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. Hier ist es 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 aber ein Reinraum, die Partikelanzahl so stark zu reduzieren? Wie funktioniert er eigentlich? Was ist bei der Gestaltung von Reinräumen wichtig? Und worauf kommt es beim Arbeiten im Reinraum an? Begleiten Sie uns jetzt auf einer Tour durch die Welt der reinen Produktion. Wir sind immer an Ihrer Seite: Auch in diesem Bereich ist der item Systembaukasten 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. Dabei muss der Raum so konstruiert, gebaut und betrieben werden, dass die Einschleppung, Entstehung und Ablagerung von Partikeln reduziert wird. 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 auch Parameter wie Temperatur sowie Luftfeuchtigkeit und -druck steuerbar sein. Auch dies dient dazu, in einem Raum standardisierte Bedingungen zu schaffen. Grundsätzlich werden Reinräume für die Arbeit in der Halbleiter- und Optikindustrie, Elektronik bzw. Optoelektronik, IT- und Prozessortechnik sowie vielen weiteren Branchen eingesetzt. Hierzu gehören unter anderem der Automotive-Bereich sowie die Lebensmittel- und pharmazeutische Industrie. Aber auch die Luft- und Raumfahrttechnik setzt auf Reinraumtechnik. Mit Reinräumen sind jedoch nicht zwangsläufig abgeschlossene Räume gemeint, die man betreten kann. Es kann sich ebenfalls um kleine Prozessumhausungen mit reinen Bedingungen handeln. Solche speziellen Lösungen sind auch als „Mini-Environments“ bekannt.

Die GMP-Klassen A bis D orientieren sich bei den Grenzwerten für luftgetragene Partikel an den Reinraumklassen ISO 1 bis 9.

Die Rahmenbedingungen der jeweiligen Produktion geben die weiteren Schritte vor. Es geht jetzt darum, welche Reinraumklasse Sie benötigen. Darin sind die Anforderungen für spezifische Prozesse im Reinraum festgehalten. Reinraumklassen werden in zwei verschiedenen Regelwerken definiert: ISO 14644-1 und GMP-Richtlinie. Das sind auch 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. Hierzu zählen die Halbleiterfertigung sowie die Kunststoff- und Automobilindustrie. Im Gegensatz dazu nimmt die GMP-Richtlinie auch die Belastung durch Mikroorganismen in den Blick. Sie ist daher 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 ISO 1 bis 9.

Bedeutung der Luftströme im Reinraum

Prinzipiell basiert ein Reinraum auf folgendem Prinzip: 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

Für unterschiedliche Anforderungen gibt es den passenden Reinraum. Eine Filter-Fan-Unit (FFU) ist über einem einzelnen Reinraum-Arbeitsplatz angebracht. Sie erzeugt darin eine turbulenzarme (= laminare) Strömung. Damit drängt sie die Partikel innerhalb des Reinraums direkt nach unten. Dort können die Teilchen bodennah entweichen. Sie können auch Maschinen 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. Falls Ihre Produkte unter besonders reinen Bedingungen hergestellt werden sollen, können Sie Reinräume gemäß eines Raum-in-Raum-Konzepts realisieren.

Reinräume optimal gestalten: Komponenten für Wände und Decken

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 (Lamellenvorhängen) 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 unzählige 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.

Raumluft 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 HEPA H14. In anderen Worten: Von 100.000 Teilchen in der Luft kommen nur maximal 5 Teilchen durch. Der Vorfilter hält gröbere Partikel auf. 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
• So wenig offene Nuten wie nötig
• Leicht zu reinigen
• Widerstandsfähigkeit gegen Reinigungsmittel

Ob Laminar Flow Boxen, ergonomische Reinraum-Arbeitsplätze, Prozess- und Teilumhausungen oder begehbare Kabinen und Einhausungen: 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. Eine solche Qualifizierung ist ein längerer Vorgang – und ein Zertifikat ein Dokument, das die erfolgreiche Qualifizierung bescheinigt. 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.

Sie können die Laminar Flow Box auch 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, laminare 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 %.

Verhaltensregeln für das Arbeiten im Reinraum

Es kommt jedoch 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. Deshalb gibt es für Reinräume besonders hohe Anforderungen und eigene Verhaltensregeln für Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Je nach Anforderung der Reinraumklasse muss bei der Arbeit Schutzkleidung getragen werden. Dazu gehören beispielsweise Handschuhe, Mundschutz, Barett- oder Vollschutzhauben, Overalls und Überstiefel. Neben der Reinraumkleidung ist auch das individuelle Verhalten im Reinraum entscheidend. Grundsätzlich sollte in Reinräumen nur Fachpersonal arbeiten, das entsprechend geschult ist. Hektische Bewegungen bei der Arbeit sind ein Risikofaktor, der zunächst überraschen mag. Hierbei werden jedoch vergleichsweise viele Partikel abgegeben und aufgewirbelt. Deshalb sollten sich die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter an diesem Arbeitsplatz langsam bewegen.

Eine einzige Person genügt – und der Raum ist voller Partikel.

Zusätzlich sollten Sie die Anzahl der Personen im Reinraum so gering wie möglich halten. Auch dadurch werden weniger Partikel in die Luft abgegeben. Das Mitbringen und der Verzehr von Speisen und Getränken ist durch die Verhaltensregeln ebenfalls untersagt. Auch 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 Oberflächen am Arbeitsplatz absetzen können. Sicher ist sicher: Wenn sich Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter krank fühlen, sollten sie Reinräume auch mit Schutzkleidung nicht betreten. Niesen oder Husten kann verheerende Folgen haben – und den Reinraum entsprechend kontaminieren. Hier zeigt sich eine weitere Parallele zu ESD: Auch im Reinraum ist es die Kombination von Ausstattung und Verhalten, die zum Erfolg führt. Es freut uns, wenn wir bei beidem Unterstützung leisten können: Mit unserem modularen Baukasten-Prinzip und unserem Wissen, das wir gerne teilen.

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