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Bleilegierung In mit Flüssigkeit gefüllten Kabeln, wie z. B. in gas-
und ölgefüllten Kabeln der Bleimanteltype, ist die Dauerstandfestigkeit bei der
Auswahl des Ummantelungsmaterials für die Berstfestigkeit von ausschlaggebender
Bedeutung, weil derartige Kabel gewöhnlich unter innerem Flüssigkeitsdruck arbeiten.
Bei ölgefüllten Kabeln kann das 01 bis zu einem gewissen Maße fließen und,
wenn ein Teil des ölgefüllten Kabels in einem Winkel zur Horizontalen läuft, der
hydrostatische Druck des Öles im unteren Teil des Kabels so weit ansteigen, daß
der Kabelmantel aufgetrieben wird und gegebenenfalls birst, so daß ein Versagen
des Kabels eintritt. Für die Auswahl geeigneter Ummantelungslegierungen für ölgefüllte
Kabel, wie auch für andere Bleimantelkal)el ist eine gute Dauerbiegefestigkeit (Dauerschwingungsfestigkeit)
von großer Wichtigkeit, damit die Ummantelung wiederholten Biegungen zu widerstehen
vermag, wie sie z. B. durch Temperaturänderung oder durch Erschütterung auftreten
können.
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Sowohl hinsichtlich der Dauerstandfestigkeit wie auch der Dauerbiegefestigkeit
befriedigt handelsübliches oder reines Blei nicht als Ummantelungsmaterial. Gewisse
Bleilegierungen, wie z. B. solche, die geringe Mengen Arsen und Wismut oder Arsen,
Wismut und Zinn enthalten, eignen sich als Ummantelungsmaterial für Kabel wesentlich
besser als reines Blei und werden daher in der Kabelherstellung auch in beträchtlichem
Ausmaße verwendet.
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Kabel werden unter den verschiedensten Arbeitsbedingungen verwendet,
insbesondere auch dann, wenn keine oder nur unvollkommene Maßnahmen zur Ableitung
der Wärme getroffen sind oder wenn verhältnismäßig scharfe Biegungen des Kabels
plötzlichen Temperaturschwankungen oder einem erhöhten Innendruck ausgesetzt werden.
Sehr häufig
sind zudem die Kabelverwender genötigt, die Kabel 'höher
zu belasten, wodurch wiederum erhöhte Arbeitstemperaturen entstehen. Aus diesen
Gründen besteht fortlaufend, trotz der bisher erzielten bedeutenden Verbesserung
des Kabelmantelmaterials, der Wunsch nach einer Ummantelungslegierung mit höherer
Lebensdauer bei erhöhten Temperaturen.
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Der Erfindung liegt die Entdeckung zugrunde, daß eine weitere Verbesserung
der Kabelmäntel erzielt werden kann, wenn gewisse neue Bleilegierungen verwendet
werden, die geringe, Mengen Tellur, Arsen und Zinn enthalten., und zwar eignen sich
zur Ummantelung von Kabeln Legierungen folgender Zusammensetzung: o,oi bis 0,4 Gewichtsprozent
Tellur, ' 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent Arsen., 0,05 bis i,o Gewichtsprozent
Zinn, Rest Blei.
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Unter der Bezeichnung Rest Blei ist ein Blei zu verstehen mit geringen
Mengen von Verunreinigungen, wie z. B_ Antimon, Kupfer, Wismut, Zink, Silber und
Eisen, wie sie im handelsüblichen Blei vorhanden sind und die den Anwendungszweck
gemäß der Erfindung nicht stören. Bevorzugte Legierungen enthalten 0,o5 bis 0,2%
Tellur, 0,15 bis 0,3% Arsen, 0,05 bis 0,2% Zinn, insbesondere o,io bis o, i 5 %
Tellur, 0,20 bis 0,25% Arsen, o, io bis 0,15% Zinn, Rest Blei.
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Die Kabelmantellegierungen gemäß der Erfindung haben insbesondere
gute Dauerstandfestigkeit bei höheren Arbeitstemperaturen und gute Dauerbiegefestigkeit
unter erhöhtem Zug, so daß die Kabelmäntel erhöhte Lebensdauer, insbesondere bei
erhöhten Arbeitstemperaturen, aufweisen.
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Die vorteilhaften. Eigenschaften der Legierungen gemäß der Erfindung
hinsichtlich der Biegefähigkeit sind aus den Prüfungsergebnissen einer Reihe von.
Legierungen nach Tabelle I aus der Tabelle
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ersichtlich.
| Tabelle I |
| Zusammensetzung |
| verschiedener Kabelmantellegierungen |
| Legierung °/a Te °/a As °% Sn °/o Bi °/o Cw |
| S J 286 .... - - - - 0,o6 |
| A 378 ..... 0,07 0,27 O,I3 - - |
| A 295 ..... 0,o64 0,20 0,155 - - |
| J 298 ..... 0,o76 0,20 0,14 - 0074 |
| GE 1340 O,13 o,io 0,o8 - |
| GE 1329 0,17 0,135 0,024 0,o67 |
| C 3891) .... - 0,182 0,084 0,097 - |
| C 417') .... -. o,16 o,iI3 0,012 0,o6 |
Anmerkung: Nur die Hauptlegierungsbestandteile und die Verunreinigungen sind aufgeführt.
Der Rest ist in jedem Falle Blei mit den üblichen Verunreinigungen.
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1) Diese Analysen und die in den folgenden Tabellen für diese Legierungen
angegebenen Werte sind entnommen aus: Bulletin 378 der Engineering Experiment Station,
University of Illinois, USA. Wird Streifenmaterial der verschiedenen Bleilegierungen
wiederholt bei 43° unter verschiedenem Zug und einer Biegung pro Minute gebogen,
so ist ersichtlich, daß die Dauerbiegefestigkeit der Arsen enthaltenden Legierungen
höher ist als die der kupferhaltigen. Die arsenhaltigen Legierungen sind jedoch
empfindlich gegen den pro Biegung aufgewendeten Zug. Bei geringen. Zugwerten, unter
o,30/0 pro Biegung, zeigen die arsenhaltigen Legierungen bei der Biegebeanspruchung
hohe Lebensdauer. Wird jedoch ein höherer Zug pro Biegung, z. B. von 0,3, 0,4 oder
0,5% angewendet, so wird die Überlegenheit der Tellur-Arsen-Zinn-Blei-Legierung
(A 378) deutlich, wie aus Tabelle 1I ersichtlich ist. Tabelle 1I Vergleich
der Biegefähigkeit verschiedener Kabelmantellegierungen, bestimmt durch wiederholte
Biegung bei 43° und einer Biegung pro Minute Biegungen bis zum Bruch
| Legierung 0>3 °/o -,4 °/0 -,5010 |
| Dehnung I Dehnung I Dehnung |
| SJ 286 ........... 9,300 7,990 7200 |
| A 378 ............ 33,500 26,98o 22,I80 |
| GE 1340 .......... 20,700 16,300 12,700 |
| GE 1329 .......... 28,ooo 16,60o 9,300 |
| C 389 ............ 26,644 17,402 9,367 |
| C 417 ............ 17,494 8,800 9,451 |
Die Dauerstandfestigkeit kupferfreier Arsenlegierungen (C 389), Kupfer enthaltender
Arsenlegierungen (C 417) und von zwei Tellur-Arsen-Zinn-Legierungen (A 295 und J
298) ist aus Tabelle III ersichtlich. Die Legierungen A 295 und J 298 unterscheiden
sich dadurch, daß für A 295 Reinstblei und für J 298 chemisches Blei als Grundmaterial
verwendet werden. Der wesentliche Unterschied dieser beiden Legierungen liegt darin,
daß J 298 Kupfer enthält, wie in Tabelle I gezeigt ist. Die Ergebnisse der Tabelle
III werden dadurch erhalten, daß Streifen der angegebenen Legierungen dem angegebenen
Zug bei der angegebenen Temperatur unterworfen werden und die Dehnung oder Dauerstandfestigkeit
unter .den Prüfbedingungen gemessen wird.
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Tabelle III Dauerstandfestigkeitsprüfung
| Dauerstand- |
| Tempe- Dehnur festigkeit in 0/a |
| Legierung ratur g |
| oc kg/mm 2000 ' 5000 10000 |
| Std. Std. Std. |
| Raum- |
| C 389 ..... temp. 0,21 0,o675 0,074 |
| (25) o,14 0,031 0,030 |
| C 389 ..... 43 0,21 0,079 0,12I o,168 |
| O,14 0,032 0,o44 o,o6o |
| C 389 ..... 65 0,21 0,6o . o,126 2,56 |
| O,14 O,ZI 0,19 0,2H |
| Dauerstand- |
| TemPe- Dehnung festigkeit in °;'u |
| Legierung ratur 2 |
| o C kg MM' 2000 5000 10000 |
| Std. Std. Std. |
| C 417 ..... 25 0,21 0,116 l 0,145 |
| 0,14 0,048 1 o,o6o |
| C 417 ..... 43 0,21 0,345 o.645 |
| o,14 o,o6o o,ogo |
| C 417 ..... 65 0,21 0,585 1,68o |
| 0,14 0,109 o,196 |
| A 2951) .... 30 0,35 0,270 o,675 ! 1,485 |
| O,14 0,027 0,032I 0,037 |
| A 295 Q2) . 30 0,35 0,256 o,615 1,245 |
| 0,14 0,o26 0,027 0,036 |
| A 295 QQ3) 30 0,35 0,012 0,o16 0,o16 |
| 0,14 0,007 0,007 0,007 |
| J 298') .... 30 0,35 0,137 0,36o 1,135 |
| 0,14 0,015 0,020 0,030 |
| J 298 Q2) . . 30 0,35 0,104 0,250 0,496 |
| 0,r4 0,007 0,012 0,017 |
| J 298 QQ3) 30 0,35 0017 0,017 0,024 |
| O,14 0,012 0,012 0,o16 |
| A 295 QQ3) 25 0,35 0,026 |
| A 295 QQ3) 43 0,21 0,o18 |
| o,14 0,015 |
| A 295 QQ3) 65 0,21 o,or9 |
| o,14 o,oo8 |
| GE 1340 .. 43 O,14 0,065a); |
| 43 0,21 O,14 a)@ |
| 65 0,21 o,86 a) |
') Luftgekühlt nach dem Strangpressen.
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Luftgekühlt nach dem Strangpressen, 4 Stunden auf
2400 erwärmt und abgeschreckt.
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Luftgekühlt nach dem Strangpressen, 4 Stunden auf 2700 erwärmt
und abgeschreckt.
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a) Bei 150o Stunden.
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Aus der Tabelle läßt sich ein direkter Vergleich der Legierungen am
besten. bei einem Zug von 0,14 kg/mmz und bei 25 bis 30° erhalten. Ein solcher Vergleich
zeigt, daß die Legierungen gemäß der Erfindung bessere Dauerstandfestigkeit haben
als die anderen geprüften Legierungen und daß eine weitere Verbesserung durch die
angeführten Wärmebehandlungen zu erzielen ist. Die Dauerstandfestigkeit der Legierung
C 389 beträgt z. B. bei einem Zug von, o,14'kg/mm2 und 25° nach 5000 Stunden o,030/0,
während die kupferhaltige und arsenhaltige Legierung C 417 eine Dauerstandfestigkeit
von o,o6o% hat; unter dem gleichen Zug ergibt eine Probe der Legierung A 295 nach
5000 Stunden bei 30° nach Abkühlung in Luft eine Dauerstandfestigkeit von, nur 0,032%.
Eine an Luft abgekühlte Probe der Legierung J 298 zeigte eine bessere Dauerstandfestigkeit.
Nach 5ooo Stunden und einer Prüftemperatur von 30° ist die Dauerstandfestigkeit
bei einem Zug von o,14 kg/mm2 nur 0,020%.
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Die Dauerstandfestigkeit der Tellur-Arsen-Zinn-Blei-Legierungenkann
durcheine Wärmebt#händlung wesentlich verbessert werden. Dies geht klar durch einen
Vergleich der Dauerstandfestigkeiten der Legierungen A 295 nach verschiedener Behandlung
hervor. Eine Probe der Ixgierung A 295, die nach dem Strangpressen, in Luft abgekühlt
wurde, hat z. B. eine Dauerstandfestigkeit von 1,4850/0 nach 1o ooo Stunden, einem
Zug vom 0,35 kg/mm2 und einer Temperatur von 30°. Wurde eine Probe der gleichen
Legierung von 24o° abgeschreckt, so beträgt die Dauerstandfestigkeit unter den gleichen
Prüfbedingungen 1,2450/0; wurde von 270° abgeschreckt, so beträgt die Dauerstandfestigkeit
nur noch o,o16%. Entsprechende Ergebnisse werden mit der Legierung J 298, die Kupfer
enthält, bei gleicher Wärmebehandlung erhalten.
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Die Tellur-Arsen-Zinn-Blei-Legierungen haben also höhere Dauerstandfestigkeit
bei erhöhten Temperaturen. Dauerstandfestigkeitswerte, die unter einem Zug von o,14
kg/mm2 und 43° bei Blei und Bleilegierungen erhalten werden, sind allgemein üblich
bei Kabeln. Unter diesen Prüfbedingungen ist eine Probe der Legierung A 295 einer
Probe der Legierung C 389 und einer Kupfer und Arsen enthaltenden, Probe der Legierung
C 417 überlegen. Da die Kabelverbraucher Wert auf erhöhte elektrische Belastungen
und damit auf eine erhöhte Arbeitstemperatur Wert legen, ist aus den Prüfungsergebnissenr
der Legierung A 295 bei 65° ersichtlich, daß die Tellur-Arsen-Zinn-Blei-Legierungen
sich bei höheren Temperaturen besser verwenden lassen. Die höhere Dauerstandfestigkeit
dieser Legierungen gestattet damit auch die Anwendung der Kabel nicht nur bei höherer
Arbeitstemperatur, sondern auch bei höherem Druck. Wie aus den Prüfungen hervorgeht,
sollte für die höchste Lebensdauer und die Dauerbiegebeanspruchung der Gehalt an
Verunreinigungen der Bleilegierungen so niedrig wie mÖglich gehalten werden. Obwohl
die. besten Ergebnisse erhalten werden, wenn Reinstblei (99,995% Blei) zur Herstellung
der Legierungen. verwendet wird, so lassen sich jedoch auch unter Verwendung anderer
handelsüblicher Bleisorten mit den üblichen Verunreinigungen noch ausgezeichnete
Legierungen herstellen. Als Beispiele derartiger Bleisorten seien genannt: gewöhnliches,
entsilbertes Blei A und chemisches Blei, durch die etwa o,15 % Wismut öder 0,04
bis o,o8% Kupfer und bis zu 0,020% Silber in die Endlegierung gelangen. Auch andere
handelsübliche Bleisorten lassen sich verwenden, und die Erfindung umfaßt daher
alle Legierungen, die durch Zusatz der angegebenen :Mengen von Tellur, Arsen und
Zinn zu solchen handelsüblichen Bleisorten erhalten werden.
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Durch die Erfindung wird der Industrie also eine verbesserte Bleilegierung
zur Ummantelung von Bleikabeln zur Verfügung gestellt. Ihre Anwendung auf flüssigkeits-
und insbesondere gasgefüllte Kabel gestattet einen höheren Flüssigkeits- bzw. Gasdruck
und eine Verringerung der Isolationsdicke, des Kabeldurchmessers und der Kosten.
Die hohe Dauerstandfestigkeit, die hohe Lebensdauer und die Dauerbiegefestigkeit
der Legierungen ist auch von Vorteil bei der Anwendung auf Massekabel, da sie eine
höhere Arbeitstemperatur zulassen und einem inneren Druck widerstehen, der durch
Ausdehnung unter Höchstlast und Massewanderung
an Schrägen und
vertikalen Steigern entstehen kann.