Energieeffiziente Reinraumlösung

Spritzgießmaschinen in die Reinraumwand integriert

Das Spritzgießen von Komponenten für Biopsie und Anästhesie im Reinraum verursacht hohe Energiekosten. Für das neue Logistik- und Produktionszentrum suchte das Unternehmen Pajunk im baden-württembergischen Geisingen deshalb nach einer energieeffizienten Lösung. Die Lösung besteht aus einem gut 1000 Quadratmeter großen Reinraum gemäß GMP-Klasse D, in dem die Spritzgießmaschinen in die Wand integriert sind. Weitere Maschinen lassen sich in Zukunft anbinden.

Im neuen Reinraum werden verschiedene Arbeitsschritte durchgeführt: Dazu zählen unter anderem die Herstellung von Produkten für die Biopsie und Anästhesie sowie Prüf- und Verpackungsvorgänge. © BC-Technology

Bis vor kurzem ließ das Unternehmen Pajunk diverse Spritzgießteile, die im medizinischen Alltag unter anderem bei der Biopsie und Anästhesie eingesetzt werden, in einem ausgelagerten Prozess fertigen. Das neue, großzügig bemessene Logistik- und Produktionszentrum mit einer Gesamtfläche von 4550 Quadratmeter bietet nun die Möglichkeit, die Herstellung der Komponenten am eigenen Standort durchzuführen. 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 selbständig erfolgen sollte, um die Intralogistik zu optimieren.

Energieverbrauch im Reinraum
Bei der Planung stieß der Medizintechnikspezialist auf einige Herausforderungen. "Wir stellen sehr hohe Ansprüche an die Hygiene und Qualität unserer Produkte", erklärt Armin Pfeifer, Leiter Qualitätsmanagement bei Pajunk. "Gleichzeitig wollten wir die Herstellungsprozesse so weit verschlanken, dass auf Reinigungsprozesse nach der Herstellung möglichst verzichtet werden kann." Eine gängige Lösung besteht darin, den Produktionsvorgang komplett in den Reinraum zu verlegen. Ein Problem dabei: Werden Spritzgießmaschinen im Reinraum installiert, erhöht sich der Energieverbrauch signifikant. Dafür verantwortlich ist die starke Wärmeentwicklung im Spritzgießprozess. Die Produktion unter Reinraumbedingungen erfordert jedoch unter anderem konstante Temperaturen, was wiederum die verbauten Klimageräte stärker beansprucht und einen höheren Energieverbrauch zur Folge hat.

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Die Spritzgießmaschine steht mit ihrem energieintensiven Verfahrensteil im Schwarzraum und entlastet so die Klimasteuerung im Reinraum. © BC-Technology

Pajunk sah sich deshalb nach einer Möglichkeit um, die Kunststoffspritzgießprodukte einerseits unter reinen Bedingungen herstellen zu können, andererseits die Energiekosten niedrig zu halten. Nach Recherchen und dem Erfahrungsaustausch mit regionalen Herstellern aus der Branche wurde das Unternehmen BC-Technology gemäß dessen Planungskonzept für den Reinraum samt Nebenanlagen und MSR-Technik beauftragt.

Saubere Herstellungsbedingungen
"Um diese Anforderungen zu erfüllen, haben wir eng mit dem am Projekt beteiligten Maschinenhersteller zusammengearbeitet", berichtet Projektleiter Jürgen Wolf. "Die Spritzgießmaschine mit Werkstückwechsler befindet sich an der Reinraumwand im Schwarzbereich des Produktionszentrums. Sie wurde 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 Spritzgießprozesses können im Reinraum die im vorherigen Takt gespritzten Teile entnommen werden.

Für den Spritzbereich wurde eine horizontal strömende Filter-Fan-Unit (FFU) an das Gehäuse der Spritzgießmaschine als Schutzzone (links) angebaut, damit sich die Bauteile stets unter Reinraumbedingungen befinden. Rechts der Drehtisch zu Bedienung. © BC-Technology

Damit die Bauteile unter Reinraumbedingungen umspritzt werden, wurde für den Spritzbereich eine horizontal strömende Filter-Fan-Unit (FFU) als Schutzzone an das Gehäuse der Spritzgießmaschine gebaut. Das Konzept der durch die FFUs erzeugten turbulenten Luftströmung sowie die praktische Umsetzung seien überzeugend. Die Luftqualität der FFU entspricht Klasse 5 gemäß DIN EN ISO 14644 und ist gemäß Reinheitsklasse A nach dem EG-GMP-Leitfaden, Annex 1, qualifiziert. Dank Installation der Spritzgießmaschinen im Schwarzbereich entsteht zum einen nur eine geringe Wärmelast im Reinraum, was im Umkehrschluss niedrige Energiekosten bedeutet. Zum anderen kann das Personal die Spritzgießmaschinen im Schwarzbereich warten, wodurch sich die intern ablaufenden Fertigungsprozesse grundsätzlich vereinfachen lassen. Des Weiteren werden auch die Reinraumbedingungen nicht unnötig durch Partikelentwicklungen beeinträchtigt.

Erweiterbares Konzept
Bei der Planung spielte außerdem eine entscheidende Rolle, dass Pajunk ein nachträglich erweiterbares Konzept forderte. Nach Fertigstellung und erster Inbetriebnahme des Reinraumes sollte die Möglichkeit bestehen, Spritzgießmaschinen und weitere Technologien wie Laserschweißen, Lasergraduieren und robotergestützte Fertigungsverfahren unabhängig voneinander und zeitlich versetzt zu integrieren und in Betrieb zu nehmen.

Im Bereich des Besucherflurs bietet der Reinraum über eine raumhohe, großflächige Glaswand und vermittelt den Eindruck von Transparenz. © BC-Technology

In neunmonatiger Bauzeit wurde das Projekt mit 1015 Quadratmeter Größe realisiert, die Schleusen umfassen 122 Quadratmeter. Außerdem verfügt der Reinraum im Bereich des Besucherflurs über eine raumhohe Glaswand. Beim Bau wurden bereits zwei Spritzgießmaschinen an den Reinraum angebunden; zum Jahresende 2018 kam eine dritte Maschine hinzu. Um diese nachträglichen Erweiterungen realisieren zu können, wird der Reinraum von innen mit einer mobilen Wand abgetrennt. Auf diese Weise kann die Öffnung, die für eine neue Maschine benötigt wird, ausgeschnitten werden, ohne den Reinraum mit unerwünschten Partikeln zu kontaminieren.

Im Jahr 2019 plant Pajunk das Aufstellen weitere Spritzgießmaschinen. Da sich das Anbindungskonzept bewährt habe, soll dieses auch bei der folgenden Integration neuer Maschinen beibehalten werden. Dementsprechend positiv bewerten die Geschäftsführer Simone Pajunk-Schelling und Martin Hauger das Projekt: "Die Zusammenarbeit war unkompliziert und konstruktiv."


Der Anwender
Die familiengeführte Pajunk GmbH wurde 1964 von Horst und Heinrich Pajunk in der elterlichen Garage, in Geisingen, gegründet. Im Jahr 1968 spezialisierte sich das Unternehmen auf die Produktion von OEM-Produkten für namhafte Hersteller der Medizintechnik. Kurze Zeit später folgte der Aufbau der Forschungs- und Entwicklungsabteilung und schließlich der Start einer eigenen Produktlinie für Medizintechnik. In enger Zusammenarbeit mit Professor Sprotte wurde 1979 unter anderem die "Sprotte-Kanüle" entwickelt. Heute ist Pajunk in der zweiten Generation unter der Leitung von Simone Pajunk-Schelling und Martin Hauger. Der Hauptsitz des Unternehmens und die gesamte Produktion sind nach wie vor in Geisingen ansässig. Mit rund 500 Mitarbeitern weltweit ist das Unternehmen Komplettanbieter für Kanülen, Katheter und Nervenstimulatoren in der Regionalanästhesie, Schmerztherapie und Neurologie, Spezialanbieter für modulare Ein- und Mehrweg-Systemlösungen sowie anwendungsspezifische Ballonsysteme für die minimalinvasive Chirurgie und Anbieter eines umfassenden Kanülensortiments für die Biopsie. Außerdem ist Pajunk OEM-Lieferant für Dentalspritzen

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