Montage van laser-assemblages in de cleanroom

Al in 2012 richteten de lasertechnologie-experts van TRUMPF Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG op de locatie Ditzingen een cleanroominstallatie in, waarin in flowboxen bewerkingsoptieken en laserstraalgeleidingsmodules van klasse ISO 5 worden gemonteerd. (Bron: Nerling Systemräume GmbH)

Al in 2012 richtten de lasertechnologie-experts van TRUMPF Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG op de locatie Ditzingen een cleanroom-installatie in, waarin in flowboxen bewerkingsoptieken en laserstraalgeleidingsmodules van klasse ISO 5 worden gemonteerd. (Bron: Nerling Systemräume GmbH)

Om de hoge zuiverheidsklasse in de flowboxen mogelijk te maken en alle componenten zo stofvrij mogelijk te houden, moet ook buiten de boxen, in de cleanroomcabine, een vergelijkbare zuiverheidsklasse worden gehandhaafd. De cleanroom heeft daarom klasse ISO 8 en beschikt over een extra montagegebied van klasse ISO 7. (Bron: Nerling Systemräume GmbH)

Het volledige wand- en plafondsysteem dat bij TRUMPF werd gebruikt, is vrijstaand. Bovendien is de kamerverdeling modulair opgebouwd en daardoor zowel eenvoudig uit te breiden als te demonteren. (Bron: Nerling Systemräume GmbH)

Voor de montage ligt een 7-zone ultrasoonreinigingsinstallatie die het gereinigde materiaal rechtstreeks naar de montageruimte transporteert en is geïntegreerd in de cleanroom. Deze installatie is gelijktijdig met de cleanroom aangeschaft en moest in de planning worden geïntegreerd. (Bron: Nerling Systemräume GmbH)

Voor de montage ligt een 7-zone ultrasoonreinigingsinstallatie die het gereinigde materiaal rechtstreeks naar de montageruimte transporteert en is geïntegreerd in de cleanroom. Deze werd gelijktijdig met de cleanroom aangeschaft en moest in de planning worden opgenomen. (Bron: Nerling Systemräume GmbH)

Nerling heeft een ophangkragaanlage geïnstalleerd met een draagvermogen van 250 kg, waarbij twee steunpunten volledig achter de wand van de cleanroom konden worden verborgen. De andere twee bevinden zich achter een staalplaatbekleding in de hoeken van de ruimte. (Bron: Nerling Systemräume GmbH)

"Omdat de bedrijfsontwikkeling bij TRUMPF zeer dynamisch is, wilden we vanaf het begin een flexibele cleanroominstallatie hebben," legt Dipl.-Ing. Frank Schaffert uit, groepsleider PE Optiek bij TRUMPF Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG. "Je moet de installatie indien nodig kunnen aanpassen of zelfs op een andere locatie kunnen verplaatsen." (Bron: TRUMPF Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG)

"Ook de luchtcirculatie-onderdeelklimatisering is gebaseerd op een modulair concept. Dit heeft een bijkomend fundamenteel voordeel: als één van de apparaten uitvalt, blijven alle andere probleemloos doorgaan," aldus Jan Kürbis, projectmanager cleanroomtechniek bij Nerling Systemräume GmbH. (Bron: Nerling Systemräume GmbH)

Bij de montage van componenten voor hoogvermogenlasers moeten in de ruimtes de hoogste eisen aan de technische netheid worden nageleefd. In 2012 liet TRUMPF daarom op het hoofdkantoor in Ditzingen een ISO 8-zuiverruimte installeren. De door Nerling Systemräume GmbH ingehuurde cleanroombouwers ontwierpen deze volgens een modulair concept; de installatie kan nu bijzonder flexibel worden gebruikt, indien nodig worden omgebouwd en zelfs naar een andere locatie worden verplaatst. De gehele installatie is bovendien vrijstaand, zodat de trillingen van de stansmachines in het bovenliggende verdiepingsgebouw niet worden doorgegeven. Daarnaast werd, ondanks een ruwe plafondhoogte van ongeveer 3,60 m, met onderconstructies en plafondinstallaties via een zeer laag plafond een vrije plafondhoogte van 2,90 m gerealiseerd. In 2014 werd de installatie uitgebreid voor het verkrijgen van extra capaciteit en werd een kraaninstallatie ingebouwd, waarvan de steunen bijna onzichtbaar in de draagconstructie konden worden geïntegreerd.

„In de cleanroom worden bewerkingsoptieken en laserstraalgeleidingsbouwgroepen gemonteerd. Dit gebeurt grotendeels in flowboxen van klasse ISO 5“, legt Dipl.-Ing. Frank Schaffert uit, groepsleider PE Optiek bij TRUMPF Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG. Deze omstandigheden zijn een voorwaarde zodat de componenten vrij van deeltjes groter dan 50 µm zijn. „Dergelijke deeltjes zouden zich bij verhitting door de laser in de lenzen inbranden, schaduwen veroorzaken en ervoor zorgen dat de lasersnijmachine niet meer correct snijdt. De consequentie zou een uitval van de eenheid zijn“, vervolgt Schaffert. Organische deeltjes van deze grootte worden daarom bij TRUMPF in een eigen stap met behulp van ultraviolet licht handmatig van de optieken verwijderd. Om de hoge reinheidsklasse in de flowboxen mogelijk te maken en alle componenten zo min mogelijk deeltjesvrij te houden, moet ook buiten de boxen, in de cleanroomcabine, een vergelijkbare reinheidsklasse worden aangehouden. De in 2012 door Nerling bestelde cleanroom van 9,75 x 9,66 m met personeelsingang heeft daarom klasse ISO 8 en beschikt over een extra montagegebied van klasse ISO 7.

De montage wordt voorafgegaan door en geïntegreerd in de cleanroom een ultrasone reinigingsinstallatie met 7 zones, die het gesaï̈bleerde materiaal direct naar de montageruimte transporteert. Ook is een schijflaser aangesloten, die dient voor de acceptatie van de gemonteerde bewerkingsoptieken. Naast de reinigingsinstallatie- en laserruimte met voorruimte en twee begaanbare materiaalpoorten bevonden zich in de in totaal 31,03 x 10,20 m grote systeemruimte tot de uitbreiding in 2014 ook nog een schone ruimte en een kantoor. Om de capaciteit op het gebied van montage te verhogen, zijn deze ruimtes onlangs omgebouwd tot ISO 8-zuiverruimte en is bovendien een kraaninstallatie in de draagconstructie geïntegreerd.

Uitbreidbaar en demonteerbaar modulair cleanroomsysteem

„Een belangrijke eis was om een zo flexibel mogelijk cleanroom te krijgen“, legt Schaffert uit. „Men moest het bij behoefte kunnen ombouwen of uitbreiden en eventueel zelfs naar een andere locatie kunnen verplaatsen.“ Om die reden moest het zo veel mogelijk vrijstaand zijn, een eigen draagconstructie bezitten en niet van het plafond hangen. Dit moest bovendien voorkomen dat trillingen, veroorzaakt door stansmachines in het bovenliggende verdiepingsgebouw, op de cleanroom worden overgedragen.

„Om aan deze eisen te voldoen, is bij de plafondconstructie een volledig dragend systeem toegepast dat over 10 m vrij gespannen is. De plafonddragers werden deels op de systeembalken geplaatst, deels gebruiken we vrijstaande portalen in het gebied van de bouwkundige wanden“, zegt Jan Kürbis, projectmanager cleanroomtechniek bij Nerling Systemräume GmbH. „Het gehele wand- en systeemplafondsysteem dat wij bij TRUMPF hebben gebruikt, is vrijstaand.“ Bovendien is de ruimteopstelling modulair opgebouwd en daardoor niet alleen gemakkelijk uit te breiden, maar ook demonteerbaar. „De vrijgekomen elementen kunnen bij een verbouwing systematisch opnieuw worden gebruikt. We hebben bijvoorbeeld wanddelen van het kantoor, die we dit jaar hebben afgebouwd, op een andere plek in de installatie opnieuw ingezet“, legt Kürbis uit.

Verwisselbare lampen en FFU

Ook de luchtcirculatie-onderdeelklimaatregeling is gebaseerd op een modulair concept met volledig autonome, zonegerichte directverdampers. „Dat heeft een ander fundamenteel voordeel: als een van de apparaten uitvalt, blijven alle anderen probleemloos doorgaan“, legt Kürbis uit. Een verhoging van de koelcapaciteit van de installatie in Ditzingen door meer apparaten is eveneens mogelijk. Hetzelfde geldt voor de modulaire filter-ventilator-eenheden (FFU) met energie-efficiënte EC-technologie, die verantwoordelijk zijn voor de deeltjesafscheiding volgens de gevraagde reinheidsklassen en geconditioneerde lucht uit het daarboven gelegen plenum zuigen. Deze hebben bovendien dezelfde afmetingen als de gebruikte speciale armaturen met spiegelroosterinzet, waardoor beide indien nodig kunnen worden vervangen.

De levering van de gehele ruimte-installatie met hallenlucht voor het voldoen aan de hygiënische luchtwisseling en het handhaven van de overdruk in het cleanroomgebied wordt verzorgd door een aparte ventilatiesysteem met 1.000…1.500 m³/h hallenluchtaanzuiging. De gebruikte MSR-techniek, die in twee schakelkasten direct aan de wand van de cleanroomcabine is ondergebracht, maakt het mogelijk de klimaatinstallaties, het ventilatiesysteem en alle FFU's te bedienen en te bewaken via een 15‘‘-kleur-webdisplay. „Zo kan elke ruimte afzonderlijk worden bewaakt en elke component grafisch worden weergegeven“, legt Kürbis uit.

Zeer lage plafond

Een van de grootste uitdagingen bij dit project waren de beperkte ruimteomstandigheden van de bestaande gebouwstructuur, waarin de systeemruimte moest worden geïntegreerd. „De hoogte van de ruwe vloer was met 3,645 m relatief laag, er waren veel onderconstructies en plafondinstallaties die bij de planning in overweging moesten worden genomen“, aldus Schaffert. Om een vrije plafondhoogte van 2,9 m in de cleanroom te realiseren, werd een zeer laag plafond gebouwd. Hiervoor werd de techniek gedetailleerd gepland en werden bovendien speciale lage FFU in afwijkende bouwvorm ingezet.

De reinigingsinstallatie werd parallel aan de cleanroom aangeschaft en moest in de planning worden geïntegreerd. Dit was vooral belangrijk omdat de installatie pas na voltooiing van de cleanroom werd geleverd. „Omdat wij onze systeemruimtes in principe altijd als turnkey opleveren, fungeren wij voor onze klanten als hoofdaannemer en hebben we ook de benodigde lay-outtechnische, tijds- en besturingsafstemming met de installateur verzorgd“, aldus Kürbis. Daarnaast werd een bestaande afzuiginstallatie voor de reinigingsinstallatie in de besturing geïntegreerd.

Optisch aantrekkelijke ruimteinstallatie

„Bij de kraan, die in het kader van het uitbreidingsproject in 2014 extra in de draagconstructie van de cleanroom werd geïntegreerd, was het ons vooral belangrijk dat de steunen zo min mogelijk zichtbaar zouden zijn“, legt Schaffert uit. Nerling bouwde een Demag-KBK-drie-poot-hangkraan met een draagvermogen van 250 kg, een booglengte van circa 5,50 m en een draagarm van circa 4,0 m, uitgerust met een elektrische ketenlift. „De systeemstalen constructie voor de kraan en de plafondbekleding heeft een afmeting van in totaal 9,42 x 5,86 m“, zegt Kürbis. „Bij de steunen konden we twee volledig achter de cleanroomwand verbergen. De andere twee bevinden zich achter een stalen plaatbekleding in de hoeken van de ruimte.“

TRUMPF hechtte zowel aan het uiterlijk van de installatie van buitenaf als van binnen grote waarde. „Hij moest harmonieus passen bij de moderne architectuur op het bedrijfsterrein“, aldus Schaffert. Om die reden werden bijvoorbeeld alle ramen volblind gemaakt en de stroomleidingen in de holle wanden ondergebracht, zodat er geen kabelgoten zichtbaar zijn in de ruimte. Omdat de buitenunits, waarvan de locatie direct vanaf het voorverwerkingscentrum zichtbaar is, ook zo aantrekkelijk mogelijk moesten zijn, werden de koelleidingen ondergronds aangelegd.

„Met de realisatie van de modulaire cleanroominstallatie door Nerling en de uitbreiding ervan dit jaar zijn wij uiterst tevreden“, aldus Schaffert. Door de uitbreiding is er ruimte ontstaan voor tien extra werkplekken, waarvan er inmiddels vijf zijn ingericht. „We hebben dus nog capaciteit voor de toekomst“, aldus de groepsleider.