FR3130918A1 - Liaison d’entrainement mécanique d’un arbre en rotation par transmission en tension. - Google Patents
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Abstract
L’invention se rapporte à un ensemble de liaison d’entrainement (1) mécanique en rotation d’un arbre porteur (2) d’une structure tournant autour d’un axe central (2a) traversant cet arbre porteur (2). Cette liaison (1) comporte au moins une bague d’entrainement (3a), solidaire de cet arbre porteur (2) et menée en rotation dans un sens donné (S1) par un organe de transmission (4a, 4b). Cet organe de transmission est relié à une extrémité à la bague d’entraînement (3a) par enroulement et à son autre extrémité à un moyen de traction. La rotation en sens inverse (S2) est générée par un second moyen de traction (5) en connexion avec l’arbre porteur (2). Figure de l’abrégé : [Fig. 1]
Description
L’invention se rapporte à une liaison pour entrainer mécaniquement un arbre en rotation, ce mouvement de rotation permettant de faire pivoter une structure solidaire de cet arbre, en particulier un panneau telle qu’une porte. Notamment les portes de véhicules – aéronefs, trains, navires – et de bâtiments sont destinés à pivoter en rotation lors de leur ouverture et fermeture.
Dans le domaine aéronautique en particulier, les portes d’un aéronef permettent aux personnes et au matériel d’entrer et de sortir de la cabine. Ces portes, capables de maintenir la cabine à l’état pressurisé, supportent aussi divers équipements : elles présentent généralement un poids important et nécessitent des mécanismes d’assistance d’ouverture et de fermeture pour assurer un positionnement correct de la porte par la poignée d’entrainement. Ce mécanisme est généralement constitué de plusieurs arbres entrainés l’un par rapport à l’autre en rotation.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Le principe d’ouverture et de fermeture d’une porte repose sur un mouvement d’engagement des éléments de fermeture et sur une rotation de cette porte selon un axe de façon à en dégager l’ouverture. Le mouvement d’engagement comporte une liaison entre une poignée rotative et les mécanismes permettant l’actionnement de la porte. Cette liaison est réalisée en reliant plusieurs arbres en rotation.
Traditionnellement cette liaison d’entrainement mécanique d’arbre de rotation est réalisée par un système de bielles et de leviers comme illustré dans le document de brevet US2751636. Cette solution génère cependant des limitations dues à la cinématique de la liaison par bielles et leviers. Notamment l’impossibilité d’entrainer un arbre sur plus de 150°. De plus la liaison par bielles étant utilisée pour l’ouverture et la fermeture de la porte, ces bielles sont sollicitées en compression, ce qui définit ainsi le critère de dimensionnement des bielles. Les propriétés mécaniques en compression étant généralement moindres qu’en tension, l’usage de bielles ne permet pas d’exploiter l’ensemble des capacités mécaniques du matériau utilisé pour les constituer, ce qui entraine un surdimensionnement et du poids supplémentaire à supporter par l’aéronef.
D’autres liaisons d’entrainement mécanique utilisant des pignons autour d’un arbre ainsi que des chaînes, courroies ou crémaillères permettent d’atteindre des angles d’ouvertures supérieurs à 150°. Cependant, les pignons, chaînes et crémaillères sont des éléments coûteux à produire. Dans le cas de l’utilisation d’une courroie crantée une tension est requise pour éviter son glissement sur les dents du pignon. Or ces dents provoquent un cisaillement de la courroie qu’il est difficile de renforcer, en particulier par l’ajout de fibres. Une telle courroie permet à l’arbre de réaliser plusieurs tours autour de son axe, par exemple lors de l’entrainement d’un système rotatif.
Afin de remédier aux inconvénients de l’état de la technique exposés ci-dessus, l’invention a pour objectif principal d’améliorer l’entrainement d’un arbre en rotation tout en évitant le glissement ou la friction entre l’arbre et les éléments de transmission de l’entrainement à l’aide d’une liaison particulière pouvant entrainer mécaniquement l’arbre en rotation selon des angles élevés de rotation supérieurs à 150°. Pour ce faire, un moyen de transmission de cette liaison mécanique se déroule depuis l’arbre en travaillant en tension.
Plus précisément, la présente invention a pour objet un ensemble de liaison d’entrainement mécanique en rotation et d’un arbre porteur d’une structure pouvant tourner autour d’un axe central de l’arbre entraîné par ladite liaison. Cette liaison comporte au moins un moyen de traction, un organe de transmission et une bague d’entraînement qui est portée par ledit arbre solidairement en rotation autour dudit axe central et en translation le long de cet axe.
Chaque bague d’entrainement est menée en rotation par l’organe de transmission qui présente un corps et deux extrémités. L’une de ces extrémités, dite extrémité menée, est solidaire de la bague d’entrainement et est enroulée autour de ladite bague. L’autre extrémité, dite extrémité menante, est solidaire du moyen de traction entrainant un déroulé de l’organe de transmission sur la bague d’entrainement et la rotation de l’arbre porteur dans un sens donné. Une rotation en sens inverse est générée par un second moyen de traction en connexion avec l’arbre porteur.
Cet organe de transmission n’est sollicité qu’en traction, ce qui permet de bénéficier des propriétés mécaniques en tension de l’organe de transmission, supérieures en résistance aux propriétés mécaniques en compression. L’utilisation de l’organe de transmission est donc mécaniquement avantageuse par rapport à l’utilisation de bielles de transmission.
La bague menée est entrainée en rotation par l’organe de transmission sans glissement ni frottement de celui-ci : avantageusement une bague de type lisse, aisée à usinée et de coût limité, peut ainsi être utilisée. Cette bague menée, solidaire en rotation de l’arbre porteur, transmet intégralement tout déplacement en rotation à l’arbre porteur.
Selon un mode de réalisation préféré, la connexion entre le second moyen de traction et l’arbre porteur est réalisée par un deuxième organe de transmission présentant également un corps et deux extrémités, solidaire à une extrémité dite menée d’une deuxième bague d’entrainement également positionnée sur l’arbre porteur. Son autre extrémité, dite menante, solidaire du second moyen de traction, permet d’entrainer le déroulé du deuxième organe de transmission sur l’arbre porteur et la rotation en sens inverse de l’arbre porteur.
Avantageusement, ce deuxième moyen de traction entrainant la rotation en sens inverse de rotation de l’arbre porteur combine alors son fonctionnement avec celui du premier moyen de traction : la rotation inverse de l’arbre porteur, provoquée par le déroulé du deuxième organe de transmission, entraine simultanément l’enroulement du premier organe de transmission autour de sa bague d’entrainement. Réciproquement, le déroulé du premier organe de transmission entraine également simultanément l’enroulement du deuxième organe de transmission autour de sa bague d’entrainement. Cette coopération permet en particulier de réaliser dans un aéronef la fermeture et l’ouverture d’une porte solidaire à l’arbre porteur.
Selon un autre mode de réalisation préféré, chaque organe de transmission est bouclé sur lui-même pour former un bracelet allongé s’étendant dans un plan perpendiculaire à l’axe central de rotation de l’arbre porteur.
Avantageusement, ce bracelet réalise alors une double transmission de l’entrainement de l’arbre par doublement du corps de l’organe de transmission entre chaque extrémité par ce bouclage. De plus un organe de transmission en bracelet apporte une double transmission en tension, ce qui permet d’élargir le choix des matériaux de l’organe de transmission à des matériaux dont la résistance inférieure est compensée par cette double transmission. Un choix optimisé et compatible avec des dimensions de bagues d’entrainement peut ainsi être sélectionné, en particulier des bagues dans les mécanismes des portes d’aéronef.
Avantageusement également, la structure en bracelet de l’organe de transmission permet de réduire le nombre de jonctions requises. En effet, un organe de transmission dit simple, comporte une jonction à chacune de ses extrémités, pour en renforcer la zone d’accroche en vue de sa fixation. Un organe de transmission en bracelet ne comporte de jonction que sur la zone où cet organe de transmission est attaché à lui-même, ce qui divise par deux leur nombre.
Un autre mode de réalisation combine les deux modes de réalisation préférés précédents, à savoir la mise en œuvre de deux bagues pour les deux sens de rotation, chaque bague étant associée à un organe de transmission. Les organes de transmission se présentent sous forme de bracelets à double transmission agencés en vis à vis tout en étant décalés le long de l’arbre porteur.
Selon des formes de réalisation préférées prises séparément ou en combinaison :
- chaque organe de transmission en bracelet est réalisé dans un matériau souple ;
- chaque organe de transmission en bracelet se présente selon un type choisi entre un câble et une courroie ;
- le câble peut être bouclé sur lui-même par une épissure et la courroie par une couture ;
- chaque bague d’entrainement est équipée d’une attache de solidarisation de l’extrémité menée de l’organe de transmission, cette attache comportant au moins une barrette de fixation qui, lorsque l’organe de transmission est un câble, maintient directement cet organe de transmission sur la bague d’entrainement et qui, lorsque l’organe de transmission est une courroie, maintient une cheville autour de laquelle est enroulée la courroie ;
- chaque moyen de traction est un arbre de traction tournant selon un axe de rotation parallèle à l’axe central de rotation, et comportant une roue menante qui enroule l’organe de transmission correspondant ;
- chaque roue menante, bague et organe de transmission correspondants forment un groupement s’étendant dans un plan perpendiculaire à l’axe central de l’arbre porteur ;
- les bagues d’entrainement peuvent être solidaires et ne former qu’une pièce unique ;
- l’arbre de traction est commun aux moyens de traction et l’une des roues menantes est fixée à cet arbre de traction, l’autre roue menante étant fixée à la première par un mécanisme de tension réalisant un ajustement angulaire entre ces roues menantes ;
- la roue menante présente un rayon supérieur au rayon de la bague d’entrainement et forme un secteur angulaire défini par un angle fonction du rayon de la bague d’entrainement, du rayon de la roue menante et d’un angle de rotation maximal prédéfini ;
- chaque roue menante est équipée d’un moyen de prise pour enrouler l’extrémité menante de l’organe de transmission comportant une borne de tension de diamètre ajustable, s’étendant dans un plan perpendiculaire à l’axe central de l’arbre porteur lorsque l’organe de transmission est un câble, et s’étendant parallèlement à l’axe central de rotation lorsque l’organe de transmission est une courroie ;
- le moyen de prise de la roue menante est positionné le long d’un côté radial du secteur angulaire et l’extrémité menante de l’organe de transmission est repliée le long de ce côté radial ;
- l’angle de rotation maximal prédéfini de l’arbre porteur est de 300 degrés ;
- l’arbre de traction commun dispose d’une commande d’activation qui entraine sa rotation et celle de la roue menante ;
- Les organes de transmission en bracelet sont dans un matériau choisi parmi les composites et les métaux, et
- Les bagues d’entrainement et les roues menantes sont en métal.
Il peut être souligné que le rayon supérieur de la roue menante entraine la rotation de l’arbre porteur selon un bras de levier supérieur, ce qui avantageusement facilite sa rotation, en particulier lorsqu’un élément lourd - telle qu’une porte d’aéronef - est déplacé.
Avantageusement également, la combinaison d’au moins deux couples de bagues d’entrainement et de roues menantes permet d’entrainer la rotation de l’arbre porteur dans les deux sens de rotation selon son axe, ces rotations s’effectuant chacune en tension.
Selon au moins l’une des utilisations visées ci-dessus, la structure de l’arbre porteur est une porte de cabine d’aéronef.
Selon un procédé de réalisation d’organe de transmission en bracelet de liaison mécanique selon l’invention, cet organe de transmission en matériau composite est produit par un enroulement de couches de fibres maintenues entre deux butées, puis une imprégnation de drapage des fibres avec une résine hyper élastique. Ce procédé permet d’éliminer la majorité de la charge de coupure qui est générée par une production d’organe de transmission à partir de produit linéaire coupé.
De préférence la fibre utilisée est de la fibre de carbone, afin d’améliorer la raideur de la transmission d’effort. Avantageusement, un gainage en matériau hyper-élastique peut recouvrir l’organe de transmission pour protéger la fibre, assurer la charge des extrémités de fibres et garantir la cohésion du produit.
L’invention se rapporte également à un procédé d’installation de l’ensemble de la liaison d’entrainement mécanique en rotation d’un arbre porteur définie ci-dessus. L’installation se déroule selon les étapes suivantes :
- positionnement en vis-à-vis d’au moins une bague d’entrainement et d’au moins une roue menante sur respectivement l’arbre porteur et l’arbre de traction;
- verrouillage des bagues d’entrainement et d’une roue menante sur respectivement l’arbre porteur et l’arbre de traction.
- jonction d’un organe de transmission en bracelet à une longueur ajustée au groupement de liaison pour chaque bague d’entrainement positionnée ;
- mise en place de chaque organe de transmission sur la bague d’entrainement et sur la roue menante correspondantes, et
- choix du diamètre des bornes en extrémité des organes de transmission et mise en place puis en tension de chaque organe de transmission sur ces bornes et les chevilles.
- positionnement en vis-à-vis d’au moins une bague d’entrainement et d’au moins une roue menante sur respectivement l’arbre porteur et l’arbre de traction;
- verrouillage des bagues d’entrainement et d’une roue menante sur respectivement l’arbre porteur et l’arbre de traction.
- jonction d’un organe de transmission en bracelet à une longueur ajustée au groupement de liaison pour chaque bague d’entrainement positionnée ;
- mise en place de chaque organe de transmission sur la bague d’entrainement et sur la roue menante correspondantes, et
- choix du diamètre des bornes en extrémité des organes de transmission et mise en place puis en tension de chaque organe de transmission sur ces bornes et les chevilles.
Selon des formes de mise en œuvre préférées :
- deux groupements de liaison sont installés en décalé sur l’arbre porteur et l’arbre de traction réalisant un entrainement en rotation dans les deux sens de l’arbre porteur ;
- la mise en tension des organes de transmission est réalisée par le mécanisme de tension reliant les roues menantes de ces deux groupements de liaison ;
- une étape de vérification de l’installation et de la tension des organes de transmission, et
- après l’étape de vérification, une étape si nécessaire d’ajustement de la tension des organes de transmission en installant des bornes de diamètre différent.
- deux groupements de liaison sont installés en décalé sur l’arbre porteur et l’arbre de traction réalisant un entrainement en rotation dans les deux sens de l’arbre porteur ;
- la mise en tension des organes de transmission est réalisée par le mécanisme de tension reliant les roues menantes de ces deux groupements de liaison ;
- une étape de vérification de l’installation et de la tension des organes de transmission, et
- après l’étape de vérification, une étape si nécessaire d’ajustement de la tension des organes de transmission en installant des bornes de diamètre différent.
PRESENTATION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture qui suit d’un exemple de réalisation détaillé sans en limiter la portée, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement :
– la , une vue en perspective de la liaison d’entrainement mécanique par courroies d’un arbre ;
– la , une vue latérale de cette liaison d’entrainement par courroies ;
– la et la , des vues du dessus en coupe de la liaison d’entrainement par courroies lors de différents instants de l’entrainement ;
– la , une vue du dessous de la liaison d’entrainement par courroies ;
– la , une vue en perspective de la liaison d’entrainement mécanique par câbles d’un arbre ;
– la , une vue du dessus de la liaison d’entrainement par câbles ;
– la , une vue en perspective de l’arbre de traction muni en particulier des roues menantes ;
– la et la , une vue en perspective de la barrette d’attache d’un câble sur la bague d’entrainement respectivement sans la barrette de fixation du câble ( ) et avec cette barrette de fixation ( ) ;
– la , une vue schématique de l’enroulement d’une fibre pour un organe de transmission en composite, et
– la , un logigramme de procédé d’installation de la liaison d’entrainement mécanique en rotation.
Claims (24)
- Ensemble de liaison d’entrainement (1) mécanique en rotation et d’un arbre porteur (2) d’une structure pouvant tourner autour d’un axe central (2a) de l’arbre porteur (2) entrainé par ladite liaison (1) qui comporte au moins un moyen de traction, un organe de transmission et une bague d’entrainement (3a, 3e) portée par ledit arbre porteur (2) solidairement en rotation autour dudit axe central (2a) et en translation le long de cet axe, caractérisé en ce que la bague d’entrainement (3a, 3e) est menée en rotation par l’organe de transmission (4a, 4b ; 8a, 8b) présentant un corps (4c ; 8c) et deux extrémités, dont l’une des extrémités, dite extrémité menée (4d ; 8d), est solidaire de la bague d’entrainement (3a, 3e) et enroulée autour de ladite bague, et dont l’autre extrémité (4e ;8e), dite extrémité menante, est solidaire du moyen de traction entrainant un déroulé de l’organe de transmission sur la bague d’entrainement (3a, 3e) et la rotation de l’arbre porteur (2) dans un sens donné (S1), une rotation en sens inverse (S2) étant générée par un second moyen de traction en connexion avec l’arbre porteur (2).
- Ensemble selon la revendication précédente, dans laquelle la connexion entre le second moyen de traction et l’arbre porteur (2) est réalisée par un deuxième organe de transmission présentant également un corps et deux extrémités, solidaire à une extrémité dite menée à une deuxième bague d’entrainement (3b, 3f) également positionnée sur l’arbre porteur (2), son autre extrémité dite menante étant solidaire du second moyen de traction.
- Ensemble selon la revendication précédente, dans laquelle les bagues d’entrainement (3a, 3b), (3e, 3f) sont solidaires et forment une pièce unique.
- Ensemble selon l’une quelconque des revendications 2 à 3, dans laquelle chaque organe de transmission est bouclé sur lui-même pour former un bracelet allongé s’étendant dans un plan perpendiculaire à l’axe central (2a) de rotation de l’arbre porteur (2).
- Ensemble selon la revendication 4, dans laquelle chaque organe de transmission en bracelet est réalisé dans un matériau souple.
- Ensemble selon l’une quelconque des revendications 4 ou 5, dans laquelle chaque organe de transmission en bracelet se présente selon un type choisi entre un câble (8a, 8b) et une courroie (4a, 4b).
- Ensemble selon la revendication 6, dans laquelle le câble (8a, 8b) est bouclé sur lui-même par une épissure et la courroie (4a, 4b) par une couture.
- Ensemble selon l’une quelconque des revendications 2 à 7, dans laquelle chaque bague d’entrainement (3a, 3b, 3e, 3f) est équipée d’une attache de solidarisation de l’extrémité menée de l’organe de transmission, cette attache comportant au moins une barrette (3d) de fixation qui, lorsque l’organe de transmission est un câble (8a, 8b), maintient directement cet organe de transmission sur la bague d’entrainement (3e, 3f) et qui, lorsque l’organe de transmission est une courroie (4a, 4b), maintient une cheville (3c) autour de laquelle est enroulée la courroie (4a, 4b).
- Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle chaque moyen de traction est un arbre de traction (5) tournant selon un axe (5a) de rotation parallèle à l’axe central (2a) de rotation et comportant une roue menante (6a, 6b, 6e, 6f) qui enroule l’organe de transmission correspondant.
- Ensemble selon la revendication 9, dans laquelle chaque roue menante (6a, 6b, 6e, 6f), bague d’entrainement (3a, 3b, 3e, 3f) et organe de transmission correspondant forment un groupement de liaison (1a, 1b, 1c, 1d) s’étendant dans un plan perpendiculaire à l’axe central de l’arbre porteur (2).
- Ensemble selon l’une quelconque des revendications 9 à 10 en combinaison avec la revendication 8, dans laquelle l’arbre de traction (5) est commun aux moyens de traction et l’une des roues menantes (6a, 6e) est fixée à cet arbre de traction (5), l’autre roue menante (6b, 6f) étant fixée à la roue (6a, 6e) par un mécanisme de tension (7) réalisant un ajustement angulaire entre ces roues menantes.
- Ensemble selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, dans laquelle les roues menantes (6a, 6b, 6e, 6f) présentent un rayon (R1) supérieur à celui (R2) des bagues d’entrainement (3a, 3b, 3e, 3f) et forment un secteur angulaire défini par un angle fonction du rayon (R2) des bagues d’entrainement (3a, 3b, 3e, 3f), du rayon (R1) des roues menantes (6a, 6b, 6e, 6f) et d’un angle de rotation maximal prédéfini.
- Ensemble selon l’une quelconque des revendications 9 à 12, dans laquelle chaque roue menante (6a, 6b, 6e, 6f) est équipée d’un moyen de prise pour enrouler l’extrémité menante de l’organe de transmission comportant une borne de tension (6c) de diamètre ajustable s’étendant dans un plan perpendiculaire à l’axe central (2a) de l’arbre porteur (2) lorsque l’organe de transmission est un câble (8a, 8b) et s’étendant parallèlement à l’axe central (2a) de rotation lorsque l’organe de transmission est une courroie (4a, 4b).
- Ensemble selon l’une quelconque des revendications 9 à 13, dans laquelle le moyen de prise de chaque roue menante (6a, 6b, 6e, 6f) est positionné le long d’un côté radial (6d) du secteur angulaire et l’extrémité menante de l’organe de transmission est repliée le long de ce côté radial (6d).
- Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, dans laquelle l’angle de rotation maximal prédéfini de l’arbre porteur (2) est de 300 degrés.
- Ensemble selon l’une quelconque des revendications 11 à 15, dans laquelle l’arbre de traction (5) commun dispose d’une commande d’activation (5b) qui entraine sa rotation et celle de chaque roue menante (6a, 6b, 6e, 6f).
- Ensemble selon l’une quelconque des revendications 4 à 16, dans laquelle les organes de transmission en bracelet sont dans un matériau choisi parmi les composites et les métaux.
- Ensemble selon l’une quelconque des revendications 9 à 17, dans laquelle les bagues d’entrainement (3a, 3b, 3e, 3f) et les roues menantes (6a, 6b, 6e, 6f) sont en métal.
- Procédé de réalisation d’un organe de transmission en bracelet de liaison mécanique en matériau composite produit par enroulement de couches de fibres maintenues entre deux butées puis imprégnation de drapage de fibres avec une résine hyper élastique.
- Procédé d’installation de l’ensemble de la liaison d’entrainement (1) mécanique en rotation et d’un arbre porteur (2) caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :
- positionnement en vis-à-vis d’au moins une bague d’entrainement (3a, 3b, 3e, 3f) et d’au moins une roue menante (6a, 6b, 6e, 6f) sur respectivement l’arbre porteur (2) et l’arbre de traction (5) ;
- verrouillage des bagues d’entrainement (3a, 3b, 3e, 3f) et d’une roue menante (6a, 6e) sur respectivement l’arbre porteur (2) et l’arbre de traction (5) ;
- jonction d’un organe de transmission en bracelet à une longueur ajustée au groupement de liaison (1a, 1b, 1c, 1f) pour chaque bague d’entrainement (3a, 3b, 3e, 3f) positionnée ;
- mise en place de chaque organe de transmission sur la bague d’entrainement (3a, 3b, 3e, 3f) et sur la roue menante (6a, 6b, 6e, 6f) correspondantes, et
- choix du diamètre des bornes de tension (6c) en extrémité des organes de transmission et mise en place puis en tension de chaque organe de transmission sur ces bornes (6c) et les chevilles (3c). - Procédé d’installation de la liaison d’entrainement (1) selon la revendication 20 dans lequel deux groupements de liaison (1a, 1b ; 1c, 1d) sont installés en décalé sur l’arbre porteur (2).
- Procédé d’installation de la liaison d’entrainement (1) selon la revendication 21 dans lequel la mise en tension des organes de transmission est réalisée par le mécanisme de tension (7) reliant les roues menantes (6a, 6b, 6e, 6f) de ces deux groupements de liaison (1a, 1b ; 1c, 1d).
- Procédé d’installation de la liaison d’entrainement (1) selon l’une quelconque des revendications 20 à 22 dans lequel le procédé comporte une étape de vérification de l’installation et de la tension des organes de transmission.
- Procédé d’installation de la liaison d’entrainement (1) selon l’une quelconque des revendications 20 à 22 dans lequel le procédé comporte d’ajustement de la tension des organes de transmission en installant des bornes (6c) de diamètre différent.
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2021
- 2021-12-21 FR FR2114144A patent/FR3130918B1/fr active Active
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- 2022-12-07 WO PCT/EP2022/084759 patent/WO2023117425A1/fr unknown
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| WO2023117425A1 (fr) | 2023-06-29 |
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