Mit Cape haben For­sche­rin­nen und For­scher des Fraun­ho­fer-Insti­tuts für Pro­duk­ti­ons­tech­nik und Auto­ma­ti­sie­rung IPA ein mobi­les, zelt­ähn­li­ches Rein­raum­sys­tem ent­wi­ckelt, das sich in weni­ger als einer Stun­de sowohl in Innen­räu­men als auch in wet­ter­ge­schütz­ten Außen­be­rei­chen auf­bau­en lässt. Der Anstoß zu die­ser Inno­va­ti­on ist auf die OHB Sys­tem AG, einen bedeu­ten­den Key­play­er der euro­päi­schen Raum­fahrt, zurück­zu­füh­ren. Cape schützt emp­find­li­che Pro­duk­te beim Her­stel­lungs­pro­zess, aber auch bei der Ver­mei­dung von Quer­kon­ta­mi­na­tio­nen. Dar­über hin­aus las­sen sich Anla­gen und Pro­duk­te unter der Ein­hau­sung ste­ri­li­sie­ren.

Schon gerin­ge Kon­ta­mi­na­tio­nen füh­ren in vie­len Bran­chen zu Qua­li­täts­ein­bu­ßen. Gera­ten Ver­un­rei­ni­gun­gen und Kei­me auf Auto­ma­ti­sie­rungs­kom­po­men­ten, Werk­zeu­ge, Mikro­chips, Raum­son­den oder medi­zin­tech­ni­sche Bau­tei­le, kann dies zu feh­ler­haf­ten End­ge­rä­ten füh­ren. Um sol­che Defek­te zu ver­mei­den, lagern Unter­neh­men ihre kon­ta­mi­na­ti­ons­sen­si­ti­ven Fer­ti­gungs- und Mon­ta­ge­schrit­te in Rein­räu­me aus. Die­se sind jedoch teu­er, nicht über­all ver­füg­bar und schüt­zen nicht vor Quer­kon­ta­mi­na­tio­nen. Oft­mals müs­sen auch die Rein­räu­me selbst keim­frei gehal­ten wer­den, etwa beim Auf­bau oder bei der War­tung von Auto­ma­ti­sie­rungs­kom­po­nen­ten. Mit Cape bekom­men Her­stel­ler nun eine mobi­le, kon­ta­mi­na­ti­ons­freie Fer­ti­gungs­um­ge­bung, die Luft­rein­hei­ten von der ISO-Klas­se 1 bis 9 ermög­licht. Sie eig­net sich sowohl, um Ver­un­rei­ni­gun­gen wäh­rend der War­tungs­ar­bei­ten in Rein­räu­men mög­lichst aus­zu­schlie­ßen, schafft aber auch einen ste­ri­len Raum unter dem zelt­ähn­li­chen Sys­tem. Unter­neh­men kön­nen das Cape in Indus­trie­hal­len oder auch im Außen­be­reich auf­stel­len, sofern ein fes­ter Unter­grund und ein Wet­ter- und Wit­te­rungs­schutz vor­han­den ist. Das Fraun­ho­fer IPA pro­jek­tiert die­sen „Rein­raum on Demand“, maß­ge­schnei­dert auf die kun­den­spe­zi­fi­schen Indus­trie­be­dürf­nis­se, in unter­schied­lichs­ten Aus­füh­run­gen, For­men und Grö­ßen – wahl­wei­se mit und ohne Boden. Das Cape kann auch ohne bau­li­che Anpas­sun­gen in der indus­tri­el­len Fer­ti­gung in kür­zes­ter Zeit in bestehen­de Pro­duk­ti­ons­be­rei­che inte­griert wer­den. Die kleins­te Vari­an­te misst gera­de ein­mal 30 x 30 Zen­ti­me­ter. Sie eig­net sich bei­spiels­wei­se für Löt­pro­zes­se, wenn nur ein klei­ner Schutz­be­reich abge­schot­tet wer­den soll. Eine Zelt­va­ri­an­te mit einem Gewicht von 60 Kilo­gramm hat die Maße 3 x 3 x 4 Meter.

Rasanter Aufbau ohne Hilfsmittel

Cape besteht aus einem aus­ga­sungs­ar­men, wasch- und ste­ri­li­sier­ba­ren Spe­zi­al­ge­we­be, das wie eine Käse­glo­cke von der Decke her­ab­ge­las­sen wer­den kann oder am Boden auf­ge­baut wird. Die Kon­struk­ti­on des Sys­tems besteht aus dop­pel­rah­mi­gen GFK-Seg­men­ten. Die Steck­ver­bin­dun­gen aus Alu­mi­ni­um wer­den werk­zeug­frei arre­tiert. Cape ist schnell auf­ge­baut. Dafür sind kei­ner­lei Hilfs­mit­tel und Werk­zeu­ge erfor­der­lich – ein gro­ßer Vor­teil, Mate­ri­al­kos­ten und auf­wän­di­ge Mon­ta­gen ent­fal­len. Für die 3 x 3 x 4 Meter gro­ße Vari­an­te sind nur 30 Minu­ten erfor­der­lich. „Das 11 x 12 x 7 Meter gro­ße Sys­tem bau­en wir in ein bis zwei Tagen auf. Um einen her­kömm­li­chen Rein­raum die­ser Grö­ße zu instal­lie­ren, benö­tigt man ein bis zwei Mona­te“, sagt Dr. Udo Gom­mel, Lei­ter der Abtei­lung „Reinst- und Mikro­pro­duk­ti­on“ am Fraun­ho­fer IPA. „Zudem spa­ren Unter­neh­men Betriebs­kos­ten, wenn der Rein­raum nicht benö­tigt wird“, beschreibt Gom­mel einen wei­te­ren Vor­teil des mobi­len Sys­tems, das kom­pakt ist wie ein Zelt. Ins­be­son­de­re Kun­den, die nicht per­ma­nent eine rein­heits­tech­nisch kon­trol­lier­te Umge­bung benö­ti­gen, pro­fi­tie­ren davon. Der Trans­port des Sys­tems erfolgt in einer sta­bi­len Box aus Alu­mi­ni­um, die sich auch als Luft­fracht ver­schi­cken lässt.

Höchste Reinheitsanforderungen sind gewährleistet

Cape genügt höchs­ten Rein­heits­an­for­de­run­gen, unter ande­rem der ISO-Klas­se 1. Das bedeu­tet, dass ein Kubik­me­ter Luft nicht mehr als zehn Par­ti­kel von 0,1 Mikro­me­ter Grö­ße ent­hal­ten darf. Die­ser ult­rar­ei­ne Bereich ist etwa eine Mil­li­ar­de mal sau­be­rer als die Umge­bungs­luft. Ein eigens ent­wi­ckel­tes Strö­mungs­kon­zept gewähr­leis­tet eine ste­ri­le Fer­ti­gungs­um­ge­bung. „Unser Luft­ver­teil­sys­tem, das unter ande­rem auch eine Fil­ter­an­la­ge umfasst, sorgt für eine homo­ge­ne Strö­mungs­ver­tei­lung, die Strö­mungs­füh­rung ist gerich­tet. Damit heben wir uns von am Markt ver­füg­ba­ren Sys­te­men ab. Da Cape aus einer durch­läs­si­gen, aus­ga­sungs­frei­en und elek­tro­sta­tisch ableit­ba­ren Gewe­be­hül­le besteht, kann die Luft gleich­mä­ßig radi­al von innen nach außen durch­ge­drückt wer­den. Indem man die rela­ti­ven Luft­druck­ver­hält­nis­se ändert bezie­hungs­wei­se das Druck­ge­fäl­le umkehrt, kann man ent­we­der den Zeltin­nen­raum oder auch den Bereich außer­halb des Capes schüt­zen“, führt Gom­mel aus. „Wie in zahl­rei­chen Tests nach­ge­wie­sen wur­de, tre­ten kei­ner­lei che­mi­sche Emis­sio­nen des CAPEs auf.2

Die Anwen­dungs­mög­lich­kei­ten des Leicht­ge­wichts sind viel­fäl­tig: Es eig­net sich für den Ein­satz in der Chip­fer­ti­gung, der Medi­zin­tech­nik, der Lebens­mit­tel­in­dus­trie oder der Satel­li­ten­mon­ta­ge, aber auch die Auto­mo­bil­bran­che pro­fi­tiert von dem kom­pak­ten „Rein­raum on Demand“ – bei­spiels­wei­se in der Bat­te­rie­zel­len- oder der Brenn­stoff­zel­len­fer­ti­gung. „Cape kann selbst in Kri­sen­ge­bie­ten ein­ge­setzt wer­den, etwa um eine rei­ne und ste­ri­le Umge­bung bereit­zu­stel­len, wenn vor Ort kein Ope­ra­ti­ons­saal vor­han­den ist“, sagt der Wis­sen­schaft­ler.

Fraun­ho­fer IPA auf der Han­no­ver Mes­se 2019: Hal­le 17, Stand C83