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Variateur de vitesse
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La presente invention est relative à un varia- teur de vitesse commandé automatiquement par les variations du couple résistant, caractérisé par le fait qu'il comporte un organe de transmission monté sur un arbre par clavetage coulissant à pas reversible et équilibré axialement par un ressort, les déplacements de cet organe par rapport à son arbre étant utilises pour commander le rapport de réduction de la transmission, par exemple agissant sur le baladeur d'une boite de vitesse.
Dans le cas où l'on désire obtenir une variation continue, le variateur suivant l'invention est du type comportant un organe tournant tel que poulie, constitué par deux éléments coniques tels que disques dont on peut faire varier l'écartement en vue de modifier le diamètre effectif de cet organe, et il est caractérisé par le fait que ces éléments sont montés sur l'arbre au moyen d'un clavetage hélicoïdal à pas réversible et équilibré axiale- ment par des ressorts, les déplacements relatifs de ces éléments par rapport à l'arbre, lors des variations du couple résistant étant utilisés pour raire varier le dia- mètre effectif ae la poulie ou du galet.
On a déjà proposé certains variateurs du type à éléments coniques, mais dans ces variateurs connus l'écar- tement de ces éléments s'effectue automatiquement, non pas en fonction du couple résistant, mais en fonction d'un phé- nomène physique quelconque ou en fonction du couple moteur à transmettre.
Dans le premier cas l'un des disques est solidaire de l'arbre portant le variateur et ne peut se déplacer sur cet arbre,alors que le second disque est solidaire en ro- tation de cet arbre sur lequel il peut ëtre aeplace axiale- ment, le déplacement axial dans un sens ou dans l'autre étant commandé à l'aide d'un poussoir commandé en fonction
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du phénomène puysique contrôlant la brans mission, ce dspo-
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sitïif étant par exemple apbe à contrôler la vitesse de rota- tion atutl ventilateur en l'onc Gion de la uempérajure qui rè-.
--ne dans l'enceinte. fans le second cas, les deux cônes ,.t'une même pou-
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lie sont montas liorement sur l'arbre et chacun d'eux est relié, par l'intercalaire L'un fort ressort de compression et de torsion, à un plateau solidaire en rota.lion de l'arbre.
Dans un tel variateur comportant une telle poulie sur chacun
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des arbres menanb et mené, la. variation de la transmission est ioncGion du couple à (Iluand celui-ci croit au-delà d'une valeur limite, la tension de l'organe reliant les deux poulies à cônes, c'est-à-dire de la courroie trapé-
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zoîdale, croit dans une mesure telle qu'elle s'insère entre les cônes ue la poulie montre sur l'arbre menant, en se raz- procnü.nG de celui-ci et en provoquant l'écartement des cônes contre l'action o.<2S re.ssorts qui se trouvent comprimés, zain d'obtenir un bon serrage de la courroie, en fonction de la lensiori de cebje dernière, donc en fonction du couple Moteur, on -Dj2uvoi-'U-,--,ur les côxic,,des rampe's coopérant avec des C;D.let::
, montés sur les plateaux associés, de manière à rapprocher les cônes quana ces derniers tournent par rapport aux pla- teaux.
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La vbriaueur commande en fonction du couple vzw sistant, tel que défini ci-dessus peut comporter de nombreu- ses applications dans lesquelles une variation automatique et; continue de le. vitesse en fonction du couple résistant est
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désirable, notamment pour le cl'..:r.l.:J.1."rüc.;e de machines à t;I'Dnde inertie et à vitesse de r-ii ie élevée, elle8 que les esso- reuses.
L'invention s'applique e;.ii e,.i :";t à la réalisation de changements de vitesse n -j. =Ü.,:;, ;'ci continus sur des véhicules de uoutec cort3, et plus .1 1 motocyclettes, les bicclei; à mouëur auxiliaire ù entraînement par [}J.let sur le pneumatique r;. 11J¯',; 2:;lC:, .¯.1
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1 d'une façon plus générale, à tous les cas où on peut utili- ser une transmission de puissance par friction et dans les- quels la vitesse est commandée par la variation du diamètre effectif d'un organe tournant.
A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et re- présenté au dessin annexé plusieurs formes de réalisation de 1-' invention.
Les figures 1 à 4'illustrent le principe de l'invention en application à une transmission par poulies et courroies trapézoïdales, les figures 1 et 2 représentant la transmission respectivement en coupe axiale et en élé- vation en position de démultiplication minime. (couple ré- sistant minimum), et les figures 3 et 4 étan les vues co- respondantes en position de démultiplication!maxima (couple résistant maximum).
La figure 5 °représente en coupe axiale une poulie multiple formant variateur de vitesse pour transmission de puissances importantes.
Les figures 6 et ? représentent respectivement en perspective et en coupe axiale une première forme de réali- sation d'un variateur automatique applicable aux bicyclettes à moteur auxiliaire à entraînement par galet sur un pneumati- que d'une roue.
Les figures 8, 9, 10 et 11 representent une autre forme de réalisation de ce variateur, respectivement en vue éclatée, en perspective et en coupe axiale dans les deux positions extrêmes.
La figure 12 est une coupe axiale d'une autre forme de realisation du galet suivant la presente invention, la partie supérieure de cette coupe représentant les éléments de galet dans leur position écartée et la partie inferieure montrant ces éléments dans leur position rapprochée.
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La figure 13 représente en plan, avec coupe par- tielle, l'un des éléments du clavetage coulissant hélicoïdal à pas réversible.
La figure 14 est une vue en plan d'une bague des... tinée à porter les nervures.
La iigure 15 est une vue perspective d'un auget maGérialisant les nervures.
La figure 16 est une vue perspective partielle du galet suivant la figure 12.
La figure 17 représente de manière identique à la figure 12 une variante du galet.
La figure 18 est un vue perspective d'un fourreau destiné à être monte dans le galet pour empêcher l'encrasse- ment des rainures hélicoïdales*
Dans la figure 1,on a représente un arbre moteur :'Il sur lequel est montée une poulie constituée par deux plateaux coniques intérieurement 2, 2' montes indépendamment l'un de l'autre sur l'arbre 1, au moyen de tétons 3, 3' fixés dans leurs alésages internes et engagés dans des rainures heli- coïdales opposées 4,4', ae pas réversibles et opposes, ménagées sur l'arbre 1.
Deux ressorts hélicoïdaux 5, 5', prenant appui sur des butees 6, 6' solidaires de l'arbre, repoussent les plateaux 2, 2' l'un contre'l'autre, de iaçon à réduire au minimum la largeur de la gorge 7 qui se trouve ménagée entre eux, et dans laquelle est engagée la courroie trapézoïdale 8, par exemple en caoutchouc, qui, lorsque les plateaux 2,2'sont dans la position rapprochée représentée en figure 1, se trouve tout à fait à l'exterieur de cette gorge 7, la poulie 2, 2' ayant ainsi son diamètre maximum.
L'arbre 1 tournant dans le sens indiqué par les flèches (sens des aiguilles d'une montre en figure 2), le sens des rainures hélicoïdales 4, 4' est choisi de velle façon que, lorsque ces plaueaux sont lreinés, leur rotation relative par rap- port ù. l'arpre tend à les @carter l'un de l'autre à l'encor-
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tre d'- ! 9- ::u.see des ressorts 5, 51 qui sont calcules de façon à equz ? :;ter le couple résistant normal pour lequel la tranission est prevue.
Si le couple résistant devient supérieur au couple noceur disponible sur l'arbre, l'ef- fort rendant à .aire Tourner les plateaux par rapport à l'arbre devient supérieur à la composante de la poussée des ressorts 5, 5' et les plateaux tournent par rapport à l'arbre en s'écartant l'un de l'autre jusqu'à venir prendre, en bout de course, la position représentée en figure 3 et 4, où la largeur de la gorge 7 de la poulie est maxima, et
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la courroie 8 se 'crouve donc en COnoGélC1j avec une surface d'entraînement d'un diamètre beaucoup plus petit, d'où di- minution ae la vitesse transmise.
Afin d'augmenter l'intervalle ae variation de vi- cesse sans augmenter exagérément le diamètre et le déplace- ment latéral des deux plateaux formant la poulie, auxquels on serait d'ailleurs ame a donner dans ce cas une conici-
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tue sirop aible pour obgenir un jeu correcu de la courroie, l'invention prévit.! la possibi1i6 (Le monter une autre poulie de diamè@re variable en sens inverse sur l'arbre
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en-brui-ne '('1 . -fe te poulie est constituée, comme la poulie ci, Par :
ux plateaux 1, 'i2g., également montés sur l'arbre ai-'aoyen de tétons 13, 13* et de rainures hélicoï- dales 14 14' à pas réversibles opposés, mais dont le sens est chsis cette fois de façon que l'augmentation de l'ef- for r@ istant provoque le rapprochement des deux plateaux,
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t.;/dis que les ressorts 15 fil5', travaillant dans ce cas à -br, a-tion,, et non plus à la compression comme pour la pouj,e 2, .=' , tendent au contraire à écarter le4+ deux pla- teaux l'un de l'autre.
Dans ces conditions, tant que le peuple résistant ne dépasse pas la valeur normale prévue,
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.e diamètre de la poulie 12, 12 est minimum (fin. 1 et 2), et il commence à augmenter dès que le couple résistant iépasse celui trans;iissible par la courroie 7, jusqu'à f t'ceindre le diamètre maximum dans la position représentée
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en figures 3 et 4, où le diamètre de la poulie motrice 2,
2' est au contraire minimum.
On comprend aisément que, pour toute valeur du couple résistant, la composante latérale qui, du fait des rainures hélicoïdales réversibles 4, 4' ou 14, 14', tend à écarter ou rapprocher les plateaux 2, 2' ou 12, 12', se trouve équilibrée par la poussée ou la traction des ressorts 5,5' ou 15, 15', de sorte que la diamètre des poulies, et donc la vitesse de la transmission se règlent d'une façon entièrement automatique et continue en fonction du couple résistant.
Bien entendu, au lieu d'être ménagées directement sur les arbres, les rainures hélicoïdales peuvent être dis- posées sur des douilles ou manchons clavetés sur ces arbres, ce qui permet de réaliser un appareil complet prêt à être monté.
Dans le cas de la transmission de puissances im- portantes, le variateur conforme à l'invention peut compor- ter des poulies multiples entraînant simultanément plusieurs courroies trapézoïdales parallèles, comme représenté en fig. 5. A cet effet, la poulie est constituée par deux pla- teapx d'extrémité 9, 9' intérieurement coniques, montés sur l'axe 10 à l'aide de tétons 18, 18' engagés dans les rainu- res hélicoïdales à pas réversibles et opposées 19, 19', ces plateaux étant soumis à l'action des ressorts d'équilibrage 20, 20', et par plusieurs plateaux biconiques intermédiaires, par exemple deux, 21, 22, dans l'exemple représenté, qui peuvent se déplacer latéralement sur l'arbre 10, sans tour- ner par rapport à lui, par exemple à l'aide de têtons 23,
24 engagés dans une rainure longitudinale 25, de façon à for- mer trois Gorges de largeur variable dans lesquelles sont engagées les courroies trapézoïdales 26, 27, 28. On comprend
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immédiatement que le fonctionnement de ce dispositif est exactement le même que celui des poulies simples des fig.
1 à 4. Ce dispositif peut être avantageusement utilisé pour le démarrage progressif de machines à grande inertie tour- nant à grande vitesse, notamment les essoreuses, et il peut remplacer avantageusement les poulies connues à masses centrifuges,en donnant lieu à un entraînement beaucoup plus progressif, sans le moindre à-coup.
Les figures 6 et 7 représentent une première forme de réalisation de l'invention en application à un changement de vitesse, continu et automatique pour bicyclette à moteur auxiliaire à entraînement par galet de friction tournant en contact avec,le pneumatique d'une roue, le diamètre de ce galet étant rendu, suivant l'invention, variable automa- tiquement en fonction du couple résistant-.
Ce problème, rendu difficile du fait de la nécessité d'une adhérence particuliè- rement bonne entre le galet de faible diamètre et le pneu d'une part et, d'autre part, par l'espace extrêmement réduit dont on dispose généralement, est résolu, conformément à l'invention, par les moyens suivants :
Le galet, à diamètre automatiquement variable en fonction du couple résistant, est constituée comme visible au dessin, par deux plateaux ou couronnes 29, 30 montées sur l'arbre 31 entraîné par le moteur, à l'aide de tétons 32, 33 engagés dans les rainures hélicoïdales 34, 35 de l'arbre, ces plateaux étant soumis à la poussée axiale des ressorts 36, 37 prenant appui sur les butées 38, 39 calées sur l'arbre 31.
Les plateaux 29, 30 portent chacun, sur leurs faces internes, un certain nombre de nervures radiales de hauteur décroissante 40, 40', 40".. etc , et 41, 41', 41".. etc, les nervures d'un des plateaux s'engageant entre les nervures de l'autre avec un jeu réduit au minimum. L'un des plateaux, par exemple 29, est solidaire d'une douille 42
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avec laquelle font corps, à leur base,, les nervures corres- pondantes 40, tandis que les nervures 41 du plateau 30 sont en porte-à-faux, mais guidées en déplacements axiaux sur la ,douille 42.
Lorsque le couple résistant n'est pas inférieur au couple moteur disponible sur l'arbre 31, les deux jeux de nervures se trouvent complètement, engagés l'un dans l'autre, comme représente en figures 6 et 7, et le pneuma- tique 43 de la roue entrainée, en contact avec la partie centrale du galet, est entraîné à la vitesse maxima.
Lors- que le couple resistant augmente au-delà de la valeur maxi- ma du couple moteur, les plateaux 29, 30 s'écartent l'un de l'autre en se "dévissant" sur l'arbre, grâce aux rainures hélicoïdales 34, 35, et grâce à la hauteur décroissante des nervures, le diamètre de la partie centrale du galet dimi- nue et le moteur peut continuer à entraîner la roue en tour- nant à son régime normal et en fournissant sa puissance ma- xima, ce qui permet aux usagers des cyclomoteurs à faible cylindrée de monter aisément- les cotes dans lesquelles ils étaient obliges, avec un galet de diamètre fixe, de pédaler pour fournir l'apport de puissance nécessaire.
Bien entendu, il est nécessaire de prévoir un dis- positif assurant une pression de contact constante entre le galet a diamètre variable et le pneumatique, ce dispositif existant d'ailleurs sur la plupart des cyclomoteurs de ce type où la pression de contact est assurée soit par,des res- sorts, soit par le poids du moteur pivote sur le châssis.
Les figures 8 à 11 representent une autre réalisa- tion d'un galet d'entraînement à diamètre variable, permets tant de réduire l'encombremenb axial du dispositif en dis- posant les ressorts d'équilibrage à l'intérieur du galet, ce qui les protège en oure contre l'humidité, la boue et la poussière et en améliore la conservation.
Le galet se compo- se dans ce cas ae deux douilles 44, 45 clavetées ou serrées sur l'arbre 46 à l'aide d'ecrous 47, 48, ces douilles étant munies d'un rebord 49, 50 à leur extreemite externe etpor-
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tant des rainures hélicoïdales 51, 52 à pas réversibles op- posés.
Sur ces deux aouilles solidaires de l'arbre, sont montées, au moyen de tétons 53, 54 s'engageant dans les rai- nures 51, 52, 'deux bagues 55,56 portant joutes les deux des dentures en porte-à-faux 57, 58,chaque dent ou nervure comportant une partie basse à diamètre constant 59, suivie par une rampe inclinée 60 se raccordant à une partie haute 61 a diamètre constant, les dentures des deux bagues étant engagées l'une dans l'autre et la partie haute, en porte-à- t'aux, de craque aent ou .nervure de l'une des bagues, étant guidée en déplacements axiaux sur l'autre bague. Cnaque Dague 55, 56 est percée d'un certain nombre de trous lon- gitudinaux régulièrement espaces tels que 62, 63...et 64,65 etc..
presentant un epaulement intérieur et rebouchant à l'extérieur par des perçages de diamètre moindre 62',63'... et 64', 65' . Des ressorts hélicoïdaux 66, 6. il etc.., en nombre convenable suivant la valeur du couple moteur à transmettre, prennent appui par leurs extrémités sur les bpaulements des trous opposés 2-64, 63-65 aes deux bagues et sont guidas sur des tiges ou aiguilles 68,69... etc, traversant les perçages 62'-64', 63'-65'..etc., les ressorts 66, 67 travaillant à la compression.
Les rainures hélicoïdales 51, 52 ont un sens tel que, lorsque le couple résistant n'est pas supérieur au couple moteur disponible sur l'arbre, les bagues 55, 56 sont complètement écartées et viennent buter sur les rebords 29, 50 des douilles 44, 45, de sorte que les parties hautes 61 des dents 5?, 58 sontau contr&ire rapprochées et que le diamètre uile du galet est maximum (fig.10).
Au contraire, l'augmentation du couple résistant provoque le rapproche- ment des deux bagues et l'écartement des parties hautes des nervures, de sore que le diamètre utile du galet devient, à la limite, égal à celui de la partie basse 55 des nervures (fig.11). Dans les positions intermédiaires,. le diamètre du
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galet prend des valeurs variant suivant le point de contact du pneumatique avec les raupes inclinées 60.
Les nervures de chacune des bagues sont jumelées par paires ce qui, d'une part, facilite l'usinage et, d'autre part, augmente la rsisance des nervures à la flexion.
L'expérience montre que l'adhérence d'un tel Galet sur le pneumatique est excellente malgré la disposition alternée, à droite et à fauche, des nervures en contact à tout instant avec le pneumatique, et que l'entraînement s'effectue sans aucun glissement appreciable.
Le mode de construction représente en figures 6 à
11 d'un organe à diamètre variable l'aide de deux systèmes de nervures radiales de hauteur décroissante engagées l'une' 'dans l'autre, se prête également à la réalisation d'une pou- lie multiple pour transmission de grandes puissances du type représenté en figure 5 : il suffit pour cela de prévoir des nervures du type des figures 8 à 11, mais présentant chacune une succession de parties hautes et basses raccordées par des rampes inclinées, formant ainsi une série de gorges de largeur variable pouvant recevoir des courroies trapézoïdales.
Bien entendu, les modes de réalisation de l'inven- 'lion décrite ci-dessus n'ont été donnés qu' à titre d'exemples non limitatifs et peuvent être modifiés de- différentes ma- nières. Par exemple, l'invention est applicable aux trans- missions du type à plateau et galet, dans lesquelles un ga- %et moteur ou récepteur est monté sur un arbre disposé sui- 'vant le diamètre d'un plateau récepteur ou moteur, dont l'ar- bre est perpendiculaire à celui du galet dont le déplacement sur son arbre permet de modifier le diamètre du cercle de contact sur le plateau, et donc le coefficient de réduction ou de multiplication.
Suivant l'invention, ce Galet peut être monts sur son arbre par un clavetage coulissant hélicoïdal
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et équilibré par des ressorts, de façon à raire varier au- tomatiquement sa position par rapport au plateau en fonc- tion du couple résistant*
Ces remarques s'appliquent également à la forme de réalisation du galet des figures 12 à 18 qui permet une fabrication simple tout en assurant un meilleur guidage des pièces coulis-santés.
Dans la figure 12, la référence 71 désigne l'arbre du moteur auxiliaire. Sur cet arbre sont clavetées en 72 et serrées l'une contre l'autre au moyen des écrous 73 et 74, les deux douilles identiques 75 et 76 munies respectivement des rainures hélicoïdales 77 et 78 décalées l'une par rapport
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a l'autre de 'i80 . Comme visible en figure li, chaque douil- le comporte une partie tubulaire 79 raccordée à une partie 80 diamétralement elargie, au moyen d'une rainure angulaire 81 créant un épaulement 82, les deux douilles assemblées for-
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maint enCre les parties exbremes 80, un évidement dans lequel sont logés les éléments qui vont être décrits.
Sur chaque douille 752 76 est monbee une bague 83t 84 (voir fig. 14) portant trois paires de dents 85, 86, 87 uniformément reparties; sur le bord inférieur la bague 83 porte un jeton 88 pénétrant dans la saignée hélicoïdale 77 et sur le bord extérieur sont prévus''entre les dents d'une
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même paire des tétons 89, 90 et 9fui servant à sertdr sur la bague 83 des augets tels que,, celui représenté en figure 15,
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ces augets é'jant placés cïarL3 les creux entre les paires de dens 8>, 86 et 87. Le sev:issage de chaque auget se fait par une ouverture 92 dans son fond.
Le sertissage
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des augecs sur les bagues 't)eut- être remplacé par une soudure par points?
Les augets sont, relativement longs pour que leurs deux extrémités portent le façon permanente sur les parties
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80, 80, des deux douille,-i t\ et 76 et ils sont munis de deux bords latéraux 9) 94 pez'1"ts se terminant vers l'exté-
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rieur par des a.ilettes de plus grande hauteur 95-96. Entre chaque bague 83, 83' et l'opaulement 82,82' correspondant, est dispose un ressort hélicoïdal 97 - 97' qui a tendance à rapprocher l'une de l'autre les bagues 83, 84 (dans la position inférieure ae la figure 12).
Afin d'avoir un galet d'entraînement ayant un bon coefficient ue frottement pour lu transmission de la puis- sance au pneumatique de la roue, les augets sont garnis d'une manière de remplissage appropriée, par exemple une ma- tiere synthétique mélangée à du corindon, et pour augmenter la plage de variation, la matière de remplissage forme, du cote élevé d'un même jeu a'augets, comme visible en figure 16.
une couronne continue 98 dont le diamètre intérieur, entre deux augets voisins est suffisamment grand pour per- mettre le passage libre des extrémités basses des augets 99, 99' solidaires de la bague opposée, la face intérieure desdites couronnes 98 et 98' étant inclinée vers le bas et vers l'intérieur du galet 'suivant une pente suffisante pour ne pas être en contact avec le pneumatique 100 de la roue en position carte du galet (partie supérieure de la fig.
12) qui prend alors appui sur le pneumatique uniquement sur la surface cylindrique de petit diamètre formée par les par- ties basses des augets.
La forme de réalisation ae la figure 17 diffère ae celle de la figure 12 uniquement pr la disposition exte- rieure des ressorts 82,82'. Dans ce cas chaque ressort hé- licoîdal prend appui d'une part sur une collerette 101-101' prévue sur chaque douille 80-80' et d'autre part contrele zona d'un dégagement 102-102' prvu dans la matière de rem- plissage, au niveau de la tranche exterieure des augets.
Pour que les extremites libres 103 des augets ne gênent pas la détente des ressorts (voir partie inférieure ae la figure 17), la longueur axiale des augets est plus faible que celle des dugets de la figure 12, et ces augets se terminent par
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un biseau 104. Toutefois, malgré ce raccourcissement des/ augets, ces derniers sont non seulement bien guides comme dans le cas de la figure 12, 'mais également portes correc-
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tement pour éviter un porce-à-iaux, car les augets de chaque jeu portent d'une part sur les parties 80 de leur douille correspondante, eu, d'autre paru,, sur la bague 83 de l'au- tre jeu d'augets.
Les rainures telles que la rainure 81 étant dans la réalisation de la figure 17 rendues libres par la aispo- sition extérieure du ressort, elles peuvent, si chacune d'elles communique avec la rainure hélicoïdale associée, servir ae dégagement pour le téton 88 correspondant, celui-ci pénétrant dans ladite rainure annulaire à l'arrêt des Vehi-
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cules par blocage des freins afin ae perme-c'cre le dobrayage du moteur. Ce dégagement pourra d'ailleurs également ê-cre prévu dunes La réalisation de la figure 1 en prévoyant dans la partie tubulaire des douilles d'autres rainures que les rainures 81.
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Lmi3n.s amans les diverses formes de réalisation représentées on pourra prévoir sur le galet des moyens empê- chant l'encrassement des rainures hélicoïdales, Ces moyens
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sonu c011SG1'GLI;.S voir figures 17 er 'ses par un iourreau !05 monte sur les parûtes centrales des douilles z5 et ?6 eu muni de deux saignées droites (08 et l07 a.ec.les ae "s80 et par lesqueii,s passent les tétons 88, 88' des deux Dagues 83 eu 8-i-. eour améliorer .La. tenue des auge-US2 on prévoit en les auge-cs d'un même jeu des entretoises, par exemple en for- me de pontets constitués par des lames de tôle cintrées dont les extrémités repliées sont soudées aux ailettes des par- ties hautes des augets.
D'autre part, on peut dans certains cas se dispenser de la couronne continue en matière agglomé- rée et se borner à garnir les augets dont les ailettes 95, 56 seront dans ce cas plus élevées de façon à maintenir la matière de garnissage entre-'eux sur toute sa hauteur.