Luftströmungen im Reinraum kontrollieren und steuern

Im Reinraum muss die Konzentration luftgetragener Teilchen so gering wie nötig sein, damit die dort gefertigten Halbleiter nicht beschädigt oder die pharmazeutischen Produkte verunreinigt werden. Dies erfolgt durch eine hohe Luftwechsel-Rate. In Reinräumen der Klasse A, in denen das Produkt offen liegt und direkt mit Luft in Berührung kommt, gilt es daher, eine kontinuierliche turbulenzarme Verdrängungsströmung ( TAV ) zu gewährleisten. Für die Überwachung dieser TAV kommen Strömungssensoren zum Einsatz, die durch ihre Genauigkeit nicht nur die im Reinraum vorkommenden niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten exakt erfassen können, sondern auch durch ihr Material und ihr Design den dortigen Anforderungen entsprechen.

Unter der Bezeichnung "Good Manufacturing Practice" (GMP) sind Qualitätsrichtlinien definiert, welche die Qualität der Produktionsabläufe und -umgebung in der Herstellung von Arzneimitteln sicherstellen. Ein Unternehmen, das sich auf GMP-konforme Techniken verschrieben hat, ist die Firma Neuberger aus Rothenburg ob der Tauber. Neben Hard- und Software zur Steuerung der Klimatisierung in Gebäuden liefert Neuberger speziell für die Pharma-Industrie ausgelegte Monitoring-Systeme. Deren Aufgabe ist es, alle notwendigen Kennwerte des Reinraums wie Raumtemperatur, Raumfeuchte, Raumdruck, Partikelkonzentrationen und Luftströmung zu überwachen, zu visualisieren und zu archivieren.

Einen besonderen Schwerpunkt bildet hier die Überwachung der in der Reinraumdecke installierten "Fan Filter Units" (FFU), die permanent und unter ständiger Kontrolle sorgfältig gefilterte Luft zuführen. Dadurch wird gewährleistet, dass weder belastende Partikel an das Produkt gelangen noch kontaminierte Luft von außen in den Reinraum dringen kann. Diese turbulenzarme Verdrängungsströmung wird von Strömungssensoren erfasst, die Neuberger zusätzlich zur Filterüberwachung oder zur Drehzahlregelung der FFU einsetzt.

Filter überwachen oder FFUs regeln

In seiner Funktion zur Filterüberwachung überprüft der Sensor, ob bei der fest eingestellten Lüfterdrehzahl die Strömungsgeschwindigkeit stimmt oder sich aufgrund der zunehmenden Verschmutzung des Filters bereits verlangsamt hat. In der zweiten Anwendungsvariante wird die vom Sensor gemessene Strömung direkt zur Drehzahlregelung der FFUs genutzt.

Die GMP schreiben einen eng spezifizierten, zulässigen Arbeitsbereich für die Strömungsgeschwindigkeit vor; 0,45 m/s mit einer zulässigen Abweichung von ±20 %, entsprechend 0,09 m/s. Die eingesetzten Strömungssensoren des Typs SS 20.415 von SCHMIDT Technology haben eine Messungenauigkeit von 0,05 m/s. SCHMIDT Technology garantiert diese nicht nur durch eine Werksbescheinung, sondern erstellt auf Kundenwunsch auch ein Kalibrierzertifikat im werkseigenen Präzisionswindkanal.

GMP-konform und dennoch einzigartig

Der SS 20.415 wurde eigens für den Einsatz im Reinraum GMP-gerecht designt. Das bedeutet einerseits, dass der Sensor nur glatte Oberflächen ohne Hinterschneidungen aufweist und sich dadurch leicht reinigen bzw. desinfizieren lässt. Andererseits wurden für die reinraumseitigen Montageteile nur geeignete Materialien wie z.B. Edelstahl eingesetzt, die beständig gegen gängige Reinigungsmittel-und Desinfektionsmitteln wie Alkohol, Peressigsäure und Wasserstoffperoxid sind.

Eine Besonderheit stellt die Verschmutzungserkennung dar. Sollte wider Erwarten das Sensorelement verschmutzen oder von etwas Reinigungsflüssigkeit benetzt werden, kann der Sensor nicht mehr korrekt messen und gibt ein Fehlersignal aus. Den Fehler signalisiert der SS 20.415 durch Ausgabe eines Wertes von 2 mA. Ansonsten übermittelt er die Messwerte als störunanfälliges 4 ... 20 mA-Signal mit hoher Lineraritätsgenauigkeit.

Ein weiterer Vorteil des SS 20.415 ist seine kompakte Bauweise. Sie wird ermöglicht durch die Integration der Elektronik im Fühlerrohr, das mit seinen gerade mal 9 mm Durchmesser keine Turbulenzen in der Strömung erzeugt. Von Vorteil sind auch die beiden konstruktiven Varianten. Eine im 90°-Winkel gebogene Version kann direkt unter der Reinraumdecke befestigt werden, die gerade Ausführung eignet sich zur Montage an einer Wand.