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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Bürstenträgereinrichtung für einen Elektromotor, einen Elektromotor unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Bürstenträgereinrichtung sowie ein Verfahren zur Montage eines eine erfindungsgemäße Bürstenträgereinrichtung aufweisenden Elektromotors.
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Bürstenträgereinrichtungen für Elektromotoren sind beispielsweise bei Komfortantrieben in Kraftfahrzeugen (gemeint sind hierbei beispielsweise Sitzverstellungsantriebe, Schiebedachantriebe oder ähnliches) Bestandteil von Getriebeantriebseinrichtungen und dienen der elektrischen Kommutierung des Elektromotors. Bekannte Bürstenträgereinrichtungen sind hierzu in Form von aus Kunststoff bestehenden Spritzgussteilen ausgebildet, an denen üblicherweise ein kundenspezifischer Anschlußstecker zur elektrischen Kontaktierung des Elektromotors einstückig angeformt ist. Darüber hinaus weist die Bürstenträgereinrichtung Kohlebürsten auf, die durch Federelemente kraftbeaufschlagt sind, damit diese beim Betrieb des Elektromotors an dem Kommutator anliegen. Bei der Montage eines Elektromotors ist es erforderlich, die Bürstenträgereinrichtung axial zur Längsachse der Ankerwelle, die den Kommutator trägt, zu fügen. Dabei ist es wesentlich, dass während der Montage die Kohlebürsten nicht in Kontakt mit dem Kommutator gelangen, da ansonsten eine Beschädigung der Kohlebürsten an dem Kommutator möglich ist bzw. (je nach geometrischer Ausgestaltung des Kommutators) ein axiales Fügen zwischen den Kohlebürsten der Bürstenträgereinrichtung und dem Kommutator überhaupt nicht möglich wäre. Daher ist es in der Praxis bekannt, durch ein Hilfselement, wie beispielsweise eine Hülse oder ähnliches, die Kohlebürsten radial nach außen zu drücken, sodass die Kohlebürsten einerseits am Außenumfang des Hilfselements anliegen, und andererseits der Kommutator bei der Montage innerhalb des Hilfselements axial bewegt werden kann. Nach dem (axialen) Fügen des Bürstenträgerelements zum Kommutator wird das Hilfselement demontiert, so dass die Kohlebürsten am Außenumfang des Kommutators anliegen. Die bekannte Montage unter Nutzung eines derartigen Hilfselements setzt voraus, dass das Hilfselement nach Erreichen der Fügeposition zwischen der Bürstenträgereinrichtung und dem Kommutator aus dem Bereich des Elektromotors entnommen werden kann. Weiterhin ist die Prozesssicherheit einer derartigen Montage als kritisch anzusehen, da zum einen das Hilfselement korrekt an der Bürstenträgereinrichtung montiert werden muss, und zum anderen sichergestellt sein muss, dass das Entfernen des Hilfselements ohne Beschädigung der Bürstenträgereinrichtung und der Kohlebürsten gewährleistet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Bürstenträgereinrichtung für einen Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass auf ein von der Bürstenträgereinrichtung separates bzw. nach der Montage von der Bürstenträgereinrichtung zu entfernendes Hilfselement, das in der Montageposition der Bürstenträgereinrichtung einen Abstand zwischen den Kohlebürsten und dem Kommutator des Elektromotors sicherstellt, verzichtet werden kann. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Bürstenträgereinrichtung den Vorteil auf, dass diese bei der Montage an einem Elektromotor ein zwangsweises Entsperren der Kohlebürsten aus ihrer Montageposition sicherstellt, ohne dass hier zusätzliche Prozessschritte erforderlich sind.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Bürstenträgereinrichtung aus zwei Baugruppen auszubilden, wobei die Baugruppe, die die Kohlebürsten trägt, gleichzeitig eine Halteeinrichtung aufweist, die die Kohlebürsten in einer Montageposition sichert, bei der die Kohlebürsten von dem Kommutator beabstandet sind. Weiterhin ist eine zweite Baugruppe vorgesehen, die mit der ersten Baugruppe verbindbar ist, wobei die zweite Baugruppe wenigstens ein Entsperrelement aufweist, das beim Fügen der beiden Baugruppen die Kohlebürsten aus ihrer Montageposition entsperrt und dadurch eine Anlage an dem Kommutator sicherstellt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Bürstenträgereinrichtung für einen Elektromotor sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Eine besonders sichere und einfache Montage der beiden Baugruppen der Bürstenträgereinrichtung wird erzielt, wenn die Baugruppen der Bürstenträgereinrichtung durch eine Rastverbindung miteinander verbunden sind. Die Rastverbindung stellt gleichzeitig sicher, dass beim Ausbilden der Rastverbindung das wenigstens eine Entsperrelement in seiner die Kohlebürsten freigebende Position angeordnet ist. Darüber hinaus sind durch die Rastverbindung keine separaten Befestigungselemente, wie Schrauben oder ähnliches zwischen den beiden Baugruppen erforderlich.
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Um die Kohlebürsten während der Montage des Elektromotors in ihrer Montageposition zu halten, ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Kohlebürsten jeweils an einem Kohlehalteelement befestigt sind, wobei die Kohlehalteelemente in der Montageposition durch eine weitere Rastverbindung durch die Halteeinrichtung gehalten bzw. fixiert sind. Eine derartige Ausbildung hat insbesondere den Vorteil, dass die Halteeinrichtung nicht unmittelbar auf die Kohlebürsten einwirkt und somit diese ggf. mechanisch beschädigen kann, sondern auf Kohlehalteelemente, die u.a. mit Blick auf die Verrastung und das Lösen der Kohlebürsten aus ihrer Montageposition optimiert sind.
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Um einerseits den Lösevorgang der Kohlehalteelemente aus der Montageposition zu ermöglichen, und andererseits nach dem Lösen der Kohlehalteelemente aus der Montageposition sicherzustellen, dass die Kohlebürsten bzw. die Kohlehalteelemente beim Betrieb des Elektromotors nicht in Kontakt mit dem wenigstens einen Entsperrelement der Halteeinrichtung gelangt, sondern sich frei bewegen können, wird vorgeschlagen, dass das wenigstens eine Entsperrelement im verbundenen Zustand der beiden Baugruppen der Bürstenträgereinrichtung zwischen dem Kohlehalteelement und der Halteeinrichtung angeordnet ist, wobei zwischen dem Entsperrelement und dem Kohlehalteelement im entsperrten Zustand des Kohlehalteelements ein Spalt ausgebildet ist.
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Aus Gründen der einfachen Herstellbarkeit ist es vorgesehen, dass die erste Baugruppe der Bürstenträgereinrichtung ein aus Kunststoff bestehendes Trägerelement aufweist, und dass die Halteeinrichtung wenigstens einen Haltebügel aufweist, der einstückig an dem Trägerelement angeformt ist.
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Eine ganz besonders bevorzugte Ausgestaltung der Bürstenträgereinrichtung sieht weiterhin vor, dass die zweite Baugruppe zumindest einen Anschlußstecker mit elektrischen Verbindungen aufweist, die mit den Kohlebürsten verbindbar sind. Dadurch wird es ermöglicht, die eingangs angesprochene kundenspezifische Ausbildung des Elektromotors über eine kundenspezifische zweite Baugruppe der Bürstenträgereinrichtung zu realisieren und stets ein und dieselbe erste Baugruppe mit den Kohlebürsten zu verwenden. Dies ermöglicht eine besonders einfache, kostengünstige und geringe Werkzeugkosten verursachende kundenspezifische Anpassung der Bürstenträgereinrichtung.
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Die Erfindung umfasst auch einen Elektromotor unter Verwendung einer soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Bürstenträgereinrichtung, wobei der Elektromotor einen Poltopf zur Aufnahme eines Ankers und einen mit dem Anker in Wirkverbindung angeordneten Kommutator aufweist. Erfindungsgemäß umschließt der Poltopf die erste Baugruppe der Bürstenträgereinrichtung an ihrem Außenumfang, wobei die zweite Baugruppe die erste Baugruppe am Außenumfang der ersten Baugruppe überragt und eine erste axiale Anschlagfläche für den Poltopf ausbildet. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht eine besonders sichere und Montage des Elektromotors, bei der der Poltopf einerseits sehr genau zur ersten Baugruppe positioniert und bei der Montage geführt wird, und gleichzeitig durch die zweite Baugruppe die axiale Endposition des Poltopfs zur Bürstenträgereinrichtung sicherstellt.
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Bei der Montage des Elektromotors ist es darüber hinaus erforderlich, dass zunächst die erste Baugruppe der Bürstenträgereinrichtung mit dem Poltopf gefügt wird, bevor die zweite Baugruppe an der ersten Baugruppe montiert wird, wobei dadurch die Halteeinrichtung deaktiviert wird. Um sicherzustellen, dass auch die erste Baugruppe die vorgesehene axiale Endposition zum Poltopf einnimmt, ist es daher vorgesehen, dass die erste Baugruppe wenigstens eine weitere axiale Anschlagfläche für den Poltopf aufweist.
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Eine besonders einfache und sichere Befestigung der Bürstenträgereinrichtung an den Poltopf wird erzielt, wenn die zweite Baugruppe im Bereich der ersten Anschlagfläche Aussparungen aufweist, die von Vorsprüngen des Poltopfs zur Ausbildung einer Verbindung mit dem Poltopf durchsetzt sind. Durch eine derartige Ausgestaltung lässt sich beispielsweise besonders einfach ein Verstemmen des Poltopfs an der Bürstenträgereinrichtung realisieren.
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Darüber hinaus umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zur Montage eines soweit beschriebenen Elektromotors mit einer erfindungsgemäßen Bürstenträgereinrichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch zumindest folgende Schritte aus: In einem ersten Schritt erfolgt ein axiales Fügen der ersten Baugruppe der Bürstenträgereinrichtung mit dem Poltopf, bis die erste Baugruppe eine axiale Endposition zum Poltopf erreicht hat. Anschließend erfolgt ein axiales Fügen der zweiten Baugruppe der Bürstenträgereinrichtung mit der ersten Baugruppe, wobei durch das wenigstens eine Entsperrelement der zweiten Baugruppe die Verbindung zwischen den Kohlebürsten bzw. den Kohlehalteelementen und der Halteeinrichtung an der ersten Baugruppe gelöst wird. Zuletzt erfolgt ein Fixieren des Poltopfs zur zweiten Baugruppe, um die Bürstenträgereinrichtung zum Poltopf zu fixieren bzw. endgültig zu positionieren.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 eine Seitenansicht auf eine Getriebeantriebseinrichtung für einen Komfortantrieb eines Kraftfahrzeugs,
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2 eine erste Baugruppe einer Bürstenträgereinrichtung in einer perspektivischen Ansicht,
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3 eine Bürstenträgereinrichtung unter Verwendung der in der 2 dargestellten ersten Baugruppe mit einer zweiten Baugruppe, die mit der ersten Baugruppe verbunden ist, ebenfalls in einer perspektivischen Darstellung und
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4 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung wesentlicher Schritte der Montage eines Elektromotors.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist eine Getriebeantriebseinrichtung 100 dargestellt, die als Bestandteil eines Komfortantriebs in einem Kraftfahrzeug dient. Unter einem Komfortantrieb wird dabei beispielhaft, und nicht einschränkend, ein Fensterheberantrieb, ein Sitzverstellungsantrieb oder ähnliches verstanden.
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Die Getriebeantriebseinrichtung 100 weist einen Elektromotor 50 und ein an dem Elektromotor 50 angeflanschtes Getriebe 70 auf, dessen Abtriebswelle 71 mit dem zu verstellenden Element (Schiebedach, Sitz oder ähnliches) zumindest mittelbar verbunden ist.
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Der Elektromotor 50 weist einen aus Blech bestehenden, im Tiefziehverfahren hergestellten Poltopf 51 auf, in dessen Innenraum ein Anker 52 auf einer Ankerwelle 53, wie an sich bekannt, drehbar gelagert ist. Die Drahtwicklungen des Ankers 52 sind mit einem auf der Ankerwelle 53 drehfest befestigten Kommutator 55 elektrisch verbunden. Am Außenumfang des Kommutators 55 liegen die Stirnflächen 2 von Kohlebürsten 1 an, um die Drahtwicklungen des Ankers 52 zu bestromen.
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Die Kohlebürsten 1 sind im Bereich einer Bürstenträgereinrichtung 10 angeordnet. Die als Bestandteil des Elektromotors 50 dienende Bürstenträgereinrichtung 10 dient gleichzeitig der Verbindung mit dem Getriebe 70, wobei die Ankerwelle 53 im montierten Zustand die Bürstenträgereinrichtung 10 durchsetzt und in das Getriebe 70 hineinragt, um dort ein auf die Abtriebswelle 71 wirkendes Getriebe anzutreiben.
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Die Bürstenträgereinrichtung 10 weist, wie insbesondere anhand der Darstellung der 2 und 3 erkennbar ist, zwei Baugruppen 11, 12 auf. Die erste Baugruppe 11 dient der Aufnahme bzw. der Anordnung der Kohlebürsten 1. Hierzu weist die aus Kunststoff bestehende und im Spritzgußverfahren hergestellte erste Baugruppe 11 ein Trägerelement 15 auf, das eine Außenwand 16 und eine Durchgangsöffnung 17 hat, durch die die Ankerwelle 53 hindurchragt. Innerhalb eines Aufnahmeraums 18 des Trägerelements 15 sind die beiden Kohlebürsten 1 jeweils an einem Kohlehalteelement 20 angeordnet bzw. befestigt. Das Kohlehalteelement 20, das beispielsweise als Stanz-/Biegeteil aus Blech ausgebildet ist, ist über einen Federabschnitt 21 mit einem Haltebereich 22 in einer Aussparung 24 des Trägerelements 15 aufgenommen. Der Federabschnitt 21 wirkt als Federelement für das Kohlehalteelement 20, derart, dass der Federabschnitt 21 die Kohlebürste 1 mit seiner dem Kommutator 55 zugewandten Stirnfläche 2 in Richtung des in den 2 und 3 nicht gezeigten Kommutator 55 kraftbeaufschlagt.
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In der in der 2 dargestellten Montageposition der Kohlebürsten 1 wirken die Kohlehalteelemente 20 mit einer Halteeinrichtung 25 zusammen, die die Kohlehalteelemente 20 in einer Position fixieren bzw. halten, in der die Stirnflächen 2 der Kohlebürsten 1 vom Kommutator 55 beabstandet sind, sodass zwischen den Stirnflächen 2 der Kohlebürsten 1 und dem Außenumfang des Kommutators 55 ein Spalt ausgebildet ist, der ein axiales Fügen des Kommutators 55 relativ zu den Kohlebürsten 1 ermöglicht, ohne dass die Kohlebürsten 1 dem Kommutator 55 berühren.
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Die Halteeinrichtung 25 weist beispielhaft zwei Haltebügel 26, 27 auf, die an einem gemeinsamen Bereich 28 mit der Außenwand 16 des Trägerelements 15 verbunden sind. Insbesondere ist die Halteeinrichtung 25 bereits bei der Fertigung der ersten Baugruppe 11 bzw. des Trägerelements 15 insofern berücksichtigt, als dass die Halteeinrichtung 25 einstückig an dem Trägerelement 15 angespritzt ist. Die Haltebügel 26, 27 weisen jeweils eine Haltenase 29 auf, die mit einer Stirnseite 31 des Kohlehalteelements 20 zusammenwirkt, um in der Montageposition der ersten Baugruppe 11 eine erste Rastverbindung 30 auszubilden. Dadurch, dass die Kohlehalteelemente 20 in der Montageposition gegenüber der Betriebsstellung von dem Kommutator 55 weiter beabstandet sind, wird auf die Federabschnitte 21 eine Vorspannkraft erzeugt, die die Stirnseiten 31 der Kohlehalteelemente 20 gegen die Haltenasen 29 der Halteeinrichtung 25 drückt und dort verrasten.
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Weiterhin sind im Bereich der ersten Baugruppe 11 der Bürstenträgereinrichtung 10 zwei Entstördrosseln 32 gezeigt, deren Drähte 33 einerseits mit den Kohlenbürsten 1 elektrisch verbunden sind, und andererseits mit der zweiten Baugruppe 12.
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Die zweite Baugruppe 12 ist ebenfalls als Kunststoffspritzgußteil ausgebildet und weist eine Anschlussplatte 35 auf, an der über einen Zwischenabschnitt 36 ein kundenspezifischer Anschlußstecker 37 einstückig angeformt ist. Der Anschlußstecker 37 dient der elektrischen Kontaktierung des Elektromotors 50 bzw. der Getriebeantriebseinrichtung 100 mit einem fahrzeugseitigen Gegenstecker. Hierzu sind innerhalb des Anschlußsteckers 37 nicht gezeigte Anschlusspins in Form von Stanzgitterdrähten angeordnet, die elektrisch mit den Entstördrosseln 32 verbunden sind, welche wiederum mit den Kohlebürsten 1 elektrisch kontaktiert sind. Die Verbindung zwischen den Anschlusselementen des Anschlußsteckers 37 und den Entstördrosseln 32 im montierten Zustand der beiden Baugruppen 11, 12 erfolgt beispielsweise über eine Klemmschneidverbindung, eine Punktschweißverbindung oder ähnliches, wie dies aus dem Stand der Technik an sich bekannt und daher nicht dargestellt ist.
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Die beiden Baugruppen 11, 12 der Bürstenträgereinrichtung 10 lassen sich in einer senkrecht zur Ebene der Anschlussplatte 35 bzw. parallel zur Ankerwelle 53 verlaufenden Montagerichtung 40 fügen. In dem in der 3 dargestellten, gefügten Zustand der beiden Baugruppen 11, 12 ist zwischen den beiden Baugruppen 11, 12 eine weitere Rastverbindung 41 ausgebildet, beispielhaft mittels mehrerer, an der Anschlussplatte 35 einstückig angeformter Rastnasen 42, die mit entsprechenden Gegenkonturen an der ersten Baugruppe 11 bzw. an der Trägereinrichtung 15 zusammenwirken.
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Wesentlich ist, dass an der zweiten Baugruppe 12 bzw. der Anschlussplatte 35 wenigstens ein, im Ausführungsbeispiel mehrere Entsperrelemente 45 angeordnet bzw. an dieser angeformt sind. Die stiftförmigen, und sich parallel zur Montagerichtung 40 in Richtung zur ersten Baugruppe 11 erstreckenden Entsperrelemente 45 weisen beispielhaft einen in etwa dreiecksförmigen Querschnitt auf. Die Positionierung der Entsperrelemente 45 zu der Halteeinrichtung 25 ist derart, dass beim Fügen der beiden Baugruppen 11, 12 in Richtung der Montagerichtung 40 die Entsperrelemente 45 in einen zwischen dem jeweiligen Haltebügel 26 und einer Seitenfläche 46 des Kohlehalteelements 20 angeordneten Spalt 47 gelangen, wobei sich der Querschnitt der Entsperrelemente 45 vorzugsweise in Richtung zur Anschlussplatte 35 vergrößert. Dies bewirkt entsprechend der Darstellung der 3, dass die Haltenasen 29 der Haltebügel 26, 27, die die erste Rastverbindung 30 ausbilden, außer Kontakt mit den Stirnseiten 31 der Kohlehalteelemente 20 sind, sodass die Kohlehalteelemente 20 sich aufgrund der Vorspannung der Federabschnitte 21 in Richtung zum Kommutator 55 bewegen und mit ihren Stirnflächen 2 am Kommutator 55 anliegen. Dabei ist zwischen der dem Kohlehalteelement 20 zugewandten Stirnfläche 48 des Entsperrelements 45 und dem Kohlehalteelement 20 ein Spalt 49 ausgebildet.
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Die zweite Baugruppe 12 bzw. die Anschlussplatte 35 überragt die Außenwand 16 des Trägerelements 15 der ersten Baugruppe 11 an deren Außenumfang, wobei die Form der Außenwand 16 des Trägerelements 15 der Form der Innenkontur des Poltopfs 51 angepasst ist. Außerhalb der Außenwand 16 bildet die Anschlussplatte 35 eine erste axiale Anschlagfläche 61 für den Poltopf 51 aus. Weiterhin sind im Bereich der ersten axialen Anschlagfläche 61 eine Reihe von Durchbrüchen 62 erkennbar, die bei montiertem Poltopf 51 von gegengleichen, in den Figuren nicht gezeigten Fortsätzen des Poltopfs 51 durchsetzt sind. Die Fortsätze des Poltopfs 51 bilden auf der dem Poltopf 51 abgewandten Seite der Anschlussplatte 35 durch Verstemmen eine Befestigung des Poltopfs 51 an der Bürstenträgereinrichtung 10 aus. Weiterhin ist anhand der Darstellung der 2 und 3 erkennbar, dass das Trägerelement 15 der ersten Baugruppe 11 auf der dem Aufnahmeraum 18 abgewandten Seite der Außenwand 16 plattenförmige Fortsätze 63 aufweist, die als zweite axiale Anschlagflächen 64 wirken, wobei im gefügten Zustand der beiden Baugruppen 11, 12 die beiden Anschlagflächen 61, 62 bündig zueinander angeordnet sind bzw. in einer gemeinsamen Ebene verlaufen.
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Die Montage des Elektromotors 50 bzw. der Getriebeantriebseinrichtung 100 wird nachfolgend anhand des Ablaufdiagramms der 4 hinsichtlich der wesentlichen Schritte wie folgt erläutert: In einem ersten Schritt 101 wird die erste Baugruppe 11 der Bürstenträgereinrichtung 100 mit dem Poltopf 51 verbunden. Dabei ist innerhalb des Poltopfs 51 bereits der Anker 52 angeordnet, sodass die Ankerwelle 53 und der Kommutator 55 aus dem Poltopf 1 herausragen. Weiterhin ist an der ersten Baugruppe 11 die Halteeinrichtung 25 aktiviert, d.h., dass die Stirnflächen 2 der Kohlebürsten 1 von dem Kommutator 55 beabstandet sind. Dadurch wird ein axiales Fügen der ersten Baugruppe 11 zum Poltopf 51 ermöglicht, bei der der Poltopf 51 die Außenwand 16 des Trägerelements 15 umgibt, wobei die axiale Endposition des Trägerelements 15 der ersten Baugruppe 11 durch die zweiten axialen Anschlagflächen 64 an dem Trägerelement 15 definiert ist. Anschließend erfolgt in einem zweiten Schritt 102 das Verbinden der zweiten Baugruppe 12 mit der ersten Baugruppe 11 in Montagerichtung 40. Dabei gelangen die Entsperrelemente 45 in Wirkverbindung mit den Haltebügeln 26 der Halteeinrichtung 25 und lösen die erste Rastverbindung 30 zwischen den Haltebügeln 26 und den Kohlehalteelementen 20 auf, sodass die Stirnflächen 2 der Kohlebürsten 1 an den Kommutator 55 anliegen. In dem gefügten Zustand der beiden Baugruppen 11, 12 sind diese durch die zweite Rastverbindung 41 miteinander verbunden, wobei gleichzeitig die erste axiale Anschlagfläche 61 an der Anschlussplatte 35 in Kontakt mit dem Poltopf 51 angeordnet ist. Zuletzt erfolgt in einem dritten Schritt 103 eine (endgültige) Verbindung der Bürstenträgereinrichtung 10 mit dem Poltopf 51 beispielsweise durch das angesprochene Verstemmen der Fortsätze 63 des Poltopfs 51 an der zweiten Baugruppe 12. Anschließend, ggf. nach weiteren Fertigungsschritten, erfolgt die Montage des Getriebes 70 an dem Elektromotor 50.
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Die soweit beschriebene Bürstenträgereinrichtung 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
