WO2012083996A1 - Antibakteriell beschichteter beschlag und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to an antibacterial coated fitting and a method for its preparation.
  • a "fitting" in the sense of this application is an object that is provided for the manual operation of other objects, such as a door handle or a door handle, a window handle, a furniture fitting, a sanitary fitting, a light switch, etc.
  • a comparable construction is known from WO 2009/112173, wherein here, instead of a sleeve, a cover made of knitted or woven fabric is used, which can be pulled onto the door handle. Silver threads are woven into the fabric. As alternative materials with antibacterial effect also copper, gold and titanium are mentioned. The use of separate sleeves or coatings provided with antibacterial materials is unsatisfactory in terms of both appearance and handling.
  • the object of the invention is to provide a fitting that can be produced inexpensively, has good antibacterial properties and is not conventional in terms of appearance and handleability Fittings without antibacterial effect are different.
  • the object of the invention is also to provide a method for producing such a fitting.
  • a fitting with a carrier and an antibacterial coating is provided, which is characterized in that the coating is a PVD coating containing copper.
  • the invention is based on the finding that the antibacterial effect can already be achieved with a very thin layer (and correspondingly little use of copper).
  • a PVD coating allows a very high hardness and durability of the coating, so that a long service life is guaranteed.
  • the metals nickel, zinc, tin and aluminum can be contained individually or in any desired combination.
  • the copper content in the coating is always over 50% to ensure a sufficient antibacterial effect.
  • the coating may consist in particular of copper and nickel.
  • nickel is that it produces a silver-colored coating that does not visually differ from well-known fittings made of brushed aluminum or brushed stainless steel. This is a great advantage for the acceptance.
  • the coating contains predominantly copper, with the remainder being nickel and unavoidable impurities.
  • a copper content of more than 70% is particularly preferred. This ensures that enough copper is released to have the desired antibacterial effect.
  • the coating is about 75% copper and about 25% nickel.
  • This alloy which is also known by the name cupronickel, is used, for example, for the shiny silver ring of 2 EURO coins. Therefore, this alloy is available at competitive prices.
  • the coating consists of a copper content of more than 80% and the metals aluminum, zinc and tin. With This combination can produce antibacterial coatings with a golden hue and high abrasion resistance.
  • a coating consisting of 89% copper, 5% aluminum, 5% zinc and 1% tin.
  • This alloy is also known as nordic gold and is used e.g. used for the 10, 20 and 50 cent coins.
  • the coating has a thickness of 1 pm to 7 pm, in particular in the range of 2 pm to 4 pm. It has been found that such a small layer thickness on the one hand can provide the necessary amount of copper, on the other hand can be mounted with the necessary adhesive strength on the support.
  • any material to which a PVD coating can be applied can be used as the carrier.
  • Steel or aluminum alloys are particularly suitable since these correspond to the known fittings both in terms of weight and feel (in particular due to their thermal conductivity).
  • the coating may use a source with a mixed target containing copper.
  • a blend target allows a second alloying component to be applied simultaneously with copper, which can be used to affect the properties of the coating as desired.
  • the use of a mixed target has the advantage that the proportions of the individual metals in the coating result from the composition of the target and are thus the same for all coating operations.
  • a mixed target consisting of cupronickel is used for the coating. This makes it possible to apply a coating in steel look, so that the coated fitting of known Distinguished fittings made of brushed stainless steel or aluminum.
  • FIG. 1 schematically a door handle in a plan view
  • FIG. 2 schematically shows a section along the plane II - II of FIG. 1.
  • a door handle 10 is shown as an example of a fitting. It could just as well be a window handle, a furniture fitting, a part of a sanitary fitting, a light switch, an operating lever of a soap dispenser or disinfectant dispenser, etc., so in general an object that must be operated or operated by a variety of different people ,
  • the door handle 10 consists of a carrier 12, on which a coating 14 is applied.
  • the carrier 12 may in particular consist of a steel or aluminum alloy. In general, any material is suitable with which usually fittings are made. Notwithstanding the schematic representation in Figure 2, the carrier 12 may also be made hollow. It is also possible that the carrier 12 is a composite component. It is only important that the outer surface of the carrier 12 is designed so that it can be coated with a PVD process.
  • the coating 14 is a PVD coating, which in the preferred embodiment consists of an alloy consisting of 75% copper and 25% nickel (apart from unavoidable impurities). This material can be provided in the PVD coating process as a mixed target and leads to a silver-colored coating whose Color tone corresponds to the silver-colored ring of 2-EURO coins.
  • the thickness of the coating is between 1 ⁇ and 7 pm, preferably between 2 ⁇ and 4 [im.
  • Three door handles were used to demonstrate the antibacterial effect of the layer according to the invention. It is a door handle made of pure copper and two stainless steel. Of the door handles made of stainless steel one was provided with a layer according to the invention of 75% copper and 25% nickel. The coating was carried out in a PVD system with the aid of a sheet evaporator source.
  • the coating according to the invention has a distinct antibacterial effect.
  • the coating 14 is made to have a matte finish that is brushed aluminum or brushed aluminum in terms of its surface texture and appearance.
  • the fitting thus differs optically in any way from conventional fittings.

Abstract

Ein Beschlag (10) mit einem Träger (12) und einer antibakteriellen Beschichtung (14) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) eine PVD-Beschichtung ist, die Kupfer enthält. Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Beschlags (10) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) im PVD-Verfahren aufgebracht wird.

Description

Antibakteriell beschichteter Beschlag und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft einen antibakteriell beschichteten Beschlag und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Ein„Beschlag" im Sinne dieser Anmeldung ist dabei ein Gegenstand, der zur manuellen Bedienung von anderen Gegenständen vorgesehen ist, beispielsweise ein Türgriff bzw. eine Türklinke, ein Fenstergriff, ein Möbelbeschlag, eine Sanitärarmatur, ein Lichtschalter, etc.
Wenn solche Beschläge in öffentlichen Einrichtungen verwendet werden, werden sie von vielen Personen angefasst. Dabei besteht das Risiko, dass Bakterien von der Hand eines Benutzers auf den Beschlag und von dort zum nächsten Benutzer übertragen werden. Daher gibt es verschiedene Versuche, insbesondere Türklinken, aber auch andere Beschläge, mit einer antibakteriell wirksamen Beschichtung zu versehen. Ein Beispiel findet sich in der WO 2010 036189, in der ein Verfahren zum elektrolytischen Beschichten eines Türgriffs oder ähnlicher Gegenstände beschrieben ist. Der Türgriff wird dabei elektrolytisch beschichtet, um eine silberhaltige Beschichtung aufzubringen.
Ein ähnlicher Ansatz wird in der DE 103 05 142 A1 verfolgt. Auch hier werden Silberpartikel bei einer Türklinke verwendet, um eine keimabtötende Wirkung zu erzeugen. Anders als bei der WO 2010/036189 A1 wird hier keine Beschichtung auf die Türklinke aufgebracht, sondern eine Kunststoffhülse auf den Türgriff aufgezogen, die an ihrer Oberfläche Silberpartikel enthält.
Eine vergleichbare Konstruktion ist aus der WO 2009/112173 bekannt, wobei hier anstelle einer Hülse ein Überzug aus Gestrick oder Gewebe verwendet wird, der auf den Türgriff aufgezogen werden kann. In das Gewebe sind Silberfäden eingewoben. Als alternative Materialien mit antibakterieller Wirkung werden auch Kupfer, Gold und Titan erwähnt. Die Verwendung von separaten Hülsen oder Überzügen, die mit antibakteriell wirksamen Materialien versehen sind, ist sowohl im Hinblick auf die Optik als auch die Handhabung nicht zufriedenstellend.
Die hohe antibakterielle Wirksamkeit von Silber ist allgemein bekannt. Aus der Literatur ist aber auch bekannt, dass Silberionen auch eine zytotoxische Wirkung besitzen. Diese Wirkung setzt schon bei Konzentrationen von größer als 380 g/l ein (siehe bespielsweise Heidenau, F., Mittelmeier W., Detsch R., Haenle M., Stenzel F., Zeigler G., Gollwitzer H., 2005: "A novel antibacterial titania coating: Metall ion toxicity and in vitro surface colonization", J. Materials Science, Materials in Medicine 16, 1-6".
Die bereits bei derart geringen Konzentrationen beobachtete Zelltoxizität von Silberionen korrespondiert damit, dass Silber im Stoffwechsel der Zelle keine Rolle spielt, es gehört nicht zu den so genannten essentiellen Spurenelementen im menschlichen Organismus. Die Einnahme von niedrigen Dosen Silber wie auch ein über längere Zeit stattfindendes Release aus Silberoberflächen kann zu dauerhaften Zellschädigungen führen. Die WHO empfiehlt, pro Tag nicht mehr als 180 [ig Silber zu konsumieren (siehe beispielsweise Gibbins, B., Warner, L, 2005: "The Role of Antimicrobial Silver Nanotechnology", MDDI, http://www.devicelink.com/mddi/archive/05/08/005.html, 05.02.08) Es ist auch bekannt, dass Kupfer eine antibakterielle Wirkung hat, die allerdings geringer als die von Silber ist. Dementsprechend beschreibt die US 5,958,440 antibakterielle Beschichtungen mit u.a. Kupfer. Diese Beschich- tungen werden mit PVD-Verfahren (physical vapour deposition; physikalische Gasphasenabscheidung) aufgebracht. Allerdings ergeben sich dort nur Schichten mit einer begrenzten Härte, die für einige Anwendungen nicht geeignet sind.
Um die antibakterielle Wirkung von Kuper zu nutzen, sind aus dem Stand der Technik auch Türklinken bekannt, die massiv aus einer Kupferlegierung bestehen. Solche Türklinken sind allerdings hinsichtlich der Herstellungskosten und des nötigen Pflegeaufwands nicht wettbewerbsfähig. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Beschlag zu schaffen, der kostengünstig hergestellt werden kann, gute antibakterielle Eigenschaften aufweist und sich hinsichtlich Optik und Handhabbarkeit nicht von herkömmlichen Beschlägen ohne antibakterielle Wirkung unterscheidet. Die Aufgabe der Erfindung besteht ferner darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Beschlags zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Beschlag mit einem Träger und einer antibakteriellen Beschichtung vorgesehen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Beschichtung eine PVD-Beschichtung ist, die Kupfer enthält. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die antibakterielle Wirkung bereits mit einer sehr dünnen Schicht (und dementsprechend wenig Einsatz von Kupfer) erzielt werden kann. Gleichzeitig ermöglicht eine PVD-Beschichtung eine sehr große Härte und Beständigkeit der Beschichtung, so dass eine lange Lebensdauer gewährleistet ist.
Als weitere Bestandteile der Beschichtung können die Metalle Nickel, Zink, Zinn und Aluminium einzeln oder in einer beliebigen Kombination enthalten sein. Der Kupferanteil in der Beschichtung liegt dabei immer über 50%, um eine ausreichenden antibakterielle Wirkung zu gewährleisten.
Die Beschichtung kann insbesondere aus Kupfer und Nickel bestehen. Die Verwendung von Nickel bietet den Vorteil, dass sich eine silberfarbene Beschichtung erzielen lässt, die sich optisch nicht von bekannten Beschlägen unterscheidet, die aus gebürstetem Aluminium oder gebürstetem Edelstahl bestehen. Dies ist für die Akzeptanz von großem Vorteil.
Vorzugsweise enthält die Beschichtung überwiegend Kupfer, wobei der Rest aus Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht. Besonders bevorzugt wird ein Kupferanteil von mehr als 70 %. Dies gewährleistet, dass genügend Kupfer freigesetzt wird, um die gewünschte antibakterielle Wirkung zu haben. Besonders bevorzugt besteht die Beschichtung zu etwa 75 % aus Kupfer und zu etwa 25 % aus Nickel. Diese Legierung, die auch unter Bezeichnung Kupfernickel bekannt ist, wird beispielsweise für den silbern glänzenden Ring von 2-EURO-Münzen verwendet. Daher ist diese Legierung zu wettbewerbsfähigen Preisen verfügbar. In einer weiteren bevorzugten Variante besteht die Beschichtung aus einem Kupferanteil von mehr als 80% und den Metallen Aluminium, Zink und Zinn. Mit dieser Kombination können antibakterielle Beschichtungen mit einem goldenen Farbton und hoher Abriebfestigkeit erzeugt werden.
Besonders bevorzugt ist eine Beschichtung, die aus 89% Kupfer, 5% Aluminium, 5% Zink und 1% Zinn besteht. Diese Legierung ist auch als Nordisches Gold bekannt und wird z.B. für die 10-, 20- und 50-Cent-Münzen verwendet.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Beschichtung eine Dicke von 1 pm bis 7 pm aufweist, insbesondere im Bereich von 2 pm bis 4 pm. Es hat sich herausgestellt, dass eine so geringe Schichtdicke einerseits die nötige Menge an Kupfer bereitstellen kann, andererseits mit der nötigen Haftfestigkeit auf dem Träger angebracht werden kann.
Als Träger kann grundsätzlich jedes Material verwendet werden, auf das eine PVD-Beschichtung aufgebracht werden kann. Besonders geeignet sind Stahloder Aluminium-Legierungen, da diese sowohl hinsichtlich Gewicht als auch Haptik (insbesondere aufgrund ihres Wärmeleitvermögens) den bekannten Beschlägen entsprechen.
Die oben genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Beschlags, wobei die Beschichtung im PVD-Verfahren aufgebracht wird. Hinsichtlich der sich ergebenden Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Bei der Beschichtung kann eine Quelle mit einem Mischtarget verwendet werden, das Kupfer enthält. Ein Mischtarget ermöglicht, gleichzeitig mit Kupfer einen zweiten Legierungsbestandteil aufzubringen, mit dem die Eigenschaften der Beschichtung in der gewünschten Weise beeinflusst werden können. Die Verwendung eines Mischtargets hat den Vorteil, dass sich die Anteile der einzelnen Metalle in der Beschichtung aus der Zusammensetzung des Targets ergeben und so für alle Beschichtungsvorgänge gleich sind.
Vorzugsweise wird für die Beschichtung ein Mischtarget verwendet, das aus Kupfernickel besteht. Dies ermöglicht, eine Beschichtung in Stahloptik aufzubringen, so dass sich der beschichtete Beschlag nicht von bekannten Beschlägen unterscheidet, die aus gebürstetem Edelstahl oder Aluminium bestehen.
Alternativ können auch mehrere Verdampfer-Quellen mit verschiedenen Targets eingesetzt werden. Der Aufwand für die Gewährleistung der Zusammensetzung der Schicht steigt aber. Diese Variante ist nur dann bevorzugt, wenn keine geeigneten Mischtargets vorhanden sind.
Die Verwendung mehrerer Verdampfer-Quellen mit den gleichen Mischtargets verkürzt die Zeit für die Beschichtung und ist daher bevorzugt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
- Figur 1 schematisch eine Türklinke in einer Draufsicht; und
- Figur 2 schematisch einen Schnitt entlang der Ebene II-II von Figur 1.
In Figur 1 ist als ein Beispiel für einen Beschlag eine Türklinke 10 gezeigt. Es könnte sich genauso gut auch um einen Fenstergriff, einen Möbelbeschlag, einen Teil einer Sanitärarmatur, einen Lichtschalter, einen Betätigungshebel eines Seifenspenders oder Desinfektionsmittelspenders, etc. handeln, also allgemein um einen Gegenstand, der von einer Vielzahl von unterschiedlichen Personen bedient oder betätigt werden muss.
Die Türklinke 10 besteht aus einem Träger 12, auf den eine Beschichtung 14 aufgebracht ist. Der Träger 12 kann insbesondere aus einer Stahl- oder Aluminium-Legierung bestehen. Allgemein ist jedes Material geeignet, mit dem üblicherweise Beschläge hergestellt werden. Abweichend von der schematischen Darstellung in Figur 2 kann der Träger 12 auch hohl ausgeführt sein. Es ist ebenso möglich, dass es sich bei dem Träger 12 um ein Verbundbauteil handelt. Wichtig ist nur, dass die Außenfläche des Trägers 12 so ausgeführt ist, dass sie mit einem PVD-Verfahren beschichtet werden kann.
Die Beschichtung 14 ist eine PVD-Beschichtung, die beim bevorzugten Ausführungsbeispiel aus einer Legierung besteht, die (abgesehen von unvermeidbaren Verunreinigungen) zu 75 % aus Kupfer und zu 25 % aus Nickel besteht. Dieses Material kann beim PVD-Beschichtungsverfahren als Mischtarget bereitgestellt werden und führt zu einer silberfarbenen Beschichtung, deren Farbton dem silberfarbenen Ring von 2-EURO-Münzen entspricht. Die Dicke der Beschichtung beträgt zwischen 1 μηι und 7 pm, vorzugsweise zwischen 2 μηι und 4 [im.
Bei Versuchen konnte nachgewiesen werden, dass bereits mit einer so dünnen Beschichtung eine gute antibakterielle Wirkung erzielt werden konnte:
Für den Nachweis der antibakteriellen Wirkung der erfindungsgemäßen Schicht wurden drei Türdrücker verwendet. Dabei handelt es sich um einen Türdrücker aus reinem Kupfer und zwei aus Edelstahl. Von den Türdrückern aus Edelstahl wurde einer mit einer erfindungsgemäßen Schicht aus 75% Kupfer und 25% Nickel versehen. Die Beschichtung erfolgte in einer PVD-Anlage mit Hilfe einer Bogen-Verdampferquelle.
Alle drei Türdrücker wurden sterilisiert, indem sie bei 135°C 1 Stunde ausgeheizt werden.
Alle folgenden Arbeiten wurden unter sterilen Bedingungen durchgeführt. Nun wurde eine Keimsuspension mit dem Keim Staphylococcus aureus hergestellt. Anschließend wurden alle 3 Türdrücker auf der nach oben gewandten Seite mit je 1 ml Keimlösung beträufelt und danach bei Zimmertemperatur getrocknet. Dadurch ergab sich für jede Türklinke eine Beladung von ungefähr 10E+08 KBE (Kolonie Bildende Einheiten). Die Türklinken verblieben nun für 7 Stunden bei Raumtemperatur in einem sterilen Becherglas. Anschließend wurden sie mit eine sterilen Waschlösung in einem Ultraschallbad abgewaschen. Die Waschlösung wurde auf annit- Kochsalz-Agar ausplattiert, 24 Stunden bei 37°C bebrütet und anschließend ausgezählt. Es wurden folgende Werte ermittelt:
• Kupfer: 1 KBE
Edelstahl mit Cu/Ni-Beschichtung:
• Edelstahl: 6840 KBE
Es konnte nachgewiesen werden, dass die erfindungsgemäße Beschichtung eine deutliche antibakterielle Wirkung aufweist. Durch geeignete Auswahl der Verfahrensparameter beim PVD-Beschichten wird die Beschichtung 14 so ausgeführt, dass sie eine matte Oberfläche, die in ihrer Oberflächenstruktur und ihrer Optik gebürstetem Stahl bzw. gebürstetem Aluminium entspricht. Der Beschlag unterscheidet sich somit optisch in keiner Weise von herkömmlichen Beschlägen.

Claims

Patentansprüche
1. Beschlag (10) mit einem Träger (12) und einer antibakteriellen Beschichtung (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) eine PVD-Beschichtung ist, die Kupfer enthält.
2. Beschlag (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) zu einem überwiegenden Teil aus Kupfer besteht.
3. Beschlag (10) . nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) aus Kupfer und Nickel besteht.
4. Beschlag (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) einen Kupferanteil von mehr als 50 % enthält, wobei der Rest aus Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
5. Beschlag (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) einen Kupferanteil von mehr als 70 % enthält, wobei der Rest aus Nickel und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
6. Beschlag (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) zu etwa 75 % aus Kupfer und zu etwa 25 % aus Nickel sowie unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
7. Beschlag (10) nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) neben Kupfer noch Nickel, Zinn und/oder Aluminium enthält.
8. Beschlag (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mindestens etwa 80 % Kupfer sowie Aluminium, Zink, Zinn und unvermeidbare Verunreinigungen enthält.
9. Beschlag (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung etwa 89 % Kupfer, etwa 5 % Aluminium, etwa 5 % Zink, etwa 1 %
Zinn und unvermeidbare Verunreinigungen enthält.
10. Beschlag (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) eine Dicke von 1 pm bis 7 pm aufweist.
1 1. Beschlag (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) eine Dicke von 2 μιη bis 4 [im aufweist.
12. Beschlag (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen Türgriff, einen Lichtschalter oder einen Teil eine Sanitärarmatur handelt.
13. Beschlag (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (12) eine Stahl- oder Aluminium-Legierung ist.
14. Verfahren zur Herstellung eines Beschlags (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) im PVD-Verfahren aufgebracht wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beschichtung eine Quelle mit einem Mischtarget verwendet wird, das Kupfer enthält.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beschichtung ein Mischtarget verwendet wird, das aus Kupfernickel besteht.
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