FAQ – Reinraumtechnik

Reinraumtechnik ist ein Technikgebiet, das sich dem Schutz bestimmter Arbeitsbereiche vor unerwünschten äußeren Einflüssen widmet. Seit Ende der 50-iger Jahre wird die Reinraumtechnik über firmeninterne Entwicklungen hinaus als eigenständige Technik betrieben. Den Anstoß gab die Weltraumtechnik mit ihren Forderungen nach Miniaturisierung von Bauelementen bei gleichzeitig höchsten Anforderungen an die Funktionssicherheit der Systeme.

Verunreinigungen, die bei Arbeitsvorgängen zur Zerstörung bzw. Unbrauchbarkeit des Endprodukts bzw. zur Beeinträchtigung der am Arbeitsprozeß beteiligten Personen führen können, sind neben gas- bzw. dampfförmigen Komponenten feste oder flüssige Partikel unterschiedlicher Größe, die sich auf festen Oberflächen absetzen oder in Fluide eindringen.

Zunehmend schärfere industrielle Anforderungen führen in vielen Produktionszweigen zu einer außerordentlichen Verfeinerung der angewandten Technologien und der Verfahrenstechniken. Die eingesetzten Methoden werden hierbei ständig präziser und wirkungsvoller gestaltet. Zur Erfüllung des Anspruchs, Spitzenqualitäten bei gleichzeitiger Massenfertigung herzustellen, sind jedoch wesentlich genauere Randbedingungen der Fertigung einzuhalten. Daher ist die Forderung, die Produktionsstätte staub- und keimfrei zu halten, von großer Wichtigkeit. Dies begründet in den letzten Jahren überdurchschnittliche Zunahme von Anwendungen der Laminar-Flow-Technologie bzw. der Reinraumtechnik selbst. So entwickelt die Elektronikindustrie miniaturisierte elektronische Halbleiterbausteine mit großem Funktionsvermögen (Microchips), während die Feinstwerktechnik kleinste Bauelemente mit hoher Präzision verwendet. Eine Fertigung dieser Teile unter unkontrollierter Luft würde zum Ausschuß führen oder die Funktion beeinträchtigen.

Die Präparate zur Vorbeugung und Behandlung von Krankheiten haben einen kaum zu überbietenden Stand erreicht. Sie bedingen daher einen hohen Grad an Asepsis. Staub und insbesondere Mikroorganismen mindern die Qualität dieser Produkte oder stellen sie gänzlich in Frage. Das Gleiche ist zutreffend für hochwertige Lebensmittel, wobei neben einer Qualitätseinbuße auch die Haltbarkeit durch Verunreinigungen negativ beeinflußt wird. Bei komplizierten, klinischen Operationen führt der Keimgehalt normaler Luft zu Wundinfektionen, die postoperative Probleme auslösen.

Häufig werden neue Technologien zunächst in Laboratorien entwickelt, erprobt und zur Produktionsreife gebracht. Die Störfaktoren in der Luft können aber zu Fehlschlüssen führen, da sie die Ergebnisse verfälschen. Nur durch den Einsatz der modernen Reinraumtechnik wird eine durchgreifende Abhilfe erzielt. Ihr Vorteil ist, daß sie nahezu alle luftgetragenen Fremdstoffteilchen beseitigt. Ihr Anwendungsbereich weist daher ein breites Spektrum auf, da sie gesamtheitlich Schwebestoffteilchen, somit Staub und Mikroorganismen, entfernt. Seit der Einführung der Reinraumtechnik in der Praxis ist sie in kurzer Zeit für viele Techniken unentbehrlich geworden. Ständig werden neue Anwendungs- und Einsatzgebiete erschlossen.

Reinräume werden heutzutage vielseitig eingesetzt: im Forschungslabor, bei der Herstellung von Medikamenten, chemische Erzeugung bis hin zur Mikrochipproduktion. Reinräume haben den Zweck einen definierten Bereich zu schaffen, wo unter „reinen Bedingungen“ gearbeitet werden kann. Um diesen „Reinen Arbeitsplatz“ zu ermöglichen, ist es nicht damit getan den Raum mit reiner Luft zu versorgen, sondern es muss weiters verhindert werden, dass sich die entstehenden Kontaminationen im Raum ablagern können. Man kann generell sagen, dass kaum ein Reinraum dem anderen gleicht, denn die räumlichen Gegebenheiten, der Prozeßablauf, die gewünschte Reinraumklasse und natürlich auch die Investitions- und Betriebskosten erfordern individuelle Lösungen.

>> Der Bau eines Reinraums erfolgt in drei Phasen <<

Phase 1: Die Planung

Auf Grund unterschiedlicher Anforderungen des Nutzers, örtlichen Gegebenheiten, wirtschaftlichen Faktoren, u.v.m ist die Errichtung eines Reinraumes ohne eines Lasten- und Pflichtenheftes nicht koordinierbar. Das Lastenheft dient dem Kunden (Nutzer des Reinraumes) dazu, seine Anforderungen an den Reinraum zu definieren und somit festzulegen. Der Auftragnehmer ist verpflichtet, in Form eines Pflichtenheftes zu antworten und hiermit zu dokumentieren, welche Leistungen sein Produkt („Reinraum“) erfüllen wird. Erst nach beidseitiger Unterzeichnung des Pflichtenheftes kommt es zur eigentlichen Bestellung. Dann geht es los: messen, Pläne studieren, Baustellenbesprechungen, Abklärungen mit Lieferanten, …. Für eine GMP-gerechte Anlage muss auch der gesamte Planungsablauf dokumentiert werden. Dies geschieht in Form der Design-Qualification (DQ). Dies ist die urkundliche Beweisführung, dass alle Anlagenteile bzw. Systeme in Übereinstimmung mit den aktuell gültigen Vorschriften und Richtlinien (FDA, cGMP, …) geplant wurden. Für die Planung eines Reinraumes ist notwendig zu wissen, für welche Anforderungen der Raum verwendet werden wird und wie der Arbeitsablauf definiert wird. Wieviele Personen am Arbeitsprozeß beteiligt sind, welche Schutzkleidungen getragen werden, welche Wärmeentwicklungen entstehen, …. All diese Fragen müssen mit dem eigentlichen Nutzer des Raumes abgesprochen werden. Erst nach Klärung dieser Punkte kann das Strömungssystem (turbulenzarme Verdrängungsströmung, turbulente Mischlüftung, gerichtete Strömung, …) für den Reinraum ausgewählt werden. Weiters ist zu beachten in welchem Zustand die gewünschte Reinraumklasse zu gewährleisten ist: „as build“, „at rest“ oder „in operation“.

Phase 2: Die Bauphase
Im ersten Bauabschnitt werden die groben baulichen Arbeiten durchgeführt z.B.: Wanddurchbrüche für Lüftungskanäle, Gas- und Stromversorgung, Kalt- und Warmwasser, Aufhängekonstruktionen, eventuelle Demontagen uvm. Danach werden die Klimageräte an ihrem Bestimmungsort aufgestellt und die Lüftungskanäle montiert. Wenn diese Arbeiten abgeschlossen sind kann begonnen werden die Reinraumwände und Türen aufzustellen. Bei Fertigstellung dieser wird die Zwischendeckenkonstruktion montiert. In die werden dann die Sterilluftversorgungskomponenten

(Laminar-Flow, Schwebstoffdeckenauslässe, …), die Beleuchtungsbalken und Brandmelder eingesetzt. Bevor die Zwischendecke jedoch verschlossen und versiegelt wird, müssen die Anlagen lüftungstechnisch und elektrisch angeschlossen werden. Nach Abschluss dieser Arbeiten muss der Raum geräumt und gesäubert werden. Ab dann hat der Bodenleger den Raum, um einen reinraumtauglichen Kunststoffboden mit Hohlkehlen zu verlegen. Danach kann die Anlage zur Durchspülung in Betrieb genommen und eine Feinreinigung durchgeführt werden. Erst wenn alle Arbeiten im Raum abgeschlossen sind werden die endständigen Filter (HEPA-Filter) in die Anlagen eingesetzt. Der Lüftungstechniker hat nun die Aufgabe die Anlage auf die spezifizierten Werte einzustellen: Luftmenge, Druckstufen zu den Nebenräumen, Luftgeschwindigkeit, Temperatur, Feuchte, ….

Phase 3: Die Abnahme & Prüfung
Die Abnahme erfolgt meistens im Beisein der Planer, der Nutzer und der Lieferanten, die an diesem Projekt beteiligt waren. Die Abnahme IQ (Installation-Qualification) hat den Zweck, zu überprüfen, ob die bei der Planung (DQ) spezifizierten Anlagenteile vollständig, richtig und ohne Beschädigung geliefert und installiert wurden.

Nach einer gewissen Spülzeit des Raumes kann eine Anlagenprüfung OQ (Operation-Qualification) vorgenommen werden. Die OQ ist die urkundliche Beweisführung, dass alle Anlagen bzw. Systeme gemäss ihrer geplanten Spezifikationen und Anforderungen betrieben werden können und die Reinheitszonen ohne Aktivität (Personal und Produktion) den festgelegten Kriterien entsprechen. In der Regel wird zuerst eine Dichtsitz- und Lecktestmessung der eingesetzten Filter und in weiterer Folge die Partikelmessung und Strömungsvisualisierung durchgeführt. Erst wenn all diese Prüfungen positiv abgeschlossen sind, ist der Reinraum für die Produktion freigegeben. Um eine gewisse Reinraumklasse in einem „leeren Raum“ zu erreichen, bedarf es nicht allzu großen Aufwand. Die eigentliche Anforderung an einen Reinraum liegt darin, auch im Betriebszustand „in operation“ (mit Personal und Produktion) die Anforderungen an die Luftreinheit zu gewährleisten. Die urkundliche Beweisführung, dass alle Anlagen bzw. Systeme unter Routine-Benutzungsbedingungen der Reinheitszonen den geplanten Spezifikationen entsprechen, wird in Form der PQ (Performance Qualification) niedergeschrieben. Nach Abschluss dieser letzten Prüfung kann der Reinraum für die Produktion freigegeben werden.

Um einen Reinraum zu errichten sind 3 Bereiche zu beachten:

Reinraumtechnik: 
Im Aufgabenbereich des Reinraumtechnikers liegt es, unter bedacht der Störgrößen das optimale System (Strömungsart) zu wählen und das damit verbundene Luftvolumen zu bestimmen. (Umluft- und Frischluftanteil) Weiters muss der Reinraumtechniker überwachen, dass alle eingesetzten Komponenten der Reinraumklasse entsprechen. Die Ursachen bei nicht erreichen der geforderten Reinraumklasse sind meistens banale Dinge. z.B. fehlende Türverriegelungen, Spalten bei Türen, undichte Fenster, Vibrationen. Für all diese Fehler wird im nachhinein der Reinraumtechniker zur Verantwortung gezogen. Daher ist es Vorteilhaft, einen erfahrenen Reinraumtechniker mit dem Controlling zu beauftragen.

Klimatechnik: 
Die Aufgabe des Klimatechnikers ist es, die Vorgaben des Reinraumtechnikers (Luftmenge, Lufteinbringung, Absaugung, Luftführung, Temperaturunterschiede…) mit den gewünschten Raumkonditionen (Temperatur und Feuchte) mit geeigneten Klimageräten zu realisieren. Dabei treten typischerweise folgende Fragen auf: Aufstellungsort der Klimageräte, Lärmpegel, Kälte- u. Wärmeenergie, Brandschutzverordnung, Raumkonditionstoleranzen, uvm.

Raumausstatter:
Selbstverständlich ist es für einen Reinraum der höheren Klassen notwendig, auch die dafür richtigen Umhausungen (Ummantelungen) zu schaffen. Reinraumwände und -türen müssen glatt, fugenlos, leicht reinigbar, antistatisch, hell, leicht nachrüstbar, desinfektionsmittelbeständig, stabil, wärmedämmend und meistens auch schalldämmend sein (eventuell auch Türverriegelungen). An den Boden werden zusätzliche Anforderungen, wie elektrisch ableitfähig, mit Hohlkehlen in den Randbereichen und belastbar gestellt. In den Verantwortungsbereich des Raumaustatters fällt weiters auch die Zwischendecke: Beleuchtung, Luftführung, Brandmeldesysteme und Servicezugänge. Nicht zu vergessen ist die richtige Wahl und Position der Einrichtungsgegenstände wie Tische, Schränke, usw. In der Regel werden vom Raumausstatter ein Deckenspiegelplan und Wandansichten erstellt und diese vor Fertigung vom Reinraumtechniker und vom Nutzer abgezeichnet.

Reinraumtechnik schützt Produkte, Prozesse und den arbeitenden Menschen vor schädlichen Auswirkungen von Verunreinigungen.

Die eigentliche Aufgabe der Reinraumtechnik besteht darin, in einem Arbeitsraum eine vorherbestimmte Luftreinheit bezüglich luftgetragener partikelförmiger Luftfremdstoffe zu gewährleisten, um schädliche Wirkungen dieser Luftfremdstoffe auf Prozesse und den Menschen zu verhindern!

Daraus ergeben sich im weiteren Sinne folgende Aufgaben:

• Partikel aus der Umgebungsluft vom Arbeitsbereich fernhalten
• Luftfiltrierung und Strömungsführung
• Unter- und Überdruckabstufung zwischen Räumen und Raumarten
• bestimmte Luftzustände wie Lufttemperatur und Luftfeuchte einhalten
• dem Prozeß hochreine Medien zuführen
• reinraumkompatible Produktionstechnik und Prozessführung
• angepasste Verhaltensweisen des Personals und die dazu notwendige Schulung und Motivierung
• Beherrschung der Oberflächenreinheit von Produkten, Arbeitsflächen und Packmittel
• die Prozeßabluft abführen und entsorgen

Eines oder beide der folgenden Schutzziele gilt es dabei zu erreichen:

• den Schutz von Produkten, Gegenständen und/oder Arbeitsprozessen vor verunreinigungsbedingten Schäden und/oder Leistungseinbussen:
• den Schutz des arbeitenden Menschen vor gesundheitsgefährdenden Prozessrisiken

Ergänzend dazu kann es auch erforderlich sein, den Schutz der Bevölkerung in der Betriebsumgebung vor schädlichen luftgetragenen Immissionen sicherzustellen.

Prinzipiell wird in der Reinraumtechnik in zwei Gruppen unterschieden:

Produktschutz:

• Schutz der Wirkstoffe vor Querkontaminationen durch andere, im gleichen Betrieb hergestellte aktive Substanzen;
• der Schutz von Zwischen- und Endprodukten der Arzneimittelherstellung vor Verunreinigung durch Mikroorganismen und ihre Stoffwechselprodukte (Pyrogene)
• der Schutz von Arbeitsprozessen der Biotechnologie vor Kontamination durch prozessfremde Mikroorganismen;
• die Gewährleistung der Sterilität von Parenteralia

Personenschutz:

• Abschirmung der Mitarbeiter von Prozessrisiken
• Schutz vor dem Kontakt mit hochaktiven Wirkstoffen
• Schutz der Betriebsumgebung vor gefährlichen Substanzen

Mit diesem Aufgabenspektrum ist die Reinraumtechnik ein Schlüsselglied in der Kette der Hygienemaßnahmen bei der Herstellung steriler Arzneimittelformen. Sie leisten aber auch wesentliche Beiträge zur Prozeßsicherheit bei der chemischen und biotechnologischen Wirkstoffsynthese, bei der Herstellung fester, halbfester und flüssiger Arzneiformen aller Art, in der biotechnologischen Forschung und Produkteentwicklung sowie in der Qualitätsprüfung von Zwischen- und Endprodukten

Reinraumanlagen fanden überall dort Eingang, in denen die Reinraumtechnik wesentliche Vorraussetzungen für den technologischen Fortschritt lieferte:

• in der chemischen und pharmazeutischen Industrie bei der Produktion hochreiner Chemikalien
• in der Mikroelektronik bei der Entwicklung und Produktion von Speichern und integrierten Schaltungen immer größerer Informationsdichte
• in der mechanischen und optischen Industrie beim Zusammenbau hochempfindlicher Baugruppen oder bei der Prüfung von Präzisionsinstrumenten
• im Krankenhausbereich bei der Asepsis von Operationssälen
• in der Lebensmitteltechnologie bei der Verarbeitung von Produkten ohne Haltbarkeitszusätze
• im Bereich der Weltraumforschung
• und nicht zuletzt in Bereichen der Grundlagenforschung, die sich z.B. mit Werkstoffeigenschaften und Materialstrukturen befassen
  Gentechnologie
• Bio-Technologie
• Wehrtechnik
• Halbleitertechnik
• Labors
• Apotheken

• Personal
  Der Mensch ist die größte „Partikelschleuder“ in einem Reinraum. Trotz Reinraumanzügen werden durch Handlungen wie Niesen, reiben der Hände an anderen Körperteilen,… tausende Partikel an den Raum abgegeben.
• Maschine
  Metallischer Abrieb von Anlagenteilen.
  Strömungshindernisse
  Arbeitstische, Maschinen, Wände können eine gleichmäßige Durchströmung von Räumen verhindern
• Leck
  Ein stecknadelgroßes Loch in einem Zuluftfilter kann gravierende Qualitätseinbussen verursachen.
• Wärmequellen
  Sonneneinstrahlungen oder Maschinenwärme erzeugen Gegenströmungen und führen zu Verwirbelungen.
• Vibrationen
• Elektrostatik
• Luftfeuchte
• Temperaturunterschiede

• Strömungsform
• Luftmenge, Luftgeschwindigkeit
• Filterqualität
• Raum-Druckdifferenzen
• Raumumschließungsflächen (Wände, Decken, Böden)
• Arbeitende Personen
• Zugänge wie Türen, Fenster, Schleußen
• Arbeitsplätze
• Sensoren, Alarme, Steuerung
• Licht und Wärmequellen
• Prozeßeinrichtungen
• Luftfeuchtigkeit, Temperatur
• Medienversorgung
• Sicherheitseinrichtungen
• Statische Aufladung von Oberflächen
• Mögliche Vibrationen
• Strömungshindernisse
• Schallpegel
• Partikelemissionsquellen

• Mikroorganismen
  Eine wichtige Teilklasse der Partikel sind die Mikroorganismen: Einzeller mikroskopischer Größe, die sich unter geeigneten Bedingungen durch Zellteilung vermehren können.
• KBE
  Koloniebildende Einheiten :: vermehrungsfähige Keime :: Bakterien, Pilze, Hefen,….
• Partikel
  sind dabei feste oder flüssige Teilchen mit definierten physikalischen Grenzen, also mit einer klar definierten Kontur.
• Reinraumtechnik
  (englisch: contamination control) ist die Kette aller Maßnahmen technischer und betrieblicher Art, um einen schädigenden Einfluss von Verunreinigungen (Kontaminationen) am Arbeitsplatz auszuschließen.
• Reinraum
  ist definiert als ein Raum, in dem die Konzentration der luftgetragenen Partikeln kontrolliert und beherrscht wird. Er wird so betrieben, daß die Zufuhr, Freisetzung und Ablagerung von Partikel minimiert sind. Ergänzende reinheitsrelevante Größen wie Temperatur, Luftfeuchte und Druck sind dabei jeweils soweit erforderlich zu regeln.
• cGMP-Richtline
  current Good Manufacturing Practices – Richtlinie der Europäischen Union für eine gute Herstellungspraxis
• FDA
  Food and Drug Administration :: Amerikanische Sicherheits-Behörde
• PIC
  Internationales Abkommen für die gegenseitige Anerkennung pharmazeutischer Inspektionen
• DEHS
  Diethyl-Hexyl-Sebacat :: Monodisperses Aerosol, welches zur Prüfung von Luftfiltern verwendet wird.
• DOP
  Dioctylphthalat :: Früher verwendetes Prüfaerosol, welches aber schädliche Wirkungen aufweist.
• MPPS
  Most Penetrating Particle Size :: Partikelgröße mit dem höchsten Durchlassgrad an einem Filter.
• SOP
  Standard Operation Procedures :: Standardisierung von regelmäßigen Abläufen
• VMP
  Validation Master Plan
• HEPA
  High Efficiency Particulate Air Filter = HOSCH Hochleistungs Schwebstoffilter, H10-H14
• ULPA
  Ultra Low Penetration Air Filter, U15-U