FR2862271A1 - Bicycles wheel driving device for use by cyclist, has two extended cranks vertically displaced in opposite direction by certain degrees, by vertical movement of two pedals, to alternatively drive dual gear that drives axles of plates - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif d'entraînement de roue deThe present invention relates to a wheel drive device of
vélo, destiné à remplacer le pédalier traditionnel des bicyclettes. bicycle, intended to replace the traditional pedal of the bicycles.
Il existe des centaines de millions de vélos dans le monde qui d'ailleurs utilisent pratiquement tous la même architecture et les mêmes principes globalement satisfaisants. Des milliers de personnes ont souhaité apporter des modifications plus ou moins intéressantes dont très peu ont réussi à s'imposer. Toutefois, du fait de l'immense marché, on constate régulièrement que des aménagements particuliers apportent un plus à un certain. nombre d'utilisateurs spécifiques, dans le cadre d'applications particulières. There are hundreds of millions of bicycles in the world, all of which use almost all the same architecture and the same globally satisfactory principles. Thousands of people wanted to make more or less interesting changes that very few have managed to impose. However, because of the huge market, it is regularly noted that special arrangements bring a plus to a certain. number of specific users, in the context of particular applications.
Le dispositif selon l'invention souhaite réduire les mouvements de la jambe du cycliste tout en lui offrant une plus grande efficacité. Lorsque l'on regarde pédaler un cycliste on constate que son pied décrit un 1 0 cercle puisqu'il est posé sur la pédale à l'extrémité de la manivelle. Ceci impose un travail important des articulations de la cheville, du genou, de la hanche. De nombreux muscles sont sollicités mais ils ne travaillent pas dans des conditions optimum. On constate que le principe même du pédalier n'est efficace que sur une faible partie de la rotation à savoir environ un tiers (120 ) En dehors de cette zone, soit la pédale remonte (180 ) soit le couple est trop faible (0 à %2) puisque l'axe de la pédale n'est pas assez excentré pour que le levier soit intéressant. Ainsi le dispositif proposé souhaite apporter une solution à ces deux problèmes majeurs. 11 permet de réduire le déplacement de la pédale donc du pied et de ne porter son effort que sur une zone où le couple est de 1 à 1,4 fois supérieur au système traditionnel pour un déplacement vertical identique à savoir 34 cm environ pour un vélo standard. Quant au déplacement horizontal, il est réduit à une zone de 7 cm de large au lieu de 34 cm. On constate un gain important de puissance qui impose d'ailleurs d'utiliser des 2 0 rapports de pignons différents et un grand plateau plus important, même si avec le pédalier traditionnel l'effort est porté sur 120 de rotation avec un couple de 1à 0,5 ( MC = MB f 2) alors qu'avec le présent dispositif l'effort est porté sur seulement 90 , mais avec un couple de là 1.4. Ces rapports peuvent évidemment être modifiés en fonction de l'allongement de la manivelle et du débattement vertical désiré. The device of the invention wishes to reduce the movements of the leg of the cyclist while offering greater efficiency. When we look at pedaling a cyclist we see that his foot describes a 1 0 circle since it is placed on the pedal at the end of the crank. This imposes an important work of the joints of the ankle, the knee, the hip. Many muscles are used but they do not work under optimum conditions. It is found that the very principle of the pedal is effective only on a small part of the rotation namely about a third (120) Outside this area, either the pedal goes up (180) or the torque is too low (0 to % 2) since the axis of the pedal is not eccentric enough for the lever to be interesting. Thus the proposed device wishes to provide a solution to these two major problems. 11 makes it possible to reduce the displacement of the pedal and therefore of the foot and to only apply its force to an area where the torque is 1 to 1.4 times greater than the traditional system for an identical vertical displacement, namely about 34 cm for a bicycle standard. As for the horizontal displacement, it is reduced to an area of 7 cm wide instead of 34 cm. There is a significant gain in power which also requires the use of gear ratios of different gears and a larger plateau, even if with the traditional pedal the effort is carried on 120 rotation with a couple of 1 to 0 , 5 (MC = MB f 2) whereas with the present device the effort is focused on only 90, but with a torque of there 1.4. These ratios can obviously be modified according to the lengthening of the crank and the desired vertical deflection.
Le dispositif selon l'invention dans la version présentée correspondant aux conditions précitées, est constitué 2 5 de deux manivelles rallongées, 24 cm au lieu de 17 pour un vélo standard, articulées chacune aux extrémités latérales de l'axe du pédalier. Chaque manivelle(l) a un débattement de 90 environ, à savoir 45 de part et d'autre de l'horizontale. L'une descend pendant que l'autre remonte, leur mouvement étant asservi à un dispositif de synchronisation comportant un couple de torsion(6) qui tend à les ramener vers une position d'équilibre horizontale produisant un confort de pédalage indispensable et agréable. Ce couple de torsion 3 0 sera plus ou moins important en fonction du poids et des souhaits de l'utilisateur ce qui permet d'ailleurs de réduire à volonté l'amplitude des débattements en dessous des 90 prévus pour ceux qui le souhaitent. The device according to the invention in the presented version corresponding to the aforementioned conditions, consists of two extended cranks, 24 cm instead of 17 for a standard bike, each articulated at the lateral ends of the crank axle. Each crank (1) has a travel of about 90, namely 45 on either side of the horizontal. One goes down while the other goes up, their movement being controlled by a synchronization device having a torque (6) which tends to bring them back to a horizontal equilibrium position producing a pedaling comfort essential and pleasant. This torsional torque 30 will be more or less important depending on the weight and the wishes of the user which also allows to reduce at will the amplitude of the deflections below 90 expected for those who wish.
Les manivelles entraînent alternativement, lors de leur descente, une double roue libre(14) qui entraîne elle-même l'axe sur lequel est fixé les plateaux(4) qui eux-mêmes entraînent de façon classique les pignons de la roue arrière. Les diamètres des plateaux auront été adaptés pour prendre en compte à la fois le fait que le 3 5 couple est plus important de 1 à 1,4 fois supérieur au couple maximum d'un pédalier classique et le fait que cet effort est fourni sur seulement 90 de rotation. The cranks alternately drive, during their descent, a double freewheel (14) which itself drives the axis on which is fixed the plates (4) which themselves drive in a conventional manner the pinions of the rear wheel. The diameters of the trays will have been adapted to take into account both the fact that the torque is greater from 1 to 1.4 times greater than the maximum torque of a conventional pedal and the fact that this effort is provided on only 90 rotation.
2862271 --2 Ce nouveau type d'entraînement engendre une cascade de modifications encadrées par un ensemble de contraintes techniques (diamètres maxi et mini, longueur, épaisseur, résistance, couple, angle, position, poids, etc.). Depuis quelques années les VTT présentent une large variété d'originalités en ce qui concerne la structure des cadres articulés et il sera donc très facile d'y introduire ce nouveau système. Ainsi, l'allongement des manivelles de 17cm à 24 cm (ou autre) impose une modification du cadre en particulier le recul de l'axe du pédalier et par conséquent l'augmentation de la distance entre la roue avant et la roue amère. La pédale(2) de droite ne faisant plus un tour complet, il deviendrait possible de placer les plateaux(4) à l'extérieur de la manivelle sans que la chaîne soit accrochée par la pédale mais cela risque d'être gênant car trop près de la jambe du cycliste. Pourtant la présence des plateaux entre les manivelles gêne l'installation du dispositif d'asservissement du mouvement alternatif des manivelles(1). Par souci de simplicité de réalisation, la version présentée ici propose d'implanter l'axe des plateaux (simple double ou triple) plus haut sur le tube de cadre(5) allant de la selle au pédalier(3). Les deux axes sont alors reliés par une chaîne allant de la double roue libre(14) entraînée par les manivelles à un simple pignon(8)( ou un autre roue libre) placé à l'autre extrémité de ce nouvel axe des plateaux. 2862271 --2 This new type of drive generates a cascade of modifications framed by a set of technical constraints (maximum and minimum diameters, length, thickness, resistance, torque, angle, position, weight, etc.). In recent years mountain bikes have a wide variety of originalities in the structure of articulated frames and it will be very easy to introduce this new system. Thus, the lengthening of the cranks from 17 cm to 24 cm (or other) requires a modification of the frame in particular the recoil of the crank axle and consequently the increase in the distance between the front wheel and the bitter wheel. The pedal (2) right no longer a full turn, it would become possible to place the trays (4) outside the crank without the chain is hooked by the pedal but it may be embarrassing because too close of the cyclist's leg. However the presence of the plates between the cranks hinders the installation of the servo device of the reciprocating movement of the cranks (1). For the sake of simplicity of realization, the version presented here proposes to implant the axis of the trays (single double or triple) higher on the frame tube (5) from the saddle to the pedal (3). The two axes are then connected by a chain from the double free wheel (14) driven by the cranks to a single pinion (8) (or another free wheel) placed at the other end of this new axis of the trays.
1 5 Le dispositif d'asservissement du mouvement alternatif inverse des manivelles peut être de nature diverse, seule son efficacité compte. Ainsi il peut être constitué d'une poulie, d'une roue dentée ou d'une simple tige métallique en pivotement sur un axe vertical. Une pièce métallique(12) fixée perpendiculairement, à la base des manivelles donc pivotant avec elles, déplace une biellette(11) ou un câble qui lui-même fait pivoter l'axe de la poulie ou du pignon. Cet axe étant asservi à un couple de torsion(6), le mouvement des manivelles se 2 0 trouve. ainsi contrôlé. Le couple de torsion peut être constitué par un cylindre d'élastomère(6) bloqué à une extrémité, ou par un système de ressorts ou autre. Dans la version présentée, le dispositif d'asservissement est constitué par une simple bascule(23) dont l'axe(16) de pivotement est horizontal et fixé directement sur le tube de support du pédalier. Le fait d'appuyer sur une manivelle fait remonter l'autre. De la même manière l'axe de pivotement de la bascule est asservi à un couple de torsion inséré dans le tube horizontal, lequel 2 5 tend à ramener la bascule donc les manivelles vers une position d'équilibre horizontale. The device for controlling the reciprocating movement of the cranks can be of a different nature, only its efficiency matters. Thus it may consist of a pulley, a toothed wheel or a simple metal rod pivoting on a vertical axis. A metal piece (12) fixed perpendicularly to the base of the cranks and pivoting with them, moves a rod (11) or a cable which itself rotates the axis of the pulley or pinion. This axis being slaved to a torsion torque (6), the movement of the cranks is found. thus controlled. The torsion torque may be constituted by an elastomer cylinder (6) blocked at one end, or by a system of springs or the like. In the version shown, the servo device is constituted by a simple rocker (23) whose pivot axis (16) is horizontal and fixed directly to the support tube of the pedal. Pressing one crank lifts the other. Similarly, the pivot axis of the rocker is controlled by a torsion torque inserted into the horizontal tube, which tends to return the rocker and thus the cranks to a position of horizontal equilibrium.
Les dessins annexés illustrent l'invention. The accompanying drawings illustrate the invention.
La figure 1 représente la différence entre le système de pédalier classique et le dispositif proposé. La pédale(2) fait une rotation complète pour un effort efficace sur environ 120 . Avec la présente invention, la manivelle(1) rallongée, pour un déplacement vertical de même amplitude et un déplacement horizontal de 3 0 7cm au lieu de 34 cm offre un couple de 1 à 1,4 fois supérieur au couple maxi offert par le système classique (MA=MBx1,4). Figure 1 shows the difference between the conventional crank system and the proposed device. The pedal (2) makes a complete rotation for an effective effort on about 120. With the present invention, the lengthened crank (1) for a vertical displacement of the same amplitude and a horizontal displacement of 30 cm instead of 34 cm offers a torque of 1 to 1.4 times greater than the maximum torque offered by the system. classical (MA = MBx1,4).
La figure 2 représente l'axe des plateaux qui ici est séparé de celui du pédalier et qui est implanté plus haut, sur le tube du cadre(5) entre la selle et le pédalier. Il comporte les plateaux(4) d'un côté et un pignon(8) ou roue libre relais de t'autre. Figure 2 shows the axis of the plates which here is separated from that of the pedal and which is located higher on the frame tube (5) between the saddle and the pedal. It comprises the trays (4) on one side and a pinion (8) or relay free wheel of the other.
3 5 La figure 3 représente une possibilité de réaliser un dispositif d'asservissement des mouvements inverses des deux manivelles avec un couple de torsion incorporé sur l'axe de la bascule laquelle est reliée à chaque manivelle par une bieilette(11). FIG. 3 shows a possibility of producing a device for controlling the reverse movements of the two cranks with a torsion torque incorporated on the axis of the rocker which is connected to each crank by a small lever (11).
La figure 4 représente une manivelle rallongée selon l'invention équipée d'un appendice(10) à lucarne dans laquelle se déplace l'extrémité du bras(24) de la bascule qui la fait remonter lorsque l'autre manivelle descend puis l'aide à redescendre jusqu'à la position d'équilibre horizontale du fait de l'effort rendu par le couple de torsion qui se rajoute à celui du cycliste sur une demi hauteur ce qui contribue à réguler les efforts alternatifs sur la double roue libre. FIG. 4 shows an extended crank according to the invention equipped with an appendage (10) with skylight in which moves the end of the arm (24) of the rocker which makes it go up when the other crank goes down then the help down to the position of horizontal equilibrium due to the effort made by the torsion torque which is added to that of the cyclist on a half height which helps to regulate the alternating forces on the double freewheel.
La figure 5 représente une bicyclette modifiée comportant la présente invention avec les aménagements qu'elle impose. FIG. 5 shows a modified bicycle comprising the present invention with the modifications it imposes.
La figure 6 représente en coupe selon les axes l'ensemble du dispositif, à savoir les manivelles rallongées(1) et leur pédale(2), leur bague(9) permettant le déplacement sans frottement des bras(24) de la bascule, leur fixation sur l'axe du pédalier, 1es roulements à billes(7) possibles, la double roue libre(14) avec sa couronne crantée(18) et ses cliquets(19) sur le double moeu, solidaire pour moitié des deux manivelles qui l'entraînent alternativement l'une après l'autre. La denture(17) de cette double roue libre(14) entraîne la chaîne de liaison la reliant au pignon(8) de l'axe des plateaux. Les pièces cylindriques intermédiaires(20) entre les manivelles et la double roue libre sont insérées dans le tube horizontal du pédalier à la base du 1 5 cadre(5). Sur ce tube est soudé perpendiculairement le tube de support de l'axe(16) de la bascule d'asservissement des mouvements inverses des manivelles. A son extrémité, cet axe supporte le bouchon(I5) du tube avec son écrou de fixation(21), mais surtout il sert d'ancrage(13) fixe au dispositif du couple de torsion qui est ici un simple cylindre d'élastomère(6). L'autre face de ce cylindre est ancré(13) dans la bascule(23). Celle-ci comporte deux bras(24) sur lesquelles les manivelles(1) sont en appui. Des bagues 2 0 (9)évitent les frottements du fait du déplacement relatif du point de contact avec les manivelles. Le pivotement sans effort de cette bascule est permis grâce à un roulement à billes(7) sur lequel elle est fixée et qui enserre l'axe fixe(16). FIG. 6 is a sectional view along the axes of the entire device, namely the extended cranks (1) and their pedal (2), their ring (9) allowing frictionless movement of the arms (24) of the rocker, their fixing on the axis of the pedal, the ball bearings (7) possible, the double freewheel (14) with its notched crown (18) and its pawls (19) on the double moeu, integral half of the two cranks which l 'drive alternately one after the other. The toothing (17) of this double freewheel (14) drives the connecting chain connecting it to the pinion (8) of the axis of the plates. The intermediate cylindrical pieces (20) between the cranks and the double freewheel are inserted into the horizontal tube of the crankset at the base of the frame (5). On this tube is welded perpendicularly the support tube of the axis (16) of the servocontrol of the reverse movements of the cranks. At its end, this shaft supports the stopper (I5) of the tube with its fixing nut (21), but above all it acts as anchoring (13) fixed to the device of the torsion torque which is here a simple cylinder of elastomer ( 6). The other face of this cylinder is anchored (13) in the rocker (23). This comprises two arms (24) on which the cranks (1) are supported. Rings (9) prevent friction due to relative movement of the crank contact point. The effortless pivoting of this rocker is allowed thanks to a ball bearing (7) on which it is fixed and which encloses the fixed axis (16).
La figure 7 représente la bascule(23) de face c'est à dire perpendiculairement à son axe(16) de rotation, avec les manivelles(1) en appui sur ses bras(24) et ce, en position d'équilibre et dans les deux 2 5 positions extrêmes des manivelles en débattement maximum. Ceci permet de comprendre l'intérêt des bagues(9). Les bords de l'ouverture réalisée dans le tube support pour permettre le débattement de la bascule, sont renforcés(22) afin de servir éventuellement de butée d'arrêt de manière à ce que les manivelles, malgré le couple de torsion n'aient pas un débattement supérieur à 90 c'est à dire 34cm au niveau des pédales. FIG. 7 shows the face rocker (23), ie perpendicular to its axis (16) of rotation, with the cranks (1) resting on its arms (24) and in equilibrium position and in the two extreme positions of the cranks in maximum travel. This makes it possible to understand the interest of the rings (9). The edges of the opening made in the support tube to allow the movement of the rocker, are reinforced (22) to optionally serve as a stopper so that the cranks, despite the torsional torque have not a travel greater than 90 ie 34cm at the pedals.
En référence à ces dessins le dispositif comporte deux manivelles(1) rallongées d'environ 7 cm pour un vélo standard correspondant aux caractéristiques précédemment énoncées. Ces manivelles sont fixées chacune sur une pièce cylindrique(20) traversée en son centre par l'axe du pédalier(3). La double roue libre(14) étant positionnée à gauche, la couronne(20) de droite sera évidemment plus longue de la longueur du tube du cadre destiné à supporter ce pédalier. Ces deux pièces(20) sont solidaires chacune d'une face de 3 5 la double roue fibre(14) ce qui fait que le moyeu(19) en deux parties indépendantes de cette double roue libre sera entraîné dans le sens positif soit par l'une soit par l'autre. Chacune des deux parties indépendantes et symétriques de ce moyeu comporte des cliquets(19) qui accrochent la double couronne crantée(18) à l'extérieur de laquelle se trouve la denture classique(17) pour chaîne de vélo. Des roulements à billes(7) permettent la rotation sans frottement de ces différents éléments. Contrairement aux pédaliers traditionnels, l'axe central(3) ne transmet aucun effort relatif à l'entraînement de la chaîne. II ne sert que de support et de fixation(21) à cet ensemble d'éléments. With reference to these drawings the device comprises two cranks (1) lengthened by about 7 cm for a standard bike corresponding to the characteristics previously stated. These cranks are each fixed on a cylindrical piece (20) traversed at its center by the axis of the pedal (3). Since the double freewheel (14) is positioned on the left, the crown (20) on the right will obviously be longer than the length of the frame tube intended to support this pedal. These two parts (20) are each integral with one face of the double fiber wheel (14) so that the hub (19) in two independent parts of this double freewheel will be driven in the positive direction either by the one by the other. Each of the two independent and symmetrical parts of this hub comprises pawls (19) which hook the double toothed ring (18) outside which is the conventional toothing (17) for bicycle chain. Ball bearings (7) allow frictionless rotation of these different elements. Unlike traditional pedals, the central axis (3) does not transmit any effort relative to the drive of the chain. It only serves as support and attachment (21) to this set of elements.
Perpendiculairement au tube de support du pédalier, est soudé l'axe de support(16) de la bascule(23) et du couple de torsion(6) c'est à dire du dispositif d'asservissement des débattements des manivelles. A la base de cet axe est installé un roulement à billes permettant le basculement symétrique sans effort des bras(24) de la bascule sur lesquels reposent les manivelles. Sous les manivelles se trouve un appendice(10) 0 générant une lucarne correspondant à l'espace de déplacement du bras de la bascule de manière à ce que celui-ci puisse appuyer pour faire redescendre la manivelle vers sa position d'équilibre horizontale lorsque le dispositif de torsion restitue l'effort qui lui avait été fourni précédemment, en même temps qu'il fait remonter l'autre manivelle. Des bagues(9) sont installées autour des manivelles et de leur appendice, et autour de l'extrémité des bras de la bascule afin d'éviter les efforts de frottements aux endroits des contacts entre ces pièces dont les déplacements relatifs pourraient à l'usage poser problème. Sur cette bascule, des pointes(13) d'ancrage permettent la fixation du cylindre d'élastomère(6) servant à générer un couple de torsion sur 45 dans chaque sens. En plus du couple de torsion les bords renforcés du tube enveloppant ce dispositif peuvent servir à limiter le débattement des manivelles à 90 . La face avant du cylindre d'élastomère est ancrée sur le disque servant de bouchon(15) à ce tube et est fixée de façon rigide à l'extrémité de l'axe(16). Perpendicularly to the support tube of the crankset is welded the support shaft (16) of the rocker (23) and the torsion torque (6) that is to say the device for controlling the movements of the cranks. At the base of this axis is installed a ball bearing for symmetrically tilting effortless arms (24) of the rocker on which the cranks rest. Under the cranks is an appendage (10) 0 generating a skylight corresponding to the movement space of the arm of the rocker so that it can press to lower the crank to its horizontal equilibrium position when the torsion device restores the effort that had been previously provided, at the same time that it makes up the other crank. Rings (9) are installed around the cranks and their appendage, and around the end of the arms of the rocker to avoid the frictional forces at the places of contact between these parts whose relative movements could be used problematic. On this rocker, anchoring points (13) allow the fixing of the elastomer cylinder (6) for generating a torsion torque of 45 in each direction. In addition to the torsion torque the reinforced edges of the tube wrapping this device can be used to limit the movement of the cranks to 90. The front face of the elastomeric cylinder is anchored to the plug disk (15) to this tube and is rigidly attached to the end of the axis (16).
2 0 L'intensité du couple de torsion est modifiable ou facilement remplacé par l'utilisateur afin de lui permettre de réduire à sa demande l'amplitude des débattement des deux manivelles. The intensity of the torsion torque is modifiable or easily replaced by the user in order to enable him to reduce at his request the amplitude of the movements of the two cranks.
D'autres dispositifs fournissant un couple de torsion associés à d'autres systèmes d'asservissement des débattements des manivelles peuvent évidemment être utilisés et ceux-ci placés différemment. Seule la fonction est importante et les variantes à ce dispositif sont nombreuses ne serait-ce qu'en faisant varier la 2 5 longueur et le débattement des manivelles. Other devices providing a torsion torque associated with other control systems of the movements of the cranks can obviously be used and they placed differently. Only the function is important and the variants to this device are numerous if only by varying the length and the movement of the cranks.
Le dispositif selon l'invention est donc destiné à remplacer le pédalier traditionnel des bicyclettes et ainsi apporter un confort de pédalage important à tout ceux qui sont actuellement gênés par l'amplitude des mouvements des jambes et qui souhaiteraient pouvoir fournir un effort musculaire dans une position plus aisée avec malgré tout un couple plus important. The device according to the invention is therefore intended to replace the traditional crankset of bicycles and thus provide an important pedaling comfort to all those who are currently hampered by the amplitude of the movements of the legs and who wish to be able to provide muscle effort in a position easier with a larger couple.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR0313282A FR2862271A1 (en) | 2003-11-13 | 2003-11-13 | Bicycles wheel driving device for use by cyclist, has two extended cranks vertically displaced in opposite direction by certain degrees, by vertical movement of two pedals, to alternatively drive dual gear that drives axles of plates |
Applications Claiming Priority (1)
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FR0313282A FR2862271A1 (en) | 2003-11-13 | 2003-11-13 | Bicycles wheel driving device for use by cyclist, has two extended cranks vertically displaced in opposite direction by certain degrees, by vertical movement of two pedals, to alternatively drive dual gear that drives axles of plates |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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FR2862271A1 true FR2862271A1 (en) | 2005-05-20 |
Family
ID=34508432
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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FR0313282A Withdrawn FR2862271A1 (en) | 2003-11-13 | 2003-11-13 | Bicycles wheel driving device for use by cyclist, has two extended cranks vertically displaced in opposite direction by certain degrees, by vertical movement of two pedals, to alternatively drive dual gear that drives axles of plates |
Country Status (1)
Country | Link |
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FR (1) | FR2862271A1 (en) |
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2003
- 2003-11-13 FR FR0313282A patent/FR2862271A1/en not_active Withdrawn
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