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  • 13. September 2011

    Reinster Reinraum – Interview mit Dipl.-Biol. Markus Keller

    Im Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) gibt es den reinsten Reinraum der Welt. Hier ist es so rein, dass sogar die ISO Reinraumklasse 1, die offiziell als reinste Reinraumklasse anerkannt ist, um das Zehnfache übertroffen wird. Mit welchen Fragen befassen sich Wissenschaftler und Ingenieure an diesem reinsten Reinraum der Welt und wofür wird ein Reinraum mit derart immens hohen reinraumtechnischen Vorgaben überhaupt benötigt? Wir haben nachgefragt.

    Der reinste Reinraum der Welt

    Im Schwerlastreinraum Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) (Foto: Fraunhofer IPA)

    Im Gespräch mit Dipl.-Biol. (technisch orientiert) Markus Keller. Seit Oktober 2006 ist er Mitarbeiter und Projektleiter am Fraunhofer IPA, Abteilung Reinst- und Mikroproduktion. Nach seinem Studium an der Universität Stuttgart mit Schwerpunkt Bioverfahrenstechnik und Meeresbiologie sowie Forschungsaufenthalten in Australien, Thailand und der Türkei arbeitete Keller zuerst eine Saison als Ausbildungsleiter des Naturlabors am Wartberg im Umweltministerium Baden-Württemberg, bis er anschließend an das Fraunhofer IPA kam. Markus Keller ist spezialisiert auf Reinraumtechnik, Spurenanalytik von Partikeln und Gasen, Mikrobiologie, Nanotechnologie und -Sicherheit und Reinigungstechnik.

    Markus Keller, seit wann gibt es den reinsten Reinraum der Welt im Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung?

    Markus Keller

    Markus Keller, Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) (Foto: Fraunhofer IPA)

    Die Abteilung Reinst- und Mikroproduktion wurde vor über 25 Jahren gegründet. Seit der Gründung werden permanent mehrere Reinräume der ISO-Klasse 1 betrieben. Aufgrund der Tatsache, dass die zu prüfenden Geräte und Anlagen immer größer und schwerer wurden, stellten wir Anfang dieses Jahres unseren neuen Schwerlastreinraum in Betrieb. In diesem Reinraum der Klasse ISO 1 können Anlagen bis 6 m Höhe und einem Gewicht von bis 5 Tonnen/m2 auf einem Lochboden installiert werden. Dieser Reinraum ist in seiner Reinheitsklasse verbunden mit der Höhe und möglicher Punktlast einmalig auf der Welt.

    Für welche Belange wurde ein Reinraum mit derart immens hohen reinraumtechnischen Vorgaben eingerichtet?

    Anfänglich war es vor allem die Halbleiterindustrie, welche die Anforderungen an eine solch hohe Reinheitsklasse forderte, um deren Produktionsmittel adäquat testen zu können. Immer mehr kommen jedoch Anfragen aus der Pharma- und Life-Science-Industrie. Wird ein Medikament beispielsweise unter den Reinheitsbedingungen GMP Klasse A gefertigt, muss der gesamte Prozess steril ablaufen. Es darf also kein Mikroorganismus in das Produkt gelangen. Wenn man bedenkt, dass ein Keim kleiner als 1 Mikrometer sein kann, wird die dafür notwendige aufwändige Reinheitstechnik deutlich. Komponenten und Maschinen für diese Industriezweige werden bei uns ebenfalls auf deren spätere Einsatzeignung geprüft. Die Prüfumgebung muss dabei immer mindestens eine Klasse besser sein als die zu erzielende spätere Eignung einer Gerätschaft. Dies verdeutlicht die Notwendigkeit eines Reinraums mit solchen immens hohen reinraumtechnischen Anforderungen.

    Zu welchen Erkenntnissen haben die bisherigen Prüfverfahren und Tests geführt?

    Nehmen wir das Beispiel Partikel. Jedes gleitende oder reibende Funktionselement, beispielsweise ein Kugellager, ein Gelenk, eine Manschette oder eine Kabelführung, erzeugt Abrieb in Form von Partikeln. Um diese Partikelerzeugung so gering als möglich zu halten, wurden bislang empirisch Materialpaarungen ausgewählt, von denen man annahm, diese erfüllen die Anforderungen. Es gab jedoch keinen vergleichenden Materialtest, welcher eine Materialpaarung hinsichtlich der Partikelerzeugung bei Reibung klassifizierte. Aus dieser Erkenntnis entstand an unserer Abteilung der Industrieverbund CSM, cleanroom suitable materials. In Zusammenarbeit mit Partnern aus der Industrie wurden standardisierte Messmethoden entwickelt für Partikelabrieb, Ausgasung von Materialien, chemische Beständigkeit, Verstoffwechselbarkeit. Somit konnte die empirische Materialauswahl durch eine systematisch klassifizierte Materialeignung ersetzt werden. Sie können die von den Firmen freigeschalteten getesteten Materialien unter www.ipa-csm.com einsehen.

    Werden die Anforderungen an Reinräume in Ihrer Sicht künftig weiter steigen? Oder schöpft der derzeitige Standard das Machbare bereits aus?

    Aus unserer Erfahrung werden die Anforderungen neben Partikeln vor allem an andere Kontaminationsquellen steigen. Bei Partikeln ist man technisch sehr weit. Reinräume werden ja auch meist hinsichtlich der Partikelkonzentration klassifiziert. Eine andere Kontaminationsart, welche immer mehr an Bedeutung gewinnt, sind luftgetragene molekulare Verunreinigungen, wie beispielsweise Ammoniak, Chlorgas, flüchtige organische Verbindungen, Nitrate, Phosphate und so weiter. Diese können aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften in der Halbleiterindustrie ebenfalls zu schwerwiegenden Fehlern führen. Eine entsprechende Klassifizierung gibt es schon länger: Es sind die ISO-AMC-Klassen. AMC steht dabei für „airborne molecular contaminations“. Auch Filtermethoden existieren in Form von Gaswäschern und Aktivkohlefiltern. Die Ausstattung eines Reinraums mit entsprechenden Filtern, ausgasungsarmen Boden- und Wandbeschichtungen und dessen Klassifizierung in eine entsprechende ISO-AMC-Klasse fängt jedoch gerade erst richtig an, nachdem die Halbleiterindustrie diese Kontaminationsart als vermehrt prozesskritisch identifiziert hat. Auch hierzu haben wir im Rahmen des CSM-Verbunds eine standardisierte Messmethode entwickelt, welche in der Richtlinie VDI 2083 Blatt 17 veröffentlicht wird.

    Wird den reinraumtechnischen Aspekten in Ihrer Sicht ganz generell inzwischen jener Stellenwert eingeräumt, denn es erfordert? Oder ist doch noch viel Aufklärungsarbeit notwendig?

    Immer mehr Fachgebiete und Industriezweige erfordern mittlerweile eine entsprechende Reinraumtechnik. Waren es historisch die Halbleiterindustrie gefolgt von der Life-Science-Industrie, wird mittlerweile beim Operationssaal, bei der Montage von Maschinenteilen der Automobilindustrie, bei der Herstellung von Medizintechnikprodukten und Lebensmittel klassische Reinraumtechnik angewendet. Kontaminationen jeglicher Art können produkt- oder prozessschädigend sein. Zu jeder Kontaminationsart und Fragestellung gibt es ein entsprechendes Reinraum- und Reinheitskonzept. Hierbei ist immer noch viel Aufklärungsarbeit notwendig, vor allem in Industriezweigen, bei denen die Reinraumtechnik noch nicht klassisch notwendig ist.

    Was wünschen Sie sich an Entwicklungen hinsichtlich der Reinraumtechnik für die Zukunft?

    Ich würde mir ein stärkeres Zusammenarbeiten der verschiedenen Industriezweige wünschen. Beispielsweise sind die Methoden der Automobilindustrie zum Nachweis von Partikelrückständen nach dem VDA Band 19 den standardisierten Methoden der Pharmazeuten weit überlegen. Hier würde ich mich über eine Anpassung und Harmonisierung der entsprechenden Regelwerke freuen. Oder nehmen wir die Medizintechnik: Wenn ein flüssiges Medikament Partikelgrenzwerte erfüllen muss, sollte die Spritze und Kanüle, mit welcher es letztendlich verabreicht wird, auch nachgewiesen sauber nach einem entsprechenden Standard sein.

    Das Interview führte Ursula Pidun

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