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Messieurs Anders Z & Erik Anders ANDERBERQ
Pour FREIN A AIR COMPRIME.
La présente invention concerne les freins à air comprimé suivant le brevet N 338487 et elle a pour but de perfectionner le système de frein dans les cas dans lesquels, pour rendre pos- sible une adaptation de la capacité de freinage suivant la charge des différents wagons, le frein à air à deux chambres est muni de deux ou de plusieurs pistons de dimensions différentes qui peuvent être mis en action indépendamment l'un de l'autre.
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Le but principal de la présente invention ext de ré- duire au plus haut degré possible les dimensions du frein, spécialement dans le sens de la longueur, en vue de permettre d'appliquer l'invention à des wagons dans lesquels l'espace disponible pour monter lescylindres de frein est relative- ment petit, On obtient en même temps cet avantage que les moyens d'étanchéité pour les pistons et les tiges de piston sont sensiblement simplifiés et que plusieurs des dispositifs d'é- tanchéité qui sont autrement nécessaires peuvent être supprimés.
D'une manière générale, ce résultat est obtenu par le fait qu'on munit le frein à air à deux chambres suivant la présente invention d'un piston différentiel pouvant se mouvoir en va et vient dans un cylindre correspondant,
La présente invention a également pour but de fournir en combinaison avec la triple valve décrite au brevet princi- pal un moyen, d'obliger le frein à deux chambres à agir, pour une certaine diminution de pression dans le tuyau de freinage principal, suivant une courbe de freinage caractéristique pour un effet de freinage qui est semblable à l'action de freinage correspondante obtenue avec les freins à air comprimé adoptés internationalement, de telle façon,
qu'un frein à deux chambre s suivant la présente invention peut être employé sur un certain nombre de wagons d'un même train dont les autres wagons sont équipés au moyen de freins mentionnés plus haut ou en d'autres termesde façon à rendre possible un échange entre wagons pou- vus de différents systèmes de freins.
Dans lestrains très longs, on a trouvé qu'une diminu- tion de pression à l'intérieur du tuyau de frein principal en vue d'un freinage se transmet habituellement d'un bout à l'autre du train avec une lenteur telle que le freinage à l'extrémité antérieure du train commence beaucoup plus tôt qu'à l'extrémité postérieure, ce qui est évidemment un inconvénient, En vue de supprimer cet inconvénient, la présente invention comprend éga- lement un dispositif accélérateur combiné à la triple valve
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pour accélérer la propagation de la diminution de pression dans le tuyau de frein principal, c-à-d, dans le cas de très longs trains, pour faire en sorte que l'effetde freinage à l'extré- mité postérieure du train soit sensiblement le même qu'à l'ex- trémité antérieure du train,
cet effet étant compté évidemment au même moment du freinage.
Pour l'explication de l'invention,, on se reportera au dessin annexé montrant sçhématiquement l'ensemble du système de freinage vu en coupe verticale. Il va de soi toutefoisque pour plus de clarté, certaines parties du système sont dessinées à une échelle beaucoup plus grande que les autres parties.
Sur ce dessin, la lettre de référence A désigne le ré- servoir auxiliaire et M le tuyau de freinage principal s'étendant sur toute la longueur du train, B est l'appareillage de frein combiné et C est la triple valve, cette dernière étant dessi- née à une échelle beaucoup plus grande que lesautres pièces.
Lesconnexions de tuyaux entre les différentes parties de l'ensemble sont représentées schématiquement en traits de chaînette, Il est à remarquer en outre, que la triple valve 0 est construite de la manière décrite au brevet principal et pourvue en outre d'un dispositif D pour obtenir la même courbe de freinage que dans le cas de freins usuels à une seule chambre et d'un second dispositif E pour obtenir une accéléra- tion de la diminution de pression dans le tuyau principal, comme on l'a indiqué plus haut, ces deux dispositifs étant décrits dans la suite,
Dans la forme de réalisation représentée au dessin, le frein à action rapide indiqué au brevet principal comprend un frein à air à une seule chambre,
pourvu d'un piston' 1 fixé à la tige de piston 9 qui s'étend à travers le centre du pis- ton du frein modifié à deux chambres dont il a également été question dans le brevet principal.
Pour qu'on puisse supprimer le moyen d'étanchéité entre lesdifférente pistons du frein à doux chambre et pour
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réduire les dimensions dans le sens de la longueur, le piston du frein a reçu la forme d'un piston différentiel comportant une partie de petite dimension 2 et une partie plus grande 3 ; ces pièces sont relises rigidement l'une à l'autre et rendues étanches dans le cylindre de forme correspondante pour résis- ter aux pressions dans les deux sens, le moyen d'étanchéité étant du genre usuel bien connu des personnes du métier.
Le cylindre à l'intérieur duquel le piston différentiel se meut est formé de deux parties de dimensions différentes, savoir un cylindre de petite dimension 4 directement relié à un cylin- dre de grande dimension 5,
Dans la construction décrite, la chambre du cylindre forme du côté externe de la partie 4 de grande dimension du piston une chambre commune de fonctionnement pour l'ensemble du frein à deux chambres, la chambre située du côté interne de cette partie du piston et la chambre située du côté externe 'delà petite partie 2 du piston formant des chambres de travail différentes du frein, indépendantes l'une de l'autre.
Il est évident que le piston différentiel peut égale- ment être construit, si on le désire, au moyen de plus de deux pièces de dimensions différentes, sous la condition que le cy- lindre correspondant soitpourvu d'un nombre correspondant de diamètres différents, mais pour toutes les applications de la pratique un piston différentiel à deux parties sera entière- ment suffisant.
Le petit cylindre 4- est muni d'une admission d'air 6 à l'extrémité située vis-à-vis du $rein à action rapide et le grande cylindre 5 est muni d'une entrée d'air à chaque extré- mité; ces orifices portant les chiffres de référence 7 et 8.
La soupape V commandant à la fois les admissions 6-7 et 8 et l'admission vers le frain à action rapide est disputa à l'extrémité libre de ce dernier, cette soupape est décrite dans le brevetprincipal et ne demande pas d'explication com- plémentaire. Il est toutefois bien entendu que pour plus de @
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di ./ plus (I,/f rlart9 cette soupape a été dessinée a unetgrande échelle que le frein lui-même et qu'en pratique elle est beaucoup plus pe- tite que. ne l'indiquent les proportions du dessin.
Le piston différentiel 2-3 est disposé sur un manchon 11 entourant la tige de piston 9 du frein à action rapide,
En vue de réduire les dimensions axiales, le ressort de rappel 12 du frein à deux chambres n'est pas disposé de la manière usuelle à l'intérieur du cylindre du frein mais est placé extérieurement à celui-ci entre une rondelle 13 fixée au manchon il et le fond de cylindre @ situé vis à vis du frein à action rapide, à l'intérieur d'un logement 14 reliant lesdeux freins.
Pour ce qui concerne le ressort de rappel 15 du frein 1 à a.ction rapide, ce ressort est disposé de la manière usuel- le autour de la tige de piston.
La tige de piston 9 représentée au dessin comprend trois parties différentes qui sont une partie 9 en forme de tige ordinaire, la plus rapprochée du piston, une partie in- termédiaire dentée 9a, et une partie extérne 9b en forme de manchon, toutes cespartiesétant reliées rigidement l'une à l'autre, La partie dentée Intermédiaire 9a forme un fond interne pour la partie 9b en forme de manchon et cette derniè- re entoure une tige de liaison 21 pour établir la liaison avec la timonerie de frein, cette tige étant placée librement à l'intérieur du manchon 9b et butant contre le fond de celui-ci, lessurfaces de butée étant de préférence de forme sphérique comme on l'a indiqué au dessin,
Le dispositif de verrouillage entre les différents pistons consiste en un ou plusieurs systèmes à genouillère destinés à coopérer avec la partie dentée 9a de la tige de piston et dans le cas où l'on emploie deux ou plusieurs sys- tmes de ce genre, la partie 9a doit être munie d'un nombre correspondant de crémaillères dentées.
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A l'intérieur de la chambre 14, le manchon 11 péné- trant dans le piston du frein à deux chambresest pourvu d'une tête 2 formant également la rondelle 13 décrite ci-dessus et cette tête est munie, sur les côtés opposés de la partie 9a de la tige de piston, de pivots 23 et 24, Le pivot 23 porte un levier dont un bras 25 est relié au moyen d'un ressort de tension 26 à un point fixe de la tête 22 situé à proximité de la rondelle 13, l'autre bras portant un pivot 28 pour un élé- ment 29 du système à genouillère mentionné plue haut, cet élé- ment étant muni d'un cliquet 30 destiné à coopérer avec la crémaillère correspondante.
L'autre extrémité de l'élément 29 est reliée au moyen d'un pivot 31 au second élément 32 du sys- tème à genouillère, et cet élément mentionné en dernier lieu est monté sur le pivot 24 décrit plus haut. Il est également essentiel pour le fonctionnement qu'une butée fixe soitplacée dans le trajet du mouvement du ou des systèmes . genouillère et dans la variante représentée, cette butée est formée en 33 par le couvercle du logement 14 le plus rapproché du frein à action rapide
Le mode de fonctionnement est le suivant:
Lorsque le piston du frein à deux chambreseffectue sa course de travail en se mouvant vers la gauche du dessin, la tête 22 participe au mouvement.
Le bras de levier 27 tend ainsi à s'écarter de la butée fixe 33, mais alors le ressort 26 le fait basculer dans le sens de la rotation des aiguilles d'une montre et étend le système à genouillère 29, 32 de façon que les cliquets 30 viennent en prise avec la partie 9a en forme de crémaillère dentée, ce qui verrouille ensemble les pistons. Lorsque le piston du frein à deux chambres se meut en sens opposé (en desserrant les freins), le dégagement du moyen de verrouillage se produit de la manière inverse dès que lebras de levier 27 vient en contact avec la butée fixe 33.
Il Va de sol que le cliquet 30 et la partie 9a de la tige de piston peuvent recevoir une forme et une inclinaison
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telles par rapport à l'axe de la tige de piston que la force transmise du piston 2-3 au cliquet 30 peut posséder une compo- sante tendant à presser le cliquet contre la tige de piston après qu'il a été mis en prise avec cette dernière. Il est ainsi possible de décharger entièrement le ressort 26 de sorte qu'on ne doit pas compter sur ce dernier pour ma,intenir l'action de verrouillage entre les éléments décrits et que les dents sont maintenues automatiquement en prise aussi longtemps que par suite de la pression exercée par le piston différentiel, ce dernier tend à se mouvoir vers la gauche du dessin.
Le res- sort 26 sert alors simplement à établir l'engagement entre les pièces, la triple valve C a également été expliquée en détail au brevet principal et ne demande pas d'explication complé- mentaire, mais les dispositifs additionnels D et E combinés à cette valve vont être décrits dans ce qui suit.
La triple valve C est munie comme d'habitude d'un piston 34 se mouvant en va et vient dans un cylindre correspon- dant qui est muni axialement d'une ouverture 35 et le piston 34 est relié à une soupape 36 recevant l'action d'un ressort de telle manière qu'elle est quelque peu élastique dans le sens du mouvement du diston. Dans le prolongement du logement de la triple valve est placé un cylindre 37 pour un piston 38 qui est pressé au moyen d'un ressort 39 dans la direction de la triple valve, et l'ouverture 35 forme une communication permanente entre les cylindres dans lesquels se meuvent les pistons 34 et 38.
Le piston 38 est pourvu d'un trou central 40 dont l'extrémité supérieure forme un siège pour la soupape 36 et le piston 38 est relié élastiquement à une soupape 41 qui, en coopération avec un siège correspondant, et par l'in- termédiaire d'un canal 42, est en état d'établir une communi- cation entre l'atmosphère et la chambre de cylindre située au-dessous du piston 38,
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Ce dispositif a pour but d'accélérer le freinage ou en d'autres termes de transmettre rapidement une diminution de pression à l'intérieur du tuyau principal, dans un long train, de l'extrémité antérieure de celui-ci à son extrémité postérieure.
Ce résultat est obtenu par l'élimination des volumes des courses des pistons 34 de telle façon que ces vo- lumes ne sont pas reportés. jusqu'au tuyau de frein principal et ne provoquent pas une égalisation de la pression dans celui- ci; le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante:
Dans le cas d'une diminution de pression dans le tuyau principal M, le piston 34 se meut vers le bas de la ma- nière usuelle et ainsi la soupape 36 se ferme ¯.. Dans la suite, lorsque le piston 34 continue à se mouvoir vers le bas, il presse également vers le bas le piston 38 par l'intermédiaire de la soupape 36 contre l'action du ressort 39, Au même moment, lorsque le moyen d'arrêt (décrit au brevet principal), agissant sur les pièces de la triple valve, est dégagé, la soupape 41 est ouverte et la chambre située du côté inférieur du piston-38 est mise en communication avec l'atmosphère par le canal 42.
Le résultat en est que le volume de la course du piston 34 est absorbé dans le cylindre 37 flans être reporté dans le tuyau principal de frein, et qus l'air du côté de la face inférieure du piston 38 s'échappe vers l'atmosphère. Lorsqu'on desserre les freins (en augmentant la pression dans le tuyau principal), les.pièces se meuvent en sens opposé et la soupape 41 est fermée avant l'ouverture de la soupape 36 (lors du dégagement du moyen d'arrêt pendant le mouvement vers le haut) de sorte que la triple valve c n'est jamais mise en communi- cation avec l'atmosphère par le dispositif décrit.
En donnant au piston 38 une surface égale ou supérieure celle du piston 34 ilest possible non seulement d'éliminer le volume de la course de ce .dernier de la manière qui vient d'être décrite, mais il est également possible d'augmenter le
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volume du tuyau principal et d'obtenir par une semblable aug- mentation du volume une diminution supplémentaire de pression et une augmentation correspondante de l'accélération de l'effet de freinage dans de longs trains.
Le dispositif D pour obtenir la même action de frei- nage et des courbesde freinage analogues a cellesobtenues dans le cas des autres freins à air comprimé adoptés interna- tionalement jusqu'à présent consiste en un piston différentiel 43,44 pouvant se mouvoir en va et vient dans un cylindre cor- respondant 45 qui, dans la forme de réalisation réprésentée, est supposé placé dans le prolongement du cylindre 37 mais qui peut être placé autrement.
La chambre 46 située sur la face supérieure de la petite partie 43 du piston est destinée à être mise temporairement en communication avec l'atmosphère et comme cette communication doit être établie lorsque le cy-
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lindre 37 doit outre 1'0116 ia l' ntmoaphl'Jr9 sur la faoe inférieure du piston 38, la communication mentionnée en premier lieu sera effectuée de la manière la plus simple au moyen d'un canal 56 entre le cylindre 37 et la chambre 46, La chambre 47 située sur la fa,ce inférieure de la grande partie 44 du piston est en communication au moyen d'un tuyau ou d'un canal 48 avec la chambre de fonctionnement du frein, c-a-d. la chambre située sur la face externe du piston 3 et ce canal 48 s'étend à travers l'élément de soupape W pour commander l'action du frein.
La cham- bre 49 formée au point de communication entre les parties 43 et 44, de dimensions différentes, du piston est en communication avec le tuyau principal M au moyen d'un tuyau ou d'un canal 50 traversant l'élément de soupape W, Le piston 43-44 est également pourvu d'une soupape 51 qui coulisse axialement et reçoit la pression d'un ressort et qui coopère avec un siège 52 et sert
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. â mettra en communication avec l'atmosphère la chambre 47 du /l.? cylindre. Entre les cliambres 4 49 ---" 47 des cylindres, une communication peut être établie au moyen de conduits de déri- vation 53 qui sont ouverts par le piston lors de la course vers
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le bas et sont fermés par ce dernier lors de la course vers le haut.
Cesconduits de dérivation 53 sont de préférence au nom- bre de deux ou plus et sont disposésde façon à ne pas être ouverts au même moment mais successivement l'un après l'autre pendant que s'effectue la course descendante du piston. Cette disposition est également représentée au dessin suivant lequel les conduits de dérivation 53 sont prolongés jusqu'à des ni- veaux différents dans la chambre 49, le conduit de gauche étant
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ouvert tilt celui do droite :Corm4 lorsque 19 :
l.f1tQn ont finna la position représentée au dessin, Pour la limitation du mouvement de la soupape 51 par rapport au piston 43,44 la tige de soupape est pourvue d'une tête 54 coopérant avec des surfaces de butée correspondantes à l'intérieur du piston, La soupape 51 estpres- sée par un ressort, comme on l'a indiqué plus haut, de façon qu'elle tende constamment à prendre une position fermée, et le piston 43-44 reçoit l'action d'un ressort de rappel 55 tendant à pousser le piston vers le haut pour fermer les conduits de dérivation 53.
Pour que ce dispositif soit compréhensible, on doit se rappeler que par exemple dans le cas d'un frein à air ordi- naire à une seule chambre, une diminution relativement petite de la pression à l'intérieur du tuyau principal produit rapi-
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doniont un frsinuge dont l'effet dépend directement de la valeur de la diminution de pression, ceci étant dû au fait que la pression atmosphérique agit sur la face opposée du piston de frein à air à une seule chambre. comme dans le cas d'un frein à deux chambres, une pression supérieure à la pression atmos- phérique existe des deux côtés du piston, les conditions ne sont pas les mêmes et dans de pareils freins une diminution de pres- sion beaucoup plus grande dans le tuyau principal est nécessaire pour obtenir la même action de freinage.
En vue d'obtenir pour un frein à deux chambres une action semblable à l'action d'un frein à une seule chambre, c-à-d, en vue de fa.ire en sorte que le freinage s'effectue suivant lesmêmes courbes pour ce qui:.
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concerne la diminution de pression dans le tuyau principal, il est donc nécessaire, en dehors de cette diminution de pression, pour obtenir un freinage, de retirer une nouvelle quantité d'air de la chambre de fonctionnement du frein pour augmenter la différence de pression agissant sur les faces opposées du piston, en vue d'obtenir ainsi la même action que celle d'un frein à une seule chambre.
Cet effet est également obtenu par le dispositif décrit, et cela de la manière suivant : Lors d'une diminution de pression dans le tuyau principal ainsi que c'est nécessaire pour faire avancer les sabots de frein dans la di- rection des roues, (c-à-d, pour dégager le moyen d'arrêt de la triple valve), le cylindre 37 sera soumis à un vide en dessous du piston 38 de la manière décrite ci-dessus.
On produit ainsi également un vide dans la chambre 46 et ce vide provoque, avec la diminution de pression dans la chambre 49 (reliée au tuyau principal), un mouvement de montée du piston 43, 44 de sorte que la chambre 47 et également, au moyen du canal 48, la cham- bre de fonctionnement du frein sont reliées à l'atmosphère.Le résultat en est que les sabots de frein sont déplacés vers les roues et que lepiston du frein à deux chambres effectue un mou- vement initial (vers la gauche) de longueur suffisants pour mettre en prise le cliquet 30 avec la Partie dentée 9a'de la tige de piston, de sorte que les pistons de frein sont ver- rouillés ensemble, Lorsque la pression continue à diminuer dans le tuyau principal,
la pression dans la chambre de fonctionne- ment diminue dans une plus grande mesure que celle répondant directement à la diminution de pression dans le tuyau princi- pal et la différence de superficie des faces opposées du pis- ton 44 détermine l'étendue de la différence de diminution des pressions, vu, que lorsque la pression dans la chambre 47 c-à-d. aussi dans la chambre de fonctionnement du frein, s'est abaissée au point que la pression dans la chambre 49, c-à-d, aussi dans le tuyau principal, est en état de pousser le pis- ton 44 de nouveau vers le bas, la soupape 51 se fermera et
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de ce fait la communication entre la chambre de fonctionnement et l'atmosphère est coupée.
Il est donc évident qu'en choisis- sant des dimensions correctes pour les surfaces de piston, faction différentielle établie fera agir le frein à deux cham- bres suivant la même courbe de freinage qu'un frein à une seule chambre.
Il est évident également que lorsque le piston 43-44 se meut vers le haut pour ouvrir la soupape 51, les. conduits de dérivation 53 sont fermés et que le mouvement de la sou- pape par rapport au piston, mouvement qui est limité par la tête 54, peut être calculé de telle manière que le tuyau prin- cipal ne peut jamais, au moyen du canal 50, être mis en commu- nication avec l'atmosphère.
On peut voir d'autre part, quia- près que le piston 44 est descendu de façon que la communica- tion entre la chambre de fonctionnement du frein et l'atmos- phère soit coupée, les conduits de dérivation 53 établissent une communication entre les chambres 49 et 47, c-à-d. entre la chambre de fonctionnement du frein et le tuyau de freinage principal,,
Pour obtenir l'action correcte du dispositif, les di- mentions peuvent être calculées comme suit:
Les expressions employées dans les équations sont : p = pression du tuyau principal en atmosphères lorsque le sys- tème est sous-charge et lorsque les freins sont desserrés; pl = diminution de pression nécessaire dans le tuyau principal pour faire avancer les sabots vers les roues;
p2 = diminution de pression provoquée par p1 dansla chambre de fonctionnement du frein, Cette diminution sera suffisante pour obliger le piston de frein à prendre sa position de freinage; p3 = diminution de pression nécessaire dans le tuyau principal pour le plein effet de freinage; A1 = superficie (comptée en centimètres carrés) de la surface du piston différentiel destinée à être exposée à l'atmos, phere
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A2 = superficie (comptée en centimètres carrés) de la surface du piston différentiel recevant l'action de la pression du tuyau principal;
A3 = superficie (oomptée en centimètres carrés) de la surface du piston différentiel sur laquelle la pression est la même que dans la chambre de fonctionnement du frein; Pl = pression totale venant des ressorts agissant sur le piston différentiel lorsque ce dernier prend une position dans laquelle les conduits de dérivation sont ouverts; P2 = pression du ressort de rappel agissant sur le piston dif- dérentiel lorsque le piston prend une position dans la- quelle la communication entre la chambre de fonctionnement et l'atmosphère vient d'être coupée.
Lorsque le système est sous charge et les freins desserrés, l'équation suivant est applicable:
1)- p (Al + A2) = Pl + p.A3; après une diminution, de pression, dans le tuyau principal, s'é- levant à pl atm.,
2) - (p - p1).A2 = P2 + (p - ps).A3; et après une nouvelle diminution de pression dans le tuyau principal s'élevant à P3 atm.,
3) - (p - P3).A2 = P2;
Si l'on suppose par exemple que p = 5 atm., pl = 0,2 atm p2 = 1,0 atm. et p3 = 2,0 atm., on obtient les résultats suivants
4)- A1 = 12 PI - 11 P2 ou Al = 0,2 Pl - 0,183 P2;
60
5)- A2 = P2 ou A2 = 0,333 P2, et
6)- A3 = 3 P2/20 ou A3 = 0,15 P2,
En partant d'une certaine valeur de Al déterminée en tenant compte de désirs relatifs à des points de vue construc- tifs, et d'une valeur de Pl déterminée de la même manière, on peut obtenir d'après les équations qui précèdent les valeurs de A2, A3 et P2. Si l'on procède de cette manière, la valeur de
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A1 peut de préférence être résolue par rapport à P2, ce qui donne
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7)- P2 19 Pl - 6Q A ou P2 # 1,091 Pl - 5,11!> Al.