EP4414791A1 - Roue dentée a faible inertie - Google Patents
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- G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
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- G04B13/02—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots
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- G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
- G04F7/00—Apparatus for measuring unknown time intervals by non-electric means
- G04F7/04—Apparatus for measuring unknown time intervals by non-electric means using a mechanical oscillator
Definitions
- the present invention relates to a toothed wheel of a clock mechanism.
- the present invention relates in particular to a toothed wheel with low inertia.
- inertia of a watch movement mobile in particular a wheel
- a low inertia will, for example, enable a toothed wheel of a chronograph mechanism to start moving almost instantaneously when timing is started and to rotate rapidly during timing while consuming relatively little energy.
- One solution to reduce the inertia of a watch mechanism wheel is to choose a low density material, so that the weight is minimized for given dimensions.
- a limitation of this solution is the mechanical strength of the chosen material, which must be sufficient for the wheel to withstand the stresses to which it will be subjected during use.
- Toothad wheels are thus for example made up of a felloe on the external circumference of which the teeth are formed, and of arms connecting the felloe to a hub intended to mount the wheel on an axle, the space between the arms, the felloe and the hub being at least partially openworked.
- One aim of the invention is therefore to meet this need by proposing toothed wheels whose inertia is minimal for a given diameter.
- a toothed wheel for a watch mechanism comprising a rim with teeth forming an external toothing of the toothed wheel, the toothed wheel comprising at least one openwork portion extending over a sector of the rim comprising a plurality of teeth and in which the rim is delimited by an internal periphery comprising notches at the base of the teeth.
- notches in the inner periphery of the felloe makes it possible to reduce the quantity of material constituting the gear wheel, thereby reducing the inertia of the gear wheel for a given diameter and external tooth profile.
- the notches being located at the base of the teeth of the external toothing, they can be formed without the minimum width of the felloe being reduced at these locations.
- the openwork portion extends over a sector of the felloe comprising a plurality of teeth. In a relatively extended openwork portion, the gear wheel of the invention thus does not comprise any additional reinforcements or mechanical structures to support the toothing, thereby allowing maximum lightening of the gear wheel.
- the inner periphery is a curve parallel to the profile of the outer teeth.
- the inner periphery thus follows the profile of the outer teeth, so that the width of the felloe is substantially constant over the entire openwork portion. On the openwork portion, the felloe is therefore between two parallel or offset curves.
- the profile of the external teeth is for example an involute profile of a circle and the teeth are preferably openwork, the outline of the openwork of the teeth preferably being a curve parallel to the external profile of the teeth.
- the openwork formed in the teeth allows to further reduce the material constituting the gear wheel.
- the gear wheel preferably comprises a hub for mounting the gear wheel on an axle and at least one connecting zone connecting the rim to the hub.
- the inner periphery comprising the notches delimits the felloe over the entire circumference of the felloe except for the portions directly connected to the connecting zone(s).
- the gear wheel for example, comprises three connecting zones in the form of three arms connecting the rim to the hub.
- the arms are, for example, spokes of the gear wheel.
- the hub is, for example, configured to elastically grip an axle.
- the center of the hub is offset from the geometric center of the toothed wheel.
- the clock mechanism is for example a chronograph mechanism and the gear wheel is a fraction of a second counter wheel.
- the gear wheel 1 of the invention comprises a rim 4 with, on its outer periphery, teeth 5 forming an outer toothing 40 of the gear wheel 1.
- the gear wheel 1 further comprises, for example, a hub 2 for mounting the gear wheel 1 on an axle 10.
- the hub 2 comprises an opening central opening intended to receive the axle 10.
- the central opening is for example bordered by elastically deformable arms arranged so as to grip the axle 10 when the latter is inserted into the central opening.
- the hub 2 comprises for example three flexible arms 20 arranged so as to form a triangle inscribed in an annular support 21, and the vertices of which are connected to the annular support 21.
- Other embodiments are however conceivable for the hub within the framework of the invention, the embodiment of the hub depending for example on the nature of the mounting of the toothed wheel on the axle, the force with which the toothed wheel must be held on its axle, the shape and dimensions of the section of the axle, etc.
- the toothed wheel does not comprise a hub and is for example placed mobile in rotation on a support, for example on a watch mechanism plate.
- the toothed wheel is part of a single-piece mobile comprising for example an axle and/or a pinion.
- the gear wheel 1 is completely perforated between the felloe 4 and the hub 2, more precisely between an inner periphery 41 of the felloe 4 and the annular support 21.
- the three connecting zones 3 are for example three arms connecting the felloe 4 to the annular support 21 of the hub 2.
- the three arms constitute for example three spokes of the gear wheel 1.
- the three spokes are preferably regularly distributed over the circumference of the gear wheel 1, two adjacent spokes forming an angle of 120° between them.
- the three connecting zones 3 are preferably connected to the annular support 21 of the hub 2, at a distance from the vertices of the triangle formed by the flexible arms 20, thus preventing the deformation of the flexible arms 20 during the insertion of the axis 10 from significantly impacting the position of the connecting zones 3 and therefore the geometry of the felloe 4.
- Other shapes of connecting zones, for example arms are however conceivable within the framework of the invention, for example arms following an essentially helical line relative to the axis 10 or a wide single bonding zone as described below in connection with the embodiment of the gear wheel illustrated in figure 2 .
- the number, shape and dimensions of the connecting zones are for example determined according to the constraints to which the gear wheel will be subjected during the use for which it is intended.
- the number of connecting zones is however preferably minimized in order to limit the quantity of material constituting the gear wheel of the invention while guaranteeing sufficient mechanical strength for the gear wheel.
- the felloe 4 comprises on its inner periphery 41 notches 6 at the base of the teeth 5.
- each openwork portion of the toothed wheel 1 extends over a sector of the felloe 4 comprising a plurality of teeth 5.
- the profile of the notches 6 is similar to the profile of the teeth 5.
- the inner periphery 41 is a parallel curve, or offset curve, of the profile of the outer teeth 40.
- the felloe 4 is therefore delimited by two parallel curves, the profile of the outer teeth 40 and the inner periphery 41, and thus forms a strip of substantially constant width which follows the profile of the outer teeth 40.
- the offset between the outer teeth 40 and the inner periphery 41 is determined in order to give the rim 4 sufficient rigidity and/or mechanical strength for the application for which the toothed wheel 1 is intended.
- the inner periphery with the notches may extend only over a portion of the perforated portion(s) depending for example on the desired inertia of the gear wheel and/or the balancing of the gear wheel and the coincidence of the center of gravity with the center of the axis of rotation of the gear wheel.
- the gear wheel 1 of the invention is a gear wheel for non-circular gear comprising a hub 2 offset from the geometric center of the rim 4.
- the hub 2 comprises three flexible arms arranged in a triangle to grip an axle which would be inserted into the central opening of the hub 2.
- the felloe 4 is connected to the hub by a single connecting zone 3 preferably located on the side of the hub 2 closest to the felloe 4.
- the connecting zone 3 connects for example two vertices of the triangle formed by the flexible arms of the hub 2 to the felloe 4.
- the connecting zone 3 covers for example an area delimited by the felloe 4 and by a straight line passing through the center of the hub 2, the straight line passing through the center of the hub 2 being preferably perpendicular to the shortest radius between the hub 2 and the felloe 4.
- the mass of the material forming the connecting zone 3 preferably compensates for the imbalance generated by the off-centering of the hub 2 relative to the geometric center of the felloe 4 by making the center of gravity of the toothed wheel 1 coincide with the center of the central opening of the hub 2.
- the remainder of the toothed wheel 1 is perforated, so that the space is empty space between hub 2 and rim 4 outside the sector occupied by the connection zone 3.
- the gear wheel 1 illustrated in figure 2 thus comprises a single openwork portion which extends over a segment covering more than half of the circumference of the serge 4.
- the felloe 4 comprises on its outer periphery teeth 5 which form an external toothing 40 of the gear wheel 1.
- the profile of the external toothing 40 is for example an involute profile of a circle.
- the inner periphery 41 of the felloe 4, which delimits the felloe 4 in the openwork portion of the gear wheel 1, comprises notches 6 at the base of the teeth 5.
- the inner periphery 41 with the notches 6 is preferably a curve parallel to the profile of the external toothing 40.
- the teeth 5 at the base of which there are notches 6 are openwork, the outline of the openwork preferably corresponding to the extension of the offset curve forming the inner periphery 41 of the serge 4, as schematically illustrated by the dotted lines at figure 2 .
- the gear wheel of the invention is preferably a flat gear wheel formed for example from a plate or wafer, or by deposition of successive layers.
- the gear wheel 1 of the invention is preferably made of silicon and/or silicon oxide, and produced by deep reactive ion etching (DRIE).
- DRIE deep reactive ion etching
- Other materials and other manufacturing methods are however conceivable for producing the gear wheel 1 of the invention, such as for example steel formed by machining, a nickel alloy formed by LIGA, or any other suitable material and/or manufacturing method.
- the toothed wheel 1 is intended to be integrated into a watch movement, for example a chronograph movement, or into any other watch movement requiring a toothed wheel with low inertia which can, for example, rotate at high speed while consuming a minimum of energy.
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Abstract
Roue dentée (1) pour mécanisme horloger comprenant une serge (4) avec des dents (5) orientées dans le plan de la roue dentée (1) et formant une denture extérieure (40) de la roue dentée (1), la roue dentée (1) comprenant au moins une portion ajourée s'étendant sur un secteur de la serge (4) comprenant une pluralité de dents (5) et dans laquelle la serge (4) est délimitée par une périphérie intérieure (41) comprenant des encoches (6) en regard des dents (5), et mécanisme horloger comprenant une telle roue dentée.
Description
- La présente invention concerne une roue dentée de mécanisme horloger. La présente invention concerne en particulier une roue dentée à faible inertie.
- Dans de nombreuses applications, il est avantageux de réduire l'inertie d'un mobile de mouvement horloger, en particulier d'une roue, pour limiter l'énergie nécessaire à son entraînement et/ou pour permettre son déplacement rapide. Une faible inertie permettra par exemple à une roue dentée d'un mécanisme de chronographe de se mettre en mouvement pratiquement instantanément lors du démarrage du chronométrage et de tourner rapidement au cours du chronométrage tout en consommant relativement peu d'énergie.
- Une solution pour réduire l'inertie d'un mobile de mécanisme horloger consiste à choisir un matériau de faible densité, de sorte que le poids soit minimisé pour des dimensions données. Une limite de cette solution est la résistance mécanique du matériau choisi qui doit être suffisante pour que le mobile puisse résister aux contraintes auxquelles il sera soumis lors de son utilisation.
- Une autre solution, qui peut être combinée avec la précédente, consiste à créer des ajours, par exemple dans la planche d'une roue, afin de réduire la quantité de matière constituant le mobile pour des dimensions extérieures données. Certaines roues dentées sont ainsi par exemple constituées d'une serge sur la circonférence extérieure de laquelle est formée la denture, et de bras reliant la serge à un moyeu destiné à monter la roue sur un axe, l'espace entre les bras, la serge et le moyeu étant au moins partiellement ajouré.
- Bien que ces techniques permettent de proposer des roues dentées dont l'inertie est relativement faible pour un diamètre donné, il existe un besoin de réduire encore l'inertie des roues dentées pour certaines applications, par exemple pour des roues dentées faisant partie de rouages tournant à très grande vitesse et/ou dont la consommation d'énergie doit être minimale.
- Un but de l'invention est donc de répondre à ce besoin en proposant des roues dentées dont l'inertie est minimale pour un diamètre donné.
- Ce but et d'autres avantages sont atteints par une roue dentée pour mécanisme horloger comprenant une serge avec des dents formant une denture extérieure de la roue dentée, la roue dentée comprenant au moins une portion ajourée s'étendant sur un secteur de la serge comprenant une pluralité de dents et dans laquelle la serge est délimitée par une périphérie intérieure comprenant des encoches à la base des dents.
- La formation d'encoches dans la périphérie intérieure de la serge permet de réduire la quantité de matière constituant la roue dentée, réduisant ainsi l'inertie de la roue dentée pour un diamètre et un profil de denture extérieure donné. Les encoches étant situées à la base des dents de la denture extérieure, elles peuvent être formées sans que la largeur minimale de la serge ne soit réduite à ces endroits. La portion ajourée s'étend sur un secteur de la serge comprenant une pluralité de dents. Dans une portion ajourée relativement étendue, la roue dentée de l'invention ne comprend ainsi pas de renforts ou structures mécaniques supplémentaire pour soutenir la denture, permettant ainsi un allègement maximal de la roue dentée.
- De préférence, la périphérie intérieure est une courbe parallèle du profil de la denture extérieure. La périphérie intérieure suit ainsi le profil de la denture extérieure, de sorte que la largeur de la serge est sensiblement constante sur toute la portion ajourée. Sur la portion ajourée, la serge est donc comprise entre deux courbes parallèles ou décalées.
- Le profil de la denture extérieure est par exemple un profil en développante de cercle et les dents sont de préférence ajourées, le contour de l'ajour des dents étant de préférence une courbe parallèle du profil extérieur des dents. L'ajour formé dans les dents permet de réduire encore la matière constituant la roue dentée.
- La roue dentée comprend de préférence un moyeu pour le montage de la roue dentée sur un axe et au moins une zone de liaison reliant la serge au moyeu.
- De préférence, la périphérie intérieure comprenant les encoches délimite la serge sur toute la circonférence de la serge à l'exception des portions reliées directement à la ou aux zones de liaison.
- La roue dentée comprend par exemple trois zones de liaisons sous la forme de trois bras reliant la serge au moyeu. Les bras sont par exemple des rayons de la roue dentée.
- Le moyeu est par exemple configuré pour enserrer un axe de manière élastique.
- Selon certaines formes d'exécution, le centre du moyeu est décentré par rapport au centre géométrique de la roue dentée.
- Le but évoqué plus haut et d'autres avantages sont atteints également par un mécanisme horloger comprenant une telle roue dentée.
- Le mécanisme horloger est par exemple un mécanisme de chronographe et la roue dentée est une roue de compteur de fractions de seconde.
- L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures où :
- la
figure 1 illustre une roue dentée selon une forme d'exécution de l'invention ; - la
figure 2 illustre une roue dentée selon une autre forme d'exécution de l'invention. - Selon la forme d'exécution illustrée à la
figure 1 , la roue dentée 1 de l'invention comprend une serge 4 avec, sur sa périphérie extérieure, des dents 5 formant une denture extérieure 40 de la roue dentée 1. - La roue dentée 1 comprend en outre par exemple un moyeu 2 pour le montage de la roue dentée 1 sur un axe 10. Le moyeu 2 comprend une ouverture centrale destinée à recevoir l'axe 10. L'ouverture centrale est par exemple bordée de bras déformables élastiquement et disposés de manière à enserrer l'axe 10 lorsque ce dernier est inséré dans l'ouverture centrale. Le moyeu 2 comprend par exemple trois bras flexibles 20 disposés de manière à former un triangle inscrit dans un support annulaire 21, et dont les sommets sont reliés au support annulaire 21. D'autres formes d'exécution sont cependant envisageables pour le moyeu dans le cadre de l'invention, la forme d'exécution du moyeu dépendant par exemple de la nature du montage de la roue dentée sur l'axe, de la force avec laquelle la roue dentée doit être maintenue sur son axe, de la forme et des dimensions de la section de l'axe, etc. Selon certaines formes d'exécution, la roue dentée ne comprend pas de moyeu et est par exemple posée mobile en rotation sur un support, par exemple sur une platine de mécanisme horloger. Selon d'autres formes d'exécution, la roue dentée fait partie d'un mobile monobloc comprenant par exemple un axe et/ou un pignon.
- Selon la forme d'exécution illustrée, à l'exception de trois zones de liaison 3 reliant la serge 4 au moyeu 2, la roue dentée 1 est complètement ajourée entre la serge 4 et le moyeu 2, plus précisément entre une périphérie intérieure 41 de la serge 4 et le support annulaire 21. Les trois zones de liaison 3 sont par exemple trois bras reliant la serge 4 au support annulaire 21 du moyeu 2. Les trois bras constituent par exemple trois rayons de la roue dentée 1. Les trois rayons sont de préférence régulièrement répartis sur la circonférence de la roue dentée 1, deux rayons adjacents formant entre eux un angle de 120°. Les trois zones de liaison 3 sont de préférence reliées au support annulaire 21 du moyeu 2, à distance des sommets du triangle formé par les bras flexibles 20, évitant ainsi que la déformation des bras flexibles 20 lors de l'insertion de l'axe 10 n'impacte significativement la position des zones de liaison 3 et donc la géométrie de la serge 4. D'autres formes de zones de liaison, par exemple de bras, sont cependant envisageables dans le cadre de l'invention, par exemple des bras suivant une ligne essentiellement hélicoïdale par rapport à l'axe 10 ou une large zone de liaison unique comme décrite plus bas en relation avec la forme d'exécution de la roue dentée illustrée à la
figure 2 . Le nombre, la forme et les dimensions des zones de liaison sont par exemple déterminés en fonction des contraintes auxquelles la roue dentée sera soumise au cours de l'utilisation à laquelle elle est destinée. Le nombre de zones de liaisons est cependant de préférence minimisé afin de limiter la quantité de matière constituant la roue dentée de l'invention tout en garantissant une tenue mécanique suffisante à la roue dentée. - Selon l'invention, dans les portions ajourées de la roue dentée 1, entre les zones de liaison 3, la serge 4 comprend sur sa périphérie intérieure 41 des encoches 6 à la base des dents 5. Selon l'invention, chaque portion ajourée de la roue dentée 1 s'étend sur un secteur de la serge 4 comprenant une pluralité de dents 5. De préférence, le profil des encoches 6 est similaire au profil des dents 5. Selon la forme d'exécution illustrée, la périphérie intérieure 41 est une courbe parallèle, ou courbe décalée, du profil de la denture extérieure 40. Dans les portions ajourées, la serge 4 est donc délimitée par deux courbes parallèles, le profil de la denture extérieure 40 et la périphérie intérieure 41, et forme ainsi une bande de largeur sensiblement constante qui suit le profil de la denture extérieure 40. Le décalage entre la denture extérieure 40 et la périphérie intérieure 41 est déterminé afin de conférer à la serge 4 une rigidité et/ou une résistance mécanique suffisante pour l'application à laquelle la roue dentée 1 est destinée.
- D'autres formes d'exécution sont possibles dans le cadre de l'invention. En particulier, la périphérie intérieure avec les encoches peut ne s'étendre que sur une partie de la ou des portions ajourées en fonction par exemple de l'inertie désirée de la roue dentée et/ou de l'équilibrage de la roue dentée et la coïncidence du centre de gravité avec le centre de l'axe de rotation de la roue dentée.
- Selon une autre forme d'exécution illustrée à la
figure 2 , la roue dentée 1 de l'invention est une roue dentée pour engrenage non circulaire comprenant un moyeu 2 décentré par rapport au centre géométrique de la serge 4. De manière similaire à la forme d'exécution décrite plus haut en relation avec lafigure 1 , le moyeu 2 comprend trois bras flexibles arrangés en triangle pour enserrer un axe qui serait inséré dans l'ouverture centrale du moyeu 2. - Selon cette forme d'exécution, la serge 4 est reliée au moyeu par une zone de liaison 3 unique située de préférence du côté du moyeu 2 le plus proche de la serge 4. La zone de liaison 3 relie par exemple deux sommets du triangle formé par les bras flexibles du moyeu 2 à la serge 4. La zone de liaison 3 recouvre par exemple une zone délimitée par la serge 4 et par une droite passant par le centre du moyeu 2, la droite passant par le centre du moyeu 2 étant de préférence perpendiculaire au rayon le plus court entre le moyeu 2 et la serge 4. La masse de la matière formant la zone de liaison 3 compense de préférence le déséquilibre généré par le décentrage du moyeu 2 par rapport au centre géométrique de la serge 4 en faisant coïncider le centre de gravité de la roue dentée 1 avec le centre de l'ouverture centrale du moyeu 2. De préférence, le reste de la roue dentée 1 est ajourée, de sorte que l'espace est vide entre le moyeu 2 et la serge 4 en dehors du secteur occupé par la zone de liaison 3. La roue dentée 1 illustrée à la
figure 2 comprend ainsi une unique portion ajourée qui s'étend sur un segment recouvrant plus de la moitié de la circonférence de la serge 4. - La serge 4 comprend sur sa périphérie extérieure des dents 5 qui forment une denture extérieure 40 de la roue dentée 1. Le profil de la denture extérieure 40 est par exemple un profil en développante de cercle. Selon l'invention, la périphérie intérieure 41 de la serge 4, qui délimite la serge 4 dans la portion ajourée de la roue dentée 1, comprend des encoches 6 à la base des dents 5. La périphérie intérieure 41 avec les encoches 6 est de préférence une courbe parallèle du profil de la denture extérieure 40. De préférence, les dents 5 à la base desquelles se trouvent des encoches 6 sont ajourées, le contour des ajours correspondant de préférence à la prolongation de la courbe décalée formant la périphérie intérieure 41 de la serge 4, comme illustré schématiquement par les pointillés à la
figure 2 . - La roue dentée de l'invention est de préférence une roue dentée plane formée par exemple à partir d'une plaque ou plaquette, ou par déposition de couches successives. La roue dentée 1 de l'invention est de préférence en silicium et/ou en oxyde de silicium, et réalisée par gravure ionique réactive profonde (deep reactive ion etching, DRIE). D'autres matériaux et d'autres procédés de fabrication sont cependant envisageables pour réaliser la roue dentée 1 de l'invention, comme par exemple de l'acier formé par usinage, un alliage de nickel formé par LIGA, ou tout autre matériau et/ou procédé de fabrication approprié.
- Selon l'invention, la roue dentée 1 est destinée à être intégrée à un mouvement horloger, par exemple un mouvement de chronographe, ou à tout autre mouvement horloger nécessitant une roue dentée de faible inertie pouvant par exemple tourner à grande vitesse en consommant un minimum d'énergie.
Claims (11)
- Roue dentée (1) pour mécanisme horloger comprenant une serge (4) avec des dents (5) formant une denture extérieure (40) de la roue dentée (1), la roue dentée (1) comprenant au moins une portion ajourée s'étendant sur un secteur de la serge (4) comprenant une pluralité de dents (5) et dans laquelle la serge (4) est délimitée par une périphérie intérieure (41) comprenant des encoches (6) à la base des dents (5).
- Roue dentée (1) selon la revendication précédente, dans laquelle la périphérie intérieure (41) est une courbe décalée de la denture extérieure (40).
- Roue dentée (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le profil de la denture extérieure (40) est un profil en développante de cercle.
- Roue dentée (1) selon la revendication précédente, dans laquelle les dents (5) sont ajourées.
- Roue dentée (1) selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre un moyeu (2) pour le montage de la roue dentée (1) sur un axe et au moins une zone de liaison (3) reliant la serge (4) au moyeu (2).
- Roue dentée (1) selon la revendication précédente, dans laquelle la périphérie intérieure (41) délimite la serge (4) sur toute la circonférence de la serge (4) à l'exception des portions reliées directement à la au moins une zone de liaison (3).
- Roue dentée (1) selon la revendication précédente, comprenant trois zones de liaison (3) sous la forme de bras.
- Roue dentée (1) selon l'une des revendications 5 à 7, dans laquelle le moyeu (2) est configuré pour enserrer un axe de manière élastique.
- Roue dentée (1) selon l'une des revendications 5 à 8, dans laquelle le centre du moyeu est décentré par rapport au centre géométrique de la roue dentée.
- Mécanisme horloger comprenant une roue dentée (1) selon l'une des revendications précédentes.
- Mécanisme horloger selon la revendication précédente, dans lequel le mécanisme horloger est un mécanisme de chronographe et la roue dentée (1) est une roue de compteur de fractions de seconde.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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| EP23155980.8A EP4414791A1 (fr) | 2023-02-10 | 2023-02-10 | Roue dentée a faible inertie |
Publications (1)
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|---|---|
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Family
ID=85225253
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| EP23155980.8A Pending EP4414791A1 (fr) | 2023-02-10 | 2023-02-10 | Roue dentée a faible inertie |
Country Status (1)
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| EP (1) | EP4414791A1 (fr) |
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2023
- 2023-02-10 EP EP23155980.8A patent/EP4414791A1/fr active Pending
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