Reinraum: Definition, Gestaltung und Arbeiten im Reinraum

Grundlagen, Tipps für die Konstruktion, Komponenten und Musterlösungen: Entdecken Sie Reinraumtechnik mit item.

Ein Staubpartikel mit der Größe von 0,5 µm ist mit bloßem Auge nicht sichtbar. Die Abkürzung „µm“ steht für Mikrometer, also ein tausendstel Millimeter. Zum Vergleich: Menschliches Haar hat einen Durchmesser von 40 bis 120 µm. Lassen Sie sich aber von unscheinbaren Staubpartikeln nicht täuschen. Im Alltag sind sie zwar ungefährlich. Doch in hygienesensiblen Branchen und bei der Herstellung entsprechender Produkte können sie verheerende Folgen haben. Es ist ähnlich wie beim Schutz vor elektrostatischen Entladungen (ESD): Mit speziellen Lösungen muss der unsichtbaren Gefahr ein Riegel vorgeschoben werden. In diesem Fall gibt es dafür Reinräume.

Beispielsweise sind laut Reinraumklasse ISO 5 pro Kubikmeter nur maximal 3.520 Partikel der Größe 0,5 µm erlaubt. In einem Wohnzimmer befinden sich bis zu 35 Millionen Partikel pro Kubikmeter. Wie schafft es ein Reinraum, die Partikelanzahl so stark zu reduzieren? Wie funktioniert er eigentlich? Wann wird ein Reinraum eingesetzt? Welche Anforderungen gilt es bei einem Reinraum zu erfüllen? Warum gibt es verschiedene Reinraumklassen? Und worauf kommt es beim Arbeiten im Reinraum an? Begleiten Sie uns jetzt auf einer Tour durch die Produktion im Reinraum. Wir sind immer an Ihrer Seite: Der item Systembaukasten ist ein Garant für individuelle und flexible Lösungen.

Was ist ein Reinraum? Definition einfach erklärt

Laut ISO 14644-1:2015 ist ein Reinraum ein Raum, in dem die Anzahl luftgetragener Teilchen auf einem definierten, niedrigen Level gehalten wird. Er kommt in Forschung und Industrie zum Einsatz. Konstruktion, Bau und Betrieb von Reinräumen haben folgendes Ziel: die Reduzierung der Einschleppung, Entstehung und Ablagerung von Partikeln. Diese Bedingungen müssen im laufenden Betrieb stets überprüft werden. Ein Reinraum ist notwendig, wenn Produkte und Prozesse Schutz vor Verunreinigungen benötigen. Dabei müssen Sie bestimmte Schwellenwerte einhalten. In einer solchen kontrollierten Umgebung können Sie die Luft gezielt reinigen. Teilweise müssen Parameter wie Temperatur sowie Luftfeuchtigkeit und -druck steuerbar sein. Dies trägt seinen Teil dazu bei, in einem Raum standardisierte Bedingungen zu schaffen.

Kleine Prozessumhausungen mit reinen Bedingungen sind als „Mini-Environments“ bekannt.

Begehbare Reinräume sind die bekanntesten Beispiele für den Reinraumbau. Doch mit Reinräumen sind nicht zwangsläufig abgeschlossene Räume gemeint, die man betreten kann. Es kann sich ebenfalls um kleine Prozessumhausungen mit reinen Bedingungen handeln. Solche speziellen Lösungen sind als „Mini-Environments“ bekannt. Zahlreiche Branchen nutzen Reinräume. Grundsätzlich werden sie für die Arbeit in der Halbleiter– und Optikindustrie, Elektronik bzw. Optoelektronik, IT- und Prozessortechnik sowie in vielen weiteren Branchen eingesetzt. Hierzu gehören unter anderem der Automotive-Bereich sowie die Lebensmittel- und pharmazeutische Industrie. Die Luft- und Raumfahrtindustrie setzt ebenfalls auf Reinraumtechnik.

Welche Reinraumklassen gibt es bei ISO und GMP? Für welche Branchen gelten sie?

Reinraumklassen werden in zwei verschiedenen Regelwerken definiert: DIN EN ISO 14644-1 und GMP-Richtlinie. Es handelt sich um die zentralen Regelwerke für die Reinraumtechnik. Zusätzlich müssen Sie weitere Normen und Vorgaben beachten, die teilweise branchenspezifisch sind. Die ISO-Norm 14644-1 fokussiert sich auf die Vermeidung von Partikelbelastung in der Raumluft. Somit ist sie für technische Branchen relevant. Dazu zählen die Halbleiterfertigung sowie die Kunststoff- und Automobilindustrie. Die GMP-Richtlinie nimmt zusätzlich die Belastung durch Mikroorganismen in den Blick. Sie ist das Regelwerk für Reinräume in der pharmazeutischen Industrie und Medizintechnik sowie für eine sterile Produktion. Die GMP-Klassen A bis D orientieren sich bei den Grenzwerten für luftgetragene Partikel an den Reinraumklassen der ISO 14644-1.

Wie funktioniert ein Reinraum?

Prinzipiell funktioniert ein Reinraum folgendermaßen: In einer dafür vorgesehenen Umgebung entsteht Überdruck (Schutz des Produkts) oder Unterdruck (Schutz der Umgebung). Im Überdruckbetrieb führt man dem Raum üblicherweise von oben gefilterte und damit saubere Luft zu. Je nach Anforderung an den Reinraum kann eine turbulenzarme Verdrängungsströmung oder eine turbulente Verdünnungs- oder Mischströmung eingesetzt werden. Bei der turbulenzarmen Verdrängungsströmung beziehungsweise Laminarströmung wird die Luft mit Filter-Ventilator-Einheiten möglichst laminar über die gesamte Deckenfläche in den Raum eingebracht. Dadurch wird die bereits im Raum vorhandene Luft nach unten gedrängt und verlässt den Raum bodennah. Hiermit wird gezielt verhindert, dass Abrieb oder Feinstäube aufgewirbelt werden. Das würde sensible Arbeitsbereiche des Reinraums schädigen. Bei der turbulenten Verdünnungs- oder Mischströmung hingegen wird die gefilterte Luft zum Beispiel durch ein Drallblech turbulent, also verwirbelnd in den Reinraum geleitet. Auf diese Weise erzeugt sie eine kontinuierliche Verdünnung der Partikelkonzentration. Dadurch muss nicht die komplette Decke mit Filter-Ventilator-Einheiten belegt werden.

Verschiedene Arten von Reinräumen: So kann ein Reinraum aufgebaut sein

Für unterschiedliche Anforderungen gibt es den passenden Reinraum. Eine Filter-Fan-Unit (FFU) ist über einem einzelnen Reinraum-Arbeitsplatz angebracht. Dies gilt für alle anderen Reinraum-Lösungen ebenfalls. Die FFU erzeugt darin eine turbulenzarme (= laminare) Strömung. Damit drängt sie die Partikel innerhalb des Reinraums direkt nach unten. Dort können die Teilchen bodennah entweichen. Sogar Maschinen lassen sich vollständig oder teilweise als Reinraum auslegen. Mit einer reinen Prozesseinhausung halten Sie den Reinraum so klein wie möglich. Entsprechend findet hier nur der sensible Prozess unter Reinraumbedingungen statt. Dadurch wird der Aufwand für Luftreinigung und -überwachung bestmöglich reduziert. Eine Teilumhausung erlaubt mehr Flexibilität, während eine komplette Einhausung eine reinere Umgebungsluft ermöglicht. Begehbare Reinräume bieten großen Bewegungsspielraum in einer kontrollierten Produktions- und Arbeitsumgebung. Falls Ihre Produkte unter besonders reinen Bedingungen hergestellt werden sollen, können Sie Reinräume gemäß einem Raum-in-Raum-Konzept realisieren.

Reinräume optimal gestalten: Komponenten für Wände und Decken eines Reinraums

Die individuelle Anforderung entscheidet über die benötigten Komponenten. Häufig genügen für eine Reinraumproduktion schon einfache Elemente. Hierzu gehören beispielsweise Deckenkonstruktionen sowie Wand– und Seitenelemente. Wählen Sie bei Letzteren zwischen einer Softwall (Lamellenvorhänge für Reinraumzelte) und einer Hardwall (Flächenelemente). Als Basis für Wände und Decken in der Reinraumproduktion steht Ihnen das Einfasssystem X 8 zur Verfügung. Flächenbündige und leicht zu reinigende Übergänge sowie der modulare Aufbau machen es möglich: Sie können das Einfasssystem X 8 überall dort nutzen, wo es auf einen sauberen Abschluss zur Umgebung ankommt. Für Flächen in Sandwichbauweise eignet sich das Verbundmaterial HPL 36mm. Die Bezeichnung „HPL“ (High Pressure Laminate) ist Programm: Bei der Herstellung werden zahlreiche Lagen Papier bzw. Zellulosefaserstoff unter Hochdruck mit Bindemitteln auf Harzbasis verpresst. HPL-Platten sind glatt, leicht zu reinigen und gegenüber Reinigungsmitteln widerstandsfähig. Flächen werden zwischen den Profilen X oder XMS vollständig und ohne Bearbeitung eingefasst. Perfektes Zusammenspiel: Mit dem Profil X 8 240×40 1NO leicht, der Deckenleiste X 8 und dem Verbundmaterial HPL 36mm realisieren Sie vollständig begehbare Reinraumdecken.

Raumluft mit geringer Partikelkonzentration für eine reine Arbeits- und Prozessumgebung

Eine Filter-Fan-Unit (FFU) wird für die Reinigung der Raumluft benötigt. Vor- und Hauptfilter bilden mit dem FFU-Gehäuse eine Einheit. Unsere Filter-Fan-Unit entfernt 99,995 % aller Partikel aus der Raumluft – dank ihres Hauptfilters der HEPA-Klasse 14. In anderen Worten: Von 100.000 Teilchen in der Luft kommen nur maximal 5 Teilchen durch. Der Vorfilter hält gröbere Partikel auf. Reinraumtechnik gewährleistet so die Reinheit der Luft. Das FFU Gehäuse 1200×600 dient als Basis für die Filter-Fan-Unit. Ihr Herzstück ist ein Ventilator, der im oberen Bereich Luft ansaugt. Luft wird gezielt durch das schallgedämmte Gehäuse zum Hauptfilter gelenkt. Eine nahezu umgebungsunabhängige Luftqualität erreichen Sie, indem Sie Ihre Lösungen von item mit integrierten Rückführungskanälen ausstatten. Außerdem erhöhen Sie so die Standzeit des Filters.

Ob feststehend oder mobil: Bei einem Basisgestell sollten Sie auf unsere reinraumtauglichen Aluminiumprofile X oder XMS setzen. Deren Eigenschaften:

• Kleiner Kantenradius
• Saubere Übergänge
• Keine Schmutzablagerungen
• Flexibilität bei der Öffnung der Nuten (auch nachträglich)

Von Laminar Flow Boxen und ergonomischen Reinraum-Arbeitsplätzen über Prozess- und Teilumhausungen bis hin zu begehbaren Reinräumen: Mit unseren Komponenten gestalten Sie maßgeschneiderte Lösungen für die Arbeit im Reinraum. Qualifizierte Partner aus unserem Netzwerk sowie unser Vertrieb Kundenlösungen unterstützen Sie gerne dabei.

Modulare Lösungen für die Reinraumtechnik

Im item Online Shop finden Sie verschiedene Musterlösungen für Reinraum-Anwendungen. Dank kompletter CAD-Daten und Stücklisten können Sie die Musterlösungen direkt bestellen. Mit der Laminar Flow Box mit höhenverstellbarem Arbeitstisch produzieren Sie effizient und ergonomisch an einem Arbeitsplatz unter Reinraumbedingungen. Die Lösung ist generell bis zur ISO-Klasse 5 qualifizierbar. Die ISO-Klassen werden durch weitere Faktoren (wie die Strömungsart oder die Geschlossenheit der Kabine) beeinflusst. Der individuelle Aufbau entscheidend also. Ein rostfreies Lochblech als Arbeitsfläche sorgt dafür, dass die turbulenzarme Verdrängungsströmung der Flow Box ohne Verwirbelung abgeleitet wird. Ergänzen Sie im Arbeitsbereich bei Bedarf Schwenkarme zur Material- und Werkzeugbereitstellung aus dem item Arbeitsplatzsystem.

Die Maschinenkabine mit Filter-Fan-Unit und Luftrückführung basiert auf Profilen XMS. Profitieren Sie von integrierten Kabelkanälen und reinigungsfreundlichen, geschlossenen Oberflächen.

Alternativ können Sie die Laminar Flow Box als Tischaufsatz nutzen: Diese Laminar Flow Box bietet Ihnen eine variable Raumnutzung für einen Arbeitstisch in individueller Größe. Gestalten Sie die Haube inklusive Filter-Fan-Unit als flexiblen Aufsatz. Sie kommt nur bei akutem Bedarf in der Produktion zum Einsatz. Genau wie die Arbeitsöffnung kann sie exakt auf den Produktionsprozess abgestimmt werden. Die Maschinenkabine mit Filter-Fan-Unit und Luftrückführung basiert auf Profilen XMS. Profitieren Sie von integrierten Kabelkanälen und reinigungsfreundlichen, geschlossenen Oberflächen. Durch die Filter-Fan-Unit wird eine hochreine, gleichmäßige Verdrängungsströmung erzeugt. Sie durchströmt den Arbeitsbereich und gelangt über ein Lochblech in die untere Ebene. Dort wird sie über die Rückwand zurück zu den FFUs geführt. Dank dieser reinen Umgebung ist die Lösung für die Reinraumklasse ISO 2 qualifizierbar.

Maschinenkabine mit Filter-Fan-Unit (FFU) und Luftrückführung: Der Partikel-Abscheidegrad der FFU beträgt 99,995 %.

Das ist Standard: Kleidung und Verhaltensregeln im Reinraum

Was Sie ebenfalls über Reinräume wissen müssen: Es kommt nicht nur darauf an, einen sicheren Arbeitsplatz einzurichten. Der Mensch ist eine der größten Kontaminationsquellen im Reinraum: Allein die Atemluft sowie Partikel an Kleidung und Haut verursachen bis zu 40 % der Verunreinigungen. Je nach Anforderung der Reinraumklasse muss bei der Arbeit Schutzkleidung getragen werden. Dazu gehören beispielsweise Overalls, Handschuhe, Mundschutz, Kopfhauben und Überzieher für die Schuhe. Die Reinraumkleidung ist jeweils auf die Anforderungen der Reinraumklasse abgestimmt. Zudem ist das individuelle Verhalten im Reinraum entscheidend. Grundsätzlich sollte in Reinräumen nur Fachpersonal arbeiten, das entsprechend geschult ist. Lebensmittel und Getränke sind hier streng verboten. Hektische Bewegungen bei der Arbeit sind ein Risikofaktor, der zunächst überraschen mag. Hierbei werden vergleichsweise viele Partikel abgegeben und aufgewirbelt. Deshalb sollten sich die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter an diesem Arbeitsplatz langsam bewegen.

Eine einzige Person sorgt dafür, dass die Anzahl luftgetragener Partikel massiv steigt.

Zusätzlich sollten Sie die Anzahl der Personen im Reinraum so gering wie möglich halten. Dadurch werden weniger Partikel in die Luft abgegeben. Das Mitbringen und der Verzehr von Speisen und Getränken sind durch die Verhaltensregeln ebenfalls untersagt. Schmuck und sonstige persönliche Gegenstände sind in einem Reinraum Tabu. Selbst Make-up ist im Innern eines Reinraums nicht erlaubt. Es enthält Partikel, die sich auf oder in Produkten absetzen können. Sicher ist sicher: Wenn sich Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter krank fühlen, sollten sie Reinräume sogar mit Schutzkleidung nicht betreten. Niesen oder Husten können verheerende Folgen haben – und den Reinraum entsprechend kontaminieren. Hier zeigt sich eine weitere Parallele zu ESD: Im Reinraum führt ebenfalls die Kombination von Ausstattung und Verhalten zum Erfolg. Es freut uns, wenn wir bei beidem Unterstützung leisten können: Mit unserem modularen Baukasten-Prinzip und unserem Wissen, das wir gerne teilen.

Noch mehr zu Reinraumtechnik und Arbeit im Reinraum

Jetzt wissen Sie, wann ein Reinraum erforderlich ist und wie die Anzahl luftgetragener Partikel reduziert wird. In unseren weiteren Blogbeiträgen lernen Sie viele weitere Themen kennen, die mit Reinraumtechnik zu tun haben:

• Reinraumproduktion: Modulare und flexible Lösungen
• Reinraumklassen: DIN EN ISO 14644-1 und GMP im Fokus
• Reinraumtechnik: Modular, effizient, ergonomisch
• Reinraum für die Chip-Herstellung: Anforderungen verstehen
• Reinraumzelt: Die besonders flexible Reinraum-Lösung
• Reinraum im Reinraum – neue Arbeitsbereiche für SwissOptic

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