FR2470266A1 - Hydraulic pump with spring valves - springs delay suction valve opening until after start of suction stroke - Google Patents
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Abstract
Description
Dans les pompes volumétriques à soupapes sur l'aspiration et le refoulement, les soupapes d'aspiration sont, ou bien commandées, ou bien automatiques. Dans ce dernier cas, le ressort qui les maintient en position pose beaucoup de problèmes
- stil exerce un faible effort, la soupape s'ouvre aisément lorsque les conditions de pression intérieure le lui permettent, mais elle est seulement capable de fonctionner à basse vitesse ; en effet aux vitesses élevées son temps de fermeture est trop long,
- s'il exerce l'effort nécessaire pour le fonctionnement aux vitesses habituelles, le ressort de maintien en position empéche généralement la soupape d'admission de s'ouvrir sous l'effet de la dépression créée par la pompe, qui est ainsi incapable de s'amorcer -tout au moins sans une pressurisation importante de l'aspiration.In positive displacement valve pumps on suction and discharge, the suction valves are either controlled or automatic. In the latter case, the spring that holds them in position poses many problems
- stil exerts a low effort, the valve opens easily when the internal pressure conditions allow it, but it is only capable of operating at low speed; indeed at high speeds its closing time is too long,
- if it exerts the force necessary for operation at usual speeds, the position-holding spring generally prevents the intake valve from opening under the effect of the vacuum created by the pump, which is thus incapable of prime - at least without significant pressurization of the suction.
C'est pourquoi, les pompes rapides ont généralement des dispositifs d'aspiration -notamment des soupapes commandés par le mouvement de la pompe. Dans de tels matériels, la position de chaque dispositif d'aspiration -en particulier de chaque soupape- ne dépend que de la position du piston correspondant et de la phase dans laquelle il se trouve. De tels dispositifs ont le grave inconvénient de provoquer, cylindre par cylindre, l'ouverture du dispositif d'aspiration au début de la course dtåspiration du piston correspon dant, ctest-à-dire à un moment où la chambre morte est encore à une pression très voisine de la pression de refoulement de la pompe.Cette chambre morte ayant habituellement un volume assez important, et la compressibilité des fluides véhiculés étant loin d'entre négligeable, l'énergie contenue dans la chambre morte est importante, et s'accroît avec la pression de fonctionnement de la pompe. La miso en communication de la chambre morte avec l'aspiration provoque donc une décompression brusque do ladite chambre morte, ce qui, non seulement constitue une perte d'énergie, mais accroit aussi sensiblement le bruit de fonctionnement de la pompe. This is why fast pumps generally have suction devices - in particular valves controlled by the movement of the pump. In such materials, the position of each suction device - in particular of each valve - only depends on the position of the corresponding piston and the phase in which it is located. Such devices have the serious drawback of causing, cylinder by cylinder, the opening of the suction device at the start of the suction stroke of the corresponding piston, that is to say at a time when the dead chamber is still at a pressure very close to the pump discharge pressure.This dead chamber usually having a fairly large volume, and the compressibility of the fluids being transported is far from negligible, the energy contained in the dead chamber is important, and increases with the operating pressure of the pump. The miso in communication of the dead chamber with the suction therefore causes a sudden decompression of said dead chamber, which not only constitutes a loss of energy, but also appreciably increases the operating noise of the pump.
On a déjà tenté de remédier a' ces inconvénients en prévoyant des moyens de mise en communication de ltaspiratiol. Attempts have already been made to remedy these drawbacks by providing means for communicating ltaspiratiol.
avec la chambre morte comportant un retard assurant une rela tive décompression de la chambre morte préalablement à cette mise en communication.with the dead chamber comprising a delay ensuring a relative decompression of the dead chamber prior to this connection.
C'est le cas, notamment avec des pompes à plateau biais qui comportent non des soupapes, mais une lunule gravée sur le plateau, la communication se faisant à travers le piston. On peut dès lors placer le début de la lunule de telle sorte que la communication n'ait lieu qu'après un temps de décompression. Mais pour les fortes pressions et les débits faibles - conditions rencontrées par exemple sur les pompes à cylindrée variable - cela conduirait à réduire la lunule dans des proportions excessives, la rotation nécessaire à la décompression avoisinant I804 ; de plus, pour les débits élevés obtenus , pour des raisons de compacité, par une grande course des pistons, la section de passage dans chaque piston est en général insuffisante, et cette solution devient de ce fait impraticable. This is the case, in particular with bias plate pumps which have not valves, but a lunula engraved on the plate, the communication being made through the piston. We can therefore place the start of the lunula so that communication takes place only after a decompression time. But for high pressures and low flow rates - conditions encountered for example on variable displacement pumps - this would lead to reducing the lunula in excessive proportions, the rotation necessary for decompression being around I804; in addition, for the high flow rates obtained, for reasons of compactness, by a large piston stroke, the passage section in each piston is generally insufficient, and this solution therefore becomes impractical.
La présente invention a pour objet une pompe volumétrique à soupapes sur l'aspiration, évitant les écueils que l'on vient d'indiquer. The present invention relates to a positive displacement valve pump on the suction, avoiding the pitfalls which have just been indicated.
Conformément à l'invention à chacun des pistons est associée une soupape d'aspiration, rappelée en position de fermeture par un ressort et repoussée vers la position d'ouverture par un effort antagoniste fonction de la position du piston et de la phase dans laquelle il se trouve, cet effort antagoniste atteignant pendant une partie au moins de la phase d'aspiration, une valeur supérieure à l'effort de rappel du ressort qui repousse la soupape vers sa position de fermeture. In accordance with the invention, each of the pistons is associated with a suction valve, returned to the closed position by a spring and pushed back to the open position by an opposing force depending on the position of the piston and the phase in which it is found, this opposing effort reaching during at least part of the suction phase, a value greater than the return force of the spring which pushes the valve towards its closed position.
Ainsi, dès que le mouvement de recul du piston aura permis à la chambre morte de se décomprimer suffisamment, la soupape pourra s'ouvrir sous l'effet de l'effort antagoniste. Thus, as soon as the recoil movement of the piston has allowed the dead chamber to decompress sufficiently, the valve may open under the effect of the opposing force.
On notera que cette décompression par le mouvement du piston s'accompagne évidemment d'une restitution d'énergie sur l'arbre dentraînement de la pompe. It will be noted that this decompression by the movement of the piston is obviously accompanied by a return of energy on the drive shaft of the pump.
Selon une forme de réalisation de l'invention, l'effort antagoniste est obtenu au moyen d'un ressort antagoniste comprimé par tout moyen, tel qu'une came, en fonction de la position du piston et pendant la phase d'aspiration. According to one embodiment of the invention, the opposing force is obtained by means of an opposing spring compressed by any means, such as a cam, depending on the position of the piston and during the suction phase.
1es caraetéristiques relatives < u ressort de rappel, du ressort antagoniste et de la came seront déterminées en fonction de la pression résiduelle au-delà de laquelle l'ou- verture de la soupape est désirée.-
On obtient ainsi une pompe volumétrique à soupape sur l'aspiration dont la soupape d'aspiration s'ouvre avec un retard variable par rapport au début de la phase d'aspiration du piston, ce retard s'adaptant automatiquement aux conditions de fonctionnement de la pompe (pression et débit) de telle sorte que l'aspiration s'ouvre lorsque la pression dans la chambre morte, mesurée par rapport à la pression de l'aspiration, tombe au-dessous d'une valeur prédéterminée qui sera, de préférence, inférieure à 15 bars, et de l'ordre de 3 à 5 bars.The relative characteristics of the return spring, the opposing spring and the cam will be determined as a function of the residual pressure beyond which the opening of the valve is desired.
A positive displacement valve pump is thus obtained, the suction valve of which opens with a variable delay relative to the start of the piston suction phase, this delay automatically adapting to the operating conditions of the pump (pressure and flow) so that the suction opens when the pressure in the dead chamber, measured in relation to the pressure of the suction, falls below a predetermined value which will preferably be less than 15 bars, and of the order of 3 to 5 bars.
Invention est applicable à des pompes volumétriques de différents types, et avec différents types de soupapes. The invention is applicable to positive displacement pumps of different types, and with different types of valves.
Elle est décrite ci-après, avec référence au dessin annexé sur lequel
La figure 1 illustre, en coupe schématique, son application à une pompe à plateau biais fixe et à barillet tournant
La figure 2 illustre, en coupe schématique, son application à une pompe à plateau biais tournant et à pistons fixes
La figure 3 illustre schématiquement, en perspective un profil de came adapté aux cas des pompes des figures 1 et 2
La figure 4 illustre, en coupe schématique, l'adap- tation de l'invention à une pompe à pistons radiaux
La figure 5 illustre un profil de came adapté à la pompe de la figure 4
Les figures 6, 7 et 8 illustrent des variantes de soupapes.It is described below, with reference to the attached drawing in which
Figure 1 illustrates, in schematic section, its application to a fixed bias plate pump and rotating barrel
FIG. 2 illustrates, in diagrammatic section, its application to a pump with rotating bias plate and fixed pistons
FIG. 3 schematically illustrates, in perspective, a cam profile adapted to the cases of the pumps of FIGS. 1 and 2
FIG. 4 illustrates, in diagrammatic section, the adaptation of the invention to a radial piston pump
Figure 5 illustrates a cam profile adapted to the pump of Figure 4
Figures 6, 7 and 8 illustrate variant valves.
Dans la figure 6, la soupape est du type à contact cône sur cane. In Figure 6, the valve is of the cone-to-cane contact type.
Dans la figure 7, la soupape est du type à bille. In Figure 7, the valve is of the ball type.
Dans la figure 8, la soupape est du type à contact plan sur plan. In Figure 8, the valve is of the plan-on-plan contact type.
La figure 9 est un graphique illustrant le ......... Figure 9 is a graph illustrating the .........
fonctionnement de ltinvention par les courbos caractéristlques de l'effort de rappel et de l'effort antagoniste
La figure 10 est une vue en plan du guide de la soupape d'aspiration des figures 1 et 2.operation of the invention by the characteristic curves of the restoring effort and the opposing effort
FIG. 10 is a plan view of the guide of the suction valve of FIGS. 1 and 2.
En se reportant à ces figures, on voit que la pompe selon l'invention, du type volumétrique, comporte des pistons 1 comprimant le fluide dans des chambres 2 auxquelles sont associés des conduits d'aspiration 3 et de refoulement 4. Referring to these figures, it can be seen that the pump according to the invention, of the volumetric type, comprises pistons 1 compressing the fluid in chambers 2 with which there are associated suction and discharge 4 conduits.
La figure 1 représente en coupe axiale une pompe à plateau biais fixe 5, les pistons 1 étant montés sur un barillet tournant 6 et ropoussés contre le plateau 5 avec interposition de plots coulissants 7. FIG. 1 shows in axial section a pump with a fixed bias plate 5, the pistons 1 being mounted on a rotating barrel 6 and pushed against the plate 5 with the interposition of sliding studs 7.
La figure 2 représente en coupe axiale partielle une pompe à plateau biais tournant 8, les pistons 1 étant montés sur un corps fixe 9 et repoussés contre le plateau 8 avec interposition de plots coulissants 7. FIG. 2 represents in partial axial section a pump with a rotating bias plate 8, the pistons 1 being mounted on a fixed body 9 and pushed against the plate 8 with the interposition of sliding studs 7.
La figure 4 représente en coupe axiale partielle une pompe à pistons radiaux actionnés par la came 10 montée sur l'arbre 21 do la pompe. Figure 4 shows in partial axial section a pump with radial pistons actuated by the cam 10 mounted on the shaft 21 do the pump.
Conformément à l'invention, à chaque piston 1 est associée une soupape d'aspiration 11 rappelée vers sa position de fermeture par un moyen élastique 12, tel qu'un ressert et subissant un effort antagoniste fonction de la position du piston et de la phase dans laquelle il se trouve, de telle sorte que cot effort soit supérieur à l'effort de rappel du ressort 12 pendant une partie au moins de la phase d'aspiration. Dans les exemples représentés, cet effort est appliqué par un ressort 13 comprime par la came 14 dont le profil est étudié en fonction des caractéristiques du ressort 13, de telle sorte que l'effort antagoniste réponde aux conditions ci-dessus exposées. According to the invention, each piston 1 is associated with a suction valve 11 returned to its closed position by an elastic means 12, such as a spring and undergoing an antagonistic force depending on the position of the piston and the phase in which it is located, so that cot effort is greater than the return force of the spring 12 during at least part of the suction phase. In the examples shown, this force is applied by a spring 13 compressed by the cam 14 whose profile is studied as a function of the characteristics of the spring 13, so that the opposing force meets the conditions described above.
De préférence, la came 14 ot le ressort 13 sont déterminés de telle sorte que l'effort antagoniste soit suporieur à l'effort de rappel pondant la quasi totalité de la course d'aspiration du piston. Preferably, the cam 14 and the spring 13 are determined so that the opposing force is greater than the restoring force laying down almost all of the suction stroke of the piston.
De préférence, la came 14 et le ressort 13 sont calculés do telle sorte que, pendant la phase d'aspiration, l'effort antagoniste surpasse l'effort de rappel dtune quantité propre à équilibrer une surpression dans la chambre morte inférieure à 15 bars et de préférence de l'ordre de 3 à 5 bars. Preferably, the cam 14 and the spring 13 are calculated so that, during the suction phase, the opposing force exceeds the return force by an amount suitable for balancing an overpressure in the dead chamber of less than 15 bars and preferably of the order of 3 to 5 bars.
Le fonctionnement est le suivant
Pendant la phase de compression, la soupape 11 est rappelée normalement par le ressort 12, ce rappel élastique, convenablement calculé, permettant, de façon connue, le fonctionnement de la pompe aux vitesses élevées.The operation is as follows
During the compression phase, the valve 11 is normally returned by the spring 12, this elastic return, suitably calculated, allowing, in known manner, the operation of the pump at high speeds.
Pendant la phase d'aspiration, la came 14 repousse la bille 15 et, de ce fait, comprime le ressort 13, qui exerce alors sur la soupape 11 un effort antagoniste supérieur à celui du ressort 12. Dès lors, aussitôt que la pression dans la chambre morte 2 tombe au-dessous d'une valeur correspondant à la différence de ces efforts opposés, la soupape s'ouvre. During the suction phase, the cam 14 pushes back the ball 15 and, therefore, compresses the spring 13, which then exerts on the valve 11 an antagonistic force greater than that of the spring 12. Consequently, as soon as the pressure in the dead chamber 2 falls below a value corresponding to the difference of these opposite forces, the valve opens.
il en résulte, dune part, que l'en a évité une décompression brutale telle qu'une décompression de 400 bars à zéro, et remplacé cette décompression brutale par une décompression faible, de l'ordre de 3 à 5 bars à zéro par exemple, ce qui est pratiquement négligeable tant du point de vue énergétique que du point de vue du niveau sonore. it follows, on the one hand, that it has avoided a brutal decompression such as a decompression of 400 bars at zero, and replaced this brutal decompression by a weak decompression, of the order of 3 to 5 bars at zero for example , which is practically negligible both from an energy point of view and from a noise level point of view.
On observera d'autre part, qu'avec le dispositif de l'invention l'ouverture de la soupape d'aspiration se produit lorsque la surpression dans la chambre morte est tombée au-dessous d'une valeur prédéterminée, ce qui se produit à un moment variable selon les conditions de fonctionnement de la pompe : ainsi, aux forts débits, ce moment aura lieu avec un retard faible sur le début de la phase d'aspiration tandis qu'aux fortes pressions et faibles débits, ce retard pourra etre voisin de 1800. On the other hand, it will be observed that, with the device of the invention, the opening of the suction valve occurs when the overpressure in the dead chamber has fallen below a predetermined value, which occurs at a variable moment depending on the operating conditions of the pump: thus, at high flow rates, this moment will take place with a slight delay at the start of the suction phase while at high pressures and low flow rates, this delay may be close from 1800.
Autrement dit, le retard à l'ouverture de l'aspiration s'adapte automatiquement aux conditions de fonctionnement de la pompe. In other words, the delay in opening the suction automatically adapts to the operating conditions of the pump.
Les figures 6, 7 et 8 montrent que la soupape d'aspiration peut être realisée de diverses façons sans que cela influe sur la nature de l'invention. Dans la figure 6, la soupape est du type à contact cône sur cône, dans la ..... Figures 6, 7 and 8 show that the suction valve can be made in various ways without this affecting the nature of the invention. In Figure 6, the valve is of the cone-on-cone type, in the .....
figure 7 elle est du type à bille et dans la figure 8 elle est du type à contact plan sur plan.Figure 7 it is of the ball type and in Figure 8 it is of the plan contact on plan type.
Dans les différentes figures, le ressort 13 est comprimé par la came 14 par l'intermédiaire d'une bille 15. In the various figures, the spring 13 is compressed by the cam 14 by means of a ball 15.
D'autres moyens peuvent être employés, par exemple, un sabot coulissant sur la came. La bille 15 n'est qu'un intermédiaire à la portée de l'homme de l'art pour transmettre au ressort 13 l'action de la came 14.Other means can be used, for example, a shoe sliding on the cam. The ball 15 is only an intermediary within the reach of those skilled in the art for transmitting the action of the cam 14 to the spring 13.
De môme, le ressort 13 et la came 14 peuvent être remplacés par tout moyen équivalent permettant d'appliquer à la soupape 11 un effort antagoniste, ayant les caractéristiques spécifiées. En particulier, on peut employer un moyen pneumatique ou oléopneumatique. Le système à came et ressort est toutefois préféré pour sa simplicité. Likewise, the spring 13 and the cam 14 can be replaced by any equivalent means making it possible to apply to the valve 11 an opposing force, having the specified characteristics. In particular, a pneumatic or oleopneumatic means can be used. The cam and spring system is however preferred for its simplicity.
La figure 3 illustre un profil de came convenant au cas des figures 1 et 2. La partie surélevée de la came, correspondant à l'effort antagoniste occupera an moins une partie de la zone correspondant à la phase d'aspiration et la courbe de levée pourra être établie de différentes façons. FIG. 3 illustrates a cam profile suitable for the case of FIGS. 1 and 2. The raised part of the cam, corresponding to the opposing force, will occupy at least part of the zone corresponding to the suction phase and the lifting curve. can be established in different ways.
Dans ltexempJe représenté, cette levée est formée d'un palier de hauteur constante mais l'invention n'est pas limitée à cette disposition. In the illustrated embodiment, this lift is formed by a bearing of constant height, but the invention is not limited to this arrangement.
Dans le cas de la figure 1, la came 14 est fixe et calée en position angulaire par rapport au corps de pompe 20 par l'organe 16. In the case of FIG. 1, the cam 14 is fixed and locked in angular position relative to the pump body 20 by the member 16.
Dans le cas de la figurc 2, la came 14 tourne avec le plateau. Elle est calée en position angulaire par l'organe 17. In the case of FIG. 2, the cam 14 rotates with the plate. It is wedged in angular position by the member 17.
Dans le cas de la figure 4, la came 14 peut être portée par l'arbre 21 qui porte la came 10 actionnant les pistons -son profil est illustré figure 5. In the case of FIG. 4, the cam 14 can be carried by the shaft 21 which carries the cam 10 actuating the pistons - its profile is illustrated in FIG. 5.
La figure 9 illustre le jeu des ressorts antagonistes 12 et 13. FIG. 9 illustrates the play of the opposing springs 12 and 13.
La courbe caractéristique du ressort 12 est repue sentée en OI le système de coordonnées 1 xl O1 F1. Les abcisses représentent la flèche du ressort et les ordonnées lef- fort de rappel. Au point C correspondant à la position de fermeture de la soupape 11, l'effort de rappel est donc ..... The characteristic curve of the spring 12 is reputed felt in OI the coordinate system 1 xl O1 F1. The abscissae represent the arrow of the spring and the ordinates the strong return. At point C corresponding to the closed position of the valve 11, the return force is therefore .....
représenté par le segment CA. En 19 est figuré l'effort maximum possible, lorsque les spires du ressort sont jointives.represented by the CA segment. In 19 is shown the maximum possible force, when the turns of the spring are contiguous.
La courbe caractéristique du ressort antagoniste est figurée en 02-T par rapport aux axes Ox2 F2* Les abeisses représentent la flèche du ressort et les ordonnées l'effort antagoniste. The characteristic curve of the opposing spring is shown in 02-T with respect to the axes Ox2 F2 * The bees represent the arrow of the spring and the ordinates the opposing effort.
Pendant la phase de refoulement du piston, la soupape est rappelée par l'effort CA qui se superpose à la pression P qui s'exerce sur la surface S de la soupape. Pendant cette phase, l'effort antagoniste a la valeur ca, inférieure à CA. A la fin de la phase de refoulement, l'effort antagoniste est brusquement accru par l'action de la came 14 sur le ressort t3 qui correspond à une augmentation de flèche de ce ressort ; l'effort antagoniste prend la valeur
CT supérieure à CA.During the piston discharge phase, the valve is recalled by the force CA which is superimposed on the pressure P which is exerted on the surface S of the valve. During this phase, the opposing force has the value ca, less than CA. At the end of the delivery phase, the opposing force is suddenly increased by the action of the cam 14 on the spring t3 which corresponds to an increase in the deflection of this spring; the antagonistic effort takes the value
CT greater than CA.
Si la pression P est nulle, la soupape s'ouvre immédiatement. Si la pression P est élevée la soupape ne swouvre pas, le piston commence sa course de recul et la décompression de la chambre morte se produit, avec une action motrice sur l'arbre de la pompe. Lorsque la pression
P est tombée à une valeur p telle que
p = (CT) - (C1) ; (CT) et (CA) representent les valeurs
S absolues de CT et CA la soupape s'ouvre et met le cylindre du piston en communication avec le réservoir.Les valeurs des efforts CA, ca et
CT ne dépendent que des caractéristiques choisies pour les ressorts et la came et peuvent être fixées à toutes valeurs préférées : l'homme de l'art déterminera de préférence les caractéristiques des ressorts 12 et 13 ainsi que de la came 14 de telle manière que
10) (CA)-(ca) représente un effort permettant à la soupape de se refermer assez rapidement pour le fonctionnement à la vitesse désirée.If the pressure P is zero, the valve opens immediately. If the pressure P is high the valve does not open, the piston begins its recoil stroke and the decompression of the dead chamber occurs, with a driving action on the pump shaft. When the pressure
P has fallen to a value p such that
p = (CT) - (C1); (CT) and (CA) represent the values
Absolutes of CT and CA the valve opens and puts the piston cylinder in communication with the tank. The values of the forces CA, AC and
CT depend only on the characteristics chosen for the springs and the cam and can be set to any preferred values: the person skilled in the art will preferably determine the characteristics of the springs 12 and 13 as well as of the cam 14 so that
10) (CA) - (ca) represents a force allowing the valve to close quickly enough for operation at the desired speed.
20) (CT)-(CA) soit, par exemple, inférieur à 15 bars ''S et, de préférence, de l'ordre de 3 à 5 bars. 20) (CT) - (CA) is, for example, less than 15 bars '' S and, preferably, of the order of 3 to 5 bars.
La mise en communication avec le réservoir fait que la pression dans le cylindre tombe à zéro, et que la ....... The communication with the tank causes the pressure in the cylinder to drop to zero, and the .......
soupape poursuit sa levée. Le ressort 12 se comprime, le ressort 13 se détend et la levée s'arrête lorsque leurs deux efforts sont étaux. Cela s'obtient géométriquement en traçant une droite entre le point I, intersection des droites 01A et T02 , et le point M, milieu du segment AT. L'intersection F de la droite MI avec l'axe 01021 correspond à l'ar rêt de la levée, qui est ainsi égale à la longueur CF. valve continues to lift. The spring 12 is compressed, the spring 13 relaxes and the lifting stops when their two forces are equal. This is obtained geometrically by drawing a line between point I, intersection of lines 01A and T02, and point M, middle of segment AT. The intersection F of the straight line MI with the axis 01021 corresponds to the end of the levee, which is thus equal to the length CF.
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FR2470266A1 true FR2470266A1 (en) | 1981-05-29 |
FR2470266B1 FR2470266B1 (en) | 1982-07-30 |
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ID=9232077
Family Applications (1)
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FR7929037A Granted FR2470266A1 (en) | 1979-11-26 | 1979-11-26 | Hydraulic pump with spring valves - springs delay suction valve opening until after start of suction stroke |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1979-11-26 FR FR7929037A patent/FR2470266A1/en active Granted
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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FR2470266B1 (en) | 1982-07-30 |
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