Spritzguss für die Medizintechnik

Mit dem Reinraum hoch hinaus

Sterile Atmosphäre beim Spritzgießen bei 6,30 Meter Raumhöhe. Nicht nur auf die stolze Höhe von 6,30 Meter wollte und musste Kunststoffverarbeiter Braunform bei Planung eines neuen Reinraums hinaus – ebenso gefragt waren hohe Energieeffizienz der Anlage, Sicherheit und schnelle Projektumsetzung.

Bei den außergewöhnlich hohen Reinräumen wurden spezielle Decken- und Wandkonstruktionen verbaut. Das Belüftungssystem mit einer abwärts gerichteten Luftströmung über Filter-Fan-Units ist besonders energieeffizient. (Bild: Braunform)

Zahlreiche Medizinprodukte wie Sicherheitsverschlüsse für Spritzen oder Verschlüsse für Infusionsbeutel, die im Spritzguss hergestellt werden, unterliegen hohen Anforderungen. Aus diesem Grund erfolgt ihre Produktion vermehrt unter kontrollierten Bedingungen im Reinraum. Kerngeschäft von Braunform ist der Formenbau. Als Ergänzung werden seit 1997 für die Pharmaindustrie im Reinraum Kunststoffprodukte mit anspruchsvollen Herstellungsprozessen produziert. „Die Aufträge im Gesamtunternehmen wurden in den vergangenen Jahren umfangreicher, sodass unsere Produktionsgebäude irgendwann aus allen Nähten platzten und auch nicht mehr dem Stand der Technik entsprachen“, erinnert sich Thomas Geier, Leiter Industrial Engineering bei Braunform. Aus diesem Grund entschied sich das Unternehmen dafür, ein neues Werk an einem zweiten Standort in der Nähe des Hauptsitzes zu errichten. Die Reinraumproduktion im Werk Bahlingen sollte nach Endingen ziehen, um dem Formenbau Erweiterungsflächen zu verschaffen. Zudem hatte man in Endingen so die Möglichkeit alles auf dem neuesten technischen Stand umzusetzen, unter Berücksichtigung der logistischen Anforderungen. Das bedeutete hohe Anforderungen an die Planer, da die Maschinen eine Mindestraumhöhe von 6,30 Meter erforderten.

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Baukastenprinzip mit hoher Energieeffizienz
BC-Technology hatte bereits im Jahr 2012 am Hauptstandort Bahlingen an der Erweiterung der bestehenden Reinräume gearbeitet. Aufgrund dessen und dem nach Unternehmensangaben besonders energiesparenden Konzepts für das neue Werk, erhielt das Unternehmen auch diesen Auftrag. In neun Monaten Bauzeit wurden die beiden Reinräume realisiert – davon weist ein Produktionsraum die GMP-Klasse C auf; ein Raum die Reinheitsklasse GMP D. Außerdem wurden Personal- und Materialschleusen in die Planungen miteinbezogen. Im Besonderen wurde berücksichtigt, dass sich aufgrund der Größe der Reinräume vor allem zu den Schichtwechseln viel Personal in den Schleusen aufhalten würde. Die Raumgröße und die Schleusensteuerung sollte dahingehend optimiert werden, dass möglichst kurze Wartezeiten entstehen.

Die ungewöhnliche Deckenhöhe war eine besondere Herausforderung: Sie verlangte zum einen ein spezielles Lüftungskonzept, zum anderen mussten die Wände den hohen baulichen Anforderungen – etwa bezüglich der Statik – gerecht werden. „Für gewöhnlich haben Reinräume eine Höhe zwischen etwa drei bis dreieinhalb Meter“, erklärt Projektleiter Jürgen Wolf. „Da in diesem speziellen Fall die Spritzgießmaschinen und drei Krane unterzubringen waren, musste die Raumhöhe nahezu verdoppelt werden.“ 

Da die Produktionsgebäude am Hauptsitz in Bahlingen zu klein geworden waren, baute die Braunform in der Nachbarstadt Endingen einen neuen Standort mit zwei Reinräumen für die Kunststoff- und Pharmaproduktion.

Versuchsreihen zur Lösungsfindung
Da die Spritzgießmaschinen eine hohe Wärmelast von 8 Kilowatt abstrahlen, mussten sie im Energie- und Lüftungskonzept berücksichtigt werden. Es wurde eine abwärts gerichtete Luftströmung über Filter-Fan-Units (FFU) mit Drallauslässen und Rückluftkühlern vorgesehen. Gegenüber anderen Systemen haben diese den Vorteil, dass sie einen Großteil der vorhandenen Luft wieder aufbereiten und dadurch weniger Frischluft benötigt wird; somit bieten sie einen hohen energetischen Wirkungsgrad. Außerdem lassen sie sich mit den Komponenten des Cleanoflex-Systems kombinieren. Dieses flexible und modular aufgebaute Reinraumsystem ermöglicht es, Aus- und Umbaumaßnahmen durchzuführen und kundenindividuelle Lösungen zur realisieren. Auch Räume höherer Reinheitsklassen können damit, so der Anbieter, ohne großen Aufwand realisiert werden.

Um die Effizienz der abwärts gerichteten Luftströmung zu testen, wurden Versuchsreihen in einem Prüflabor in Auftrag gegeben. „Da keine Spritzgießmaschine für die Tests zur Verfügung stand, wurde die Wärmelast mit Hilfe eines Heizstrahlers simuliert, der dieselbe Wärmelast abgibt. Zudem wurden die Versuchsreihen in einer vergleichbar hohen Arbeitsumgebung durchgeführt. Mit Hilfe der optischen Strömungssimulation wurden anschließend die Luftströmungen dokumentiert, sodass aus den Erkenntnissen eine energieeffiziente Lösung für Braunform entwickelt werden konnte.

Niedriger Energieeinsatz durch Wärmerückgewinnung
Auch das Belüftungskonzept ist durchdacht: Einerseits verfügen die neuen Reinräume über eine dezentrale Lüftungsanlage mit FFU und H14-Filtern, die für eine turbulente Durchströmung der Hallen sorgt. Auch dies ist ein wichtiger Faktor für das Erreichen der notwendigen Reinheitsklasse. Andererseits werden die Räume von einer zentralen Lüftungsanlage mit Frischluft versorgt. Damit die Maschinen keine Partikel in die Halle ausstoßen, wurden an den Spritzeinheiten lokale Partikelabsaugungen installiert. Diese Luft wird wiederum durch die Außenluft der Zentralanlage ersetzt. Hier kommt die bewährte Methode der Wärmerückgewinnung über einen Rotationswärmetauscher zum Einsatz, womit Heiz- und Klimatisierungskosten deutlich gespart werden können. Außerdem be- und entfeuchtet das zentrale Lüftungsgerät die Luft entsprechend der geforderten Reinraumbedingungen. Dabei wurde ein sich selbst regelndes System eingesetzt, das nach dem Kaskadenprinzip funktioniert: Während die Filter-Fan-Units im Dauerbetrieb laufen und damit auch die Raumtemperatur regeln, schaltet die Hauptlüftungsanlage erst aktiv in den Kühl- oder Heizmodus, wenn Sensoren registrieren, dass die voreingestellten Temperaturgrenzwerte über- oder unterschritten werden. So wird die Temperatur in diesem Fall bei 22 Grad Celsius ±3 Kelvin und zwischen 40 und 60 Prozent Luftfeuchtigkeit gehalten. 

Thomas Geier, Leiter Industrial Engineering bei der Braunform: „Die Aufträge im Gesamtunternehmen wurden in den vergangenen Jahren umfangreicher, sodass unsere Produktionsgebäude irgendwann aus allen Nähten platzte …“

Spezielle Wand- und Deckenprofile
Die außergewöhnliche Höhe spielte für die Konstruktion der Wände sowie der Decke eine große Rolle. Hier wurde wiederum auf hohe Flexibilität geachtet, um Änderungen einfach nachträglich durchführen zu können. Das Raumdeckensystem besteht aus mehreren, einfach austauschbaren Modulen und wird von Profilen aus Aluminium getragen. Durch Gewindestangen ist die Höhe flexibel verstellbar. Die Decke kann mit maximal 110 kg/mzusätzlich belastet werden. BC-Technology entwickelte außerdem spezielle Wandpaneele, die über einen flexiblen Aufbau verfügen und selbsttragend sind; eine Lastübertragung zur Decke wird so vermieden. Die Paneele sind 60 Millimeter dick und verfügen über kunststoffbeschichtete Sichtflächen. Auch hier werden die Wände mit einer zusätzlichen Konstruktion aus Aluminiumprofilen zur Aussteifung gestützt. Bei den Wandelementen ist noch darauf zu achten, dass die Zwischenräume dicht konstruiert sind. Deshalb sind diese mit kunstharzgebundenen und nicht verziehenden Steinfasermatten ausgefüllt. Das Material ist nicht brennbar gemäß DIN 4102/A1. Besonders hervorzuheben seien die sehr guten Wärme- und Schallisolierwerte, die das durchdachte Energiekonzept zusätzlich untermauern.

Rechtzeitige Fertigstellung trotz engem Zeitplan
Trotz der Komplexität des Auftrags wurden die Reinräume fristgerecht realisiert. Dabei waren bei Baubeginn noch nicht alle Detailplanungen abgeschlossen. Außerdem erforderte das Projekt aufgrund des straffen Zeitplans zahlreiche regelmäßige Abstimmungen mit anderen Gewerken und externen Planern der Klimatechnik oder der Steuerung. Auch die Einhaltung der Regularien für Reinräume nach GMP und ISO 14644 musste ständig geprüft werden. Nicht zuletzt weil BC-Technology auch die Qualifizierung der Reinräume übernehmen kann und somit kein externes Unternehmen beauftragt werden musste, war Braunform zufrieden mit der Zusammenarbeit.


Der Anwender
Die Braunform GmbH mit Sitz im badischen Bahlingen wurde 1977 mit vier Mitarbeitern gegründet. Der Familienbetrieb stellt hochwertige Spritzgießwerkzeuge für eine Vielzahl von Branchen her. Dazu zählen die Pharmaindustrie ebenso wie die Konsumgüter-, Hygiene-, Automobil- und Elektrobranche. Im Jahr 2016 wurde die Kunststoff- und Pharmaproduktion an den neuen Standort Endingen verlagert. Für das Unternehmen spielt nachhaltiges und umweltfreundliches Agieren eine große Rolle, weshalb Braunform bereits im Jahr 2013 nach DIN EN ISO 50001 zertifiziert wurde. Daneben erhielt der Betrieb bereits mehrere Auszeichnungen, etwa als Werkzeugbauer des Jahres 2007 sowie als Top-Arbeitgeber 2014 und 2017. Heute beschäftigt das Unternehmen etwa 375 Mitarbeiter und wies 40,7 Millionen Euro Umsatz aus.

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