FR3085451A1 - ROTATION COUPLING - Google Patents
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Abstract
Accouplement (10) en rotation autour d'un axe (A) comprenant: un moyen élastique (2), élastique en torsion autour de l'axe (A) et élastique axialement selon l'axe (A), un premier moyen d'accouplement (1) en rotation autour de l'axe (A) solidaire en rotation d'une première extrémité (5), relativement à l'axe (A), du moyen élastique (2), un deuxième moyen d'accouplement (4) en rotation autour de l'axe (A) solidaire en rotation d'une deuxième extrémité (3), relativement à l'axe (A), du moyen élastique (2), ladite deuxième extrémité (3) étant opposée à la première extrémité (5), où le moyen élastique (2) est un ressort à boudin réalisé par enroulement d'un élément métallique, le premier moyen d'accouplement (1) est réalisé de matière avec le moyen élastique (2) en prolongeant la première extrémité (5) par un segment rectiligne aligné avec l'axe (A) et le deuxième moyen d'accouplement (4) est réalisé de matière avec le moyen élastique (2) en prolongeant la deuxième extrémité (3) par un segment rectiligne aligné avec l'axe (A).Coupling (10) in rotation around an axis (A) comprising: elastic means (2), torsional elastic around the axis (A) and axially elastic along the axis (A), a first means of coupling (1) rotating around the axis (A) integral in rotation with a first end (5), relative to the axis (A), of the elastic means (2), a second coupling means (4 ) in rotation about the axis (A) integral in rotation with a second end (3), relative to the axis (A), of the elastic means (2), said second end (3) being opposite to the first end (5), where the elastic means (2) is a coil spring produced by winding a metal element, the first coupling means (1) is made in one piece with the elastic means (2) extending the first end (5) by a rectilinear segment aligned with the axis (A) and the second coupling means (4) is made integrally with the elastic means (2) in prolo changing the second end (3) by a rectilinear segment aligned with the axis (A).
Description
Accouplement en rotationRotating coupling
La présente invention se rapporte à un accouplement, apte à être disposé entre un arbre rotatif menant et un arbre rotatif mené de manière à transmettre le mouvement de rotation de l’arbre menant à l’arbre mené et/ou réciproquement.The present invention relates to a coupling, capable of being arranged between a rotating drive shaft and a rotary shaft driven so as to transmit the rotational movement of the shaft leading to the driven shaft and / or vice versa.
Dans le domaine des accouplements en rotation, il est connu de nombreux modèles. L’application plus particulièrement visée par l’invention est un couplage en rotation entre un actionneur de type moteur électrique et une vanne disposée sur une canalisation de gaz d’échappement. La vanne, de type à volet, passe d’une orientation ouverte à une orientation fermée et réciproquement par une rotation alternative selon un quart de tour.Many models are known in the field of rotating couplings. The application more particularly targeted by the invention is a rotation coupling between an actuator of the electric motor type and a valve arranged on an exhaust gas pipe. The shutter-type valve goes from an open orientation to a closed orientation and vice versa by an alternative rotation according to a quarter turn.
La vanne, du fait de sa fonction, se trouve en milieu chaud. Cette chaleur est préjudiciable pour l’actionneur. Aussi l’accouplement doit être tel qu’il transmette au minimum cette chaleur à l’actionneur.The valve, due to its function, is in a hot environment. This heat is detrimental to the actuator. Also the coupling must be such that it transmits at least this heat to the actuator.
L’actionneur commande la vanne selon des sens souvent alternés. Aussi l’accouplement doit présenter une bonne rigidité en torsion et de préférence une absence de jeu au changement de sens de rotation.The actuator controls the valve in often alternate directions. Also the coupling must have good torsional rigidity and preferably no play when changing the direction of rotation.
Un grand nombre de vannes présente en entrée un palier qui doit être comprimé axialement afin de garantir l’étanchéité de la vanne. Aussi, l’accouplement est avantageusement monté entre l’arbre menant et l’arbre mené de manière à produire une contrainte axiale, afin de garantir qu’un effort reste appliqué axialement sur l’arbre de la vanne et sur le palier.A large number of valves have a bearing at the inlet which must be compressed axially in order to guarantee the tightness of the valve. Also, the coupling is advantageously mounted between the driving shaft and the driven shaft so as to produce an axial stress, in order to guarantee that a force remains applied axially on the valve shaft and on the bearing.
Il existe des accouplements qui répondent à ces contraintes. Le principal inconvénient de ces accouplements est d’être la propriété de concurrents. Aussi il est recherché un accouplement en rotation qui présente un principe différent.There are couplings which meet these constraints. The main disadvantage of these couplings is that they are owned by competitors. Also a rotational coupling is sought which presents a different principle.
L'invention a pour objet un accouplement en rotation autour d’un axe comprenant : un moyen élastique, élastique en torsion autour de l’axe et élastique axialement selon l’axe, un premier moyen d’accouplement en rotation autour de l’axe solidaire en rotation d’une première extrémité, relativement à l’axe, du moyen élastique, un deuxième moyen d’accouplement en rotation autour de l’axe solidaire en rotation d’une deuxième extrémité, relativement à l’axe, du moyen élastique, ladite deuxième extrémité étant opposée à la première extrémité, où le moyen élastique est un ressort à boudin réalisé par enroulement d’un élément métallique, le premier moyen d’accouplement est réalisé de matière avec le moyen élastique en prolongeant la première extrémité par un segment rectiligne aligné avec l’axe et le deuxième moyen d’accouplement est réalisé de matière avec le moyen élastique en prolongeant la deuxième extrémité par un segment rectiligne aligné avec l’axe.The subject of the invention is a coupling in rotation around an axis comprising: an elastic means, elastic in torsion around the axis and elastic axially along the axis, a first coupling means in rotation around the axis integral in rotation with a first end, relative to the axis, of the elastic means, a second coupling means in rotation around the axis integral in rotation with a second end, relative to the axis, of the elastic means , said second end being opposite the first end, where the elastic means is a coil spring produced by winding a metal element, the first coupling means is made of material with the elastic means by extending the first end by a rectilinear segment aligned with the axis and the second coupling means is made integrally with the elastic means by extending the second end by a rectilinear segment aligned with the axis.
Selon une autre caractéristique, le moyen élastique comprend un nombre de spire compris entre 0,5 et 2.According to another characteristic, the elastic means comprises a number of turns between 0.5 and 2.
Selon une autre caractéristique, l’élément métallique est creux.According to another characteristic, the metallic element is hollow.
Selon une autre caractéristique, le moyen élastique présente une section d’étendue radiale, relativement à l’axe, supérieure à son étendue axiale, relativement à l’axe.According to another characteristic, the elastic means has a section of radial extent, relative to the axis, greater than its axial extent, relative to the axis.
Selon une autre caractéristique, ladite section est sensiblement rectangulaire de côté aligné avec l’axe.According to another characteristic, said section is substantially rectangular with its side aligned with the axis.
Selon une autre caractéristique, ladite section est obtenue par écrasement axial de l’élément métallique.According to another characteristic, said section is obtained by axial crushing of the metal element.
Selon une autre caractéristique, au moins un moyen d’accouplement présente une section prismatique, préférentiellement non circulaire.According to another characteristic, at least one coupling means has a prismatic section, preferably non-circular.
L’invention concerne encore un ensemble comprenant un actionneur rotatif et une vanne, où l’actionneur rotatif est accouplé à la vanne via un tel accouplement.The invention also relates to an assembly comprising a rotary actuator and a valve, where the rotary actuator is coupled to the valve via such a coupling.
L’invention concerne encore une ligne d’échappement comprenant un tel ensemble.The invention also relates to an exhaust line comprising such an assembly.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins sur lesquels :Other characteristics, details and advantages of the invention will emerge more clearly from the detailed description given below by way of indication in relation to the drawings in which:
- la figure 1 est une vue en perspective cavalière d’un mode de réalisation d’un accouplement selon l’invention.- Figure 1 is a perspective view of an embodiment of a coupling according to the invention.
L’invention concerne un accouplement 10 en rotation. Tel qu’illustré à la figure 1 selon un mode de réalisation possible, un tel accouplement 10 est destiné à être disposé entre deux arbres rotatifs sensiblement en regard, de manière à transmettre tout mouvement rotatif d’un arbre vers l’autre et réciproquement et ce dans les deux sens de rotation.The invention relates to a coupling 10 in rotation. As illustrated in FIG. 1 according to a possible embodiment, such a coupling 10 is intended to be arranged between two rotary shafts substantially facing each other, so as to transmit any rotary movement from one shaft to the other and vice versa. this in both directions of rotation.
Un tel accouplement comprend un moyen élastique 2, élastique en torsion autour de l’axe A et élastique axialement selon l’axe A. Il comprend encore un premier moyen d’accouplement 1 en rotation autour de l’axe A solidaire en rotation d’une première extrémité 5, relativement à l’axe A, du moyen élastique 2 et un deuxième moyen d’accouplement 4 en rotation autour de l’axe A solidaire en rotation d’une deuxième extrémité 3, relativement à l’axe A, du moyen élastique 2, ladite deuxième extrémité 3 étant opposée à la première extrémité 5. Ainsi l’accouplement 10 présente à chacune de ses extrémités un moyen d’accouplement 1, 4 permettant de l’interfacer avec un arbre rotatif.Such a coupling comprises an elastic means 2, elastic in torsion around the axis A and axially elastic along the axis A. It also comprises a first coupling means 1 in rotation around the axis A integral in rotation with a first end 5, relative to the axis A, of the elastic means 2 and a second coupling means 4 in rotation about the axis A integral in rotation with a second end 3, relative to the axis A, of the elastic means 2, said second end 3 being opposite to the first end 5. Thus the coupling 10 has at each of its ends a coupling means 1, 4 making it possible to interface it with a rotary shaft.
Selon une caractéristique, le moyen élastique 2 est un ressort à boudin réalisé par enroulement d’un élément métallique. Ledit élément métallique est prolongé au niveau de sa première extrémité 5 par un segment rectiligne aligné avec l’axe A, de manière à former, de matière, le premier moyen d’accouplement 1. De même, ledit élément métallique est prolongé au niveau de sa deuxième extrémité 3 par un segment rectiligne aligné avec l’axe A, de manière à former, de matière le deuxième moyen d’accouplementAccording to one characteristic, the elastic means 2 is a coil spring produced by winding a metal element. Said metallic element is extended at its first end 5 by a rectilinear segment aligned with the axis A, so as to form, in material, the first coupling means 1. Similarly, said metallic element is extended at its second end 3 by a rectilinear segment aligned with the axis A, so as to form, in material, the second coupling means
4.4.
Ceci permet avantageusement de réaliser, simplement et à faible coût, un accouplement en rotation, présentant une certaine élasticité axiale et une certaine élasticité en torsion, en une seule pièce.This advantageously allows to realize, simply and at low cost, a rotational coupling, having a certain axial elasticity and a certain elasticity in torsion, in one piece.
Ce mode de réalisation conduit à une section faible et de plus déportée relativement aux axes de rotation de l’arbre mené ou de l’arbre menant. Une telle disposition est avantageuse en ce qu’elle limite grandement les transferts thermiques, typiquement de la vanne vers l’actionneur.This embodiment leads to a small section and more offset relative to the axes of rotation of the driven shaft or the driving shaft. Such an arrangement is advantageous in that it greatly limits heat transfers, typically from the valve to the actuator.
Tel que décrit précédemment, la partie centrale de l’accouplement 10, soit le moyen élastique 2 privé des segment extrémaux formant les moyens d’accouplement 1, 4, est conformée comme un ressort à boudin. Afin d’obtenir la raideur souhaitée, le moyen élastique 2, et plus particulièrement ladite partie centrale, comprend un nombre de spire compris entre 0,5 et 2.As described above, the central part of the coupling 10, ie the elastic means 2 deprived of the end segments forming the coupling means 1, 4, is shaped like a coil spring. In order to obtain the desired stiffness, the elastic means 2, and more particularly said central part, comprises a number of turns between 0.5 and 2.
Selon une autre caractéristique, l’élément métallique à partir duquel est réalisé l’enroulement des spires est creux. Cette caractéristique est avantageuse en ce qu’elle permet, à caractéristiques mécaniques identiques, notamment les élasticités, de réduire la masse de l’accouplement 10.According to another characteristic, the metal element from which the winding of the turns is made is hollow. This characteristic is advantageous in that it allows, with identical mechanical characteristics, in particular elasticities, to reduce the mass of the coupling 10.
Selon une autre caractéristique, le moyen élastique 2 présente, principalement au niveau des spires de la partie centrale, une section dont l’étendue radiale est supérieure à l’étendue axiale. Les termes axial et radial s’entendent ici, relativement à l’axe A : axial désigne une direction parallèle à l’axe A tandis que radial désigne une direction située dans un plan perpendiculaire à l’axe A et sécante à l’axe A. Une telle caractéristique permet de conférer au moyen élastique 2, au moins dans la partie où la section présente la caractéristique, une raideur en torsion relativement augmentée et une raideur axiale au contraire relativement réduite. Ainsi, relativement à un fil métallique de section circulaire, classiquement utilisé pour réaliser un ressort à boudin, le moyen élastique 2 obtenu présente une raideur en torsion augmentée et au contraire une raideur axiale diminuée.According to another characteristic, the elastic means 2 has, mainly at the level of the turns of the central part, a section whose radial extent is greater than the axial extent. The terms axial and radial are understood here, relative to the axis A: axial designates a direction parallel to the axis A while radial designates a direction located in a plane perpendicular to the axis A and intersecting with the axis A Such a characteristic makes it possible to confer on the elastic means 2, at least in the part where the section has the characteristic, a relatively increased torsional stiffness and an axial stiffness, on the contrary, relatively reduced. Thus, relative to a metal wire of circular section, conventionally used to produce a coil spring, the elastic means 2 obtained has an increased torsional stiffness and, on the contrary, a reduced axial stiffness.
De manière indicative, l’élasticité en torsion du moyen élastique 2 de l’accouplement 10 est comprise entre 0,5 et 1,5 °/Nri, préférentiellement comprise entre 0,8 et 1,2 °/Nm et encore préférentiellement égaleà 1 °/Nm.As an indication, the torsional elasticity of the elastic means 2 of the coupling 10 is between 0.5 and 1.5 ° / Nri, preferably between 0.8 and 1.2 ° / Nm and still preferably equal to 1 ° / Nm.
Selon un mode de réalisation de la caractéristique précédente, ladite section de l’élément métallique est sensiblement rectangulaire de côté aligné avec l’axe A. Il se déduit que lorsque les deux précédentes caractéristiques sont combinées, le petit côté du rectangle est aligné avec l’axe A.According to one embodiment of the preceding characteristic, said section of the metal element is substantially rectangular with the side aligned with the axis A. It can be deduced that when the two preceding characteristics are combined, the short side of the rectangle is aligned with the 'axis A.
Selon un mode de réalisation, une telle caractéristique est obtenue par écrasement axial de l’élément métallique. Ici encore, axial désigne une direction parallèle à l’axe A.According to one embodiment, such a characteristic is obtained by axial crushing of the metallic element. Here again, axial designates a direction parallel to the axis A.
L’écrasement peut être réalisé à partir d’une section quelconque.Overwriting can be done from any section.
Cependant une section creuse est avantageuse en ce qu’elle facilite l’écrasement.However, a hollow section is advantageous in that it facilitates crushing.
Une section creuse pourrait être préjudiciable en ce qu’elle forme une canalisation entre l’environnement de l’arbre mené et l’environnement de l’arbre menant. Ceci peut de manière préjudiciable transporter des gaz d’échappements. Aussi un écrasement, même sur une partie limitée rend le moyen élastique 2 étanche aux gaz et résout cet inconvénient.A hollow section could be detrimental in that it forms a pipeline between the environment of the driven tree and the environment of the leading tree. This can detrimentally transport exhaust gases. Also a crushing, even on a limited part makes the elastic means 2 gas tight and solves this drawback.
Selon une autre caractéristique, au moins un moyen d’accouplement 1,4 présente une section prismatique, préférentiellement non circulaire. On entend ici par prismatique une section se déduisant par translation. Cette translation est avantageusement rectiligne et encore avantageusement selon l’axe A. Ceci permet d’introduire ledit moyen d’accouplement 1, 4 dans un logement creux complémentaire disposé sur l’arbre menant ou mené. Une section circulaire est possible, mais nécessite un serrage ou un clavetage additionnel. La non circularité permet, per se, de former un clavetage s’opposant à la rotation.According to another characteristic, at least one coupling means 1,4 has a prismatic section, preferably non-circular. By prismatic is meant here a section deducing by translation. This translation is advantageously rectilinear and still advantageously along the axis A. This makes it possible to introduce said coupling means 1, 4 into a complementary hollow housing disposed on the driving or driven shaft. A circular section is possible, but requires additional tightening or keying. The non-circularity allows, per se, to form a keying opposing the rotation.
L’élasticité axiale du moyen élastique 2 est avantageuse à plusieurs titres. Selon un premier avantage, le moyen élastique 2, pour peu qu’il soit comprimé lors du montage entre les deux arbres, ce dont on s’assure en dimensionnant de manière adéquate la distance entre les extrémités respectives des deux arbres, inférieure à la longueur au repos selon l’axe de rotation A du moyen élastique 2, crée un effort axial tendant à repousser chacun des moyens d’accouplement 1,4 et ainsi chacun des arbres.The axial elasticity of the elastic means 2 is advantageous for several reasons. According to a first advantage, the elastic means 2, provided that it is compressed during assembly between the two shafts, which is ensured by adequately dimensioning the distance between the respective ends of the two shafts, less than the length at rest along the axis of rotation A of the elastic means 2, creates an axial force tending to push each of the coupling means 1,4 and thus each of the shafts.
Cet effort est avantageux en ce qu’il permet un rattrapage automatique de jeu axial en cas de variation de la distance entre les extrémités respectives des deux arbres. Cette absence de jeu est avantageuse en ce qu’elle évite tout choc entre les différentes pièces, cause de bruit, de matage et de risque de détérioration des pièces.This effort is advantageous in that it allows automatic take-up of axial play in the event of a variation in the distance between the respective ends of the two shafts. This absence of play is advantageous in that it avoids any shock between the various parts, cause of noise, matting and risk of deterioration of the parts.
Cet effort axial contribue encore à maintenir un accouplement 10 en place entre les deux arbres.This axial force also contributes to maintaining a coupling 10 in place between the two shafts.
Cet effort axial est encore avantageux en ce qu’il permet d’appliquer un effort axial, pouvant être fonctionnellement nécessaire pour un des dispositifs solidaires de l’arbre menant ou mené, tel que certains types de vanne, afin d’assurer leur étanchéité.This axial force is also advantageous in that it makes it possible to apply an axial force, which may be functionally necessary for one of the devices integral with the driving or driven shaft, such as certain types of valve, in order to ensure their tightness.
Cet effort est encore avantageux en ce qu’il permet lors du montage de l’accouplement entre les extrémités respectives des deux arbres, de réaliser un indexage en rotation automatique. L’accouplement peut être mis en place entre les deux arbres « en aveugle », sans observer une orientation particulière. Chaque moyen d’accouplement 1, 4 est mis en contact avec une extrémité d’arbre, sans que le moyen d’accouplement 1, 4 ne soit nécessairement engagé avec le moyen complémentaire correspondant de l’arbre en regard. Ceci conduit à une distance réduite entre les deux extrémités, telle que disponible pour l’accouplement. L’élasticité du moyen élastique 2 permet avantageusement d’absorber cette réduction. Dans le même temps, la compression augmentée du moyen élastique 2 augmente l’effort axial et presse davantage chacun des moyens d’accouplement 1,4 contre l’extrémité d’arbre en regard. Ainsi, lorsque l’arbre menant effectue ensuite une rotation initiale, il tourne sans nécessairement entraîner le moyen d’accouplement en regard, et ce jusqu’à orienter le moyen d’accouplement en regard du moyen complémentaire. Sous l’effet dudit effort axial, le moyen d’accouplement 1, 4 et le moyen complémentaire s’embrayent l’un dans l’autre. Ceci se produit encore de manière similaire avec le deuxième moyen d’accouplement et le moyen complémentaire de l’arbre mené. Ainsi une rotation initiale, de plus d’un demi-tour, pour un accouplement 10 présentant une symétrie modulo 180°, dans un sens, puis dans le sens opposé, assure un embrayage automatique des deux moyens d’accouplement 1, 4 aux deux extrémités de l’accouplement 10 et une solidarisation en rotation. Avec une symétrie des accouplements modulo un angle plus faible 90°, 60° ou 45°, l’amplitude de la rotatioriinitiale est réduite d’autant.This effort is also advantageous in that it allows during the mounting of the coupling between the respective ends of the two shafts, to carry out an indexing in automatic rotation. The coupling can be set up between the two "blind" shafts, without observing any particular orientation. Each coupling means 1, 4 is brought into contact with one end of the shaft, without the coupling means 1, 4 being necessarily engaged with the corresponding complementary means of the opposite shaft. This leads to a reduced distance between the two ends, as available for coupling. The elasticity of the elastic means 2 advantageously makes it possible to absorb this reduction. At the same time, the increased compression of the elastic means 2 increases the axial force and further presses each of the coupling means 1,4 against the opposite shaft end. Thus, when the driving shaft then performs an initial rotation, it rotates without necessarily driving the coupling means opposite, and this until orienting the coupling means opposite the complementary means. Under the effect of said axial force, the coupling means 1, 4 and the complementary means engage one in the other. This again occurs in a similar manner with the second coupling means and the complementary means of the driven shaft. Thus an initial rotation, of more than half a turn, for a coupling 10 having a 180 ° modulo symmetry, in one direction, then in the opposite direction, ensures an automatic clutching of the two coupling means 1, 4 to both ends of the coupling 10 and a fastening in rotation. With a symmetry of the modulo couplings at a lower angle 90 °, 60 ° or 45 °, the amplitude of the rotatioriinitial is reduced by the same amount.
Alternativement ou complémentairement, ledit assemblage peut encore être réalisé en appliquant au moyen élastique 2 une précontrainte de torsion. Cette précontrainte de torsion permet avantageusement de réaliser un rattrapage de jeu automatique en rotation. Cette annulation du jeu assure encore qu’aucune hystérésis angulaire n’apparaît, du fait de l’accouplement, lors d’un changement de sens de rotation.Alternatively or additionally, said assembly can also be produced by applying elastic pre-stress to the torsion 2. This torsional preload advantageously makes it possible to carry out an automatic backlash in rotation. This cancellation of the game also ensures that no angular hysteresis appears, due to the coupling, during a change of direction of rotation.
L’élasticité en torsion offre une certaine résilience qui peut s’avérer avantageuse en cas de blocage de l’arbre mené ou menant. Le sens de la précontrainte de torsion peut être quelconque parmi les deux choix possibles. Dans le cas d’application à une vanne, de manière préférentielle, le sens de la précontrainte est choisi de manière à ce que la plus grande compliance soit rencontrée lors de l’atteinte, par la vanne, de sa butée de fermeture.The torsional elasticity offers a certain resilience which can prove to be advantageous in the event of blockage of the driven or leading shaft. The direction of the torsional preload can be any of the two possible choices. In the case of application to a valve, preferably, the direction of prestressing is chosen so that the greatest compliance is encountered when the valve reaches its closing stop.
La précontrainte en torsion permet encore en évitant un mouvement relatif, d’éviter des chocs vibratoires, sources de bruit et de potentielles détériorations.Pre-stressing in torsion also makes it possible, by avoiding relative movement, to avoid vibration shocks, sources of noise and potential deterioration.
L’invention concerne encore un ensemble comprenant un actionneur rotatif et une vanne, où l’actionneur rotatif est accouplé à la vanne via un accouplement selon l’un des modes de réalisation décrits précédemment.The invention also relates to an assembly comprising a rotary actuator and a valve, where the rotary actuator is coupled to the valve via a coupling according to one of the embodiments described above.
L’invention concerne encore une ligne d’échappement comprenant un tel ensemble, la vanne étant une vanne de recirculation des gaz d’échappement (en anglais 10 exhaust gaz recycling ou EGR).The invention also relates to an exhaust line comprising such an assembly, the valve being an exhaust gas recirculation valve (in English 10 exhaust gas recycling or EGR).
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US1950448A (en) * | 1929-12-14 | 1934-03-13 | Charles A Heisterkamp | Flexible coupling |
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WO2016028196A1 (en) * | 2014-08-18 | 2016-02-25 | Husqvarna Ab | Vibration absorber and work equipment having the same |
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- 2018-08-31 FR FR1857844A patent/FR3085451B1/en not_active Expired - Fee Related
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