Variabele grootte van cleanroomcellen voor stofvrij werken

Abb. 1: Prinzip der Flow Box / Figure 1: Principe de fonctionnement de la Flow Box

Abb. 2: Typische Laminaire Stroomkast / Figure 2: Typical Laminar Flow Box

Abb. 3: Reinraumstation Clean Boy / Figure 3: CleanBoy clean room station

Abb. 4: Einhausung / Figure 4: Omhulsels

Al ongeveer 15 jaar houdt het bedrijf SPETEC  Gesellschaft für Labor- und  Reinraumtechnik mbH in Erding zich bezig met de constructie en de bouw van cleanrooms in verschillende groottes, die flexibel kunnen worden opgesteld en aangepast aan de toepassingen of de wensen van de klant. Deze producten zijn onder de naam „Laminar Flow Box“ bekend in heel diverse sectoren. Ze worden bijvoorbeeld gebruikt in de elektronische of optische industrie, evenals in de verpakkingssector en chemisch-analytische laboratoria, wanneer werken in een uiterst schone atmosfeer vereist of aanbevolen is. Een ander toepassingsgebied is de opslag van apparatuur of stoffen die absoluut niet vervuild mogen worden.

Het typische constructiekenmerk is de verbinding van een beperkte ruimte met een module, uitgerust met een hoogwaardige ventilator en een filtersysteem bestaande uit een voorfilter en een hoogrendementsfilter (EU 14). De filteraanduiding EU 14 betekent dat deze filter in staat is om 99,995 % van alle deeltjes met een diameter van > 0,5 µm tegen te houden. De grootte van een module wordt bepaald door de inhoud van de Flow Box. Bij grotere cleanrooms, die worden aangeduid als cleanroomcellen, kunnen ook meerdere modules naast elkaar worden gebruikt. Moderne modules kenmerken zich tegenwoordig door een geluidarme werking en beschikken over een indicatie voor het vervangen van filters.

Om de cleanruimte af te bakenen worden twee principieel verschillende concepten aangeboden: enerzijds een vrijwel afgesloten ruimte, die wordt aangeduid als Laminar Flow Box, en anderzijds een lamellenvoorhang die het mogelijk maakt om de achterliggende objecten aan te raken, apparatuur te bedienen of, bij de juiste grootte, de met uiterst schone lucht gevulde cleanroomcel te betreden.

Een afgesloten cleanroombox (Fig. 1) is stevig geconstrueerd. In de aluminium of roestvrijstalen kaders zijn acryl- of samengestelde glazen panelen geplaatst (Fig. 2). Voor het hanteren van agressieve media wordt het frame kunststof gecoat. De productie gebeurt bij SPETEC volgens de richtlijnen van GMP (Good Manufacturing Practice) en is gecertificeerd. Naast de standaardmaten, die uit de catalogus van het bedrijf kunnen worden afgelezen, zijn er diverse opties, zoals een opslagbox of een mobiele cleanroomstation, genaamd Clean Boy (Fig. 3). Klantwensen voor verschillende groottes kunnen worden vervuld door de eigen metaalproductie. De begaanbare cleanroomcellen (Fig. 4) zijn gemaakt van aluminiumprofielen of roestvrij staal. Indien een GMP-uitvoering gewenst is, voldoet deze qua materiaalstructuur aan de GMP-richtlijnen wat betreft de maaswijdte. Vlakke plafonds en wanden maken een zeer eenvoudige en effectieve reiniging mogelijk. Scherpe hoeken en randen worden daarom doorgaans vermeden.

Door middel van profieltechniek kan de grootte van de cleanroomcel vrij worden gekozen tot maximaal 150 m². Deze cleanroomcellen vormen een betaalbaar alternatief voor volledige cleanrooms. Net als bij deze kunnen ook de grote cleanroomcellen worden uitgerust met doorvoeren, materiaal- of toegangsdeuren.

De eigenschappen en de kwaliteitsklassen van cleanrooms worden vastgelegd in de normen DIN EN ISO 14644, Deel 1 (Klassen 1 – 9), DIN EN ISO 14698, Deel 1-3 en VDI 2083, Blad 1-18 (Klassen 0 – 7); US Fed. Std. 209E (Klassen 1 – 100.000) of in de EG-GMP-richtlijn (Klassen A – D). Laatstgenoemde komen overeen met de hier genoemde ISO-klassen 5 – 8.

Door de filtratie van de lucht met het filter EU 14 kunnen afhankelijk van de reinheidsgraad van de omgevingslucht de ISO-klassen 5 – 8 worden bereikt, dat wil zeggen dat er tussen de duizend en een miljoen deeltjes per kubieke meter met een diameter van 1 µm aanwezig zijn. De isolatiefactor van de Laminar Flow Box bedraagt 10³. Plaats je deze box in een zeer goede volledige cleanroom van ISO-klasse 6, dan zijn er nog hooguit 10 deeltjes per kubieke meter aanwezig, die in de box praktisch niet meer meetbaar zijn.

De omgevingslucht en de mens hebben de grootste invloed op de reinheid van objecten. Daarnaast komt de contaminatie van cleanrooms door deeltjestransport via de lucht, het binnenbrengen van deeltjes op technische oppervlakken en deeltjesvorming door apparatuur, personeel en lopende processen. Alleen al door huid en kleding worden in een schone ruimte van klasse 8 meer dan 600 miljoen deeltjes (> 0,5 µm Ø) per persoon per uur afgegeven. Dit en de metingen van de deeltjesvrijgave van gelijke diameter bij bewegingen van het personeel in beschermkleding (zitten met lichte onderarmbeweging: 20.000; opstaan: 50.000 en langzaam lopen: 80.000 per persoon) zijn gebaseerd op gegevens van het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart. In de omgevingslucht bevinden zich naast microdruppeltjes, stof- en vuildeeltjes vooral bacteriën (~ 0,5 – 50 µm Ø) en virussen (~ 0,005 – 0,1 µm Ø).

Een andere variant uit het Spetec-productassortiment is de Cleanboy. De voorhang bundelt de laminaire reinluchtstroom en verhindert grotendeels de zijwaartse deeltjesinvoer. Metingen hebben aangetoond dat ook de onbeschermde, door het module gegenereerde reinluchtstroom het aantal deeltjes vermindert, hun opwaaiing door beweging in het werkgebied grotendeels voorkomt en geïmpregneerde microdruppeltjes, huiddeeltjes en vezels van kleding uit het werkgebied weg kan leiden.

Zowel de Laminar Flow Box als de cleanroomstation zijn op wielen gemonteerd, zodat objecten en apparatuur onder cleanroomcondities tussen verschillende ruimtes kunnen worden getransporteerd.

Afhankelijk van de toepassing kan SPETEC ook draagbare tafelafzuigingen of een beschermbox voor het opbergen van objecten en apparatuur die niet dagelijks worden gebruikt, bouwen en leveren. Omdat niet wordt verwacht dat alle klanten vertrouwd zijn met cleanroomtechniek, biedt SPETEC ondersteuning bij de planning en ingebruikname volgens GMP-richtlijnen, tot en met de kwaliteitsborging.

Het gebruik van de variabele cleanrooms als aanvulling of betaalbaar alternatief voor dure volledige cleanrooms heeft geleid tot de bouw van steeds grotere cleanroomcellen, waarin werkbanken of verpakkingsmachines voor levensmiddelen, fabricageapparatuur in de kunststofindustrie en vulinstallaties voor farmaceutische producten en andere hoogwaardige apparatuur veilig kunnen werken.

Volgens het SPETEC-cleanroom-systeem kunnen ook dergelijke behuizingen (Fig. 4) worden gebouwd, waarbij het draagframe bestaat uit aluminium- of roestvrijstalen profielen, de zijwanden optioneel uit acryl- of samengestelde glasplaten of roestvrijstalen platen kunnen worden gemaakt, en de materialen voor deur- en raam-elementen en plafonds vrij kunnen worden gekozen. De modules zorgen in het afgebeelde voorbeeld voor laminaire reinluchttoevoer. Als er binnenin apparatuur is opgesteld, wordt een reinluchtstroom met lage turbulentie aanbevolen om een zo volledig mogelijk luchtverversing te garanderen. Dergelijke behuizingen zijn uitstekend geschikt om partikelfrij te werken. Deze enkele voorbeelden laten zien dat cleanroomtechniek en de daaruit voortvloeiende constructies in verschillende sectoren al belangrijke hulpmiddelen zijn en dat er onvermijdelijk meer toepassingen zullen bijkomen.