EP3390922B1

EP3390922B1 - Mobile reinraumanordnung

Info

Publication number: EP3390922B1
Application number: EP16809374.8A
Authority: EP
Inventors: Udo Gommel; Tanja MEYER; Frank Bürger; Axel MÜLLER
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2022-06-08
Anticipated expiration: 2036-12-09
Also published as: WO2017102568A1; EP3390922A1; DE102015225779A1; KR102163175B1; KR20180095554A; ES2922989T3

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Reinraumanordnung, die eine Umhausung vorsieht, die mittel- oder unmittelbar an einen Bodenbereich angrenzt und einen Raum gegenüber einer Umgebung abtrennt. Ferner ist eine mobile Filter-Ventilator-Einheit vorgesehen, die einen Lufteinlass- und einen Luftauslassbereich besitzt und außerhalb des Raumes in der Umgebung angeordnet ist. Über eine Zuleitung ist der Luftauslassbereich der mobilen Filter-Ventilator-Einheit mit dem von der Umhausung begrenzten Raum verbunden.

Stand der Technik

Der Begriff "Rein- oder Reinstraum" beschreibt einen gegenüber einer Umgebung abgeschlossenen Raum, in dem die Konzentration luftgetragener Partikel in Abhängigkeit von innerhalb des Raumes durchzuführender Prozesse oder Aktivitäten so gering wie nötig gehalten wird. Reinräume werden bevorzugt in der Halbleiterfertigung, in der Optik- und Lasertechnologie, den Biowissenschaften, der medizinischen Forschung sowie auch in der Luft- und Raumfahrttechnik, um nur einige Anwendungsgebiete zu nennen, eingesetzt.
Neben dem Aspekt der Konzentration luftgetragener Teilchen bzw. Partikel, die zu unerwünschten Verunreinigungen an technischen Oberflächen führen können, gilt es insbesondere in Anwendungsbereichen, bei denen chemisch sensibel sowie auch mikrobiologisch sensible Maßnahmen vorgenommen werden, entsprechende Vorkehrungen zu treffen, um chemische und/oder mikrobiologische Kontaminationen innerhalb eines definierten Raumbereiches ausschließen zu können.
Üblicherweise stellen Rein- und Reinsträume komplex und technisch aufwendig gestaltete Areale dar, deren Zugang zumeist über unterschiedliche Schleusensysteme realisiert wird. Reinräume werden mit speziell konfektionierten klimatechnischen Aggregaten gespeist, die sicherstellen, dass Verunreinigungen sofort aus der Luft entfernt werden. Hierzu wird eine entsprechend gefilterte Verdrängungsströmung in den Reinraum eingeleitet, innerhalb dem im Wege eines großen Luftdurchsatzes die Reinheit der Luft sichergestellt werden soll. Sämtliche dem Reinraum zugewandte Oberflächen sowie auch innerhalb des Reinraumes befindliche Objekte, unterliegen reinraumspezifischen Anforderungen, um Luftverunreinigungen im Wege von Ausgasungen, Partikelfreisetzungen oder ähnlicher die Reinraumluft kontaminierender Vorgängen zu vermeiden. Da in der Regel der Mensch die größte Quelle für Partikelfreisetzungen ist, helfen eine angepasste Arbeitskleidung, spezielle Arbeitsmittel sowie Werkzeuge, um die innerhalb des Reinraumes aufrechtzuerhaltende Reinraumqualität, die in genormten Reinraumklassen definiert ist, einzuhalten. So dienen hierzu aus speziell fusselfreien Materialien gefertigte Arbeitskleidungen, Kopfhauben, Überzieher für Schuhe etc.
Reinsträume, wie sie in der Halbleiter-Mikroelektronik, Luft- und Raumfahrttechnik etc. erforderlich sind, stellen zumeist großbauende und aufwendige Infrastrukturen dar und benötigen zur kontrollierten Reinluftversorgung leistungsstarke Ventilator- und Filtersysteme, die zumeist in angrenzenden Gebäudebereichen untergebracht sind.
Für den Betrieb eines Reinraumes werden zur Klassifizierung und Qualitätsüberprüfung Partikelmessungen durchgeführt, durch die eine Klassifizierung der Reinheit des Raumes möglich wird. So ist in der deutschen Industrienorm DIN EN ISO 14644-1 vom August 2015 eine Unterteilung in neun unterschiedliche Reinheitsklassen ISO 1 bis ISO 9 vorgesehen, die in der in Figur 2a dargestellten Tabelle illustriert sind. Beispielsweise dürfen in einem Reinraum der Reinraumklasse 7 maximal 352000 Partikel von maximal 0,5 µm Durchmesser, maximal 83200 Partikel mit einem maximalen Durchmesser von 1 µm sowie maximal 2930 Partikel mit einem maximalen Durchmesser von 5 µm jeweils pro Kubikmeter enthalten sein. In der in Figur 2a illustrierten Tabelle nehmen die Reinheitsanforderungen mit abnehmender Reinraumklassenzahl zu. So dürfen in einem Reinraum der Reinraumklasse ISO 1 lediglich maximal 10 Partikel mit einem maximalen Partikeldurchmesser von 0,1 µm sowie maximal 2 Partikel mit einem maximalen Partikeldurchmesser von 0,2 µm je Kubikmeter enthalten sein.
Entsprechende Reinraumqualitätsanforderungen in Bezug auf lebensmittelrelevante Mikroorganismen pro Kubikmeter Luft sind in der Richtlinie VDI 2083 geregelt. Eine für pharmazeutische Reinraumanwendungen relevante normierte Anzahl Keimbildender Einheiten KBE ist in der Reinraumklassifizierung nach dem EU-GMP Leitfaden Annex 1 geregelt, zu dem in Figur 2b nähere Angaben enthalten sind. Die Raumklassifizierungen unterteilen sich in GMP-Klassen A bis D und legen jeweils die maximale Partikelanzahl pro Kubikmeter bei entsprechenden Partikelgrößen fest.
Aus der Druckschrift DE 36 21 452 A1 ist ein typischer Reinraum zu entnehmen, der ein hohes Maß an Reinheit für die Halbleiterfertigung bietet, wobei die unterschiedlichen Arbeitsbereiche durch hängende Wände unterteilt sind, während Räume mit Arbeitsbereichen, die ein hohes Maß an Reinheit benötigen, in Form von laminaren Grenzflächenströmungssystemen ausgebildet sind. Der Aufbau und die Anordnung von typischen Reinraumbereichen verdeutlicht den technologischen Realisierungsaufwand, den es bei Reinräumen in Form von stationären Einrichtungen zu tragen gilt.
Werden hingegen keine vorstehend bezeichneten Reinraumanforderungen zur Abtrennung von Raumbereichen gegenüber der Umgebung gefordert, so ist eine Vielzahl unterschiedlichster Lösungen bekannt, die einen zeltartigen Aufbau nutzen, um speziell konditionierte Raumbereiche gegenüber einer Umgebung abzutrennen.
Aus der Druckschrift DE 198 36 896 A1 geht eine klimatisierte Betthaube für ein Baby hervor, die einen zeltartigen Überbau über einen Raumbereich schafft, in dem bspw. das Bett eines Babys untergebracht ist und der mit Hilfe eines Klimatisierungsgeräte bezüglich Temperatur und Luftfeuchtigkeit klimatisiert werden kann.
Eine vergleichbare Anordnung zur Realisierung eines therapeutischen Sauerstoffzeltes ist der Druckschrift US 2,664,890 zu entnehmen, das mittels einer sauerstoffundurchlässigen Hüllenwand ein quaderförmiges Volumen umgibt, wobei über eine Gaszuleitung reiner Sauerstoff durch die Hüllenwand in das Innere des Volumens eingeleitet wird.
Aus der Druckschrift US 2014/0148089 A1 ist eine Staubschutzvorkehrung zu entnehmen, die um ein vor Verschmutzung zu schützendes Objekt, das sich auf einer sich fortbewegenden Plattform befindet, angeordnet ist. Im Wesentlichen handelt es sich um eine kubische Strebenkonstruktion, die um das Objekt gestellt ist, und deren Seitenwandelemente in Form von jeweils Rollo-artigen Vorhängen ausgebildet sind. Am Deckenbereich der Strebenkonstruktion ist eine Ventilatoreinheit mit vier Luftableitungen angebracht, die jeweils an den Seitenwänden münden. Die aus den Luftableitungen ausströmende Zuluft durchdringt die aus jeweils drei Lagen bestehenden Seitenwandelemente, wodurch die Zuluft gefiltert und somit staubreduziert in das der von den Seitenwandelementen umgebende innere vor Staub geschützte Volumen eindringt. Überschüssige Luft kann durch entsprechende Spalte sowohl vertikal zwischen den jeweils aneinander grenzenden Rollowänden als auch im Bodenbereich der Schutzvorkehrung in die Umgebung austreten.
Die Druckschrift EP 0 224 505 B1 offenbart einen Isolator für die Chirurgie zu Schaffung einer von Verunreinigungen freien Atmosphäre. Es handelt sich hierbei insbesondere um eine druckluftgetragene Hülle, die über ein Gebläse mit gefilterter Luft gespeist wird, die über einen Auslass aus der Kammer wieder austritt. Die Kammer verfügt überdies über ein oberes Einsichtfenster durch das ein Operateur von außen Einblick in das Innere der Kammer nehmen kann. Die Kammer dient als Sterilraum, in dem bspw. operative Eingriffe vorgenommen werden können. Vorzugsweise eine Vielzahl fluiddicht an der Kammer angebrachte sogenannte Ärmel ermöglichen einen Zugang bzw. Zugriff in das Inneren der Kammer.
Die Druckschrift DE 603 07 945 T2 offenbart eine klimatisierbare, einen Raum umfassende Tragluftkonstruktion mit Luftzellen einschließende Wand- und Deckenabschnitte, die einer aktiven Luftdurchströmung unterliegen, wobei der Raum über Öffnungen innerhalb der Luftzellen mit Hilfe der Luftströmung klimatisiert wird.
Der EP 2 601 927 B1 ist eine Belüftungsvorrichtung für Reinräume zu entnehmen, die deckenseitig in einem Reinraum angebracht ist und über eine Vielzahl parallel nebeneinander verlaufende, luftdurchströmte Luftzuführkammern verfügt, deren zylinderartige Form Luftdruckstabilisert ist.
Der EP 1 229 187 A1 ist ein aufblasbares Zelt zu entnehmen, dessen Zeltaussenhaut an einem Traggerüst befestigt ist.
Die Druckschrift US 2005/212415 A1 offenbart eine Luftaufbereitungsvorrichtung zur Dekontamination, Luftaufbereitung und Lufterwärmung eines Luftstromes, der aus der Umgebungsluft gewonnen wird und in Form eines Zuluftstromes vorzugsweise zur Belüftung bzw. Befüllung einer Zeltanordnung dienen kann. Die US 2005/212415 A1 offenbart damit eine Luftaufbereitungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Die Druckschrift US 2002/0083653 A1 beschreibt eine aufblasbare Zeltanordnung mit einer luftundurchlässigen Zeltwand, deren Zeltwandtragestrukturen mit Hilfe von Druckluft innerhalb kürzester Zeit errichtet werden können. Mit Hilfe eines Belüftungsgerätes kann das Zeltinnere mit Frischluft, die optional gereinigt werden kann, versorgt werden.
Die Druschrift US 2004/0261324 A1 offenbart ein Schutzzelt gegenüber biologischen und/oder chemischen Kontaminationen in der Umgebung. Das Schutzzelt sieht hierzu eine Zeltwand aus durchsichtigem Plastik vor, an deren Bodenbereich eine Luftzuführung mündet, die mit einem geeigneten Zuluftgerät verbunden ist.
Die Druckschrift CA 2 172 929 A1 beschreibt eine portable Hüllenanordnung zur Umschließung eines Raumbereiches, in dem mittels eines Ventilator getriebenen Zuluftstromes gegenüber der Umgebung ein Überdruck generiert wird. Zur Vermeidung von Kontaminationen des Raumbereiches über den Zuluftstrom dient ein im Zuluftstrom eingebrachter Allergenfilter.
Die Druckschrift US 5 726 426 A offenbart eine von einer starren Struktur getragene Umhüllung, durch die mittels eines Zuluftgerätes gereinigte Luft in den von der Umhüllung begrenzten Raumbereich geleitet wird.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Reinraumanordnung mit einer Umhausung, die einen Raum, der an einen Bodenbereich mittel- oder unmittelbar angrenzt, gegenüber einer Umgebung abtrennt, einer mobilen Filter-Ventilator-Einheit, die einen Lufteinlass- und einen Luftauslassbereich besitzt und außerhalb des Raumes in der Umgebung angeordnet ist sowie einer den Luftauslassbereich und den von der Umhausung begrenzten Raum verbindenden Zuleitung, derart auszubilden, so dass die Bereitstellung eines Reinraumes kostengünstig und schnell realisiert werden kann. Insbesondere gilt es trotz höchster Reinraumanforderungen, d. h. Reinräume der ISO-Klasse 1 bis 9, in Abkehr von der üblichen Ausgestaltung in Form von teuren, technologisch aufwendigen und stationären Umhausungen, Reinräume zu schaffen, die kostengünstig realisierbar und schnell an beliebigen Orten auf- und wieder abbaubar sind. Die hierfür erforderlichen Komponenten sollen portabel und möglichst leicht gewichtig ausgebildet sein. Durch die Portabilität und Leichtgewichtigkeit sollen Einsatzmöglichkeiten von Rein- und Reinsträumen in Fertigungsbereichen der Halbleitertechnik, Mikroelektronik, Luft- und Raumfahrttechnik, um nur einige zu nennen, vollkommen neu geschaffen werden. Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Lösungsgedanken in vorteilhafter Weise weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf die Erläuterung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
Die erfindungsgemäße Reinraumanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 zeichnet sich dadurch aus, dass die Umhausung eine den Raum kuppelartig und unterbrechungsfrei umfassende, zeltartige Hüllenwandanordnung darstellt, die eine flexible, faltbare, dem Raum unmittelbar zugewandte Hüllenwand, die aus einem wenigstens einlagigen, ausschließlich reinraumtauglichen und definiert luftdurchlässigen Material gefertigt ist, sowie wenigstens ein sich am Bodenbereich abstützendes Tragelement und/oder wenigstens eine an der Hüllenwand vorgesehene Aufhängungsvorkehrung umfasst.
Unter der Formulierung "den Raum kuppelartig und unterbrechungsfrei umfassende, zeltartige Hüllenwandanordnung" ist zu verstehen, dass die Hüllenwand den Raum vergleichbar einer konkaven Umfassung, deren einseitig offene Seite dem Bodenbereich zugewandt orientiert ist, ohne jegliche Trennstellen, d.h. ohne offene Luftdurchlässe gefertigt ist.
Die ansonsten flexible und faltbare, dem Raum unmittelbar zugewandte Hüllenwand ist erfindungsgemäß aus einem reinraumtauglichen Material gefertigt, das dazu geeignet ist, einen Reinraum der ISO-Klassen 1 bis 9 nach DIN ISO/FDIS 14644-1:2015-08 unmittelbar zu begrenzen. Das Hüllenwandmaterial ist demzufolge abriebfest und vermag selbst bei Materialfriktionen keine Partikel in die Umgebung frei zu setzen. In besonders vorteilhafter Weise verfügt das Hüllenwandmaterial darüber hinaus über eine chemische und biologische Inertheit, insbesondere in Fällen, in denen innerhalb des Reinraumes chemisch und/oder biologisch sensible Applikationen vorgenommen werden. In allen Fällen gilt es sicherzustellen, dass von Seiten der Hüllenwand keine oder zumindest keine relevanten Kontaminationen in den von der Hüllenwandanordnung umfassten kuppelartigen Raum austreten können.
Ferner ist erfindungsgemäß eine mobile Filter-Ventilator-Einheit zur Herstellung von Reinstluft aus der Umgebungsluft vorgesehen, deren Reinraumqualität entsprechend den ISO-Klassen 1 bis 9 nach DIN ISO/FDIS 14644-1:2015-08 vorgebbar einstellbar ist. Die mobile Filter-Ventilator-Einheit ist über eine als Hohlkanal ausgebildete Zuleitung, die ebenfalls aus reinraumtauglichen Material besteht, mit der Hüllenwand verbunden und mündet an einem oberen Hüllenwandbereich derart in den Raum, so dass sich innerhalb des Raumes eine spiralförmig vertikal nach unten orientierte Reinluftströmung ausbildet, die kontrolliert aus dem Raum nahe des Bodenbereiches ausströmt.
Hierzu ist erfindungsgemäß ferner die Hüllenwand zum Bodenbereich wenigstens abschnittsweise beabstandet angeordnet oder weist im Falle eines unmittelbaren Aufliegens auf dem Bodenbereich mittel- oder unmittelbar angrenzend zum Bodenbereich wenigstens eine Öffnung in der Hüllenwand oder wenigstens einen Hüllenwandabschnitt mit einer höheren Luftdurchlässigkeit als in der übrigen Hüllenwand auf, durch die ein kontrolliertes Ausströmen von Luft aus dem Raumbereich in die Umgebung erfolgen kann.
Erfindungsgemäß ist die Hüllenwand aus einem definiert luftdurchlässigen Material gefertigt, um auf diese Weise sicherstellen zu können, dass eine sich im Rauminneren ausbildende Luftströmung zu einem gewissen Anteil radial von innen durch die Hüllenwand nach außen in die Umgebung treten kann. Aufgrund der sich im Raum gerichtet, vorzugsweise quasilaminar ausbildenden Luftströmung werden mögliche luftgetragene Kontaminationen permanent durch die membranartig ausgebildete Hüllenwand nach außen abgeführt. Dadurch ist der Aufenthalt von Personal und/oder Maschinen im Innenbereich der Hülle, ohne dabei Reinraumverhältnisse nachhaltig zu beeinträchtigen, möglich.
Durch eine kontinuierliche Versorgung des von der Hüllenwand kuppelartig umgebenden Raumes mit Reinstluft wird innerhalb des Raumes ein Überdruck gegenüber der Umgebungsatmosphäre erzeugt, der eine Barrierewirkung gegenüber der Umgebung schafft. Durch das Einbringen von Reinstluft in den abgegrenzten Raumbereich wird ein reinheitstechnisch kontrollierter Innenbereich in Bezug auf partikuläre, chemische und mikrobiologische Kontaminanten geschaffen. Die Reinluftströmung hat somit die Funktion, dass in dem abgegrenzten inneren Raumbereich vorhandene Kontaminationen stetig über die wenigstens eine Öffnung kontrolliert sowie optional durch die gesamte semipermeabel ausgestaltete Hüllenwand hindurch abgeführt werden. Die kontrollierte Luftabführung erfolgt insbesondere an strömungstechnisch definierten, bodennahen Bereichen, bspw. durch wenigstens eine bodennah in der Hüllenwand vorgesehene Öffnung. Durch die zusätzlich optionale Verwendung einer für die Luftströmung semi-permeablen Hüllenwand dient diese als eine Art gesamtheitliche Raumbarriere, die aufgrund des Überdruckes innerhalb des Raumes für einen unidirektionalen Lufttransport von Innen nach Außen sorgt.
Zur Aufrechterhaltung der Reinraumbedingungen innerhalb der von der Hüllenwand kuppelartig umgebenen Raumes wird der Überdruck gegenüber der Umgebung im Bereich zwischen 2 bis 40 Pascal, vorzugsweise von 15 Pascal eingestellt. In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird der sich im Inneren der Reinraumanordnung ausbildende Innendruck sensorisch erfasst und mit dem aktuellen atmosphärischen Außendruck abgeglichen. Mit Hilfe einer entsprechend vorgesehenen Auswerte- und Steuereinheit wird die Filter-Ventilator-Einheit betrieben, um einen gewünschten Druckunterschied zu gewährleisten.
Eine Vermeidung der Druckmesssensorik und einer damit verbundenen Auswerte- und Steuereinheit ist möglich, sofern die wenigstens eine Öffnung oder der wenigstens eine luftdurchlässigere Hüllenwandabschnitt sowie das von der Umhausung umfasste Raumvolumen und die Reinluftförderleistung der mobilen Filter-Ventilator-Einheit derart aufeinander abgestimmt sind, so dass sich bei kontinuierlicher Zuströmung von Reinstluft in den Raum ein konstanter Überdruck innerhalb des Raumes gegenüber der Umgebung einstellt. Hierbei gilt es die Filter-Ventilator-Einheit mit einer vorgebbar konstanten Reinluftförderleistung zu betreiben.
Die vorzugsweise einlagig ausgebildete Hüllenwand besteht aus einem Gewebe- oder Folienmaterial oder aus einer schichtförmigen Kombination aus den vorstehenden Materialien, die allesamt aus reinraumtauglichen Materialen gefertigt sind. Eine einlagige Ausbildung der Hüllenwand ermöglicht eine einfache und zuverlässige Reinigung und Desinfektion der Hüllenwand, die manuell oder maschinell durchgeführt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Hüllenwand einstückig, das heißt aus einem einheitlichen Material gefertigt. Die Hüllenwand kann überdies aus einer Vielzahl einzelner Hüllenwandbahnen zusammengefügt sein, die beispielsweise im Wege einer klassischen Naht oder Klebung zusammengefügt sind. Auch ist es möglich unterschiedliche Hüllenwandmaterialien, die allesamt den Anforderungen von reinraumtauglichen Materialien gemäß DIN ISO/FDIS14644-1:2015-08 erfüllen, miteinander zu kombinieren. So lassen sich insbesondere intransparente Materialien mit nicht transparenten Materialien, wie beispielsweise Durchsichtfolien zur Einblicknahme sowie Tageslichtversorgung in das Innere der Reinraumanordnung, bereichsweise kombinieren.
Ferner ist es möglich Hüllenwandsegmente über geeignete lösbare Trennmechanismen innerhalb der Hüllenwand vorzusehen, die beispielsweise per Zipp- oder Reißverschluss in die Hüllenwand in Form transparenter, aus reinraumtauglichen Material bestehender Durchblickfoliensegmente einsetzbar sind. Derartige Hüllenwandsegmente können ebenso zum personellen Zugang in das Rauminnere dienen und bspw. in Art eines Reißverschluß-betätigbaren Hüllenwandsegments ausgebildet sein. Ebenso können kleinflächige Hüllenwandsegmente, die lokal abtrennbar ausgestaltet sind, als lokale Zugangsschleusen dienen, über die Handhabungen von kleineren Einheiten in das bzw. aus dem Rauminneren möglich sind.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Reinraumanordnung sieht eine kuppelartig ausgebildete Hüllenwand vor, die vorzugsweise von flexibel gebogenen, zeltstangenartig ausgebildeten Tragelementen gestützt bzw. getragen wird. Vorzugsweise verlaufen die flexiblen zeltstangenartigen Tragelemente an der Außenseite der kuppelwandartig geformten Hüllenwand und sind jeweils über entsprechende Materiallaschen mit der Hüllenwand verbunden. Wenigstens zwei flexibel, zeltstangenartig ausgebildete Tragelemente überspannen dabei die kuppelartige Hüllenwand in Kreuzstellung und stützen sich am Boden unmittelbar ab. Die zeltstangenartigen Tragelemente sind vorzugsweise aus Einzelsegmenten zusammensteckbar ausgeführt, um ein kleines Packmass für den Transport zu ermöglichen.
In einer Ausführungsform der Erfindung endet die Hüllenwand wenige Zentimeter über dem Boden und schließt mit dem Bodenbereich einen freien unteren Luftspalt ein, durch den die in den von der Hüllenwand umspannten Reinraum eingespeiste Reinluft allumseitig austreten kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Hüllenwand einstückig oder abnehmbar mit einem aus flexiblen Material bestehenden Bodenelement verbunden, der zusammen mit der Hüllenwand ein inneres Reinraumvolumen hermetisch umfasst. Gleichsam wie die Hüllenwand besteht auch das Bodenelement aus einem reinraumtauglichen Material gemäß vorstehender DIN-Vorschrift. Zur kontrollierten Luftausführung weist die Hüllenwand und/oder das Bodenelement eine oder mehrere konkret definierte Luftaustrittsöffnungen auf oder sieht nahe des Bodenbereiches einen definiert luftdurchlässigen Hüllenwandbereich vor.
Alternativ zur Ausbildung der vorstehend erläuterten flexiblen zeltstangenartig ausgebildeten Tragstreben bietet es sich überdies an, die Hüllenwand an einer möglichst zentralen Aufhängungsvorrichtung an einem räumlichen Befestigungspunkt zu fixieren. Hierzu ist es vorteilhaft, die Hüllenwand derart durch entsprechende formgebende Verstrebungen bzw. Stoffversteifungen zu ergänzen, so dass eine möglichst freitragende und selbstformende kuppelartige Hüllenform resultiert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Tragelemente als aufblasbare selbsttragende Stützstrukturen ausgebildet, die einstückig mit der Hüllenwand verbunden sind und jeweils ein inneres Tragevolumen luftdicht umschließen. In einer besonders vorteilhaften Weise werden die aufblasbaren, selbsttragenden Stützstrukturen mit Hilfe der vorhandenen, mobilen Filter-Ventilator-Einheit aufgeblasen. Eine derartige Ausführungsvariante kann im einfachsten Fall aus einem einheitlichen reinraumtauglichen Material gefertigt werden.
Zur Vermeidung von strömungsdynamischen Toträumen innerhalb des von der Hüllenwandanordnung umfassten Reinraumes weist dieser horizontale Raumquerschnitte auf, die erfindungsgemäß graduell oder kontinuierlich mit zunehmendem vertikalen Abstand zum Bodenbereich abnehmen. Da die Reinluftzuführung in die Hüllenanordnung erfindungsgemäß in einem obersten Hüllenwandbereich erfolgt, mit einer tangential horizontal bzw. schräg gegenüber der horizontal nach unten geneigten Lufteintrittsströmungsrichtung, bildet sich eine spiralförmig vertikal nach unten orientierte bzw. gerichtete Reinluftströmung innerhalb des Raumes aus, bevor die Reinluft durch am Bodenbereich vorgesehene Austrittsöffnungen bzw. luftdurchlässige Hüllenwandbereiche in die Umgebung austritt.
Die mobile Filter-Ventilator-Einheit weist in an sich bekannter Weise ein druckdichtes Gehäuse auf, in dem ein Ventilator sowie zwei Schwebstofffilter, ein so genannter Vorfilter und ein Endfilter, montiert sind. Der Ventilator durchsaugt hierbei den Vorfilter und realisiert einen Überdruck innerhalb des Gehäuses mit dem die angesaugte Luft den Endfilter durchströmt. Beide Filter sind vorzugsweise als Schwebstofffilter ausgebildet. Hierbei entspricht der Vorfilter der Kategorie E10 bis H13 und der Endfilter der Kategorie H14 bis U17. Optional bietet es sich an, die mobile Filter-Ventilator-Einheit zur chemischen Reinigung mit einem Aktivkohle- /lonentauschfilter auszustatten. Die so aus der Umgebungsluft angesaugte Luft wird innerhalb der mobilen Filter-Ventilator-Einheit gereinigt, das heißt sämtliche luftgetragenen Schwebstoffe, wie beispielsweise Staub, Partikel, Keime, gasgetragene molekulare Substanzen, werden innerhalb der mobilen Filter-Ventilator-Einheit abgeschieden, so dass aus der mobilen Filter-Ventilator-Einheit Reinstluft emittiert wird, die unmittelbar durch eine hermetische Zuleitung, die in Form eines flexiblen, dichten Gewebeschlauches ausgebildet ist, der seinerseits aus reinraumtauglichem Material besteht, unmittelbar durch die Hüllenwand hindurch in den Reinraum einströmt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante sieht im Bereich der in den Reinraum eintretenden Reinluftströmung eine aus reinraumtauglichem Material, vorzugsweise bestehend aus dem gleichen Material wie die Hüllenwand, gefertigte Luftverteilungsstruktur vor, durch die die Reinluftzuströmung in den Reinraum individuell beeinflußbar ist. Von besonderem Interesse sind Luftverteilungsstrukturen, die die einströmende Reinstluft im obersten Hüllenwandbereiche in eine möglichst laminare, gerichtete Luftströmung umwandelt, die sich im Weiteren innerhalb des Raumes vertikal nach unten ausbreitet.
Die erfindungsgemäße Reinraumanordnung kann beliebige Formen und Größen annehmen und vereint die Eigenschaften eines schnellen Auf- und Abbaus und somit einer beliebigen Ortsveränderlichkeit, eines geringen Gewichtes sowie eines geringen Packmaßes, zumal sich die Hüllenwand von den zellstangenartig ausgebildeten Tragelementen separat zusammenlegen und verstauen lässt. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die aus reinraumtauglichem Material gefertigte Zuleitung einstückig mit der Hüllenwand verbunden und lässt sich abnehmbar und fluiddicht fest mit der mobilen Filter-Ventilator-Einheit verbinden.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung umfassend eine kuppelartig ausgebildete Hüllenwandanordnung mit mobiler Filter-Ventilator-Einheit,
Fig. 2a,: Reinraumklassen nach DIN EN ISO 14644-1,
Fig. 2b,: GMP-Klassen,
Fig. 2c: Luftreinheitsklassen nach DIN EN ISO 14644-8,
Fig. 3: Weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit kuppelartiger Hüllenwandanordnung mit transparenten Wandsegmenten,
Fig. 4: Weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit kuppelartiger Hüllenwandanordnung mit aufblasbaren Stützstreben,
Fig. 5: Weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Hüllenwandanordnung mit Aufhängungsvorkehrung,
Fig. 6a,b: Weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit alternativen Hüllenwandformen sowie
Fig. 7: Modulare Bauform zur Kombination wenigstens zweier Hüllenwandanordnungen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Figur 1 zeigt eine kuppelartig ausgebildete und unterbrechungsfreie umfassende, zeltartige Hüllenwandanordnung 1, die die Form vergleichbar eines so genannten Iglo-Zeltes aufweist und deren Zeltwände bzw. Hüllenwand 2 aus einem reinraumtauglichen Material besteht. Zur Formgebung und räumlichen Abstützung der Hüllenwand 2 dienen flexible, zeltstangenartige Tragelemente 3, die in einer gegenseitigen Überkreuzstellung die Hüllenwand 2 kuppelartig aufspannen und deren Tragelementenden 31 auf einem Bodenbereich 4 aufliegen.
Die Hüllenwand 2 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung jeweils vier untere Hüllenwandbegrenzungskanten 21 auf, die über den Bodenbereich 4 beabstandet sind. Auf diese Weise schließen die Hüllenwandkanten 21 mit dem Bodenbereich 4 einen Entlüftungsspalt 5 ein. In der unmittelbar zur Hüllenwandanordnung 1 angrenzenden Umgebung 6 ist eine mobile Filter-Ventilator-Einheit 7 zur Erzeugung von Reinstluft gemäß DIN ISO/FDIS 14644-1:2015-08 (Fig. 2a) vorgesehen. Die mobile Filter-Ventilator-Einheit 7 ist mobil im Sinne von portabel ausgebildet. Die Filter-Ventilator-Einheit 7 weist einen Schwebstoffvorfilter 8, eine Ventilatoreinheit 9 sowie einen Schwebstoffendfilter 10 auf. Der Luftauslassbereich 11 der mobilen Filter-Ventilator-Einheit 7 ist mit einer als Hohlkanal ausgebildeten Zuleitung 12 fluiddicht verbunden, die offen durch die Hüllenwand 2 in den oberen Bereich 2o der Hüllenwandanordnung 1 mündet.
Das Material aus dem die Hüllenwand 2 sowie die als Hohlkanal ausgebildete Zuleitung 12 gefertigt sind, ist aus einem reinraumtauglichen Material gefertigt, das entweder Folien- oder Gewebematerial darstellt. Das reinraumtaugliche Material verfügt über eine chemische sowie auch biologische Inertheit und weist darüber hinaus eine überaus hohe Abriebfestigkeit auf, durch die das Material keine Partikelfreisetzungen, selbst unter Materialfriktionen verursacht. Materialien, die über derartige reinraumtaugliche Materialeigenschaften verfügen, gewährleisten die Aufrechterhaltung von Reinraumbedingungen der ISO-Klassen 1 bis 9 nach DIN ISO/FDIS 14644-1:2015-8, Fig. 2a.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine kuppelförmige Hüllenwandanordnung 1 illustriert, das über eine vergleichbare Raumform verfügt, wie das in Figur 1 illustrierte Ausführungsbeispiel. Die vier Seitenwandflächen der Hüllenwand 2 weisen zusätzlich jeweils ein lichttransparentes Sichtfenster 13 auf, das entweder fest in die übrige Hüllenwand 2 eingefügt ist, beispielsweise mit Hilfe einer konventionellen Naht oder Klebenaht oder aber lösbar fest mit der übrigen Hüllenwand 2, beispielsweise mit Hilfe eines Zipp- oder Reißverschlusses, verbunden ist. Anstelle der Sichtfenster 13 können auch funktionelle Wandelemente eingesetzt werden, beispielsweise in Form einer Zugangstür bzw. Zugangsschleuse für Personen, oder für kleinteilige Einheiten. Zu Zwecken einer möglichst einfachen Ausgestaltung und Anwendung kann der personelle Zugang in das Rauminnere auch lediglich durch lokales Anheben der unteren Hüllenwandbegrenzungskante 21 erfolgen.
Bevorzugte Dimensionen der kuppelartigen Hüllenwandanordnung 1 messen zwischen zwei und vier Metern betreffend jeweils die Länge der einzelnen Hüllenwandkanten 21 sowie die gesamte Kuppelhöhe.
Alternativ oder in Kombination zur Abstützung der kuppelartigen Hüllenwandanordnung 1 mit Hilfe der in Figur 1 beschriebenen flexiblen zeltstangenartig ausgebildeten Tragelemente 3 ist es möglich, die Hüllenwandanordnung 1 auch mit Hilfe einer zentralen Aufhängungsvorrichtung 14 abzustützen, die an einen festen Raumpunkt 15 vorzugsweise lösbar fest fixierbar ist.
Ferner weist das in Figur 3 illustrierte Ausführungsbeispiel der Erfindung ein fest an den unteren Hüllenwandkanten 21 verbundenes Bodenelement 16 auf, das gemeinsam mit der Hüllenwand 2 und den darin enthaltenen Hüllenwandsegmenten 13 einen inneren Reinraum vollständig umschließen. Zur kontrollierten Luftabführung der mittels der Filter-Ventilator-Einheit 7 erzeugten Reinstluft, die über die Zuleitung 12 in das Innere der Hüllenwandanordnung 1 hineinströmt, dienen im Bodenbereich vorgesehene Öffnungen 17. Alternativ oder in Kombination zu den Öffnungen 17 dient ein Hüllenwandabschnitt 17', der über eine höhere Luftdurchlässigkeit verfügt als in der übrigen Hüllenwand 2.
In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform zur Realisierung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Reinraumanordnung illustriert, deren aus reinraumtauglichem Material bestehende Hüllenwand 2 von aufblasbaren Stützstrukturen 18 eigenstabil getragen wird. Die aufblasbaren Stützstrukturen 18 sind vorzugsweise aus dem gleichen reinraumtauglichem Material gefertigt, wie die Hüllenwand 2 selbst.
Zum Aufblasen der aufblasbaren Stützstrukturen 18 dient in vorteilhafter Weise die mobile Filter-Ventilator-Einheit 7, die über eine entsprechende Zuleitung 19 die aufblasbaren selbst tragenden Stützstrukturen aufbläst. Zugleich ist die mobile Filter-Ventilator-Einheit 7 mit der Zuleitung 12 zur Reinluftversorgung des Reinraumes verbunden.
Figur 5 illustriert eine Ausführungsform der Erfindung mit einer zeltartig ausgebildeten Hüllenwandanordnung 1 ohne die Vorkehrung jeglicher Trag- oder Stützelemente. In diesem Fall dienen zwei externe Befestigungspunkte 15 für die Aufhängung der Hüllenwandanordnung 1 an jeweils zwei an der Außenseite der Hüllenwand 2 angebrachte Aufhängungsvorkehrungen 14. Mit Hilfe geeigneter Spannmittel 20, beispielsweise Schnüre, lässt sich die zeltartige Hüllenwandanordnung 1 individuell gegen die festen Raumpunkte 15 verspannen. Gleichsam wie in den vorstehenden Ausführungsbeispielen dient eine mobile Filter-Ventilator-Einheit 7 zur Herstellung von Reinstluft, die über eine Zuleitung 12 in den oberen Bereich der Hüllenwandanordnung 1 einströmt.
Die Figuren 6a und b zeigen alternative geometrische Ausgestaltungsmöglichkeiten für eine Hüllenwandanordnung 1. Im Falle der Figur 6a weist die Hüllenwandanordnung 1 einen oberen kuppelartig ausgebildeten Hüllenwandabschnitt 21 auf, der bodenseitig in einen geraden Wandabschnitt 22 übergeht.
Figur 6b zeigt eine alternative Raumform für eine Hüllenwandanordnung 1 mit einem im Wesentlichen kuppelförmig ausgebildeten Hüllenwanddach 23, das an vier seitliche, vertikale Hüllenwandseitenteile 24 angrenzt. Insbesondere die in Figur 6b illustrierte Raumform zur Ausbildung der Hüllenwandanordnung 1 ermöglicht eine modulare Kombination von mehreren, nebeneinander angeordneten Hüllenwandordnungen, wie in Figur 7 illustriert. Über entsprechende vorzugsweise luftdichte lösbare feste Verbindungsstrukturen 25 lassen sich zwei separate Hüllenwandanordnungen 1,1' fluiddicht zur Reinluftversorgung mit Reinstluft modular kombinieren. Grundsätzlich ist der modulare Gedanke beliebig erweiterbar.
Von besonderer Bedeutung der erfindungsgemäßen Reinraumanordnung ist die Wahl des reinraumtauglichen Materials für die Begrenzung des Reinraumes selbst. Zu Zwecken einer partikulären Reinraumklassifikation müssen die eingesetzten Materialien den Anforderungen der ISO/FDIS 14644-1:2015-08 entsprechend den Klassen 1 bis 9 entsprechen, siehe Fig. 2a. Bezüglich der chemischen Reinheitsanforderungen müssen die eingesetzten Materialien der Klassifizierung der Luftreinheit anhand der Chemikalienkonzentration gemäß der Klassen 0 bis -12 entsprechen gemäß DIN EN ISO 14644-8:2013-06, siehe Fig. 2c. Gilt es zusätzlich den Verarbeitungsrichtlinien von Medizinprodukten zu entsprechen, so gilt es die Richtlinien gemäß EU GMP Guideline Volume 4, Annex 1 (Klassen A bis D) zu entsprechen, siehe Fig. 2b.
Die erfindungsgemäße Reinraumanordnung eignet sich insbesondere für die Verwendung in wenigstens einem Gebiet der nachfolgenden Gebiete: Luft- und Raumfahrt, Optik, Lebenswissenschaften, Biochemie, Bioinformatik, Biologie, Biomedizin, Biophysik, Bio- und Gentechnologie, Ernährungswissenschaften, Lebensmitteltechnologie, Medizin, Medizintechnik, Pharmazie und Pharmakologie, Umweltmanagement und Umwelttechnik, Chemie, Automobil, Mikrosystemtechnik, Halbleitertechnik, Automatisierungstechnik und Energiewirtschaft.

Bezugszeichenliste

1: Hüllenwandanordnung
2: Hüllenwand
21: Hüllenwandbegrenzungskante
3: Abstützende Tragelemente
31: Tragelementenden
4: Bodenbereich
5: Entlüftungsspalt
6: Umgebung
7: Filter-Ventilator-Einheit
8: Schwebstoffvorfilter
9: Ventilatoreinheit
10: Schwebstoffendfilter
11: Luftauslassbereich
12: Zuleitung, Hohlkanal
13: Sichtfenster
14: Aufhängungsvorkehrung
15: Externer Befestigungspunkt
16: Bodenelement
17: Luftauslassöffnung
17': Hüllenwandabschnitt mit höherer Luftdurchlässigkeit
18: Aufblasbare, selbsttragende Stützstruktur
19: Zuleitung
20: Spannmittel
21: Hüllenwandbegrenzungskante
21: Oberer Hüllenwandabschnitt
22: Unterer Hüllenwandabschnitt
23: Hüllenwanddach
24: Hüllenwandseitenteile
25: Verbindungsstruktur

Claims

Reinraumanordnung mit
- einer Umhausung, die einen Raum, der an einen Bodenbereich (4) mittel- oder unmittelbar angrenzt, gegenüber einer Umgebung abtrennt,

- einer mobilen Filter-Ventilator-Einheit (7), die einen Lufteinlass- und einen Luftauslassbereich (11) besitzt und außerhalb des Raumes in der Umgebung (6) angeordnet ist, sowie

- einer den Luftauslassbereich (11) und den von der Umhausung begrenzten Raum verbindenden Zuleitung (12),
dadurch gekennzeichnet, dass die Umhausung eine den Raum kuppelartig und unterbrechungsfrei umfassende, zeltartige Hüllenwandanordnung (1) ist, die zumindest abschnittsweise horizontale Raumquerschnitte besitzt, deren Querschnittsflächen graduell oder kontinuierlich mit zunehmenden vertikalen Abstand zum Bodenbereich (4) abnehmen, und die eine flexible, faltbare, dem Raum unmittelbar zugewandte Hüllenwand (2), die aus einem wenigstens einlagigen, ausschließlich reinraumtauglichen, definiert luftdurchlässigen Material gefertigt ist, sowie wenigstens ein sich am Bodenbereich (4) abstützendes Tragelement (3) und/oder wenigstens eine an der Hüllenwand (2) vorgesehene Aufhängungsvorkehrung (14) umfasst, dass das wenigstens eine reinraumtaugliche Material dazu geeignet ist einen Reinraum der ISO-Klassen 1 bis 9 nach DIN ISO/FDIS 14644-1:2015-08 unmittelbar zu begrenzen,

dass die Hüllenwand (2) zum Bodenbereich (4) wenigstens abschnittsweise beabstandet ist oder mittel- oder unmittelbar angrenzend zum Bodenbereich (4) wenigstens eine Öffnung (17) in der Hüllenwand (2) oder wenigstens einen Hüllenwandabschnitt (17') mit einer höheren Luftdurchlässigkeit als in der übrigen Hüllenwand (2) vorsieht, zum kontrollierten Ausströmen von Luft aus dem Raumbereich in die Umgebung (6), und

dass die mobile Filter-Ventilator-Einheit (7) zur Herstellung von Reinstluft gemäß der ISO-Klassen 1 bis 9 nach DIN ISO/FDIS 14644-1:2015-08 aus Umgebungsluft ausgebildet ist und die Zuleitung (12) als Hohlkanal aus einem reinraumtauglichen Material gemäß der ISO-Klassen 1 bis 9 nach DIN ISO/FDIS 14644-1:2015-08 gefertigt ist, der an einem obersten Hüllenwandbereich (2o) tangential horizontal oder schräg gegenüber der horizontal nach unten geneigten Lufteintrittsströmungsrichtung in den Raum derart offen mündet, so dass sich innerhalb des Raumes eine spiralförmig vertikal nach unten orientierte Reinluftströmung ausbildet, die kontrolliert aus dem Raum nahe des Bodenbereiches (4) ausströmt.
Reinraumanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (17) oder der wenigstens eine luftdurchlässigere Hüllenwandabschnitt (17'), eine der mobilen Filter-Ventilator-Einheit (7) zugeordnete Reinluftförderleistung sowie das von der Umhausung umfasste Raumvolumen derart aufeinander abgestimmt sind, so dass sich bei kontinuierlicher Zuströmung von Reinstluft in den Raum ein konstanter Überdruck innerhalb des Raumes gegenüber der Umgebung (6) einstellt.
Reinraumanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllenwand (2) einstückig oder abnehmbar mit einem aus flexiblen Material bestehenden Bodenelement (16) verbunden ist und den Raum vollständig umschließt.
Reinraumanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Tragelement (3) lose mittel- oder unmittelbar mit der Hüllenwand (2) verbindbar und in Form und Art einer starren oder flexiblen Zeltstange, die einstückig oder aus mehreren Stangensegmenten zusammenfügbar ist, ausgebildet ist.
Reinraumanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Tragelement (3) als aufblasbare, selbsttragende Stützstruktur ausgebildet ist, die einstückig mit der Hüllenwand (2) verbunden ist und ein inneres Tragevolumen luftdicht umschließt.
Reinraumanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Filter-Ventilator-Einheit (7) in einem druckdichten Gehäuse eine Ventilatoreinheit und eine Filtereinheit umfasst, und dass die Filtereinheit einen Schwebstoffvor- (8) und einen Schwebstoffendfilter (10) aufweist.
Verwendung der Reinraumanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in wenigstens einem Gebiet der nachfolgenden Gebieten:
Luft- und Raumfahrt, Optik, Lebenswissenschaften, Biochemie, Bioinformatik, Biologie, Biomedizin, Biophysik, Bio- und Gentechnologie, Ernährungswissenschaften, Lebensmitteltechnologie, Medizin, Medizintechnik, Pharmazie und Pharmakologie, Umweltmanagement und Umwelttechnik, Chemie, Automobil, Mikrosystemtechnik, Halbleitertechnik, Automatisierungstechnik und Energiewirtschaft.