DE2122041A1 - Offene elektrische Maschine zur Verwendung in chemisch aggressiver Umgebung - Google Patents

Offene elektrische Maschine zur Verwendung in chemisch aggressiver Umgebung

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DE2122041A1
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Jean Sydney Nantes Filhol (Frankreich). M
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Brissonneau et Lotz Marine SA
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Brissonneau et Lotz Marine SA
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Description

ETABLISSSSNTS BRISSOITNSAU ET LOTZ, 3 Rue Bellini, Paris, Frankreich.
Offene elektrische Maschine zur Verwendung in chemisch aggressiver Umgebung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektrische Maschinen vom offenen Typ, die in einer korrodierenden umgebenden Flüssigkeit oder Atmosphäre arbeiten.
Solche I.'aschinen kennen verwendet werden, für T auch pump en, oder beispielsweise für den An- und Vortrieb von 'asserfahrzeugen. Sie können zum 'Beispiel als Vorderstevenmotor dienen, als verkleidete PCi el-Schif fs schraube oder als Antriebsmotor für Unterwasserwinden,· oder zum Antrieb von Schiffshilfsmaschinen· (als Antriebs- oder als Stellmotor). Natürlich können die Faschinen, auf die sich die Erfindung bezieht, llotoren oder Generatoren sein und als 'Vechsel- oder Drehstromgenerator, oder als Gleichstromgenerator verwendet werden.
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Bei diesen Anwendungen können die Betriebsbedingungen in weiten Bereichen variieren, zum Beispiel kann der Druck zwischen Null und 200 /variieren, während die 'De/nperatur sich in einen Bereich von -50° C bis +200° C befinden kann.
Gegenwärtig sind Maschinen dieser Art auf sehr verschiedenen Gebieten sehr gesucht, wie etwa auf dem Gebiet der Extraktion in der Erdölverarbeitung oder im Bergbau, auf dem Gebiet der Tauchglocken und -Kästen, dem Gebiet der nassen U-Boote usw.
Auch die die Maschine umgebende Flüssigkeit kann jeglicher Art sein. So kann man z. B. gezwungen sein, diese elektrischen Maschinen in Wasser mit variierendem Grad der Verunreinigung und Korrosionskraft zu verwenden, im Meerwasser, in chemischen, korrodierenden Flüssigkeiten, in abschleifendem Schlamm usw.
Bis jetzt hat man solche elektrischen Maschinen auf zwei sehr verschiedene Arten ausgeführt:
1. Die Maschine ist abgedichtet und mit einer inneren Flüssigkeit gefüllt, die nicht korrodierend ist, wie z. B. öl oder reines "Tasser.
Dichtungen oder Stopfbuchsen bewirken feewia?l=«a das Abdichten zwischen dem inneren Maschinenhohlraum und der äußeren umgebenden Flüssigkeit. Der Ausgleich der Drücke (innendruck und Außendruck) wird meistens mit Hilfe einer elastischen Membrane erzielt. In diesem Fall kann man auf Schwierigkeiten stoßen, wenn eine gute Abdichtung der Maschine auf längere
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Zeit sichergestellt sein soll. Ist das nicht der Fall, so' besteht die Gefahr, daß die umgebende Flüssigkeit in die Maschine eindringt und deren aktive Teile zerstört. Außerdem können mechanische oder themische 3inflüsse sowohl die innere Flüssigkeit, als auch die elastische Membrane, die den Innendruck und den Außendruc;t ausgleicht, abgenutzt bzw. verschlechtert werden. Die Verschlechterung dieser Flüssigkeit (durch Entgasung, Ablagerungen, VeTTrieTirung des Säuregrades) begünstigt selbst eine mehr oder weniger schnelle Zerstörung der Isolierungen.
2. Die Maschine ist offen, weist metallische Luftspaltverkleidungen (für den Stator und/oder für den Rotor) auf und ist in der umgebenden .Flüssigkeit eingetaucht. Die metallische Verkleidung oder die metallischen Verkleidungen bewirken die Abdichtung und den Schutz der Antriebselemente der Maschine, d. h. des Bleches und der Wicklungen. Diese Lösung hat jedoch ebenfalls Nachteile. So bringt die Luftspaltverkleidung, insbesondere des Stators, beträchtliche Joule-Verluste mit sich, die dem Durchmesser der Statorbohrung direkt, und der Länge des Bleches und dem spezifischen 7/iderstand der Verkleidung umgekehrt proportional sind. In diesem Fall muß raan daher sow^ohl die Länge als auch den Durchmesser der Maschinen klein halten und vorzugsweise Verkleidungen mit großem spezifischen Widerstand verwenden, beispielsv/eise aus "Hastelloy", "Inconel", oder aus Titan. Andererseits ist die Konstruktion an sich dieser Maschinen teuer, da die Verkleidung sehr genau mit Hilfe von Schy/eißarbeiten oder dergleichen angeordnet v/erden muß. Schließlich sind die metallischen Verkleidungen auch sehr empf-indlich gegen Abrieb.
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BAD ORIGINAL
Aufgabe der Erfindung ist es, diesen den nach dem Stand der Technik bekannten Lösungen anhaftenden Nachteilen abzuhelfen.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine vom offenen Typ soll insbesondere in einem aggressiven Milieu betrieben werden und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Stator gegen das aggressive Milieu durch eine Schutzvorrichtung geschützt ist, welche a) einen Mantel aufweist, in welchen die ",Yicklungen der Statorwicklung eingehüllt sind, wobei dieser Mantel von einem Harz ohne Lösungsmittel gebildet wird, welches mit einem körnigen oder faserigen Material "mit guter "rärir.eleitfähigkeit beladen ist,.b) welche eine über diesen Hantel und über der Innenbohrung des Statorbleches angeordnete Hülle zur Verbindung und 7/ärmeisolierung aufweist, welche von einem homogenen Plastikaaterial gebildet wird, welches mit einem körnigen oder faserigen Material beladen ist, dessen Tärmeausdehnungskoeffizient in der Nähe des 7/ärmeausdehnungskoeffizienten des Statorbleches liegt und c) welche eine über dieser Hülle aufgebrachte, dichte Verkleidung aus einem '.Yerkstoff auf der Basis der Polyamide aufweist, welche radial in Berührung mit den Planschen des Gehäuses ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, die anhand der beigefügten Figur ein nicht begrenzendes Ausführungsbeispiel einer erfirw dungsgemäßen Slelctromaschine' beschreibt.
Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch die Maschine.
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BAD
Der Stator S dieser Maschine weist Bleche 1 auf, die - ' in einem Statorgehäuse 2 montiert oder eingelassen sind, dessen äußerer Teil direkt in Kontakt mit dem ungebenden, aggressiven Milieu stehen kann. (Wicht dargestellte) Leitungen können das Gehäuse durchqueren und eine Wärmetransportierende Kühlflüssigkeit fördern. Um während späterer Fertigungsstufen jegliche Entgasung zu vermeiden, ist die aus den Blechen 1 und dem Gehäuse 2 bestehende Einheit unter Vakuum mit einem flüssigen Harz ohne warmhärtbares Lösungsmittel imprägniert, welches gegenüber relativ hohen Temperaturen beständig ist. Dieses Harz muß an. den .Värrnebereich der IJaschine angepaßt sein und mit den Isoliermitteln der V/icklung verträglich sein. Das Harz kann vorteilhafterweise ein Polyesterharz, ein Epoxyharz, ein Silikonharz oder ein Polyamidharz (resine de polyimide) sein.
In den Blechen ist eine V/icklung 3 in klassischer '"eise montiert. Einmal an ihrem Platz, unterliegt diese Wicklung der gleichen Imprägnierungsbehandlung unter Vakuum mit Hilfe eines Harzes ohne Löf-uj^emittel, welches beispielsweise vom gleichen Tyv wie das obengenannte und für die Imprägnierung des Gehäuses und der Bleche vorgeschlagene sein kann.
Die "/indungen der "Wicklung 3 sind in einen Llantel 4 eingebettet, der ihnen als Unterlage dient und der von einem Harz ohne Lösungsmittel gebildet wird, welches vorteilhafterweise ein Polyesterharz, ein Epoxyharz, ein Silikonharz oder ein Polyaraidharz (resine de polyimide) sein kann. Dieser Hantel muß offensichtlich eine genügend große v/ärmeleitfähigkeit haben, um die beim Betrieb der Maschine erzeugte 7,'ärme abtransportieren zu können.
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Im übrigen ist es angesichts der Form der einzubettenden. Windungen nicht notwendig, daß diese Beladung absolut homogen in dem Mantel verteilt ist.
Die Beladung ist im wesentlichen in grober Form, insbesondere als Pulver, Sand, Kügelchen oder Granulat vorhanden. In -diesen Fällen lcann das gewählte Material vorteilhaft erweise Quarz, Siliziumdioxyd, Kagnesium, Talkum, Aluminium-P oxyd, Berylliumoxyd, Kupfer oder Aluminium sein, wobei das Kupfer und das Aluminium vorzugsweise in Pulverform verwendet werden. I.ian kann auch mit einem Gewebe oder mit Pasern beladen, die vorteilhafterweise auf der Basis von Glimmer, Asbest, Glas oder Polyamidharz oder Polyesterharz hergestellt sind. ' '.
Wie aus der Figur hervorgeht, reicht der Hantel 4 auch in ein Verbindungsgehäuse 5 hinein, welches auf diese Weise vollständig abgedichtet wird.
Auf dem Mantel und dem ganzen Paket der Statorbleche ist eine } Hülle 6 aufgebracht. Sie endet zu beiden Seiten des von den1. Mantel durch die Flansche 6a, die sich mit den, mit dem Gehäuse 2 eine Einheit bildenden metallischen Flanschen 7 verbinden, gebildeten Blockes. Die Aufgabe dieser Hülle ist zweifach: Sie dient als verbindendes Teil zwischen dem Mantel 4 einerseits und der Verkleidung 8 andererseits, die auf sie aufgebracht ist, sowie als Vfärmeisolierung während des Aufbringens dieser Verkleidung, welches, wie man noch sehen wird, bei sehr hoher Temperatur erfolgt. Die Hülle schützt so die "Wicklung vor dieser Temperatur.
Die Hülle besteht aus einem homogenen Plastikmaterial, das vorteilhafterweise ein phenoplastisehes Harz, ein Polyester-
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harz, ein Epoxyharz, ein Silikonharz oder ein Polyamidharz (resine de polyimide) auf.veist. Ss ist "beispielsweise mit einem feinverteilten Stoff beladen, der vorteilhafterweise von Siliziumdioxyd, Kohlenstoff, Bor oder Aluminiumoxyd oder auch von einem Polyamidharz oder einem Polyesterharz gebildet wird. Die Beladung kann auch die Form eines Gewebes oder von Fasern auf der 3asis von Glas oder Asbest haben, in welchem Fall man die Anwendung eines geschichteten Epoxyglas vorzieht, das insbesondere 30 - 90 fo Glas im Verhältnis zum Gewicht des geschichteten MateriaLs enthält.
In allen diesen Fällen richtet man es so ein, daß der Ausdehnungskoeffizient der beladenen Hülle sich so nahe wie möglich in der Hähe des Ausdehnungskoeffizienten des Bleches 1 des Stators befindet.
Iilan kann die Hülle vor. oder nach dem Aufbringen des Kanteis 4 herstellen. Im ersten Fall dient die Hülle dann als Form für den Mantel, während sie in dem anderen Fall auf den Mantel beispielsweise mit Hilfe der folgaiden Verfahren aufgebracht wird: Sinem Druck-, Zieh- (moulage par compression), oder Preßformverfahren (moulage par contact), einem Aufwickelverfahren von Fasermaterial, einem Aufwickelverfahren von imprägniertem Harzgewebe, oder jedem anderen geeigneten derartigen Verfahren.
Die Hauptmerkmale und Funktionen, die diese Hülle erfüllen soll, sind die folgenden:
Sie soll einen mechanischen homogenen und kontinuierlichen Träger für die der Abdichtung dienende Verkleidung bilden, die danach auf sie aufgebracht wrd. Sie soll einen 'Ja.vx.eschutz der aktiven Teile des Stators bei der Aufbringung, die
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gegebenenfalls heiß erfolgt, der die Abdichtung bewirkenden Verkleidung sicherstellen. Sie soll physikalisch und" chemisch verträgliche Eigenschaften aufweisen:
Einerseits mit den verschiedenen, den Stator ('"icklung-Harze-Bleche-Gehäuse) bildenden Teilen und
andererseits mit der die Abdichtung bewirkenden Verkleidung 8, die sodann auf sie aufgebracht wird.
Sobald sie an ihrem rlatz ist, Kann die-isolierende Hülle gegebenenfalls durch Drehen, !Polieren, Schleifen oder eine andere analoge Behandlung bearbeitet werden und eine geeignete Vorbehandlung erfahren, um die Verkleidung 8 aufzunehmen.
Die Verkleidung δ wird direkt auf die Hülte 6 aufgebracht, und zwar sowohl in der Eohrung als auch auf einem Teil von deren Planken. Die Wahl des verwendeten Materials erfolgt in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der I.Iaschine und auch von der Art des umgebenden aggressiven Mediums, d. h. dessen chemischer; Beschaffenheit, seiner korrodierenden und abschleifenden ',Virkung und der thermischen und mechanischen Bedingungen.
Die Verkleidung v/ird auf der Basis von Polyamiden hergestellt, unter y/elchen man insbesondere das Polyamid ?Tr. 11 ("RILSAI7"), Copolymere auf der Basis von Polyamiden, oder auch zusammengesetzte Plastik-Kunststoffe auswählen kann, wie zum Beispiel eine Schicht Polj^amid, die als Verbindungsschicht dient, auf welche eine zweite Schicht Polyolefine, vorzugsweise aus PAyäthylen gelegt ist, welche gegenüber den aggressiven Agentien des umgebenden Mediums gut widerstandsfähig sind.
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Das Aufbringen der Verkleidung kann beispielsweise mittels eines Druck-, Zieh- (moulage par transfert) oder Preßforraverfahrens (raoulage par contact) erfolgen, mittels eines Verflüssigungsverfahrens, durch Aufbringen mit der Flamm-Spritzpistole oder dem Brenner, durch Elektroaufbringung, sei es elektrostatisch oder elektrochemisch, oder mit Hilfe eines Verfahrens des Verklebens von Folien aus Plastikrcaterial.
Nach dem Aufbringen kann die Verkleidung bearbeitet werden, ohne undicht zu werden, worauf die Verkleidung eine Dicke aufweist,' die nicht über etwa 1,5 mm liegt.
Der Rotor R der Maschine kann in klassischer Form käfigartig gebaut sein (d. h. für Asynchronmaschinen mit Käfig) oder auch mit einer Ticklung versehen sein, die, wie man weii3, der Statorwicklung genau analog ausgebildet ist.
In der Figur ist der Fall eines käfigartigen Rotors abgebildet, welcher Bleche 9 und an Kurzschlußringe 11 angeschweißte Ankerstäbe 10 aufweist. In diesem Fall ist er nur mit einer Verkleidung 12 versehen, deren Beschaffenheit und Anbringungsweise den bereits am Beispiel des Stators S beschriebenen analog sind.
Im Fall eines Rotors mit Wicklung bringt man analog dem Eantel des Stators 4 einen Mantel auf, eine Verbindungs-Schutzhülle, welche der Hülle 6 des Stators sehr ähnlich ist, sowie schließlich eine Verkleidung, um eine der Verkleidung 8 des Stators genau analoge Verkleidung zu erhalten. Da diese drei Bestandteile bereits oben am Beispiel des Stators im einzelnen beschrieben wurden, wird dies an dieser Stelle nicht mehr getan.
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Beispiel
In diesem Beispiel wrd die Ausführ ungsf ο rai eines Asynchron-Käfigmotors beschrieben, welcher unter '.Yasser in Leereswasser betrieben werden soll.
Die Behandlung des Statorteils des Motors wird getrennt von der Behandlung des Rotorteils des Liotors beschrBben.
a)Statorteil
Die aus den Blechen und dem Gehäuse bestehende Gesamtheit wird zuerst unter Vakuum und nit Druck mit einem Spoxylack ohne Lösungsmittel imprägniert, welcher hohe thermische Eigenschaften aufweist (Harz CY 205, dazu, der Härter HY 906, beide von CIBA).
Sobald die 7/ieklung an ihrem Platz angeordnet ist, wird sie unter Vakuum und mit Druck mit einem Epoxyharz.ohne Lösungsmittel imprägniert (Harz CY 205 mit Härter-HY 905).
Man stellt sodann den Llantel der "."/indungen mit Hilfe eines Epoxyharzes ohne Lösungsmittel (Harz CY 205 + Härter HT 905), welches mit einem Gev/ebe aas Glas, Siliziumdiox.yd oder Glaskügelchen beladen -ist, her, wobei die Beladung 70 G-ev/.p der gesamten aus Harz und Beladung bestehenden T.'asse ausmacht.
Auf den Mantel bringt man sodann eine isolierende Hülle auf, die gebildet wird von einer Schichtung aus Glas und Epoxy (50 Gew.fo Glas} welche hohe thermische Eigenschaften (200° C) aufweist und in Form eines aus mehreren Schichten bestehenden Schlauches vorliegt, welcher nachbearbeitet und an der Oberfläche endbearbeitet wird.
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Auf diese so hergestellte isolierende Hülle bringt man eine· Verkleidung aus RILSAW heiß .auf (190-200° C), die hergestellt wird durch Aufspritzen eines Pulvers mit Hilfe einer elektrostatischen Pistole und einer Flammpistole.
Diese Verkleidung wird sodann kalt auf eine Dicke von 0,5 bis 1 mm je nach Bedarf nachbearbeitet.
b) Rotorteil
Die mit ihrem Käfig und ihren Fangen versehenen Bleche werden in gleicher ".'eise v/ie der Stator mit Hilfe eines Spoxyharzes ohne Lösungsmittel imprägniert.
Nach der Oberflächenvorbehandlung des Rotors bringt man auf diese"" eine Verkleidung aus HILSAn heiß auf, die durch Aufspritzen eines Pulvers lit Hilfe einer elektrostatischen Vftvdt einer Flammpistole erzielt wird.
Die RILSAN-Verkleidung wird sodann -,vie oben beim Statorteil kalt nachbearbeitet.
PatentansOrüche:
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Claims (14)

  1. Patentansprüche
    Offene elektrische Maschine für den Betrieb in chemisch oder physikalisch aggressiver Umgebung, dadurch gekennzeichnet , daß der Stator (S) gegen die aggressive Umgebung durch eine Schutzvorrichtung geschützt ist, welche a) einen Mantel (A) aufweist, in welchen die Windungen der Statorwicklung (3) eingebettet sind und die von einem Harz ohne Lösungsmittel gebildet wird, welches mit einem körnigen oder faserigen Material mit guter "'/ärmeleitfähigkeit beladen ist, b) eine auf den Mantel (4) und die Innenbohrung des Statorbleches (1) aufgebrachte Hülle (6) zur Verbindung und zur Wärmeisolierung, welche von einem homogenen Plastikmaterial gebildet wird, welches mit einem körnigen oder faserigen Material beladen ist, dessen 7ärmeausdehnungekoeffizient in der Nähe des Tärmeausdehnungskoeffizienten der Statorbleche (1) liegt, und welche c) eine über diese Hülle (6) gezogene, dichtende Verkleidung (8) aus einem Werkstoff auf der Basis von Polyamiden aufweist, welche radial in Berührung mit den Flanschen (7) des Gehäuses (2) ist.
  2. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ eichnet, daß das den Hantel (4) bildende Harz ohne Lösungsmittel ein Polyesterharz, ein Epoxyharz, ein Silikon-harz oder ein Polyamidharz (resine de polyimide) isi
    rt,
  3. 3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladung des den Hantel (4) bildenden Harzes in grober Form vorliegt, insbesondere in Pulverform, als Sand, als Kügelchen oder Granulat,
    109853/1131 13
    als Fasern oder als Gewebe.
  4. 4. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche* dadurch gekennzeichnet , daß die Beladung des den Mantel (4) "bildenden Harzes aus Siliziumdioxyd (silice), Quarz, Magnesium, Talkum, Glimmer, Asbest, Glas, Aluminium« oxyd, Berylliumoxyd, Kupfer, Aluminium, oder Polyamidharz oder Polyesterharz besteht.
  5. 5« Kaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das die Verbind ungs-* -und Isolierungsiiülle (6) bildende Harz ein Phenoplast, ein Polyesterharz, ein Epoxyharz, ein Silikonharz oder ein Polyanidharz (rosine de polyimide) ist»
  6. 6. Kaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladung des Harzes der Hülle (6)' feinverteilt ist und von Siliziumdiöxyd, Kohlenstoff, Bor oder Aluminiumoxyd, einem Polyamidharz oder einem Polyesterharz gebildet wird.
  7. 7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Beladung des die Hülle (6) bildenden Harzes in Form von Pasern oder von G-ewebe auf der Basis von Glas oder Asbest vorliegt.
  8. 8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (6) aus Glas und' Epoxy geschichtet iat und insbesondere 30 bis 90 c/° Glas im Verhältnis zum Gewicht des Schichtkörpers enthält.
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  9. 9* Maschine nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e Kenn ζ e i c h net, daß dig Verkleidung (8) äxlB Polyamid oder einem Kopolymeren auf der Basis der Polyamide besteht.
  10. 10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 Ms δ, dadurch gekennzeichnet , daß die abdichtende Ver-= kleidung (8) eine Yeränkerungsschicht aus Polyäriiidhärz
    ψ aufweist-, welche auf der Hülle (6) angeordnet ist f sovvie
    eine ■Schutzschicht aus Polyölefinharz,- welches auf der Veränkirungssohicht aufgebracht ist.
  11. 11. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Picke der abdichtenden Verkleidung (8) geringer als etwa 1,5 mm. ist*
  12. 12» Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,. daß der Rotor (H) vom Eäfigtyp ist, und daß die Bleche (9) und die AnkerstätSe (10) gegen die aggressive Umgebung durch Aufbringen einer abdichtenden VorVJLeidung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 geschützt sind»
  13. 13. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,■ daß der Hot"or (H) vom Wicklungstyp ist und durch eine Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 geschützt ist.
  14. 14. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die aus Blechen, Gehäuse und ',Vicklung des Stators bestehende Gesamtheit und die elektrischen Teile des Rotors mit einem Harz ohne
    2122QA1
    Lösungsmittel imprägniert sind, welches hitzebeständig: ist, insbesondere einem Polyesterharz, einem Epoxyharz, einem Silikonharz oder einem Polyamidharz (resine de polyimide).
    109853/1131
    Ab
    Leerseite
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