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K. EICKMANN, résidant à MARKGRONINGEN/Wïrtt. (Allemagne).
MACHINE A PISTONS ROTATIFS, EN PARTICULIER TRANSMISSION HYDRAULIQUE.
La présente invention est relative à une machine à pistons rota- tifs, en particulier une transmission hydraulique (hydrodynamique), compor- tant au moins une pompe à pistons rotatifs ou un moteur à pistons rotatifs (mais de préférence, à la fois une pompe à pistons rotatifs et un moteur à pistons rotatifs), ainsi que des palettes montées à coulissement dans des fentes du rotor central ou à fluide, palettes qui limitent les cellules de refoulement et qui sont encerclées du côté extérieur par une bague obtura- trice ou par l'enveloppe, ces palettes étant engagées à coulissement radial dans des gorges prévues dans des parois latérales réunies rigidement au ro- tor central.
Les transmissions hydrauliques de ce type, connues à ce jour, pré- sentent surtout le désavantage que l'obturation étanche des différentes cel- lules de refoulement, ainsi que l'exécution des gorges servant au guidage des palettes dans les parois, latérales, présentent des difficultés. En ou- tre, et en raison des pertes par laminage et par fuites entre les palettes et les parois latérales, il était impossible d'éviter dans la plupart des constructions connues, à ce jour, un certain équilibrage de la pression entre les différentes cellules. Par conséquent , la pompe et le moteur sont li- mités quant à la valeur de la pression applicable.
En outre et vu l'action unilatérale de la pression sur les palettes dans les transmissions connues, il résulte dans celles-ci des moments de friction et de renversement qui sou- mettent les palettes et les fentes dans le rotor central à une usure plus élevée.
La présente invention vise avant tout à éliminer ces inconvénients des transmissions hydrauliques connues. Elle consiste pour une part essentiel- le dans le fait que chacune des parois latérales est composée de deux dis- ques dont celui qui est le plus rapproché du rotor, c'est-à-dire, le disque intérieur, présente des gorges ou fentes radiales qui servent au guidage
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latéral des palettes, tandis que le disque tourné vers l'extérieur obture à joint étanche le côté de ces fentes qui, considéré dans le sens axial est situé à l'extérieur. Ceci permet d'exécuter les fentes d'une manière parfaite et précise et de réaliser ainsi une étanchéité efficace entre les différentes cellules.
Grâce au guidage latéral des palettes dans les fentes des parois latérales rotatives, les moments de renversement sont absorbés efficacement par les disques latéraux. Ces derniers disques empêchent toute tendance des palettes au basculement et réduisent les pertes latérales par laminage et par fuites, de sorte que, lorsqu'elle est construite d'une manière appro- priée, la transmission selon l'invention fonctionne encore d'une manière sûre aux pressions de liquide dix fois supérieures à celles que l'on appli- quait couramment à ce jour dans les transmissions hydrauliques.
En outre, la bague de retenue ou obturatrice, qui entoure les pa- lettes et qui tourne avec celles-ci, est interposée à rotation dure entre les parois latérales et est montée, à l'aide d'un palier à roulement, dans une bague faisant partie de l'enveloppe et dont la position peut être réglée transversalement. La bague d'enveloppe ou de réglage sera de préférence sup- portée par plusieurs rouleaux répartis en cercle, eux-mêmes montés sur des pivots solidaires de l'enveloppe, à l'aide de paliers de roulement plus petits.
On peut réaliser une construction et un fonctionnement particu- lièrement favorables en montant les palettes à jeu dans les fentes du rotor central et en assurant de préférence le guidage de ces palettes dans les gorges ou fentes des parois latérales. Grâce à cette disposition, l'agent de pression peut pénétrer dans la fente depuis la cellule voisine soumise à une surpression, en pressant ainsi la palette contre la paroi opposée de la fente, ce qui réalise un joint étanche efficace. Eventuellement, l'agent sous pression peut être amené par des canaux spéciaux dans les parties in- térieures, considérées dans le sens radial des fentes.
Selon une autre caractéristique de l'invention, es fentes ou gorges radiales, prévues dans les parois latérales, sont fermées aux deux extrémités, les chambres ainsi déterminées dont le volume varie, au cours de chaque révolution du rotor, entre une valeur maximum et une valeur mini- mum- étant en communication les unes avec les autres en vue de l'équilibra- ge des pressions.
Les chambres situées aux extrémités des différentes gorges radi- ales peuvent être reliées les unes aux autres par des canaux circulaires, le canal circulaire extérieur et le canal circulaire intérieur étant éven- tuellement reliés l'un à l'autre par des forages prévus dans les parois latérales.
En établissant de telles chambres fermées, en communication les unes avec les autres, on obtient, d'une part 1-'élimination de fuites qui in- fluencent défavorablement le rendement et, d'autre part la suppression de contre-pressions indésirables dans les chambres lors du va-et-vient des palettes dans les fentes.
L'@nvention se rapporte en outre à une construction dans laquelle les bords des palettes, guidés dans les gorges latérales, présentent des talons qui dépassent le diamètre du cercle formé par ces bords; à un guidage des palettes dans la bague obturatrice au moyen de cylindres d'étanchéité pivotants à surface aplatie à une admission et une distribution du fluide sous pression aux espaces formés sous les bords intérieurs des palettes, ainsi qu'à d'autres caractéristiques que l'on trouvera dans la description qui suit et qui concerne plusieurs exemples d'exécution.
Dans les dessins annexés :
La Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un exemple de réa-
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lisation de la transmission.
La Fig. 2 est une vue en coupe transversale de cette construc- tion, cette coupe étant menée spit par la pompe, soit par le moteur de la transmission, suivant la ligne II-II de la Fig. 1, cette construction étant munie d'une bague obturatrice à position réglable horizontalement.
La Fig. 3 est une coupe qui correspond à peu près à la Fig. 2 d' une autre forme de réalisation de l'invention.
La Fig. 4 est une vue en coupe axiale d'un autre mode de réalisa- tion de l'invention.
La Fig. 5 est un fragment agrandi de la Fig. 4, qui représente le guidage latéral des palettes.
La Fig. 6 est une vue en coupe transversale d'un troisième mode d'exécution de l'invention.
La Fig. 7 est une vue en coupe transversale d'une quatrième va- riante de réalisation de l'invention, cette coupe étant menée suivant la ligne VII-VII de la Fig. 8.
La Fig. 8 est une vue partielle en coupe longitudinale selon la ligne VIII-VIII de la Fig. 7, vue dans laquelle on a supposé que les palet- tes dont guidées à joint étanche dans le rotor contrairement à la fig. 7.
La Fig. 9 est une vue en coupe suivant la ligne IX-IX de la Fig. 8 et
La Fig. 10 est une variante de la Fig. 7.
Dans les Figs. 1 et'2, l'enveloppe 10 est fermée extérieurement par les deux boucliers latéraux 11 et 12. Dans la partie médiane 13 de 1' enveloppe et dans la paroi latérale 11 sont montés les organes rotatifs de la pompe de transmission hydraulique. A, au moyen de paliers à roulement 14, 15 et 16, tandis que les organes rotatifs du moteur de transmission hy- draulique B sont montés, à l'aide de paliers de roulement 17, 18 et 19 dans le corps médian 13 et dans la paroi médiane 12. Entre la pompe et le moteur est intercalé rigidement la partie intermédiaire 20 de l'enveloppe,
partie contre laquelle prennent appui les éléments de guidage 23 et 24. La pompe hydraulique et le moteur hydraulique sont en principe d'une construction identique et ne différent dans les divers exemples de réalisation que par leurs cotes.
Un rotor central est constitué - tant lorsqu'il fonctionne comme pompe hydraulique que lorsqu'il est utilisé comme moteur hydraulique - par l'arbre 25 ou 25a, le cylindre central 26 enmanché sur cet arbre, ainsi que par les parois latérales réunies rigidement au cylindre central ou à fluide et constituées chacune par deux disques 27,28 ou 29,30. Les cylindres des rotors sont munis de fentes radiales 31, tandis que les disques latéraux 28 et 30, situés vers l'intérieur dans le sens axial, sont munis de gorges 32, dans lesquelles les palettes 33 peuvent coulisser radialement, tout en étant ajustées à faible jeu axial dans les gorges 32, ces dernières étant obturées hermétiquement du côté extérieur dans le sens axial, par les dis- ques latéraux extérieurs 27 et 29.
Le rotor est obturé radialement, du côté extérieur, par la ba- gue obturatrice 34 dont la position peut être réglée par excentrage par rapport au cylindre 26, 26a, cette bague étant montée dans les paliers à roulement 35, de sorte que, pendant la rotation, il n'existe qu'un faible mouvement relatif entre les disques latéraux 28, 30 et 27; '29, d'une part et la bague obturatrice 34, ajustée à contact rotatif étroit entre ces dis- ques, d'autre part . Les cellules 36 à volume variable sont délimitées par le cylindre 26, 26a, la bague obturatrice 34 et les disques 28, 30 des pa- rois latérales.
La modification du volume est réalisée en ajustant la bague
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de réglage 37 qui porte le palier à roulement 35 et qui peut être déplacée vers l'un ou l'autre coté, dans le sens des flèches x, sur les guidages à coulissement 39, 40, à l'aide de la tige 38. Dans l'exemple de réalisation selon la Fig. 1, les palettes 33 de la pompe de transmission sont pressées vers l'extérieur par le fait que le liquide soumis à une surpression est refoulé, par un canal 41, dans les fentes 31, de façon à agir sous les pa- lettes, lesquelles sont ainsi pressées contre la bague obturatrice extérieu- re 34. On peut éventuellement prévoir des bagues élastiques 42, 43 ou orga- nes analogues, comme on l'a représenté dans le moteur B.
Suivant que,le décalage excentrique de la bague de réglage 37 par rapport au rotor est plus ou moins important, l'effet d'aspiration qui s'exerce sur le liquide pendant la croissance des chambres ou cellules,ain- si que l'effet de compression correspondant, qui agit sur ce liquide lors de la décroissance de ces chambres ou cellules, est plus ou moins important.
Les chambres des cellules.36 sont réunies par l'entremise de forages 44 et 45 et à l'aide des surfaces de distribution 46,47 prévues entre les disques 23 ou 24, d'une part et le corps intermédiaire 20 de l'enveloppe d'autre part, aux canaux à huile 21, 22 prévus dans ce corps intermédiaire.
Lorsque l'arbre 25 de la pompe A de la transmission est entrai- né depuis une source d'énergie extérieure et que, par conséquent, le rotor annulaire est entraîné en rotation, les cellules délimitées par les palettes 36 vont en augmentant de volume pendant une demi-révolution du rotor et vont en diminuant de volume pendant la demi-révolution suivante de celui-ci.Les cellules qui augmentent de volume aspirent du liquide par le canal d'aspira- tion 48. Les cellules qui vont en diminuant de volume refoulent le liquide par le canal de transvasement 21 dans les cellules du moteur de transmission B, de sorte que le rotor de celui-ci est entraîné en rotation par le fait que les différentes chambres se remplissent sous pression et continuent à se remplir jusqu'à ce que la chambre considérée a atteint, par suite de la rotation, la position de son volume maximum.
Après avoir effectué le travail, le liquide quitte le moteur par le canal 22 et afflue vers le côté aspiration de la pompe, qui l'aspire à nouveau. La pompe de transmission est entraînée à une vitesse de rotation constante. La puissance transmise et convertie est prélevée à l'arbre récep- teur ou mené 25a du moteur hydraulique à huile. Le nombre de tours et le sens de rotation du moteur de transmission sont déterminés par la grandeur du dé- calage excentrique de la bague obturatrice 34 par rapport à l'arbre 25 de la pompe et à l'arbre 25a du moteur. Plus l'excentrage de la bague obturatrice '24 est important, et plus la variation du volume des cellules de la pompe et, par conséquent, le débit de la pompe et la vitesse de rotation du moteur de transmission seront élevées.
Le nombre de tours du moteur sera nul lorsque la bague d'obturation 34 occupera une position concentrique par rapport au rotor annulaire (Fig. 2), tandis que le sens de rotation du moteur est ren- versé lorsque la bague obturatrice 34, après avoir dépassé la position zéro, est excentrée dans le sens opposé.
Dans l'exemple de réalisation selon la Fig. 3, les palettes 33 sont montées à coulissement avec un jeu 49, dans les fentes 31 du cylindre 26, de telle manière que le liquide ou tout autre fluide sous pression peut s'échapper des cellules 36 par les fentes 49, pour agir sur la face inté- rieure des palettes 33 montés dans les fentes'31. De cette façon, les palet- tes 33 sont pressées par le fluide contre la paroi 50 du cylindre 26, opposée à l'espace de jeu 49 ainsi que contre la bague obturatrice extérieure 34.
On a constaté que précisément cette construction avec jeu permet de réaliser un effet d'étanchéité particulièrement efficace.
Dans le mode de réalisation selon les Figs. 4 et 5, le rotor annulaire, constitué par les parois latérales 127, 128 et 129, 130 et par le cylindre 126, est réuni rigidement à l'arbre 125 à l'aide de vis 151. Sur l'arbre 120, monté rigidement dans le corps médian 113 de l'enveloppe 101,
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sont montés à rotation, d'une part, le cylindre 126 de la pompe de trans- mission et, d'autre part, le cylindre 126a du moteur de transmission., Le cylindre 126 ou 126a forme d'autre part la partie 128 de la paroi latéra- le extérieure, -tandis que la partie 130 de la paroi latérale opposée est exécutée séparément ;elle peut cependant faire éventuellement corps avec le cylindre à fluide, en particulier lorsque la bague obturatrice 134 est elle-même constituée en deux pièces en forme de coquille.
Eventuellement, les deux parties de la paroi du cylindre pourraient être exécutées séparé- ment. Le rotor annulaire, muni de son arbre 125 est monté d'une part, au moyen d'un roulement à billes 116, dans l'enveloppe 101, et, d'autre part, au moyen de roulements à rouleaux 114, 115 sur l'arbre fixe 120. La bague obturatrice 134 est supportée (d'une manière qui n'a pas été représentée ici en détail, mais qui correspond par exemple à celle de la Fig. 6) par la bague de réglage 137 qui peut être déplacée, au moyen d'un levier 152 et d'une douille de réglage 153, réunie rigidement à celui-ci, par l'intermé- diaire du filet 154, dans le sens axial x, ce qui permet d'amener la bague obturatrice 134 dans une position plus ou moins excentrée par rapport au cylindre 126.
Le moteur de transmission est établi d'une manière analogue à celle de la pompe de transmission décrite ci-dessus. Dans ce cas, le cylindre
126a, avec les parois latérales qui en sont solidaires, est réuni rigidement à l'arbre récepteur 125a à l'aide de vis 151a, cet arbre étant monté dans l'enveloppe 101 à l'aide du roulement à rouleaux 117 et, sur l'arbre 120, au moyen de roulements à rouleaux 114a et 115a. La bague obturatrice 134a est supportée par une bague de réglage 137a qui peut également être décalée dans le sens de la flèche x au moyen du levier 152a et de la douille de ré- glage 153a, par l'intermédiaire du filet 154a.
Tout comme dans le mode de réalisation des Figs. 2 et 3, les pa- lettes 133 sont guidées dans des fentes 131 du cylindre et dans les éléments 128 et 130 des parois.A cette fin, les éléments précités des parois sont munis de fentes 132, 132a, comme montré dans la parti- inférieure de la cou- pe par le moteur de transmission, fentes dans lesquelles les extrémités la- térales des palettes 133 coulissent dans le sens latéral.
Tout'comme dans la Fig. 1, les extrémités des palettes présentent des talons qui dépassent le diamètre du cercle formé par les bords extérieurs des palettes, comme o.n l'a indiqué par exemple en 155 (Fig. 5), de sorte que l'on obtient une arête d'étanchéité 156. Les espaces extérieurs des gor- ges 132, 132a, qui sont ainsi isolés des cellules 136, sont en communication avec des canaux annulaires 157 et 157a, tandis que les extrémités intérieu- res de ces gorges sont reliées les unes aux autres par des canaux circulai- res correspondants 158 ou 158a.
Les chambres extérieures 157 et 157a communiquent en outre avec les chambres intérieures 158 et 158a par des forages 159 et 159a, de sorte que la même pression existe toujours dans le canal annulaire extérieur et in- térieur et dans les chambres extérieures et intérieures des gorges 132, 132a.
Le fluide moteur arrive aux différentes cellules à travers 1' arbre creux 120, à savoir, par le canal 121 ou 122, suivant le sens de rota- tion de l'arbre 125. En outre, ce fluide est admis radialement dans les fen- tes 131, à l'intérieur des palettes 133. A cette fin, on prévoit dans un fo- rage transversal 160 réunissant ces deux canaux, une soupape de renversement 161 qui peut coulisser dans le forage 160 comme un tiroir et être déplacée par le fluide moteur vers l'une ou l'autre de ses positions extrêmes, suivant que le fluide arrive par le conduit 121 ou 122. L'admission du fluide moteur se fait par l'une des deux ouvertures 162 et 163, représentées dans le des- sin comme étant décalées à 90 , suivant que l'une ou l'autre moitié des cel- lules effectue sa course de refoulement.
Un forage central 164 aboutit à un canal transversal 165 qui communique avec une gorge annulaire 166 et conduit le fluide moteur dans les parties intérieures des fentes, sur la face inté-
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rieure des palettes 133 considérée dans le sens radial. De même, on prévoit pour la gorge annulaire 166a un forage central contrôle (qui correspond au forage central 164).
Lorsque les palettes 133 se déplacent dans les fentes 132 ou 132a compte tenu de la position de la bague de réglage 137 ou 137a, l'air contenu dans les extrémités des fentes peut s'équilibrer par les canaux circulaires extérieurs 157, 157a et les canaux circulaires intérieurs 158, 158a. L'air qui arrive par les canaux circulaires 166 sous les palettes agit en outre, conjointement avec la force centrifuge, de telle façon que les palettes 133 sont constamment appliquées sous pression contre les bagues obturatrices 134 et 134a. Dans la Fig. 5, on a représenté le coin inférieur de droite du mo- teur de transmission à une échelle plus grande ; dans cette Fig. la bague obturatrice 134a est cependant située plus bas que dans la Fig. 4.
Le mode d'exécution suivant la Fig. 6 ne diffère en substance de celui des Figs. 4 et 5 que par le fait que les palettes 233 glissent sur la bague obturatrice 234 à l'aide de patins 262 dont les surfaces cylindriques convexes s'appliquent contre des surfaces cylindriques concaves de ces pa- lettes, la disposition étant telle que, lorsque le rotor 226 tourne excentri- quement par rapport à la bague obturatrice 234, les patins assurent un joint étanche efficace entre les différentes cellules 236 de la lampe ou du moteur de transmission.
La fig. 6 montre en outre le mode de montage de la bague obtura- trice 234 dans la bague de réglage 237. Ici, la bague obturatrice est mon- tée entre quatre rouleaux 263 à parois épaisses, eux-mêmes montés sur des pi- vots 265 de la bague de réglage 237 à l'aide de petits roulements à rouleaux 264. Grâce à la forte démultiplication R/r, on obtient que la vitesse périphé- rique des rouleaux de chauqe roulement à rouleaux 264 se trouve réduite,de sorte qu'il suffit d'utiliser des roulements à rouleaux relativement petits.
La bague de réglage 237 est montée entre supports à glissement 266, 267, qui peuvent être réglés par rapport à l'enveloppe '201 à l'aide de surfaces sphé- riques 268, 269.
Ici également, l'arrivée et le départ du fluide moteur s'opèrent par des ouvertures :262, '263 prévues dans l'arbre fixe 220, la disposition étant telle que, lorsque le rotor à fluide tourne dans le sens de la flèche a, et lorsqu'il s'agit de la pompe, l'air aspiré, éventuellement soumis à une pression d'amont, pénètre par l'ouverture 262, cependant que l'ouvertu- re 263 sert à évacuer l'air moteur comprimé dans les cellules. Cette situa- tion est renversée lorsque le rotor tourne dans le sens opposé. Dans le cas du moteur de transmission, l'air moteur, comprimé par la pompe de transmis- sion lorsque le sens de rotation correspond à la flèche a est introduit sous pression par 262, cet air s'échappant par l'ouverture 263 après avoir effectué son travail en cédant son énergie à l'arbre récepteur.
Les fentes 231 sont reliées par des forages 266' à une gorge cir- culaire 266, ces forages et cette gorge étant contrôlés par des soupapes d' inversion (correspondant à la soupape 161 de la Fig. 4) d'une manière repré- sentée dans la Fig. 4 (mais qui n'est pas montrée en détail dans la Fig. 6. )
Dans le mode de construction selon la Fig. 7, le rotor 320 tail- lé dans l'épaisseur du métal et formant une pièce avec son arbre de commande, est muni de fentes radiales 331 qui présentent une largeur particulièrement importante comparativement aux palettes 333 guidées dans ces fentes. Par con- séquent, les espaces intérieurs, dans le sens radial, des fentes 331 commu- niquent librement par de larges passages 349 avec les cellules 336.
Ici éga- lement,des patins 362, montés p. l'aide de portées cylindriques, servent à assurer l'étanchéité entre les palettes 333 et la surface de glissement 334 présentée par l'enveloppe 301. Le renversement des palettes est empêché par le fait que celles-ci sont guidées latéralement dans les fentes latérales des parois latérales, tout comme dans les exemples de réalisation décrits
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plus haut. On n'a pas prévu dans cet exemple de réalisation une bague ob- turatrice particulière tournant avec le rotor, de sorte que les palettes
333 ou les patins 362 sont en contact avec-l'enveloppe de la transmission tout en tournant à leur vitesse pleine, ce qui est quelquefois admissible pour des vitesses de glissement peu élevées.
La pression agissant dans les cellules 336 a pour effet que les palettes 333 sont pressées fortement contre les surfaces des parois 350,op- posées à l'espace de jeu 349, d'une part et contre la surface de frottement
334, d'autre part. On peut réaliser ainsi des effets d'étanchéité extrême- ment favorables.
Lorsque les transmissions ou machines doivent fonctionner avec des vitesses de rotation particulièrement réduites, allant éventuellement jusqu'à une vitesse nulle, il est avantageux d'utiliser des ressorts 374
Fig. la), qui pressent les palettes 333 vers l'extérieur contre la surface de frottement 334, et qui prennent appui sur les extrémités intérieures dans le sens radial, des fentes 331, d'une part et contre les faces intérieu- res des palettes ou dans des creux prévus dans ces faces, d'autre part. Il va de soi que de tels systèmes d'appui pour les ressorts peuvent également être prévus dans les autres exemples d'exécution.
Les Figs. 8 et 9 représentent à titre d'exemple un mode de mon- tage des patins 362 dans les palettes 333. A cette fin, les palettes présen- tent des forages 370 qui s'ouvrent radialement vers l'extérieur en 371. Dans ce montage, les extrémités, qui forment des saillies radiales vers l'exté- rieur, des parties 355 des palettes, parties pourvues d'épaulements suivant un plus grand diamètre et guidées dans les fentes ou gorges latérales 332, sont infléchies vers l'intérieur, empêchant ainsi un dégagement fortuit des patins, même dans l'éventualité où les palettes s'écarteraient de la surface de frottement 334 à la suite de chocs ou causes analogues.
Les parois laté- rales, qui tournent solidairement avec le rotor 320, sont de préférence di- visées en disques distincts 327, 328 et 329, 330, tout comme dans l'exemple de réalisation selon la Fig. 1 ou 4, les fentes ou gorges 332 et 332a étant prévues respectivement dans les disques 328 et 330.
Dans le mode d'exécution selon les Figs. 8 et 9, et tout comme dans l'exemple de réalisation selon les Figs. 4 et 5, on prévoit des canaux annulaires intérieurs et extérieurs dans les parois latérales servant au guidage des palettes. Ces canaux sont cependant omis lorsque les solutions selon les Figs. 8 et 9 sont appliquées dans le mode de construction selon la Fig. 7.
L'excentricité du rotor par rapport à l'enveloppe est réalisée dans la Fig. 7 par exemple par le fait que le rotor 320 peut être réglé en position, solidairement avec son arbre, dans le sens transversal par rapport à l'enveloppe.
La présente invention est destinée en premier lieu aux transmis- sions hydrodynamiques. Elle peut cependant être appliquée aux pompes, aux compresseurs aux moteurs à combustion interne, aux moteurs à gaz, aux moteurs à air comprimé, aux,moteurs hydrauliques, ou analogues. D'autre part, l'in- vention couvre les différentes caractéristiques des dispositifs décrits,éven- tuellement prises indépendamment les unes des autres, pour autant que ces caractéristiques soient nouvelles.
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