DE202023101072U1

DE202023101072U1 - Antimikrobiell wirksamer Formkörper und Vorrichtung zur mikrobiellen Entreicherung eines Fluids

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Publication number: DE202023101072U1
Application number: DE202023101072.5U
Authority: DE
Original assignee: Feindrahtwerk Adolf Edelhoff & Co KG GmbH
Current assignee: Feindrahtwerk Adolf Edelhoff & Co KG GmbH
Priority date: 2023-03-07
Filing date: 2023-03-07
Publication date: 2023-11-09
Anticipated expiration: 2033-03-08

Abstract

Antimikrobiell wirksamer Formkörper (5) zur mikrobiellen Entreicherung eines Fluids, umfassend:
einen aus einem Draht (1) geformten Drahtkörper, wobei der Draht (1) umfasst:
a. eine Seele (2),
b. eine die Seele (2) umgebende Ummantelung (3) mit einer oder mehreren aufeinanderfolgenden Schichten (3; 3.1, 3.2), und
c. ein auf der Ummantelung (3) aufgebrachtes, auf einem oder mehreren Metallen basierendes, antimikrobiell wirksames Katalyt-Schichtsystem.

Description

Die zu Grunde liegende Erfindung betrifft einen antimikrobiell wirksamen Formkörper und eine Vorrichtung zur mikrobiellen Entreicherung eines Fluids.
Im Stand der Technik sind diverse Methoden bekannt, Flüssigkeiten, insbesondere Brauchwasser, Trinkwasser, Prozesswasser in z.B. industriellen Anlagen, Heizungsanlagen, usw. durch oligodynamisch wirkende Metalle, wie beispielsweise Silber, mikrobiell zu entreichern, d.h. zu entkeimen bzw. mikrobiell zu verarmen.
Beispielsweise ist es aus der EP 2 949 325 B1 bekannt, Silberdrähte oder mit Silber beschichtete Edelstahldrähte oder-geflechte zur Entkeimung einzusetzen. Ein Nachteil der bekannten Edelstahldrähte oder -geflechte ist jedoch deren vergleichsweise geringe Eigenstabilität, z.B. bei Verwendung von Silberdrähten, und/oder deren vergleichsweise geringe chemische Beständigkeit unter rauen Anwendungsbedingungen, z.B. bei Verwendung von Edelstahldrähten und niedrigen pH-Werten.
Ausgehend davon ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen antimikrobiell wirksamen Formkörper und eine antimikrobiell wirksame Vorrichtung zur mikrobiellen Entreicherung eines Fluids bereitzustellen, welcher mechanisch vergleichsweise robust istund eine vorteilhafte chemische Beständigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird insbesondere gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausgestaltungen und beispielhaften Ausführungsformen.
Gemäß Ausgestaltungen ist ein antimikrobiell wirksamer Formkörper zur mikrobiellen Entreicherung eines Fluids, insbesondere eines fluidischen Mediums, vorzugsweise flüssigen Mediums, wie beispielsweise Wasser, Brauchwasser, Trinkwasser, Prozesswasser vorgesehen.
Unter einem Formkörper soll insbesondere ein dreidimensionaler Körper oder dreidimensionales Objekt verstanden werden, das, wie nachfolgend beschrieben, einen bestimmten strukturellen Aufbau, insbesondere Schichtaufbau, aus mehreren Materialien, vorzugsweise Metallen oder Metalllegierungen, umfasst.
Unter „antimikrobiell wirksam“ soll die Fähigkeit verstanden werden, Mikroorganismen abzutöten bzw. ein Fluid oder fluidisches Medium mikrobiell zu verarmen. Unter „mikrobieller Entreicherung“ soll der Vorgang mikrobieller Verarmung verstanden werden. Insbesondere soll „mikrobielle Entreicherung“ verstanden werden als ein Vorgang, bei dem eine in einem fluidischen, vorzugsweise flüssigen, Medium vorherrschende Konzentration an Mikroorganismen, insbesondere pathogene oder apathogene Keime, Bakterien, Viren, Pilze, Algen usw., reduziert werden kann.
Hinsichtlich der Anwendung der mikrobiellen Entreicherung ist der antimikrobiell wirksame Formkörper verwendbar beispielsweise für flüssige oder gasförmige Fluide, insbesondere für wässrige oder wasserartige Fluide oder Wasser, wie Prozesswasser, Kühlwasser, Heizwasser, Spülwasser, Kreislaufwasser, Brauchwasser, Grauwasser, demineralisiertes Wasser usw. in Industrie, Haushalt, Camping usw..
Der antimikrobiell wirksame Formkörper, nachfolgend kurz auch als Formkörper bezeichnet, umfasst in Ausgestaltungen einen aus einem Draht geformten Drahtkörper. Unter einem Draht soll dabei ein metallischer Draht verstanden werden, der vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Der Draht umfasst erfindungsgemäß

a. eine Seele,
b. eine die Seele umgebende Ummantelung mit einer oder mehreren aufeinanderfolgenden Schichten, und
c. ein auf der Ummantelung aufgebrachtes, auf einem oder mehreren Metallen basierendes, antimikrobiell wirksames Katalyt-Schichtsystem.

Unter einer Seele des Drahts soll verstanden werden ein bezüglich der Längsmittelachse zentraler Strang, der sich in Längsrichtung des Drahts im Wesentlichen über dessen gesamte Länge erstreckt.
Die Ummantelung umgibt die Seele bzw. den zentralen Strang, wobei die Ummantelung dicht ausgeführt ist, insbesondere fluiddicht hinsichtlich des mikrobiell zu entreichernden Fluids. Bei der Ummantelung kann es sich beispielsweise um eine auf die Oberfläche der Seele, z.B. elektrochemisch, aufgebrachte Beschichtung oder ein darauf aufgebrachtes Schichtsystem aus mehreren übereinanderliegenden Einzelschichten handeln. Die Ummantelung ist vorzugsweise in direktem Kontakt mit der umfangsseitigen Oberfläche der Seele. Stirnseiten der Seele, d.h. in Längsrichtung des Drahts orientierte Flächen der Seele können freiliegen.
Gemäß Ausgestaltungen ist die Seele aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt, bzw. besteht aus einem Metall oder einer Metalllegierung. Gemäß Ausgestaltungen umfasst die Ummantelung zumindest eine Schicht, die ein Metall oder eine Metalllegierung umfasst oder aus einer solchen besteht bzw. gebildet ist. Die Metalle oder Metalllegierungen der Seele und der Ummantelung sind vorzugsweise voneinander verschieden.
Unter einem antimikrobiell wirksamen Katalyt-Schichtsystem wird ein Schichtsystem aus einer oder mehreren Schichten und/oder Teilschichten verstanden, das auf Mikroorganismen eine schädigende, antimikrobielle Wirkung durch katalytische Prozesse erzeugt. Im Gegensatz zu rein oligodynamisch wirksamen Schichten beruht die antimikrobielle Wirkung des Katalyt-Schichtsystems nicht bzw. zumindest nicht primär auf der Abgabe von oligodynamisch wirksamen Metallionen, sondern auf einer durch das Schichtsystem katalysierten Bildung von antimikrobiell wirkenden Stoffen, insbesondere freien Radikalen, Sauerstoffradikalen, wie z.B. Peroxiden. Bei dem Katalyt-Schichtsystem kann es sich beispielsweise um ein unter der Marke AGXX ® vertriebenes Schichtsystem handeln. Bei Ausgestaltungen des Katalyt-Schichtsystems, beispielsweise einem AGXX® Schichtsystem, kann dieses so eingerichtet sein, dass an dessen Oberfläche mikrogalvanische Zellen ausgebildet werden. Durch die mikrogalvanischen Zellen können, z.B. in wässriger Lösung und/oder in normalfeuchter Umgebung, Redoxreaktionen und freie Radikale, insbesondere Sauerstoffradikale, erzeugt werden, die antimikrobiellen oxidativen Stress auf die Mikroorganismen ausüben und so zur Entreicherung führen.
Unter einem Schichtsystem soll eine in Form von einer oder mehreren dichten oder porösen Schichten oder Beschichtungen ausgebildete Materialkonfiguration oder Materialkombination, mit beispielsweise zwei oder mehreren verschiedenen Materialien, verstanden werden. Die einen oder mehreren Schichten des Katalyt-Schichtsystems können im Wesentlichen kontinuierlich oder sich abschnittsweise überdeckend vorhanden sein. Das Katalyt-Schichtsystem, nachfolgend und im Weiteren auch kurz als „Schichtsystem“ bezeichnet, ist vorzugsweise unmittelbar auf die Ummantelung aufgebracht, beispielsweise durch elektrochemische Abscheidung. Basierend auf dem Schichtsystem erzeugt der Formkörper in dem Fluid im Wesentlichen ohne weitere Maßnahmen eine antimikrobielle Wirkung. In diesem Sinne kann der Formkörper auch als antimikrobiell passiv wirksamer Formkörper bezeichnet werden.
Der vorgeschlagene Formkörper kann in effizienter Weise an die jeweils zu Grunde liegende mikrobielle Entreicherung angepasst werden und kann mechanisch stabil umgesetzt werden. So kann beispielsweise die Seele aus einem vergleichsweise stabilen, insbesondere biegestabilen, vergleichsweise einfach zu verarbeitenden Material hergestellt sein, und insoweit einen Tragkörper für die Ummantelung und das Katalyt-Schichtsystem bilden. Die Ummantelung kann beispielsweise eine oder mehrere Schichten umfassen, die für das jeweilige Fluid oder für eine Palette an Fluiden oder Fluidklasse inert ist/sind, d.h. dass Korrosion und/oder elektrochemisch degradierende Effekte an der Seele durch Einwirkung des Fluids vermieden werden können. Unter einer Fluidklasse soll insbesondere eine Kategorisierung verstanden werden, welche Fluide hinsichtlich chemischer Eigenschaften, wie z.B. pH-Wert bzw. pH-Bereich, physikalischer Eigenschaften, wie z.B. Temperatur bzw. Temperaturbereich, und/oder hinsichtlich der Stoffzusammensetzung charakterisiert. Mithin kann eine Fluidklasse charakterisiert sein durch die Parameter pH, Temperatur und Stoffzusammensetzung. Der Vorteil der Ummantelung besteht insbesondere darin, dass für die Seele ein vergleichsweise kostengünstiges und/oder einfach zu verarbeitendes und/oder einfach zu bearbeitendes Material verwendet werden kann, ohne dass dieses für die jeweilige Fluidklasse inert zu sein braucht. Auf diese Seele kann sodann die Ummantelung aufgebracht oder abgeschieden werden, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn das oder die für die zu erreichenden inerten Eigenschaften gegenüber dem Fluid geeigneten Materialien der Ummantelung vergleichsweise teuer sind. Die Seele mit Ummantelung kann somit einen gegenüber dem Fluid im Wesentlichen inerten bzw. chemisch resistenten Grundkörper bilden, auf dem dann das Katalyt-Schichtsystem aufgebracht bzw. abgeschieden werden kann.
In Ausgestaltungen kann die Ummantelung mehrere Schichten aufweisen, wobei jede Schicht für eine oder mehrere verschiedene Fluidklassen zumindest im Wesentlichen inert ist. Mit derartigen Ummantelungen kann beispielsweise ein vergleichsweise breites Anwendungsspektrum für den Formkörper erreicht werden. Eine oder mehrere der Schichten der Ummantelung können auch dazu vorgesehen sein, eine geeignete glatte Oberfläche bereitzustellen und/oder die Bindungs- oder Hafteigenschaften zwischen Seele, Ummantelung und Katalyt-Schichtsystem zu verbessern oder zu optimieren.
Gemäß Ausgestaltungen kann das Katalyt-Schichtsystem zumindest eine Schicht aus Silber oder einer Silberlegierung umfassen. Die Schicht aus Silber oder der Silberlegierung kann im Wesentlichen dicht oder porös ausgebildet bzw. aufgebracht sein. Dabei soll „dicht“ als Gegensatz zu „porös“ verstanden werden.
Gemäß Ausgestaltungen kann die zumindest eine Schicht, insbesondere eine Schicht aus Silber oder einer Silberlegierung, zumindest teilweise mit einer Rutheniumschicht oder mit einer Schicht aus einem anderen Platinmetall (Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium oder Platin) beschichtet oder bedeckt sein. Insbesondere eine Kombination von Silber bzw. einer Silberlegierung mit einem Platinmetall eignet sich zur Erzeugung der oben genannten mikroelektrischen Felder und Redoxreaktionen.
Gemäß Ausgestaltungen kann die Seele aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen. Kupfer eignet sich für die Seele insbesondere aufgrund der vergleichsweise guten Verfügbarkeit und/oder Ver- und Bearbeitbarkeit, insbesondere Beschichtbarkeit, beispielsweise in bereits bestehenden Anlagen zur Drahtherstellung.
Gemäß Ausgestaltungen bildet zumindest eine Schicht der Ummantelung bezüglich des Fluids eine Barriereschicht und/oder ist gegenüber dem Fluid zumindest im Wesentlichen inert. Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise um eine Flüssigkeit handeln. Bei der Barriereschicht kann es sich entsprechend um eine Flüssigkeitsbarriere, eine Sperrschicht oder Barriere bezüglich des flüssigen Mediums handeln. Ferner kann entsprechend zumindest eine Schicht der Ummantelung gegenüber dem flüssigen Medium zumindest im Wesentlichen inert sein. Dabei kann eine einzelne Schicht sowohl als Barriereschicht als auch als Inertschicht wirken. Alternativ ist es möglich, die Sperr- oder Barrierewirkung einerseits und die Inertwirkung andererseits durch unterschiedliche Schichten bereitzustellen. Die Inertwirkung kann sich auf korrosionshemmende oder -hindernde Eigenschaften und/oder eine chemische Resistenz gegenüber dem zu entreichernden Medium beziehen.
Gemäß Ausgestaltungen kann zumindest eine Schicht der Ummantelung aus Zinn, Nickel und/oder Palladium oder einer Zinnlegierung, Nickellegierung und/oder Palladiumlegierung bestehen oder daraus hergestellt sein. Beispielswese kann die Ummantelung aus einer Einzelschicht aus Zinn oder einer Zinnlegierung bestehen. Die Ummantelung aus Zinn oder einer Zinnlegierung bietet eine vorteilhafte Stabilität über einen vergleichsweise großen pH-Wertbereich, insbesondere über den gesamten pH-Wertbereich.
Möglich sind für die Ummantelung auch Schichten und Zwischenschichten aus anderen korrosionsbeständigen Metallen wie z.B. Nickel und Nickellegierungen, oder auch Kombinationen von Nickel und/oder Palladium als Zwischenschicht zwischen dem Grundmaterial, z.B. der Seele, und darauf abgeschiedenen Schicht aus bzw. mit Zinn.
Gemäß Ausgestaltungen ist der Drahtkörper zumindest abschnittsweise als ein aus dem Draht geformter Spiralkörper ausgebildet, beispielsweise nach Art einer Spiralfeder. Der Spiralkörper, vorzugsweise der gesamte Drahtkörper, ist vorzugsweise selbsttragend ausgebildet.
Möglich ist auch, dass der Formkörper ferner einen Tragkörper oder Wickelkern umfasst, auf welchen der Draht spiralförmig aufgewickelt ist.
Der Spiralkörper kann derart gewickelt sein, dass sich aufeinanderfolgende Windungen berühren. Bei solchen Ausgestaltungen kann der Spiralkörper vergleichsweise kompakt ausgestaltet werden. Möglich ist auch, dass aufeinanderfolgende Windungen des Spiralkörpers voneinander beanstandet sind, so dass zwischen aufeinanderfolgenden Windungen ein Freiraum gebildet ist.
Durch Spiralisieren des Drahts zu einem Spiralkörper kann ein vergleichsweises gutes Oberflächen-zu-Volumenverhältnis erreicht werden hinsichtlich der wirksamen Oberfläche des Katalyt-Schichtsystems im Verhältnis zu dem vom Spiralkörper aufgespannten Volumen. Durch eine hohlzylindrische Form eines Spiralkörpers wird ferner ermöglicht, dass der Spiralkörper eine vergleichsweise große Kontaktfläche zum entreichernden Fluid aufweist. Beispielsweise kann das zu entreichernde Fluid mit dem Spiralkörper sowohl an dessen Außenfläche als auch an dessen Innenfläche in Kontakt treten.
Darüber hinaus kann ein Spiralkörper aus dem Draht vergleichsweise einfach hergestellt und nach Bedarf abgelängt werden, beispielsweise unter Verwendung bekannter Federwickelmaschinen. Die Länge und der Durchmesser des Spiralkörpers, sowie die Anzahl der Windungen und der Abstand der Windungen können flexibel an jeweilige Randbedingungen angepasst werden.
Gemäß Ausgestaltungen kann der Spiralkörper, vorzugsweise im Wesentlichen der gesamte Drahtkörper, bezogen auf dessen Längsachse eine zumindest abschnittsweise zylinderförmige, konische, konkave und/oder konvexe Form aufweisen.
Gemäß Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass der Formkörper, insbesondere die Ummantelung oder zumindest eine Schicht der Ummantelung, an eine Verwendung für ein flüssiges Medium einer vorgegebenen Fluidklasse oder Fluidkategorie angepasst sein oder in Abhängigkeit des flüssigen Mediums ausgewählt sein. Mithin kann vorgesehen sein, dass der Formkörper, insbesondere die Ummantelung, zumindest jedoch eine Schicht der Ummantelung, zur Verwendung für eine Fluidklasse oder Fluidkategorie angepasst ist. Die Fluidklasse oder Fluidkategorie kann dabei z.B. charakterisiert sein durch pH-Wert oder pH-Wertbereich und/oder Temperatur oder Temperaturbereich.
Eine verwendungsangepasste Umsetzung des Formkörpers kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass das oder die Materialien der Ummantelung, insbesondere der Schicht/en der Ummantelung, und/oder des Katalyt-Schichtsystems an die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften des Fluids, z.B. Temperatur und/oder pH-Wert, Zusammensetzung des Fluids usw., angepasst sind, beispielsweise so ausgewählt sind, dass der Formkörper, insbesondere die aus Seele und Ummantelung gebildete Einheit, im Wesentlichen inert gegenüber dem Fluid ist/sind, und dass das Schichtsystem in dem Fluid eine antimikrobiell oxidative Wirkung entfalten kann.
Gemäß Ausgestaltungen kann/können die Seele einen Durchmesser von 0,2 mm bis 1,0 mm, die Ummantelung eine Dicke von 2 µm - 8 µm und/oder das Schichtsystem eine Dicke von 0,5 µm - 8 µm aufweist bzw. aufweisen.
Nach Ausgestaltungen ist ein antimikrobiell wirksamer Formkörper vorgesehen, welcher angepasst ist zur mikrobiellen Entreicherung eines flüssigen Mediums, das einen maximalen pH-Wert von weniger als 4 aufweist.
Gemäß Ausgestaltungen ist eine Vorrichtung zur mikrobiellen Entreicherung eines flüssigen Mediums vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst einen Behälter oder Rohrkörper und eine Vielzahl von antimikrobiell wirksamen Formkörpern nach einem der hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen. Die Formkörper sind in einem durch Außenwandungen des Behälters oder des Rohrkörpers umschlossenen Volumen aufgenommen.
Gemäß Ausgestaltungen der Vorrichtung kann zumindest eine Außenwandung des Behälters oder des Rohrkörpers für das Fluid durchlässig sein, so dass die Vorrichtung im Eintauchbetrieb oder Durchflussbetrieb betreibbar ist. Die Durchlässigkeit für das Fluid kann beispielsweise durch Öffnungen oder Durchbrüche in einer Außenwandung des Behälters oder Rohrkörpers hergestellt sein, wobei Öffnungen oder Durchbrüche beispielsweise in einem vorgegebenen Raster oder gitterartig vorgesehen sein können. Insbesondere kann zumindest eine Außenwandung eine Vielzahl an gitterförmig angeordneten Durchbrüchen aufweisen, deren maximale Dimension oder Abmessung, beispielsweise ein maximaler Durchmesser, kleiner ist als eine kleinste Dimension oder Abmessung des Formkörpers. Der Begriff „Eintauchbetrieb“ soll dabei verstanden werden als eine Verwendung der Vorrichtung durch Eintauchen in ein Fluidvolumen des zu entreichernden Fluids. Der Begriff „Durchflussbetrieb“ soll dabei verstanden werden als eine Verwendung der Vorrichtung, bei welcher diese in ein vom Fluid durchströmtes Volumen, beispielsweise eine Rohrleitung, eingebracht wird bzw. darin positioniert ist.
Nach Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung des Weiteren ein das Fluid aufnehmendes Behältnis und/oder eine Förderleitung bzw. einen Leitungsabschnitt umfasst, durch welche das mikrobiell zu entreichernde Fluid strömt.
Nach Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass Außenwandungen des Behälters oder des Rohrkörpers für das Fluid undurchlässig sind, und dass der Behälter oder der Rohrkörper zumindest eine Öffnung, beispielsweise zumindest ein Zuflussstück und zumindest ein Abflussstück, aufweist, mit welcher die Vorrichtung an einen z.B. geschlossenen Fluidkreislauf anschließbar oder angeschlossen ist. Über die Öffnung, beispielsweise das Zuflussstück und Abflussstück, kann das Fluid in und durch das Volumen des Behälters zur mikrobiellen Entreicherung geleitet werden. Das Fluid kann z.B. durch das Volumen des Behälters über das Zuflussstück und das Abflussstück geführt, beispielsweise gepumpt werden, bzw. das Fluid kann beim Umwälzen in dem Fluidkreislauf durch das Volumen des Behälters geführt werden, wobei in dem Behälter eine mikrobielle Entreicherung durch die Formkörper erfolgt.
Nach Ausgestaltungen kann die Vorrichtung den Fluidkreislauf oder Teile davon, beispielsweise Zu- und Ableitungen, umfassen
Nach Ausgestaltungen ist die Vorrichtung angepasst zur mikrobiellen Entreicherung eines flüssigen Mediums, das einen maximalen pH-Wert von weniger als 4 aufweist.
Nach Ausgestaltungen kann/können der Formkörper und/oder die Vorrichtung für eine Verwendung zur mikrobiellen Entreicherung eines Fluids angepasst sein. Mithin umfasst die zu Grunde liegende Erfindung auch eine Verwendung des Formkörpers und/oder der Vorrichtung zur mikrobiellen Entreicherung eines Fluids, wobei sich die Verwendung insbesondere auf eine vorgegebene Fluidklasse oder Fluidkategorie erstreckt. Wie bereits erwähnt, kann eine Fluidklasse charakterisiert sein durch den pH-Wert, z.B. durch minimalen und maximalen pH-Wert des Fluids und/oder durch die Temperatur, z.B. durch minimale und maximale Fluidtemperaturen.
Der im Rahmen der Beschreibung von erfindungsgemäßen Ausgestaltungen und Ausführungsformen sowie in den Ansprüchen verwendete Begriff „insbesondere“ soll nicht einschränkend verstanden werden, sondern dahingehend, dass die durch „insbesondere“ gekennzeichneten Merkmale, sofern nicht anderweitig angegeben, spezielle Ausgestaltungen oder Ausführungsformen betreffen.
Beispielhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben. Die Darstellungen in den Figuren sind nicht Maßstabsgetreu und Maßstäbe zwischen den Figuren können variieren. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden in den Figuren, sofern nicht anderweitig beschrieben, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Es zeigen:

1 beispielhaft einen Querschnitt einer ersten Ausgestaltung eines Drahts zur Herstellung eines Antimikrobiell wirksamen Formkörpers;
2 beispielhaft einen Querschnitt einer zweiten Ausgestaltung eines Drahts zur Herstellung eines Antimikrobiell wirksamen Formkörpers;
3 beispielhaft eine Ausgestaltung eines Formkörpers;
4 beispielhaft eine Ausgestaltung einer Vorrichtung zur mikrobiellen Entreicherung;
5 einen Verfahrensablauf zur Herstellung eines Formkörpers.

1 zeigt beispielhaft einen Querschnitt einer ersten Ausgestaltung eines Drahts 1 zur Herstellung eines Formkörpers zur mikrobiellen Entreicherung. Der Draht 1 umfasst eine Seele 2. Auf der Seele 2 ist eine Ummantelung 3 aufgebracht, beispielsweise elektrochemisch abgeschieden. Auf der Ummantelung 3 ist ein Katalyt-Schichtsystem 4 aufgebracht. Die Ummantelung 3 ist unmittelbar bzw. direkt auf die Seele 2 aufgebracht, und das Schichtsystem 4 ist unmittelbar auf der Ummantelung 3 aufgebracht. Das Schichtsystem 4 als solches ist mikrobiell entreichernd, d.h. es entfaltet eine antimikrobielle Wirkung gegenüber Mikroben, die in Kontakt mit dem bzw. in die Nähe des Schichtsystems gelangen.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 besteht die Ummantelung 3 aus einer einzelnen Schicht, die sich zwischen der Seele 2 und dem Schichtsystem 4 befindet. Mithin bildet die Ummantelung 3 eine Zwischenschicht.
Die Seele 2 kann beispielsweise aus Kupfer (Cu) oder einer Kupferlegierung hergestellt sein, z.B. in Form eines Kupferdrahts. Die Ummantelung 3, vorliegend die Zwischenschicht, kann aus Zinn (Sn) oder einer Zinnlegierung hergestellt sein. Beispielsweise kann die Zwischenschicht durch elektrochemische Verfahren oder anderweitig auf die Oberfläche der Seele 2 aufgebracht sein.
Das Schichtsystem 4 umfasst eine Schicht aus Silber (Ag) oder einer Silberlegierung, die zumindest teil- oder abschnittsweise mit einer Schicht aus Ruthenium bedeckt ist. Die Schicht aus Silber oder der Silberlegierung und/oder die Schicht aus Ruthenium können zumindest teilweise porös sein.
Wie bereits ausführlich beschrieben, bildet die Seele 2 einen stabilen, selbsttragenden Kern für den Draht 1. Die Ummantelung 3 bildet eine dichte Barriere, die zumindest weitestgehend verhindert, dass mikrobiell zu entreichernde Fluid in Kontakt mit dem Material der Seele 2 bzw. an die der Ummantelung 3 zugewandte Oberfläche der Seele 2 gelangt. Die Ummantelung 3 kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, Korrosion und/oder elektrochemische Degradation der Seele 2 bei der Anwendung in einem zu entreichernden Fluid zu vermeiden.
Der Draht 1 mit einer Seele 2 aus Kupfer ist vergleichsweise stabil und kann z.B. vergleichsweise einfach zu einem Formkörper, beispielsweise zu einem federartigen Formkörper geformt werden. Die Ummantelung 3 aus Zinn haftet vergleichsweise gut auf der Seele 2 aus Kupfer, kann fluiddicht auf die Seele 2 aufgebracht werden und bildet eine chemisch stabile Zwischenschicht, beispielsweise gegenüber Chemikalien und sauren Medien. Ferner bietet die Zwischenschicht aus Zinn gute Haftungseigenschaften für das Schichtsystem.
Mit der vorgeschlagenen Ummantelung 3 ist es beispielsweise möglich, die Standzeit bzw. Haltbarkeit eines Formkörpers zur mikrobiellen Entreicherung im Einsatz bei sauren Medien, d.h. Fluide mit vergleichsweise geringen pH-Werten, im Vergleich zu Drähten ohne Zwischenschicht, von mehreren Tagen auf mehrere Wochen oder sogar mehrere Monate zu erhöhen. Insbesondere kann die Ummantelung 3 verhindern, zumindest jedoch weitgehend unterdrücken, dass das Fluid über die ggf. poröse Systemschicht 4 in Kontakt mit der Oberfläche der Seele 2 gelangt. Die Ummantelung 3 bzw. Zwischenschicht bildet mithin eine Schutz- und Barriereschicht für die Seele 2 gegenüber dem zu entreichernden Fluid.
2 zeigt beispielhaft einen Querschnitt einer zweiten Ausgestaltung eines Drahts 1 zur Herstellung eines Formkörpers zur mikrobiellen Entreicherung. Der Draht 1 umfasst im Unterschied zum Draht 1 der 1 eine Ummantelung, die aus zwei übereinanderliegenden Ummantelungsschichten 3.1 und 3.2 besteht. Die Ummantelungsschichten 3.1 und 3.2 können sukzessive aufgebracht, z.B. elektrochemisch abgeschieden werden. Zumindest eine der Ummantelungsschichten 3.1 und 3.2 kann Zinn oder eine Zinnlegierung umfassen. Die Verwendung zweier, oder in Ausgestaltungen auch mehrerer Ummantelungsschichten bzw. Zwischenschichten zwischen der Seele 2 und dem Schichtsystem 4 bietet die Möglichkeit der spezifischen und flexiblen Anpassung an die Eigenschaften des Schichtsystems und/oder die, z.B. physikalisch-chemischen, Eigenschaften des mikrobiell zu entreichernden Fluids. Es kann z.B. eine zusätzliche Nickel- oder Palladiumschicht zwischen der Zinnschicht und dem Grundmaterial der Seele 2 abgeschieden werden, beispielsweise zur Verbesserung des Korrosionsschutzes bei erhöhten Temperaturen.
Die Materialien der Seele 2 und der Ummantelung 3 bzw. der Ummantelungsschichten 3.1 und 3.2 sind in der Zusammensetzung vorzugsweise voneinander verschieden. Ferner weisen die Ummantelungsschichten 3.1 und 3.2 vorzugsweise unterschiedliche Materialien oder Materialzusammensetzungen auf.
3 zeigt beispielhaft eine Ausgestaltung eines Formkörpers 5. Der Formkörper 5 ist dabei als ein aus dem Draht 1 geformter Spiralkörper ausgebildet, wobei die Windungen des Spiralkörpers 5 durch den zu einer Spirale gewickelten Draht 1 gebildet werden. Andere Formkörperstrukturen sind möglich.
Mit dem gezeigten Formkörper 5, bei dem der Draht 1 nach Art einer Spiralfeder gewickelt ist, kann ein vorteilhaftes Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis erreicht werden, wobei der Formkörper 5 besonders kompakt, d.h. hinsichtlich des Verhältnisses von Gesamtdrahtlänge zu Volumen des Formkörpers 5 günstig, ausgebildet werden kann. Insbesondere kann bei gleichzeitig kompakter Form eine vergleichsweise große antimikrobiell wirksame Oberfläche bereitgestellt werden, die durch das außen am Draht 1 befindliche Schichtsystem gebildet ist.
Ferner kann der gezeigte Formkörper 5 sehr gut nach Art eines Schüttguts gehandhabt werden, wobei beispielsweise eine Vielzahl von Formkörpern in ein Behältnis eingebracht werden können. Durch die innen hohl ausgestalteten Spiralkörper kann auch bei engem Aneinanderliegen von Spiralkörpern in einem Behältnis eine zumindest zufriedenstellende antimikrobiell wirksame Oberfläche erreicht werden, da die radial nach innen gewandten Innenflächen der Spiralkörper auch bei Schüttung für ein Fluid frei zugänglich sind.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegen aufeinanderfolgende Windungen im Wesentlichen aneinander. Möglich ist jedoch auch, dass die Windungen in Längsrichtung L bzw. in Richtung der Längsachse des Formkörpers 5 voneinander beabstandet sind, wobei bei solchen Ausgestaltungen ein kleineres Drahtvolumen-zu-Gesamtvolumen-Verhältnis vorliegt. Bei bezüglich der Längsrichtung L nicht unmittelbar aneinanderliegenden Windungen sind auch die einander zugewandten Flächen der Windungen für das Fluid zugänglich.
4 zeigt beispielhaft eine Ausgestaltung einer Vorrichtung 6 zur mikrobiellen Entreicherung. Die Vorrichtung 6 umfasst einen zylindrischen Behälter 7 dessen Zylinderwand eine Gitterstruktur 8 aufweist, die für das mikrobiell zu entreichernde Fluid durchlässig ist. Der Behälter 7 ist mit einer Vielzahl an erfindungsgemäßen Formkörpern 5 gefüllt, wobei die Darstellung der 4 lediglich einige wenige Formkörper 5 zeigt. Der Behälter 7 kann im Wesentlichen vollständig mit Formkörpern 5 gefüllt sein bzw. werden. Die Gitterstruktur ist so ausgebildet, dass die Formkörper nicht durch die Gitteröffnungen aus dem Behälter 7 fallen können. Beispielsweise kann eine maximale Dimension einer Gitteröffnung kleiner sein als eine minimale Dimension des Formkörpers 5. Die Formkörper 5 der 4 weisen alle die gleiche Größe auf. Möglich ist auch, dass Formkörper 5 unterschiedlicher Größe, d.h. mit unterschiedlicher Länge und/oder mit unterschiedlichem Durchmesser, verwendet werden.
An der Unterseite ist der Behälter 7 geschlossen, beispielsweise durch einen gitterförmigen, für das Fluid durchlässigen Boden. An der Oberseite weist der Behälter 7 eine Einfüllöffnung 9 zum Einfüllen der Formkörper 5 auf. Die Einfüllöffnung 9 kann durch einen Deckel 10 verschlossen werden, wobei der Deckel 10 ebenfalls eine für das zu entreichernde Fluid durchlässige Gitterstruktur aufweisen kann. Die mit dem Deckel 10 verschlossene Vorrichtung kann beispielsweise in ein mikrobiell zu entreicherndes Fluid eingetaucht werden, so dass bei Flutung des Behälters 7 mit dem Fluid die Formkörper 5 ihre antimikrobielle Wirkung entfalten können.
Statt in ein Fluid einzutauchen kann die Vorrichtung 6 auch nach Art eines Einsatzes zum Einsetzen in eine Leitung und dgl. verwendet werden oder entsprechend ausgebildet sein, wobei in und durch die Leitung das mikrobiell zu entreichernde Fluid geleitet wird bzw. werden kann. Dabei weist der Deckel 10 vorzugsweise eine Gitterstruktur auf, so dass das Fluid die Vorrichtung 5 bzw. den Behälter 7 durchfließen kann. Insoweit handelt es sich bei dieser Verwendung um eine Anwendung der Vorrichtung im Durchfluss, bei der das die Vorrichtung durchfließende Fluid durch die Wirkung der Formkörper 5 antimikrobiell entreichert wird.
Ferner kann ein entsprechender Behälter gemäß nicht gezeigten Ausführungen geschlossene und für das Fluid undurchlässige Behälterwände aufweisen. Dabei kann an oder im Bereich der Einfüllöffnung 9 beispielsweise ein Anschluss, z.B. eine Schraubverbindung, vorhanden sein, mittels welcher der Behälter 7 an einen komplementären Anschluss eines Leitungssystems und dgl. anschließbar ist. Auch bei solchen Ausgestaltungen kann das im Leitungssystem geführte Fluid die Formkörper 5 durch- bzw. umströmen und wird so mikrobiell entreichert.
5 zeigt einen Verfahrensablauf zur Herstellung eines Formkörpers 5, wobei beispielhaft auf den Formkörper der 3 eingegangen wird. Der Verfahrensablauf ist nicht auf Ausgestaltungen des Formkörpers 5 beschränkt, die eine Seele 2 aus Kupfer und eine Ummantelung 3 aus Zinn aufweisen.
In einem ersten Schritt S1 wird eine drahtförmige Seele hergestellt bzw. als Halbzeug bereitgestellt. Bei der drahtförmigen Seele kann es sich z.B. um einen Kupferdraht handeln.
In einem zweiten Schritt S2 wird auf die Seele die Ummantelung, beispielsweise eine Zinnschicht, aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch elektrochemische Verfahren erfolgen.
Gemäß nicht gezeigten Ausführungsformen kann an Stelle von Schritten S1 und S2 auch z.B. ein vorgefertigter, beschichteter Draht mit Seele und Ummantelung, beispielsweise ein verzinnter Kupferdraht, als Halbzeug bereitgestellt werden.
In einem dritten Schritt S3 wird schließlich das Katalyt-Schichtsystem aufgebracht, wobei beispielsweise zunächst eine Silberschicht auf die Ummantelung aufgebracht, insbesondere abgeschieden, und die Silberschicht anschließend mit Ruthenium beschichtet werden kann.
In einem vierten Schritt S4 wird der in Schritten S1 bis S3 hergestellte Draht zu einem Spiralkörper gewickelt und ggf. abgelängt. Hierbei können bekannte Federwickelmaschinen verwendet werden, wobei der Durchmesser des Spiralkörpers, dessen Länge und/oder die Anzahl und der Abstand der Wicklungen je nach Bedarf eingestellt werden können.
Zwischen den einzelnen Schritten, z.B. zwischen Schritt S1 und S2 bzw. S2 und S3 können weitere Herstellungsschritte liegen, z.B. Reinigen, insbesondere Entfetten, der jeweiligen Halbzeuge usw..
Insgesamt zeigt sich, dass der hierin vorgeschlagene Formkörper und die hierin vorgeschlagene Vorrichtung die zu Grunde liegende Aufgabe lösen.
Die zu Grunde liegende Erfindung betrifft also insbesondere einen antimikrobiell wirksamen Formkörper (5) zur mikrobiellen Entreicherung eines Fluids, umfassend:

einen aus einem Draht (1) geformten Drahtkörper, wobei der Draht (1) umfasst:
1. a. eine Seele (2),
2. b. eine die Seele (2) umgebende Ummantelung (3) mit einer oder mehreren aufeinanderfolgenden Schichten (3; 3.1, 3.2), und
3. c. ein auf der Ummantelung (3) aufgebrachtes, auf einem oder mehreren Metallen basierendes, antimikrobiell wirksames Katalyt-Schichtsystem.

Bezugszeichen

1: Draht
2: Seele
3: Ummantelung
3.1, 3.2: Ummantelungsschicht
4: Schichtsystem
5: Formkörper
6: Vorrichtung
7: Behälter
8: Gitterstruktur
9: Einfüllöffnung
10: Deckel
L: Längsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2949325 B1 [0003]

Claims

Antimikrobiell wirksamer Formkörper (5) zur mikrobiellen Entreicherung eines Fluids, umfassend: einen aus einem Draht (1) geformten Drahtkörper, wobei der Draht (1) umfasst: a. eine Seele (2), b. eine die Seele (2) umgebende Ummantelung (3) mit einer oder mehreren aufeinanderfolgenden Schichten (3; 3.1, 3.2), und c. ein auf der Ummantelung (3) aufgebrachtes, auf einem oder mehreren Metallen basierendes, antimikrobiell wirksames Katalyt-Schichtsystem.
Antimikrobiell wirksamer Formkörper (5) nach Anspruch 1, wobei das Katalyt-Schichtsystem (4) zumindest eine Schicht aus Silber oder einer Silberlegierung umfassen.
Antimikrobiell wirksamer Formkörper (5) zumindest nach Anspruch 2, wobei zumindest eine Schicht (4) zumindest teilweise mit einer Rutheniumschicht oder mit einem anderen Platinmetall bedeckt ist.
Antimikrobiell wirksamer Formkörper (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Seele (2) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
Antimikrobiell wirksamer Formkörper (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Schicht (3; 3.1, 3.2) der Ummantelung (3; 3.1, 3.2) bezüglich des Fluids eine Barriereschicht bildet und/oder gegenüber dem Fluid zumindest im Wesentlichen inert ist.
Antimikrobiell wirksamer Formkörper (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Schicht (3; 3.1, 3.2) der Ummantelung (3) aus Zinn, Nickel und/oder Palladium oder einer Zinnlegierung, Nickellegierung und/oder Palladiumlegierung besteht oder daraus hergestellt ist.
Antimikrobiell wirksamer Formkörper (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Drahtkörper zumindest abschnittsweise als ein aus dem Draht (1) geformter Spiralkörper ausgebildet ist, wobei der Spiralkörper, vorzugsweise der gesamte Drahtkörper, selbsttragend ausgebildet ist und/oder wobei Formkörper (5) ferner einen Tragkörper umfasst, auf welchen der Draht (1) spiralförmig aufgewickelt ist.
Antimikrobiell wirksamer Formkörper (5) zumindest nach Anspruch 7, wobei zumindest der Spiralkörper, vorzugsweise im Wesentlichen der gesamte Drahtkörper, bezogen auf dessen Längsachse eine zumindest abschnittsweise zylinderförmige, konische, konkave und/oder konvexe Form aufweist.
Antimikrobiell wirksamer Formkörper (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Formkörper (5), insbesondere die Ummantelung (3), an eine Verwendung für ein flüssiges Medium einer vorgegebenen Fluidklasse angepasst oder in Abhängigkeit des flüssigen Mediums ausgewählt ist.
Antimikrobiell wirksamer Formkörper (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Seele einen Durchmesser von 0,2 mm bis 1,0 mm, die Ummantelung eine Dicke von 2 µm bis 8 µm und/oder das Schichtsystem eine Dicke von 0,5 µm bis 8 µm aufweist bzw. aufweisen.
Antimikrobiell wirksamer Formkörper (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches angepasst ist zur mikrobiellen Entreicherung eines flüssigen Mediums, das einen maximalen pH-Wert von weniger als 4 aufweist.
Vorrichtung (6) zur mikrobiellen Entreicherung eines Fluids, umfassend einen Behälter (7) oder Rohrkörper und eine Vielzahl von antimikrobiell wirksamen Formkörpern (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die in einem durch Außenwandungen des Behälters (7) oder des Rohrkörpers umschlossenen Volumen aufgenommen sind.
Vorrichtung (6) nach Anspruch 12, wobei zumindest eine Außenwandung des Behälters (7) oder des Rohrkörpers für das Fluid durchlässig ist, so dass die Vorrichtung (6) im Eintauchbetrieb betreibbar ist, wobei zumindest eine Außenwandung vorzugsweise eine Vielzahl an gitterförmig angeordneten Durchbrüchen aufweist, deren maximale Dimension kleiner ist als eine kleinste Dimension eines antimikrobiell wirksamen Formkörpers (5).
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei Außenwandungen des Behälters oder des Rohrkörpers für das Fluid undurchlässig sind, und der Behälter oder der Rohrkörper zumindest eine Öffnung, insbesondere zumindest ein Zuflussstück und zumindest ein Abflussstück, aufweist, mit welcher die Vorrichtung an einen Fluidkreislauf anschließbar oder angeschlossen ist.
Vorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, welche angepasst ist zur mikrobiellen Entreicherung eines flüssigen Mediums, das einen maximalen pH-Wert von weniger als 4 aufweist.