EP0770017A1 - Joint etanche flottant pour axes d'helice a haute vitesse de rotation avec generateur de circulation forcee d'huile incorpore et dispositifs de securite - Google Patents

Joint etanche flottant pour axes d'helice a haute vitesse de rotation avec generateur de circulation forcee d'huile incorpore et dispositifs de securite

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EP0770017A1
EP0770017A1 EP95926536A EP95926536A EP0770017A1 EP 0770017 A1 EP0770017 A1 EP 0770017A1 EP 95926536 A EP95926536 A EP 95926536A EP 95926536 A EP95926536 A EP 95926536A EP 0770017 A1 EP0770017 A1 EP 0770017A1
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EP
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axis
seal
oil
shaft
water
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Antonio Pedone
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/32—Other parts
    • B63H23/321—Bearings or seals specially adapted for propeller shafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/32—Other parts
    • B63H23/321—Bearings or seals specially adapted for propeller shafts
    • B63H2023/327—Sealings specially adapted for propeller shafts or stern tubes

Definitions

  • stuffing box comprising one or more badges in the form of a ring, of graphite asbestos, contained in a body concentric with the axis, which are pressed against the rotating propeller shaft.
  • This water which penetrates inside the hull must be evacuated.
  • Another problem of the cable gland manifests itself when the navigation is finished: it is necessary to tighten the badge very tightly, in order to prevent continuous dripping, which - during prolonged stops - would fill with water the boat, with the foreseeable consequences.
  • Another very important problem is the absorption of energy, caused by the friction of the badge against the propeller shaft: the larger models have a cooling system. The friction thus generated constitutes a braking action on the axis, which absorbs a lot of motive power, with the consequence of greater consumption and a loss of speed. In other words it would be like driving a car with the handbrake pulled.
  • the friction of the badge on the propeller shaft causes premature wear of the axis, which after a certain period must be replaced.
  • Another sealing device normally used in some boats consists of a rotating joint consisting of a disc which rotates with the shaft, pushed by a spring against another disc covered by an anti-friction material (graphite, etc.) fixed to shell.
  • an anti-friction material graphite, etc.
  • a problem common to all cable glands and rotary joints is the fact that none can operate without water (eg in the case of a high speed formed by the vacuum of water in front of the propeller, or else in the event of obturation of catch at sea, etc.) because they spoil immediately.
  • Second common problem is the passage of water, more or less important, depending on the type: the cable gland lets the water pass clearly, the rotating joint is watertight only when it is new, but at the smallest degradation of the friction track, it lets the water pass either with the axis in rotation than when stopped.
  • FIG. 1 is an overall longitudinal section, representing a propeller axis emerging from the hull of a boat. On d o axis is shown in section the object of the invention.
  • Fig. 2 is a cross section, representing the hull of a boat, the axis and the JOINT
  • Fig. 3 is an overall longitudinal section of the SEAL.
  • Fig. 4 is the enlargement of part of FIG. 3.
  • Fig. 5 is a cross section of FIG. 4.
  • Fig. 6 is another cross section of FIG. 4.
  • Fig. 7 is a longitudinal section of the device with an option to add it.
  • the present invention consists of a SEALING SEAL, two stages, completely sealed: it does not allow any drop of water to pass, neither when the propeller axis turns, nor when it is stopped.
  • the two floors, one after the other, constitute two impassable dams for water.
  • It is a cylindrical case freely inserted on the propeller shaft, which hermetically closes the orifice of the hull by means of a bellow shaped elastic tube trunk fixed on the outside of the case. same and the opening of the hull; while inside, in correspondence with the axis, at the front, it has an annular stop chamber filled with sealing material constituted by viscous insoluble grease which prevents the passage of water through the interstice socket, without causing friction or mechanical consumption.
  • the second floor is made up of the oil chamber, which contains the bronze cushion.
  • Fig. .1 is a longitudinal section, in which there is shown schematically a normal boat, with a drive shaft 2, which crosses the hull 1 through the orifice 3 surrounded by the trunk of tube 4 secured to the hull.
  • the bronze bushing 11 (contained in the cylindrical case 9) is freely fitted on the propeller shaft 2, allowing it either to rotate freely, than to slide in axial shape, without offering resistances due to defects of alignments that force and increase friction. It is well known that transmissions made among bronze bearings are very difficult to achieve, because they require perfectly aligned bearing surfaces, machined with extreme care, because even very small misalignments determine resistance to the remarkable rotation. For this reason, in transmissions which are not produced on particularly rigid and perfectly machined structures, it is not possible to use bronze bearings, but normally self-orientating bearings are used.
  • the bronze bushing of the present invention allows the shaft on which it is mounted to rotate freely, without causing any resistance, either to radial movement or to axial movement, also thanks to the forced lubrication system that will be exposed immediately.
  • the cylindrical case 9 On the bronze bushing 11 is mounted under pressure among elastic rings O ring 10 and 14, the cylindrical case 9. On this one is fixed one end of a trunk of elastic tube in the form of elastic bellows 5; while the other end is fixed to the tube trunk 4 which surrounds the orifice 3 of the hull (through which the propeller shaft comes out). So the water which penetrates through the orifice on the hull, is contained by the trunk of elastic tube in the form of a bellows, by the shaft, and by the annular stop chamber 16 of the cylindrical case 9, full sealing material consisting of viscous, insoluble grease.
  • the cylindrical case 9 is concentric with the shaft and has in the front part an orifice with a diameter just greater than that of the shaft: this is enough not to rub on the shaft. After the initial opening, the inside diameter of the case increases, thus forming the annular blocking chamber 16, delimited at the bottom by the retaining ring 18.
  • the annular blocking chamber 16 is filled by the viscous sealing element preferably made up of insoluble grease which, having a specific weight less than water, it is constantly maintained in pressure by the hydrostatic thrust, thus remaining constipated against the walls of the annular blocking chamber 16, against the retaining ring 18, and against the shaft 2, thus preventing any passage of water inside the annular blocking chamber
  • the viscous sealing element is introduced at the start into the blocking chamber, among the Stauffer lubricator 8 which fills the entire chamber 16 with grease, eliminating the air among the purge valve 17
  • the cylindrical case 9 is preferably made of thermal conductive metal, resist corrosion (eg bronze or stainless steel).
  • the said case is supported on its inside by the bronze cushion 11 made of anti-friction material, necessarily concentric content on two elastic rings of rubber (O ⁇ ng) 10 and 14
  • the bronze bushing 1 1 - lubricated by forced circulation of oil on the shaft - supports and guides the cylindrical case 9, keeping it always concentric and parallel to the axis on which it is mounted, axis which can rotate freely , thanks to the lubrication provided by the oil 23 contained in the reservoir 24, among the supply tubes 31b fixed on the barbed ends 13b screws on the cylindrical case 9
  • the oil tank 24 is placed at a height greater than the water level, so as to exert a higher pressure on the oil contained in the chamber of the bronze bushing 1 1, to contrast and block the tendency to permeability of the sealant grease through the unidirectional retaining ring 18 So the unidirectional retaining ring 18 inside is lubricated by the oil contained by itself, while outside it is lubricated by the sealing grease. In this way the life of the clamping lip is extremely long.
  • the asymmetrical lip retaining rings for rotating shafts with elastic elastomer lip are unidirectional. So they block any outflow of oil in one direction, while in the other direction they allow passage.
  • the oil tank 24 is placed at a height greater than the level of the external water, given the difference in specific pea between the oil and the water. In this way the pressure of the external water on the sealing element is less than the oil back pressure, so as to avoid the permeability of the sealing element in the oil through the retaining ring. unidirectional 18, because this could affect the lubricating qualities of the oil.
  • the elastic tube trunk in the form of a tubular bellows 5 is formed by a very thin rubber or by another elastomer resistant to oils and to sea water.
  • the elastic tube trunk in the form of a bellows therefore does not offer any guarantee of resistance to torsion, consequently any improvised increase in friction of the bronze bushing on the axis (for example: due to a external accident which could cause the loss of the oil and the blocking of the bronze bushing 11) could cause the tearing of the thin rubber of the trunk of elastic tube in the form of a bellows, thus causing a very important and very dangerous entry of water .
  • FIG. 2 illustrates a cross-sectional view of the anti-rotation device, constituted - by way of example - by a nested plate 37 loose on the barbed end 20
  • a nested plate 37 loose on the barbed end 20
  • an anti-rotation device - not limiting - is constituted by the profile 38 fixed to the hull, and with a hole wedged around the grooved nozzle 13 which is butted. Ulté ⁇ eur safety device against a possible, even if unlikely, seizure, is constituted by the fact that the bronze bushing 1 1 is simply fixed by pressure on the case 9, among the rings "O ⁇ ng" 10 and 14 So if by a fortuitous accident the bronze bearing would come to grip and tend to turn solidly to the shaft, it would turn on the rings "O ⁇ ng" 10 and 14 In this way the case 9 would not turn, because it would be blocked by the anti-rotation system, thus preserving the integrity of the trunk of elastic tube with bellows shape 5 which would not tear, thus eliminating any possibility of sinking of the boat.
  • Fig. 3 shows the oil tank 24, from which the two supply pipes 31b start, fixed on the barbed ends 13b. These barbed ends are screwed onto the case 9, and let in the oil which in its passage lubricates the lips of the unidirectional asymmetric lip retaining rings made of elastomer 18 and 33. The oil continues its way and passes through the tunnels 32
  • This oil pumping system is very effective, because we can see that pumping also takes place at extremely slow speeds: even by rotating the axis by hand we can appreciate the circulation. Naturally, the faster the axis turns, the more the quantity of oil pumped increases. If you want to obtain a higher flow, just proportion the pump, increasing the width of the same in the bronze bushing where it is incorporated.
  • This pumping system has several advantages: Inexpensive a little more elaboration in the construction phase of the bronze bushing is enough to realize the pump, without having to resort to separate pumps, with also separate motos
  • Fig 7 shows the example of application of the seal on a worn shaft of an old boat
  • the shaft has the wear 50 caused by the friction of the badge of a traditional cable gland
  • the tube trunk is supported concentric to the axis by the sleeve 52
  • the tube trunk is wedged concentric with the axis, by the sleeve 53, blocked by the screw 55
  • the sleeve is blocked with the shaft by the screw 58, therefore the tube trunk turns integral with the axis.
  • the O-Rings 54 and 57 prevent the passage of water which could infiltrate through the sleeve 52 between the shaft and the interior of the tube trunk 51.
  • the dito tube trunk fixed concentric to the axis d 'propeller we can therefore normally install the SEAL, as described In this way we can recover old worn shafts, without being obliged to replace them.
  • the anti-rotation system in addition to being a safety device which prevents possible accidents, allows maximum buoyancy; therefore it allows operation even on bent but aligned trees and even in the case that they are not concentric with the outlet hole in the hull.

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Abstract

L'invention concerne un joint d'étanchéité à deux étages, pour axes d'hélices de bateaux haute vitesse, totalement étanche. Circulation forcée d'huile pour lubrification et refroidissement, parmi générateur incorporé: corps de pompe constitué par chambre statique asymétrique logée à l'intérieur du même coussinet en bronze (11), utilise la rotation du même axe d'hélice (2) qui fonctionne comme couronne mobile, donc prestations toujours proportionnelles aux besoins. Auto-lubrification et refroidissement sans eau: apte pour bateaux où la haute vitesse provoque vide d'eau à la sortie de l'axe. Il n'absorbe puissance motrice grâce au coefficient de friction extrêmement bas, car conçu auto-aligné, exempt des fixations rigides qui provoquent forçages dans la transmission. Flottant, grâce au dispositif anti-rotation fonctionne même sur arbres tordus et usés, sans transmettre vibrations à la coque. Exempt de disques ou bagues fixées à l'arbre, permet son libre coulissement. Fonctionnement provisoire même en cas de grippage. Dispositifs de sécurité préviennent graves accidents.

Description

BREVET D'INVENTION
JOINT ETANCHE FLOTTANT POUR AXES D'HELICE A HAUTE VITESSE DE ROTATION AVEC GENERATEUR DE CIRCULATION FORCEE D'HUILE INCORPORE
ET DISPOSITIFS DE SECURITE
Antonio Pedone
Dans les bateaux de plaisance avec moteur in-bord et ligne d'axe, pour empêcher l'entrée d'eau à travers l'interstice entre l'arbre de l'hélice sortant et l'orifice dans la coque, sont employés normalement des presse- toupe, comprenants une ou plusieurs badernes en forme d'anneau, d'amiante graphité, contenues dans un corps concentrique à l'axe, qui sont pressées contre l'arbre d'hélice qui tourne.
Pour réduire la surchauffe due au frottement de la baderne contre l'arbre d'hélice qui tourne, et permettre le refroidissement de celle-ci, il faut un certain passage d'eau entre ces deux éléments.
Cette eau qui pénètre à l'intérieur de la coque doit être évacuée.
Un autre problème du presse-étoupe se manifeste lorsqu'on a terminé la navigation: on est obligé de serrer très fortement la baderne, au but d'empêcher l'égouttement continu, qui - au cours d'arrêts prolongés - remplirait d'eau le bateau, avec les conséquences prévisibles. Autre problème très important est l'absorption d'énergie, provoqué par le frottement de la baderne contre l'arbre d'hélice: les modelés plus grands disposent d'un système de refroidissement. Le frottement ainsi engendré constitue une action de freinage à l'axe, qui absorbe beaucoup de puissance motrice, avec la conséquence d'une consommation plus importante et d'une perte de vitesse. En autres termes il serait comme rouler en voiture avec le frein à main tiré. En outre le frottement de la baderne sur l'arbre d'hélice, provoque une usure prématurée de l'axe, lequel après un certaine période doit être substitué.
Il ne faut pas oublier non plus le fait que le montage du presse-étoupe demande un alignement parfait de l'arbre d'hélice, entre la chaise extérieure de support de l'hélice, le moteur et le presse- étoupe; donc cela comporte des hauts coûts de montage. En plus, étant donné que le presse-étoupe est monté rigidement à la coque, il transmet toutes les vibrations de l'arbre d'hélice à la coque même.
Pour un bon fonctionnement il est indispensable l'alignement parfait des trois supports de l'axe d'hélice: l'accouplement du moteur, le presse-étoupe et la chaise d'hélice. Etant donné qu'il s'agit d'une structure qui n'est pas un monobloc rigide usiné au même temps dans une seule pièce, l'alignement parfait est presque impossible, donc l'axe de transmission ne fonctionne jamais dans la condition optimale, présentant donc une grande résistance à la rotation, due non seulement à l'action freinante de la baderne, mais due au forçage de la transmission, conséquente à l'impossibilité d'un alignement parfait.
Un autre dispositif d'étanché é normalement utilisé dans certains bateaux, consiste dans un joint tournant constitué par un disque qui tourne avec l'arbre, poussé par un ressort contre un autre disque recouvert par un matériel antifriction (graphite, etc.) fixé à la coque.
Le problème plus important réside dans le fait que tous les types de joints tournants - avec des bagues fixées solidairement à l'axe - ne permettent pas aucun coulissement axial de l'arbre, donc en cas d'accident banal (et fréquent), comme l'enroulement d'un bout sur l'hélice qui tire l'arbre d'hélice fixé au moteur vers l'arrière, il peut arriver à casser un ou plusieurs supports de ce dernier déplaçant tout le moteur vers l'arrière. Cela provoque la rupture du joint tournant, avec la conséquente ouverture d'une importante voie d'eau et donc la possibilité de naufrage. Autres problèmes que présente tel joint tournant, résident dans le fait que les pistes de frottement se dégradent - aussi par l'effet des cristaux de chlorure de sodium - provoquant des fuites d'eau vers l'intérieur de la coque, soit avec l'axe en rotation, que lorsqu'il est à l'arrêt. Un problème commun à tous les presse-étoupe et joints tournants est le fait qu'aucun ne peut fonctionner sans eau (p.e. en cas de haute vitesse que forme le vide d'eau devant l'hélice, ou bien en cas d'obturation de la prise à mer, etc.), car ils s'abîment immédiatement. Deuxième problème commun est le passage d'eau, plus ou moins important, selon le type: le presse-étoupe laisse passer clairement l'eau, le joint tournant est étanche seulement lorsqu'il est neuf, mais à la plus petite dégradation de la piste de frottement, il laisse passer l'eau soit avec l'axe en rotation qu'à l'arrêt.
Tous ces problèmes et des autres encore ont été résolus par la présente invention qu'on va décrire ci de suite avec l'aide des Figures suivantes: La Fig. 1 est une coupe longitudinale d'ensemble, représentant un axe d'hélice sortant de la coque d'un bateau. Sur d o axe est représentée en coupe l'objet de l'invention. La Fig. 2 est une coupe transversale, représentant la coque d'un bateau, l'axe et le JOINT
D'ETANCHEΠΈ.
La Fig. 3 est une coupe longitudinale d'ensemble du JOINT D'ETANCHEITE'. La Fig. 4 est l'agrandissement d'une partie de la Fig. 3.
La Fig. 5 est une coupe transversale de la Fig. 4.
La Fig. 6 est autre coupe transversale de la Fig. 4.
La Fig. 7 est une coupe longitudinale du dispositif avec une option en ajoute.
La présente invention consiste dans un JOINT D'ETANCHEITE, à deux étages, complètement étanche: il ne laisse passer aucune goutte d'eau, ni lorsque l'axe d'hélice tourne, ni lorsqu'il est à l'arrêt. Les deux étages, l'un après l'autre, constituent deux barrages infranchissables pour l'eau. Il s'agit d'un étui cylindrique emboîté librement sur l'arbre d'hélice, qui ferme hermétiquement l'orifice de la coque au moyen d'un tronc de tube élastique à forme de soufflet fixé sur l'extérieur de l'étui même et l'orifice de la coque; tandis qu'à l'intérieur, en correspondance de l'axe, de front, il présente une chambre d'arrêt annulaire remplie de matériel de scellage constitué par graisse visqueuse insoluble qui empêche le passage d'eau à travers l'interstice axe-douille, sans provoquer frottements ou consommations mécaniques. Le deuxième étage est constitué par la chambre à huile, qui renferme le coussinet en bronze.
La Fig. .1 est une coupe longitudinale, dans laquelle il est schématisé un bateau normal, avec un arbre de transmission 2, qui traverse la coque 1 à travers l'orifice 3 entouré par le tronc de tube 4 solidaire à la coque.
Le coussinet en bronze 11 (contenu dans l'étui cylindrique 9) est emboîté librement sur l'axe d'hélice 2, en lui permettant soit de tourner librement, que de coulisser en forme axiale, sans offrir des résistances dues à défauts d'alignements qui forcent et augmentent la friction. Il est très connu le fait que les transmissions réalisées parmi des coussinets en bronze sont très difficiles à réaliser, car nécessitent de surfaces d'appui parfaitement alignées, usinées avec extrême soin, parce que des défauts d'alignement même très petits déterminent des résistances à la rotation remarquables. Pour cette raison, dans des transmissions qui ne sont pas réalisées sur des structures particulièrement rigides et parfaitement usinées, il n'est pas possible l'emploi des coussinets en bronze, mais on utilise normalement des roulements auto-orientables. Dans le cas de cette invention pour pouvoir utiliser aisément le coussinet en bronze, on a résolu le problème avec le coussinet auto-aligné sur le même axe, avec une juste tolérance - ni trop large, ni trop étroite - sans aucune fixation rigide, qui rendrait très difficile la rotation comme dans les cas qu'on vient d'expliquer. Donc le coussinet en bronze de la présente invention laisse tourner librement l'arbre sur lequel il est monté, sans provoquer aucune résistance, soit au mouvement radial, qu'axiale, grâce aussi au système de lubrification forcée qu'on va exposer de suite.
Sur le coussinet en bronze 11 est monté à pression parmi des bagues élastiques O ring 10 et 14, l'étui cylindrique 9. Sur celui ci est fixée une extrémité d'un tronc de tube élastique à forme de soufflet élastique 5; tandis que l'autre extrémité est fixée sur le tronc de tube 4 qui entoure l'orifice 3 de la coque (à travers duquel sort l'arbre de l'hélice). Donc l'eau qui pénètre à travers l'orifice sur la coque, est contenue par le tronc de tube élastique à forme de soufflet, par l'arbre, et par la chambre annulaire d'arrêt 16 de l'étui cylindrique 9, pleine de matériel de scellage constitué par graisse visqueuse insoluble.
L'étui cylindrique 9 est concentrique à l'arbre et présente dans la partie frontale un orifice avec un diamètre tout juste supérieur à celui de l'arbre: ce qu'il suffît pour ne pas frotter sur l'arbre. Après l'orifice initial, le diamètre intérieur de l'étui s'agrandit, formant ainsi la chambre annulaire de blocage 16, délimitée au fond par la bague de retenue 18. La chambre annulaire de blocage 16 est remplie par l'élément de scellage visqueux constitué prefërablement par graisse insoluble qui, possèdent un poids spécifique inférieur a l'eau, elle est constamment maintenue en pression par la poussée hydrostatique, restant ainsi constipe contre les parois de la chambre annulaire de blocage 16, contre la bague de retenue 18, et contre l'arbre 2, empêchant ainsi tout passage d'eau à intérieur de la chambre annulaire de blocage
L'élément de scellage visqueux est introduit au début dans la chambre de blocage, parmi le graisseur Stauffer 8 qui remplit de graisse toute la chambre 16, en éliminant l'air parmi la vanne de purge 17
L'etui cylindrique 9 est constitué préférablement de métal conducteur thermique, résistent à la corrosion (p e bronze ou acier inoxydable) Le dit étui est soutenu à son intérieur par le coussinet en bronze 11 en matériel antifriction, contenu forcement concentrique sur deux bagues élastiques de caoutchouc (O πng) 10 et 14
Le coussinet en bronze 1 1 - lubrifié par circulation forcée d'huile sur l'arbre - soutient et guide l'etui cylindrique 9, en le maintenant toujours concentrique et parallèle à l'axe sur lequel il est monte, axe qui peut tourner librement, grâce a la lubπfication apportée par l'huile 23 contenu dans le réservoir 24, parmi les tubes d'alimentation 31b fixés sur les embouts cannelés 13b visses sur l'étui cylindrique 9
Entre le coussinet en bronze 11 et l'etui cylindrique 9, il y a la chambre annulaire (déterminée par la différence des diamètres respectifs) contenue par les bagues en caoutchouc (O πng) 10 et 14, laquelle se remplie d'huile, qui passe parmi le trou 12 du coussinet en bronze 11, en remplissant le canal annulaire 30, en lubrifiant donc constamment l'arbre 2, le coussinet en bronze 1 1 et les lèvres élastiques des bagues de retenue à lèvres asymétriques pour arbres tournants 18 et 33, qui contiennent l'huile entre la portion d'arbre et le manchon cylindrique, empêchant la fuite d'huile et se lubπfiant au même temps Donc l'huile passe a travers l'embout cannelé 13 dans le tube de retour 31 pour faire retourne dans le réservoir 24
La circulation forcée continue de l'huile, avec le conséquent rechange indispensable pour la lubπfication optimale dans la zone d'appui et de glissement radial et axial du coussinet en bronze 11, est obtenue parmi d'une pompe à huile incorporée La continuité de lubπfication est très importante et ne dort jamais manquer sort au coussinet en bronze sur l'axe, sort et surtout aux bagues de retenue à lèvres asymétriques élastiques pour arbres tournants
Le réservoir d'huile 24 est place a une hauteur supéπeure au niveau de l'eau, de façon à exercer une pression plus élevée a l'huile contenue dans la chambre du coussinet en bronze 1 1, pour contraster et bloquer la tendance a la perméabilité de la graisse scellante a travers la bague de retenue unidirectionnelle 18 Donc la bague de retenue unidirectionnelle 18 à son intérieur est lubrifiée par l'huile contenue par elle même, tandis qu'à l'extérieur elle est lubrifiée par la graisse de scellage. Dans cette manière la durée de vie de la lèvre de serrage est extrêmement longue.
Les bagues de retenue à lèvres asymétriques pour arbres tournants avec lèvre élastique en élastomère, sont unidirectionnelles. Donc elles bloquent toute sortie de l'huile dans un sens, tandis que dans l'autre sens elles permettent le passage.
Il faut remarquer que pour un bon fonctionnement des bagues de retenue à lèvres asymétriques avec une longue durée dans le temps, une lubrification continue de la lèvre élastique de serrage est indispensable. Si la lubrification de l'huile vient à manquer même pour très peu de temps, la lèvre, à contacte avec l'eau (ou encore pire à sec), se détériore rapidement et n'assure plus l'étanchérté.
Donc il est indispensable une efficace et constante lubrification forcée d'huile non seulement pour le coussinet en bronze 1 1 , mais surtout pour les bagues de retenue à lèvres asymétriques unidirectionnelles.
Le réservoir d'huile 24 est placé à une hauteur supérieure au niveau de l'eau extérieure, vu de la différence de pois spécifique entre l'huile et l'eau. Dans cette manière la poussée de l'eau extérieure sur l'élément de scellage est inférieure à la contre-pression de l'huile, de façon à éviter la perméabilité de l'élément de scellage dans l'huile à travers la bague de retenue unidirectionnelle 18, parce que cela pourrait altérer les qualités lubrifiantes de l'huile.
Il n'y a donc aucune consommation d'huile, ni de graisse vers l'extérieur, ccmforrnément à toute exigence écologique.
Le tronc de tube élastique à forme de soufflet tubulaire 5 est constitué par un caoutchouc très mince ou par autre élastomère résistant aux huiles et à l'eau de mer.
Il est important que tel tronc de tube élastique à forme de soufflet soit très élastique de façon à permettre la flottabilité maximale. Grâce à celle ci, le présent joint d'étanchéité peut être monté sans aucun alignement entre la ligne d'axe et le manchon qui traverse la coque. La grande élasticité permet un bon fonctionnement même sur un axe tordu - qui tourne excentrique - car l'élasticité du tronc de tube élastique à forme de soufflet 5 absorbe toute imperfection, soit d'alignement, soit d'excentricité de l'arbre d'hélice. Pour obtenir une aussi grande élasticité il faut que le tronc de tube élastique à forme de soufflet tubulaire 5 soit de parois très minces. Mais dans ce cas le tronc de tube élastique à forme de soufflet n'offre donc aucune garantie de résistance à la torsion, par conséquent n'importe quelle augmentation improvise de frottement du coussinet de bronze sur l'axe (par exemple: due à un accident extérieur qui arriverait à provoquer la perte de l'huile et le blocage du coussinet en bronze 11) pourrait provoquer la déchirure du mince caoutchouc du tronc de tube élastique à forme de soufflet, causant ainsi une très importante et très dangereuse entrée d'eau.
Pour éliminer une telle - même si peu probable - éventualité, la Fig. 2 illustre une vue en coupe transversale du dispositif anti-rotation, constitué - à titre d'exemple - par une plaquette 37 emboîtée lâche sur l'embout cannelé 20 A la plaquette 37 sont fixés deux câbles 36 dont les extrémités sont fixées à deux tendeurs à fil 34 fixés à la coque L'agrandissement de la Fig 2, entouré dans un cercle, montre la plaquette vue en plante, avec un trou central d'un diamètre légèrement supéπeur à celui de l'embu cannelé 20, et les trous aux extrémités d'un diamètre équivalent à celui des câbles 36
En tendant modérément les deux câbles, l'embout cannelé 20 fait butée contre le trou 37, donc on empêche la rotation de l'ensemble, donc on élimine tout effort de torsion au tronc de tube élastique à forme de soufflet Ce dernier - n'étant obligé à faire aucun effort, mais ayant seulement la fonction de contenir l'eau - peut être construit avec un matériel d'épaisseur très exigu, garantissant ainsi l'élasticité et flottabilité maximale du système
Une autre possibilité de dispositif anti-rotation - non limitative - est constituée par le profilé 38 fixé à la coque, et avec un trou calé autour de l'embu cannelé 13 qui fait de bouté. Ultéπeur dispositif de sécurité contre un éventuel, même si peu probable, gπppage, est constitué par le fait que le coussinet de bronze 1 1 est fixé simplement à pression sur l'étui 9, parmi les bagues "O πng" 10 et 14 Donc si par un fortuit accident le coussinet de bronze arπverait à gπpper et tendrait à tourner solidairement à l'arbre, il tournerait sur les bagues "O πng" 10 et 14 Dans cette manière l'étui 9 ne tournerait pas, parce qu'il serait bloqué par le système anti-rotation, préservant ainsi l'intégrité du tronc de tube élastique à forme de soufflet 5 qui ne se déchirerait, donc éliminant toute possibilité de naufrage du bateau. Etam donné que dans la mer toute précaution n'est jamais excessive, pour éliminer toute probabilité d'accident on peut introduire dans le réservoir d'huile 24 un senseur de niveau 21 (Fig 1) qui, en cas de baisse du niveau d'huile, intervient d'abord avec une sonneπe, et après arrête le moteur Sur des bateaux très puissants, avec des grands arbres qui tournent à des vitesses très élevées, on a constaté qu'il est indispensable une circulation forcée de l'huile, car sans cette dernière, en proximité des lèvres en élastomère des bagues de retenue à lèvres asymétriques , l'huile se dégrade assez rapidement à cause de la température très élevée, donc l'huile perd son pouvoir lubrifiant, ce qui provoque un vieillissement précoce de l'élastomère, et la conséquente fuite d'huile, autre qu'à une consommation rapide de l'arbre, où se forment des sillons très profonds en correspondance des lèvres des bagues de retenue. Donc on a constaté qu'il est absolument indispensable une circulation forcée de l'huile très efficace.
A ce but on a réalisé une pompe à huile incorporée dans le même coussinet en bronze 1 1, et que non seulement utilise le mouvement rotatoire de l'axe sur lequel il est monté, mais elle utilise l'axe même, comme organe de base de cette pompe très oπginale Dans cette manière - sans des pompes à huile séparées, plus coûteuses et complexes - on obtient la circulation forcée nécessaire, toujours proportionnelle aux différentes vitesses de rotation de l'arbre, donc toujours proportionnelle aux différentes exigences de lubrification et refroidissement qui augmentent, en fonction de la vitesse de rotation.
La Fig. 3 montre le réservoir à huile 24, duquel départent les deux tuyaux d'alimentation 31b, fixés sur les embouts cannelés 13b. Ces embouts cannelés sont vissés sur l'étui 9, et laissent entrer l'huile qui dans son passage lubrifie les lèvres des bagues de retenue à lèvres asymétriques unidirectionnelles en élastomère 18 et 33. L'huile continue son chemin et passe par les tunnels 32
(voir aussi Fig. 5) du coussinet en bronze 11, où il lubrifie constamment l'axe qui tourne dans le coussinet en bronze (voir aussi Fig. 4 et 5) en s'introduisant dans l'espace existant entre l'axe et le coussinet en bronze, en formant ainsi une mince couche d'huile intermédiaire qui sépare les deux métaux. Donc cette couche intermédiaire empêche le frottement des métaux en les préservant de l'usure.
Au centre du coussinet en bronze 11, il y a une chambre cylindrique 34, excentrique par rapport à l'axe 2 (voir Fig. 6). L'huile est traînée par l'axe dans sa rotation, par les phénomènes de "tension superficielle" et de "collage d'un liquide visqueux a un solide (l'axe)", et il est comprimé vers l'étranglement de la chambre excentrique. Une petite partie d'huile s'enfile entre l'axe et la portion avec le diamètre presque adhérente au même, en formant la couche intermédiaire qui garantit la lubrification et empêche le contact direct entre les deux métaux, en les préservant de l'usure. Par contre, l'excès d'huile qui n'arrive pas à s'introduire entre l'axe et le bronze, s'accumule en proximité de l'étranglement ce qui provoque une augmentation de pression. Dans cet endroit il y a la fente - préférablement tangentielle - (ou un orifice de sortie) 29 qui permet la sortie de l'huile à pression qui pénètre dans la chambre à forme de couronne cylindrique 35 (formée par la différence du diamètre extérieur du coussinet en bronze 11 et le diamètre intérieur de l'étui cylindrique 9; qui est fermée latéralement par les deux bagues élastiques O-ring 10 et 14). L'huile poussée dans la chambre 35 tourne jusqu'à sortir par l'embout cannelé 13 raccordé au tube 31. L'huile poussée par la pression, passe à travers un éventuel filtre à huile 36 (Fig. 3) qui le maintient toujours propre et sans grumes. Successivement l'huile passe à travers l'échangeur de chaleur 37 - constitué par un serpentin de métal conducteur thermique - qui le refroidit en écoulant les calories dans l'air ambiant. Finalement l'huile filtrée et refroidie, rentre dans le réservoir 24. L'échangeur de chaleur huile-air est employé dans les cas de régimes de vitesse assez élevés, étant insuffisant la chaleur écoulée par le seul étui 9 conducteur thermique-.
Ce système de pompage de l'huile est très efficace, car on peut constater que le pompage a lieu aussi à des vitesses extrêmement lentes: même en faisant tourner l'axe à la main on arrive à apprécier la circulation. Naturellement plus l'axe tourne vite, plus la quantité de l'huile pompée augmente. Si on désire obtenir un débit plus important, il suffit proportionner la pompe, en augmentant la largeur de la même dans le coussinet en bronze où elle est incorporée. Ce système de pompage présente plusieurs avantages: Economique une petite élaboration en plus dans la phase de construction du coussinet en bronze suffît pour réaliser la pompe, sans devoir recourir à des pompes séparées, avec des motoπsations aussi séparées
Débit et pression toujours proportionnés en fonction de la vitesse de rotation de l'axe, qui augmente ou diminue les nécessités de lubπfication, refroidissement et filtrage par rapport au régime de rotation de l'axe
Absence de transmissions ou autres moteurs séparés pour actionner la pompe de lubrification, car on utilise le même axe d'hélice sur lequel elle est montée. La lubrification parfaite assure le bon fonctionnement continue de la pompe et de tout l'ensemble du joint d'étanchéité, en garantissant une durée de vie presque indéfinie, car la présence constante de la couche d'huile entre l'axe et le coussinet en bronze, ne permet l'usure des deux , donc duré de vie extrêmement longue Même chose on peut dire des bagues de retenue à lèvres asymétπques unidirectionnelles élastiques en élastomère L'huile ne s'altère pas et conserve toujours son pouvoir lubrifiant car elle est filtrée continuellement et jamais surchauffée Par conséquent le joint d'étanchéité travaille toujours dans sa forme optimale, donc absence absolue de passage d'eau dans le bateau parmi le joint d'étanchéité Il faut remarquer que lorsque les bateaux naviguent à vitesses très élevées, on forme le vide d'eau en correspondance à la sortie de la coque de l'axe d'hélice, ce qui représente un gros problème pour les presse-étoupe traditionnels, où il vient à manquer la lubrification et le refroidissement apportés par l'eau Par contre dans la présente invention, avec ce système de circulation forcée et de refroidissement de l'huile, on a constaté que ce problème ne subsiste' le joint étanche peut fonctionner parfaitement même en absence absolue d'eau et à vitesses très élevées et pendant milliers d'heures sans interruption. La Fig 7 montre l'exemple d'application du joint d'étanchéité sur un arbre usé d'un bateau ancien L'arbre présente l'usure 50 provoquée par le frottement de la baderne d'un presse-étoupe traditionnel En correspondance on monte un tronc de tube rigide 51 avec un diamètre intérieur légèrement supérieur à celui de l'arbre A l'extrémité vers Pextéπeur, le tronc de tube est soutenu concentrique à l'axe par la douille 52 A l'extrémité vers l'intérieur, le tronc de tube est calé concentrique à l'axe, par la douille 53, bloqué par la vis 55 La douille est bloquée à l'arbre par la vis 58, donc le tronc de tube tourne solidaire avec l'axe. Les O-Rings 54 et 57 empêchent le passage de l'eau qui pourrait s'infiltrer par la douille 52 entre l'arbre et l'intérieur du tronc de tube 51. Sur le dito tronc de tube fixé concentrique à l'axe d'hélice, on peut donc installer normalement le JOINT D'ETANCHEITE, ainsi comme décrit Dans cette manière on peut récupérer les arbres anciens usés, sans être obligés à les substituer. Brièvement, les résultats atteints par cette invention sont:
- a) Etanchéité totale grâce aux deux étages, formant deux barrages infranchissables à l'eau, disposes l'un après l'autre, constitués le premier par la chambre à graisse comprimée par la poussée hydrostatique et le deuxième par la chambre à huile à contre-pression où est logé le coussinet en bronze.
- b) Etanchéité totale dans le temps, car après plusieurs milliers d'heures de fonctionnement, si les lèvres des bagues de retenue devaient s'user, va se vérifier tout au plus une petite fuite d'huile - récupérable - à l'intérieur du bateau, par contre il n'y aura jamais aucune entrée d'eau. Donc à ce moment on pourra ajouter l'huile récupérée et programmer la simple substitution des bagues de retenue à lèvre élastique.
- c) Coefficient de friction extrêmement bas, dû à: - parfaite lubrification forcée continue du coussinet en bronze
- parfaite lubrification forcée continue des lèvres des bagues de retenue
- JOINT D'ETANCHEΠΈ flottant et toujours auto-aligné à l'axe, car il est simplement emboîté sur l'arbre, maintenu à sa place par le dispositif anti-rotation, exempte de fixations rigides.
- d) Grâce au coefficient de friction extrêmement bas obtenu, il n'y a aucun effet de freinage, donc aucun gaspillage de puissance motrice: économie d'exercice et plus grande vitesse du bateau.
- e) Système de circulation forcée d'huile simple, fiable, économique et inusable.
- f) Lubrification et refroidissement obtenus sans eau, rendent indispensable la présente invention sur les bateaux à haute vitesse, où se forme le vide d'eau.
- g) Grâce au système de lubrification forcée continue, à la conception de montage sans fixations rigides que provoquent des forçages sur l'arbre et au coefficient de friction extrêmement bas, l'axe ne subit aucune usure dans le temps, constituée par la formation de profonds sillons. En effet, la possibilité de coulisser axaient sur l'arbre en forme continue, avec un petit déplacement équivalent au petit jeu du trou 38 ou 39 sur la saillie 20 (de Fig. 2) du dispositif anti- rotation, provoqué par le mouvement de va et vient imperceptible déterminé par les vibrations du moteur (fixé normalement sur des supports élastiques en caoutchouc vulcanisé), fait que les lèvres élastiques des bagues de retenue 18 et 33, tournent toujours sur une surface constamment lubrifiée, aussi comme le coussinet en bronze. Cela contribue aussi à empêcher toute formation de sillons sur la surface de l'axe
- h) Le système constructif visé à n'utiliser aucun disque ou bague fixé à l'arbre, pour permettre la possibilité de coulissement de l'axe; combiné avec le dispositif d'arrêt en cas de déplacement anomal de l'arbre, il prévient contre éventuels accidents (Les joints tournants qu'on trouve sur le marché, n'ont pas eu grand succès, car ils n'offrent la garantie de déplacement axial de l'arbre).
- i) Le système anti-rotation, outre à être une sécurité qui prévient éventuels accidents, permette la flottabilité maximale; donc il permette le fonctionnement même sur des arbres tordus, mais alignés et même dans le cas qu'ils ne sont pas concentriques au trou de sortie dans la coque.
- 1) L'option du tronc de tube πgide permette l'utilisation sur des axes usés et abîmés.
- m) Le fart que l'étui calé à pression sur le coussinet en bronze de soutien parmi les deux bagues élastiques O ring, garantit la sécurité maximale, même dans le cas rarissime d'un accident étranger qui p.e pourrait arriver à couper les tubes à huile et provoquer le grippage du coussinet en bronze. Même dans ce cas rarissime le JOINT D'ETANCHEITE continuerait à fonctionner provisoirement jusqu'à la réparation

Claims

REVENDICATIONS
1) - JOINT D'ETANCHEITE, totalement étanche, pour axes d'hélices de bateaux à haute vitesse, caractérisé par le fait de:
a) - être auto-aligné à l'axe sur lequel il est simplement emboîté, à très bas coefficient de friction, car exempte des fixations rigides qui provoquent des forçages à la transmission b) - permettre le libre déplacement axial de l'arbre c) - être à deux étages, totalement étanche, infranchissables à tout passage d'eau d) - d'avoir un dispositif anti-rotation constitué par une butée fixe, qui entoure une saillante de l'étui cylindrique (9) pour éliminer tout effort de torsion au tube flexible (5 de Fig. 1) qui le connecte à la coque e) - de posséder un générateur de circulation forcée d'huile intégré dans le même coussinet en bronze (1 1 des Fig. 1 et 6) du JOINT D'ETANCHEITE, pour le refroidissement et pour la lubrification des bagues de retenue à lèvres asymétriques pour arbres tournants (18 et 33 de Fig. 1 ) et du coussinet en bronze f) - que le générateur est constitué par une cavité excentrique statique (34 de Fig. 6) contenue dans le coussinet en bronze (11 des Fig. 1 et 6), sans des organes en mouvement soumis à usure g) - circulation forcée d'huile pour lubrification et refroidissement autonomes, sans eau, au but de pouvoir fonctionner sur les bateaux à haute vitesse, même en absence d'eau causée par le vide d'eau h) - de pouvoir tourner même en cas de grippage du coussinet en bronze
2) - JOINT D'ETANCHEITE totalement étanche pour axes d'hélices de bateaux à haute vitesse, selon la revendication 1, caractérisé par le fait être soutenu par un coussinet en bronze (11 de Fig. 1) simplement emboîté sur l'axe d'hélice, donc auto-aligné au même, sans nécessiter de fixages rigides lesquels sur structures qui ne sont pas monolithiques et usinés au même temps dans la même opération, forcent sur la transmission, provocant une importante augmentation de la friction avec une plus importante absorption d'énergie motrice et usure de l'arbre. 3) - JOINT D'ETANCHEITE totalement étanche pour axes d'hélices de bateaux à haute vitesse, selon les revendications 1 et 2, caractérise par le fait que le coussinet en bronze (11) est emboîté sur l'axe cylindrique (2) tel quel - sans aucune bague ou douille fixées à l'arbre - pour permettre le libre coulissement axial du même grâce à l'absence d'obstacles fixes sur l'arbre, qui empêcheraient tel coulissement..
4) - JOINT D'ETANCHEITE totalement étanche pour axes d'hélices de bateaux à haute vitesse, selon les revendications 1, 2 et 3, caractérise par le fait de disposer d'un dispositif anti-rotation constitué par un point fixe (38 ou 39 de Fig. 2) qui emboîté aisément une saillie (20 de Fig. 2) fixée sur le JOINT D'ETANCHEITE de façon à empêcher la rotation du même ou le coulissement sur l'arbre; mais au même temps avec un petit jeu à fin de ne pas forcer sur l'axe et laisser un imperceptible coulissement alternatif qui améliore la lubrification des bagues de retenue (18 et 33), au but d'éviter toute augmentation de la friction; dans cette manière l'effort de torsion n'est pas soutenu par le tronc de tube flexible (5 de Fig. 1) qui connecte le JOINT D'ETANCHEITE au tronc de tube (4 de Fig. 1) qui entoure le trou (3 de Fig. 1) dans la coque; donc si le tube flexible ne doit plus soutenir un effort de torsion, il est possible de le réaliser avec une épaisseur très mince, pour pouvoir lui conférer le maximum d'élasticité.
S) - JOINT D'ETANCHEITE totalement étanche pour axes d'hélices de bateaux à haute vitesse, selon la revendication 1 caractérise par le fait de présenter deux étages impénétrables au passage d'eau: le premier constitué par une chambre de blocage de l'eau, remplie de graisse visqueuse insoluble (16 de Fig. 1) maintenue comprimée par la poussée hydrostatique de l'eau; le deuxième étage, constitué par une chambre pleine d'huile à circulation forcée contenue par les deux bagues de retenue à lèvres asymétriques pour arbres tournants (18 et 33 de Fig. 1), où se trouve le coussinet en bronze (11 de Fig. 1) emboîté sur l'axe d'hélice (2 de Fig. 1 ).
6) - JOINT D'ETANCHEITE totalement étanche pour axes d'hélices de bateaux à haute vitesse, selon la revendication 1, caractérisé par le fait de disposer d'une pompe pour la circulation forcée de l'huile intégrée dans le même JOINT D'ETANCHEITE, caractérise par le fait que dans le milieu du coussinet en bronze (11 de Fig. 1) il y a une chambre non concentrique (34 de Fig. 4 et 6) à l'axe sur lequel il est emboîté, mais excentrique et statique par rapport à l'axe; l'huile (23 de Fig. 3) provenant des tuyauteries (31b de Fig. 3) arrive à travers les tunnels latéraux (32 de Fig 4 et 5) et elle est traînée par effet de l'adhérence à la surface de l'axe, vers la fente ou le trou de sortie (29 de Fig 6), où il a lieu une augmentation de pression que pousse l'huile dans la chambre (35 de Fig. 6) successivement elle est poussée dans la tuyauterie (31 et 37 de Fig 3) pour être renvoyée dans le réservoir à huile (24 de la Fig. 3); il faut remarquer que le générateur est constitué par une chambre (34 de Fig. 4 et 6) excentrique statique, que d'un coté elle est presque adhérante à l'axe qui entoure, tandis que de l'autre s'éloigne du même à cause de sa forme excentrique en formant donc la chambre (34 de Fig. 4 et 6), par conséquent sans des organes en mouvement soumis à usure, et sans d'autres complications.
7) - JOINT D'ETANCHEITE totalement étanche pour axes d'hélices de bateaux à haute vitesse, selon les revendications précédentes, caractérisée par le fait que le débit et la pression de la circulation forcée d'huile sont proportionnelles à la vitesse de rotation de l'axe d'hélice, donc toujours proportionnées aux nécessités de lubrification et refroidissement du coussinet en bronze (11 de Fig. 1) et des bagues de retenue pour arbres tournants (18 et 33 des Fig. 1 et 3); ayant lieu le refroidissement parmi le passage d'huile dans un serpentin de métal conducteur thermique, qui dissipe les calories dans l'air environnant; dons faisant à moins de lubrification et refroidissement parmi d'eau, le JOINT D'ETANCHEITE est apte à fonctionner sur ces bateaux où la haute vitesse provoque le vide d'eau en proximité de la sortie de l'axe d'hélice de la coque.
8) - JOINT D'ETANCHEITE totalement étanche pour axes d'hélices de bateaux à haute vitesse, selon les revendications précédentes, caractérisé par le fait de monter un interrupteur électrique (25 de Fig. 1), où le bras du même se trouve entre une ou deux bagues élastiques (27 et 28 de Fig. 1) calées à légère pression sur l'axe (2 de Fig. 1), de façon qu'en cas de coulissement axial anomale de l'arbre, le bras de l'interrupteur est poussé et donc il pourvoira l'arrêt du moteur, pour prévenir toute accident.
9) - JOINT D'ETANCHEITE totalement étanche pour axes d'hélices de bateaux à haute vitesse, selon les revendications précédentes, caractérisé par le fait de posséder un dispositif de sécurité en cas de grippage du coussinet en bronze (11 de Fig. .1), constitué par l'étui cylindrique (9 de Fig. 1 et 3) calé à pression modérée sur le coussinet en bronze (11 de Fig. 1 et 4) parmi l'intermédiaire des bagues élastiques (10 et 14 de Fig. 1 et 4), de façon que si par accident le coussinet en bronze devait tourner solidaire à l'axe à cause de grippage, il pourrait encore tourner provisoirement jusqu'à la réparation, sur les bagues élastiques O ring (10 et 14 de Fig. 1 et 4), autant plus que la rotation du JOINT
D'ETANCHEITE avec l'arbre, est bloquée grâce au système anti-rotation selon la revendication 4; évitant ainsi des dommages graves et dangereux.
10) - JOINT D'ETANCHEITE totalement étanche pour axes d'hélices de bateaux à haute vitesse, selon les revendications précédentes, caractérisé par le fait de pouvoir être monté même sur des axes usés d'anciens bateaux, grâce à une option constituée par un tronc de tube rigide (51 de Fig. 7) suffisamment long, placé sur la partie abîmée (50 de Fig. . 7) de l'axe d'hélice, calé et maintenu concentrique à l'arbre par des douilles (52 et 53 de Fig. . 7), dans lesquelles les bagues élastiques O ring (54 et 56 de la Fig. . 7) empêchent la moindre infiltration d'eau; donc sur le tronc de tube rigide fixé concentrique à l'axe, on peut monter le JOINT D'ETANCHEITE, conservant toutes ses caractéristiques de fonctionnement selon les revendications précédentes.
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