Umbau im Bestand

- Autorenbeitrag -
erschienen in der Fachzeitschrift „Reinraumtechnik“ 2010/2 (GIT-Verlag)
Umbau von Versorgungsanlagen bei Dr. Franz Köhler Chemie GmbH in Bensheim
„In der pharmazeutischen Industrie arbeiten oft Versorgungsanlagen, die
altersbedingt oder durch technische Veränderungen den aktuellen Ansprüchen nicht
mehr gerecht werden.
Das kann zu Problemen bei Qualität oder Produktionsfreigaben führen. Eine
Überarbeitung solcher Anlagen zum Erhalt des wirtschaftlichen Betriebs stellt
Betreiber und ausführende Unternehmen vor besondere Herausforderungen.“
Dipl.-Ing. Harald Müller
Bereichsleiter Clean Systems
OTTO Luft- und Klimatechnik GmbH & Co. KG

Umbau im Bestand
Herausforderungen einer Modernisierung im laufenden Betrieb
In der pharmazeutischen und in
der Lebensmittelindustrie arbeiten
in vielen Bereichen Versorgungsanlagen,
die aufgrund ihres Alters
oder durch technische Veränderungen
und Anforderungen den
aktuellen Ansprüchen nicht mehr
gerecht werden. Das kann zu
vielfältigen Problemen bspw. bei
der Qualität oder bei den Produktionsfreigaben
führen. Eine
Überarbeitung solcher Anlagen,
die zum Erhalt des wirtschaftlichen
Betriebs oftmals erforderlich wird,
stellt Betreiber und ausführende
Unternehmen vor besondere Herausforderungen:
So müssen die
Produktionsbereiche oftmals möglichst schnell umgebaut werden, gegebenenfalls nur während einer
kurzen, produktionsfreien Zeit. Exaktes Projektmanagement, die detaillierte Abstimmung der
Teilleistungsbereiche (Gewerke) und der notwendigen Schritte zur Qualitätssicherung sind die
entscheidenden Faktoren, mit denen der Gesamterfolg eines Umbaus im Bestand steht oder fällt. Am
Beispiel des Umbaus der Versorgungsanlagen bei der Bensheimer Firma Dr. Franz Köhler Chemie
durch die Reinraumexperten der Otto Luft- und Klimatechnik GmbH & Co. KG werden die besonderen
Anforderungen deutlich.
Aufgabenstellung
Die Bensheimer Firma Dr. Franz
Köhler Chemie ist auf die
Herstellung organprotektiver
Lösungen, Therapeutika, Röntgenkontrastmittel
und Antidota
spezialisiert. Das Unternehmen
produziert an den beiden
Standorten Alsbach und Bensheim,
Tochtergesellschaften
sind in den USA und Russland
tätig.
Im Bensheimer Werk wurde
durch die Verlagerung von
Teilen der Produktion eine
Fläche von rund 200m 2 frei, auf
der in zwei Stufen eine vollständige
Ampullenfertigung aufgebaut
werden sollte. Der erste
Schritt sah die Verlagerung von
Ansatz und Abfüllung vor, der
zweite Schritt die Verlagerung
der Konfektionierung. Außerdem
hat das Unternehmen die Produktion
von Oralpräparaten vollständig
nach Bensheim verlagert.
Um den neuen Anforderungen
an Personal- und Materialfluss
und aktuelle GMP-
Richtlinien zur Qualitätssicherung
der Produktionsabläufe
und -umgebung gerecht zu wer-
den, mussten die Räumlichkeiten
umgebaut und dabei die
Lüftungsanlagen, die Mess-,
Steuer- und Regelungstechnik,
die Elektrik, das Kältesystem
und das Reinstwassersystem
angepasst werden. Außerdem
war im Zuge des Umbaus die
Integration eines Monitoringsystems
zur Überwachung der
Luftkonditionen in den GMP-
Bereichen vorgesehen.
Intensiver Dialog zwischen
Planern und Betreiber in der
Konzeptplanungsphase
Voraussetzung für die erfolgreiche
Projektabwicklung war die
intensive und detaillierte
Abstimmung über die notwendigen
Maßnahmen zu Beginn
des Umbau- und Erweiterungsprojektes
zwischen der Dr.
Franz Köhler Chemie und der
Firma Otto. Gemeinsam haben
sie ein Zonenkonzept und einen
Druckstufenplan des neuen
Raumlayouts erstellt. Ein
Raumbuch dokumentierte dabei
für den Kunden und die Firma
Otto die Anforderungen an jeden
Raum. Diese Planungsgrundla-
gen dienten später als Basis für
eine detaillierte Fachplanung der
Einzelgewerke. Bereits in diesem
Stadium wurden Vorschriften
und Richtlinien wie z. B.
Arbeitsstättenrichtlinien und
GMP-Vorschriften sowie Vorschriften
zu Brandschutz,
Ergonomie und Materialfluss bei
den Abstimmungen mit den
Prozessverantwortlichen berücksichtigt.
Im Vorfeld zu den Umbauten hat
Otto Messungen vor Ort
durchgeführt, um die vorhandene
Anlagendynamik und die
Leistungsmöglichkeiten, der bestehenden
Systeme zu ermitteln.
Präventiv berücksichtigen
detaillierte Inspektionen und
Begutachtungen dabei auch
Risiken bei eventuell fortlaufend
notwendigen Hygienereinigungen
oder Asbestbelastungen, die
gegebenenfalls durch zertifiziertes
Fachpersonal oder Fachfirmen
durchgeführt werden
müssten. Diese Notwendigkeit
ergab sich bei der Dr. Franz
Köhler Chemie jedoch nicht, da
sich die Anlagen in einem
guten Gesamtzustand befanden.

Qualitätssicherung und
Transparenz
Nach Abschluss der ausführlichen
Konzeptplanungsphase
wurden die in der pharmazeutischen
Industrie notwendigen
Qualifizierungspunkte definiert.
Dazu wurden der gesamte
Qualifizierungsumfang sowie die
Einzelschritte in einem
Validation Master Plan detailliert
beschrieben. Dieses Qualifizierungsdokument
legte die Zuständigkeiten
von der Planung
über die einzelnen Qualifizierungsschritte
bis zur Fertigstellung
sowie die normativen
Grundlagen fest.
Bereits zu diesem frühen
Zeitpunkt hat Dr. Franz Köhler
Chemie den Kontakt zu den
Zulassungsstellen (Regierungspräsidium)
gesucht und
das Planungs- und Qualifizierungskonzept
erläutert. So
konnten der Betreiber und das
ausführende Unternehmen die
gewünschten Anpassungen und
Vorgaben in einem frühen
Stadium im Projektablauf berücksichtigen.
Im weiteren Projektablauf ermöglichten
die definierten Qualifizierungsschritte
eine ständige
Überprüfung und Reflektion im
Hinblick auf die Planungsdefinitionen
(Validierung). Regelmäßige
Jour-Fix-Termine in der
Vorbereitung rundeten den
direkten Kontakt zwischen
Betreiber und der Otto-Projektleitung
ab, sodass der Kunde
über den Leistungsstand jederzeit
informiert war.
Im Rahmen der Konstruktion
wurden bereits in dieser frühen
Phase die für die spätere
Qualifizierung notwendigen eindeutigen
Kennzeichnungen in
den Plänen und Listen festgelegt.
Damit war sichergestellt,
dass die Bauteile von der
Planung über die Bestellung und
Montage bis zur Inbetriebnahme,
Leistungsprüfung und
Dokumentation eindeutig bezeichnet
sind.
Detaillierte Terminplanung
Auch der Zeitplan für Planung,
Abwicklung und Qualifizierung
Validation Master Plan
1. Einleitung
1.1. Das Unternehmen
1.2. Das Vorhaben
1.3. Zielsetzung
1.4. Validierungs- und Qualifizierungsgrundlagen
1.5. Gesetzliche Grundlagen
1.6. Zeitplan
2. Beschreibung der grundlegenden Prozessschritte und Produkte
3. Räume und Equipment
4. Organisation und Verantwortlichkeiten
5. Schulung von Personal
6. Risikoanalyse
7. Akzeptanzkriterien
8. Grundlegende Anforderungen an die Dokumentation
8.1. Nummerierungssystem
8.2. Dokumentation für Qualifizierung und Validierung
8.3. Anlagenkennzeichnungssystem
9. Qualifizierung und Validierung der Prozesse und Systeme
10. Änderungen (Change control)
11. Re-Validierung, Re-Qualifizierung
12. Mitgeltende Dokumente
wurde im Vorfeld des Umbaus
fest definiert, damit die Dr. Franz
Köhler Chemie ihre Produktionskapazitäten
im Voraus planen
konnte. Dieser Terminplan sah
für die Vorplanung, Abstimmung,
Angebotsfindung, Konstruktion
und Lieferzeit der
Komponenten rund vier Monate
vor.
Die umfangreiche Ausbaumaßnahme
hat die Firma Otto
letztlich innerhalb von nur sechs
Wochen komplett durchgeführt.
Umbau- und Durchführungsphase
Nach der detaillierten Abstimmung
in der Konzeptplanungsphase
ergab sich für den
geplanten Umbau folgender
Umfang:
1. Umbau und Erweiterung
des Reinraumausbaus
Um den neuen Anforderungen
bei Maschinenaufstellung und
Materialfluss Rechnung zu
tragen, musste Otto verschiede-
ne Wand- und Deckenbereiche
umbauen. Das vorhandene
Wand- und Deckensystem
wurde dabei um einige Bereiche
ergänzt bzw. zurückgebaut.
Zugangsbereiche über Personal-
und Materialschleusen erhielten
Schleusensteuerungen.
Diese ist für eine wechselseitige
Verriegelung der Türen konzipiert.
Hierzu sind auf beiden Türseiten
Piezotaster mit Ampelfunktion
(rot/grün) und Not-Aus-Taster
vorgesehen. Türhaftmagnete sichern
die Türen. Eine Matrixsteuerung
legt fest, welche Tür
geöffnet werden kann und
welche zeitgleich verschlossen
bleibt. Die Rückmeldung der
Türen wird als Information für
das Raumdruckmanagement
verwendet.
Die Reinraumdecke wurde als
nicht begehbare Rasterdecke
ausgeführt. Nachweislich geeig-
neter und zugelassener, dauerelastischer
Dichtstoff versiegelte
alle entstandenen Stöße. Auch
auf die Widerstandsfähigkeit der
Oberflächenbeschichtung ge-

genüber Reinigungs- und Desinfektionsmitteln
und auf ein
GMP-gerechtes Design wurde
geachtet. Außerdem wurden der
Rammschutz und die Schnelllauftore
in den Nebenbereichen
durch das Materialflusskonzept
im Vorfeld einvernehmlich aufeinander
abgestimmt.
In Zusammenarbeit mit dem
Hersteller dieses Reinraumausbausystems
hat Otto die
bodennahen Luftabsaugungen
der Lüftungstechnik abgestimmt.
Dies ist im Hinblick auf die
Aufstellflächen an den Wänden
und der notwendigen Luftführung
ein entscheidender
Punkt, um eine Partikelabfuhr zu
gewährleisten. Der Vorteil dieser
Planungserfahrungen bewies
sich bei der späteren Erholzeitmessung
nach DIN EN 14644
durch sehr gute Messwerte.
2. Umbau und Erweiterung der
raumlufttechnischen Anlagen
Da die Bestandsanlagen den
gestiegenen Ansprüchen an die
Lüftungs- und Filtrationstechnik
zuletzt nicht mehr gerecht
wurden, hat Otto alle alten
Zonenlüftungsgeräte (bis auf ei-
ne zentrale Außenluftaufbereitungsanlage)
demontiert und
durch sechs neue ersetzt. Die
vorhandene Außenluftaufberei-
tungsanlage mit einer Luftlei-
stung von ca. 16.000m³/h dient
der Konditionierung des Frischluftanteils
der nachgeschalteten
Zonengeräte. Um der Gefahr
einer Verschmutzung oder
Kreuzkontamination im Vorfeld
entgegenzuwirken, werden
durch die Zonengeräte Reinräume
mit gleichen Anforderungen
jeweils von einer Zonenanlage
mit Luft versorgt. So
wurde eine Anlage für den
Bereich des Ansatzes, zwei für
den Bereich der Abfüllung und
zwei Anlagen für den Bereich
der Konfektionierung vorgesehen.
Eine weitere versorgt
lediglich die Sozialbereiche. Die
Gesamtleistung dieser Zonenanlagen,
die im Umluftbetrieb
betrieben werden, liegt bei
49.700m³/h. Das Lüftungskanalsystem
ist mit einer hohen
Dichtigkeitsklasse ausgestattet,
um auch hier Energie zu sparen.
Die Zuluftmengen der einzelnen
Räume sind konstant vorgegeben,
um einen definierten
Luftwechsel in den Räumen
sicherzustellen. Variable Volumenstromregler
in der Abluft
sichern den Druck der einzelnen
Räume und Zonen. Diese
Volumenstromregler im so
genannten Open-Loop- Regelverfahren
variieren je nach
Raumdruck die zugehörige Ab-
luftmenge.
In einem speziellen Produktionsbereich
wurde die Firma Otto mit
Stäuben im Reinraum konfron-
tiert, die partiell während des
Prozesses auftreten. Die Lösung
war hier eine Schwerpunktabsaugung
mit einem in der
Zentrale eingebauten, kontaminationsfrei
auszubauenden Filter.
Eine intelligente Regelung
mit Verzögerung hält dabei das
Druckniveau im Reinraum ein.
Die lokal auftretenden Partikelkontaminationen
im Reinraum
konnten so leicht abgesaugt
werden.
Durch die neue Anordnung der
Zuluftauslässe mit HEPA-
Schwebstofffiltereinsätzen und
die Abluftansaugung im Bodenbereich
haben die Ingenieure die
geforderten Partikelzahlen und
Erholzeiten konstruktiv
sichergestellt.
3. Neuinstallation der Kälteanlage
mit Prozesskälte
Auch die vorhandene Kälteanlage
und die Prozesskälte
erfüllten nicht mehr die gestiegenen
Anforderungen. Eine
Erweiterung dieser Anlage war
wirtschaftlich nicht rentabel.
Außerdem zeigte sich nach
Messungen und Berechnungen,
dass die vorhandene Leitungsführung
für die neuen Lüftungsanlagen
und die zusätzliche
Prozesskälte nicht ausreichend
war, so dass das Gesamtsystem

umfassend überarbeitet werden
musste.
Otto hat bei diesem Projekt zwei
Kältesysteme installiert, die
unabhängig voneinander die
verschiedenen Kühlungsbedürfnisse
erfüllen: Zum einen ein
geschlossenes Prozesskühlsystem
zur Versorgung von
Autoklaven und vorgeschalteten
WFI-Zapfstellenkühlern
(28/35°C) und zum anderen ein
ebenfalls geschlossenes Kältesystem
für die Luftkonditionierung
und nachgeschaltete
WFI-Zapfstellenkühler (6/12°C),
um eine vorwählbare, kühle
WFI-Wassertemperatur an der
Zapfstelle sicherstellen zu
können. Die notwendige Kälteleistung
wird über zwei Kältemaschinen
(R134a) mit jeweils
250kW und über die frei zu
verwendende Umweltkälte mit
Hilfe eines Freikühlers erzeugt.
Ein Problem bestand darin, dass
die kontinuierliche Abnahme nur
einen kleinen Teil dieser
Gesamtleistung, die Prozesskühlung
aber den größten Anteil
ausmachte. Da die Prozesskühlung
kurzfristig hohe
Leistungen benötigt und diese
durch Umweltkälte nur bedingt
sicher zu gewährleisten waren,
wurden in das Prozesskältesystem
zwei Pufferspeicher mit
einem Gesamtvolumen von
16.000 Liter integriert. Diese
dienen zum einen der
Bereitstellung der kurzfristig
benötigten höheren Kälteleistung,
zum anderen kann während
einer Stillstandszeit die
Kälteleistung der Anlagen gepuffert
werden.
Das zu hohen Anfahr- und
Abschaltzyklen führende „Takten“
der Kälteerzeuger im
Schwachlastbetrieb in dem
Kältesystem (6°/12°) wird über
einen 6.000-Liter-Puffer-Speicher
nachhaltig verhindert.
4. MSR-System
Durch den Einsatz eines bei
Otto projektierten und program-
mierten MSR/DDC-Systems be-
stehen große Flexibilität und
Detailwissen, die die Inbetrieb-
nahme des Systems maßgeblich
unterstützen. Gibt der Kunde die
Datenleitung frei, kann Otto
darüber auch aus der Ferne ei-
ne Inspektion oder Korrektur
durchführen.
Bei der Firma Dr. Franz Köhler
Chemie wurden sechs Schaltschrankfelder
benötigt, um
sowohl den technischen Anforderungen
als auch den Vorschriften
des Verbandes der
Elektrotechnik (VDE) Rechnung
zu tragen. Die Regelung sichert
die Konditionierung der Luft und
regelt den Raumdruck. Die
Schleusensteuerung im Zugangsbereich
der Reinräume
signalisiert der Lüftungsanlage
und damit der Raumdruckregelung,
ob eine Tür geöffnet
wird. In diesem Fall werden
Volumenstromregler „eingefroren“
und verharren in ihrem
letzten Regelzustand. Nach dem
Schließen der Türen und einer
eingestellten Verweilzeit greift
die Regelung wieder in das
Druckmanagement ein und stellt
den gewünschten Raumdruck
wieder her.
Das MSR/DDC-System überwacht
außerdem die Eigenregelung
nachgeschalteter Anlagen,
wie z.B. der Kälteanlagen
und Heizsysteme, die zwingend
notwendig sind, um die
vorgegebenen Luftkonditionen
zu erreichen. Messwertaufnehmer
und Signalgeber wie z. B.
Temperaturfühler, Feuchtefühler,
Frostschutzwächter, Sicherheitstemperaturbegrenzer
und
Türkontakte überwachen dabei
die Zustände in der Gesamtanlage.
Ventile, Volumenstromregler,
Klappenantriebe und
Elektronacherhitzer greifen bei
registrierten Veränderungen ein.
Durch die zahlreich eingesetzten
Feldgeräte ergaben sich rund
700 Datenpunkte, die die
Regelung ständig überwacht.
Um die Anlagen energieeffizient
und ressourcenschonend betreiben
zu können, wird während
der produktionsfreien Zeiten ein
abgesenkter Betrieb mit redu-
zierten Luftmengen ermöglicht.
Druckstufen gegenüber angren-
zenden Bereichen werden dabei
nicht verletzt.
5. Installation eines Monitoringsystems
Das vorhandene Monitoringsystem
zur Überwachung der
Raumkonditionen (Druck, Temperatur,
Feuchte) war für die
neuen Räume nicht zu verwenden.
Hier wurde auf ein
komplett neues, von der
Regelung unabhängiges Monitoringsystem
umgestiegen.
Bewusst hat Otto auf die
Einbindung des MSR-Systems
für Monitoringzwecke verzichtet,
da der Aufwand für die
pharmagerechte Gesamtqualifizierung
entsprechend FDA
CFR nach Part 11 zu hoch war.
Die von dem Monitoringsystem
vorgesehenen Raumsensoren
geben die Messwerte über zwei
galvanisch getrennte Messwertausgänge
an das MSR-System
und das Monitoringsystem weiter.
Ein Eingriff des MSR-
Systems in das Monitoringsystem
wird durch diese Maßnahme
technisch ausgeschlossen.
6. Erweiterung des Reinstwassersystems
(WFI-Qualität)
Durch die Verlagerung der
Produktion von Alsbach nach
Bensheim stieg der Bedarf an
Reinstwasser für Ansätze und
Reinigung. Die bestehende
Anlage konnte diesen Bedarf
quantitativ zwar decken; allerdings
war es notwendig, den
Reinstwasserring zu erweitern
und weitere Zapfstellenkühler in
das System zu integrieren.
Um die Funktion dieser WFI-
Kühler (DTS-Technik) zu gewährleisten,
musste die komplette
Regelung umgebaut werden.
Das Gesamtsystem wurde
während der und nach den
Umbauten einer neuen Qualifizierung
unterzogen. Diese
Leistung wurde von entsprechenden
Fachunternehmen durchgeführt
und durch die Firma Otto
begleitet und koordiniert.

Gesamtkoordination
Die Abstimmung aller Fachgewerke
erfolgte in kompletter
Eigenverantwortung durch die
Firma Otto. Über die detaillierte
Fachkenntnis wie z.B. über eine
Reinstwassererzeugung verfügen
die Herstellerfirmen. Die
übergreifende Gesamtkoordination
aber lag während
des gesamten Planungs- und
Realisierungszeitraums bei Otto.
So musste eine Reinstwasseranlage
beispielsweise mit Trink-
Einregulierung, Tests und abschließende Optimierung
Schon während der letzten Montagearbeiten hat Otto mit den vorbereitenden Tests der Funktion und des
energieoptimiertem Betrieb begonnen. Die Anlagen und Systeme wurden auf die vordefinierten
Sollwerte hin abgeglichen und im weiteren Verlauf der Inbetriebnahmen und nach Abschluss der
Montagearbeiten durch gezielte Eingriffe in die Regelung optimiert. Vor der abschließenden Inspektion
der Umbauarbeiten durch die zuständigen Abnahmebehörden wurde der Nachweis der erreichten
Reinraumklassen festgestellt. Diese Tests umfassten folgende Messungen:
Reinraumausbau
• Installationsqualifizierung Reinraumwände, -decken, -böden
• Installationsqualifizierung Schleusenfunktion
• Installationsqualifizierung Schleuseneinrichtungen
• Installationsqualifizierung Schnelllauftore
wasser, Druckluft entsprechender
Qualität, Strom, gegebenenfalls
Dampf und Abwasser/
Kondensat ver- bzw. entsorgt
werden. Auch Wärmelasten in
den Aufstellungsräumen oder
auch Zentralenbereichen galt es
zu berücksichtigen.
In der Konstruktion haben sich
die einzelnen Hersteller detailliert
abgestimmt; beispielsweise
der Deckensystemlieferant und
der Hersteller der HEPA-Filter-
Luftauslasskästen, sodass die
Komponenten - obwohl von ver-
schiedenen Lieferanten - pro-
blemlos ineinander passten und
zudem die Dichtigkeit der Räu-
me und das Reinraumdesign
gewahrt blieben. Gerade diese
Details sicherten später einen
zügigen Montageablauf.
Einige Bereiche mit bestehenden
Laminar-Flow-Einheiten
wurden von der Fa. Otto beim
Umbau zudem mit neuen HEPA-
Filtern ausgestattet.

RLT-Anlagen
• Nachweis der Luftmengen und der Luftwechsel für die Reinraumklassen B,C,D
• Filterdichtsitz und -lecktest
• Nachweis Reinheitsklassen im „at rest“ - Zustand
• Nachweis der Erholzeiten
• Nachweis der Raumdrücke
• Visualisierung der gerichteten Strömung von Räumen höheren Druckes zu Nachbarräumen
geringeren Druckes
• Störmeldungen/Alarme bei Störung der Lüftung
• Nachweis Einweisung/Schulung
• Nachweis der Wirkung der Absaugung am Wiegeplatz
Monitoringsystem
• Installationsqualifizierung Monitoring
• Funktionsqualifizierung Monitoring
Diese Tests führten detailliert den Nachweis, dass das angestrebte und in der Planung definierte Ziel
erreicht und damit ein überwachtes und stabiles Umfeld für die veränderte Produktionsumgebung
geschaffen wurde.
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OTTO Luft- und Klimatechnik
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