FR3093772A1 - Goupille de retenue d’un élément dans un rail - Google Patents

Goupille de retenue d’un élément dans un rail Download PDF

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Emmanuel Turlot
Antoine Legall
Jean-Baptiste Chevrier
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A Raymond SARL
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A Raymond SARL
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    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
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    • Y02E10/47—Mountings or tracking

Abstract

Goupille métallique (10) pour retenir un élément disposé dans un rail, le rail présentant un côté longitudinal ouvert pour recevoir l’élément et deux parois latérales, la goupille (10) étant destinée à être insérée dans des ouvertures aménagées dans les parois latérales du rail et dans un passage traversant de l’élément, la goupille (10) comprenant un corps métallique (20) présentant une première (21) et une deuxième faces (22) opposées l’une à l’autre, le corps métallique (20) portant, sur sa première face (21), une lame flexible (30) saillante configurée pour entrer en contact forcé avec l’élément et, sur la deuxième face (22), un organe de retenue (40) configuré pour s’emboîter élastiquement sur le rail et entrer contact forcé avec celui-ci. Fig. 1a

Description

Goupille de retenue d’un élément dans un rail
La présente invention concerne une goupille de retenue d’un élément dans un rail. Elle trouve notamment son application pour fixer le cadre d’un module photovoltaïque dans un rail d’une structure porteuse.
État de la technique antérieure
Actuellement, plus de 90% des modules photovoltaïques comprennent un cadre en aluminium permettant de rigidifier les modules fabriqués à partir d’un assemblage d’une plaque de verre en face avant (exposée au soleil) et d’une feuille de matière plastique (Tedlar®) en face arrière. Un autre avantage d’un tel cadre métallique est de faciliter la fixation mécanique d’un module photovoltaïque sur le rail métallique, généralement en acier, d’une structure porteuse. La structure porteuse peut par exemple être destinée à être fixée sur le toit d’une habitation.
Lors de la fixation du cadre métallique du module photovoltaïque sur le rail de la structure porteuse, il doit être tenu compte du fait qu’une fois installé, le module peut être soumis à de fortes sollicitations, par exemple par les efforts exercés par le vent, tendant à désolidariser le cadre du module de la structure porteuse. Quelles que soient les conditions auxquelles est soumis un module, il est nécessaire de conserver un contact électrique ininterrompu entre le module et la structure porteuse, afin de maintenir l’ensemble à une masse électrique.
Objet de l’invention
La présente invention vise à fournir une solution permettant une fixation simple et rapide d’un élément dans un rail, afin de former un assemblage présentant une forte résistance aux sollicitations et qui permette de maintenir un contact électrique continu entre l’élément et le rail.
En vue de la réalisation au moins en partie de ce but, l’objet de l’invention propose une goupille métallique pour retenir un élément disposé dans un rail, le rail présentant un côté longitudinal ouvert pour recevoir l’élément et deux parois latérales, la goupille étant destinée à être insérée dans des ouvertures aménagées dans les parois latérales du rail et dans un passage traversant de l’élément, la goupille comprenant un corps métallique présentant une première et une deuxième faces opposées l’une à l’autre, le corps métallique portant, sur sa première face, une lame flexible saillante configurée pour entrer en contact forcé avec l’élément et, sur la deuxième face, un organe de retenue configuré pour s’emboîter élastiquement sur le rail et entrer en contact forcé avec celui-ci.
La flexibilité de la lame et la configuration de l’organe de retenue permettent d’assurer un contact électrique continu entre l’élément et le rail lorsque ceux-ci sont assemblés à la goupille, y compris dans le cas de sollicitations de l’élément conduisant à le déplacer dans le sens du côté longitudinal ouvert du rail.
Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :
  • l’organe de retenue comprend au moins une ailette sensiblement perpendiculaire au corps métallique, l’ailette présentant un cran pour permettre l’emboîtage de la goupille sur un contour d’une des ouvertures du rail ;
  • l’ailette présente également une rampe pour venir en contact avec le contour d’ouverture lors de l’insertion de la goupille ;
  • la lame forme un angle de 135° plus ou moins 20° par rapport à la première face ;
  • le corps métallique comprend également deux faces latérales, les faces définissant un volume fermé de section rectangulaire ou carré ;
  • la goupille étant formée d’une bande de métal découpée et pliée ;
  • les extrémités de la bande de métal présentent des motifs complémentaires emboîtés l’un dans l’autre ;
  • l’organe de retenue est formé par découpe et pliage d’une extrémité de la bande métallique ;
  • la lame est formée par découpe et pliage de la bande métallique ;
  • la goupille comprend en outre deux trous découpés dans la deuxième face de manière à permettre le désassemblage de la goupille.
Description des figures
D’autres avantages et particularités de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, au regard de dessins annexés sur lesquels :
La figure 1a représente une vue d’ensemble de la première face 21 d’une goupille métallique conforme à l’invention ;
La figure 1b représente une vue d’ensemble de la deuxième face 22 d’une goupille métallique conforme à l’invention ;
La figure 1c représente une vue de face d’une goupille métallique conforme à l’invention ;
La figure 2a représente une vue en coupe d’un assemblage utilisant une goupille métallique conforme à l’invention ;
La figure 2b représente une vue en coupe d’un assemblage utilisant une goupille métallique conforme à l’invention avec un outil permettant son désassemblage ;
La figure 2c représente une vue d’ensemble de la deuxième face 22 d’une goupille métallique conforme à l’invention dans un rail avec un outil permettant son désassemblage.
Description de mode de réalisation
Par souci de simplification de la description à venir, les mêmes références sont utilisées pour des éléments identiques ou assurant la même fonction dans les différents modes de mise en œuvre de l’invention.
D’une manière générale, l’invention porte sur une goupille métallique permettant de retenir un élément tel que le cadre métallique d’un module photovoltaïque dans un rail, par exemple le rail d’une structure porteuse métallique. Pour ce faire, la goupille est destinée à être insérée selon une direction et un sens d’insertion dans des ouvertures aménagées dans des parois latérales du rail et dans un passage traversant de l’élément. Cet assemblage permet d’une part de maintenir un contact électrique continu entre le module photovoltaïque et la structure porteuse et d’autre part, par emboîtage élastique de la goupille sur le rail, de fixer le cadre dans le rail de la structure.
Les figures 1a à 1c représentent différentes vues d’une goupille métallique 10 conforme à l’invention.
Tel que cela est visible sur ces figures, une telle goupille comprend un corps métallique 20 présentant une première face 21 et une deuxième face 22 opposées l’une à l’autre.
Par métallique, on entend un matériau présentant une conductivité électrique supérieure à 1e6 S.m-1, préférentiellement supérieure à 1e7 S.m-1. Par élastique, on entend un matériau présentant une limite élastique aux efforts de traction et de compressions supérieure à 100 MPa, préférentiellement supérieure à 400 MPa. Le matériau peut notamment être de l’acier, par exemple de l’acier C67S (norme NF) avec traitement thermique, afin d’obtenir une résistance élastique supérieure à 1000 MPa.
Le corps métallique 20 représenté sur les figures 1a à 1c présente en outre deux faces latérales 23, 24, les quatre faces 21, 22, 23, 24 définissant un pavé droit, c’est-à-dire un volume fermé (sur au moins quatre de ses faces) de section rectangulaire ou carré.
Avantageusement, la goupille 10 est formée d’une unique bande de métal pliée. Cela lui permet d’être à la fois robuste, les éléments de liaison tels que les soudures pouvant former des zones privilégiées de rupture en cas d’efforts importants, mais aussi suffisamment flexible pour faciliter l’emboîtage élastique de la goupille sur le rail. En outre, cela facilite la fabrication de la goupille 10 par rapport au cas où la goupille serait formée de plusieurs pièces soudées entre elles par exemple. La fabrication de la goupille 10 est d’autant plus facilitée que le pliage de la bande de métal se fait exclusivement selon la direction d’insertion.
De préférence, les extrémités de la bande de métal présentent des motifs complémentaires emboîtés l’un dans l’autre au niveau de la deuxième face 22, tel que cela est bien visible sur la figure 1b. Une telle conformation, non limitative de l’invention, permet de limiter la déformation du corps métallique 20 sous l’effet d’efforts de cisaillement susceptibles de s’appliquer sur la goupille 10.
Les extrémités de la bande de métal sont préférentiellement non soudées l’une à l’autre afin d’améliorer encore la flexibilité de la goupille 10. Toutefois, l’invention n’est nullement limitée à une telle configuration.
Revenant à la description des figures 1a à 1c, le corps métallique 20 d’une goupille métallique 10 conforme à l’invention porte sur sa première face 21 une lame flexible 30 saillante configurée pour entrer en contact forcé avec l’élément.
A cet effet, la lame 30 peut être découpée dans la bande de métal formant le corps métallique 20 selon la direction d’insertion de la goupille 10, puis pliée suivant cette direction vers l’extérieur du corps 20 afin de la rendre saillante.
La direction de découpe de la bande de métal pour former la lame 30 permet à celle-ci de fléchir légèrement lors de l’insertion de la goupille 10 à travers les ouvertures et le passage, sans risquer de subir une déformation trop importante qui aurait pour conséquence de dépasser la limite élastique du matériau, réduisant alors la pression de contact exercée par la lame 30 sur le cadre du panneau photovoltaïque.
De manière avantageuse, la lame 30 est repliée, de manière oblique, par rapport à la première face 21, afin d’améliorer sa flexibilité lors d’efforts exercés perpendiculairement à la première face 21. Par exemple, la lame 30 peut former un angle de 135° plus ou moins 20° par rapport à la première face 21, comme cela est notamment visible sur la figure 1c.
Avantageusement, l’extrémité de la lame 30, c’est-à-dire la forme de la découpe, présente une géométrie convexe, afin de diminuer sa surface de contact avec un élément plan mis en contact avec elle. Alternativement, l’extrémité de la lame 30 peut également présenter une géométrie concave. Elle peut également être munie de dents ou de griffes. Toutefois, l’invention n’est nullement limitée à de telles géométries, et l’extrémité de la lame 30 peut présenter une géométrie plane ou toute autre géométrie.
De même, l’invention n’est nullement limitée à une lame découpée dans le corps métallique, et l’on pourrait par exemple envisager de souder une lame métallique au corps métallique ou de les associer par tout autre moyen.
Le corps métallique 20 d’une goupille métallique 10 conforme à l’invention porte en outre, sur sa deuxième face, un organe de retenue 40, configuré pour s’emboîter élastiquement sur le rail et entrer en contact forcé avec celui-ci.
L’organe de retenue peut comprendre un cran saillant 41 disposé sur la deuxième face 22 selon la direction d’insertion. De la sorte, au cours de l’insertion de la goupille métallique 10 à travers les ouvertures et le passage, le contour d’ouverture de l’une des ouvertures du rail vient en butée puis s’emboîte élastiquement avec la goupille métallique 10 par l’intermédiaire du cran.
Préférentiellement, l’organe de retenue 40 comprend au moins une ailette 42 sensiblement perpendiculaire au corps métallique 20 et présentant un cran 41 pour permettre l’emboîtage de la goupille 10 sur le contour d’ouverture. Comme cela est représenté sur les figures 1a à 1c, le cran 41 est défini par un fond dans lequel se place le contour d’ouverture, et deux butées qui limitent le déplacement de ce contour.
L’ailette 42, et plus généralement l’organe de retenue 40, est formée par découpe (afin notamment de délimiter le cran 41) et pliage de la bande de métal formant le corps métallique 20, la ligne de pliage s’étendant suivant la direction d’insertion.
Le pliage de l’ailette 42 perpendiculairement à la deuxième face 22 du corps métallique 20, combiné à la flexibilité du corps métallique lui-même, permet à l’ailette 42 de fléchir légèrement lors de l’insertion de la goupille 10 à travers les ouvertures et le passage, notamment lorsque le contour d’ouverture est en contact avec le cran 41 au cours de l’insertion. Cet état de flexion de l’ailette 42 au cours de l’insertion permet à celle-ci, au moment de l’emboîtage du contour d’ouverture dans le cran, de se relâcher, forçant le contact entre la goupille métallique 10 et le rail 60 et renforçant leur fixation et la qualité du contact électrique. Le profil de l’ailette 42 peut présenter, comme c’est le cas sur les figures, une rampe pour venir en contact avec le contour d’ouverture lors de l’introduction de la goupille, guider sa progression et faciliter le fléchissement progressif de l’ailette 42 et l’emboitement du contour sur le cran.
De manière particulièrement avantageuse, une goupille métallique 10 conforme à l’invention peut comprendre une pluralité d’ailettes 42. L’exemple représenté comprend deux ailettes 42 semblables l’une à l’autre parallèlement disposées selon la direction d’insertion. Chacune des deux ailettes 42 est obtenue comme décrit précédemment, par découpe et pliage des extrémités d’une bande métallique.
La présence d’une pluralité d’ailettes, et plus particulièrement de deux ailettes 42 parallèles et semblables sur la deuxième face 22 de la goupille métallique 10, permet d’assurer une fixation plus solide et plus stable de la goupille 10 sur le rail lorsque ceux-ci sont emboîtés.
Selon la forme du cran 41, et notamment de sa profondeur et l’inclinaison des butées, l’emboîtage élastique de la goupille 10 et du rail peut être réversible ou irréversible. Dans le cas d’un emboîtage réversible (faible profondeur ou inclinaison bien supérieure à 90° des butées), la conformation du cran permet également d’imposer la force minimale nécessaire à appliquer à la goupille 10 dans le sens inverse du sens d’insertion pour libérer celle-ci du rail. Les différentes conformations possibles du cran ainsi que leurs effets respectifs sont bien connus en soi, et ne seront pas décrits en détail dans la présente description.
De manière particulièrement avantageuse, une goupille métallique 10 conforme à l’invention peut comprendre deux trous 43, préférentiellement symétriques par rapport à la direction d’insertion, découpés dans la deuxième face 22 pour permettre le désassemblage de la goupille métallique 10. Ces trous sont par exemple rectangulaires.
La figure 2 représente une vue en coupe d’un assemblage utilisant une goupille métallique 10 conforme à l’invention.
On a représenté sur cette figure un élément 50, un rail 60 et une goupille métallique 10 en position d’assemblage. Un repère Oxyz orthogonal y est représenté, de telle sorte que le plan Oxy soit horizontal.
Le rail 60 s’étend dans une direction (Ox) et présente un côté longitudinal ouvert 61 dans un plan Oxy dans lequel réside le cadre 51 d’un module, ce côté ouvert permettant de recevoir l’élément 50 de fixation du module. Le rail 60 comprend également deux parois latérales 62, 63 disposées respectivement dans le plan Oxz. Les parois latérales 62, 63 présentent des ouvertures 621, 631, l’une des ouvertures 631 étant délimitée par un contour d’ouverture, dans lesquelles la goupille métallique 10 est insérée.
Le rail 60 représenté sur la figure 2 est un rail en W, comprenant deux côtés longitudinaux ouverts 61 et quatre parois latérales 62, 63, afin de recevoir deux éléments 50 et deux goupilles métalliques 10. Toutefois, l’invention n’est nullement limitée à une telle conformation du rail 60, qui peut présenter une forme en U ou toute autre forme comprenant un côté longitudinal ouvert.
On désigne par « position d’assemblage » la position dans laquelle la goupille 10 est insérée au travers des ouvertures et du passage, et le contour d’ouverture du rail est emboîté élastiquement dans le cran 41 de l’organe de retenue 40. L’insertion de la goupille se fait dans une direction d’insertion, généralement orientée selon l’axe (Oy), dans le sens des y décroissants.
La position d’assemblage permet une fixation solide de l’élément 50 dans le rail 60. L’insertion de la goupille 10 dans chacune des ouvertures du rail 60 et l’emboîtage élastique du contour d’ouverture dans le cran 41 permettent de fixer la goupille au rail sans aucun degré de liberté. L’insertion de la goupille à travers le passage traversant 51 de l’élément 50 permet de bloquer ce dernier suivant la direction (Oz), hormis un éventuel jeu.
L’élément 50 représenté est un élément plan d’un cadre 51, par exemple en aluminium, fixant un module photovoltaïque (non représenté sur la figure). L’élément 50 de fixation a été introduit dans le rail 60 du côté de son côté longitudinal ouvert 61, selon la direction (Oz).
L’élément 50 comporte un passage traversant 52 suivant la direction d’insertion (Oy) destiné à recevoir la goupille métallique 10 lors de l’insertion de celle-ci.
Les dimensions du passage traversant 52 sont telles qu’il soit suffisamment large pour permettre l’insertion de la goupille métallique 10, mais suffisamment étroit pour exercer une compression sur la lame 30 afin que celle-ci soit en légère flexion lorsque la goupille 10 est en position d’assemblage.
Ces dimensions relatives de la goupille et du passage traversant permettent, grâce à la flexibilité de la lame 30, à la fois d’insérer la goupille à travers le passage traversant sans exercer un effort trop important sur la lame 30 au cours de l’insertion et de maintenir solidaires la goupille 10 et l’élément 50 tout en assurant un contact électrique continu entre eux.
En effet, même s’il existe un jeu entre la goupille 10 et l’élément 50, rendu nécessaire pour permettre l’insertion de la goupille à travers le passage traversant 52, la flexibilité de la lame permet d’assurer un contact, voire même de maintenir l’élément dans une position fixe.
Dans les cas où l’élément 50 subirait un effort de traction tendant à l’extraire du rail par le côté longitudinal ouvert 61, c’est-à-dire dans la direction (Oz) dans le sens des z croissants, son déplacement serait limité à son jeu, la goupille métallique 10 en position d’assemblage le maintenant fixé. La goupille métallique 10 demeure quant à elle bloquée en position d’assemblage par butée contre les ouvertures 621, 631 des parois latérales 62, 63 du rail 60. Ainsi, lors du déplacement de l’élément, la flexibilité de la lame 30 assure, par son relâchement, la continuité du contact électrique entre l’élément 50 et la goupille métallique 10.
La position de la lame 30 sur la première face 21 de la goupille métallique, orientée vers le côté longitudinal ouvert 61 du rail 60 lorsque la goupille est en position d’assemblage, présente l’intérêt particulièrement avantageux que la lame 30 ne soit pas mise en compression lorsque l’élément 50 subit l’effort de traction, mais soit au contraire relâchée. Une telle caractéristique permet d’assurer un contact continu de la lame 30 avec l’élément 50. En effet, une compression de la lame 30 sous un effort de traction particulièrement prolongé et intense provoquerait une perte d’élasticité de la lame 30, susceptible de conduire à une perte de contact entre la lame 30 et l’élément 50.
De la même manière, lorsque l’élément 50 subit un effort de traction tendant à l’extraire du rail par le côté longitudinal ouvert 61, l’ailette 42, en légère flexion dans la position d’assemblage, maintient le contact continu entre la goupille métallique 10 et le rail 60 sans mettre l’organe de retenue 40 en compression y compris lors d’efforts de traction intenses et prolongés.
A l’inverse, et comme cela est bien visible sur la figure 2, dans le cas où l’élément 50 est un élément plan d’un cadre 51, ce dernier repose directement sur le rail 60, empêchant mécaniquement l’élément 50 d’exercer sur la lame 30 un effort de compression plus intense que la compression décrite précédemment. Il en va de même pour l’organe de retenue 40, dont la compression maximale est celle exercée sur lui dans la position d’assemblage lorsque l’élément 50 n’est pas soumis à un quelconque effort, compression qui se traduit sur l’ailette 42 par une légère flexion.
La goupille métallique 10 conforme à l’invention permet ainsi de fixer un élément 50 à un rail 60 de manière simple et solide, tout en assurant un contact électrique continu entre l’élément et le rail sans que ce contact électrique ne soit susceptible d’être interrompu, quelles que soient l’intensité et la durée des efforts de traction exercés sur l’élément 50.
La figure 2b représente une vue en coupe d’un assemblage utilisant une goupille 10 conforme à l’invention avec un outil permettant son désassemblage.
Lorsque la goupille 10 présente deux trous 43 sur sa deuxième face 22, tel que représenté sur les figures 1b et 2b, ces deux trous sont placés de telle façon qu’il soit possible, lorsque la goupille 10 est en position d’assemblage, d’insérer au moins un outil en pointe, de type tournevis à tête plate par exemple, à la fois à l’intérieur de l’ouverture du rail 60 et à travers le trou 43. Une telle insertion de l’outil est visible sur la figure 2b. En appuyant la tige de l’outil contre le contour d’ouverture 631, il est possible, par effet de levier, d’exercer un effort combiné de compression de l’ailette 42 pour libérer le cran 41 et d’extraction de la goupille 10 hors des ouvertures 621, 631 du rail 60 et hors du passage traversant 52 de l’élément 50.
La figure 2c illustre la situation de la goupille 10 par rapport au rail 60 une fois l’effort de levier exercé sur l’outil. On voit sur cette figure que le contour d’ouverture du rail 60 est libéré du cran 41 de la goupille 10. La goupille 10 est ainsi désassemblée par rapport au rail 60 et peut être ôtée sans difficulté.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de mise en œuvre décrits et l’on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l’invention tel que défini par les revendications.
En particulier, l’invention n’est pas limitée aux exemples de conformations décrits. En particulier, le corps métallique 2 peut être exclusivement constitué des deux faces 2a, 2b définissant un cylindre de section circulaire ou ovale par exemple. Le corps métallique peut également être constitué de plusieurs matériaux et comprendre des pièces plastiques par exemple. Le corps métallique peut être constitué de plusieurs parties liées entre elles par exemple au moyen de soudures.

Claims (10)

  1. Goupille métallique (10) pour retenir un élément (50) disposé dans un rail (60), le rail (60) présentant un côté longitudinal ouvert (61) pour recevoir l’élément (50) et deux parois latérales (62, 63), la goupille (10) étant destinée à être insérée dans des ouvertures (621, 631) aménagées dans les parois latérales (62, 63) du rail (60) et dans un passage traversant (52) de l’élément (50), la goupille (10) comprenant un corps métallique (20) présentant une première (21) et une deuxième faces (22) opposées l’une à l’autre, le corps métallique (20) portant, sur sa première face (21), une lame flexible (30) saillante configurée pour entrer en contact forcé avec l’élément (50) et, sur la deuxième face (22), un organe de retenue (40) configuré pour s’emboîter élastiquement sur le rail (60) et entrer contact forcé avec celui-ci.
  2. Goupille (10) selon la revendication précédente dans laquelle l’organe de retenue (40) comprend au moins une ailette (42) sensiblement perpendiculaire au corps métallique (20), l’ailette (42) présentant un cran (41) pour permettre l’emboîtage de la goupille (10) sur un contour d’une des ouvertures (621) du rail (60).
  3. Goupille (10) selon la revendication précédente dans laquelle l’ailette (42) présente également une rampe pour venir en contact avec le contour d’ouverture lors de l’insertion de la goupille (10).
  4. Goupille (10) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle la lame (30) forme un angle de 135° plus ou moins 20° par rapport à la première face (21).
  5. Goupille (10) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle le corps métallique (20) comprend également deux faces latérales (23, 24), les faces (21, 22, 23, 24) définissant un volume fermé de section rectangulaire ou carré.
  6. Goupille (10) selon l’une des revendications précédentes, la goupille (10) étant formée d’une bande de métal découpée et pliée.
  7. Goupille (10) selon la revendication précédente dans laquelle les extrémités de la bande de métal présentent des motifs complémentaires emboîtés l’un dans l’autre.
  8. Goupille (10) selon l’une des revendications 6 ou 7 dans laquelle l’organe de retenue (40) est formé par découpe et pliage d’une extrémité de la bande métallique.
  9. Goupille (10) selon l’une des revendications 6 à 8 dans laquelle la lame (30) est formée par découpe et pliage de la bande métallique.
  10. Goupille (10) selon l’une des revendications précédentes comprenant en outre deux trous (43) découpés dans la deuxième face (22) de manière à permettre le désassemblage de la goupille (10).
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