Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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DISPOSITIF D'ELINGUAGE D'UNE PIECE AVEC
COMPENSATION D'EFFORT ET SYSTEME DE LEVAGE LE
COMPRENANT
La présente invention concerne un dispositif d'élinguage d'une pièce avec
compensation d'effort notamment adapté à être utilisé avec un système de
levage
tel que pont roulant ou grue supportant des pièces élinguées ainsi qu'un
système
de levage le comprenant.
Dans le cadre du positionnement d'éléments lourds tels qu'éléments
structurels d'un dispositif à assembler, il est commun d'utiliser comme
systèmes
de levage des ponts roulants suspendus à des structures d'un hangar de montage
ou des grues fixes ou mobiles.
De tels systèmes de levage sont destinés à la manutention d'éléments de
masse fréquemment d'une centaine de kilos à plusieurs dizaines de tonnes
portés
par une élingue tout en offrant une grande précision en positionnement selon
un
axe vertical et un plan horizontal comme il est habituel lors d'assemblage
d'éléments de bâtiments, de navires, d'aéronef ou autres dispositifs tels que
générateurs électriques.
Ils sont utilisés comme des machines outils pour obtenir une précision de
positionnement inférieure au millimètre voir de l'ordre du 1/10 de mm de façon
a
pouvoir raccorder les éléments de manière très précise sans engendrer
d'efforts ni
de dommages sur les structures à raccorder.
Une première difficulté pour conserver la précision de positionnement selon
l'axe vertical vient du fait que les systèmes ou moyens de levage, du fait de
leur
masse et de la masse qu'ils soulèvent, portent et déplacent, produisent un
effort
sur les structures porteuses pouvant générer des déplacements de ces
structures
ou de leur assise.
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Lorsqu'un seul moyen de levage est utilisé, les déplacements des
structures porteuses sous l'effet de ses propres mouvements ne sont pas
pénalisants, par contre, lorsque plusieurs moyens de levage sont solidaires
d'une
même structure porteuse, le déplacement ou le chargement de l'un des moyens
de levage peut causer une variation de positionnement d'un autre moyen de
levage. Des mesures réalisées sur des complexes de deux ponts roulants ont mis
en évidence des mouvements induits pouvant atteindre quelques millimètres, ce
à
des vitesse de l'ordre de 0,25 mm/s.
Dans le cas où le déplacement d'un premier moyen de levage tel qu'un pont
s'effectue pendant une opération d'assemblage, sur un élément fixe, d'un
élément
porté par un second pont, les variations de hauteur du second pont dues au
déplacement du premier pont sont préjudiciables au raccordement précis desdits
éléments en cours d'assemblage.
Une autre difficulté, indépendante du nombre de moyens de levage, est que
lesdits moyens ou les structures auxquels ils sont fixés sont sensibles au
vent.
En effet, les vents exercent des contraintes sur les structures porteuses de
hangars d'assemblage, par exemple des hangars d'assemblage de grands
aéronefs telles qu'elles induisent des fléchissements desdites structures
porteuses
causant des déplacements verticaux des treuils pouvant atteindre quelques
centimètres.
La combinaison des effets du vent et des effets dus aux interférences entre
moyens de levage peut causer des dommages importants aux éléments en cours
d'assemblage si elle a pour conséquence un déplacement vertical d'un élément
porté par rapport à une structure reposant au sol sur laquelle il est en cours
de
montage.
Par exemple, un soulèvement de l'ordre de 50 mm d'un élément en cours
d'assemblage sur un élément fixe peut causer une rupture de l'élingue, si
l'élément
en cours d'assemblage est déjà au moins partiellement fixé à l'élément fixe,
ou
des dommages très importants à l'élément porté ou à l'élément fixe.
Une solution connue consiste à utiliser un système dynamique de contrôle
de position des ponts roulants en fonction de déplacements de la structure
porteuse et d'asservir les treuils des moyens de levage en conséquence.
Une telle solution n'est pas satisfaisante du fait de la complexité du système
à mettre en oeuvre: dispositifs de commande, capteurs, moyens d'asservissement
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en position requérant en outre pour leur fonctionnement de fortes puissances
électriques instantanées.
La présente invention part d'un autre principe qui est de limiter les efforts
dynamiques au niveau de la liaison du treuil avec une pièce en cours de
montage
et pour cela propose de compenser les efforts appliqués sur la pièce suspendue
par un allongement ou un rétrécissement de l'élingue entre le treuil et la
pièce
sous le simple effet des efforts dynamiques sur la pièce en cours de montage.
L'invention permet ainsi de compenser les variations de hauteur, induites
par les mouvements de la structure porteuse, par un allongement ou un
rétrécissement de l'élingue, ce, dans le cas où la pièce est déjà en cours
d'assemblage ou lorsqu'un effort résistant s'oppose au mouvement de la pièce
élinguée.
Pour ce faire la présente invention concerne principalement un dispositif
d'élinguage d'une pièce caractérisé en ce qu'il comporte une élingue pourvue
d'une partie non extensible et d'une section munie de moyens ressort
permettant,
en charge, un allongement ou un raccourcissement élastique d'une amplitude
déterminée limitée de l'élingue en réponse à une variation déterminée limitée
de la
charge sur la pièce.
Ainsi, selon le dispositif de l'invention, un mouvement de la structure
porteuse vers le bas selon l'axe vertical ayant tendance à descendre la pièce
sera
compensé par une réduction de la distance de la pièce au treuil, au cas où la
pièce viendrait en butée contre un élément fixe par rapport au sol, ce dans
une
plage prédéfinie, de sorte que l'effort que la pièce applique sur l'élément
fixe soit
maintenu au dessous d'une valeur limite suffisamment faible pour ne pas
engendrer de dégâts sur la pièce manutentionnée, sur l'élément fixe ou sur
tout
autre élément lié à la pièce et à l'élément fixe ou disposé entre la pièce et
l'élément fixe.
De même, un mouvement de la structure porteuse vers le haut selon l'axe
vertical ayant tendance à soulever la pièce sera compensé par un accroissement
de la distance de la pièce au treuil, dans une plage prédéfinie, au cas où la
pièce
serait totalement ou partiellement assemblée à un élément fixe par rapport au
sol,
afin que l'effort que la pièce applique sur l'élément fixe et sur les
assemblages soit
maintenu au dessous de la valeur limite afin d'éviter tout dégât similaire.
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L'invention, qui comporte des moyens compensateurs de charge modifiant
la distance de la pièce au treuil en réponse à une force appliquée à la pièce
selon
ledit axe vertical, permet un rattrapage de positionnement de la pièce
suspendue
à un treuil par un câble de suspension selon l'axe vertical.
Avantageusement, le dispositif comporte des moyens de réglage de
l'amplitude de l'allongement et du raccourcissement de l'élingue en fonction
de la
charge (F1, F2). Ces moyens permettent notamment d'adapter le dispositif à des
pièces à manipuler de masse différente.
Plus particulièrement, les moyens ressort font partie d'un dispositif
compensateur de charge, modifiant la distance de la pièce à un treuil auquel
est
raccordée l'élingue en réponse à une force appliquée à la pièce selon l'axe
vertical
de l'élingue, constitués d'un bâti, d'un support flottant et desdits moyens
ressort
maintenant le support flottant, en l'absence d'application d'effort sur la
pièce selon
l'axe vertical, dans une position d'équilibre centrée verticalement par
rapport au
bâti sous le poids de la pièce.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris
à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation non
limitatif de
l'invention en référence aux figures qui représentent:
en figure 1: une vue de côté d'un dispositif d'élinguage selon l'invention;
en figures 2A et 2B:Des vues schématiques de face du dispositif selon
l'invention respectivement sous charge en traction et sous
charge en appui;
en figure 3: une vue de côté en perspective d'un exemple de réalisation
d'un dispositif compensateur de charge selon l'invention;
en figure 4: des vues de détail en perspective coupe d'éléments du
dispositif de la figure 3;
en figure 5: le dispositif de la figure 3 en vue de côté;
en figure 6: une vue de côté en coupe d'un balancier du dispositif
compensateur de la figure 2.
en figures 7A, 7B et 7C: des vues de côté de détails de réalisation d'un
dispositif selon l'invention.
Le dispositif d'élinguage selon la figure 1 comporte un treuil 2 se déplaçant
sur un rail et supportant une pièce 1 maintenue par une élingue 3.
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Le treuil se déplace sur le rail selon un dispositif de commande non
représenté car traditionnel. De même l'élingue peut être raccourcie ou
allongée
par le treuil de façon à positionner la pièce soutenue en face d'une structure
au sol
sur laquelle elle doit être assemblée.
En pratique, ce treuil peut être remplacé par tout dispositif de levage d'une
charge au moyen d'une élingue.
Selon l'invention, l'élingue 3 est pourvue d'une première partie non
extensible 3a au dessus d'une section 3c munie de moyens ressort 10, 10'
permettant, en charge, un allongement ou un raccourcissement élastique d'une
amplitude déterminée limitée de l'élingue 3 en réponse à une variation
déterminée
limitée de la charge sur la pièce 1. L'élingue selon l'exemple représenté est
en
outre pourvue d'une seconde partie non extensible 3b au dessous de la section
3c.
Les moyens ressort 10, 10' font partie d'un dispositif compensateur de
charge 4, modifiant la distance de la pièce au treuil 2 auquel est raccordée
l'élingue 3, en réponse à une force F1, F2 appliquée à la pièce selon l'axe
vertical
Al de l'élingue 3.
Il sera noté qu'en l'absence de dispositif compensateur, la force F1 est
égale aux efforts s'exerçant sur l'élingue dans sa partie liée au treuil et à
la
structure porteuse, ces efforts, incontrôlables par nature, pouvant dépasser
les
capacités de l'élingue et que la force F2 est égale au poids de la pièce à
assembler.
Le dispositif compensateur est constitué principalement d'un bâti 5, d'un
support flottant 6 et desdits moyens ressort 10, 10'.
Les moyens ressort maintiennent le support flottant 6 dans une position
d'équilibre préférablement une position pour laquelle le support flottant 6
est
centré verticalement par rapport au bâti 5 sous le poids de la pièce 1 en
l'absence
d'application d'effort sur la pièce selon l'axe vertical Al.
Un exemple schématique de fonctionnement du dispositif préféré selon
l'invention est décrit aux figures 2a et 2b.
Comme il a été indiqué précédemment, cette réalisation a pour but de
limiter les efforts sur la pièce et sur la structure au sol dans le cas d'un
déplacement vertical du treuil causé par un fléchissement de la structure
porteuse
soit vers le bas soit vers le haut.
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Le bâti 5, le support flottant 6 et les moyens ressort 10 constituent un
système déformable à l'équilibre sous l'action du poids de la pièce. A
l'équilibre, le
système est avantageusement réglé pour que le support flottant soit centré
verticalement par rapport au bâti 5.
Selon la figure 2a la structure porteuse subit une élévation E qui entraîne le
treuil vers le haut.
La pièce se soulève et vient en butée contre un élément de la structure au
sol S. Comme la pièce est arrêtée par la structure S, un effort F1 est
transmis au
dispositif compensateur 4 au travers du support flottant qui est tiré vers le
bas.
Sous cet effort, le ressort 10 subit, dans l'exemple de réalisation proposé
d'un
ressort de compression, un effort de compression Cl, C2 et se comprime
permettant ainsi au support flottant 6 de descendre par rapport au bâti 5 ce
qui
limite l'effort appliqué par la pièce sur la structure.
Selon la figure 2b, la structure porteuse subit un affaissement A.
Lorsque la pièce vient en butée inférieure, la structure S applique sur la
pièce un effort F2 de contre réaction, la traction sur le support mobile
diminue ce
qui détend le ressort 10 et fait remonter le support mobile 6 pour réduire ou
limiter
la force d'appui de la pièce sur la structure.
Comme il sera vu plus loin en référence notamment à la figure 6, le
dispositif d'élinguage comporte des moyens 16, 16' de réglage de l'amplitude
de
l'allongement et du raccourcissement de l'élingue 3 en fonction de
l'allongement et
le raccourcissement des moyens ressorts 10 de façon à pouvoir régler le point
milieu du support flottant 6 en fonction du poids de la pièce 1 à porter.
Un exemple du dispositif est représenté plus en détail à la figure 3.
Le bâti 5 comporte un corps muni de faces avant dont seuls des parties
20a, 20b, 20c, 20d au niveau d'axes d'éléments du dispositif sont représentées
et
une face arrière 19. Le support flottant 6 est monté dans l'espace intérieur
défini
par les faces avant et arrière.
Selon l'invention, l'un du bâti 5 et du support flottant 6 est pourvu d'une
extrémité supérieure 7 de raccordement à une partie non extensible 3a de
l'élingue 3, l'autre étant muni d'une extrémité inférieure pourvue de moyens
7' de
retenue de la pièce suspendue.
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Selon l'exemple représenté, c'est le bâti 5 qui est raccordé à la partie
supérieure non extensible 3a de l'élingue par son extrémité supérieure 7, le
support flottant 6 étant pourvu des moyens 7' de retenue de la pièce
suspendue.
Pour permettre l'extension ou la rétractation de l'élingue, le support
flottant
6 est monté coulissant dans le bâti 5 selon l'axe vertical Al entre des moyens
de
guidage 8, 8', 9, 9'.
Les moyens de guidage 8, 8', 9, 9' comportent au moins une crémaillère
verticale 8, 8' solidaire du support flottant 6 s'engrenant dans un premier
pignon 9,
9' décalé par rapport au support flottant 6 sur un axe perpendiculaire audit
axe
vertical Al.
Selon l'exemple et notamment la figure 3, le dispositif est double et
symétrique par rapport à un plan passant par l'axe A1 et perpendiculaire à la
face
arrière 19 du bâti, les moyens de guidage 8, 8', 9, 9' étant symétriques par
rapport
audit axe vertical A1, de part et d'autre du support flottant 6. Une
configuration du
dispositif pour laquelle le support flottant 6 comporte une seule crémaillère
verticale et est coulissant du côté opposé à la crémaillère sur un rail
vertical est
bien entendu envisageable selon l'invention.
Les moyens de guidage comportent donc au moins une crémaillère 8 et un
pignon 9, s'engrenant avec la crémaillère 8 et comportant un axe de rotation
25
solidaire du bâti 5, perpendiculaire audit axe vertical Al et aux faces avant
et
arrière du bâti, pour permettre un déplacement vertical du support flottant
dans le
bâti.
Selon l'exemple, les moyens ressort 10, 10' pour leur part sont solidaires
d'un bras 15 d'un balancier 11 monté sur un arbre 12 solidaire du bâti 5 et
parallèle à l'axe de rotation 25 du pignon 9, 9'.
Pour adapter le dispositif à une plage d'efforts donnée, les moyens ressort
10, 10' sont reliés au support flottant 6 au travers d'un dispositif de
démultiplication
comportant ledit premier pignon 9, 9', des moyens d'engrenage 13, 13', 14, 14'
entraînant en rotation le balancier 11, 11' sur un secteur angulaire donné.
Dans un exemple d'application, le dispositif est réglé pour limiter l'effort
entre la pièce 1 et la structure au sol à une valeur de 2% de la charge
nominale
pour une charge comprise entre 2000 daN et 5000daN et utilise comme moyens
ressort 10 des ressorts à gaz de technologie connue.
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Il est possible de modifier la plage de fonctionnement, notamment la valeur
des efforts maximaux lorsque le dispositif arrive en butée mécanique, en
adaptant
les caractéristiques des moyens ressort utilisés.
Selon l'exemple, un réglage d'une position d'équilibre du dispositif est
prévu.
Le dispositif symétrique, comporte deux balanciers entraînés en rotation de
sens opposé autour d'arbres 12, 12' solidaires du bâti lors des déplacements
verticaux du support flottant 6 par rapport au bâti 5 et les moyens ressort
10, 10'
sont suspendus par leurs deux extrémités entre les bras des balanciers 11,
11'.
Lors des mouvements verticaux du support flottant sous l'action d'une
variation de charge au niveau de la pièce 1, les dispositifs de
démultiplication,
symétriques par rapport à l'axe vertical A1, comportant les premiers pignon 9
et 9'
et des moyens d'engrenage 13, 13', 14, 14' entraînent les balancier 11, 11' en
rotation de sens opposé sur un secteur angulaire donné.
Ainsi l'application d'une charge F1, F2 sur la pièce cause un déplacement
du support flottant 6 entraînant les bras 15, 15' en rotation de sens opposé
jusqu'à
obtention d'une nouvelle position d'équilibre du support flottant 6 sous
l'action des
moyens ressort 10, 10' contraints en compression ou en extension selon le sens
de la charge F1, F2 appliquée sur la pièce.
Pour permettre un effet de bras de levier, les balanciers 11, 11' sont
articulés au bâti sur l'arbre 12 au niveau d'une première extrémité des bras
15, 15'
et solidaires chacun à cette extrémité d'un élément d'engrenage 14, 14'
entraîné
par l'un les dispositifs de démultiplication symétriques et orienté
perpendiculairement aux bras.
Une vue d'un balancier est représentée en figure 4, cette figure
représentant les éléments du dispositif de démultiplication comportant les
crémaillères 8, 8' sur le support flottant 6, l'un des pignons 9, 9'
s'engrenant avec
les crémaillères, ce pignon 9 étant coaxial avec une couronne d'engrenage 13
actionnant l'élément d'engrenage 14 du balancier 11.
Pour recevoir les extrémités des moyens ressorts 10, 10', les bras 15, 15'
reçoivent chacun un support mobile 17, 17' supportant les moyens ressort 10,
10'
et sont pourvus des moyens de réglage 16, 16' sous forme d'une vis sans fin
21,
manoeuvrée par un volant 16, 16', recevant le support mobile 17, 17'.
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Ces moyens de réglage permettent d'équilibrer le dispositif en fonction de la
masse de la pièce 1 pour donner aux bras une amplitude de débattement dans les
deux sens (horaire et anti-horaire) similaire.
Bien que cela ne soit pas indispensable au fonctionnement du dispositif, il
est avantageux de prévoir par construction que les deux bras 15, 15' soient
parallèles lorsque aucune charge n'est appliquée sur le crochet 7'.
Cette disposition permet de ne pas avoir à comprimer les moyens ressort
10, 10' lors du réglage de la position des supports mobiles 17, 17', ce qui
rend
possible le réglage sans effort particulier sur les moyens 16 et 16'.
Selon un réglage préférentiel, les supports mobiles 17 et 17' ont des
positions identiques sur les bras 15 et 15' respectivement.
La figure 7A décrit des moyens d'entraînement 27 reliant les vis sans fin 21
des bras 15 et 15' et permettant de régler simultanément la position des
supports
mobiles 17 et 17' en garantissant un positionnement identique de ces supports
dans les bras 15 et 15'.
De tels moyens d'entrainement qui selon l'exemple sont réalisés par des
arbres et des cardans peuvent selon l'invention être réalisés par des chaînes
ou
des flexibles une telle modification restant dans le cadre des connaissances
générales de l'homme du métier.
Une action sur les volants 16, 16' permet de déplacer le support mobile 17,
17' le long du bras 15 et ainsi rapprocher ou éloigner le point d'application
de
l'effort exercé par les moyens ressort 10, 10' de l'extrémité d'articulation
des bras.
Avantageusement, le dispositif est réalisé de telle sorte que pour la position
d'équilibre sous charge le support flottant 6 ait une latitude de débattement
vers le
haut égale à son amplitude de débattement vers le bas entre une butée haute 23
et une butée basse 24.
Dans l'application évoquée précédemment, les butées sont atteintes aux
maxima d'amplitude de débattement fixés par exemple à 5 cm autour de la
valeur d'équilibre pour tenir compte des cas extrêmes admissibles de
fléchissement de la structure porteuse.
Ainsi, pour tout fléchissement de structure porteuse d'amplitude inférieure,
la contrainte appliquée par la pièce 1 sur la structure ou tout élément
interposé
entre la pièce et la structure reste inférieure à la valeur définie ci dessus
soit un
charge inférieure à 100 daN.
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Pour permettre un réglage aisé du point d'équilibre en fonction de la masse
des pièces 1 à supporter, des aiguilles 22 solidaire de chaque support mobile
17,
17' se déplace en face de graduations 26 sur les bras 15, 15'.
Enfin de façon à éviter des oscillations de la pièces lors de la manoeuvre du
pont roulant ou du treuil, le dispositif selon l'exemple prévoit que les
moyens
ressort 10, 10' soient mis en parallèle avec des moyens amortisseurs 18, 18'.
En mode de réalisation complémentaire, des moyens de mesure et/ou de
détection 28, 29, 30 de position du dispositif sont réalisés.
Dans le cas de moyens de détection de position, une détection de position
extrême tels qu'un ou plusieurs capteurs fin de course 28 permettent de
détecter
si l'effort arrive à une limite déterminée.
Un dispositif à capteurs fin de course 28 reliés à un dispositif alarme 33 est
représenté en figure 6.
Les capteurs fin de course 28 peuvent être à contact, inductifs ou autre.
La figure 7A représente notamment une réalisation selon laquelle des
capteurs de fin de course 28 sont disposés en face d'éléments de butée 34, 35
sur
la partie mobile du dispositif.
Dans le cas ou le capteur choisi est un capteur de mesure 29 donnant une
mesure de la position de la partie mobile du dispositif, un capteur
potentiométrique
ou un codeur optique peuvent être utilisés sans que cette liste soit
limitative. Un
exemple de positionnement d'une capteur potentiométrique est représenté en
figure 7C en bout d'axe de maintien d'un élément d'engrenage 14..
Les capteurs sont avantageusement reliés à des dispositifs tels que des
dispositifs d'alarme et/ou de suivi d'évolution de la compensation, ces
derniers
permettant d'alerter les opérateurs en anticipation lorsque, lors d'une
opération
d'assemblage, une évolution de l'amplitude des mouvements de compensation
traduit une dégradation des conditions de sécurité.
La détection, avant d'atteindre les butées physiques du dispositif, d'une
évolution néfaste de l'amplitude des mouvement permet d'interrompre les
opérations d'assemblage jusqu'au retour de conditions de travail sécurisées.
Dans ce cas, le ou les capteurs de détection sont des capteurs de mesure
29 délivrant un signal représentatif de la position en temps réel de l'élément
mobile du dispositif relié à un système d'alarme comprenant des moyens de
mesure et de suivi de l'évolution de l'amplitude des mouvements de
compensation
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comportant des moyens de détection de dépassement d'un seuil et de génération
d'une alarme sur dépassement dudit seuil.
Dans le cas ou le ou les capteurs sont des capteurs fin de course 28, le
système d'alarme auquel ils sont reliés peut ne comporter qu'une simple
détection
que la butée est atteinte ou est près d'être atteinte et déclencher une alarme
sur
cette détection.
Selon une version simplifiée, les moyens de détection sont constitués de
repères tels que des témoins visuels 30 sur au moins l'une des pièces en
mouvement relatif comme représenté en figures 7B, 7C.
Par exemple, la tige 31 liée au crochet 7' qui coulisse dans le guide 24 peut
présenter dans ses parties haute et basse des témoins de couleur qui vont
apparaître ou disparaître sous le guide 24 avant que le dispositif n'atteigne
une
butée mécanique.
Avantageusement, ces témoins 30 sont disposés sur un méplat en retrait
sur la tige cylindrique pour éviter tout risque d'effacement par usure lors du
coulissement de la tige dans le guide.
De manière équivalente, des témoins visuels 30, comme ceux représenté
en figure 7C en regard d'un index 32, sur les pignons ou les bras sont
possibles
selon l'invention.
L'invention comprend en outre un système de levage tel qu'une grue ou un
pont roulant comprenant une élingue en deux parties 3a et 3b entre lesquelles
est
disposé un dispositif selon.
L'invention ne se limite pas à l'exemple représenté et notamment un
dispositif dissymétrique pour lequel une extrémité des moyens ressort est
solidaire
du bâti est envisageable selon l'invention. De plus, en fonction des
caractéristiques recherchées pour l'amplitude de débattement du crochet et des
efforts admissible, il est possible d'adapter les dimensions et le nombre
d'étages
de pignons conjuguant le mouvement des bras 15, 15' avec celui du support
flottant 6.
