EP0659264B1 - Dispositif d'etancheite aux gaz de propulsion pour munitions d'artillerie - Google Patents

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EP0659264B1
EP0659264B1 EP94909163A EP94909163A EP0659264B1 EP 0659264 B1 EP0659264 B1 EP 0659264B1 EP 94909163 A EP94909163 A EP 94909163A EP 94909163 A EP94909163 A EP 94909163A EP 0659264 B1 EP0659264 B1 EP 0659264B1
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piston
projectile
chamber
charge
ammunition
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EP94909163A
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EP0659264A1 (fr
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Claude Boutet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Giat Industries SA
Original Assignee
Giat Industries SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B5/00—Cartridge ammunition, e.g. separately-loaded propellant charges
    • F42B5/02—Cartridges, i.e. cases with charge and missile
    • F42B5/10—Cartridges, i.e. cases with charge and missile with self-propelled bullet
    • F42B5/105—Cartridges, i.e. cases with charge and missile with self-propelled bullet propelled by two propulsive charges, the rearwardly situated one being separated from the rest of the projectile during flight or in the barrel; Projectiles with self-ejecting cartridge cases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B14/00—Projectiles or missiles characterised by arrangements for guiding or sealing them inside barrels, or for lubricating or cleaning barrels
    • F42B14/02—Driving bands; Rotating bands

Definitions

  • the present invention relates to the field of ammunition fired by cannon and it concerns, more specifically, those which are fired via a propellant charge which may be independent of the projectile itself or not.
  • FR-A-380 063 (preamble to claim 1) describes a small munition caliber with the bullet at its rear part of a disc thrust to ensure the tightness of the tubes whose scratches are very deep. It is mainly in this document to increase the gas pressure surface of propulsion by reducing the load of the projectile section.
  • US-A-3,216,356 describes a weapon ammunition without recoil including a projectile and a fragmentable case containing a propellant charge.
  • the projectile carries a sealing belt and a ring whose role is to ensure correct axial positioning of the projectile relative to the launch tube. The problem of low and high tightness pressure is not discussed in this document.
  • the diameter of the chamber is generally not not increased in the same proportions in order to limit the diametrical size of the weapon.
  • the arrow bars can penetrate relatively deep in the powder with no holding problem mechanical.
  • the explosive ordnance envelope cannot penetrate inside the explosive charge without it becoming essential to increase its thickness, which results in decreased stability and reduced internal volume devoted to the explosive charge, therefore efficiency.
  • the gas-tight shutter must therefore be find on the back of the shell of the explosive projectile, this which obliges to increase the length of the projectile burden.
  • the invention aims to allow the realization of a ammunition to be fired by an increased caliber cannon, ammunition not to be excessively long or to have too thick a projectile shell.
  • the invention could in this sense find an application as well with ammunition in two bundles as with a ammunition carted in a single burden.
  • the invention aims to solve the general problem which is to allow the cannon firing of projectiles sensitive to the gas pressure without requiring a reinforcement of their structure.
  • Such means therefore make it possible to define ammunition explosives with relatively small axial dimensions since the projectile may be entirely within inside the room.
  • Timed ignition means will light the load secured to the projectile at a given time inside the tube (this concept known increases the speed by limiting the pressure).
  • Fig. 1 is a schematic view of a projectile equipped with the device of the invention.
  • Fig. 2 is a sectional elevation showing, on a larger scale, a constructive detail of the device.
  • Fig. 3 is an elevation illustrating, on a smaller scale, an example of application.
  • Fig. 1 shows schematically the tube 1 of a barrel, the rear part of which delimits a loading chamber 2 capable of being closed or opened by a movable breech 3 .
  • the chamber 2 is connected by a forcing cone 4 to the core 5 of the tube 1 , in a way defining the caliber of the barrel in which a munition 6 must be engaged by introduction into the chamber 2 .
  • the ammunition 6 comprises a front load 7 which may be constituted by a projectile proper or even by an envelope 11 ( Fig.2 ) inside which the projectile is disposed.
  • the ammunition further comprises a rear burden 8 mainly constituted by a propellant charge, confined in a case 9 which may or may not be combustible.
  • the sealing device according to the invention consists of a piston 10 made of any suitable material to withstand the thermal and mechanical stresses generated by the ignition of the charge 8 .
  • the piston 10 is made of light alloy, for example aluminum alloy or carbon fiber with or without a metallic insert.
  • the piston 10 is adapted either to the rear part of the load 7 , or directly on the casing 11 , of the latter, by means of a separable connecting device 12 .
  • the connecting device 12 is, for example, constituted by pins (or a thread) which shear under the effect of the pressure of the propellant gases or else of acceleration. This connecting device 12 shears at the time of firing, which allows separation of the piston 10 and the casing 11 under the influence of the aerodynamic forces which are exerted on the projectile at the outlet of the barrel of the weapon.
  • the device 12 can advantageously be with controlled operation rather than automatic and in such a case, it can be advantageous to incorporate in the piston 10 a trigger 13 sensitive to pressure and / or to heat and responsible for controlling, in a deferred manner , the neutralization function of the separable connecting device 12 .
  • the trigger 13 is of known type and, for example of that disclosed by patent FR-A-2,635,178.
  • the trigger 13 can, of course, be used to assume another function such as the delayed ignition of a load loaded inside the load 7 .
  • the piston 10 has at its rear part a gasket 14 called low pressure which has, in the rest state, a cross section greater than the diameter of the chamber 2 so that the engagement of the projectile 6 establishes a cooperation of surface, by deformation of the lining then able to establish a tight contact.
  • the lining 14 is produced so as to comprise at least one peripheral lip 15 which is elastically deformable and chosen from a material such that its own reaction to the elastic deformation keeps it in permanent peripheral contact with the wall of the chamber 2 .
  • the lining 14 can be of the simple type made for example of polyethylene or possibly of the complex type including one or more elastic inserts making it possible to apply the lip 15 against the chamber 2 .
  • the lining 14 comprises at least one lip that is over-calibrated, for example by 5 to 10% relative to the diameter of the chamber 2 .
  • Such a lip could for example have an axial contact length close to 10 to 20 mm for a chamber diameter of 170 mm.
  • the lining 14 is fitted in a housing 16 in the rear part of the piston 10 and is held there by gluing or overmolding.
  • the lining 14 is designed so as to be able to be constrained in the centripetal radial direction, in order to occupy, under maximum stress, a section compatible with the passage of the forcing cone 4 and with the caliber of the core 5 .
  • provision may be made to make the lining shearable during the passage of the forcing cone 4 .
  • the sealing device is also provided in the front part of the piston 10 with a hoop or a sealing belt 17 constituting a high-pressure shutter, responsible for cooperating by forced constraint, with the core 5 .
  • the ignition of the charge 8 supplies a quantity of gas under pressure which is confined in the chamber 9 via the gasket 14 .
  • the gas pressure to which the lining 14 is subjected is a low pressure of the order of 200 MPa.
  • the energy developed is therefore confined in a defined volume and acts on the useful transverse surface of the piston 10 to propel the burden 7 inside the core 5 .
  • the piston 10 is adapted as said above to the rear part of the burden 7 or of the casing 11 , and may include appropriate means for ensuring a connection with the burden, so as to facilitate the operations of handling and loading of the projectile 6 in a unitary form.
  • Such means may consist, for example, of snap-on pins or of attachments based on additional hookable elements of the type of those known under the brand "VELCRO" and which are taught in this application by patent FR-A-2 672 672.
  • Fig. 3 shows an exemplary embodiment according to which the piston 10 is adapted at the end of a housing 20, for example of plastic material which is fixed by a flange or internal studs 21 on a peripheral groove 22 presented by the body 23 of the projectile 6 of the tail type.
  • the housing 20 can thus be compared to the envelope 11 .
  • the housing 20 which is substantially of the caliber of the barrel 1 , has a rupture initiator 24, for example annular located behind the flange or the studs 21 .
  • the case 20 thus envelops the rear part of the ammunition or of the projectile which can be of the explosive type and comprise a stabilizing stabilizer 25 protected by the case 20 and the piston 10.
  • the piston 10 then carries a pyrotechnic composition 13 which is initiated with delay by the ignition of the charge 8 , for example by means of a retarder device 26 .
  • the gas pressure caused by the ignition of the composition 13 causes the separation of the projectile and the housing in line with the rupture initiator 24 at the outlet of the barrel 1 .
  • the lining 14 is arranged at the rear of the piston and of the shutter 3 .
  • An inverted arrangement could be envisaged consisting in placing the lining 14 in front of the shutter 17 which then receives the gas pressure as soon as the explosive charge is ignited.

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Description

La présente invention concerne le domaine des munitions tirées par canon et elle concerne, plus spécifiquement, celles qui sont tirées par l'intermédiaire d'une charge propulsive qui peut être indépendante du projectile proprement dit ou non.
Le brevet FR-A-380 063 (préambule de la revendication 1) décrit une munition de petit calibre dont la balle est munie à sa partie arrière d'un disque de poussée permettant d'assurer l'étanchéité des tubes dont les rayures sont très profondes. Il s'agit principalement dans ce document d'augmenter la surface de pression aux gaz de propulsion en réduisant la charge de la section du projectile.
Le brevet US-A-3 216 356 décrit une munition pour arme sans recul comprenant un projectile et un étui fragmentable contenant une charge propulsive. Le projectile porte une ceinture d'étanchéité et une bague dont le rôle est d'assurer un positionnement axial correct du projectile par rapport au tube de lancement. Le problème de l'étanchéité basse et haute pression n'est pas évoqué dans ce document.
La tendance est aujourd'hui d'augmenter le calibre (diamètre du tube) des canons, et plus particulièrement des canons de char. On peut ainsi obtenir des vitesses initiales de projectiles supérieures.
Cependant le diamètre de la chambre n'est généralement pas augmenté dans les mêmes proportions afin de limiter l'encombrement diamétral de l'arme.
Les concepteurs d'armes se trouvent donc obligés d'augmenter la longueur de la chambre afin de conserver un rapport de détente (volume total tube + chambre/volume chambre) permettant d'obtenir les performances de vitesse souhaitées.
Il se pose donc dans un tel contexte le problème de l'encombrement des munitions. Ce problème est résolu le plus souvent par la division du chargement en deux fardeaux (un fardeau portant le projectile et éventuellement de la poudre, et un fardeau de poudre seule).
Si avec une telle division de la munition il est possible de concevoir des munitions à projectile de type flèche (barreaux sous-calibrés stabilisés par empennage) dont la longueur du fardeau reste relativement limitée, il n'est par contre pas possible de définir des munitions à projectile explosif sans être obligé :
  • d'accroítre la longueur du fardeau porte projectile,
  • de renforcer la résistance mécanique du projectile, donc de diminuer sa stabilité et son efficacité.
En effet, les barreaux flèches peuvent pénétrer relativement profondément dans la poudre sans problème de tenue mécanique.
L'enveloppe des munitions explosives ne peut pas pénétrer à l'intérieur du chargement explosif sans qu'il ne devienne indispensable d'accroítre son épaisseur, ce qui entraíne une diminution de la stabilité et une réduction du volume interne dévolu à la charge explosive, donc de l'efficacité.
L'obturateur assurant l'étanchéité aux gaz doit donc se trouver à l'arrière de l'enveloppe du projectile explosif, ce qui oblige à accroítre la longueur du fardeau porte projectile.
L'invention vise à permettre la réalisation d'une munition devant être tirée par un canon à calibre augmenté, munition ne devant pas présenter de longueur excessive ni avoir une enveloppe de projectile trop épaisse.
L'invention est ainsi susceptible de s'appliquer dans tous les cas où il est cherché de tirer un projectile dont la partie arrière ne doit pas subir, au moins dans un premier temps, la pression des gaz propulsifs, c'est-à-dire :
  • un projectile à enveloppe mince, tel que missile, cargo,
  • un projectile portant une charge propulsive qui soit être allumée plus tard dans le tube ou sur trajectoire.
L'invention pourra dans ce sens trouver une application aussi bien avec une munition en deux fardeaux qu'avec une munition encartouchée en un seul fardeau.
L'invention a pour but de résoudre le problème général qui est de permettre le tir canon de projectiles sensibles à la pression des gaz sans pour autant nécessiter un renforcement de leur structure.
Pour atteindre l'objectif ci-dessus, l'invention concerne un dispositif d'étanchéité aux gaz de propulsion pour munitions d'artillerie comportant un projectile, une charge propulsive, et un piston fixé à l'arrière du projectile par un dispositif de liaison séparable, piston isolant le projectile de la charge propulsive, caractérisé en ce qu'il comprend :
  • une garniture d'étanchéité basse pression portée par le piston et destinée à assurer l'étanchéité entre le piston et la chambre de l'arme.
  • et un obturateur haute pression porté par le piston destiné à assurer l'étanchéité entre le piston et le tube de l'arme.
De tels moyens permettent donc de définir des munitions explosives dont l'emcombrement axial est relativement réduit puisque le projectile pourra se trouver entièrement à l'intérieur de la chambre.
Ces moyens permettent également le tir à partir d'un canon de char de munitions sensibles à la pression des gaz tels des missiles. Ces derniers seront isolés d'une charge propulsive d'éjection au moyen d'un piston selon l'invention. Des moyens d'allumage temporisés permettront d'initier une charge propulsive propre au missile après sa sortie du tube.
Ces moyens permettent enfin le tir de munitions portant une charge propulsive embarquée (concept de "Travelling Charge"), charge qui est solidaire du projectile et dont l'initiation n'est commandée que lorsque ce dernier se trouve dans le tube.
Dans ce cas, le piston séparera la charge principale de la charge embarquée. Des moyens d'allumage temporisés permettront d'allumer la charge solidaire du projectile à un instant donné à l'intérieur du tube (ce concept connu permet d'accroítre la vitesse en limitant la pression).
Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'objet de l'invention.
La Fig. 1 est une vue schématique d'un projectile équipé du dispositif de l'invention.
La Fig. 2 est une coupe-élévation montrant, à plus grande échelle, un détail constructif du dispositif.
La Fig. 3 est une élévation illustrant, à plus petite échelle, un exemple d'application.
La Fig. 1 montre de façon schématique le tube 1 d'un canon dont la partie arrière délimite une chambre de chargement 2 susceptible d'être fermée ou ouverte par une culasse mobile 3.
La chambre 2 se raccorde par un cône de forcement 4 à l'âme 5 du tube 1, définissant en quelque sorte le calibre du canon dans lequel une munition 6 doit être engagée par introduction dans la chambre 2.
Selon la Fig. 1, la munition 6 comprend un fardeau avant 7 qui peut être constitué par un projectile proprement dit ou encore par une enveloppe 11 (Fig.2) à l'intérieur de laquelle est disposé le projectile.
La munition comprend, par ailleurs, un fardeau arrière 8 principalement constitué par une charge propulsive, confinée dans un étui 9 combustible ou non.
Le dispositif d'étanchéité conforme à l'invention est constitué par un piston 10 réalisé en toute matière appropriée pour supporter les contraintes thermiques et mécaniques générées par la mise à feu de la charge 8. A titre d'exemple, le piston 10 est réalisé en alliage léger, par exemple en alliage d'aluminium ou en fibre de carbone avec ou sans insert métallique.
Le piston 10 est adapté soit à la partie arrière du fardeau 7, soit directement sur l'enveloppe 11, de ce dernier, par l'intermédiaire d'un dispositif de liaison séparable 12. Le dispositif de liaison 12 est, par exemple, constitué par des goupilles (ou un filetage) qui se cisaillent sous l'effet de la pression des gaz propulsifs ou bien de l'accélération. Ce dispositif de liaison 12 se cisaille au moment du tir, ce qui autorise une séparation du piston 10 et de l'enveloppe 11 sous l'influence des efforts aérodynamiques qui s'exercent sur le projectile à la sortie du tube de l'arme.
Le dispositif 12 peut avantageusement être à fonctionnement commandé plutôt qu'automatique et dans un tel cas, il peut être avantageux d'incorporer au piston 10 un déclencheur 13 sensible à la pression et/ou à la chaleur et chargé de commander, de façon différée, la fonction de neutralisation du dispositif de liaison séparable 12. Le déclencheur 13 est de type connu et, par exemple de celui divulgué par le brevet FR-A-2 635 178.
Le déclencheur 13 peut, bien entendu, être mis à profit pour assumer une autre fonction telle que l'allumage différé d'une charge embarquée à l'intérieur du fardeau 7.
Le piston 10 possède à sa partie arrière une garniture d'étanchéité 14 dite basse pression qui présente, à l'état de repos, une section droite transversale supérieure au diamètre de la chambre 2 afin que l'engagement du projectile 6 établisse une coopération de surface, par déformation de la garniture alors à même d'établir un contact étanche.
De préférence, la garniture 14 est réalisée de manière à comporter au moins une lèvre périphérique 15 déformable élastiquement et choisie en une matière telle que sa propre réaction à la déformation élastique la maintienne en contact périphérique permanent avec la paroi de la chambre 2.
La garniture 14 peut être de type simple réalisée par exemple en polyéthylène ou éventuellement de type complexe incluant un ou plusieurs inserts élastiques permettant d'appliquer la lèvre 15 contre la chambre 2. De préférence, la garniture 14 comporte au moins une lèvre surcalibrée par exemple de 5 à 10 % par rapport au diamètre de la chambre 2. Une telle lèvre pourra par exemple posséder une longueur axiale de contact voisine de 10 à 20 mm pour un diamètre de chambre de 170 mm.
La garniture 14 est adaptée dans un logement 16 de la partie arrière du piston 10 et s'y trouve maintenue par collage ou surmoulage.
La garniture 14 est conçue de manière à pouvoir être contrainte en direction radiale centripète, afin d'occuper, sous contrainte maximale, une section compatible avec le passage du cône de forcement 4 et avec le calibre de l'âme 5. Dans ce but, il peut être prévu de rendre la garniture cisaillable lors du passage du cône de forcement 4.
Le dispositif d'étanchéité est également pourvu en partie avant du piston 10 d'une frette ou d'une ceinture d'étanchéité 17 constituant un obturateur haute pression, chargé de coopérer par contrainte forcée, avec l'âme 5.
Dans la position illustrée par la Fig. 1, la mise à feu de la charge 8 fournit une quantité de gaz sous pression qui sont confinés dans la chambre 9 par l'intermédiaire de la garniture 14. A ce stade, la pression des gaz à laquelle est soumise la garniture 14 est une pression basse de l'ordre de 200 MPa. Ainsi, la partie arrière du projectile 6 et plus particulièrement du fardeau 7, bien que s'étendant dans la chambre 2, se trouve guidée dans cette dernière, sans que le volume annulaire excédentaire soit directement concerné par le confinement actif de la charge mise à feu.
L'énergie développée est donc confinée dans un volume défini et agit sur la surface transversale utile du piston 10 pour propulser le fardeau 7 à l'intérieur de l'âme 5.
La progression du fardeau dans le sens de la flèche f 1 amène l'obturateur 17 à coopérer avec le cône de forcement 4 à l'intérieur duquel il est contraint pour établir une étanchéité périphérique haute pression entre le fardeau 7 et l'âme 5. Cette étanchéité haute pression intervient en relais de la garniture 14 et avant que cette dernière ait abordé le cône de forcement 4, de sorte que les gaz de combustion développés restent effectivement confinés dans la chambre d'expansion à volume variable, qui est définie entre la culasse 3 et la face arrière du piston 10 à l'intérieur de la chambre 2.
Dans la constitution pratique, le piston 10 est adapté comme dit ci-dessus à la partie arrière du fardeau 7 ou de l'enveloppe 11, et peut comporter des moyens appropriés pour assurer une liaison avec le fardeau, de manière à faciliter les opérations de manutention et de chargement du projectile 6 sous une forme unitaire. De tels moyens peuvent consister, par exemple, en des broches encliquetables ou encore des attaches à base d'éléments complémentaires accrochables du type de ceux connus sous la marque "VELCRO" et qui sont enseignés dans cette application par le brevet FR-A-2 672 672.
La Fig. 3 montre un exemple de réalisation selon lequel le piston 10 est adapté en bout d'un boítier 20 par exemple en matière plastique qui est fixé par un rebord ou des tenons internes 21 sur une gorge périphérique 22 présentée par le corps 23 du projectile 6 du type à empennage. Le boítier 20 peut ainsi être comparé à l'enveloppe 11.
Le boítier 20, qui est sensiblement au calibre du canon 1, possède une amorce de rupture 24, par exemple annulaire située en arrière du rebord ou des tenons 21.
Le boítier 20 enveloppe ainsi la partie arrière de la munition ou du projectile qui peut être du type explosif et comporter un empennage stabilisateur 25 protégé par le boítier 20 et le piston 10.
Le piston 10 porte alors une composition pyrotechnique 13 qui est initiée avec retard par l'allumage de la charge 8, par exemple au moyen d'un dispositif retardateur 26. De la sorte, la pression des gaz provoquée par l'allumage de la composition 13 provoque la séparation du projectile et du boítier au droit de l'amorce de rupture 24 à la sortie du canon 1.
Dans l'exemple décrit, la garniture 14 est disposée à l'arrière du piston et de l'obturateur 3. Une disposition inversée pourrait être envisagée consistant à placer la garniture 14 en avant de l'obturateur 17 qui reçoit alors la pression des gaz dès l'allumage de la charge explosive.
L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.

Claims (6)

  1. Dispositif d'étanchéité aux gaz de propulsion pour munitions d'artillerie (6) comportant un projectile (7), une charge propulsive (8), et un piston (10) fixé à l'arrière du projectile par un dispositif de liaison séparable (12), piston isolant le projectile de la charge propulsive, caractérisé en ce qu'il comprend :
    une garniture d'étanchéité (14) basse pression portée par le piston et destinée à assurer l'étanchéité entre le piston et la chambre (2) de l'arme.
    et un obturateur (17) haute pression porté par le piston (10) destiné à assurer l'étanchéité entre le piston et le tube de l'arme.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la garniture (14) est disposée à l'arrière du piston et derrière l'obturateur (17).
  3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (10) porte un dispositif (12) de liaison séparable comprenant des moyens de séparation à fonctionnement différé, automatique ou commandé.
  4. Dispositif selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que le piston porte un déclencheur (13) sensible à la pression et chargé de commander, de façon différée, la séparation entre le projectile et le piston.
  5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le piston porte des moyens commandant l'allumage avec retard d'une charge propulsive complémentaire solidaire du projectile.
  6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la garniture (14) possède au moins une lèvre souple dont le diamètre au repos est supérieur à celui de la chambre de chargement (2) dans laquelle le projectile doit être chargé.
EP94909163A 1993-03-18 1994-03-08 Dispositif d'etancheite aux gaz de propulsion pour munitions d'artillerie Expired - Lifetime EP0659264B1 (fr)

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US (1) US5492064A (fr)
EP (1) EP0659264B1 (fr)
DE (1) DE69412048T2 (fr)
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WO (1) WO1994021981A1 (fr)

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