Industrie-4.0-Reinraum für Promolding

Connect 2 Cleanrooms (C2C) erhielt von Promolding BV den Auftrag, eine intelligente Reinraumlösung für die Fertigung von medizinischen Geräten mit einer Laufzeit bis 2032 zu realisieren.

Eine wirksame Kontaminationskontrolle war entscheidend, denn Promolding fertigt optische Krümmer für Augenchirurgiegeräte. Diese Präzisionsteile sollen während der OP beim Entfernen der Augenlinse den Augendruck beibehalten und sind mit feinsten Adern und Membranen versehen.

Über einen Zeitraum von neun Monaten entwickelte C2C gemeinsam mit dem Kunden einen zuverlässigen und intelligenten Reinraum, der problemlos mit den bei Promolding vorhandenen ENGEL-Maschinen und -Robotern eingesetzt werden kann.

Der Reinraum stellt nun eine langfristige Investition in die Zukunft dar. Daher wurden die Designmerkmale so optimiert, dass sie die Leistung des Reinraums noch für viele Jahre gewährleisten.

Das Verfahren

1. Einstufige Spritzgussmaschine (80 Tonnen) für die Fertigung einer Kunststoffkomponente
2. Zweistufige Spritzgussmaschine (300 Tonnen) für die Fertigung der zweiten Komponente, die aus zwei Kunststoffen besteht (eingespritzt, gedreht und erneut eingespritzt)
3. Roboter nehmen die Spritzgussteile auf, und legen sie auf dem motorisierten Förderband ab, um sie in die Hauptumgebung zu transportieren
4. Die beiden Teile werden montiert und geschweißt, um anschließend verpackt zu werden

Die Lösung

Jede Spritzgussmaschine verfügt über eine feste und eine zu betätigende Überdachung mit HEPA-Filter.

Die automatischen HEPA-lite™-Schiebeüberdachungen ermöglichen von oben den Zugriff auf die Werkzeuge. Sie werden über ein Stellglied mit zwei Linearführungen (Master und Slave) betätigt. Diese verbringen das Filtersystem in die offene oder geschlossene Position.

Die Überdachungen verfügen über wirksame Sicherheitsmechanismen, die an den Stellgliedern Infrarotsignale senden. Wenn die Signale z. B. durch den Roboter oder die Hände des Bedieners unterbrochen werden, werden jegliche Bewegungen der Überdachung deaktiviert, um Unfälle zu vermeiden.

Die Überdachungen werden in den Hauptbereich des Reinraums eingeführt, in dem sich die Montagebaugruppe, das Kunststoffschweißgerät sowie die Verpackungsanlage befinden.

Industrie 4.0

Industrie 4.0 ist die vierte industrielle Revolution – der digitale Wandel. Mit diesem Begriff wird der Einsatz von Automatisierung, intelligenten Fabriken, digitalen Systemen, Sensoren, Robotik, Daten und Fernbetrieb abgedeckt. Das Ziel besteht darin, die Fertigungsproduktivität zu steigern, Planung und Vorhersage zu optimieren oder einen Wettbewerbsvorteil zu erhalten.

In diesem Fall setzte C2C auf Industrie 4.0-Techniken und entwickelte einen Reinraum mit automatischen Überdachungen, die gemeinsam mit der Robotik von Promolding eingesetzt werden konnten. Dadurch wurde das Risiko menschlicher Fehler reduziert. Zudem wurden die Qualität und Konsistenz des Endprodukts optimiert.

Der Reinraum verfügt über ein intelligentes digitales System in Form des ECO-Steuerungssystems von C2C. Es soll gewährleisten, dass der Reinraum bei optimaler Effizienz betrieben wird. Hierzu werden die Betriebsbedingungen in der entscheidenden Umgebung fortlaufend in Echtzeit überwacht. Wenn einer dieser Parameter einen benutzerdefinierten Schwellenwert übersteigt, wird ein Alarm ausgegeben.

Alle relevanten Steuerungsparameter für die drei Zonen werden grafisch auf einer Touchscreen-Benutzerschnittstelle dargestellt, sodass die Benutzer über vollständige Kontrolle verfügen und Fehler erkennen sowie Diagnosen ausführen können. Alle Systemleistungsdaten werden protokolliert und können heruntergeladen werden.

Die intelligente Gussmaschine erkennt Produktfehler und legt die betroffenen Produkte zur Prüfung in einem Edelstahlfach ab. Während der Fertigung ist die Personaltür mit der Gussmaschine verkettet. Auf die Musterfächer kann von außerhalb des HEPA-lite™ zugegriffen werden, sodass fehlerhafte Teile oder Muster sicher entfernt werden können, ohne die Fertigung zu unterbrechen.

Es gibt Pläne, alle Prozesse innerhalb des Hauptreinraumbereichs zukünftig vollständig zu automatisieren.

Herausforderungen und Erfolge

Der Hauptreinraumbereich wurde unter einem Zwischengeschoss installiert, sodass die Decke am darüberliegenden Gang befestigt und mit 56 Gewindestangen abgehängt wurde. So konnte die Decke abgesichert und gewährleistet werden, dass der Raum nicht auf internen Füßen abgestützt werden musste. Auf diese Weise konnte die offene Grundrissgestaltung beibehalten werden.

C2C arbeitete bei der Entwicklung des Konstruktionssystems mit einem Bauingenieur zusammen. Die vier tragenden Säulen des Gebäudes wurden verwendet, um die Versorgung des Reinraums z. B. mit Steckdosen und Druckluft zu gewährleisten.

Das Überdachungssystem HEPA-lite™ und der Hauptreinraumbereich wurden so entworfen, dass bei steigender Nachfrage zwei weitere Spritzgussmaschinen Platz finden.

Dank einer erfolgreichen Zusammenarbeit mit ENGEL konnte C2C HEPA-lite™ in die Spritzgussmaschinen integrieren, sodass keine Abstützung des Bodens erforderlich war.

Stützfüße hätten die Zugriffsfächer und die regelmäßigen Neukalibrierungen behindert. Daher ist ein vollständiger Zugang zur Maschine von großem Vorteil. Bewegungen wurden mithilfe von Gummilagern absorbiert, sodass sich diese nicht auf die Überdachung auswirkten.

Obwohl es sich um einen Präzisisonsaufbau handelte, wurde der Hauptraum in vier Wochen fertiggestellt, während die HEPA-lite™-Überdachungen in zwei Wochen umgesetzt wurden.

- ISO 14644-1:2015-Klasse 7
- Gesamtgrundfläche: 279,42 m² (19,27 m x 14,5 m x 2,825 m). Innenabstand von 2,5 m
- Innerer Umkleidebereich: 13,86m² (6,860 m x 2,02 m).
- Luftwechselrate von 99 bei einer Luftgeschwindigkeit von 0,45 m/s im Hauptbereich
- 70 20-W-LED-Leuchtelemente (6.500 K Lichttemperatur) in Übereinstimmung mit der aktuellen Beleuchtung im Gebäude von Promolding
- 42 HEPA-Deckenventilatoren mit variabler Geschwindigkeitsregelung
- Vier Transaktionsfächer neben den Förderbandzugängen
- Eine Rolltür für ein-/ausgehende Güter
- ECO-Steuerungssystem mit automatischen Schiebeluken an den HEPA-lite™-Einheiten
- Zwei automatisierte HEPA-lite™-Überdachungen, um während der Fertigung saubere Luft zuzuführen und Kontaminationen zu verringern, indem die äußere Umgebung während des Werkzeugwechsels weitestgehend ausgeschlossen wird.
- Die Reinräume, in denen sich die ENGEL-Maschinen sowie die HEPA-lite™-Überdachungen befinden, sind 4,7 m hoch.
- Die Kabel befinden sich hinter der grauen Klappe des Filtersystems, sodass eine leicht zu reinigende Oberfläche sowie eine dem Werk entsprechende Optik gewährleistet sind.
- Die einzelnen automatisierten HEPA-lite-Einheiten für die Spritzgussmaschinen werden mit Bediengeräten gesteuert. Alle verfügen aus Sicherheitsgründen über eine Handnotbetätigung
- Die Näherungsschalter an den Seiten der HEPA-lite-Einheiten sind mit LED-Lampen ausgestattet, um optisch anzuzeigen, wenn die HEPA-lite™-Überdachungen an Ort und Stelle sind. Die Überdachungen verfügen zudem über einen Sicherheitsmechanismus, der die Aktuatoren deaktiviert, wenn die Überdachung blockiert ist

C2C verfügt über mehr als 15 Jahre Erfahrung mit Kontaminationskontrolllösungen für die entscheidenden Umgebungen im Maschinenbausektor.