, y pueden girar en torno a un eje basicamente horizontal. Se pueden acoplar firmemente varios discos a un eje que gira respecto al bastidor, o ademas cada disco se puede montar independientemente, girando respecto a los rodamientos.

15 Los discos penetran en el suelo sobre su periferia y, por tanto, posibilitan trabajar la capa superior del suelo. La forma de la periferia del disco y la forma general del disco estan adaptadas para adecuarse al tipo de suelo y al tipo de trabajo que se va a llevar a cabo. Por tanto, hay discos que son planos, concavos, corrugados, etc. Tales discos se usan principalmente, por tanto, para trabajos tales como, por ejemplo, arar, rastrojar o sembrar.

20 Los discos conocidos de la tecnica anterior tienen una porcion central que sirve para fijarlos a su bastidor y una porcion periferica que esta prevista para penetrar el suelo. Los discos estan hechos la mayorfa de las veces de una aleacion de acero. Este acero es sometido a un tratamiento termico para endurecerlo, de forma que se limita el desgaste del disco, especialmente en su periferia. Sin embargo, la dureza del disco es limitada para no hacer el disco fragil y para evitar fracturas entre la parte de fijacion central y la periferia que trabaja el suelo. Por tanto, los 25 discos conocidos de la tecnica anterior generalmente tienen una dureza de entre 49 y 53 HRC (grados de dureza Rockwell), siendo esta dureza uniforme en todo el disco. Una dureza de 49° HRC corresponde a aproximadamente 1600 MPa o (160 kg/mm2) y una dureza de 52° HRC corresponde a aproximadamente 1750 MPa o (175 kg/mm2) (no hay una correspondencia exacta entre las medidas de dureza del Sistema Internacional de Unidades y la escala Rockwell).

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El documento US4305272 desvela un disco para uso agrfcola que tiene un borde externo de mayor dureza que la porcion central del disco. Esta diferencia de dureza se obtiene mediante un tratamiento termico diferencial durante el cual se coloca en la periferia del disco un anillo metalico conductor termico. El procedimiento de produccion descrito en el documento anterior es diffcil de implementar a escala industrial y, hasta donde el solicitante tiene conocimiento, 35 no se ha comercializado ningun disco tal como se describe en dicho documento. Solo se refiere a discos de acero finos. Ademas, el disco fabricado tiene una dureza mayor solo en su periferia.

El objeto de la presente invencion es proporcionar un disco que, en comparacion con los discos de la tecnica anterior, se desgaste menos rapidamente sin, no obstante, ser mas fragil, y tiene caracterfsticas mejoradas para, en 40 concreto, aumentar su vida util. Preferiblemente, la presente invencion, se puede implementar en discos de espesor considerable (por ejemplo, mayor que 4 mm).

Con este fin, la presente invencion proporciona un disco metalico previsto especfficamente para uso agrfcola, que comprende una porcion central ductil que sirve especfficamente para fijar el disco a un bastidor y una porcion 45 periferica externa prevista especfficamente para trabajar el suelo y que tiene una dureza mayor que la de la porcion central.

Segun la presente invencion, el disco tiene ademas una zona de transicion, entre la porcion central y la porcion periferica, que tiene un gradiente de dureza en direccion radial y, al menos en la porcion central, existe un gradiente 50 de dureza a lo largo del espesor del disco.

La porcion periferica muy dura hace posible aumentar la resistencia al desgaste del disco. La porcion central ductil y la zona de transicion, por su parte, garantizan que el disco se pueda doblar lo suficiente como para que se puede someter a elevadas tensiones sin fracturarse. Ademas, gracias al gradiente de dureza a lo largo del espesor del 55 disco, al menos en la porcion central, es posible que la dureza varfe a lo largo del espesor del disco. Por tanto, por ejemplo, el disco puede tener en el nucleo una zona muy dura y en la superficie una zona que forma una piel ductil que es menos dura. Tambien es posible prever, por ejemplo, una cara del disco que tiene una dureza mayor que la otra cara del disco, con un gradiente de dureza que se extiende desde una cara hasta la otra a lo largo del espesor del mismo.

En un disco segun la invencion la diferencia de dureza entre la porcion central y la porcion periferica es, preferiblemente, de al menos 20 kg/mm2. Esta diferencia de dureza entre la pocion periferica y la porcion central del disco significa que el comportamiento del disco segun la invencion se puede mejorar sustancialmente en 5 comparacion con el de un disco similar de dureza uniforme.

Para favorecer la resistencia al desgaste, la dureza de la porcion periferica es, ventajosamente, de al menos 1900 MPa (o 190 kg/mm2). La dureza de la porcion central es, ventajosamente, de entre 1500 y 1700 MPa (o de entre 150 y 170 kg/mm2) para permitir que el disco se doble lo suficiente con las tensiones a las que puede ser sometido y que 10 tenga una elevada resistencia a la fatiga y la deformacion.

Un disco segun la invencion puede estar hecho, por ejemplo, de una aleacion de acero dopado con boro que contiene manganeso, cromo y silicio. Una aleacion de este tipo hace posible, mediante tratamiento termico, obtener las durezas propuestas anteriormente. Ventajosamente, esta aleacion comprende de entre el 0,35 y el 0,42% de 15 carbono y/o menos del 0,16% de cromo.

En un disco segun la invencion, la variacion de dureza a lo largo del espesor del disco, en una zona que tiene un gradiente de dureza a lo largo del espesor, puede ser de entre 2 y 15 kg/mm2. Este gradiente de dureza a lo largo del espesor del disco esta presente, ventajosamente, tanto en la porcion central del disco como en la zona de 20 transicion.

En una forma de realizacion, un disco segun la invencion tiene una zona central plana que se usa para fijarlo a un bastidor y esta rodeada de una zona concava. En esta forma de realizacion, la porcion central ductil se extiende ventajosamente mas alla de la zona central plana. De esta forma una zona ductil rodea la parte de disco prevista 25 para ser fijada a un bastidor y formar parte integral del mismo.

La presente invencion se refiere a todos los tamanos y todas las formas de discos para uso agrfcola. Sin embargo, la presente invencion esta especfficamente mejor adaptada para discos que tienen un diametro de entre 400 y 1100 mm y/o discos que tienen un espesor de mas de 3 mm, preferiblemente mas de 4 mm.

30

La presente invencion tambien proporciona un procedimiento para fabricar un disco como el que se ha descrito anteriormente, comprendiendo este procedimiento las etapas siguientes:

- fabricacion de una pieza bruta cortando una placa de acero;

35 - fabricacion de una zona de fijacion en el centro de la pieza bruta mediante punzonado;

- posible estampacion de la pieza bruta;

- tratamiento termico de la pieza asf obtenida mediante una operacion de temple en agua o en un polfmero; y

- revenido a temperatura variable usando medios de calentamiento por induccion.

40 El revenido se lleva a cabo mediante calentamiento de la pieza. Este revenido es un revenido a temperatura variable puesto que no calienta la pieza de forma uniforme y la temperatura alcanzada varfa de una zona de la pieza a otra y a lo largo del espesor de la pieza. Al usar medios de calentamiento por induccion es posible controlar el calentamiento y, por tanto, la temperatura en la pieza. De esta forma se logran variaciones de dureza en el disco obtenido mediante el procedimiento segun la presente invencion.

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Los detalles y ventajas de la presente invencion se comprenderan mejor a partir de la siguiente descripcion, proporcionada en referencia con los dibujos esquematicos adjuntos en los cuales:

- la Figura 1 es una vista desde arriba de una forma de realizacion de un disco segun la invencion, y 50 - la Figura 2 es una vista transversal de la lfnea de la seccion II-II de la Figura 1 del disco mostrado.

Los dibujos muestran un disco de parte inferior plana segun la invencion para uso agrfcola. La forma exterior del disco es identica a la de un disco de parte inferior plana de la tecnica anterior. Este es un disco metalico con forma de casquete esferico con una parte inferior plana (2). Esta ultima esta en el centro del casquete esferico y tiene un 55 diametro D. Hay discos para uso agrfcola que tienen una forma diferente a la forma mostrada en los dibujos. La presente invencion tambien se puede referir a estos discos de diferentes formas que se pueden usar en concreto para operaciones de arado, siembra y/o rastrojado.

La parte inferior plana (2) tiene en su centro un orificio (4) previsto para fijar este disco a un bastidor (no mostrado).

El borde libre del disco, correspondiente a la periferia del disco, tiene un bisel usado para trabajar el suelo para, por ejemplo, desmenuzar el residuo de los cultivos.

En la forma de realizacion mostrada en los dibujos, el disco tiene un eje de simetrfa, que aquf es tambien un eje de 5 revolucion (8). Entre el bisel (6) y la parte inferior plana (2) el disco tiene un radio de curvatura R y un espesor E. Unicamente a modo indicativo, el valor de E puede variar entre 3,5 y 8 mm. La altura del disco se denomina F, siendo esta medida a lo largo del eje de revolucion (8).

Segun la presente invencion, el disco mostrado tiene, por una parte, una dureza que varfa con la distancia desde el 10 eje de revolucion (8) y, por otra parte, como se explica posteriormente, un gradiente de dureza a lo largo del espesor E del disco en determinadas zonas. Por tanto, en primer lugar, se produce un gradiente de dureza radial (variacion de dureza respecto al eje de revolucion (8)) y, a continuacion un gradiente de dureza transversal o un gradiente de dureza a lo largo del espesor del disco.

15 Este disco tiene, por tanto, a lo largo del gradiente de dureza radial, dos porciones de diferentes durezas y una zona de transicion. La Figura 1 muestra, por tanto, una porcion central (l0) y una porcion periferica (12) que estan separadas por la zona de transicion (14). Las lfneas discontinuas ilustran, en la Figura 1, la separacion entre cada una de las porciones (10) y (12) y la zona de transicion (14). En la forma de realizacion descrita, el gradiente de dureza transversal se refiere a la porcion central (10) y la zona de transicion (14).

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La porcion central (10) es una zona ductil y la porcion periferica (12) tiene una dureza mayor que la porcion central (10). La zona de transicion (14), por su parte, tiene un gradiente de dureza radial y un gradiente de dureza transversal.

25 La porcion central (10) sirve, en concreto, para fijar el disco a un bastidor. En la forma de realizacion mostrada en los dibujos, se debe indicar que esta porcion central (10) se extiende mas alla de la parte inferior plana (2). El diametro de la porcion central (10) es, por ejemplo, de entre D+75 mm y D+120 mm.

La dureza de la porcion central (10) es, por ejemplo, de entre 1550 y 1650 MPa (o de entre 155 kg/mm2 y 165 30 kg/mm2) sobre la superficie del disco. Esta dureza es basicamente constante, pero tambien puede variar ligeramente, posiblemente aumentando desde su centro hacia la zona de transicion (14).

En esta porcion central (10) la dureza varfa a lo largo del espesor del disco. Por ejemplo, es posible tener una dureza mayor en el nucleo del espesor del disco y una dureza menor en la superficie del disco. La variacion de 35 dureza entre el nucleo del espesor del disco y la superficie del disco es, por ejemplo de entre 20 y 150 MPa (o de entre 2 y 15 kg/mm2), preferiblemente de entre 30 y 80 MPa (o de entre 3 y 8 kg/mm2). En este primer ejemplo hay, por tanto, dos gradientes de dureza: uno desde el nucleo del espesor del disco hacia cada una de las superficies del disco. Esta primera variante es, por ejemplo, adecuada para un disco plano (que no tenga concavidad, a diferencia del disco mostrado en los dibujos), cuyas dos caras pueden estar hechas para trabajar en flexion.

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Segun otro ejemplo, la dureza varfa desde una cara del disco hasta la otra: por tanto hay solo un unico gradiente de dureza transversal desde una superficie del disco hasta la otra. Las variaciones de dureza desde una cara hasta la otra son las mismas que las indicadas para el primer ejemplo, es decir, son de entre 20 y 150 MPa (o de entre 2 y 15 kg/mm2), preferiblemente de entre 30 y 80 MPa (o de entre 3 y 8 kg/mm2).

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Las variaciones de dureza a lo largo del espesor del disco dependen de la forma en que tenga que trabajar el disco. La cara del disco de la porcion central que esta sometida la maxima fuerza de flexion es la mas ductil, con el menor valor de dureza. Asimismo, es en el punto en el cual el disco trabaja principalmente a compresion en el que se elegira la mayor dureza.

50

En la porcion periferica (12) la dureza es, por ejemplo, de entre 2000 y 2100 MPa (o de entre 200 kg/mm2 y 210 kg/mm2). Preferiblemente es de valor maximo en el bisel (6). La anchura de esta porcion central (12), que es de forma anular, es generalmente de entre 50 y 300 mm. La dureza no varfa, o solo muy poco, a lo largo del espesor del disco en esta porcion periferica (12).

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En la zona de transicion (14) la dureza varfa, por ejemplo, de una forma basicamente lineal, desde el valor de dureza en la parte exterior de la porcion central (10) hasta el valor de dureza en la parte interior de la porcion periferica (12). En el ejemplo numerico dado anteriormente como ejemplo no limitativo, la dureza va desde aproximadamente 1600 MPa (o 160 kg/mm2) hasta 2000 MPa (o 200 kg/mm2). Esta zona de transicion tiene, por ejemplo, una anchura del

orden de unos cuantos centfmetros, dependiendo del diametro externo del disco.

En esta zona de transicion (14) hay un gradiente de dureza transversal similar al descrito para la porcion central (10). Si la dureza en la porcion central es mayor en el nucleo del espesor del disco, la dureza en la zona de transicion (14) 5 tambien sera mayor que en el nucleo del espesor del disco. Si una cara de la porcion central (10) es mas dura que la cara opuesta, de nuevo habra un gradiente de dureza transversal similar en la zona de transicion (14).

La mayorfa de los discos conocidos de la tecnica anterior tienen una dureza uniforme. Esta es habitualmente del orden de 1600 MPa (o 160 kg/mm2), que corresponde a aproximadamente 49° HRC. En comparacion con un disco 10 de este tipo de la tecnica anterior, un disco segun la presente invencion tiene una resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga sustancialmente muy mejoradas. Los ensayos llevados a cabo dieron como resultado valores medidos de resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga cada uno tres veces superior a los de resistencia de un disco de la tecnica anterior que tenga las mismas dimensiones.

15 Un disco segun la invencion esta hecho de acero. La concentracion de carbono (C) es preferiblemente de entre el 0,35 y el 0,42%. Este acero es preferiblemente un acero dopado con boro que tambien comprende manganeso, cromo y silicio. Respecto al contenido de cromo (Cr), este es ventajosamente inferior al 0, 20%, preferiblemente inferior al 0,16 %.

20 Hay varios procedimientos de fabricacion para obtener una dureza variable en la superficie del disco. A continuacion se describe un procedimiento preferible. Segun este procedimiento, en primer lugar el disco se fabrica a partir de un acero (tal como se ha definido anteriormente, por ejemplo) en forma de lamina o a partir de una bobina. Primero se lleva a cabo una operacion de corte para obtener una pieza bruta. El elemento central de fijacion se forma mediante troquelado. Este elemento hace posible conectar el disco a un bastidor. El orificio (4) se fabrica, por ejemplo, 25 mediante troquelado. En este punto se pueden prever otras formas de realizacion. En vez de un orificio central se pueden proveer varios orificios. A continuacion se fabrica una pieza en bruto con bisel en la periferia. En este punto tambien, dependiendo de la forma deseada del disco, es posible, por ejemplo, realizar muescas y/u otras formas en la periferia del disco. Se usa una operacion de estampacion, por ejemplo, estampacion en caliente, para proporcionar a la pieza bruta una forma concava.

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Finalmente se lleva a cabo un tratamiento termico. Este tratamiento se usa para endurecer el disco. En este ejemplo es un temple en agua o en un polfmero. La pieza obtenida, por tanto, tiene una gran dureza. Para obtener una porcion central ductil (10) se lleva a cabo una operacion de revenido, eligiendo la temperatura de revenido dependiendo de la zona del disco. Este revenido, por tanto, hace posible la obtencion de una dureza menor en el 35 centro y en la zona de transicion (14) entre la porcion central (10) y la porcion periferica (12) que tiene un gradiente de dureza radial y posiblemente un gradiente de dureza transversal. Para lograr este resultado, la pieza se calienta mientras se controla la temperatura en las diferentes zonas del disco. La porcion central (10) se calentara, por tanto, mas que la porcion periferica (12). Opcionalmente esta ultima tambien se somete a un revenido de relajacion de tensiones para eliminar las tensiones del temple. Posiblemente se puede observar una variacion de dureza durante 40 esta operacion de revenido en la zona periferica (12).

Al llevar a cabo esta operacion de revenido con medios de calentamiento por induccion es posible producir, por una parte, el gradiente de dureza radial situando adecuadamente los medios de calentamiento y proporcionando opcionalmente medios de enfriamiento para determinadas zonas y, por otra parte, el gradiente de dureza transversal 45 descrito anteriormente, por ejemplo, variando la frecuencia de la corriente alterna usada.

Una forma de realizacion preferida del procedimiento segun la invencion es realizar un revenido de todo el disco, pero no estarfa fuera del alcance de la invencion realizar un revenido solo de la porcion central (10) y, posiblemente, tambien de la zona de transicion (14). Los medios de calentamiento por induccion permiten que el disco sea 50 sometido a un revenido de temperatura variable con buen control del calentamiento del disco tanto segun la posicion radial en cuestion como a lo largo del espesor del disco. Al controlar las zonas de calentamiento de este modo es posible controlar las variaciones de dureza en el disco respecto tanto al gradiente de dureza radial como al gradiente de dureza transversal.

55 Un disco segun la invencion, por tanto, tiene en su periferia una porcion de gran dureza, que, por tanto, tiene una resistencia al desgaste muy elevada. Esta porcion del disco esta prevista para entrar en contacto con el suelo que se va a trabajar y golpea todo tipo de objetos que se encuentran en el suelo, especialmente piedras.

En el centro el disco se fija a un bastidor. Este punto de fijacion se asemeja a un inserto y en este punto de fijacion

hay menos tensiones mecanicas. Las tensiones mecanicas, especialmente las tensiones de flexion, aparecen en la pocion del disco que esta situada entre su punto de fijacion y su porcion activa en el suelo. Debido al gradiente de dureza transversal producido en la porcion central (y, posiblemente, tambien en la porcion de transicion), un disco segun la invencion tambien tiene una mejor resistencia a fatiga por flexion y grados de deformacion, es decir, fijando 5 el centro del disco y aplicando repetidamente una carga de flexion a la periferia del disco. Para discos de dimensiones similares, un disco segun la invencion tendra una resistencia sustancialmente mayor (hasta tres veces) que un disco de la tecnica anterior que tenga una dureza uniforme.

La presente invencion, por tanto, hace posible obtener tanto una mayor dureza como una mejor resistencia a la 10 fatiga y permite que el disco experimente una mayor deformacion. Estas propiedades, que hasta ahora parecfan estar en conflicto, se han podido obtener en uno y el mismo disco gracias a la presente invencion.

La presente invencion tambien tiene la ventaja de ser aplicable a todo tipo de discos: discos planos, convexos o frustoconicos, rejas de arado que sean planas y circulares o las que tengan corrugaciones. El centro del disco puede 15 ser plano, convexo, arqueado, etc. La periferia del disco puede ser circular, dentada, con muescas, lobulada, etc.

La invencion es aplicable a discos de cualquier tamano, pero sera obvio para los expertos en la materia que es mas ventajosa para discos de gran diametro disenados para ser sometidos a tensiones mas elevadas que para discos de pequeno diametro. La invencion es, por tanto, mas especfficamente, pero no exclusivamente, adecuada para discos 20 que tengan un diametro mayor que 40 o 50 cm y para discos con un espesor mayor que 3,5 o 4 mm.

La presente invencion no esta limitada a la forma de realizacion preferida descrita anteriormente a modo de ejemplo no limitativo ni al procedimiento de produccion propuesto. Tambien se refiere a todas las variantes de formas de realizacion dentro de la competencia de los expertos en la materia y dentro alcance de las reivindicaciones adjuntas 25 al presente documento.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Disco metalico previsto especfficamente para uso agrfcola, que comprende una porcion central (10)

ductil que sirve especfficamente para fijar el disco a un bastidor, o similar, y una porcion periferica externa (12) 5 prevista especfficamente para trabajar el suelo y que tiene una dureza mayor que la de la porcion central (10), caracterizado porque el disco tiene ademas un zona de transicion (14) entre la porcion central (10) y la porcion periferica (12), que tiene un gradiente de dureza en una direccion radial y porque, al menos en la porcion central (10), existe un gradiente de dureza a lo largo del espesor del disco.

10 2. Disco de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque la diferencia de dureza entre la

porcion central (10) y la porcion periferica (12) es de al menos 200 MPa (o 20 kg/mm2).
3. Disco de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la dureza de la porcion periferica (12) es de al menos 1900 MPa (o 190 kg/mm2).

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4. Disco de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la dureza de la porcion central (10) es de entre 1500 MPa y 1700 MPa (o de entre 150 y 170 kg/mm2).
5. Disco de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque esta hecho de una 20 aleacion de acero dopado con boro que contiene manganeso, cromo y silicio y comprende de entre el 0,35 y el

0,42% de carbono y menos del 0,16% de cromo.
6. Disco de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la variacion de dureza a lo largo del espesor del disco en una zona que tiene un gradiente de dureza a lo largo del espesor es de entre 20 y

25 150 MPa (o de entre 2 y 15 kg/mm2).
7. Disco de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque hay un gradiente de dureza a lo largo del espesor del disco en la porcion central (10) del disco y en la zona de transicion (14).

30 8. Disco de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque tiene una zona central

(2) plana que se usa para fijar el mismo a un bastidor y esta rodeada por una zona concava, y porque la porcion central (10) ductil se extiende mas alla de la zona central plana (2).
9. Disco de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque tiene un diametro de

35 entre la 400 y 1100 mm.