EP1180580B1 - Dispositif de rétention d'une flasque annulaire contre une face radiale d'un disque à aubes - Google Patents

Dispositif de rétention d'une flasque annulaire contre une face radiale d'un disque à aubes Download PDF

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EP1180580B1
EP1180580B1 EP01402146A EP01402146A EP1180580B1 EP 1180580 B1 EP1180580 B1 EP 1180580B1 EP 01402146 A EP01402146 A EP 01402146A EP 01402146 A EP01402146 A EP 01402146A EP 1180580 B1 EP1180580 B1 EP 1180580B1
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EP
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foot
recess
disc
face
flange
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EP01402146A
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EP1180580A1 (fr
Inventor
Jean-Baptiste Arilla
Jean-Philippe Maffre
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA Moteurs SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • F01D5/3015—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type with side plates

Definitions

  • the invention relates to a device for retaining a flange ring against a radial face of a disk.
  • a device for retaining a flange ring against a radial face of a disc this disc presenting in said radial face an annular recess delimited by several walls one of which is formed by a face of a flange extending radially outwardly, and the flange having, in its radially inside, an annular base bearing for example sliding against the radially outer wall of the recess and a foot that extends radially inwards in the recess from the inner end of the base, said device comprising an annular retaining ring slotted disposed in the recess and having a face abutting against the face of the flange, this ring having on its radially outer face a rabbet to receive a portion of the foot to hold the flange against the radial face of the disc.
  • Such a device is known in particular from FR A 2 485 117.
  • the flange is provided to prevent axial displacement fir-type blade blades whose feet are mounted in notches provided at the periphery of the disc.
  • the implementation of the device for fixing the flange according to FR A 2,485,117 requires special tools to compress the ring of retained in order to allow the establishment of the flange.
  • the object of the invention is to propose a retention device axial flange that allows a simplified mounting of the flange.
  • Another object of the invention is to allow a mounting of the flange on the disc without special tools to compress the ring retained, which reduces the costs of the necessary equipment for maintenance.
  • Another object of the invention is to propose a device for Axial retention of the flange which makes it possible to increase the service life of the disc.
  • the invention achieves its goal by the fact that the foot of the flange and the retaining ring comprise annular chamfers vis-à-vis intended to allow the radial compression of the ring beforehand disposed in the recess during the axial sliding of the base in the recess when mounting the flange on the disc.
  • a disk of rotor of a gas turbine engine having an axis of rotation 2.
  • This disc 1 has, in its radial face 3, a recess 10 delimited by a radially outer wall 4, a wall axially inner 5, a radially inner wall 6, and the inner face 7 an annular flange 8 which extends radially outwards from of the radially inner wall 6.
  • the upper end 9 of the rim 8 is radially distant from the radially outer wall 4, in order to provide an annular opening 11 for access into the recess 10.
  • the disc 1 has at its periphery notches axially designed to receive blade roots not shown on the drawings.
  • blade roots are immobilized axially by the portion 12 of an annular flange 13 whose part radially 14 has an annular base 15 extending axially in the outer region of the recess 10 and a foot 16 which extends radially inwardly of the recess 10 from the end internal of the annular base 15.
  • the outer diameter of the annular base 15 is substantially equal to the diameter of the radially outer wall 4 of the recess 10 and the annular base 15 is supported for example sliding against this outer wall 4.
  • the inner diameter of the foot 16 is greater the outside diameter of the rim 8, to allow the introduction of the annular base 15 and the foot 16 through the annular opening 11 in the recess 10.
  • the flange 13 is retained axially on the disc 1 by a split annular retaining ring 20.
  • the retaining ring 20 has an axial front wall 21 bearing against the inner face 7 of the flange 8, a rear wall 22 disposed at a short distance from the axially inner wall 5 of the recess 10, a wall external device 23 connected to the front wall 21 by a bevel 24 and connected to the rear wall 22 by a rabbet 25 delimited by a radial surface 26 and a cylindrical surface 27, and finally an inner axial wall 28 whose diameter is greater than diameter of the radially inner wall 6 of the recess of a measure allowing the retraction of the retaining ring 20 behind the edge 8 by compression during the establishment of the flange 13.
  • the radial surface 26 delimiting the rabbet 25 is, in the mounting position shown in Figure 1, supported by the face of the foot 16 located opposite the annular opening 11.
  • the diameter of the cylindrical surface 27 delimiting the rabbet 25 is substantially equal to the inside diameter of the foot 16 in position of the retaining ring 13. But when the retaining ring 13 is subjected to centrifugal forces during the rotation of the disk 1, the cylindrical surface 27 bears positively against the end Inside 17 of the foot 16.
  • the inside diameter of the foot 16 is also substantially equal to the outside diameter of the front wall 21 of the retaining ring at the state of rest.
  • the inner end 17 of the foot 16 is also connected to the rear face 18 of the foot 16, located opposite the wall axially interior 5 of the recess 10, by a chamfer 19.
  • This chamfer 19 and the chamfer 24 of the retaining ring 20 have angles identical to the axis of rotation 2 of the disc 1, which are between 10 ° and 45 °.
  • the inner axial wall 28 of the retaining ring 20 is in further connected to the rear wall 22 by a second chamfer 29 which allows the extension of the retaining ring 20 during its introduction in the recess 10.
  • Figures 2a to 2f show the different phases of assembly of the flange 13 on the disc 1.
  • the split ring retaining ring 20 is introduced into the recess 10 where it moves into position rest as shown in Figure 2a.
  • the flange 13 is then placed in such a way that the end 17 of the foot 16 is in the opening 11 of the recess 10.
  • chamfer 19 of the foot 16 then bears against the chamfer 24 of the retaining ring 20, which allows to center the retaining ring 20 with respect to the axis of rotation 2 of the disc 1.
  • axial force F on the inner portion 14 of the flange 13. This operation causes a compression of the retaining ring 20, as this is shown in Figures 2b, 2c and 2d, and a sliding of the base ring 15 on the radially outer wall 4 of the recess 10.
  • the flange 13 is mounted with a prestressing axial on the disk 1.
  • the axial displacement of the flask 13 during its editing on the disc 1 drives the compression of the retaining ring 20 thanks to the chamfers 19 and 24.
  • the foot 16 is provided with a plurality of notches 40 whose bottom is distant from the axis 2 of a distance greater than the diameter of the outer peripheral wall 23 of the retaining ring 20. It can thus slip through the gap end of a suitable tool 41, as shown on the FIG. 3, in order to compress the retaining ring 20.
  • the retaining ring 20 comprises in the rebate 25 and in correspondence with the protuberances 40, protrusions 42 which fit into the notches 40 and whose outer surfaces are flush with the outer peripheral wall 23 of the retaining ring 20.
  • These excrescences 42 allow a better tools 41, and they also make it possible to immobilize rotation of the retaining ring 20 relative to the flange 13.
  • the portion 12 of the flange 13 is in this case immobilized relative to the disc 1 by appropriate means, such as studs 43 which fit between two feet of blades.
  • notches 40, excrescences 42 and pads 43 makes it possible to secure in rotation the disk 1, the flange 13 and the retaining ring 20, without there being any immobilizer in direct rotation between the retaining ring 20 and the disk 1.
  • This provision avoids introducing a coefficient of stress concentration due to slits made in the rim 8 of disk 1 which is a piece with a short life. We thus preserve the mechanical integrity of the disc 1 and increases its life.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Snaps, Bayonet Connections, Set Pins, And Snap Rings (AREA)

Description

L'invention concerne un dispositif de rétention d'un flasque annulaire contre une face radiale d'un disque.
Elle concerne plus précisément un dispositif pour retenir un flasque annulaire contre une face radiale d'un disque, ce disque présentant dans ladite face radiale un évidement annulaire délimité par plusieurs parois dont l'une est formée par une face d'un rebord qui s'étend radialement vers l'extérieur, et le flasque présentant, dans sa partie radialement intérieure, une base annulaire en appui par exemple coulissant contre la paroi radialement extérieure de l'évidement et un pied qui s'étend radialement vers l'intérieur dans l'évidement à partir de l'extrémité interne de la base, ledit dispositif comportant une bague de retenue annulaire fendue disposée dans l'évidement et ayant une face en butée contre la face du rebord, cette bague présentant sur sa face radialement extérieure une feuillure pour recevoir une portion du pied afin de retenir le flasque contre la face radiale du disque.
Un tel dispositif est connu notamment par FR A 2 485 117. Dans ce document, le flasque est prévu pour empêcher le déplacement axial d'aubes de type à attache sapin dont les pieds sont montés dans des encoches prévues à la périphérie du disque.
Pour monter le flasque, on dispose d'abord la bague annulaire de retenue fendue dans l'évidement du disque, puis on la comprime radialement vers l'intérieur de l'évidement au moyen d'outils appuyant sur la paroi périphérique de l'anneau jusqu'à ce qu'ils viennent appuyer sur le rebord. Ensuite on fait coulisser la base de l'embase le long de la paroi radialement extérieure de l'évidement. On exerce une force axiale contre le flasque afin que le pied vienne en appui contre la paroi axialement intérieure de l'évidement. On relâche alors les outils qui comprimaient la bague annulaire. Cette dernière s'expanse radialement vers l'extérieur, puis on supprime la force axiale exercée sur le flasque. Le pied du flasque vient alors en appui contre les deux parois délimitant la feuillure de la bague annulaire.
Ainsi, la mise en oeuvre du dispositif de fixation du flasque selon FR A 2 485 117 nécessite des outils spéciaux pour comprimer la bague de retenue afin de permettre la mise en place du flasque.
Un autre dispositif est connu par US 4 890 981 qui présente les mêmes caractéristiques de mise en place du flasque annulaire et entraíne également les mêmes inconvénients.
Le but de l'invention est de proposer un dispositif de rétention axiale du flasque qui permette un montage simplifié du flasque.
Un autre but de l'invention est de permettre un montage du flasque sur le disque sans outils spéciaux pour comprimer la bague de retenue, ce qui permet de diminuer les coûts des matériels nécessaires pour la maintenance.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de rétention axiale du flasque qui permette d'augmenter la durée de vie du disque.
L'invention atteint son but par le fait que le pied du flasque et la bague de retenue comportent des chanfreins annulaires en vis-à-vis destinés à permettre la compression radiale de la bague préalablement disposée dans l'évidement au cours du coulissement axial de la base dans l'évidement lors du montage du flasque sur le disque.
Les dispositions suivantes sont en outre de préférence adoptées:
  • Les chanfreins sont inclinés par rapport à l'axe du disque d'un angle compris entre 10° et 60°.
  • La feuillure est délimitée par une surface en appui radial sur l'extrémité du pied et une surface radiale en appui sur la face du pied en regard de l'ouverture de l'évidement, ladite surface radiale étant raccordée au chanfrein de la bague de retenue.
  • La portion du pied reçue dans la feuillure comporte des encoches.
  • La feuillure comporte des excroissances qui s'insèrent dans les encoches du pied.
  • La profondeur des encoches est supérieure à la hauteur des excroissances.
Cette dernière disposition permet de glisser un outil dans l'espace compris entre le sommet des excroissances et le fond des encoches afin de comprimer la bague de retenue lors du démontage du flasque au cours des opérations d'entretien. Mais le remontage du flasque est réalisé sans outil spécial.
La présence des encoches et des excroissances permet d'immobiliser la bague de retenue en rotation par rapport au flasque. Ce dernier est alors immobilisé par rapport au disque au niveau des pieds d'aubes. Dans FR A 2 485 117, l'anneau de retenue est fixé au disque au niveau d'une échancrure ménagée dans le rebord délimitant l'évidement. Cette échancrure n'a donc pas de raison d'être dans la présente invention, ce qui permet de simplifier la construction du disque et d'augmenter sa durée de vie.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
  • la figure 1 est une vue en coupe d'une partie d'un disque de rotor comportant un mode de réalisation de l'invention ;
  • les figures 2a à 2f montrent les différentes phases de montage du flasque sur le disque ;
  • la figure 3 montre la première phase de démontage du flasque ; et
  • la figure 4 est une coupe à plus grande échelle montrant la bague de retenue dans l'évidement.
    • Sur les dessins on a représenté par la référence 1 un disque de rotor d'un moteur de turbine à gaz, ayant un axe de rotation 2. Ce disque 1 présente, dans sa face radiale 3, un évidement 10 délimité par une paroi radialement extérieure 4, une paroi axialement intérieure 5, une paroi radialement intérieure 6, et la face interne 7 d'un rebord annulaire 8 qui s'étend radialement vers l'extérieur à partir de la paroi radialement intérieur 6. L'extrémité supérieure 9 du rebord 8 est radialement distante de la paroi radialement extérieure 4, afin de ménager une ouverture annulaire 11 permettant d'accéder dans l'évidement 10. Le disque 1 comporte à sa périphérie des encoches axiales destinées à recevoir des pieds d'aubes non montrées sur les dessins. Ces pieds d'aubes sont immobilisés axialement par la portion extérieure 12 d'un flasque annulaire 13 dont la partie radialement intérieure 14 comporte une base annulaire 15 qui s'étend axialement dans la région extérieure de l'évidement 10 et un pied 16 qui s'étend radialement vers l'intérieur de l'évidement 10 à partir de l'extrémité interne de la base annulaire 15.
    Le diamètre extérieur de la base annulaire 15 est sensiblement égal au diamètre de la paroi radialement extérieure 4 de l'évidement 10 et la base annulaire 15 est en appui par exemple coulissant contre cette paroi extérieure 4. Le diamètre intérieur du pied 16 est supérieur au diamètre extérieur du rebord 8, afin de permettre l'introduction de la base annulaire 15 et du pied 16 par l'ouverture annulaire 11 dans l'évidement 10. Lorsque la partie radialement intérieure 14 du flasque 13 est introduite dans la cavité 10, le flasque 13 est immobilisé radialement par rapport au disque 1, du fait que la base annulaire 15 est en appui par exemple coulissant contre la paroi radialement extérieure 4.
    Le flasque 13 est retenu axialement sur le disque 1 par une bague de retenue annulaire fendue 20. La bague de retenue 20 présente une paroi frontale axiale 21 en appui contre la face interne 7 du rebord 8, une paroi arrière 22 disposée à peu de distance de la paroi axialement intérieure 5 de l'évidement 10, une paroi périphérique extérieure 23 raccordée à la paroi frontale 21 par un chanfrein 24 et raccordée à la paroi arrière 22 par une feuillure 25 délimitée par une surface radiale 26 et une surface cylindrique 27, et enfin une paroi axiale intérieure 28 dont le diamètre est supérieur au diamètre de la paroi radialement intérieure 6 de l'évidement d'une mesure permettant l'escamotage de la bague de retenue 20 derrière le rebord 8 par compression lors de la mise en place du flasque 13.
    La surface radiale 26 délimitant la feuillure 25 est, dans la position de montage montrée sur la figure 1, appuyée par la face du pied 16 située en regard de l'ouverture annulaire 11.
    Le diamètre de la surface cylindrique 27 délimitant la feuillure 25 est sensiblement égal au diamètre intérieur du pied 16 en position de repos de la bague de retenue 13. Mais lorsque la bague de retenue 13 est soumise à des forces centrifuges lors de la rotation du disque 1, la surface cylindrique 27 est en appui positif contre l'extrémité intérieure 17 du pied 16.
    Le diamètre intérieur du pied 16 est en outre sensiblement égal au diamètre extérieur de la paroi frontale 21 de la bague de retenue à l'état de repos.
    L'extrémité intérieure 17 du pied 16 est également raccordée à la face arrière 18 du pied 16, située en regard de la paroi axialement intérieure 5 de l'évidement 10, par un chanfrein 19.
    Ce chanfrein 19 et le chanfrein 24 de la bague de retenue 20 ont des angles identiques par rapport à l'axe de rotation 2 du disque 1, qui sont compris entre 10° et 45°.
    La paroi axiale intérieure 28 de la bague de retenue 20 est en outre reliée à la paroi arrière 22 par un deuxième chanfrein 29 qui permet l'extension de la bague de retenue 20 lors de son introduction dans l'évidement 10.
    Les figures 2a à 2f montrent les différentes phases de montage du flasque 13 sur le disque 1. La bague de retenue annulaire fendue 20 est introduite dans l'évidement 10 où elle se met en position de repos ainsi que cela est montré sur la figure 2a.
    On place ensuite le flasque 13 de telle manière que l'extrémité 17 du pied 16 se trouve dans l'ouverture 11 de l'évidement 10. Le chanfrein 19 du pied 16 vient alors en appui contre le chanfrein 24 de la bague de retenue 20, ce qui permet de centrer la bague de retenue 20 par rapport à l'axe de rotation 2 du disque 1. On exerce alors une force axiale F sur la partie intérieure 14 du flasque 13. Cette opération entraíne une compression de la bague de retenue 20, ainsi que cela est montré sur les figures 2b, 2c et 2d, et un coulissement de la base annulaire 15 sur la paroi radialement extérieure 4 de l'évidement 10.
    Sur la figure 2d on voit que l'extrémité 17 du pied est en appui coulissant contre la paroi périphérique externe 23 de la bague de retenue. On continue d'appliquer la force axiale F sur la partie intérieure 14 du flasque 13. La portion extérieure 12 du flasque 13 vient en appui contre la face radiale 3 du disque 1 et les aubes, et l'extrémité 17 du pied 16 vient se positionner au-dessus de la feuillure 25. La bague de retenue 20 est alors libérée de la contrainte de compression et reprend son diamètre nominal. La surface cylindrique 27 de la feuillure 25 vient en appui contre l'extrémité 17 du pied 16, et la surface radiale 26 vient se positionner entre le pied 16 et l'ouverture 11. Lorsqu'on relâche la force axiale F exercée sur la partie intérieure 14 du flasque 13, ce dernier vient appuyer positivement sur la surface radiale 26 qui délimite la feuillure 25, et la surface frontale 21 de la bague de retenue 20 est en appui contre la face intérieure 7 du rebord 8.
    Il est à noter que le flasque 13 est monté avec une précontrainte axiale sur le disque 1.
    Ainsi que cela a été décrit ci-dessus, le déplacement axial du flasque 13 au cours de son montage sur le disque 1 entraíne la compression de la bague de retenue 20 grâce aux chanfreins 19 et 24.
    En revanche, pour retirer le flasque 13, il est nécessaire de comprimer préalablement la bague de retenue 20, afin que la paroi périphérique extérieure 23 de la bague de retenue 20 s'efface sous l'extrémité 17 du pied 16.
    Afin de faciliter cette opération, le pied 16 est muni d'une pluralité d'encoches 40 dont le fond est distant de l'axe 2 d'une distance supérieure au diamètre de la paroi périphérique extérieure 23 de la bague de retenue 20. On peut ainsi glisser par l'interstice l'extrémité d'un outil approprié 41, ainsi que cela est montré sur la figure 3, afin de comprimer la bague de retenue 20.
    Avantageusement, la bague de retenue 20 comporte dans la feuillure 25 et en correspondance avec les protubérances 40, des excroissances 42 qui s'insèrent dans les encoches 40 et dont les surfaces extérieures affleurent la paroi périphérique extérieure 23 de la bague de retenue 20. Ces excroissances 42 permettent un meilleur appui des outils 41, et elles permettent également d'immobiliser en rotation la bague de retenue 20 par rapport au flasque 13. La portion extérieure 12 du flasque 13 est dans ce cas immobilisée par rapport au disque 1 par des moyens appropriés, tels que des plots 43 qui s'insèrent entre deux pieds d'aubes.
    La présence des encoches 40, des excroissances 42 et des plots 43, permet de solidariser en rotation le disque 1, le flasque 13 et la bague de retenue 20, sans qu'il y ait de dispositif d'immobilisation en rotation direct entre la bague de retenue 20 et le disque 1. Cette disposition permet d'éviter d'introduire un coefficient de concentration de contrainte dû à des fentes réalisées dans le rebord 8 du disque 1 qui est une pièce à faible durée de vie. On préserve ainsi l'intégrité mécanique du disque 1 et on augmente sa durée de vie.

    Claims (6)

    1. Assemblage pour retenir un flasque annulaire (13) contre une face radiale (3) d'un disque (1), ledit assemblage comportant un disque (1), un flasque annulaire(13) et une bague (20), ce disque (1) présentant dans ladite face radiale (3) un évidement annulaire (10) délimité par plusieurs parois dont l'une est formée par une face (7) d'un rebord (8) qui s'étend radialement vers l'extérieur, et le flasque (13) présentant, dans sa partie radialement intérieure (14), une base annulaire (15) en appui contre la paroi radialement extérieure (4) de l'évidement (10) et un pied (16) qui s'étend radialement vers l'intérieur dans l'évidement (10) à partir de l'extrémité interne de la base (15), ladite bague de retenue (20) annulaire fendue étant disposée dans l'évidement (10) et ayant une face (21) en butée contre la face (7) du rebord (8), cette bague (20) présentant sur sa face radialement extérieure une feuillure (25) pour recevoir une portion du pied (16) afin de retenir le flasque (13) contre la face radiale (3) du disque (1), caractérisé par le fait que le pied (16) du flasque (13) et la bague de retenue (20) comportent des chanfreins annulaires (19, 24) en vis-à-vis destinés à permettre la compression radiale de la bague (20) préalablement disposée dans l'évidement (10) au cours du coulissement axial de la base (15) dans l'évidement (10) lors du montage du flasque (13) sur le disque (1).
    2. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les chanfreins (19, 24) sont inclinés par rapport à l'axe (2) du disque (1) d'un angle compris entre 10° et 60°.
    3. Assemblage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la feuillure (25) est délimitée par une surface (27) en appui radial sur l'extrémité (17) du pied (16) et une surface radiale (26) en appui sur la face du pied (16) en regard de l'ouverture (11) de l'évidement (10), ladite surface radiale (26) étant raccordée au chanfrein (24) de la bague de retenue (20).
    4. Assemblage selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la portion du pied (16) reçue dans la feuillure (25) comporte des encoches (40).
    5. Assemblage selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la feuillure (25) comporte des excroissances (42) qui s'insèrent dans les encoches (40) du pied (16).
    6. Assemblage selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les encoches (40) ont une profondeur supérieure à la hauteur des excroissances (42).
    EP01402146A 2000-08-10 2001-08-09 Dispositif de rétention d'une flasque annulaire contre une face radiale d'un disque à aubes Expired - Lifetime EP1180580B1 (fr)

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    FR0010503A FR2812906B1 (fr) 2000-08-10 2000-08-10 Bague de retention axiale d'un flasque sur un disque

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    Publication Number Publication Date
    EP1180580A1 EP1180580A1 (fr) 2002-02-20
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    Country Link
    US (1) US6520743B2 (fr)
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    JP (1) JP4043737B2 (fr)
    CA (1) CA2354121C (fr)
    DE (1) DE60111599T2 (fr)
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