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L'invention est relative aux dispositifs d'accumulation d'énergie mécanique dans lesquels l'énergie est accumulée en bandant un ressort et restituée en engendrant un mouvement de rotation,
Elle a pour objet un dispositif du genre ci-dessus décrit dans lequel l'énergie accumulée ne donne lieu qu'à des poussées principales axiales,les poussées radiales étant comparativement très faibles.
Un autre objet de l'invention est un dispositif du genre ci- dessus décrit dans lequel le mouvement d'armement est un mouvement de ro- tation du même sens que le mouvement de rotation produit par la libération de l'énergie.
Un autre objet complémentaire de l'invention est un disposi- tif du genre décrit ci-dessus dans lequel le couple d'armement, tout au long de la course angulaire d'armement, puisse être constant ou suivre une loi quelconque.
Un autre objet complémentaire de l'invention est un dispositifdu genre décritci-dessus dans lequel l'énergie, tout au long de la course angu- @ Je restitution,puisse être libérée uniformément ou suivant une loi quelconque.
Avec ces objets en vue, le dispositif selon l'invention compor- te un ressort dont l'axe de compression coincide avec l'axe géométrique de l'arbre du mécanisme. Un mouvement de rotation est transformé en un mouvement de translation suivant l'axe de cet arbre, et réciproquement, par l'intermédiaire de deux cames cylindriques circulaires dont une des bases, non plane, possède une forme particulière présentant, lorsqu'on considère son intersection avec la surface latérale extérieure du cylin- dre, une forme plus ou moins sinusoïdale suivant la direction des géné- ratrices, c'est-à-dire présentant alternativement un point haut en un point bas dont les positions angulaires sont fonction des angles attri- bués aux manoeuvres d'armement et de restitution.
Accessoirement,n le profil de la came sera calculé pour que le couple d'armement soit constant tout au long de la course angulaire d'armement et, le cas échéant, pour que la libération d'énergie se fasse à couple moteur constant tout au long de la course angulaire de resti- tution.
On donnera ci-après un exemple de mise en oeuvre de l'invention qui fera ressortir les caractéristiques génériques ci-dessus définies et, en même temps, des caractéristiques inventives plus spécifiques au mode de mise en oeuvres
Dans les dessins joints :
La figure 1 représente le dispositif vu dans la direction de son axe longitudinal.
La figure 2 est une vue du dispositif dans le sens de la flèche M de la figure 1, le dispositif moteur n'étant pas représenté et le res- sort étant désarmé.
La figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2 et représente le dispositif de solidarisation et désolidarisa- tion du moyen moteur et de l'arbre entraîné.
La figure 4 est une vue partielle du dispositif montrant la position des cames et des galets lorsque le ressort est armé.
La figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 4.
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La figure 6 montre schématiquement la génération du profil des ca- mes.
La figure 7 montre en perspective la came 8 vue en prolongation de la ligne qui passe par les points bas de sa surface.
La figure 8 est une vue en perspective de la came 8 tournée d'en- viron 45 par rapport à la position de la figure 7.
La figure 9 montre schématiquement le déplacement d'un galet pour un angle de rotation de la came 8 à partir de la position désarmée pour laquelle les points bas se trouvent en face.
La figure 10 représente le profil déroulé des deux cames et leur position ainsi que celles des galets lorsque le ressort est désarmé,
La figure 11 représente le profil déroulé des deux cames et leur position ainsi que celle des galets lorsque le ressort est armé.
Les figure 12, 13, 14, 15 montrent une variante du dispositif de solidarisation et désolidarisation de l'arbre moteur et de l'arbre entraîné dans les diverses positions qu'il occupe au cours de l'opération d'enclechement d'un disjoncteur.
Dans la figure 1, 1 est l'électro-aimant moteur dont l'armature est articulée en 2 sur un levier coudé 3 pivotant autour d'un axe 4 poli- daire dù bâti 70 du dispositif. Le levier coudé 3 porte un cliqueta 5 qui, sous l'action du ressort 6, engrène sur la roue à rochet 7.
Il est remarquer que le choix de ce système moteur est tout- à-fait en dehors de l'invention. Il pourrait être remplacé par un moteur rotatif, électrique ou hydraulique ou par une commande manuelle dont le mouvement serait transmis à la roue 7 par tout dispositif de transmission approprié, réducteur ou non réducteur tel que, par exemple, le disposi- tif à roue libre décrit dans la demande de brevet n 419e991 déposée le 10 Janvier 1955 et ayant pour titre : "Dispositif d'armement par électro- aimant d'une commande à ressort pour disjoncteurs ',
La roue à rochet 7 est solidaire du moyeu moteur 8 qui tourne fou sur l'arbre entraîné et dont l'une des faces constitue elle-même la came qui sert à la transformation du mouvement.
Sur la surface de cette came routent deux galets multiples 10a et lOb qui tournent sur deux demi- axes 11 solidaires d'un manchon 53 monté sur l'arbre 9 (figures 4 et 5).
Les galets sont composés de plusieurs disques afin de tenir compte des vitesses périphériques variables que l'on rencontre depuis le disque in- térieur jusqu'au disque extérieur.
La came 8 qui peut tourner autour de l'arbre 9 mais non se dé- placer axialement, agit par l'intermédiaire des galets 10a et lOb sur la. surface d'une seconde came portée par un manchon cylindrique 12 qui est fou sur l'arbre 9 sur lequel il peut coulisser mais non tourner, Sa rota- tion est en effet empêchée par la queue 13 dont l'extrémité coulisse sur l'axe 14, solidaire du bâti, l'axe 14 traversant librement un oeilleton de la queue 13. La came 12 est pressée contre les galets 10a et lOb par le ressort 15 qui sert à accumuler l'énergie et qui a été représenté com- me un ressort en hélice enroulé autour de l'arbre 9. Le ressort 15 presse sur la came 12 par l'intermédiaire du roulement à billes 16.
A son autre extrémité, le ressort 15 prend a ppui sur l'arbre 9 par l'intermédiaire de la rondelle 17 et de l'écrou 18 qui se visse sur l'extrémité filtée de l'arbre 9.
Pour que les galets 10a et lOb roulent sans glisser sur les deux cames, on donnera à la came 12 une forme identique à celle de la came 8.
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Les deux cames sont exactement semblables et se font face, le profil de l'une étant superposable au profil de l'autre après une rotation de 180 autour de l'axe portant les galets (axe 11). On peut donc dire que les deux cames sont constamment symétriques par rapport à l'axe de rotation des galets.
La roue 7 et la came 8, c'est-à-dire l'ensemble qui peut être considéré comme le moyeu moteur, tournent folles sur l'arbre entraîné 9 mais prennent appui par l'intermédiaire du roulement à billes 19 sur le manchon
20 rendu solidaire de l'arbre 9 par la goupille 21.
Sur la roue à rochet 7 est fixé un plateau 75 qui porte une butée
22 et un doigt d'entraînement 33. Lorsque le ressort 15 est armé, la butée
22 vient s'accrocher en 23 sur le levier 24 et le doigt 33 prend appui sur le levier 31 qui sera décrit plus loin.
Enfin, à la manière usuelle, on trouve un cliquet anti-retour
26, soumis à l'action du ressort 27 et pivotant autour de l'axe 28 so- lidaire du bâti,
Comme il a été dit, les deux cames 8 et 12 ont des profils iden- tiques et sont constamment symétriques par rapport à l'axe 11 des galets de telle sorte que, lorsque les galets se trouvent prendre appui sur les cames juste aux points bas de leurs profils, ceux-ci sont alors exactement en face les uns des autres et les cames se trouvent dans la position où elles sont les plus rapprochées l'une de l'autre, A ce moment, le ressort est bandé au minimum (voir profil développé figure 10).
De même, lorsque les galets se trouvent prendre appui- sur les cames juste aux points hauts de leurs profils, celles-ci se trouvent dans la position où elles sont les plus éloignées l'une de l'autre et le ressort est alors bandé au maximum (voir profil développé figure 11).
Le profil d'une came est réalisé de telle sorte que chacun des disques constituant les galets loa et 10'b s'appuie constamment sur sa surface afin que la pression se répartisse uniformement sur l'ensemble des galets. On pourra donc engendrer le profil d'une came à l'aide d'un cylin- dre de même diamètre que le diamètre des galets et dont 1''axe, comme celui de ces derniers,rencontrera'l'axe de la came et lui sera perpendiculaire.Dans la réalisation pratique d'une came, ce cylindre pourra,par exemple,être une fraise cylindrique entraînée par une fraiseuse. On fera décrire à ce cylin- dre, par rapport à la came, le même mouvement que l'on désire voir réali- ser en cours de fonctionnement par les galets.
Si l'on se reporte à la figure 6, on trouve en 56 le cylindre de génération dont l'axe XX' rencontre en T l'axe YY' de la came 8 auquel il est de plus perpendiculaire.
Supposons que la came 8 puisse tourner autour de son axe YY' sans pouvoir se déplacer longitudinalement; le centre 0 de sa base sera donc fixe sur YY'. On repérera la position angulaire de la came.8 par l'angle que fait un rayon OA aboutissant à un point A de la came avec la direction fixe OZ issue de 0 et perpendiculaire à YY'. Cet angle sera appelé ] .
Supposons maintenant que l'axe XX' des galets ne puisse pas tourner autour -de YY' et soit assujetti à se déplacer dans le plan YoZ en demeurant constamment perpendiculaire à l'axe YY'. On repérera sa position par la distance t qui sépare le point de concours T du point fixe 0.
Le mouvement du cylindre générateur 56 par rapport à la came 8 pourra maintenant être complètement défini par la connaissance de la dis- tance t correspondant à la position angulaire # de la came. On pourra
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définir pàr exemple une fonction f reliant t à #, telle que t=f (#) .
Cette fonction sera déterminée, d'une part, par la loi selon laquelle le travail d'armement doit être fourni, en d'autres termes par la loi désirée pour la variation du couple résistant d'armement, d'autre part, par la loi selon laquelle on désire obtenir la restitution de l'énergie accumulée, c'est-à-dire la variation du conple moteur. A titre d'exemple, on a choisi un couple constant à l'armement ainsi qu'à la restitution, un seul cycle d'armement et de restitution étant réalisé pour un tour complet de la came, 8. Dans ces conditions et pour une disposition des cames et des galets telle que représentée par la figure 2, le profil engendré par le cylindre 56 sur la came 8 comportera deux points hauts et deux points bas du fait de la présence de deux jeux de galets.
L'écart angulaire entre deux points hauts est de 180 ainsi d'ailleurs qu'entre deux points bas et, plus gé- néralement, entre deux points correspondants d'une même came, celle-ci pré- sentant sur un tour complet deux profils identiques sur chacun desquels s'appuie un jeu de galets. L'écart angulaire entre un point haut et le point bas suivant correspond à la période de restitution de l'énergie accumulée : il sera adapté à l'angle de rotation du système à entraîner. On peut évidemment d'après le même principe exécuter des cames, qui, pour un tour complet de la came 8, comportent plusieurs périodes d'armement et de restitution.
La figure 6 montre schématiquement l'obtention du profil de la came par le mouvement coordonné du cylindre générateur 56. La figure 7 montre en perspective la came vue en direction de la ligne qui relie les points bas de sa surface. La figure 8 montre en perspective la came tour- née d'environ 45 dans le sens de la flèche Q.
Comme il a été dit plus haut, la came 8 peut tourner mais non se déplacer le long de son axe et la came 12 inversement peut coulisser sur l'arbre 9 mais ne peut tourner. Les galets 10a et lOb se trouvent, lors- que le ressort 15 est désarmé, entre les points bas des deux cames. Si nous désignons par he la distance entre les deux plans passant respectivement par les génératrices les plus hautes et les plus basses du profil, le diamètre des galets dg sera déterminé de telle sorte que pour aucune position relati- ve des cames et des galets les surfaces des deux cames ne puissent entrer directement en contact. Cette condition sera réalisée à coup sûr si le diamètre des galets est supérieur à 2hc.
Si nous supposons maintenant que la came 8 commence à tourner à partir de la position 0 (galets aux points bas) dans le sens de la flèche F (figure 9), elle tendra à déplacer le galet 10a également dans le même sens. Cependant le galet est tenu entre la came 8 et la came 12 et les forces de pression s'exerçant sur le galet sont toujours diamétralement opposées du fait de l'identité des profils des deux cames. Il en . résulte que le galet n'a aucune tendance à glisser par rapport à l'une ou l'autre des cames et ne peut que rouler sur ces dernières. Nous sommes en présence du cas bien connu où un galet est te- nu entre deux surfaces parallèles dont l'une est fixe tandis que l'autre se déplace et entraîne le galet.
On sait qu'en vertu des lois de la ciné- matique, le déplacement du centre du galet sera alors moitié du déplace- ment correspondant de la surface mobile. En d'autres termes, pour ob - tenir un déplacement angulaire donné du galet 10a, la came 8 devra tou- jours exécuter un déplacement angulaire double. Si nous désignons par h (# /2) la distance entre le centre du galet et la base de la came pour un déplacement angulaire de la came 8 égal à #, l'écart entre les bases des deux cames sera ; H (#) = 2h (# /2). Sur la figure 10, on a repré- senté schématiquement et à une échelle réduite le profil déroulé des deux cames 8 et 12 ainsi que les galets de la figure 2 dans la position qui correspond au ressort désarmé.
En supposant que l'armement du ressort et la restitution de l'énergie accumulée soient obtenus par un tour complet
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de la came 8 et que l'angle de rotation au cours de la période de restitu- tion soit ss, on aura l'angle d'armement a = 360 - ss et'l'écart angu- laire entre un point haut et le point bas suivant de la came (B-C) sera é- gal à ss/2. L'écart angulaire entre un point bas et le point haut sui- vant (D-B) correspondant à la période d'armement sera donc de 180 - ss/2.
Afin de faciliter la représentation dans la figure 10, on a supposé que l'an- gle de rotation du système à entraîner est de 1200 d'où l'on obtient l'angle d'armement à 240 . A l'armement, la came 8 tournera donc de 240 dans le sens de la flèche F et les galets de 120 et à la restitution de respecti- vement 120 et 60 . C'est ce que montre la figure 11. En partant de la figure 10, le point haut A, en se déplaçant selon la flèche F (correspondant à la flèche F de la figure 2) décrit un angle de 240 . Au cours de ce mou- vement, le galet lOb remonte la pente d'armement de C jusqu'à A sur la came 8 et de C' jusqu'à A' sur la came 12 tout en décrivant un angle de 120 . Il arrive alors dans la position indiquée sur la figure 11. Au cours de ce mouvement, il a repoussé la came 12 d'une distance de 2 hc, le ressort 15 se trouve comprimé de 2hc et complètement armé.
La période d'armement à cet instant est terminée. Lors de la restitution, la came 12 repousse le galet lOb par sa pente A'D', le galtet se déplace de 60 et fait tourner la came 8 de 120 , toujours dans le sens de la flèche F, en prenant appui sur sa pente AD. Le ressort 15 se détend et l'ensemble revient à la position indiquée sur la figure 10. Les galets sont effectué un demi-tour pendant que la came 8 effectuait un tour complet; le galet 10a s'est donc substitué au galet lOb et réciproquement. Ces mouvements ont été expliqués pour le galet lOb. Il va de soi que les deux galets, montés symétriquement des deux côtés de l'arbre 9, exécutent toujours des mouvements identiques.
En pratique, on fera en sorte que les galets dépassant légère-, ment les points hauts en fin d'armement en disposant l'accrochage de l'ar- bre moteur 22 et 23 en conséquence afin d'éviter que le dispositif ne se trouve au point mort, ce qui empêcherait de disposer d'un couple de départ pour la période de restitution.
La liaison du moyeu moteur et de l'arbre entraîne peut avoir lieu de diverses manières, selon que l'arbre entraîné doit toujours tourner dans le même sens que le moyeu moteur avec lequel il peut être solidaire ou sim- plement solidaire dans la période de restitution de l'énergie, ou doit tour- ner alternativement dans les deux sens. Les solutions sont de technique courante. A titre d'exemple, on a supposé que l'arbre 9 était solidaire avec l'arbre d'un disjoncteur. Il doit donc pouvoir tourner alternativement dans les deux sens. Dans ce cas, le manchon 20 porte une bielle 29 munie d'un axe -3 10 autour duquel pivote le levier d'accrochage 31. Sous l'action du ressort 34, le bec d'accrochage 32 du levier 31 peut s'accrocher au doigt d'entraînement 33 solidaire du plateau 75 et de la came 8.
A son autre extrémité, le levier 31 porte le galet 35 qui peut venir heurter la butée 36 fixe sur le bâti, ce qui provoque le basculement du levier, donc le décrochage du bec 32 et du doigt 33.
Le fonctionnement de l'ensemble est le suivant :
Dans la position représentée sur la figure 2, le dispositif est désarmé, les galets 10a et 10 b se trouvent entre les points bas des deux cames 8 et 12. Si l'on excite périodiquement l'électro-aimant 1, ce dernier fait tourner pas à pas la roue 7 par le jeu classique de l'en- cliquetage, dans le sens de la flèche F (figures 2 et 3). La came 8 tourne les galets 10a et lOb repoussent la came 12 en bandant le ressort 15. Lors- que les galets parviennent exactement aux points hauts des deux cames (voir figure 11), le ressort 15 se trouve bandé au maximum. Si l'on continue à faire tourner légèrement la came 8 dans le sens de la flèche F, le ressort en se débandant tend alors à provoquer aussitôt la rotation de
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cette came dans le sens en question.
Après une faible course à vide, le doigt 22 vient s'arrêter sur le bec 23 du levier 24 et la came 8 se trouve immobilisée. Le ressort 15 est donc maintenu armée En même temps, le doigt d'entraînement 33 est venu s'accrocher derrière le bec 32 du levier 31 (figure 3). Si l'on agit sur le levier 24 pour libérer l'accrochage qui maintenait le dispositif armé, la détente du ressort 15 provoque la reprise de la rotation de la came 8 toujours dans le sens de la flèche Fo Le moyeu moteur entraîne l'arbre 9 par action du doig 33 sur le levier 31, c'est la course d'enclenchement jusqu'à ce que le levier 31 heurte la butée 36 et bacule, ce qui correspond à la fin de la course d'enclenchement. A ce mo- ment, ou mieux, après une certaine course supplémentaire, les galets 10a et lOb vont se trouver à nouveau entre les points bas des deux cames.
Si l'on a opéré avec un excès d'énergie, la vitesse angulaire en fin d'en- clenchement n'est pas nulle et les galets, sous l'effet de l'énergie oinéti- que emmagasinée dans les pièces tournantes, peuvent remonter une partie de la rampe d'armement subséquente, provoquant un réarmement partiel du res- sort 15. Le cliquet 26 (figure 1) prévient tout retour en arrière.
Dans certains cas, l'emploi de la butée fixe 36 pourrait rencon- trer des difficultés. On peut alors remplacer le dispositif de liaison entre le moyeu moteur et l'arbre entraîné par une dispositif de soli- darisation qui rend la butée superflue et qui, selon l'invention, est conçu de telle sorte que, d'une part, la désolidarisation du moyeu moteur et de l'arbre entraîné en fin de course d'entraînement soit une conséquence de l'arrêt de l'arbre entraîné au lieu d'être provoqué par un dispositif indépendant (butée) et que, d'autre part, l'énergie accumulée ne puisse être libérée lorsque le système entraîné n'est pas revenu dans sa position de départ de la course d'entraînement.
Le dispositif sera expliqué en supposant que l'accumulateur d'éner- gie sert à enclencher un disjoncteur. Dans ces conditions, la désolidarisa- tion du moyeu moteur 8 et de l'arbre du disjoncteur sera obtenue automati- quement à l'instant où le disjoncteur termine sa manoeuvre; d'enclenchement et l'énergie accumulée dans le ressort 15 ne devra pouvoir être libérée tant que le disjoncteur ne sera pas déclenché.
Les figures 12, 13, 14 et 15 représentent à une échelle réduite les divers organes du dispositif et les éléments qui coopèrent avec eux ainsi que leurs positions pour différentes phases de l'opération d'enclen- chement du disjoncteur.
Dans la figure 12 on a représenté le dispositif dans la position qu'il occupe lorsque le ressort 15 est armé et le disjoncteur déclenché.
Le dispositif comprend un plaeau 75 solidaire du moyeu moteur 8 et qui porte un axe 41 autour duquel peut pivoter un levier d'entraînement 42 qui porte à une extrémité un galet.49 et à l'autre extrémité une masselotte d'inertie 50. Le levier 42 est muni de deux becs 43 et 46. Le bec 46 (qui remplace la butée 22, figures 2 et 3) s'accroche au bec 23 du levier d'enclenchement 24 qui permet la libération de l'énergie accumulée. Le levier 24 pivote autour d'un axe 25 solidaire du bâti 70 (figure 1) et peut se déplacer dans les limites de la lumière 51 du guide 48. Un ressort 47 tend à pousser le levier 24 vers l'arbre 9. 2o est un manchon solidaire de l'arbre entraîné 9 (arbre de commande du disjoncteur) et pourvu d'une encoche 45 qui comporte un bec 44.
Lorsque le ressort est armé mais le disjoncteur déclenché l'enco che 45 se trouve en regard du bec 23. Le levier 42 est accroché par son bec 46 au levier 24 dont la position est alors telle qu'il lui est possi- ble d'effectuer encore une certaine course vers la gauche dans la lumière 51. Le galet 49 du levier 42 se trouve engagé dans 1' encoche 45 et le
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bec 43 se trouve, de -ce fait, prêta s'accrocher sur le bec 440
Si l'on agit sur le levier 24 à l'encontre du ressort 47, c'est- à-dire de droite à gauche, on libère le bac 46 et donc le moyeu moteur.
Le ressort moteur peut se détendre et entraîner dans le sens de la flè- che F le moyeu moteur avec le plateau 75 et le levier 42 qui accroche par son bec 43 le bec 44 du manchon 20, de sorte que l'arbre 9 se trouve également entraîné. 0'est le début de la course d'enclenchement représenté en figuré 13.
@ En figure 14, le disjoncteur est déjà arrivé en position enclenchée et l'arbre 9 a été arrêté par les butées fin de course d'enclenchement du disjoncteur dans la position représentée. Mais alors, sous l'effet de l'inertie de la masselotte 50, le levier 42 a basculé autour de son axe au moment de l'arrêt de l'arbre 9, le bec 43 s'est dégagé du bec 44 et le moyeu moteur a pu continuer sa course jusqu'à épuisement de son énergie cinétique, réarmant en partie le ressort d'armement. On peut supposer que la figure 14 correspond à cette position limite, le retour en arrière de l'arbre moteur étant empêché par le cliquet anti-retour, non représenté (26 de la figure 1).
Si on finit alors de réarmer le ressort en faisant tourner l'ar- bre moteur dans le sens de la flèche F, le levier 42 poursuit sa course en s'appuyant par le galet 49 sur la périphérie du manchon 20. Il arrive ainsi dans la position de la figure 15 où il accroche par son bec 46 le bec 23 du levier 24. En accrochant le levier 24, il le repousse vers la gauche à l'extrémité de la course permise par la lumière 51. Tant que le galet 49 se trouvera sur la périphérie du manchon 20, c'est-à-dire tant que le disjoncteur ne sera pas déclenché, le levier 24 se trouvera blo- qué dans sa position extrême et on ne pourra donc pas agir sur lui en vue de libérer le levier 42, c'est-à-dire l'énergie accumulée dans le ressort 15.
Si, par contre, le disjoncteur déclenche ou revient à la posi- tion représentée sur la figure 12, le galet 49 tombe dans l'encoche 45, le levier 42 bascule et le levier 24, sous l'action du ressort 47 revient vers la droite à sa position initiale au milieu de la lumière 51. Il est maintenant de nouveau possible de libérer le levier 42 en vue de l'enclen- chement du disjoncteur.
L'accumulateur d'énergie décrit ci-dessus possède entre autres les avantages suivants : il ne comprend qu'un arbre unique, l'énergie accumulée ne donne lieu principalement qu'à des poussées dirigées suivant l'axe de cet arbre, celui-ci étant sollicité à la traction et l'ensemble des pièces qui se trouvent montées sur cet arbre, étant sollicité à la compression. Les poussées radiales qui s'exercent sur les paliers et portées des pièces sur l'arbre sont comparativement très faibles. Le nom- bre des pièces mises en jeu est faible, ce qui rend le dispositif à la fois économique et peu encombrant.
On a supposé dans l'exemple choisi pour l'illustration que la disposition entraîne un disjoncteur. Il va de soi que le dispositif selon l'invention peut trouver toute aure application appropriée , par exemple comme démarreur de moteurs, de machines tournantes.
REVENDICATIONS.
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