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Appareillage d'actionnement des ressorts de grille d'un jeu de combustible nucléaire
La présente invention concerne un jeu de combustible nucléaire utilisé dans les réacteurs nucléaires, et en particulier un appareillage d'actionnement des ressorts de maintien, ressorts de grille, prévu dans les grilles du jeu de combustible nucléaire en vue d'y maintenir fermement les barres de combustible.
Des jeux de combustible nucléaire tel que celui divulgué dans le brevet US-5 068 081 représenté en figure 6 sont connus.
Dans cette figure, les références numériques 1 et 2 désignent respectivement un nez supérieur et un nez inférieur qui sont disposés verticalement et écartés en opposition, et entre le nez supérieur 1 et le nez inférieur 2, un ensemble de tubes de guidage 3 de barre de contrôle (ci-dessous désignés sous le terme de tubes de guidage 3) est rigidement fixé et dans la section médiane des tubes de guidage 3 un ensemble de grilles 4 sont disposées verticalement et écartées l'une de l'autre.
Les grilles 4 sont, comme représenté en figures 7 à 11, construites d'un ensemble de bandes extérieures 7a (les bandes placées sur les côtés extérieurs des grilles 4) faites de fines bandes de métal, et de bandes intérieures 7b (toutes les autres bandes) possédant des fentes 8 espacées à intervalles réguliers dans la direction longitudinale. En emboîtant l'une dans l'autre les fentes 8, un ensemble d'espaces 5 de cellules de grille (ci-dessous désignés sous le terme de cellules 5 de grille) est formé. Chaque paroi des cellules 5 de grille est dotée d'une bosse 9, et d'un ressort extérieur 10a (qui sont formés sur les bandes extérieures 7a) ou d'un ressort intérieur 10b (qui sont formés sur les bandes
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intérieures 7b).
Une barre de combustible 6 insérée dans une cellule 5 de grille est comprimée contre la bosse 9 soit par le ressort extérieur 1 Oa, soit par le ressort intérieur 1 Ob, ce qui soutient fermement la barre de combustible 6 dans la cellule 5 de grille grâce au ressort.
La bande extérieure 7a possède une paire de fentes 11 qui traverse les deux faces du ressort extérieur 1 Oa.
Le procédé classique d'assemblage d'un tel jeu de combustible est décrit cidessous.
Tout d'abord, les grilles 4 sont écartées d'une certaine distance. Les tubes de guidage 3 sont insérés dans les cellules 5 prescrites formées par des paires opposées, et sont alors attachés rigidement aux grilles 4. Ensuite, les barres de combustible 6 sont insérées dans l'espace des cellules 5 de grille par glissement des barres 6 contre les ressorts extérieurs et intérieurs 1 Oa-1 Ob et les bosses 9.
Les barres 6 sont ainsi fixées dans les cellules 5 de grille via la force de compression exercée par les ressorts 10a-10b contre les bosses 9. Lorsque toutes les barres 6 sont insérées dans les cellules 5 de grille, les nez supérieur et inférieur sont attachés fermement aux extrémités opposées des tubes de guidage 3 respectifs.
Dans le procédé classique d'assemblage décrit ci-dessus, lorsque les barres 6 sont insérées par glissement à travers les bosses 9 et les ressorts 10a-10b, des dégradations de surface (fines griffes) étaient parfois provoquées à la surface des barres de combustible 6.
Pour cette raison, on a développé une technique destinée à empêcher la formation de telles griffes en recourant à une clavette intérieure 12, représentée en figure
11, qui est insérée dans une cellule 5 de grille de manière à rétracter le ressort intérieur 1 Ob hors de la cellule 5 de grille avant d'insérer la barre de combustible
6. De même, le recours à de telles clavettes a été étudié pour les ressorts extérieurs 10a.
Dans le procédé classique, cependant, les opérations impliquant l'insertion des
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clavettes étaient exécutées manuellement, et l'opération entière était dérangée par l'inefficacité du procédé due à des étapes compliquées et fastidieuses. En outre, la gestion du nombre de clavettes était difficile à réaliser à cause du grand nombre de clavettes impliqué.
La présente invention a été faite en considérant les problèmes ci-dessus du procédé classique et un objet en est de proposer un appareillage qui effectue efficacement la procédure de désactivation et d'activation du ressort de rétention, un autre objet en étant de proposer une gestion efficace du nombre de clavettes et des autres travaux associés avec l'actionnement des clavettes.
Un appareillage de la présente invention est destiné à la manutention des ressorts qui maintiennent fermement les barres de combustible nucléaire dans un ensemble de cellules de grille d'un ensemble de grilles dans un jeu de combustible, chacune des grilles possédant un ensemble de cellules de grille formé par des bandes intérieures et des bandes extérieures, les ressorts étant formés sur les bandes intérieures et sur les bandes extérieures de manière à déborder dans les cellules de grille et de maintenir les barres de combustible en entrant en contact avec la surface des barres de combustible ; l'appareillage comprend : (a) un élément de soutien de grille ;
(b) des moyens de manipulation de ressorts extérieurs, disposés sur l'élément de soutien en une position correspondant au ressort extérieur formé sur les bandes extérieures, en vue de la manipulation de ressorts extérieurs de manière à rétracter les ressorts extérieurs hors des cellules de grille ; et (c) des moyens de manipulation des clavettes intérieures destinés à manipuler les ressorts intérieurs de manière à rétracter les ressorts intérieurs formés sur les bandes intérieures hors des cellules de grille en insérant une clavette dans chaque cellule de grille, et en tournant la clavette autour de son axe.
L'appareillage de la structure ci-dessus effectue efficacement l'insertion et la rétraction des clavettes et simplifie les tâches associées avec les opérations de clavettes telles que la gestion de la quantité de clavettes et autres tâches.
La figure 1 est une vue frontale schématique d'un appareillage de manipulation
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de clavettes de la présente invention, la figure 2 est une vue en coupe transversale des sections principales d'un mécanisme d'accrochage utilisé dans un mode de réalisation, vu le long d'un axe perpendiculaire à l'axe de came,
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la figure 3 est une vue en coupe transversale dans le plan situé le long de la ligne A-A de la figure 2, la figure 4 est une vue agrandie en coupe transversale dans le plan suivant la ligne B-B de la figure 2, la figure 5 est une illustration représentant le déplacement du mécanisme d'actionnement du crochet, la figure 6 est une vue frontale du jeu classique de combustible nucléaire, la figure 7 est une vue frontale d'une bande intérieure formant les grilles, la figure 8 est une vue en plan de la grille,
la figure 9 est une vue agrandie en plan représentant les sections d'une cellule de grille, la figure 10 est une vue agrandie en perspective d'une bande extérieure formant une grille, et la figure 11 est une vue agrandie en perspective représentant une clavette intérieure insérée dans la grille.
Les modes de réalisation préférés de l'invention sont expliqués en référence aux figures 1 à 5. Dans ce qui suit, les structures qui sont communes au jeu classique de combustible sont désignées sous la même référence, et on a omis des explications détaillées à leur propos.
Le manipulateur de clavettes du mode de réalisation comprend : un ensemble de soutiens 20 de grilles dont le nombre est égal au nombre de grilles 4 (mais en figure 1 une seule unité en est représentée), et disposés dans la direction des barres de combustible 6, chacun des soutiens 20 de grilles possédant un châssis tétraédrique destiné à soutenir la surface extérieure d'une grille 4 venant en contact avec la surface intérieure du châssis ; un manipulateur 30 de ressorts extérieurs fixé sur les plans du soutien 20 de grilles tournés vers la bande extérieure 7a, en vue de rétracter les ressorts extérieurs 1 Oa ;
un manipulateur 40 de clavettes intérieures fixé sur le soutien 20 de grilles
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et destiné à rétracter les ressorts intérieurs 1 Ob formés sur la bande intérieure 7b en insérant une clavette intérieure 1 2 dans la grille 4 et en tournant la clavette 12 autour de son axe.
Un soutien 20 de grilles comprend : un socle 21 ; un élément principal de soutien 22 en forme de L fixé à la surface supérieure 21 a du socle 21 et soutenant la grille 4 sur sa surface intérieure 22a ; des cadres 24-25 qui sont fixés par des goujons 23 à rotation libre vers les extrémités de l'élément principal de soutien 22 ; des pièces de serrage 26-27 dont la forme est sensiblement celle d'un barreau carré disposées sur les surfaces intérieures des cadres 24-25 (surfaces opposées à l'élément principal de soutien 22), et qui sont relevées ou abaissées via la barre 51 à l'aide d'un cylindre 50 de levage de pince ;
un cylindre 28 de verrouillage de cadre, actionné par fluide (mécanisme de liaison), fixé à un cadre 24 des cadres 24-25 et possédant une barre de verrouillage 28a dont le bout est inséré à enlèvement libre dans l'autre cadre 25.
Sur la surface extérieure des pièces de serrage 26-27 sont disposés des goujons de guidage 29 qui peuvent glisser librement contre les cadres 24-25.
Deux manipulateurs 30 de ressorts extérieurs sont fixés à la surface intérieure de l'élément principal de soutien 22 du soutien de grille 20, chacun sur une des deux surfaces intérieures des pièces de serrage 26-27, de manière à être tourné chacun vers la bande extérieure 7a de la grille 4.
Les quatre manipulateurs 30 de ressorts extérieurs possèdent la même structure, et l'explication qui suit n'est donnée que pour un seul, celui qui est fixé à l'élément principal de soutien 22, et on a omis la description des autres.
Le manipulateur 30 de ressorts extérieurs représenté en figure 2 comprend : un ensemble de paires de tiges à crochet 31-32 qui sont insérées dans la fente 11 s'étendant depuis l'élément de soutien 22 en direction de la bande extérieure 7a de manière à pincer le ressort extérieur 10a entre elles, en figures
2 et 3, seule une paire de tiges à crochet 31-32 est représentée) ; et
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des éléments de crochet 31 a-32a s'étendant depuis les surfaces latérales opposées des tiges à crochet 31-32 ; et un manipulateur 60 de crochets qui, après avoir passé les tiges à crochet 31-32 dans la fente 11 comprime la paire de tiges à crochet 31-32 t'une contre l'autre et accroche les crochets 31 a-32a au ressort 10a en écartant les tiges à crochet 31-32 de la cellule 5 de grille.
Décrivons maintenant ci-dessous la structure du manipulateur 60 de crochets, en référence aux figures 1 à 4.
Le manipulateur 60 de crochets comprend : une première plaque de glissement 61 de forme rectangulaire possédant un ensemble de tiges à crochet 31 débordant à intervalles réguliers en direction de l'intérieur de la grille 4, et disposée dans une cavité 22b formée longitudinalement le long de l'élément de soutien 22 (voir figure 3) ; une seconde plaque de glissement 62 de la même forme que la première plaque de glissement 61 et possédant un ensemble de tiges à crochet 32 débordant à intervalles réguliers en direction de l'intérieur de la grille 4 et disposé à l'intérieur de la cavité 22b le long de la plaque de glissement 61 ;
des ressorts spiralés 63-64 repoussant la première et la seconde plaque de glissement 61-62 en direction de l'intérieur de la grille 4, par l'intermédiaire des goujons de poussée 63a-64a ; deux trous traversants 65a (voir figure 2 qui ne représente qu'un seul de ces trous) traversant les deux plaques de glissement 61-62 dans le sens de leur épaisseur et écartés dans la direction de la longueur des plaques de glissement 61-62 ; des cames de positionnement 65 de forme cylindrique semi-circulaire, chacune placée dans un des trous traversants 65a ; deux trous traversants 66a (dont un seul est représenté en figure 2) formés pratiquement de la même manière que les deux trous traversant 65a ;
des cames de positionnement opérationnelles 66 dont la forme de la section transversale est pratiquement la même que celle des cames de positionnement 65, possédant un diamètre légèrement plus petit et chacune logée dans un des trous traversants 66a ; une came d'arrêt 65 possédant des parties débordantes 67b-67c (voir
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figures 4 et 5) formée sur les côtés opposés de la came d'arrêt 67 de manière à ce que les parties débordantes soient déplacées axialement et contenues dans un trou traversant 67a configuré pratiquement de la même manière que le trou traversant 65a ; des cylindres d'entraînement 68 destinés à entraîner les deux cames de positionnement 65 par la crémaillère 68b, par l'intermédiaire du pignon 68a (voir figure 1) fixé à chaque extrémité des cames de positionnement 65 ;
des cylindres d'entraînement 69 qui de manière similaire entraînent les cames de positionnement opérationnelles 66 via un pignon 69a et une crémaillère 69b ; et des cylindres d'entraînement 70 qui de même entraînent la came d'arrêt 67 par l'intermédiaire d'un pignon 70a et d'une crémaillère 70b.
Sur l'élément de soutien 22 et la première plaque de glissement 61 fixée dans celui-ci est disposé un trou traversant 80 (voir figure 3) s'étendant suivant la longueur, en une position correspondant à l'insertion de la clavette 12, ce qui permet à la clavette 12 d'être insérée dans la grille 4. Deux manipulateurs 40 de clavettes intérieures sont disposés sur la surface extérieure de l'élément de soutien 22 du soutien de grilles 20, comme représenté en figure 1. Les deux manipulateurs 40 sont construits de la même manière, et pour cette raison, seul le fonctionnement d'un manipulateur 40 sera expliqué, l'explication concernant l'autre unité représentée par le trait interrompu de la figure 1 en bas à gauche sera omise.
Le manipulateur 40 de clavettes intérieures comprend : deux rails 41 de guidage à glissement s'étendant hors de l'élément de soutien 11 ; une plaque de socle 42 reliant les bouts des rails 41 de guidage à glissement ; un dispositif 43 d'insertion de clavettes s'étendant suivant la longueur et accrochant à glissement la paire de rails 41 de guidage de glissement ; un ensemble de pignons 44 disposés le long de la direction longitudinale de la base du dispositif 43 d'insertion de clavettes, et dont les axes s'étendent dans la direction des rails 41 de guidage du glissement, une extrémité de la clavette intérieure leur étant attachée ;
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un cylindre 46 de rotation de clavettes (moyen de renvoi) destiné à faire tourner le pignon 44 par l'intermédiaire de la crémaillère 45 située sur le côté du jeu de combustible de la base 43 d'insertion de clavettes ; un cylindre 47 de transfert de clavettes (moyen de transfert) disposé du côté éloigné du jeu de combustible du socle de base 42 et rapprochant ou éloignant de la grille 4 le socle 43 d'insertion par l'intermédiaire d'une tringle de prolongement 47a.
Décrivons maintenant la procédure d'actionnement de l'appareillage de manipulation selon ce mode de réalisation. Tout d'abord, en actionnant le cylindre 50 de levage des pinces, les pièces de serrage 26-27 sont rapprochées du cadre 24-25 de manière à positionner la grille 4 dans le châssis de l'élément de soutien 22. A l'aide du cylindre 50 de levage des pinces, les pièces de serrage 26-27 pincent la surface extérieure de la grille 4, ce qui immobilise la grille contre le soutien 20 de grille.
Ensuite, à l'aide du manipulateur 30 de ressorts extérieurs, le ressort extérieur 10a de la grille 4 est rétracté hors de la cellule 5 de grille. Cette opération sera expliquée en détail en référence à la figure 5. Dans cette figure, pour simplifier
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l'illustration, dans la partie située le plus haut dans la figure, (a) désigne la came de positionnement 65 ; (b) désigne la came de positionnement opérationnelle 66 ; et (c) désigne la came d'arrêt 67.
Tout d'abord, au stade initial (en figure 5), la situation représentée en (1), tout à fait à gauche de la figure), la première et la seconde plaque de glissement 61-62 sont repoussées vers la grille 4 par la force élastique des ressorts spiralés 63-64, et la surface cintrée de la came de positionnement 65 est en contact avec la surface intérieure du trou traversant 65a, ce qui empêche le déplacement de la première et de la seconde plaque de glissement 61-62 en direction de la grille 4.
Ensuite, la came opérationnelle 65 est tournée de 1800 autour de son axe 01 (en figure 5, la situation est représentée en (11)), et la surface plate de la came de positionnement 65 est mise en contact avec la surface intérieure du trou traversant 65a. Comme la distance entre la surface plate de la came de positionnement 65 et de son centre axial 01 est plus courte que la distance séparant son centre axial et sa surface courbe, la première et la seconde plaque
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de glissement 61-62 peuvent maintenant être déplacées d'une certaine distance en direction de la grille 4, ce qui permet à une paire de tiges à crochet 31-32 de pénétrer dans la fente 11 formée sur la bande extérieure 7a.
Ensuite, la came d'arrêt 67 est tournée de 180 autour de son axe 03 (en figure 5, la situation est représentée en (111)). Les positions des débords 67a-67b (voir figure 4) formés sur les côtés de la came d'arrêt 67 sont interverties, ce qui déplace l'une par rapport à l'autre la première et la seconde plaques de guidage 61-62 et comprime les tiges à crochet 31 et 32 qui accrochent ainsi les crochets 31 a et 32a au ressort extérieur 10a.
Ensuite, la came opérationnelle 66 est tournée de 1800 autour de son axe 02 et en permettant à la surface courbe de la came opérationnelle 66 d'entrer en contact avec la surface extérieure du trou traversant 66a, ce qui écarte légèrement la première et la seconde plaque de glissement 61-62 de la grille (en figure 5, la situation est représentée en (IV)). Ceci permet au ressort extérieur
1 Oa d'être rétracté hors de la cellule 5 de grille à l'aide des tiges à crochet 31-32.
Dans l'étape ci-dessus, il est également possible de rétracter le ressort extérieur 10a en faisant tourner la came de positionnement 65 pour qu'elle retourne à sa position initiale, c'est-à-dire en faisant tourner la came de positionnement 65 de
1800 supplémentaires. Cependant, le déplacement en direction de l'extérieur (du jeu) devient trop important, ce qui crée une contrainte élevée sur le ressort extérieur 1 Oa, provoque sa déformation plastique et réduit sa capacité de retenue.
Cela n'est pas souhaité pour ces ressorts. Selon la présente invention, du fait que le ressort extérieur 1 Oa est rétracté en recourant à la came opérationnelle 66, son déplacement reste à l'intérieur d'une plage adéquate, ce qui garantit le maintien ferme de la barre de combustible 6 par le ressort extérieur 1 Oa.
Ensuite, le cylindre 47 de transfert de clavettes du manipulateur 40 de clavettes intérieure est actionné, la base 43 d'insertion de clavettes est rapprochée de la grille 4 par l'intermédiaire de la tringle de prolongement 47a du cylindre 47 et un ensemble de clavettes intérieures 12 prévu sur la base 43 est inséré dans la grille
4. Ensuite, le cylindre 46 de rotation de clavettes est actionné, les clavettes intérieures sont tournées d'un angle adéquat (habituellement 90 degrés) via la
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crémaillère 45 et le pignon 44, ce qui rétracte le ressort intérieur 1 Ob hors de la cellule 5 de la grille.
Ensuite, les barres de combustible 6 sont insérées dans les grilles par un moyen approprié, en vue d'assembler un jeu de combustible. A ce moment, les ressorts intérieur et extérieur 1 Ob-1 Oa formés sur les cellules 5 de grille sont rétractés, et ainsi toute interférence mécanique entre les barres de combustible 6 et les ressorts est empêchée, ce qui évite la formation de griffes à la surface des barres de combustible 6.
Ensuite, le cylindre 46 de rotation de clavette est à nouveau actionné, et les clavettes intérieures 12 sont tournées, via la crémaillère 45 du pignon 44, pour les renvoyer vers leur position initiale. Dans cette situation, les ressorts intérieurs 1 Ob débordent à nouveau à l'intérieur de la cellule 5 de grille, ce qui les met en contact avec la surface des barres de combustible 6 pour fournir à celles-ci un soutien ferme. Ensuite, le cylindre 47 de transfert de clavettes est actionné pour écarter la base 43 d'insertion de clavettes de la grille 4, ce qui retire les clavettes intérieures 12 hors de la grille et les renvoie vers leur position initiale.
Ensuite, la came opérationnelle 66 du manipulateur à crochet 60 est tournée de 1800 autour de son axe 02 pour renvoyer la came opérationnelle 66 en sa position initiale (en figure 5, la situation est représentée en (V)). Le verrouillage par la came opérationnelle 66 est ainsi enlevé. La première et la seconde plaque de glissement 61-62 sont rapprochées de la grille 4 par la force élastique des ressorts spiralés 63-64 ; le trou traversant 65a est mis en contact avec la came de positionnement 65, ce qui permet au ressort extérieur 10a de déborder vers l'intérieur de la cellule 5 de la grille.
Dans ce cas, l'amplitude de ce débordement est préajusté de manière à ce que les ressorts extérieurs 10a se positionnent d'eux-mêmes à proximité de la surface de la barre de combustible 6, et en tournant la came opérationnelle 66 les ressorts extérieurs 10a sont automatiquement positionnés à proximité de la surface des barres de combustible
6.
Ensuite, la came d'arrêt 67 est tournée à 1800 autour de l'axe 03 pour la renvoyer vers sa position initiale. Ce faisant, les positions des débords 67b-67c
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formés sur le côté de la came d'arrêt 67 sont interverties. Les tiges à crochet 31 et 32 sont séparées et décrochent les crochets 31 a-32a du ressort extérieur 10a (situation représentée en (VI) en figure 5).
Après l'étape ci-dessus, le ressort extérieur 10a revient légèrement vers le côté de la grille, ce qui les met en contact avec la surface de la barre de combustible 6, fournissant ainsi un maintien ferme de la barre de combustible 6 dans la cellule 5 de la grille.
Ensuite, la came de positionnement 65 est tournée de 1800 autour de l'axe 01 pour la renvoyer vers sa position initiale, ce qui permet aux tiges à crochet 31-32 d'être extraites de la fente 11.
Ensuite, le cylindre 50 de levage de pince fixé sur les cadres 24-25 est actionné pour séparer légèrement les pièces de serrage 26-27 de la pince de la grille 4. A ce moment, le cylindre 28 de verrouillage de cadre est actionné pour écarter la tige de verrouillage 28a du cadre 25, ce qui décroche la tige de verrouillage 28a du cadre 25.
Ensuite, les cadres 24 et 25 sont tournés de 900 autour du goujon 23 pour séparer les cadres 24 et 25 de manière à libérer l'espace supérieur de la grille 4. Les grilles 4 avec les barres de combustible 6 montées à travers elles peuvent alors être suspendues et transportées vers un autre emplacement pour poursuite du traitement.
Selon l'appareillage du présent mode de réalisation, la présence du manipulateur
30 de ressorts extérieurs et du manipulateur 40 de ressorts intérieurs fournit l'avantage que les ressorts extérieurs 10a et les ressorts intérieurs 1 Ob formés sur la grille 4 peuvent être rétractés séparément et automatiquement hors de la cellule 5 de la grille.
Selon l'appareillage du présent mode de réalisation, le manipulateur 40 de clavettes intérieures est doté d'un nombre connu de clavettes intérieures 12 et les clavettes intérieures ne doivent donc pas être manipulées à la main, ce qui élimine la nécessité d'une gestion du nombre de clavettes et permet une gestion
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efficace de l'opération complexe de montage de grille.
Le mécanisme de rotation des clavettes intérieures 12 était constitué dans le mode de réalisation ci-dessus d'un agencement à crémaillère et pignon, mais il est également possible d'utiliser un agencement à tige filetée et pignon. Tout agencement est acceptable pour autant qu'il soit capable de faire tourner les clavettes intérieures 12 d'un angle spécifié. Il est également évident qu'il est possible de remplacer l'agencement à crémaillère et pignon destiné à entraîner les différentes cames par un agencement à tige filetée et pignon.
En outre, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation présenté ci-dessus et de nombreuses variantes sont possibles, tout en restant à l'intérieur du domaine défini par les revendications qui suivent.