Reinraum

Reinraum sichert Produktqualität

Moderne Forschungs-, Entwicklungs- und Fertigungsverfahren erfordern in immer stärkerem Maße Umgebungsbedingungen, in denen die luftgetragene Partikelkonzentration Grenzwerte nicht überschreiten darf.

Definition: Was ist ein Reinraum?

Raum mit definierter Konzentration luftgetragener Partikel, der so konstruiert und verwendet wird, dass die Anzahl der in den Raum eingeschleppten bzw. im Raum entstehenden und abgelagerten Partikel kleinstmöglich ist, und in dem andere reinheitsrelevante Parameter wie Temperatur, Feuchte und Druck nach Bedarf geregelt werden.“ (VDI 2083-1)

Die eindringende Luft wird mittels HEPA- und ULPA-Filtern aufbereitet, um besonders empfindliche Produkte in Forschung und Industrie vor schädlichen Umgebungseinflüssen zu schützen. Zu diesem Zweck ist auch das Personal im Reinraum an Verhaltensregeln gebunden, die eine fest definierte Schutzkleidung vorschreiben.

Reinräume können unterschiedlich große Bereiche abdecken. Von einzelnen Anlagen bis hin zu kompletten Produktionsstätten. Die geeignete Lösung richtet sich immer nach den Anforderungen der Kontaminationsvermeidung.

Die wohl wichtigste Anforderung ist die Partikelreinheitsklasse der Luft. Diese wird durch die Angabe der maximal zulässigen Anzahl luftgetragener Partikel klassifiziert und in 9 ISO-Klassen unterteilt:

                                                                                    Quelle: DIN EN ISO 14644-1:2016-06

Nachdem die ISO-Klasse des Reinraumes festgelegt wurde, ist die Art der Strömung zu bedenken, die das Produkt umspült.

Relevante Strömungsprinzipien im Reinraum

1. Turbulente Verdünnungsströmung: „nicht in einer Richtung verlaufender Luftstrom. Luftverteilung, bei der in den Reinraum oder reinen Bereich eintretende Erstluft mit der Innenraumluft durch Induktion vermischt wird.“ (ISO 14644-1:2016-06) Die gefilterte Reinluft wird verwirbelnd in den Reinraum eingeführt und erzeugt eine steigende Verdünnung der Partikelkonzentration. Bei diesem Strömungsprinzip ist das reinraumgerechte Verhalten des Personals besonders entscheidend, um die geforderte Partikelreinheitsklasse der Luft zu gewährleisten.

2. Turbulenzarme Verdrängungsströmung: „unidirektionaler Luftstrom, geregelte Luftströmung mit gleichförmiger Geschwindigkeit über den gesamten Querschnitt eines Reinraums oder reinen Bereichs, die als parallele Luftströmung angesehen wird.“ (DIN EN ISO 14644-1:2016-06) Sie wird auch „laminar flow“ genannt und setzt eine turbulenzarme, Einströmung voraus. Die Luft entweicht bei diesem Verfahren auf der gegenüberliegenden Seite, die in der Regel aus einem perforierten Doppelboden bestehen kann. Von dort aus gelangt sie zurück zum Umluftgerät, wo sie erneut gefiltert wird. Die turbulenzarme Verdrängungsströmung ist besonders für sensible Arbeitsbereiche geeignet.

Lüfter-Filter-Module (FFU) in Reinräumen

Lüfter-Filter-Module und Sauberraummodule dienen zur Reinluftversorgung in einer reinen Umgebung. Sie sorgen für die Luftfiltration und bilden die aktiven Elemente in Reinräumen, Reinluftarbeitsplätzen, Minienvironments oder Reinraum-Transportsystemen.

Lüfter-Filter-Module (FFU) haben drei Hauptbestandteile:

• Gehäuse
• Ventilatoren
• Hauptfilter (HEPA-Filter, ULPA-Filter); optional Vorfilter

Grundsätzlicher Aufbau von Reinräumen

Jede Reinraumumgebung hat unterschiedliche Aufstellbedingungen und Anforderungen. Je nachdem kann die Lösung mit festen Wandelementen (Hardwall) oder Folienvorhängen (Softwall) ausgeführt sein und in unterschiedlichen Größen sowie Ausstattungen bestehen.

Aufbau Softwallkabine: PVC-Vorhänge schotten den lokalen Reinluftbereich gegen die Umgebungseinflüsse ab. Mehrere Lüfter-Filter-Module sichern die Versorgung mit „reiner“ Luft. Die Abluft kann einfach unter den Vorhängen aus dem Reinraum austreten.

Vorteile von Softwallkabinen:

• Individuelle Planung und Installation
• Einfache Integration von Arbeitsflächen, Regalen, Nassarbeitsstationen, separat gekapselter Inspektionsarbeitsplätze sowie Personen- und Materialschleusen
• Anpassungsmöglichkeit bei Expansion der Fertigungsfläche
• Zusätzliche Lüfter-Filter-Module können einfach eingebaut werden

Aufbau Hardwallkabine: Mit einer Hardwallkabine kann für einen bestimmten Prozess schnell eine reine Umgebung geschaffen werden. Standardisierte Segmente ermöglichen einen einfachen Aufbau von unterschiedlichen Kabinengrößen.

Vorteile von Hardwallkabinen:

• In allen Reinheitsklassen vorhanden
• Geeignet für den Einsatz in Fertigungsbereichen mit sehr engen Klimatoleranzen
• Präzise Untersuchung von Produkten bzw. Produktionsprozessen möglich

Vorteile eines modularen Reinraumsystems:

• Individuelle Planung und Installation
• Einfache Integration von Arbeitsflächen, Regalen, Nassarbeitsstationen, separat gekapselter Inspektionsarbeitsplätze sowie Personen- und Materialschleusen
• Anpassungsmöglichkeit bei Expansion der Fertigungsfläche
• Zusätzliche Lüfter-Filter-Module können einfach eingebaut werden

Vorteile einer reinen Arbeitszone:

• Prinzip des modularen Reinraums lässt sich auf Arbeitsbänke, einzelne Kabinen und Minienvironments übertragen
• Einzelmodule sind leicht zu verbinden und den Kundenanforderungen anzupassen
• Konsequente Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Platzes
• Sorgt für eine Verbesserung der Reinheitsklasse auch außerhalb der Arbeitsflächen

Die Reinraumtechnik in ihrer Gänze hat sich im Bereich der Wirtschaft enorm weiterentwickelt. Qualität und Kosten müssen im richtigen Verhältnis stehen. Der Vergleich zeigt, dass nicht immer ein konventioneller Reinraum notwendig ist.

Die modularen Reinraumsysteme erweisen sich gerade für kleine und mittelständische Unternehmen als geeignete Lösung, da sie hohe Flexibilität gewährleisten und die Möglichkeit zur Veränderung der Fertigungsbereiche bieten. Der Übergang zwischen modularen Reinraumsystemen und reinen Arbeitszonen ist dabei fließend.

• Lesen Sie hierzu den Blogbeitrag "Reinheitslösungen im Vergleich" oder sichern Sie sich gleich unser gratis Whitepaper "Modulare Reinraumlösungen".

Flexible Reinraumlösungen

Eine Reinraumlösung ist für Anwendungen in Forschung, Entwicklung und Produktion, die in besonders partikelarmer Umgebung stattfinden müssen, unabdingbar. Doch nicht immer besteht die beste Option in einem klassischen Reinraum. In diesem Zusammenhang ist vor allem die Wirtschaftlichkeit ein wichtiger Faktor. Gerade für mittelständische Unternehmen kann beispielsweise ein Mietreinraum infrage kommen, um die hohe Investition eines klassischen Reinraums zu umgehen. Außerdem bieten Mietreinräume ein hohes Maß an Flexibilität, um kurzfristig Lösungen für Auftragsspitzen, Mess- und Prüfaufgaben bereitzustellen.

Anforderungen an mobile mietbare Reinräume:

• Einfacher Auf- und Abbau
• Flexibel anpassbar
• Erfüllung höchster Ansprüche

Mehr erfahren Sie in unserem Blogbeitrag: „Nutzen und Anwendungsgebiete von mobilen Reinräumen“!

Sauberraum

Der Begriff Sauberraum wird für räumlich abgetrennte Bereiche verwendet, die in ihrer Luftreinheit besser als die umgebenden Bereiche sind, jedoch nicht zwingend Reinraumqualität aufweisen müssen. Zur Erreichung der benötigten Sauberkeit wurden spezielle Sauberraummodule entwickelt. Dank eines Feinstaubfilters werden grobe Partikel aus der Umgebungsluft gefiltert. Mit diesen Modulen wird ein höherer Luftdurchsatz erzielt und eine ausreichende Luftfiltration ermöglicht.

Mietreinraum

Ein Mietreinraum eignet sich perfekt für den vorübergehenden Reinraumbedarf. In kürzester Zeit in Ihrem Hause installiert, sorgt er für die richtigen Prozessbedingungen bei anspruchsvollen Fertigungs-, Mess- und Prüfaufgaben sowie zur Inbetriebnahme von Maschinen, deren Reinigung und der Verpackung von Produkten.

In diesem Video wird deutlich, wie einfach, schnell und unkompliziert es ist, einen Mietreinraum aufzubauen:

CleanTent/ Reinraumzelt

Mit einem transportablen Reinraumzelt (CleanTent) lässt sich besonders schnell und einfach eine kurzfristige Reinraumumgebung schaffen, um beispielsweise Service, Reparatur- und Wartungsarbeiten an empfindlichen Maschinen und Produkten durchzuführen.

Das CleanTent von COLANDIS wird im Inneren mittels zweier Lüfter-Filter-Module mit reiner Luft versorgt und kann somit eine Luftreinheitsklasse ISO 5 im Arbeitsbereich (ca. 1,2 x 0,6 m²) erreichen.

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 Zusammenfassung Reinraum

Jede Reinraumumgebung hat unterschiedliche Aufstellbedingungen und Anforderungen. Es gilt herauszufinden, welche die geeignete Lösung für den beschriebenen Prozess ist. Die Lösung kann in einem Hardwall- oder Softwall-Reinraum oder einer Sonderlösung liegen.

Wichtig für die Produktqualität ist aber nicht nur der Reinraum an sich, sondern auch das Verhalten des Personals, die fachgerechte Reinigung und kontinuierliche Messungen sowie eine erfolgreiche Qualifizierung und Requalifizierung des Reinraums.

Reinräume in der Fertigung

Das Ziel einer Null-Fehler-Produktion in reinheitsgerechter Fertigung kann nur erreicht werden, indem die gesamte Prozesskette betrachtet wird. In diesem Zusammenhang spielen auch die Einzelteilreinigung und die Reinigung kompletter Baugruppen und Maschinen eine enorme Rolle. Viele Branchen haben sich den positiven Einfluss von Reinräumen auf die Produktqualität in den vergangenen Jahren zunehmend zunutze gemacht. Automobilindustrie und Feinwerktechnik beispielsweise setzten in immer mehr Prozessschritten auf Reinraumbedingungen.
Unter reinheitsgerechter Fertigung fällt nicht ausschließlich die Fertigung unter Reinraumbedingungen. Natürlich stellt sich die Frage nach Reinraum oder Sauberraum zur Steigerung der Produktqualität bei jedem Prozessschritt. Häufig lassen sich aber schon durch konsequent definierte Abläufe die Qualität von Produkten schützen und Kosten einsparen.

Relevante Branchen

• Halbleitertechnik (zum Blogbeitrag)
• Lasertechnik (zum Blogbeitrag)
• Optik (zum Blogbeitrag)
• Luft- und Raumfahrt
• Nanotechnologie
• Lebensmittelindustrie
• Kunststoffspritzgießen (zum Whitepaper)

Unsere Sicht

"Zusammenfassend kann man also sagen, dass eine reine Umgebung in immer mehr Bereichen an Bedeutung gewinnt. Jedoch muss hierbei immer die komplette Prozesskette betrachtet werden. Im Endeffekt ist somit nicht immer ein kompletter Reinraum notwendig. Oft genügt es, auf kleinere, lokale Lösungen der Reinraumtechnik zurück zu greifen, denn „der beste Reinraum ist der, den man nicht braucht.“ (Zitat von Joachim Ludwig, COLANDIS GmbH)