DE19823008A1 - Electrical connecting element, in particular electrical ground connecting element - Google Patents
Electrical connecting element, in particular electrical ground connecting elementInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Verbindungselement, insbesondere ein elektrisches Masseverbindungselement, welches einen Grundkörper aus einem Nicht-Edelmetall, insbesondere Stahl, oder einem Edelmetall, insbesondere Silber oder Gold, oder eine Beschichtung aus einem dieser Metalle aufweist, und das in ein Bauteil einsetzbar auf ein Bauteil aufsetzbar ist, welches zumindest in seinem mit dem Verbindungselement in Kontakt stehenden Kontaktbereich aus Magnesium oder einer Magnesium-Legierung gefertigt ist. DOLLAR A Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verbindungselement zumindest in seinem mit dem Bauteil aus Magnesium oder einer Magnesium-Legierung in Kontakt stehenden Bereich mit Zinn oder einer Zinn-Legierung beschichtet ist.The invention relates to an electrical connection element, in particular an electrical ground connection element, which has a base body made of a non-noble metal, in particular steel, or a noble metal, in particular silver or gold, or a coating of one of these metals, and which can be inserted into a component on a Component can be placed, which is made at least in its contact area in contact with the connecting element made of magnesium or a magnesium alloy. DOLLAR A The object is achieved in that the connecting element is coated with tin or a tin alloy, at least in its area in contact with the component made of magnesium or a magnesium alloy.
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Verbindungselement, insbesondere ein elektrisches Masseverbindungselement, welches einen Grundkörper aus einem Nicht-Edelmetall, insbesondere Stahl, oder einem Edelmetall, insbesondere Gold oder Silber, oder eine Beschichtung aus einem dieser Metalle aufweist, und das in ein Bauteil einsetzbar oder auf ein Bauteil aufsetzbar ist, welches zumindest in seinem mit dem Verbindungselement in Berührung stehenden Kontaktbereich aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung gefertigt ist.The invention relates to an electrical connecting element, in particular an electrical one Earth connection element, which is a base body made of a non-precious metal, especially steel, or a precious metal, especially gold or silver, or a Has coating of one of these metals, and that can be used in a component or can be placed on a component, which at least in its with the connecting element contact area made of magnesium or a magnesium alloy is made.
Der Werkstoff Magnesium wird in steigendem Maße in der Automobilindustrie verwendet, da er sich durch ein gutes Recyclingverhalten, eine hohe Festigkeit bei geringem Gewicht sowie durch eine gute Verarbeitungsmöglichkeit auszeichnet und außerdem relativ kostengünstig ist. Ein typisches Beispiel der Verwendung von Magnesium in der Automobilindustrie stellen aus Magnesium gefertigte Getriebegehäuse dar; es werden aber auch Rahmenkonstruktionen, Hebel oder Träger aus Magnesium hergestellt.The material magnesium is increasingly used in the automotive industry, because it is characterized by good recycling behavior, high strength and low weight as well as characterized by a good processing ability and also relative is inexpensive. A typical example of the use of magnesium in the The automotive industry is made of magnesium gearboxes; it will but also frame structures, levers or supports made of magnesium.
Kommt jedoch Magnesium oder eine Magnesiumlegierung mit einem Edelmetall, insbesondere Gold oder Silber, oder mit einem Nicht-Edelmetall, insbesondere Stahl, in Kontakt, wie dies z. B. bei dem Befestigen eines Bauteils aus Magnesium (z. B. des oben genannten Getriebegehäuses) an einem anderen Bauteil (z. B. einem aus Aluminium gefertigten Motorblock) mittels eines Verbindungselements (z. B. einer Stahlschraube) der Fall ist, so tritt zwischen dem Verbindungselement aus Nicht-Edelmetall bzw. Edelmetall und dem Bauteil aus Magnesium oder der Magnesium-Legierung Kontaktkorrosion auf, die zu einer fortschreitenden Zerstörung des vorgenannten Bauteils in seinem Kontaktbereich mit dem Verbindungselement führt.However, if magnesium or a magnesium alloy comes with a precious metal, especially gold or silver, or with a non-precious metal, especially steel, in Contact like this B. when attaching a component made of magnesium (z. B. the above mentioned gear housing) on another component (e.g. one made of aluminum manufactured engine block) by means of a connecting element (e.g. a steel screw) If so, occurs between the connecting element made of non-noble metal or noble metal and the component made of magnesium or the magnesium alloy has contact corrosion, which lead to a progressive destruction of the aforementioned component in its Contact area with the connecting element leads.
In der DE-PS 42 27 259 wird daher zur Vermeidung von Kontaktkorrosionen bei der Befestigung eines Magnesiumrades an der Radanlage eines Kraftfahrzeuges vorgesehen, daß zwischen der innenseitigen Anlagefläche des Magnesiumrades und der Radanlage im Bereich von Befestigungsbohrungen eine ringförmige Distanzscheibe aus Aluminium eingefügt ist und als Mittelzentierung in die Nabenbohrung des Magnesiumrades ein ringförmiger Adapter aus Kunststoff eingeklemmt ist, der die radial innenliegende Umfangsfläche der Distanzscheibe abdeckt und diese zentriert.In DE-PS 42 27 259 is therefore to avoid contact corrosion in the Attachment of a magnesium wheel to the wheel system of a motor vehicle provided that between the inside contact surface of the magnesium wheel and the Wheel system in the area of mounting holes from an annular spacer Aluminum is inserted and as a centering in the hub bore of the Magnesium wheel an annular adapter made of plastic is clamped to the radial covers the inner peripheral surface of the spacer and centers it.
In der DE-PS 43 06 484 wird zur Vermeidung von Kontaktkorrosionen bei der Befestigung eines Magnesiumrades an der aus Stahl bestehenden Radanlage eines Kraftfahrzeuges und insbesondere zur Vermeidung eines Überspringens der Kontaktkorrosion von der Radanlage zur Nabe vorgesehen, daß an der radialen Außenkante der Nabenanlagefläche des Magnesiumrades bezüglich der Radanlage ein Ring aus Aluminium mit annähernd quadratischem Querschnitt in das Magnesiumrad bündig abschließend mit dessen Außenkonturen eingegossen ist.In DE-PS 43 06 484 is used to avoid contact corrosion during attachment a magnesium wheel on the steel wheel system of a motor vehicle and in particular to avoid skipping contact corrosion from the Wheel system for the hub provided that on the radial outer edge of the Hub contact surface of the magnesium wheel with respect to the wheel system from a ring Aluminum with an almost square cross section flush with the magnesium wheel finally cast with its outer contours.
Eine derartige Vorgangsweise - die Verwendung eines Distanzelements aus Aluminium - ist bei einer nicht-elektrischen Verbindung zwischen einem Bauteil aus Magnesium oder einem Bauteil aus einem Nicht-Edelmetall oder Edelmetall unkritisch. Bei einer Verbindung, über die jedoch ein elektrischer Strom fließen soll, besitzt aber die Maßnahme, das Magnesium-Bauteil und das Bauteil aus einem Nicht-Edelmetall oder Edelmetall durch ein Aluminiumelement zu trennen, den Nachteil, daß hierdurch eine Erhöhung des elektrischen Widerstands der Verbindung hervorgerufen wird. Eine derartige Widerstandserhöhung ist jedoch insbesondere im automotiven Bereich von Nachteil. Hier muß z. B. eine derartige Widerstandserhöhung im Starterstromkreislauf eines Kraftfahrzeuges vermieden werden: Beim Startvorgang fließen kurzzeitig Ströme bis zu 1200 A vom Plus-Pol der Autobatterie über eine Leitung zum Starter, den Starterflansch, über das Verbindungselement, mit dem das Getriebegehäuse am Motorblock befestigt ist, in das Getriebegehäuse in den Motorblock und über ein Massekabel zurück zum Minus-Pol der Batterie. Um einen einwandfreien Starterprozeß, auch im Fall eines Kaltstarts, zu gewährleisten, darf die Summe der Bauteilwiderstände maximal bei 1 Milliohm liegen, während schon bei einer geringen Erhöhung dieses Widerstands, z. B. auf 5 Milliohm, nicht mehr ausreichend Strom gezogen werden kann und das Fahrzeug somit nicht mehr fahrbereit ist.Such an approach - the use of an aluminum spacer - is a non-electrical connection between a component made of magnesium or a component made of a non-precious metal or non-critical metal. At a However, there is a connection through which an electrical current is to flow Measure, the magnesium component and the component made of a non-precious metal or Separating precious metal by an aluminum element, the disadvantage that this Increase in the electrical resistance of the connection is caused. A such an increase in resistance is particularly in the automotive area of Disadvantage. Here z. B. such an increase in resistance in the starter circuit of a motor vehicle can be avoided: currents flow briefly during the starting process up to 1200 A from the positive pole of the car battery via a line to the starter, the Starter flange, via the connecting element with which the gear housing on Engine block is attached to the gearbox in the engine block and over one Earth cable back to the negative pole of the battery. To a flawless starter process, the sum of the component resistances may also be guaranteed in the event of a cold start are a maximum of 1 milliohm, while a slight increase in this Resistance, e.g. B. to 5 milliohms, sufficient current can no longer be drawn and the vehicle is no longer ready to drive.
Auch im Generatorstromkreislauf, der vom Generator-Plus-Pol und vom Batterie-Minus- Pol über eine Masseleitung zu dem das Getriebegehäuse an dem Motorblock befestigenden Verbindungselement verläuft, wobei sich dieser Generatorstromkreislauf vom Motorblock über ein weiteres Verbindungselement, welches einen Nebenaggregatehalter mit dem Motorblock verbindet, den Nebenaggregathalter, die Generatorbuchse zum Generator-Minus-Pol schließt, ist es wichtig, daß möglichst geringe Eigenwiderstände der Bauteile realisiert sind, so daß auch in diesem Fall das Vorsehen eines Distanzelements aus Aluminium zwischen dem in der Regel durch Stahlschrauben realisierten Verbindungselementen und dem Getriebegehäuse aus Magnesium zu einer unerwünschten Erhöhung des Gesamtwiderstandes führen würde.Also in the generator circuit, which is from the generator positive pole and from the battery negative Pole via a ground line to which the gearbox on the engine block fastening connecting element, wherein this generator circuit from the engine block via another connecting element, which one Auxiliary unit holder connects to the engine block, the auxiliary unit holder, the Generator socket to the generator negative pole closes, it is important that as small as possible Resistances of the components are realized, so that provision is also made in this case a spacer made of aluminum between which usually by steel screws realized connecting elements and the gear housing made of magnesium into one would lead to an undesirable increase in the total resistance.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verbindungselement der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, das Auftreten einer Kontaktkorrosion zwischen dem erfindungsgemäßen Verbindungselement und den mit dem Verbindungselement zusammenwirkenden Bauteil aus Magnesium oder einer Magnesium-Legierung vermindert oder eliminiert wird.It is the object of the invention to provide a connecting element of the type mentioned to further develop the occurrence of contact corrosion between the connecting element according to the invention and with the connecting element interacting component made of magnesium or a magnesium alloy is reduced or eliminated.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verbindungselement zumindest in seinem mit dem Bauteil aus Magnesium oder einer Magnesium-Legierung in Kontakt stehenden Bereich mit Zinn oder einer Zinn-Legierung beschichtet ist.This object is achieved in that the connecting element at least in its with the component made of magnesium or a magnesium alloy Contact area is coated with tin or a tin alloy.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in vorteilhafter Art und Weise ein elektrisch leitendes Verbindungselement, insbesondere ein elektrisches Masseverbindungselement, geschaffen, welches sich dadurch auszeichnet, daß bei einem Kontakt des erfindungsgemäß mit Zinn oder einer Legierung aus diesem Metall beschichteten Verbindungselement und dem Bauteil aus Magnesium oder einer Magnesium-Legierung das Auftreten einer Kontaktkorrosion eliminiert oder zumindest weitgehend reduziert wird, während die elektrische Leitfähigkeit des elektrischen Verbindungselements erhalten bleibt.The measures according to the invention advantageously result in a electrically conductive connecting element, in particular an electrical Ground connection element, which is characterized in that at a contact of the invention with tin or an alloy of this metal coated connecting element and the component made of magnesium or one Magnesium alloy eliminates the occurrence of contact corrosion or at least is largely reduced while the electrical conductivity of the electrical Connection element is retained.
Das erfindungsgemäße Ergebnis ist insbesondere aus dem Grund überraschend, da - wie sich aus der elektrochemischen Spannungsreihe ergibt - Magnesium im Vergleich zu Zinn das unedlere Metall darstellt und es daher zu erwarten gewesen wäre, daß bei einem Kontakt von Magnesium mit Zinn das erstgenannte Metall die korrodierende Anode darstellen und daher einer Kontaktkorrosion ausgesetzt sein würde. The result according to the invention is surprising in particular for the reason that results from the electrochemical series of voltages - magnesium compared to tin represents the less noble metal and it would therefore have been expected that one Contact of magnesium with tin the former metal the corrosive anode represent and would therefore be exposed to contact corrosion.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das im folgenden der Figur beschrieben wird.Further details and advantages of the invention are the embodiment remove, which is described below the figure.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Massekonzepts. Fig. 1 shows an embodiment of an electrical ground concept.
In Fig. 1 ist nun ein für einen Einsatz im automotiven Bereich konzipiertes Massekonzept, also eine technische Ausführung der Stromrückleitung von im Automobil angeordneten Verbrauchern zum Minus-Pol B- einer Batterie (nicht gezeigt), dargestellt. An einem aus Grauguß oder Aluminium gefertigten Motorgehäuse M ist über ein elektrisches Verbindungselement 1 ein aus Magnesium oder einer Magnesium-Legierung bestehendes Getriebegehäuse G befestigt, wobei zwischen dem Motorgehäuse M und dem Getriebegehäuse G eine Zwischenplatte Z angeordnet ist. An dem Getriebegehäuse G ist ein vorzugsweise aus AlSi11Cu bestehender Starterflansch SF über Verbindungselemente 2a, 2b befestigt, welcher die Startereinrichtung ST des Kraftfahrzeugs trägt. Die Startereinrichtung ST ist über ein elektrisch leitendes Kabel K+ mit dem Plus-Pol B+ der in der Fig. 1 nicht gezeigten Batterie verbunden. Ein weiteres Kabel K- verbindet den Minus-Pol B- der Batterie mit dem in Fig. 1 rechten Ende 1' des Verbindungselements 1. Der Starterstromkreis verläuft also - in technischer Stromrichtung - vom Plus-Pol B+ der Batterie über das erste Kabel K1 zur Startereinrichtung ST und über den Starterflansch SF und das Getriebegehäuse G zum elektrischen Verbindungselement 1, welches über das zweite Kabel K- mit dem Minus-Pol B- der Batterie verbunden ist.In Fig. 1 is now (not shown) designed for use in the automotive sector mass concept, which is a technical specification of the current return line of spaced automobile consumers to the negative pole of a battery B is shown. A gear housing G made of magnesium or a magnesium alloy is fastened to a motor housing M made of cast iron or aluminum via an electrical connecting element 1, an intermediate plate Z being arranged between the motor housing M and the gear housing G. A starter flange SF, preferably made of AlSi 11 Cu, is fastened to the gear housing G via connecting elements 2 a, 2 b, which carries the starter device ST of the motor vehicle. The starter device ST is connected via an electrically conductive cable K + to the positive pole B + of the battery, not shown in FIG. 1. Another cable K- connects the negative pole B- of the battery to the right end 1 'of the connecting element 1 in FIG. 1 . The starter circuit thus runs - in the technical direction of current - from the positive pole B + of the battery via the first cable K1 to the starter device ST and via the starter flange SF and the gear housing G to the electrical connecting element 1 , which via the second cable K- to the negative pole B- the battery is connected.
Desweiteren zeigt die Fig. 1 einen elektrischen Generator EG, dessen Plus-Pol EG+ über ein elektrisches Generatorkabel GK mit den elektrischen Verbrauchern (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Die Masseverbindung für diese Verbraucher erfolgt über die Anbindung des Motorgehäuses M an dem Minus-Pol EG- des Generators EG, welches seinerseits über das elektrische Verbindungselement 1 mit dem Getriebegehäuse G verbunden ist. Furthermore, FIG. 1 shows an electrical generator EG, the positive pole EG + of which is connected to the electrical consumers (not shown) of the motor vehicle via an electrical generator cable GK. The ground connection for these consumers takes place via the connection of the motor housing M to the negative pole EG- of the generator EG, which in turn is connected to the gear housing G via the electrical connecting element 1 .
Um zu verhindern, daß im Kontaktbereich 3 zwischen dem einen Grundkörper 2 aus einem Nicht-Edelmetall, insbesondere Stahl, oder aus einem Edelmetall, insbesondere Gold oder Silber, aufweisenden Verbindungselement 1 und dem aus Magnesium bestehenden Getriebegehäuse G eine Kontaktkorrosion auftritt, ist vorgesehen, daß das elektrische Verbindungselement 1 zumindest in seinem mit dem Magnesium des Getriebegehäuses G in Verbindung stehenden Bereich 4 mit einer Schicht aus Zinn oder einer Legierung aus Zinn beschichtet ist.In order to prevent contact corrosion 3 occurring in the contact area 3 between the one base body 2 made of a non-noble metal, in particular steel, or of a noble metal, in particular gold or silver, and the transmission housing G consisting of magnesium, it is provided that the electrical connecting element 1 is coated with a layer of tin or an alloy of tin at least in its area 4 which is in connection with the magnesium of the transmission housing G.
Versuche haben gezeigt, daß sich durch diese Maßnahme die Kontaktkorrosion zwischen dem aus Magnesium hergestellten Getriebegehäuse G und dem aus Nicht-Edelmetall, insbesondere Stahl, oder Edelmetall, insbesondere Gold oder Silber, bestehenden oder damit beschichteten Verbindungselement 1 deutlich reduzieren läßt. Das Ergebnis ist insbesondere deshalb überraschend, da - wie bereits eingangs erwähnt - Magnesium im Vergleich zu Zinn das unedlere Metall darstellt, und man daher erwarten würde, daß in Kontakt mit Zinn das Magnesium zur korrodierenden Anode würde.Experiments have shown that this measure significantly reduces the contact corrosion between the transmission housing G made of magnesium and the connecting element 1 which is made of or coated with non-noble metal, in particular steel or noble metal, in particular gold or silver. The result is particularly surprising since, as already mentioned, magnesium is the less noble metal than tin, and one would therefore expect that the magnesium would become a corrosive anode in contact with tin.
Das erfindungsgemäße Ergebnis kann dadurch erklärt werden, daß die elektro chemische Spannungsreihe, welche aus der daraus zu errechnenden Potentialdifferenz zwischen zwei Metalle eine prinzipielle Abschätzung des Korrosionsverhaltens erlaubt, dadurch gewonnen wird, daß für ein einzelnes Metall im stromlosen Zustand dessen Potential gegen eine Bezugselektrode ermittelt wird, d. h., daß bei derartigen Messungen keine Korrosionsströme zwischen den Elektroden fließen. Eine derartige Vorgangsweise bewirkt aber, daß wichtige, den chemischen Umsatz bestimmende Effekte, wie sie beim Zusammenwirken von den zwei elektrisch leitenden, miteinander verbundenen Metallen in der Praxis auftreten, nicht erfaßt werden. Es wird daher davon ausgegangen, daß Polarisationserscheinungen an den stromdurchflossenen Elementen der Grund sind, daß - im Gegensatz zu den Aussagen der elektrochemischen Spannungsreihe - sich durch die Beschichtung eines elektrisch leitenden, aus einem Nicht-Edelmetall oder Edelmetall bestehenden Verbindungselement 1 mit Zinn oder einer entsprechenden Zinn-Legierung eine Verminderung der Kontaktkorrosion an einem aus Magnesium oder einer Magnesium-Legierung bestehenden Bauteil, wie z. B. dem Getriebegehäuse G, erreichen läßt. The result according to the invention can be explained by the fact that the electrochemical voltage series, which allows a basic assessment of the corrosion behavior from the potential difference between two metals to be calculated, is obtained by determining the potential against a reference electrode for a single metal in the de-energized state , ie that no corrosion currents flow between the electrodes in such measurements. However, such a procedure has the effect that important effects which determine the chemical conversion, as occur in practice when the two electrically conductive, interconnected metals interact, are not recorded. It is therefore assumed that polarization phenomena on the current-carrying elements are the reason that - in contrast to the statements of the electrochemical voltage series - the coating of an electrically conductive connecting element 1 consisting of a non-noble metal or noble metal with tin or a corresponding one Tin alloy a reduction in contact corrosion on a component made of magnesium or a magnesium alloy, such as. B. the gear housing G can be reached.
Es soll noch ausgeführt werden, daß es bevorzugt wird, daß hierbei das Zinn oder die Zinn-Legierung mit einer Schichtdicke aufgetragen wird, die vorzugsweise größer als 15 Micrometer ist. Die Beschichtung aus Zinn oder Zinn-Legierung kann hierbei direkt auf den Grundkörper 2 aufgetragen werden. Es ist aber auch möglich, daß unter der Beschichtung eine Unterkupferung vorgesehen ist, das heißt, daß auf dem Grundkörper 2 zuerst eine Kupferschicht aufgetragen wird und erst auf dieser Schicht die Beschichtung aus Zinn oder Zinn-Legierung aufgebracht ist.It should also be stated that it is preferred that the tin or tin alloy is applied with a layer thickness which is preferably greater than 15 micrometers. The coating of tin or tin alloy can be applied directly to the base body 2 . However, it is also possible for copper to be provided under the coating, that is to say that a copper layer is first applied to the base body 2 and the coating of tin or tin alloy is only applied to this layer.
Es soll auch erwähnt werden, daß die beschriebene Anwendung nicht auf den automotiven Bereich beschränkt ist. Vielmehr ist sie immer dort in vorteilhafter Art und Weise einsetzbar, wo ein aus Magnesium oder einer Magnesium-Legierung bestehendes Bauteil über ein Verbindungselement aus einem Nicht-Edelmetall oder Edelmetall befestigt werden soll.It should also be mentioned that the application described does not apply to the automotive area is limited. Rather, it is always there in an advantageous manner Can be used where there is a magnesium or magnesium alloy Component via a connecting element made of a non-precious metal or precious metal to be attached.
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