Reinraumanlagen Haben Sie im Reinraum alles unter Kontrolle?

Höchste Prozesssicherheit und hohe Anforderungen an die Hygiene – die Automatisierung in Reinräumen nimmt zu, allerdings steigen damit auch die Ansprüche an Hard- und Software.

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Da der Mensch selbst mit Schutzbekleidung noch ein hohes Maß an Partikel abgibt und somit Kontaminationsquelle Nummer eins ist, geht der Trend klar zu vermehrter Automatisierung im Reinraum. Insbesondere bei Reinraumklassen reiner als ISO 5 werden die Abläufe meist vollautomatisch durchgeführt.

„Einsparung von Lohnkosten sowie eine leichtere und bessere Einhaltung der hohen Reinraumgüte bei der Produktion immer kleinerer und empfindlicherer Produkte“, nennt Günther Schilling, Geschäftsführer bei Schilling Engineering, weitere Gründe.

Die Herausforderung: Während der Produktion sind so gut wie keine Eingriffe an den Maschinen mehr möglich und die Maschinen selbst dürfen keine Partikel in den Reinraum hineintragen.

„Die automatisierten Anlagen müssen über eine Ausfallsicherheit von mehr als 99,9 % verfügen, besitzen leicht zu reinigende, verschleißarme Materialien und weisen äußerst geringe Luftleckagen in den Ein- und Ausschleuseübergängen auf. Das wiederum impliziert, dass es kaum Standardprodukte gibt“, so die Erfahrung von Schilling.

Unterschiede im Status quo

Dabei gibt es durchaus unterschiedliche Philosophien, wie weit man die Automatisierung vorantreibt. Matthias Alber, Briem Steuerungstechnik, beobachtet zunehmend, dass die Schere bei den Projekten immer weiter auseinander geht.

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„Auf der einen Seite gibt es die qualitätsbewussten Anwender, in deren Anlagen Lösungen realisiert werden, die über die heutigen Bedürfnisse hinausgehen und langfristig zukunftsfähig sind. Auf der anderen Seite gibt es aber auch Minimallösungen, die die Anforderungen im besten Fall gerade so erfüllen und nur Kosten getrieben sind.“

In der Konsequenz ist auch die Ausstattung unterschiedlich: „Man findet Systeme mit Digitalanzeigen an jeder Messstelle, teilweise aber auch Ampeln mit oder ohne akustischen Alarm oder auch zentrale Touchdisplays, die die Informationen aus einem Bereich zusammengefasst darstellen.“ Selbstverständlich stellt jeder Anwender auch seine eigenen Anforderungen an die Funktionalität einer Software. „Nicht für jeden Betreiber ist ein Auswertemodul für MKT (Mean Kinetic Temperature) relevant. Umso wichtiger ist es bereits in der Planungsphase den tatsächlichen Bedarf des jeweiligen Nutzers so genau wie möglich zu ermitteln.“

Bei der Ausrüstung mit Automatisierungssystemen tendieren kleinere Unternehmen eher noch zu klassischen PC-Lösungen, während größere Pharmazeuten mehr und mehr Client-Systeme einsetzen. So ist zumindest die Erfahrung von Andreas König, Geschäftsführer bei Systec & Solutions in Karlsruhe. „Wir stellen grundsätzlich fest, dass Remote-Lösungen stark nachgefragt werden. Bei Remote-Lösungen werden die klassischen KVM-Lösungen von Thin-Clients mehr und mehr verdrängt“, so König. „Mit den sogenannten Ultra-Thin-Clients sind meist fortschrittliche und kostengünstigere Lösungen als mit normalen Windows-Clients möglich, da diese keine Festplatte und kein Windows-Betriebssystem benötigen. Sie sind also sehr sicher.“

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So wird der Monitor mit integriertem Ultra-Thin-Client mit wenigen Klicks über die IP-Adresse durch ein Ethernet-Kabel mit dem Server oder einem stationären PC verbunden. Größter Vorteil ist sicherlich, dass diese zentral administriert werden können, so dass der IT-Mitarbeiter zur Wartung nicht in den Reinraum muss.

Hardware für den Reinraum

Bei IT-Komponenten im Reinraum kommen in der Regel komplett in Edelstahl gekapselte Monitore oder Industrie PCs und ggfs. Tastaturen zum Einsatz. Dabei sollten sie IP65 erfüllen, gegen die verwendeten Reinigungsmittel beständig sein, keine Öffnungen und möglichst keine Spalten haben, so dass sich kein Schmutz, Bakterien etc. darin absetzen können.

„Normale Monitore, Industrie-PCs und Tastaturen mit Kunststoffgehäusen sind für Reinräume nicht geeignet; genauso wie Aluminiumgehäuse, da diese korrodieren können“, erklärt König, der zudem empfiehlt: „Man sollte bei der Auswahl des Systems frühzeitig die Anbringung und Montage der Systeme beachten. Die in Edelstahl gehausten Systeme sind relativ schwer. Die Integration der IT-Systeme sollte daher entsprechend geplant werden, so dass die Reinraumwand die Geräte aufnehmen kann.“

Laut König interessieren sich immer mehr Kunden für größere Bediengeräte mit Multi-Touch, setzen dennoch aber auf Grund der Ergonomie-Vorteile weiterhin Tastaturen ein. „Auf Grund der guten Bedienbarkeit mit Reinraum-Gummihandschuhen sowie der besseren Reinigbarkeit setzen immer mehr Kunden in Edelstahl gehauste Glastasturen ein und verdrängen mehr und mehr die klassische Membran-Folientastatur“, so König.

Tastaturen mit Hub-Tasten oder der Trackball sind für Reinräume inzwischen ein No-Go und quasi vom Markt verschwunden.

Zugriff von überall

Der Betrieb eines Reinraumsystems erfordert die ständige Kontrolle und Aufzeichnung festgelegter Sollwerte, die genaue Einstellung und Abstimmung aller Komponenten der Reinraum- und Klimatechnik und vor allen Dingen eine sofortige Anzeige und Behebung von Störungen.

Bei den Reinraumanlagen von Schilling Engineering werden beispielsweise Steuerung, Kontrolle und ISO-Monitoring über das eigenentwickelte Reinraum-Control-System CR Control ausgeführt, das auch ortsunabhängig per Tablet oder Smartphone gesteuert werden kann.

Sämtliche Reinraum-Parameter inklusive der Klimatechnik werden über einen zentralen Monitor eingestellt und kontrolliert, zudem können auch bauseitige Prozessmaschinen in das Kontrollsystem integriert werden.

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Den Trend zur ortsunabhängigen Darstellung von Messwerten stellen alle Unternehmen fest und haben sich dementsprechend darauf eingerichtet. „Wir haben diesem Trend durch eine Tablet-/Smartphone-taugliche Version Rechnung getragen“, so Alber.

Außerdem hat das Unternehmen ein neues Grafik-Display entwickelt, mit dem verschiedene Messwerte gesammelt dargestellt werden können. So können sich die Mitarbeiter die für sie relevanten Informationen an einem zentralen Punkt abholen.

Eine web-basierte Anwendungen der Monitoring Software, damit ein einfacher Zugriff von überall möglich ist, natürlich unter Einhaltung der Zugriffsrechte, ist auch nach Meinung von Peter Leeb, Leitung Beratung und Verkauf bei Elpro Messtechnik, heute Standard.

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Mit Elpro Monitor erhält der Benutzer die vollständige Kontrolle über die in den Laboren, Reinräumen, Biobanken und anderen vernetzten Ausrüstungen überwachten Parameter wie z.B. Temperatur und Feuchtigkeit. Das System läuft auf dem Server des Betreibers, muss also nicht auf Einzel-PCs installiert werden. Das Sensor basierte System kann alle Anlagen und Geräte einzeln überwachen und analysieren. Dabei wird jede Anlage einer bestimmten Benutzergruppe zugeordnet und reagiert nach benutzerspezifischen Alarmpräferenzen.

König hat allerdings die Erfahrung gemacht, dass das Handling von Tablets im Reinraum seine Tücken hat. „Viele Anwender kommen mit den kleinen Bedienoberflächen in der Produktion nicht zurecht und auch die Zuverlässigkeit der Systeme stresst so manche IT-Abteilung. Die Unternehmen setzten vermehrt 16:9 Formate und Bildschirmgrößen von 21,5“ oder größer ein“, berichtet König. Die Lösung aus seinem Unternehmen sind Trolleys. Dabei handelt es sich um komplett aus Edelstahl gefertigte energieautarke mobile IT-Plattformen, auf denen die Bediengeräte montiert sind. Sie ermöglichen den batteriebetriebenen Betrieb von bis zu zwei Schichten und arbeiten kabellos.

Bei der Software, insbesondere bei Monitoring-Systemen, wachsen die Anforderungen ebenfalls. Alber hat die Erfahrung gemacht, dass besonders die ganzheitliche Betrachtung, also vom Lastenheft (URS) bis hin zur jährlichen Wartung, wichtig ist: „Es genügt nicht, nur ein Messgerät autark zu betrachten, sondern der gesamte Prozess, von der Planung über den gesamten Lebenszyklus der Anlage, muss in den Blickpunkt gerückt werden.“

Dabei zähle die globale Kosten-/Nutzenrelation, wie Alber an einem Beispiel erläutert: „Wenn wir, um kurzfristig Kosten zu sparen, einen Sensor mit einer geringeren Messgenauigkeit wählen, kann dies unseren Gesamtnutzen in Gefahr bringen, da durch den Sensor eine exakte Messung nicht mehr gewährleistet ist. Hier haben teilweise kleine Änderungen sehr große Auswirkungen auf das Gesamtergebnis.“

Man müsse sich frühzeitig mit den Prozessen, die in Verbindung mit dem Monitoringsystem stehen, auseinander setzen. Beispiel Reporting: Je klarer bereits bei der Auswahl ist, welche Reports benötigt werden, desto präziser kann dies im Auswahlprozess umgesetzt und auch Kosten gespart werden.

Für Leeb beginnt die Herausforderung für eine perfekte Installation schon weit davor. „Das beginnt bei der Aufnahme der Kundenbedürfnisse, über ehrliche und faire Beratung, die detaillierte Projektierung bis zur ordentlichen Dokumentation aller wesentlichen Punkte.“

Dabei müssen Verantwortlichkeiten geklärt und abgesprochen werden. Wesentlicher Punkt dabei ist das Alarmierungskonzept bei Abweichungen. Wo liegen die Warn- und Alarmgrenzen? Wie und wer wird alarmiert? „Sind solche Dinge im Vorfeld geklärt, ist die eigentliche Installation die wesentlich kleinere Herausforderung“, so Leeb.

Um Überraschungen zu vermeiden, muss daher die Kommunikation stimmen und zwar nicht nur zwischen den Technologien, auch zwischen Projektbeteiligten und den unterschiedlichen Gewerken sowie Fachabteilungen. Werden Herstellung, Qualitätssicherung, IT und Gebäudetechnik frühzeitig involviert, lassen sich Wünsche und Anforderungen besser umsetzen.

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Praxisbeispiel: Vollautomatische Einschleusung in den Reinraum

Dass man bei einer Automatisierung von Reinraumanlagen auch mechanische Komponenten,wie Einhausung und Förderbänder, berücksichtigen muss, zeigt beispielhaft das System Clean Medi Cell von Schilling Engineering, welches bei der Produktion von pharmazeutischen Verpackungen oder Medizinalbauteilen aus Kunststoff eingesetzt wird.

Jede Spritzgieß- oder Spritzblasmaschine erhält eine eigene Laminarflow-Einhausung, die die Partikelemission deutlich reduziert und an den Außenwänden des Reinraums angedockt wird.

Die produzierten Kunststoffteile werden vollautomatisch über gekapselte Förderbänder in den Reinraum eingeschleust, in dem die finale Prüfung und die Beutelverpackung stattfindet. Die verpackten Produkte werden über Materialschleusen mit aktiver Spülung ausgeschleust.

Vollautomatische Förderbänder und Hubtüren sorgen für geringe Luftleckagen und ein mannloses Handling.

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