FR3094924A1 - Doublure de hayon muni d’insert de renfort en matériau composite - Google Patents

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Franck Leterrier
Emilien HUMMER
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Plastic Omnium SE
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Abstract

L’invention concerne une doublure d’ouvrant arrière (100) de véhicule automobile réalisée en matière thermoplastique et comportant au moins un élément de renforcement (200), caractérisée en ce que l’élément de renforcement (200) est une pièce monobloc en matière plastique composite, partiellement surmoulé dans la doublure d’ouvrant arrière (100) de façon à ce qu’au moins une zone de l’élément de renforcement (200) soit apparente en surface de la doublure d’ouvrant arrière (100). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Doublure de hayon muni d’insert de renfort en matériau composite
L’invention concerne le domaine de l’industrie automobile, et en particulier le domaine des pièces de carrosserie en matière plastique localement renforcées par des inserts surmoulés.
En particulier l’invention concerne une pièce de carrosserie comportant, localement surmoulé, un élément de renforcement de type insert en matière plastique composite, afin de la renforcer mécaniquement.
On connaît, dans l'état de la technique, un ouvrant arrière, de type hayon notamment, réalisé en matière plastique, comprenant une peau extérieure d'aspect, et une doublure intérieure de structure réalisée en matière thermoplastique chargée. La matière thermoplastique constituant la doublure est par exemple chargée de fibres de verre ou de talc pour accroître ses propriétés de résistance.
Sur la doublure de hayon, il est connu de monter différents équipements, tels que des charnières, des vérins, des serrures. Pour chacun de ces éléments il est nécessaire de prévoir des moyens de fixation parfaitement positionnés sur la doublure, car ils doivent s’interfacer avec la caisse de véhicule de façon robuste et précise.
Par ailleurs, la doublure subit de nombreuses contraintes mécaniques lors de sa fabrication, principalement des déformations géométriques inhérentes au procédé de moulage, et des sollicitations mécaniques au niveau des moyens de fixation des équipements lors de son utilisation une fois assemblée sur le véhicule.
Afin de de mieux supporter ces efforts mécaniques de fonctionnement sur véhicule, la doublure intérieure est généralement renforcée par des éléments de renfort métalliques, rapportés sur la doublure après son moulage. Ces renforts sont par exemple vissés, ou rivetés sur la doublure, afin de pallier les différents efforts produits par les équipements, au niveau des zones charnières, des zones rotules de vérin, et/ou des zones serrure.
Pour éviter les déformations de fabrication initiale, ou gauchissement, lors de l’étape de refroidissement après l’étape de moulage, il est également connu de surmouler l’élément de renforcement dans la matière thermoplastique de la doublure.
Un inconvénient réside dans la difficulté de réalisation de ces éléments de renfort métalliques, liée aux formes complexes requises. En effet, les inserts doivent être positionnés dans différentes zones de l’ouvrant, ces zones ayant des formes très variées, il est donc généralement nécessaire de réaliser des inserts de formes complexes, conduisant à des opérations de découpe, d’emboutissage, de poinçonnage et de soudure de différentes pièces les unes sur les autres. On parle de renforts mécanosoudés. De telles opérations pénalisent la réalisation industrielle de tels inserts, et donc, indirectement, de telle doublure, tant en termes de temps de fabrication qu’en termes de coût de fabrication.
A ces surépaisseurs de renforts mécanosoudés épais et lourds, s’ajoute l’encombrement des composants supplémentaires nécessaires à la fixation de certains éléments sur la doublure, tels que des platines ou des bagues anti-fluage au niveau des charnières et des rotules de vérin, ou des écrous, par exemple de type rivklé.
Enfin, un autre inconvénient majeur réside dans le positionnement des différents éléments métalliques formant le renfort mécanosoudé. La doublure doit être assemblée très précisément avec des équipements reliés directement à la caisse. Donc un insert présentant une répétabilité géométrique de production insuffisante, du fait d’un assemblage successif d’éléments, comportant chacun une variation géométrique de fabrication propre puis une variation de positionnement lors de la soudure sur un autre élément composant le renfort, peut entrainer des problèmes d’alignement du hayon avec la caisse du véhicule lors du montage, ou lors de l’utilisation de l’ouvrant. Un tel mauvais alignement initial provoque ensuite des déformations, des problèmes d’étanchéité, des frottements favorisant l’usure des mécanismes impliqués dans l’ouverture et la fermeture du hayon. De plus, un mauvais alignement en jeu et affleurement des différents éléments, nuit à l’esthétique du véhicule et dégrade la qualité perçue par l’utilisateur.
Par ailleurs, l’utilisation d’insert de renfort en métal constitue un alourdissement de la pièce de carrosserie en matière plastique.
Ainsi, les solutions avec un insert métallique pour renforcer et assembler sur une caisse de véhicule une doublure d’ouvrant arrière en thermoplastique ne sont pas satisfaisantes.
L'invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients des solutions existantes, en fournissant une doublure d’ouvrant arrière en matière thermoplastique légère, simple à assembler et à fabriquer, et dans laquelle la géométrie des renforts mécaniques et de leur mise en place est optimisée.
A cet effet l’invention a pour objet une doublure d’ouvrant arrière de véhicule automobile réalisée en matière plastique et comportant au moins un élément de renforcement, dans laquelle l’élément de renforcement est une pièce monobloc en matière plastique composite, partiellement surmoulée dans la doublure d’ouvrant arrière de façon à ce qu’au moins une zone de l’élément de renforcement soit apparente en surface de la doublure d’ouvrant arrière.
L’utilisation d’un élément de renfort monobloc obtenu par moulage, formant un insert surmoulé de la doublure, permet d’améliorer le positionnement géométrique de la doublure par rapport aux points de référence géométrique de la caisse.
L’utilisation d’un élément de renfort monobloc permet également de simplifier le procédé d’assemblage de la doublure.
L’utilisation d’un élément de renfort en matière plastique composite, permet de ne pas alourdir la doublure, cette matière étant plus légère que du métal. De plus, ceci permet de jouer sur des variations d’épaisseur de l’élément de renfort, permettant ainsi de lier les points de références sans alourdir la doublure.
L’utilisation de la matière plastique composite permet également une meilleure recyclabilité de la doublure, qui est alors entièrement réalisée tout en matière plastique.
En réalisant l’élément de renforcement en matière plastique composite et libre de surmoulage plastique dans les zones de fixation, il est possible de s'affranchir de l’utilisation de platines de fixation ou de bagues anti-fluage. En effet, la matière plastique de surmoulage étant une matière thermoplastique, elle s’écraserait sous la pression de serrage des vis de fixation. Ainsi, les zones apparentes, c’est-à-dire les zones libres de surmoulage, offrent une meilleure résistance au serrage.
La doublure d’ouvrant arrière peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
  • la zone est destinée à recevoir un élément de fixation pour un équipement ;
  • l’élément de renforcement est une pièce monobloc obtenue par moulage ;
  • la doublure comporte au moins une zone charnière, au moins une zone rotule, et au moins une zone serrure, et la doublure comporte seul ou en combinaison :
  • un élément de renforcement au niveau de la zone charnière ;
  • un élément de renforcement au niveau de la zone rotule ;
  • un élément de renforcement au niveau de la zone serrure ;
  • un élément de renforcement s'étendant de la zone charnière à la zone rotule ;
  • un élément de renforcement s'étendant de la zone charnière jusqu’à une zone comprise entre la zone rotule et la zone serrure ;
  • un élément de renforcement s'étendant de la zone charnière à la zone serrure ;
  • un élément de renforcement s'étendant de la zone rotule à la zone serrure ;
  • l’élément de renforcement forme une paroi délimitée par un contour, et l’élément de renforcement comporte des encoches d’ancrage mécanique de surmoulage sur au moins une partie dudit contour ;
  • la partie du contour comportant les encoches comporte une surface d’appui formant un prolongement de ladite paroi, ladite surface d’appui ayant une épaisseur inférieure à l’épaisseur des reliefs ;
  • la surface d’appui forme un voile d’épaisseur inférieure à 3mm, de préférence inférieure à 2mm ;
  • la paroi de l’élément de renforcement comporte un organe d’ancrage mécanique de surmoulage faisant saillie sur la paroi dans une direction localement non perpendiculaire à ladite paroi ;
  • l’organe d’ancrage mécanique forme un tenon sur la paroi.
Brève description des figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple pour un ouvrant arrière de type hayon, et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 illustre un exemple d’une doublure de hayon, comportant des inserts de renfort surmoulés, formant des éléments de renforcement au niveau de zones d’effort de la doublure ;
la figure 2 illustre un exemple d’un élément de renfort conforme à l’invention, en particulier un insert surmoulé de montant latéral de hayon ;
la figure 3A illustre un élément de renforcement partiellement surmoulé dans la doublure d’ouvrant arrière, l’élément de renforcement comportant une zone apparente, c’est-à-dire non recouverte par la matière plastique formant la doublure, et affleurante avec la surface voisine de la doublure ;
la figure 3B illustre un élément de renforcement partiellement surmoulé dans la doublure d’ouvrant arrière, l’élément de renforcement comportant une zone apparente, c’est-à-dire non recouverte par la matière plastique formant la doublure, et désaffleurante (formant un relief) avec la surface voisine de la doublure ;
la figure 3C illustre un élément de renforcement partiellement surmoulé dans la doublure d’ouvrant arrière, l’élément de renforcement comportant une zone apparente, c’est-à-dire non recouverte par la matière plastique formant la doublure, et sous-affleurante (formant un contre-relief) avec la surface voisine de la doublure ;
la figure 4 illustre un élément de renforcement partiellement surmoulé dans la doublure d’ouvrant arrière, l’élément de renforcement comportant deux faces opposées non recouverte par la matière plastique formant la doublure ;
la figure 5 illustre un élément de renfort comportant un organe d’ancrage mécanique de surmoulage muni d’une surface d’appui et d’encoches d’ancrage, sur les bordures de l’insert ;
la figure 6 illustre un élément de renfort comportant un organe d’ancrage mécanique de surmoulage muni d’un organe d’ancrage mécanique de surmoulage faisant saillie sur la paroi.
Description détaillée
On se réfère maintenant à la figure 1 qui illustre une doublure d’ouvrant arrière 100 de véhicule automobile, du type hayon. Cette doublure 100 est réalisée en matière plastique, et plus précisément une matière thermoplastique, telle que du polypropylène renforcé.
La doublure 100 comporte au moins une zone charnière 400, au moins une zone rotule 500, et au moins une zone serrure 600. Il s’agît respectivement des zones de la doublure 100 au niveau desquelles seront assemblées les charnières d’articulation du hayon sur le véhicule, les vérins afin de faciliter l’ouverture et la fermeture de l’ouvrant, et la serrure, afin de sécuriser la fermeture du hayon.
La figure 1 illustre également la présence de deux éléments de renforcement 200, afin de pallier les différents efforts produits par les équipements et qui génèrent des déformations, au niveau au moins des zone charnière 400 et rotule 500.
L’élément de renforcement 200 est en matière plastique composite. On entend par matière plastique composite une matière constituée d’une résine thermoplastique ou thermodurcissable, contenant des charges minérales ou naturelles, de préférence des fibres de renfort, telles que des fibres de carbone, de verre, avec un taux massique d’au moins 10%, de préférence supérieur ou égal à 30%.
La figure 2 illustre détaille un des éléments de renforcement 200 de la figure 1. L’élément de renforcement 200 constitue une pièce moulée monobloc. Il est ensuite surmoulé lors du moulage, notamment par injection, par la matière thermoplastique composant le reste de la doublure 100. Il est ainsi possible de s’affranchir des problèmes de fabrication des renforts mécanosoudés, et également d’optimiser le positionnement géométrique du hayon par rapport à la caisse du véhicule. En effet, l’élément de renforcement 200 peut être fabriqué intégralement en une unique opération de moulage, procédé de fabrication qui permet de faciliter la réalisation de formes complexes sur l’élément de renforcement 200, et de positionner de façon précise et répétable des zones de fixations d’éléments sur la doublure 200.
L’élément de renforcement 200 est partiellement surmoulé dans la doublure d’ouvrant arrière 200, de façon à ce qu’au moins une zone 300 de l’élément de renforcement 200 soit apparente en surface de la doublure d’ouvrant arrière (100).
Selon les exemples illustrés sur les figures 3A à 3C, une zone 300 de l’élément de renforcement 200 est apparente sur la face arrière de la doublure d’ouvrant 100. La zone 300 est ainsi une surface locale de l’élément de renforcement 200 qui n’est pas recouverte par la matière plastique formant la doublure 100. Cette zone 300 peut former une surface affleurante (figure 3A), une surface désaffleurante (figure 3B) ou encore une surface sous-affleurante (figure 3C) avec la surface voisine du reste de la doublure.
On appelle « face arrière » de la doublure la face de la doublure destinée à être tournée vers l’habitacle lorsque l’ouvrant est monté sur le véhicule et en position fermée.
De façon avantageuse, la zone 300 est destinée à recevoir un élément de fixation pour un équipement, tel qu’une charnière, une rotule de vérin, ou encore une serrure. Selon un mode de réalisation, la zone 300 comporte un tel élément de fixation pour un équipement.
Selon un exemple particulier de réalisation, et illustré sur les figures 1 et 2, l’élément de renforcement 200 comporte deux zones non surmoulées et destinées à recevoir un élément de fixation pour un équipement. Selon ce mode de réalisation, la doublure 100 comporte au moins un (de préférence deux, un de chaque côté droite-gauche de la doublure) élément de renforcement 200 comportant :
  • une première zone 300 munie d’un élément de fixation pour une charnière et optionnellement une charnière ;
  • une seconde zone 300 munie d’un élément de fixation pour une rotule de vérin et optionnellement une rotule de vérin.
L’élément de renforcement 200 s’étend ainsi depuis la zone charnière 400 jusqu’à la zone rotule 500.
L’élément de renforcement 200 parcourt ainsi sensiblement tout le montant latéral de la doublure 100. De préférence, la doublure 100 comporte deux éléments de renforcement 200, un dans chaque montant latéral, comme illustré sur la figure 1.
De façon générale, la doublure 100 peut comporter plusieurs éléments de renforcement 200, chaque élément de renforcement 200 pouvant s’étendre sur différentes zones (400, 500, 600) de la doublure. Par exemple, la doublure peut comporter seul ou en combinaison :
  • un élément de renforcement 200 au niveau de la zone charnière 400, de préférence de chaque côté de la doublure ;
  • un élément de renforcement 200 au niveau de la zone rotule 500, de préférence de chaque côté de la doublure ;
  • un élément de renforcement 200 au niveau de la zone serrure 600 ;
  • un élément de renforcement 200 s’étendant de la zone charnière 400 à la zone rotule 500, de préférence de chaque côté de la doublure ;
  • un élément de renforcement 200 s'étendant de la zone charnière 400 jusqu’à une zone comprise entre la zone rotule 500 et la zone serrure 600, de préférence de chaque côté de la doublure ;
  • un élément de renforcement 200 s’étendant de la zone charnière 400 à la zone serrure 600, de préférence de chaque côté de la doublure ;
  • un élément de renforcement 200 s’étendant de la zone rotule 500 à la zone serrure 600, de préférence de chaque côté de la doublure.
Comme illustré sur la figure 4, selon un mode de réalisation, l’élément de renforcement 200 comporte une première zone 300 destinée à recevoir un élément de fixation, notamment pour une charnière, située sur la face arrière de la doublure et il comporte une seconde zone 350, non surmoulée, située sur l’autre face du renfort et de préférence en regard de la première zone 300, destinée à recevoir et fixer par exemple un élément tel qu’un becquet ou élément aérodynamique.
Selon un autre mode de réalisation, la doublure 100 peut comporter un premier élément de renforcement 200 comportant une première zone 300 munie d’un élément de fixation pour une charnière et optionnellement une charnière, un second élément de renforcement 200 comportant une seconde zone 300 munie d’un élément de fixation pour une rotule de vérin et optionnellement une rotule de vérin, un troisième élément de renforcement 200 comportant une troisième zone 300 munie d’un élément de fixation pour une serrure et optionnellement une serrure.
Du fait de la présence sur l’élément de renforcement 200 de zones (300, 350) non surmoulées, il est possible d’assembler des équipements sur ces zones sans avoir à rajouter des platines ou de bagues de fixation antifluage, comme c’est nécessaire pour un insert métallique surmoulé et recouvert de plastique dans ces zones. Ceci évite notamment des étapes d’assemblage, et évite une succession d’épaisseurs au niveau de la fixation.
On se réfère maintenant à la figure 5, pour décrire un mode de réalisation particulier de l’élément de renforcement 200. Selon ce mode de réalisation, l’élément 200 forme une paroi 210 délimitée par un contour 220, et l’élément de renforcement 200 comporte des encoches 230 d’ancrage mécanique de surmoulage sur au moins une partie de son contour 220.
On entend par « encoche » une rainure très courte par rapport à la dimension de l’insert 200. Une encoche forme ainsi une entaille dans la paroi 210, débouchant au niveau du contour 220. Une encoche forme donc un évidement, ayant une géométrie donnée, réalisée dans l’épaisseur de la paroi 210, c’est-à-dire une forme en creux qui ne traverse pas totalement l’épaisseur de l’élément de renforcement 200.
Les encoches 230 sont destinées à être remplies par la matière plastique de la doublure 100 lors du surmoulage. Elles s’opposent ainsi à une désolidarisation du surmoulage lorsque la doublure est soumise à des contraintes mécaniques comme une traction, une flexion, un effet de cisaillement ou de vrillage de l’insert 200 par rapport à la doublure 100 dans un plan sensiblement parallèle au plan local de la paroi 210.
Deux encoches 230 successives définissent entre elles un relief 240 ayant, en projection dans le plan local de la paroi 210, une forme complémentaire et contrainte par celle de ses deux encoches adjacentes.
Ainsi, au moins une partie du contour 220 de la paroi 210 comporte une succession d’encoches 230 et de reliefs 240, définissant une forme typique dite « en créneaux ».
On comprend alors que cette alternance d’encoches 230 et de reliefs 240, a pour fonction de s’opposer à des mouvements relatifs de l’insert 200 par rapport à la doublure 100, dans une direction sensiblement perpendiculaire au plan local de la paroi 210. En effet, lorsque le surmoulage encapsule les deux faces (dessus et dessous) de l’insert 200, et du fait que les encoches 230 entre chaque relief 240 ne sont pas traversantes dans l’épaisseur pièce (les creux des reliefs sont bouchés), un mouvement de la doublure 100 dans une direction sensiblement perpendiculaire au plan local de la paroi 210 est bloqué par la matière sous chaque encoche 230.
Les encoches 230 peuvent avoir toute forme, et donc les reliefs 240 formés entre ces encoches 230 peuvent également avoir toute forme. Par exemple, les encoches 230 ont une même forme, sensiblement en trapèze et dessinent des reliefs 240 aussi en trapèze de forme complémentaire.
Selon un mode de réalisation, la partie du contour 220 comportant des encoches 230 comporte également une surface d’appui 250 formant un prolongement de la paroi 210. La surface 250 a, de préférence, une épaisseur inférieure à l’épaisseur des reliefs 240. Selon un mode de réalisation, l’épaisseur de la surface d’appui 250 est sensiblement égale à celle de la paroi 210 restant sous les encoches 240. Ainsi, la surface d’appui 250 peut former un voile d’épaisseur inférieure à 3mm, de préférence inférieure à 2mm.
Selon un exemple de réalisation, illustré sur la figure 5, cette surface d’appui 250 constitue un prolongement de la paroi 210 constituant le fond des encoches 240.
Selon un mode de réalisation, l’élément de renforcement 200 comporte un organe supplémentaire d’ancrage mécanique, de préférence situé en dehors du bord de l’insert 200 et des zones du contour 220 comportant des encoches 230. La paroi 210 de l’élément de renforcement 200 comporte un organe 260 d’ancrage mécanique de surmoulage faisant saillie sur la paroi 210 dans une direction localement non perpendiculaire à la paroi 210.
Cet organe 260 d’ancrage mécanique de surmoulage permet encore d’améliorer l’ancrage mécanique de surmoulage, en s’opposant à l’arrachement de la pièce selon un mouvement de traction en arrachement sensiblement et localement perpendiculaire à la paroi 210. Cet ancrage est d‘autant plus efficace que ce tenon est placé dans une zone, où il est obtenu par démoulage naturel et dans une direction non perpendiculaire à la surface : cet angle (inférieur à 90°) renforce l’ancrage.
L’invention concerne également un ouvrant arrière de véhicule automobile, comportant une peau rapportée sur une doublure 100 selon l’invention.
L’ouvrant comporte également des équipements, tels que des charnières, des serrures et des rotules, au moins un de ces équipements étant, selon un mode de réalisation, en contact direct avec l’élément de renforcement 200.
Liste des références
100 : pièce de carrosserie en matière plastique
200 : élément de renforcement de la pièce de carrosserie 100
210 : paroi de l’élément de renforcement 100
220 : contour délimitant la paroi 210
230 : encoches d’ancrage mécanique de surmoulage de l’élément de renforcement 200
240 : reliefs définis entre deux encoches 230
250 : surface d’appui formant un prolongement de la paroi 210
260 : organe d’ancrage mécanique de surmoulage faisant saillie sur la paroi 300
300 : zone de l’élément de renforcement 200 non recouverte par la matière plastique formant la doublure 100
350 : seconde zone non surmoulée de l’élément de renforcement 200, opposée à la face 300
400 : zone charnière de la doublure 100
500 : zone rotule de la doublure 100
600 : zone serrure de la doublure 100

Claims (9)

  1. Doublure d’ouvrant arrière (100) de véhicule automobile réalisée en matière thermoplastique et comportant au moins un élément de renforcement (200), caractérisée en ce que l’élément de renforcement (200) est une pièce monobloc en matière plastique composite, partiellement surmoulée dans la doublure d’ouvrant arrière (100) de façon à ce qu’au moins une zone (300) de l’élément de renforcement (200) soit apparente en surface de la doublure d’ouvrant arrière (100).
  2. Doublure d’ouvrant arrière (100) selon la revendication précédente, dans laquelle la zone (300) est destinée à recevoir un élément de fixation pour un équipement.
  3. Doublure d’ouvrant arrière (100) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’élément de renforcement (200) est une pièce monobloc obtenue par moulage.
  4. Doublure d’ouvrant arrière (100) selon l’une des revendications précédentes, comportant au moins une zone charnière (400), au moins une zone rotule (500), et au moins une zone serrure (600), et la doublure (100) comporte seul ou en combinaison :
    • un élément de renforcement (200) au niveau de la zone charnière (400) ;
    • un élément de renforcement (200) au niveau de la zone rotule (500) ;
    • un élément de renforcement (200) au niveau de la zone serrure (600) ;
    • un élément de renforcement (200) s'étendant de la zone charnière (400) à la zone rotule (500) ;
    • un élément de renforcement (200) s'étendant de la zone charnière (400) jusqu’à une zone comprise entre la zone rotule (500) et la zone serrure (600) ;
    • un élément de renforcement (200) s'étendant de la zone charnière (400) à la zone serrure (600) ;
    • un élément de renforcement (200) s'étendant de la zone rotule (500) à la zone serrure (600).
  5. Doublure d’ouvrant arrière (100) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’élément de renforcement (200) forme une paroi (210) délimitée par un contour (220), et l’élément de renforcement (200) comporte des encoches (230) d’ancrage mécanique de surmoulage sur au moins une partie dudit contour (220).
  6. Doublure d’ouvrant arrière (100) selon la revendication précédente, dans laquelle la partie du contour (230) comportant les encoches (230) comporte une surface d’appui (250) formant un prolongement de ladite paroi (210), ladite surface d’appui (210) ayant une épaisseur inférieure à l’épaisseur des reliefs (240).
  7. Doublure d’ouvrant arrière (100) selon la revendication précédente, dans laquelle la surface d’appui (250) forme un voile d’épaisseur inférieure à 3mm, de préférence inférieure à 2mm.
  8. Doublure d’ouvrant arrière (100) selon l’une des revendications 5 à 7, dans laquelle la paroi (210) de l’élément de renforcement (200) comporte un organe (260) d’ancrage mécanique de surmoulage faisant saillie sur la paroi (210) dans une direction localement non perpendiculaire à ladite paroi (210).
  9. Doublure d’ouvrant arrière (100) selon la revendication précédente, dans laquelle l’organe d’ancrage mécanique (260) forme un tenon sur la paroi (210).
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