Sterile Atmosphäre beim Spritzgießen: Spezielles Wandprofil und ausgeklügeltes Lüftungssystem ermöglichen Raumhöhe von 6,3 m

Da die Produktionsgebäude am Hauptsitz in Bahlingen zu klein geworden waren, baute die Braunform GmbH in der Nachbarstadt Endingen einen neuen Standort mit zwei Reinräumen für die Kunststoff- und Pharmaproduktion. (Quelle: Braunform GmbH)

Bei den Reinräumen kamen spezielle Decken- und Wandkonstruktionen zum Einsatz. Außerdem wurde ein ausgeklügeltes Belüftungssystem mit einer abwärts gerichteten Luftströmung über Filter-Fan-Units konzipiert, das sehr energieeffizient arbeitet. (Quelle: Braunform GmbH)

„Um das optimale Belüftungskonzept auszuarbeiten, führten wir zahlreiche Versuchsreihen durch. Auf Basis dieser Ergebnisse entwickelten wir anschließend ein effizientes Energiesystem“, erklärt Jürgen Wolf, Projektleiter bei bc-technology. (Quelle: bc-technology GmbH)

„bc-technology verfügt über ein sehr kompetentes Team, das auch bei Unstimmigkeiten mit anderen Gewerken schnell Lösungen gefunden hat. Das Unternehmen hat sich erneut als zuverlässiger Partner erwiesen“, erklärt Thomas Geier, Leiter Industrial Engineering bei der Braunform GmbH. (Quelle: Braunform GmbH)

In den vergangenen Jahren ist die Braunform GmbH mit Sitz in Bahlingen stetig gewachsen, sodass die Produktionsgebäude mit der Zeit zu klein geworden sind. Aus diesem Grund baute das Unternehmen nur wenige Kilometer vom Hauptstandort Bahlingen entfernt in der Stadt  Endingen ein neues Werk für die Herstellung von Kunststoff- und Pharmaprodukten mittels Spritzguss. Um alle Qualitätsanforderungen gewährleisten zu können, erfolgt die Herstellung in zwei Reinräumen der Klassen GMP C und GMP D, die speziell angepasst wurden: Aufgrund der Abmessungen der Spritzgussmaschinen und Lastkräne war eine Mindestdeckenhöhe von 6,3 m nötig. Geplant und realisiert wurden die Produktionsräume von der bc-technology GmbH, die ein flexibles Baukastensystem für Reinräume bietet. Besonderer Wert wurde auf eine hohe Energieeffizienz gelegt, die durch den Einsatz von Filter-Fan-Units erreicht werden konnte.

Zahlreiche Medizinprodukte wie Sicherheitsverschlüsse für Spritzen oder Verschlüsse für Infusionsbeutel, die per Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt werden, unterliegen hohen Anforderungen. Aus diesem Grund erfolgt ihre Produktion vermehrt unter kontrollierten Bedingungen im Reinraum. Zu den Anwendern dieses Verfahrens zählt auch die Braunform GmbH: Das Kerngeschäft des Familienunternehmens  ist der Formenbau mit Standort Bahlingen. Als Ergänzung des Produktportfolios werden seit 1997 für die Pharmaindustrie im Reinraum gemäß GMP C und D Kunststoffprodukte mit anspruchsvollen Herstellungsprozessen produziert.  „Die Aufträge im Gesamtunternehmen wurden in den vergangenen Jahren umfangreicher, sodass unsere Produktionsgebäude irgendwann aus allen Nähten platzten und auch nicht mehr dem Stand der Technik entsprachen“, erinnert sich Thomas Geier, Leiter Industrial Engineering bei der Braunform GmbH. Aus diesem Grund entschied sich das Unternehmen dafür, ein neues Werk an einem zweiten Standort in der Nähe des Hauptsitzes zu errichten. Die Reinraumproduktion im Werk Bahlingen sollte nach Endingen ziehen, um dem Bereich Formenbau in Bahlingen mehr Raum zu geben. Zudem hatte man in Endingen so die Möglichkeit alles auf dem neuesten technischen Stand umzusetzen, unter Berücksichtigung der logistischen Anforderungen.  Das bedeutete hohe Anforderungen an die Planer, da die Maschinen eine Mindestraumhöhe von 6,3 m erforderten.

Baukastenprinzip mit hoher Energieeffizienz

Braunform ließ sich deshalb von mehreren Anbietern Konzepte vorlegen. Darunter war auch die bc-technology GmbH, die bereits im Jahr 2012 am Hauptstandort in Bahlingen an der Erweiterung der bestehenden Reinräume mitgewirkt hatte. Aufgrund dieser guten Zusammenarbeit und der Erarbeitung eines besonders energiesparenden Konzepts für das neue Werk, erhielt das Unternehmen auch diesen Auftrag. In einer Bauzeit von nur neun Monaten wurden die beiden Reinräume realisiert – davon weist ein Produktionsraum die GMP-Klasse C auf; ein Raum die Reinheitsklasse GMP D. Außerdem wurden auch Personal- und Materialschleusen in die Planungen miteinbezogen. Im Besonderen wurde berücksichtigt, dass sich aufgrund der Größe der Reinräume vor allem zu den Schichtwechseln viel Personal in den Schleusen aufhalten würde. Die Raumgröße und die Schleusensteuerung sollte dahingehend optimiert werden, dass möglichst kurze Wartezeiten entstehen.

Die ungewöhnliche Deckenhöhe stellte auch für bc-technology eine besondere Herausforderung dar: Sie verlangte zum einen ein ausgeklügeltes Lüftungskonzept, zum anderen mussten die Wände den hohen baulichen Anforderungen – etwa bezüglich der Statik – gerecht werden. „Für gewöhnlich haben Reinräume eine durchschnittliche Höhe von circa 3 bis 3,5 m“, erklärt Jürgen Wolf, Projektleiter bei bc-technology. „Da wir in diesem speziellen Fall die Spritzgussmaschinen und drei Lastkräne unterbringen mussten, war es notwendig, die Raumhöhe nahezu zu verdoppeln.“

Optimale Lösung durch ausgiebige Versuchsreihen

Da die Spritzgussmaschinen eine hohe Wärmelast von 8 kW abstrahlen, mussten sie in das Energie- und Lüftungskonzept miteinbezogen werden. bc-technology schlug eine abwärts gerichtete Luftströmung über Filter-Fan-Units (FFU) mit Drallauslässen und Rückluftkühlern vor. Gegenüber anderen Systemen haben diese den Vorteil, dass sie einen Großteil der vorhandenen Luft wieder aufbereiten und dadurch weniger Frischluft benötigt wird; somit besitzen sie einen sehr hohen energetischen Wirkungsgrad. Außerdem lassen sie sich mit den Komponenten des von bc-technology entwickelten CleanoFlex-Systems kombinieren. Dieses flexible und modular aufgebaute Reinraumsystem ermöglicht es, jederzeit Aus- und Umbaumaßnahmen durchzuführen und ist für kundenindividuelle Lösungen geeignet. Auch Räume höherer Reinheitsklassen können damit ohne großen Aufwand realisiert werden.

Das Unternehmen überließ bei den Planungen nichts dem Zufall: Um die Effizienz der abwärts gerichteten Luftströmung zu testen, wurden Versuchsreihen in einem Prüflabor in Auftrag gegeben. „Da wir keine Spritzgussmaschine für die Tests zur Verfügung hatten, simulierten wir die Wärmelast mit Hilfe eines Heizstrahlers. Dieser gibt dieselbe Wärmelast ab wie die Maschinen im Reinraum. Zudem wurden die Versuchsreihen in einer vergleichbar hohen Arbeitsumgebung durchgeführt“, beschreibt Wolf die ausführlichen Vorplanungen. „Mittels optischer Strömungssimulation wurden anschließend die Luftströmungen dokumentiert, sodass wir aus diesen Erkenntnissen eine sehr energieeffiziente Lösung für Braunform entwickeln konnten“, führt Wolf weiter aus.

Niedriger Energieeinsatz durch Wärmerückgewinnung

Auch das Belüftungskonzept ist gut durchdacht: Einerseits verfügen die neuen Reinräume über eine dezentrale Lüftungsanlage mit FFU und H14-Filtern, die für eine turbulente Durchströmung der Hallen sorgt. Auch dies ist ein wichtiger Faktor für das Erreichen der notwendigen Reinheitsklasse. Andererseits werden die Räume von einer zentralen Lüftungsanlage mit Frischluft versorgt. Damit die Maschinen keine Partikel in die Halle ausstoßen, wurde an den Spritzeinheiten der Spritzgussmaschinen eine lokale Partikelabsaugung installiert. Diese Luft wird wiederum durch die Außenluft der Zentralanlage ersetzt. Hier kommt die bewährte Methode der Wärmerückgewinnung über einen Rotationswärmetauscher zum Einsatz, womit Heiz- und Klimatisierungskosten deutlich gespart werden können. Außerdem be- und entfeuchtet das zentrale Lüftungsgerät die Luft entsprechend der geforderten Reinraumbedingungen. Dabei wurde ein intelligentes, sich selbst regelndes System eingesetzt, das nach dem Kaskadenprinzip funktioniert: Während die Filter-Fan-Units im Dauerbetrieb laufen und damit auch die Raumtemperatur regeln, schaltet die Hauptlüftungsanlage erst aktiv in den Kühl- oder Heizmodus, wenn Sensoren registrieren, dass die eingestellte Temperatur über- oder unterschritten wird. So beträgt die Temperatur konstant 22±3 °C bei einer Luftfeuchtigkeit von 50±10 Prozent rF.

Spezielles Wand- und Deckenprofil für überdurchschnittliche Höhe

Daneben spielte die außergewöhnliche Höhe auch für die Konstruktion der Wände sowie der Decke eine große Rolle. Hier wurde wiederum auf hohe Flexibilität geachtet, um Änderungen einfach nachträglich durchführen zu können. Das Raumdeckensystem besteht aus mehreren, einfach austauschbaren Modulen und wird von Profilen aus Aluminium getragen. Durch Gewindestangen ist die Höhe flexibel verstellbar. Die Decke kann mit maximal 110 kg/m2 zusätzlich belastet werden.

bc-technology entwickelte außerdem spezielle Wandpaneele, die über einen flexiblen Aufbau verfügen und selbst tragend sind; eine Lastübertragung zur Decke kann so vermieden werden. Die Paneele sind 60 mm stark und verfügen über kunststoffbeschichtete Sichtflächen. Auch hier werden die Wände durch eine zusätzliche Konstruktion aus Aluminiumprofilen zur Aussteifung gestützt. „Bei den Wandelementen ist noch darauf zu achten, dass die Zwischenräume dicht konstruiert sind. Deshalb sind diese mit kunstharzgebundenen und nicht verziehenden Steinfasermatten ausgefüllt“, erläutert Wolf. Das Material ist nicht brennbar gemäß DIN 4102/A1. Besonders hervorzuheben sind die sehr guten Wärme- und Schallisolierwerte, die das durchdachte Energiekonzept zusätzlich untermauern.

Rechtzeitige Fertigstellung trotz engem Zeitplan

Trotz der hohen Komplexität des Auftrags konnte bc-technology die Reinräume fristgerecht planen und realisieren. „Dabei waren bei Baubeginn noch nicht alle Detailplanungen abgeschlossen. Außerdem erforderte das Projekt aufgrund des straffen Zeitplans zahlreiche regelmäßige Abstimmungen mit anderen Gewerken und externen Planern der Klimatechnik oder der Steuerung. Auch die Einhaltung der Regularien für Reinräume nach GMP und ISO 14644 musste ständig überprüft werden“, so Wolf über die Herausforderungen. Nicht zuletzt weil bc-technology auch die Qualifizierung der Reinräume selbst übernehmen kann und somit kein externes Unternehmen beauftragt werden musste, war Braunform sehr zufrieden mit der Zusammenarbeit. „bc-technology verfügt über ein sehr kompetentes Team, das auch bei Unstimmigkeiten mit anderen Gewerken schnell Lösungen gefunden hat. Das Unternehmen hat sich auch dieses Mal als zuverlässiger Partner erwiesen“, erklärt Geier. Für weitere gemeinsame Projekte sieht der Leiter Industrial Engineering deshalb gute Chancen.