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Gems Suzor moteur 45BGems Suzor était un compétiteur respecté dans les courses de bateau hydroplane. Dans les articles qu'il faisait paraître il a parlé de vaporisation instantanée avec des chaudières monotube monopasse,technique de vaporisation appelée par l'usage Flash steam. Il a donné les plans de 2 moteurs adaptésà une pratique amateur :
• le 20B pour l'initiation. C'est un monocylindre de facture classique avec admission et échappement via un piston de distribution. Il est destiné à fonctionner jusqu'à 20 bars.
• Le 45B pour de la compétition amateur. Il dérive du 20B mais il est plus radical. Il fonctionne en équicourant, la vapeur circulant toujours dans le même sens depuis l'admission jusqu'à l'échappement.
Vue du moteur 20B
L'intérêt du projet 45B est multiple, mais de mon point de vue, son principal atout est d'offrir un groupe complet et bien conçu, conformes aux canons de la compétition amateur de cette époque.
BâtiLe bâti est simplissime, composé d'un socle en dural de 6mm, de colonnettes et de paliers. Les paliers mériteraient mieux pour un tel moteur. Il sont monobloc en Dural avec graissage par feutre huilé. On doit pouvoir améliorer l'affaire avec des paliers démontables et bague bronze ou même avec roulement étanches.
Le support de train d'engrenages, proposé en dural de 2,5mm recuit et plié n'est pas réalisable en une seule pièce. Par ailleurs Gems n'a pas pris en compte les longueurs de plis et à supposer que l'onparvienne à réaliser la pièce, la précision ne sera pas au rendez-vous. Je l'ai redessinée dans le même esprit mais en assemblage en trois parties. La cornière sera usinée dans la masse à partir d'un barreau d'aluminium.
CylindreGems Suzor utilisait beaucoup les ébauches mécanosoudées. Celles-ci possèdent de gros avantages : légères, robustes, peu coûteuses et rapides à réaliser. Beaucoup d'usinages étaient réalisés manuellement à la lime et à la scie ce qui explique certaines options difficiles à bien réalisersur machine outil.
On voit ci-après le cylindre et sa culasse. Le cylindre est formé de 4 pièces mécanoudées, avec reprise au tour en mandrin 4 mors. Les trous filetés pour fixer la culasse étaient traditionnellement tracé par empreinte avec la culasse en place.
La culasse est particulièrement travaillée. Elle est fabriquée en 6 pièces distinctes assemblées par mécano-soudure.
Elle est munie d'une vis pour la mise à l'air du cylindre. Cette vis est ouverte en phase de démarragepour bien sûr évacuer les condensats mais aussi limiter la compression pour démarrer le moteur. Initialement ce moteur n'a pas de poulie pour le lancer à la ficelle (comme un moteur thermique). Il sera cependant facile de faire un petit usinage sur le volant d'inertie pour parer au problème.
Pour le cylindre de distribution et son raccord d'admission vapeur, il est en général préconisé de braser des ronds plein avec, pour le raccord d'admission, une surlongueur afin de disposer à l'arrièred' un tenon. Ce tenon provisoire sera serré sur pinces, voire sur mandrin, lors de la de reprise sur tour pour les alésages et autres usinages. Ce tenon sera ensuite éliminé à la lime.
Equipage mobileLa facture est classique. Conformément aux habitudes constructives de Gems Suzor le vilebrequin est ébauché en mécano-soudure, puis réusiné. Il peut bien sûr être usiné dans la masse.
Gems est un inconditionnel des manetons de bielle vissés car en cas de serrage celui-ci sert de fusible mécanique et demeure un pièce facile à extraire et à réusiner. Ce type de montage est moins précis qu'un maneton usiné dans la masse. Gems n'émet pas de commentaires sur le sujet, mais une reprise de rectification au tour est tout à fait envisageable. Je pense que ce type de maneton est monté avec du frein filet (Loctite) dur. Le sens du filetage dépendra du sens de rotation du moteur de façon à avoir un vissage naturel lors de la mis en rotation du vilebrequin.
On notera la forme du piston de distribution et la masselotte d'équilibrage rapportée sur le volant de bielle.
Train de démultiplicationLes engrenages du plan de Gems sont apparemment exécutés spécialement. Je suis passé en engrenages en laiton standard au module 0,5, disponibles chez HPC. Ces engrenages sont plus encombrants que ceux prévus sur le plan. Compte tenu de la compacité du moteur et des chaînes de cotes liées, cela a amené pas mal de petites modifications.
Engrenage droit 28 dents GB0.5-28 laiton
Engrenage droit 140 dents GB0.5-140 laiton
Vis 1 filet SW0.5-1 Angle 2°23' / Acier
Roue de 25 dents GB0.5-25/1 Bronze
Le renvoi d'angle par vis sans fin et roue sert à actionner un scotch yoke pour la pompe à huile. La pompe mécanique à eau est actionnée via un embiellage à retour rapide (Withworth).
L'ensemble porte roue est positionnable via une tige filetée qui prend place elle-mêm sur un filetagedans la cornière support.
Pompe à huile
La pompe à huile est assez classique quant au corps et aux clapets à billes. Le piston est monté parallèlement au corps de pompe. On voit en tête de piston la glissière d'attelage (Scotch yoke). Le guidage plan de la glissière est réalisé par contact glissant avec la couronne rotative du plateau manivelle qui porte le doigt d'entraînement. Ce type d'attelage n'est pas exagérément exigeant sur la précision d'assemblage.
Le corps de pompe est « apparemment » soudé à l'étain sur son support.
Pompe à eauComme sur la plupart des ensembles de flash steam le corps de pompe peut être activé soir par un embiellage en prise sur le moteur via la démultiplication, soit par un embiellage actionné manuellement. Le pompage manuel est nécessaire pour la phase de démarrage alors que le moteur ne tourne pas. Dans le cas des hydroplanes il n'y a pas de bâche à eau, la pompe est alimentée par une écope noyée sous la carène. Cette écope débite dans un petit réservoir muni d'un filtre en tamis laiton à maille fines. Une crépine lestée reprend alors l'eau pour l'envoyer à la pompe.
Le corps de pompe est mécanosoudé.
L'entraînement mécanique s'effectue par un plateau manivelle à 4 positions et une coulisse avec 2 positions de la biellette de transmission. Cela donne 8 courses, ce qui est suffisant selon l'auteur pour réaliser un réglage correct de course du piston. Ce type de transmission à coulisse (Whitworth quick return) permet un retour rapide du piston à l'aspiration.
L'actionneur du piston manuel est de facture classique. Un cliquet immobilise l'embiellage lorsque le moteur est démarré. Personnellement j'aurai opté pour un simple plat serré par un boulon à ailes.
Volant d'inertie et coupleurLes moteurs utilisés en Flash steam ont traditionnellement une avance à l'admission importante de manière à avoir un remplissage maximal du cylindre et une recompression de la vapeur. La recompression d'un gaz amène un échauffement important de celui-ci, avec dans notre cas une revaporisation des condensats, condensats inéluctables pendant la phase de détente. Ce travail résistant de recompression lors de la remontée du piston est heureusement, pour une bonne part, récupéré lors de la phase suivante lorsque le piston redescend pendant la détente vapeur. Il faut doncdes volants d'inertie substantiels même sur les multicylindres. Sur les monocylindres ces volants sont absolument indispensables.
Le couplage proposé avec l'arbre de sortie est du type dit « à toc ». Il permet non seulement d'être insensible aux variations longitudinales mais aussi accepte sans broncher de petits désalignements angulaires grâce au jeu entre les fourchettes du volant meneur (les « toc ») et celui du volant mené. Moyennant un dimensionnement adéquat, les fourchettes servent de fusible mécanique en cas de blocage de l'arbre de sortie. Rien de bien compliqué comme le montre le schéma suivant.
Remarque : il faudrait voir à l'usage, mais j'aurai eu spontanément tendance à élargir le socle pour mettre le palier arrière au plus près du volant et retourner l'engrenage droit de 28 dents, « canon » vers l'avant, pour gagner un peu de distance.
L'arbre de sortie se trouve sur la gauche.
Diagramme de distribution(Autant que faire se peut j'ai vérifié les courses, ouverture et fermeture des lumières. Tout paraît correct, mais n'ayant pas construit ce moteur il faudra quand même s'en assurer)
Le moteur est un équicourant (Uniflow) la vapeur s'écoule toujours dans le même sens.
Ces moteurs, surtout dans les dimensions des modèles réduits, ne supportent pas l'à peu-près ; pas assez de vidage du piston à l'échappement, alors le moteur cale à cause de la recompression devapeur à la remontée du piston ; trop d'avance à l'échappement et le moteur s'immobilise en position de by-pass, la vapeur s'écoulant directement de l'admission à l'échappement bloquant le piston au Point Mort Bas.
Voici le diagramme de distribution proposé par Gems. Ce diagramme est considéré comme maximal. On commencera les réglages avec une avance à l'admission nulle ou légèrement positive pour ensuite la faire croître peu à peu jusqu'à 20-22°.
Il faut quand même savoir que ces moteurs de compétition amateur n'ont guère de chance de démarrer pour des pressions de vapeur inférieures à un dizaine de bars.
Les vitesses élevées atteintes, génératrices d'usure des composants, et la corrosion en milieu humidemilitent pour une conception simple avec un entretien et une maintenance facile. Par ailleurs on veillera à avoir des pièces d'usure faciles à usiner ou à approvisionner. De ce point de vue le moteur de Gems Suzor est bien pensé.
Comme le moteur fonctionne en équicourant (Uniflow) le piston de distribution ne s'occupe que de l'admission que l'on peut donc caler à sa guise. Quant à l'échappement il est symétrique, totalement défini et fixé par la lumière usinée dans le cylindre, à la manière des moteurs thermiques 2 temps.
La distribution est classique par excentrique, bielle d'excentrique et piston de distribution. L'étanchéité est assurée par des joints à chicanes dit aussi à segments liquides. Ces joints sont constitués de gorges annulaires très peu profondes (0,1 à 0,2mm) et de faible largeur (environ 0,2 à 0,3mm maximum). Elles sont classiquement réalisées avec un outil à fileter en parfait était. L'outil lève un léger bourrelet de chaque côté de la rainure et un rodage doux sera nécessaire. De l'huile de chauffe se maintient par capillarité dans la rainure assurant un frottement minimal et un bonne
étanchéité. Les distributions par piston sont toujours un peu fuyarde et un bac de rétention sous le socle sera le bienvenu.
Equilibrage du moteurLes logiciels de CAO offrent en standard de nombreux outils. La fonction Calcul du centre de gravité est utile pour ce moteur. Les régimes de marche de ces moteurs de Flash steam sont dans la fourchette 6000 à 11000 trs/mn. En monocylindre un équilibrage des masses mobiles est absolument vitale pour que le moteur dure.
Le CdG est représenté par la petite cocarde proche du volant d'inertie. Le volant du coupleur femelle n'a pas été pris en compte dans le calcul car il n'est pas solidaire des masses mobiles accrochées sur le vilebrequin. On voit que ce n'est pas mal mais il faudrait essayer d'améliorer encore un peu en usinant le volant d'inertie pour ramener la position du CdG encore plus proche de l'axe. Il est aussi un peu éloigné du palier arrière et à régime élevé on s'expose à des vibrations de flexion propres à casser l'arbre par effet de fatigue. Cela risque aussi d'user prématurément le palier . Le recul du palier serait souhaitable.
ConclusionUne superbe réalisation de Gems Suzor avec un moteur compact, d'usinage somme toutes assez facile, conçu avec des choix mécaniques rationnels et cohérents. Même aujourd'hui il devrait faire bonne figure dans un coque rapide.
Nota : les plans qui suivent ont été réalisés en CAO à partir des plans parus dans une revue ancienne. N'ayant pas moi-même construit ce moteur la vigilance sera de mise lors de la construction car même si la CAO réduit considérablement les risques d'erreurs, toutes ne sont pas nécessairement éliminées. Ce moteur nécessite des compétences de base en mécanosoudure (brasure à l'argent). La petite taille des ensembles permet d'utiliser du matériel peu coûteux basé sur de grosses torches à propane.
1
A
2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8
B
C
D
E
F
A
B
C
D
E
F
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Title DWG No.
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1/3
Bâti moteur v14
Patrick Leclere
1
A
2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8
B
C
D
E
F
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B
C
D
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2/3
Bâti moteur v14
Patrick Leclere
1
A
2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8
B
C
D
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B
C
D
E
F
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Bâti moteur v14
Patrick Leclere
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Bâti
Patrick Leclere
Support train d'engrenage
Colonnettes porte cylindre
Palier moteur
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2/6
Bâti
Patrick Leclere
65.4
50
33
33
53
20
.7
14.5
15.7
17.7
22
8
10.2
6
13
.5
18
.6
3
22
R
1
M
2
.
5
2
t
r
o
u
s
R
1
M
2
.5
2
tro
u
s
R1.3 M3
4 trous
R
1
.
3
81
8.8
3.5
1629.9
R
1
.
6
M
4
4
t
r
o
u
s
12
5.5
6
1541.1
32
22.5
24
.5
17
13.7
15
86
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3/6
Bâti
Patrick Leclere
R4
R
5
R
3
.
5
52
73
9.5
M4
5
M4
Bague de réglage
A
A
A-A (1.1)
8
18
.5
24.4
Ø
6
17
5.5
2
R1.5
2 trous
Huileur garni
d'un feutre
Palier
Colonette
Bague de réglage
Le design original ne prévoit pas de bague de réglage.
Les couronnes de la colonette sont usinées à la
distance exacte une fois pour toutes
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4/6
Bâti
Patrick Leclere
Le design original prévoyait une pièce en Dural recuit et pliée. Le
passage en CAO montre que la pièce n'est pas constructible telle quelle.
Je propose un ensemble en trois parties: un cornière usinée dans un
barreau d'alu flanqué d'une aile boulonnée et d'un pied en tôle d'alu de
2.5mm pliée et goupillé sur la cornière pour essayer de conserver l'esprit
et l'aspect initiaux. Les cotes originales de la pièce auront finalement été
modérément modifiées
Cornière
Pied
Aile boulonnée
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5/6
Bâti
Patrick Leclere
28.1
1
6
1
0
.
5
16
.6
32.3
2.5
22.3
2.5
18
.9
R
3
.
4
39
.3
42
.7
11.1
1.3
R
3
R
7
.4
18.5
2.5
12.6
8
9.1
15
6.1
3.8
44.8
5
2.5
R
2
R
1
.
3
2.5
17
.5
2
3
.
2
°
15
.1
11.1
4.3
5
2.5
R
3
32
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Title DWG No.
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6/6
Bâti
Patrick Leclere
31
5
20
36
8
R
1
.
6
20
1
32
R
4
5.5
12
B
B
B-B (1:1)
4 12
Ø2.5 M3
Support pompe à eau
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1/1
culasse_1
Patrick Leclere
Cylindre de distribution
Raccord d'admission
Tête de culasse
Canal vapeur
Vis de mise à l'air
1
A
2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8
B
C
D
E
F
A
B
C
D
E
F
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1/4
culasse_1
Patrick Leclere
A A
A-A (2:1)
Culasse
1
A
2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8
B
C
D
E
F
A
B
C
D
E
F
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2/4
culasse_1
Patrick Leclere
69
6.7
3
R
1
4
R
1
1
.
5
R
1
.
3R
5
2.2
2.2
1
4
.
3
39
.9
°
R
8
R
0
.
5
2
1.5
1
A
2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8
B
C
D
E
F
A
B
C
D
E
F
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3/4
culasse_1
Patrick Leclere
8
2
35
R
5
R
4
2
B
BB-B (2:1)
6
7
.
9
3
0
°
8
13.8
8
5
.
4
Le corps du piston est composé de 2 ronds
soudés à l'argent puis ensuite usinés au tour et
à la fraiseuse.
Lumière vapeur
Raccord d'admission selon
système de plomberie
C
C
C-C (2:1)
Ø
3
Ø
6
6
0
°
1
A
2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8
B
C
D
E
F
A
B
C
D
E
F
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4/4
culasse_1
Patrick Leclere
D
D
D-D (2:1)
E E
E-E (2:1)
26.1
22.6
6.5
10
9
4
R
5
R
6
.
5
2.6
1
11
2.56
3
2
2
Canal vapeur
Le cylindre de distribution est soudé sur le
canal vapeur
2
Vis de mise à l'air libre
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1/2
Vilebrequin
Patrick Leclere
Axe de vilebrequin
Excentrique
de distribution
Volant de Bielle
Masselote
rapportée
Le volant d'inertie n'est pas représenté
Le volant de bielle est rapporté par soudure
puis l'ensemble repris au tour
3
R
4
.
3
R3
3.3
°
Bielle en dural
Considérée comme pièce d'usure
Non baguée bronze. Pour la compétition
la bielle est en acier
Trou d'huilage
Trou d'huilage
R
4
.5
13
7
Maneton rapporté
Sens du filetage dépend du sens
de rotation principal du moteur.
Freiner au frein filet
Utiliser de préférence un pas fin
Prévoir une rondelle de réglage de jeu
6
25.9
39.2
R2
R
3
.
3
M5
Ø6
Ø9
3.5
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2/2
Vilebrequin
Patrick Leclere
Préconisation : acier traité avec embouts
Dural insérés à la presse
R
1
2
.
5
R
1
0
.5
R
4
R
3
R
2
.
3
R
1
2
.5
1
4
.
4
°
7
R
5
0.5
3.5
1.5
5.5
R
1
Masselote rapportée
A
A
A-A (2:1)
R
2
13
R8
2
5
Axe piston
B
B
B-B (2:1)
7.5
2.5
6
4
0.5
R
5
R
7
R
7
.
5
R
8
R
7
.
5
R
8
12
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1/1
volant_15
Patrick Leclere
A A
A-A (1:1)
Ø
2
.
3
M
3
Ø3
20
Ø35
24
R
3
10
11
90°
Volant d'inertie
24
3.6
R
1
7
.
5
20
12
Coupleur
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1/2
Distribution
Patrick Leclere
68
.8
19
.8
35
.8
A A
A-A (2)
6
81
8
2
35
.8
27
.8
B
B (8.0000)
Joint à chicane. Profondeur 0.1 à 0.2mm
Usiner au tour à l'aide d'un outil à fileter
R
4
R
3
Piston de distribution
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2/2
Distribution
Patrick Leclere
37
13
.6
Ø2
0
Ø4
R
1
25
R
1
.5
R
7
1
2
0
°
6
.3
°
Bielle d'excentrique
7.9
Ø2
Axe de piston de distribution
on peut utiliser un axe plein
entré à la presse
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1/1
excentrique_9
Patrick Leclere
3
R
3
R
6
R
9
.
5
R
3
R
4
.4
R
8
R
9
.
5
1
4.5
1
5
Dept. Technical reference Created by Approved by
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1/3
Train engrenages
Patrick Leclere
M0.5 140T
Plateau Manivelle
Arbre
Vis sans fin
M0.5 1 filet
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2/3
Train engrenages
Patrick Leclere
6.5
62.8
18 7
1
7
Ø6
Ø3
5
7 17.9 21
Ø1
2
Ø1
3
Dept. Technical reference Created by Approved by
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Title DWG No.
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14/11/2017
3/3
Train engrenages
Patrick Leclere
R
1
0
86
7
5
Ø
2
M
2
.5
R
3
2.5
2.5
4.5
Ø6
2.5 2.5
Ø3
R2
Dept. Technical reference Created by Approved by
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15/11/2017
1/1
Axe Roue 25th Mod 0.8
Patrick Leclere
Roue engrenée sur la vis sans fin
M0,5 25T
5
5
6 3
Ø2
Ø10
Ø10
Volant de maneton soudé à l'étain
sur l'engrenage et rectifié sur le tour
3.7
R
2
4
29
1.5
R
3
1.5
8
4
Rondelle anti frictionGoupille type élastique
12.5
M8
R
2
Dept. Technical reference Created by Approved by
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Title DWG No.
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1/6
Oil Pompe
Patrick Leclere
Le corps de pompe est assemblé en mécanosoudureà partir
de 5 pièces puis usiné
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Title DWG No.
Rev. Date of issue Sheet
16/11/2017
2/6
Oil Pompe
Patrick Leclere
A
A
A-A (2:1)
Attelage Scotch yoke
Piston plongeur
Presse étoupe
Guide piston
Vis de
bouchonnage
Aspiration
Refoulement
Vis limitation levée
Bille aspiration
Vis limitation
bille refoulement
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16/11/2017
3/6
Oil Pompe
Patrick Leclere
BB
B-B (2:1)
Refoulement
Aspiration
Vis limitation levée
bille aspiration
7
11
19
9.2
16
R4
R1.3
10
3.2
19
2
157
4
4
.
2
°
1.2
R
4
Support pompe
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Title DWG No.
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16/11/2017
4/6
Oil Pompe
Patrick Leclere
C
C
C-C (2:1)
D D
D-D (2:1)
Ø4
1615 6 7
M5
Ø8
11
15
22
25
28
Ø2
12
Ø4
7
Ø4
Ø2
R
3
R
4
28
Corps de pompe
E
E
E-E (2:1)
24
9 15
7.211.85
Ø8
Ø2
.5
Ø4Ø4
Ø6
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Title DWG No.
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16/11/2017
5/6
Oil Pompe
Patrick Leclere
F
F
F-F (2:1)
32.5
29.5
28
6
Ø
6
R
2
2.5
16
5
Ø4
M2
6
10
48
6
2
Piston et attelage de coulisse
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Title DWG No.
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16/11/2017
6/6
Oil Pompe
Patrick Leclere
G
G
G-G (2:1)
1
0
10
M6
Ø4
8
R
1
.
5
R
2
.
5
Presse étoupe
Billes aspiration refoulement
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16/11/2017
1/3
Waterpump
Patrick Leclere
Levier pour
action manuelle
Cliquet blocage
pompe manuelle
Aspiration
Refoulement
Pompe actionnée
par le moteur
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16/11/2017
2/3
Waterpump
Patrick Leclere
AA
A-A (1:1)
B
B
B-B (1:1)
15
18
6
M8
30
18
R
3
R
1
24
32
27
Ø8
2
12
Ø5
Ø5
15.5 14.5
5
16
7
2.5
5
R
2
.
5
R
5
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Title DWG No.
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16/11/2017
3/3
Waterpump
Patrick Leclere
40
Ø5
1.5
5
2.5
R1
6
Piston plongeur
2 identiques
C
C
C-C (1:1)
1
2
8
6
M8
Ø5
.1
Presse étoupe
2 identiques
D D
D-D (1:1)
Ø10
Ø5
14
16
Ø2.5
Ø2
.5
M6
Aspiration
E
E
E-E (1:1)
1
0
6
7
6
1
0.8
2.5
Ø2
.5
6
0
°
Refoulement
R
2
.
3
R
1
.
2
0.6
2.3
5
0.5
0.5
0.5
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Title DWG No.
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14/11/2017
1/2
Embiellage manuel Waterpump
Patrick Leclere
40
.4
15
.3
42
.5
17
.5
15
19
21
.3
R
2
.
3
R
2
.
5
R
0
.
8
R
1
R
0
.
8
3
.5
°
7
.5
°
2
Levier de manoeuvre
1.5
26
R
0
.
8
R2
Biellette de rappel
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14/11/2017
2/2
Embiellage manuel Waterpump
Patrick Leclere
24.8
27
6
2
3.9
6.5
3.1
4.6
3.520.5
7
4.3
3
7
.
7
°
1
4
.9
°
Ø
1
.
5
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15/11/2017
1/1
Embiellage Waterpump
Patrick Leclere
2
1.5
0.8
58
30
21
22.5
5.5
21
.5
9.5
27
58
2
3.5
8
3.5
10
R1 M2.5
R1.5
R1.5
22.5
27.5
1.5
R
2
.
5
R0.8
R
1
.
3
Prévoir des rondelles fines
pour régler les jeux des
articulations