EP0388269A1 - Cassette for a peristaltic pump with a resilient tube, and peristaltic pump with such a cassette - Google Patents
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- F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
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Abstract
Description
L'invention est relative à une cassette pour pompe péristaltique à tube déformable, constituée d'un boîtier qui comporte, au voisinage de chacune de ses extrémités, un chemin de roulement cylindrique contre lequel sont propres à s'appliquer et à rouler des satellites qui écrasent le tube déformable situé entre les deux chemins de roulements.The invention relates to a cassette for a peristaltic pump with a deformable tube, consisting of a housing which comprises, in the vicinity of each of its ends, a cylindrical raceway against which are suitable for applying and rolling satellites which crush the deformable tube located between the two raceways.
Une cassette de ce genre est montrée, par exemple, par EP-0 041 267. Toutefois, l'agencement de cette cassette est relativement compliqué et limite les possibilités d'utilisation de ladite cassette.A cassette of this kind is shown, for example, by EP-0 041 267. However, the arrangement of this cassette is relatively complicated and limits the possibilities of using said cassette.
L'invention a pour but, surtout, de fournir une cassette du genre défini précédemment qui soit d'une construction simple et robuste, qui permette un pompage efficace et dont les possibilités d'utilisation sont augmentées.The object of the invention is, above all, to provide a cassette of the kind defined above which is of a simple and robust construction, which allows efficient pumping and whose possibilities of use are increased.
Selon l'invention, une cassette pour pompe péristaltique à tube déformable, du genre défini précédemment, est caractérisée par le fait que les satellites sont tubulaires et montés librement à l'intérieur du boîtier, dans la concavité du tube déformable, ce boîtier comportant, d'un côté au moins, une ouverture centrale d'un diamètre suffisant pour permettre l'entraînement des satellites soit directement à partir d'un plateau rotatif muni de planétaires propres à s'engager dans les satellites tubulaires, soit à partir d'un arbre engagé intérieurement entre les satellites tubulaires.According to the invention, a cassette for a peristaltic pump with a deformable tube, of the type defined above, is characterized in that the satellites are tubular and freely mounted inside the housing, in the concavity of the deformable tube, this housing comprising, at least on one side, a central opening of a diameter sufficient to allow the satellites to be driven either directly from a rotary plate provided with planets suitable for engaging in tubular satellites, or from a shaft internally engaged between the tubular satellites.
Ainsi, une même cassette peut être entraînée soit directement par un plateau, ce mode d'entraînement permettant à tout moment de connaître avec précision la position angulaire du plateau et donc des satellites, soit par un arbre central avec possibilité de vitesse de rotation élevée. Les satellites sont réalisés d'une manière simple et économique et leur montage libre à l'intérieur de la cassette est avantageux pour le fonctionnement de la pompe.Thus, the same cassette can be driven either directly by a plate, this drive mode allowing at any time to know precisely the angular position of the plate and therefore of the satellites, or by a central shaft with the possibility of high speed of rotation. The satellites are produced in a simple and economical manner and their free mounting inside the cassette is advantageous for the operation of the pump.
Lorsque la cassette est séparée du moteur d'entraînement, les satellites sont ramenés vers le centre sous la pression du tube au repos, ce tube restant ouvert, ce qui rend possible une stérilisation complète aisée.When the cassette is separated from the drive motor, the satellites are brought back towards the center under the pressure of the tube at rest, this tube remaining open, which makes possible complete complete sterilization.
De préférence, le boîtier présente une gorge intérieure à section concave dans laquelle vient se loger le tube déformable, tandis que les satellites ont une forme extérieure en tonneau, à courbure convexe, combinée avec la courbure concave de la gorge du boîtier, pour appuyer sur le tube déformable, chaque satellite comportant, de part et d'autre de la zone en tonneau, une zone cylindrique propre à rouler sur le chemin de roulement associé ; un tel boîtier à profil intérieur concave permet un auto-centrage du tube et des satellites.Preferably, the housing has an inner groove with a concave section in which the deformable tube is housed, while the satellites have an outer barrel shape, with convex curvature, combined with the concave curvature of the groove of the housing, to press on. the deformable tube, each satellite comprising, on either side of the barrel zone, a cylindrical zone suitable for rolling on the associated raceway; such a concave inner profile housing allows self-centering of the tube and the satellites.
Avantageusement, le boîtier comprend une couronne centrale cylindrique sur laquelle est fixé, de part et d'autre, notamment par clipsage ou encliquetage, un flasque comportant un chemin de roulement interne, le flasque situé du côté du moteur d'entraînement comportant une bordure sensiblement tronconique permettant d'assurer la fixation du boîtier sur un carter de moteur d'entraînement par coopération de cette bordure tronconique avec des dents, présentant une certaine élasticité dans le sens radial, prévues sur toute la périphérie d'une couronne dentée liée au carter du moteur.Advantageously, the housing comprises a central cylindrical crown on which is fixed, on either side, in particular by clipping or snap-fastening, a flange having an internal raceway, the flange situated on the side of the drive motor having a substantially border frustoconical to ensure the fixing of the housing on a drive motor housing by cooperation of this frustoconical edge with teeth, having a certain elasticity in the radial direction, provided over the entire periphery of a ring gear connected to the housing of the engine.
Les satellites tubulaires sont généralement réalisés en une matière plastique élastique.The tubular satellites are generally made of an elastic plastic material.
L'invention est également relative à une pompe péristaltique équipée d'une cassette telle que définie précédemment, cette pompe comprenant un moteur propre à entraîner les satellites tubulaires.The invention also relates to a peristaltic pump equipped with a cassette such as defined above, this pump comprising a motor capable of driving the tubular satellites.
De préférence, le moteur de la pompe comporte un arbre de sortie muni d'un plateau portant des axes sur lesquels sont montés fous des galets propres à s'engager dans les satellites tubulaires. Le plateau peut comporter, notamment, un axe situé dans le prolongement de l'arbre du moteur et sur lequel est monté fou un galet central avec un jeu d'auto-centrage relativement important, propre à coopérer avec la surface extérieure des satellites.Preferably, the pump motor comprises an output shaft provided with a plate carrying axes on which are mounted idle rollers suitable for engaging in the tubular satellites. The plate may include, in particular, an axis located in the extension of the motor shaft and on which is mounted for a central roller with a relatively large self-centering clearance, adapted to cooperate with the outer surface of the satellites.
Le boîtier de la cassette est généralement fermé du côté opposé au moteur par un couvercle rapporté, l'un des chemins de roulements pour les satellites pouvant être prévu sur la face intérieure de ce couvercle.The cassette casing is generally closed on the side opposite the motor by an attached cover, one of the raceways for the satellites being able to be provided on the inside of this cover.
Dans une réalisation particulière, le plateau de la pompe comporte quatre galets régulièrement espacés et un galet central, tandis que la cassette comporte quatre satellites.In a particular embodiment, the pump plate has four regularly spaced rollers and a central roller, while the cassette has four satellites.
L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos de modes de réalisation particuliers décrits avec référence aux dessins ci-annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs.
- La figure 1, de ces dessins, est une vue en perspective d'une pompe péristaltique conforme à l'invention, la cassette étant séparée du plateau.
- La figure 2 est une vue du plateau suivant la ligne II-II, figure 5.
- La figure 3 est une vue de la cassette suivant la ligne III-III, de la figure 4.
- Le figure 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV, figure 3 de la cassette.
- La figure 5 est une vue de gauche, avec parties arrachées, du plateau montré sur la figure 2.
- La figure 6 est une coupe longitudinale, avec parties en extérieur, de la pompe, le plateau étant monté à l'intérieur de la cassette.
- La figure 7 est une coupe d'une autre réalisation d'une pompe conforme à l'invention, la cassette étant représentée en coupe.
- La figure 8 est une vue suivant la ligne VIII-VIII, figure 7 de la couronne dentée servant de porte-cassette.
- La figure 9, enfin, est une coupe d'une autre réalisation avantageuse de la cassette.
- Figure 1 of these drawings is a perspective view of a peristaltic pump according to the invention, the cassette being separated from the tray.
- FIG. 2 is a view of the plate along line II-II, FIG. 5.
- FIG. 3 is a view of the cassette along line III-III, of FIG. 4.
- Figure 4 is a section along line IV-IV, Figure 3 of the cassette.
- Figure 5 is a view from the left, with parts torn off, from the plate shown in FIG.
- Figure 6 is a longitudinal section, with external parts, of the pump, the plate being mounted inside the cassette.
- Figure 7 is a section of another embodiment of a pump according to the invention, the cassette being shown in section.
- Figure 8 is a view along line VIII-VIII, Figure 7 of the ring gear serving as a cassette holder.
- Figure 9, finally, is a section of another advantageous embodiment of the cassette.
En se reportant aux dessins, on peut voir une pompe péristaltique 1 comprenant un tube déformable 2, notamment en matière plastique, formant le corps de pompe. Ce tube est interposé entre un carter cylindrique externe 3 et des rouleaux internes 4 propres à coopérer avec un organe central d'entraînement 5, lui-même entraîné par un moteur électrique 6.Referring to the drawings, one can see a peristaltic pump 1 comprising a
La pompe 1 comprend une cassette démontable 7 constituée d'un boîtier cylindrique 8 dans lequel est monté le tube 2, ainsi que de satellites tubulaires 9, au nombre de quatre dans la réalisation considérée.The pump 1 comprises a removable cassette 7 consisting of a
Ces satellites 9 constituent les rouleaux 4 et sont avantageusement réalisés en une matière plastique élastique. Les satellites 9 peuvent être constitués par des tronçons de tube en matière plastique extrudé.These
Le tube 2 décrit sensiblement un demi-cercle à l'intérieur du boîtier 8 et sort de ce boîtier par des ouvertures 10 suivant des branches 11 sensiblement parallèles.The
Lorsque la cassette est démontée, comme représenté sur les figures 1, 3 et 4, les satellites 9 sont libres à l'intérieur du boîtier, et le tube 2 n'est pratiquement pas comprimé.When the cassette is removed, as shown in FIGS. 1, 3 and 4, the
La face 12 du boîtier destinée à être appliquée contre le moteur 6 comporte une ouverture centrale 13 d'un diamètre suffisant pour permettre l'entraînement des satellites 9 comme expliqué plus loin. Cette face 12 a un diamètre supérieur à celui du boîtier 8 et forme un flasque faisant saillie radialement par rapport au boîtier, flasque dans lequel sont prévues deux boutonnières 14 diamétralement opposées pour permettre la fixation de la cassette 7 sur le moteur 6 pourvu de pions 15 munis de têtes propres à coopérer avec les boutonnières 14.The
Le boîtier 8 de la cassette comporte, au voisinage de chacune de ses extrémités, suivant la direction axiale, un chemin de roulement cylindrique 16,17 (voir figure 4) contre lequel sont propres à s'appliquer, et à rouler, les satellites tubulaires 9, le tube déformable 2 étant situé entre les deux chemins de roulement, contre une surface cylindrique 18 dont le diamètre est supérieur à celui des chemins de roulement 16, 17.The
Le boîtier 8 est fermé, du côté opposé au moteur entraînement de la pompe, par un couvercle rapporté 19 sur lequel est prévu le chemin de roulement 17 qui constitue la surface interne d'une collerette de centrage du couvercle 19 dans le boîtier. La face interne de ce couvercle 19 comporte un évidement central 20.The
Les satellites 9 sont maintenus, suivant la direction longitudinale, entre la face interne du couvercle 19 et un épaulement 21 (figure 4) bordant l'ouverture 13 du côté intérieur du boîtier.The
La distance l, suivant la direction axiale, entre cet épaulement 21 et la face interne du couvercle 19 n'est que légèrement supérieure à la longueur axiale h des satellites 9 pour assurer un bon maintien de ces satellites et éviter toute mise en oblique. De préférence, la différence l-h est inférieure ou égale à 0,2 mm.The distance l , in the axial direction, between this
Des galets 22, montés fous sur des axes 23 portés par un plateau 24, sont propres à s'engager dans les satellites 9, en passant à travers l'ouverture 13. Les galets 22 sont régulièrement répartis autour de l'axe du plateau 24. Le nombre de ces galets 22 est égal à celui des satellites 9, c'est-à-dire égal à quatre dans l'exemple considéré.
L'extrémité 25 de chaque galet 22 éloignée du plateau 24 a une forme sensiblement tronconique pour faciliter l'entrée du galet dans le satellite 9 correspondant. L'extrémité de l'axe 23 est munie d'une tête 26 propre à maintenir le galet 22 suivant la direction longitudinale.The
Le diamètre d des galets 32 est légèrement inférieur au diamètre interne f (figure 4) des satellites 9. Le jeu, c'est-à-dire la différence f-d est avantageusement de l'ordre de 0.3 mm.The diameter d of the
Un galet central 27 est monté libre en rotation sur un axe 28 qui est situé dans le prolongement de l'arbre du moteur 6 lorsque le plateau 24 est fixé sur cet arbre du moteur.A
Ce galet central 27 comporte également une extrémité tronconique qui vient se loger dans l'évidement 20 (voir figure 6). La tête de l'axe 26 est logée totalement à l'intérieur d'un alésage prévu à l'extrémité de ce galet 27.This
Comme visible sur la figure 5, la longueur du galet 27 est supérieure à celle des galets 22. Ainsi, lorsque cet ensemble est engagé dans l'ouverture 13 et la cassette 7, l'extrémité du galet 27 pénètre, en premier, dans l'espace 29 (voir figure 3) compris entre les satellites 9 et provoque l'écartement de ces satellites, ce qui facilite l'engagement des galets 22 dans lesdits satellites.As can be seen in FIG. 5, the length of the
Le galet 27 est monté sur son axe 28 avec un jeu radial d'auto-centrage (différence entre le diamétre de l'alésage interne du galet 27 et le diamètre externe de l'axe 28) relativement important, notamment de l'ordre de 0,5 mm.The
Ce galet 27, notamment grâce au jeu d'auto-centrage important, procure un équilibre dynamique de toutes les pressions.This
La fixation du plateau 24 sur l'arbre de sortie du moteur peut être assurée par tout moyen, notamment par des vis de blocage telles que 30 (figure 1) orientées radialement.The fixing of the
Lorsque la cassette 7 est stockée, séparément du moteur 6 et des galets 22 et 27, les satellites 9 sont ramenés vers le centre sous la pression du tube 2 au repos, comme visible sur la figure 3, ce tube restant ouvert jusqu'à stabilisation des satellites dans une position tangentielle d'appui réciproque. Ceci permet d'éviter un collage entre les parois du tube lors du stockage, collage qui pourrait se produire si le tube était stocké écrasé.When the cassette 7 is stored, separately from the motor 6 and the
Le tube 2 peut être maintenu en place par deux bagues d'arrêt soudées prévues pour être coincées dans des logements précis sous la pression d'une collerette d'appui solidaire du couvercle de la cassette.The
En fabrication de série, ce tube 2 se monte dans la cassette très rapidement.In series production, this
Ceci étant, le fonctionnement de la pompe est le suivant.However, the operation of the pump is as follows.
La cassette 7 ayant été mise en place sur le plateau 5, les galets 22 se trouvent à l'intérieur des satellites tubulaires 9, lesquels sont en appui contre le galet central 27. La cassette est encliquetée sur le bâti du moteur par une légère rotation qui, après engagement des ergots 15 dans la partie de grand diamètre de la boutonnière 14, place lesdits ergots dans la partie plus étroite de cette boutonnière que ne peut traverser la tête des ergots 15.The cassette 7 having been placed on the
Les galets d'entraînement 22 viennent se loger avec un léger jeu à l'intérieur des satellites tubulaires 9, tandis que le galet d'appui central 27 vient exercer sa pression contre l'extérieur des satellites 9 qui s'écartent jusqu'à l'étanchéité de fermeture du tube 2 corps de pompe sur lui-même. Ce montage peut être réalisé en quelques secondes, d'une seule main.The
L'action de pompage est obtenue lorsque le moteur 6 est mis en rotation, entraînant le plateau 5 et les satellites 9.The pumping action is obtained when the motor 6 is put into rotation, driving the
Les galets 22, entraînés par le plateau 5, n'attaquent pas directement le tube 2 corps de pompe, ce qui permet d'éviter l'étirement du corps de pompe vers l'orifice de refoulement et la tendance à la fermeture de l'orifice d'aspiration. Il en résulte une courbe de débit de la pompe en fonction de la vitesse de rotation relativement régulière. Le galet libre central 27 procure un appui et un équilibre dynamique de toutes les pressions de fonctionnement.The
Par un choix judicieux de l'épaisseur de paroi des satellites 9 on peut agir sur la pression de sortie des fluides pompés.By a judicious choice of the wall thickness of the
En se reportant aux figures 7 et 8, on peut voir une variante de réalisation d'une cassette et d'une pompe conformes à l'invention. Les éléments des figures 7 et 8 jouant des rôles identiques ou similaires à des éléments déjà décrits à propos des figures précédentes sont désignés par des références numériques égales à la somme du chiffrre 100 et de la référence utilisée sur les figures précédentes, sans que leur description soit reprise en détail.Referring to Figures 7 and 8, one can see an alternative embodiment of a cassette and a pump according to the invention. The elements of Figures 7 and 8 playing identical or similar roles to elements already described with respect to the previous figures are designated by numerical references equal to the sum of the number 100 and the reference used in the previous figures, without their description be taken up in detail.
Le boîtier 108 de la cassette 107 comprend une couronne centrale cylindrique 31 sur laquelle est fixé, de part et d'autre par encliquetage, un flasque 32, 33, chaque flasque comportant l'un des chemins de roulement 116, 117. Le flasque 33 forme le couvercle 119 qui est déporté suivant la direction axiale par rapport à la bordure servant à l'encliquetage sur la couronne 31.The
Le flasque 32 situé du côté du moteur d'entraînement 106 comporte une bordure 34 sensiblement tronconique dont le diamètre augmente en direction du moteur 106. Cette bordure 34 permet d'assurer la fixation du boîtier et de la cassette 107 sur le carter du moteur d'entraînement 106 par coopération de ladite bordure 34 avec des dents 35 prévues sur toute la périphérie d'une couronne dentée 36 liée au carter du moteur 106.The
Les dents 35 font saillie radialement par rapport au plan moyen de la couronne, comme visible sur la figure 7 et sont régulièrement réparties sur toute la circonférence comme visible sur la figure 8. Un espace 37 sépare deux dents successives. Chaque dent 35 présente une certaine élasticité dans le sens radial, notamment par flexion à sa racine, pour permettre la franchissement de l'extrémité de grand diamètre de la bordure 34 et la préhension de la surface tronconique de ladite bordure. L'effet de rampe créé par les surfaces inclinées des dents et de la bordure 34 permet d'appliquer avec une pression axiale la partie du flasque 32 en regard de la zone de la couronne 36 située à l'intérieur, dans le sens radial, des dents 35.The
La couronne 36 constitue un porte-cassette particulièrement simple et avantageux, permettant la mise en place de la cassette d'une seule main, sans avoir à imposer une orientation particulière prédéterminée de la cassette 107 par rapport au carter du moteur 106.The
Dans l'exemple de réalisation considéré sur la figure 7, l'organe d'entraînement 105 est constitué par un arbre engagé intérieurement entre les satellites tubulaires 104.In the embodiment considered in FIG. 7, the
La figure 9 représente une variante de réalisation dont les éléments jouant des rôles identiques à des éléments déjà décrits à propos des figures 1 à 6 sont désignés par des références numériques égales à la somme du nombre 200 et de la référence utilisée sur ces figures 1 à 6.FIG. 9 represents a variant embodiment, the elements playing roles identical to elements already described with reference to FIGS. 1 to 6 are designated by numerical references equal to the sum of the number 200 and the reference used in these FIGS. 1 to 6.
Le boîtier 208 présente une gorge intérieure 37 à section concave, tournée vers l'axe du boîtier, dans laquelle vient se loger le tube déformable 202. Les satellites 209 ont une forme extérieure en tonneau 38, à courbure convexe combinée avec la courbure concave 37 de la gorge du boîtier.The
Les satellites 209 comportent, de part et d'autre de la zone en tonneau 38, une zone cylindrique 39, 40 propre à rouler sur le chemin de roulement associé 216, 217. Les satellites 204 peuvent comporter un logement intérieur cylindrique pour permettre l'entrée de planétaires semblables à ceux représentés sur la figure 1.The
Le boîtier 208 de la figure 9, à profil intérieur concave, permet un auto-centrage du tube et des satellites 209 de sorte qu'il n'est pratiquement plus nécessaire de prévoir des épaulements de part et d'autre des satellites pour les maintenir suivant la direction axiale. Il en résulte une diminution sensible de l'usure des satellites, et une durée de vie plus grande de la cassette. On réduit en outre l'échauffement. L'étanchéité réalisée par l'écrasement du tube 202 entre la surface concave 37 et la surface convexe 38 du galet est meilleure, notamment au niveau de la commissure. Ceci permet d'obtenir des pressions de refoulement de la pompe plus élevées et une économie d'énergie pour un même débit.The
La cassette et la pompe conformes à l'invention présentent de nombreux avantages.The cassette and the pump according to the invention have numerous advantages.
Il y a un auto-centrage entre la pompe et le moteur, sans pression radiale, protégeant les paliers du moteur. Un rattrapage automatique de jeu se produit, et les contraintes axiales sur les axes des galets sont supprimées.There is self-centering between the pump and the motor, without radial pressure, protecting the motor bearings. An automatic backlash occurs, and the axial constraints on the axes of the rollers are eliminated.
Le fonctionnement de la pompe est silencieux et son montage est facile lors d'une fabrication de série. Le faible coût de fabrication et la facilité de montage permettant l'utilisation de cassettes jetables notamment pour les applications médicales.The operation of the pump is silent and its assembly is easy during mass production. The low manufacturing cost and the ease of assembly allowing the use of disposable cassettes in particular for medical applications.
Le corps de pompe présente une endurance maximale alors que les tolérances de fabrication restent faciles à tenir avec des pièces en matière plastique brutes de moulage.The pump body has maximum endurance while the manufacturing tolerances remain easy to hold with raw plastic molding parts.
Il est possible d'effectuer une stérilisation à l'oxyde d'éthylène par l'accès de circulation ambiante dans le tube ouvert de la cassette au repos.It is possible to carry out sterilization with ethylene oxide by the ambient circulation access in the open tube of the cassette at rest.
Un minimum de pièces sont en mouvement avec des frictions réduites et des contraintes dynamiquement équilibrées procurant un excellent rendement mécanique, et offrant la possibilité d'utilisation de moteurs de faible puissance, moins onéreux et plus fiables. Une ventilation naturelle maximale se produit, lors du fonctionnement, ce qui évite l'échauffement.A minimum of parts are in motion with reduced friction and dynamically balanced stresses providing excellent mechanical efficiency, and offering the possibility of using low-power motors, which are less expensive and more reliable. Maximum natural ventilation occurs during operation, which prevents overheating.
Une précision des débits des pompes est obtenue grâce à la possibilité de standardisation plus poussée dans le montage automatique des tubes corps de pompe dans les cassettes, avec des cotes rigoureuses. Le plateau d'entraînement, monté sur l'axe moteur, peut être facilement changé et est d'un faible coût en raison de la mécanique élémentaire fabriquée en matière plastique.Accuracy of pump flow rates is obtained thanks to the possibility of further standardization in the automatic mounting of pump body tubes in cassettes, with rigorous dimensions. The drive plate, mounted on the motor axis, can be easily changed and is of low cost due to the elementary mechanics made of plastic.
Les satellites tubulaires 9, comme déjà indiqué, peuvent être obtenus économiquement par tronçonnage de tube extrudé, ce qui évite un moule de production onéreux.The
Il existe une bonne compatibilité de fonctionnement de cette pompe avec des moteurs pas-à-pas ou des moto-réducteurs asservis.There is good operational compatibility of this pump with stepper motors or servo geared motors.
Il est possible de fabriquer facilement les pièces tournantes en matériaux à haute résistance tels que des polyimides, des fibres de carbone, des fibres aramid, destinés à des applications de technologie avancée.It is possible to easily manufacture the rotating parts in high resistance materials such as polyimides, carbon fibers, aramid fibers, intended for applications of advanced technology.
Les contrôles de qualité des cassettes sont facilement réalisables en fin de chaîne de fabrication, permettant un étalonnage rigoureux du débit des cassettes.Cassette quality controls are easily carried out at the end of the production chain, allowing rigorous calibration of the cassette flow rate.
Il est à noter qu'avec quatre satellites, le tube 2 est fermé, par écrasement, en au moins deux endroits.It should be noted that with four satellites, the
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