Spritzgießmaschine direkt in die Reinraumwand integriert

Anwenderbericht | Für das Logistik- und Produktionszentrum eines Herstellers von Produkten für die Anästhesie entwickelte bc-technology einen Reinraum, in dem die Spritzgießmaschine in die Wand integriert ist. Er ist so konstruiert, dass sich nachträglich weitere Maschinen anbinden lassen.

Seit den 1960er-Jahren entwickelt und produziert Pajunk verschiedene Produkte für die Medizintechnik. Um die Kontamination durch Keime und Partikel zu unterbinden, muss die Herstellung in Reinräumen erfolgen, die den hohen Anforderungen des EG-GMP-Leitfadens entsprechen. Bis vor Kurzem ließ das Unternehmen diese Bauteile in einem ausgelagerten Prozess fertigen.

Das neue Logistik- und Produktionszentrum mit einer Gesamtfläche von 4550 m² bietet nun die Möglichkeit, die Komponenten am eigenen Standort in Geisingen herzustellen. Dadurch lässt sich die Produktion zum einen besser kontrollieren, zum anderen wird die komplette Prozesskette von der Entwicklung bis zur Auslieferung verschlankt.

Ebenso sollen im Reinraum verschiedene Prüfverfahren durchlaufen und Verpackungsprozesse in Sterilbarrieresystemen durchgeführt werden. Eine weitere Anforderung an den neuen Reinraum war, dass die Materialzufuhr aus dem automatischen Kleinteilelager (AKL) durch die Materialschleuse selbstständig erfolgt, um die intralogistischen Transportprozesse zu optimieren.

Erhöhter Energiebedarf stellte Entwickler vor Herausforderung

Bei der konkreten Planung stieß das Unternehmen jedoch auf einige Herausforderungen: »Wir wollten die Herstellungsprozesse so weit verschlanken, dass wir auf Reinigungsprozesse nach der Herstellung möglichst verzichten können«, erklärt Armin Pfeifer, Leiter Qualitätsmanagement bei Pajunk. Eine gängige Praxis ist es, den Produktionsvorgang komplett in den Reinraum zu verlegen.

Das Problem dabei: Sind die Spritzgießmaschinen im Reinraum installiert, erhöht sich der Energiebedarf signifikant. Dafür verantwortlich ist die starke Wärmeentwicklung, die sich durch den Spritzgießprozess ergibt: Beim Thermoplast-Spritzgießen erreicht die Kunststoffmasse etwa eine Temperatur von bis zu 300 °C, was zu einer erhöhten Umgebungstemperatur führt. Die Produktion unter Reinraumbedingungen erfordert jedoch konstante Temperaturverhältnisse, was wiederum die verbauten Klimageräte stärker beansprucht und einen höheren Energiebedarf zur Folge hat.

Anbindung der Maschine an den Reinraum

Das Unternehmen sah sich deshalb nach einer Möglichkeit um, die Spritzgießprodukte einerseits unter reinen Bedingungen herstellen zu können, andererseits die Energiekosten niedrig zu halten. Bei Recherchen und dem Erfahrungsaustausch mit regionalen Herstellern aus der Branche wurde das Unternehmen auf bc-technology aufmerksam.

Dessen Ansatz: Die Maschine mit dem dazugehörigen Werkstückwechsler befindet sich außen an der Reinraumwand im Schwarzbereich des Produktionszentrums. Sie ist jedoch so installiert, dass sie sich vom Reinraum aus bestücken und nach dem Spritzgießvorgang entladen lässt. Dazu werden die zu umspritzenden Rohlinge in das Werkzeug eingelegt. Anschließend wird der Drehtisch um 180 Grad zur Maschine hin gedreht. Während des Prozesses können im Reinraum zeitgleich die im vorherigen Takt gespritzten Teile entnommen werden.

Schutzzone am Gehäuse der Maschine

Damit sich die Bauteile unter Reinraumbedingungen umspritzen lassen, wurde für den Spritzbereich eine horizontal strömende Filter-Fan-Unit (FFU) als Schutzzone an das Gehäuse der Spritzgussmaschine angebaut. Die Luftqualität der FFU entspricht der Klasse 5 gemäß DIN EN ISO 14644 und ist qualifiziert gemäß der Reinheitsklasse A nach dem EG-GMP-Leitfaden, Annex 1.

Durch die Installation der Spritzggießmaschinen im Schwarzbereich entsteht zum einen nur eine sehr geringe Wärmelast im Reinraum selbst, was im Umkehrschluss niedrige Energiekosten bedeutet. Zum anderen kann das zuständige Personal die Spritzgussmaschinen im Schwarzbereich warten, wodurch sich die intern ablaufenden Fertigungsprozesse grundsätzlich vereinfachen lassen. Darüber hinaus werden auch die Reinraumbedingungen nicht unnötig durch Partikelentwicklungen beeinträchtigt.

Erweiterbares Konzept für mehr Flexibilität

Wichtig für Pajunk war zudem, dass sich das Konzept nachträglich erweitern lässt. Das heißt, dass auch nach der Fertigstellung und ersten Inbetriebnahme des Reinraumes noch die Möglichkeit bestehen sollte, Spritzgießmaschinen und weitere Verfahren wie etwa Laserschweißen, Lasergraduieren und robotergestützte Fertigungsverfahren unabhängig voneinander und zeitlich versetzt zu integrieren und in Betrieb zu nehmen. Um diese nachträglichen Erweiterungen realisieren zu können, wird der Reinraum von innen durch eine mobile Wand abgetrennt. Auf diese Weise kann die Öffnung, die für eine neue Maschine benötigt wird, ausgeschnitten werden, ohne dass der Reinraum mit unerwünschten Partikeln kontaminiert wird.

Schlagworte: Produktionsausrüstung, Reinraumtechnik, Reinraumfertigung, Spritzgießen