Reinraum-Konzeption in dezentraler ... - TLT Turbo GmbH

VF 1.0 D 

Reinraum-Konzeption 

in dezentraler Modulbauweise 

Es wird aufgezeigt, wie Bedürfnisse der Produktion an moderne Reinraumtechnik 

mit einem Maximum an Flexibilität kostengünstig zu realisieren sind. 

Dipl.-Ing. Wilhelm Gerk, Jahrgang 1954, studierte an der 

FH in Gießen-Friedberg Allgemeinen Maschinenbau. 

1979 bis 1992 arbeitete er bei der Babcock-BSH, anschließend 

bis 1997 war er Niederlassungsleiter bei der Krantz- 

TKT, Bad Hersfeld. Von 1997 bis 2002 war er bei Krantz- 

TKT Cleanroom Technology, Bergisch Gladbach in der Projektentwicklung 

und dem Vertrieb von Reinraumtechnik im 

In- und Ausland tätig. Heute arbeitet er als Leiter Sales und 

Marketing bei der Firma Kinetics Germany GmbH, Eschau- 

Hobbach in der Reinstmedientechnik. Er ist Mitglied beim 

VDI - Technische Gebäudeausrüstung und im Arbeitskreis 

Brandschutz der Ingenieurkammer des Landes Hessen. 

TLT-Turbo GmbH 

Gebäude- und Tunnelventilatoren 

Am Weinberg 68 

D-36251 Bad Hersfeld 

Telefon: + 49 (0)6621-950-0 

Telefax: + 49 (0)6621-950-100 

e-Mail: serie@tlt.de 

Website: www.tlt.de

2 

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Ständig werden in der Reinraumtechnik 

neue Einsatz- und Aufgabengebiete 

erschlossen. Die Anforderungen 

werden zusätzlich 

ständig erhöht. Nicht selten werden 

dabei Auslegungskriterien 

ganz einfach hochgerechnet. 

Angst- oder Sicherheitszuschläge 

bedeuten aber in der Regel keine 

Verbesserung von Reinraumbedingungen, 

können aber mit hohen 

überflüssigen Kosten verbunden 

sein. 

Jedes Projekt erfordert eine anwendungsgerechte 

und wirtschaftliche 

Realisierung des Fertigungsprozesses. 

An Anforderungen für die Einrichtung 

und den Betrieb von reinraumtechnischen 

Anlagen sind zu 

berücksichtigen: 

� Eine reinraumgerechte Realisierung 

der Fertigungsräume, unter 

Beachtung von Kontaminationsquellen 

und geeigneten Schutzmaßnahmen. 

� Erfüllung der luft- und klimatechnischen 

Voraussetzungen. 

� Nachträgliche Änderungen oder Erweiterungen 

ohne größeren Aufwand. 

� Geringer Platzbedarf für Hilfs- und 

Nebenflächen. 

� Sehr häufig eigenständige Systeme. 

� Niedrige Investitionskosten, ein 

günstiges Preis-/Leistungsverhältnis 

und die Vermeidung von Fehlinvestitionen. 

� Niedrige Unterhaltungs- und Wartungskosten. 

Neben den bereits schon länger bekannten 

Reinen Werkbänken und 

Reinen Arbeitszonen können heutzutage 

viele Reinraum-Projekte in drei 

Gruppen gegliedert werden. 

� An bestehende Fertigungseinrichtungen 

anzupassende Reinraum- 

Projekte mit niedrigen und mittleren 

Reinheitsklassen. Schwerpunktmäßig 

für Räume der Reinheitsklassen 

100 000, 10 000 und 1000 mit 

mehr oder minder großen lokalen 

Zonen der Klasse 100, 10 bzw. 1. 

Bei diesen Projekten muß das vorhandene 

Gebäude fast immer in die 

Reinraum-Konzeption in dezentraler Modulbauweise 

reinraumtechnische Konzeption 

einbezogen werden. 

� In ein vorhandenes Gebäude zu integrierendeRaum-in-Raum-Lösungen, 

speziell zur Errichtung von 

Reinräumen der Klasse 100, 10, 1 

und besser. 

� Auf ein neu zu erstellendes Gebäude 

abzustimmende Reinraum-Anlagen, 

ebenfalls vorwiegend für 

Reinräume höchster Reinheit bis 

hin zu Klasse 1 und besser. 

Günstige Betriebsbedingungen 

In der ersten Planungsphase sollten 

jeweils die günstigsten Betriebsbedingungen 

ermittelt werden. Oft erfordern 

nur kleinere Bereiche eine Prodkuktion 

größere reinraumtechnische 

Maßnahmen, auch schon bei verhält- 

Zentrale Anlage 

Herkömmliche Anlage (zentral) 

Dezentrale Anlage 

Flexi-Reinraum mit Filter-Fan-Modul (dezentral) 

Bild 1: Prinzip-Darstellung von Reinraum-Anlagen 

nismäßig kleinen Räumen bzw. Anlagen. 

Hierzu gehört auch, die vorhandenen 

Kontaminationsquellen herauszufinden, 

und, wenn möglich, zu eliminieren. 

Außerdem gilt es, die Abstufung 

von Reinheitsklassen und die Festlegung 

eines geeigneten Reinraumgefälles 

vorzunehmen. Kontrolliertes 

Überdruckgefälle und die Vermeidung 

von Querströmungen vom 

„Weißen“ über den „Grauen“ hin zum 

„Schwarzen Bereich“ sind sicherzustellen. 

Großflächig turbulenzarme 

Verdrängungsströmung sollte nur an 

besonders kritischen Stellen vorgesehen 

werden. 

Zu einer vernünftigen Planung 

gehören auch günstige Luftwechselzahlen 

und angemessene Zuluftge- 

3


Euro/m 2 Grundfläche 

schwindigkeiten. Häufig können mit 

Zuluftgeschwindigkeiten von 0,3 m/s 

die gleichen Ergebnisse erzielt werden 

wie mit solchen von 0,45 m/s. Bei 

vielen Anwendungsfällen wird heutzutage 

mit laminarer Mischluftströmung 

gearbeitet, insbesondere bei 

durchschnittlichen internen Wärmelasten. 

Drallauslässe mit hohen Induktionsweiten 

und hohen Temperaturdifferenzen 

zwischen Zuluft und Raumluft 

sind nur zum Abführen größerer 

Wärmelasten erforderlich. 

Selbst die bestmögliche reinraumtechnische 

Planung kann nicht die erforderliche 

Wirkung erzielen, wenn 

große Verschmutzungsfaktoren nicht 

unter Kontrolle gebracht werden. Eine 

große Kontaminationsquelle stellt 

das Bedienungspersonal dar. Geeignete 

Schutzkleidung und ein reinraumgerechtes 

Verhalten sind deshalb 

unerläßlich. Diesem Sachverhalt 

4 

3500 

3000 

2500 

2000 

1500 

1000 

500 

0 

Herkömmliche 

Reine Arbeitszonen 

Reinraum-Anlagen 

mit niederen 

und mittleren 

Reinheitsklassen 

Standard- 

Ausführungen Flexi-Reinraum 

Gebäudeintegrierte 

Reinraum-Anlagen 

Decken-Modul- 

Reinraum 

Gebäudeunabhängige 

Raum-im-Raum- 

Lösungen 

Tunnel-Modul- 

Reinraum 

Bild 2: Kosten von Reinraum-Modul-Komponenten 

(Richtpreise, nur bezogen auf Zuführung der Reinluft, ohne Klimaanlagen, Wände, Fußböden etc.) 

Zuluftgeschwindigkeit (m/s) 

Zuluftmenge (m 3/h) 

Umluftmenge (m 3/h) 

Klimaluftmenge (m 3/h) 

Wirkungsgrad Klimagerät (�) 

Totaldruckerhöhung Klimagerät (Pa) 

Wirkungsgrad Umluftventilator (�) 

Totaldruckerhöhung Umluftventilator (Pa) 

Leistungsbedarf (W) 

Ersparnis (W) 

Zentral Dezentral 

0,45 

1620 

1460 

160 

0,8 

1250 

0,8 

800 

475 

– 

0,45 

1620 

1460 

160 

0,8 

1250 

0,65 

350 

288 

187 

Einsparung Antriebs-Energie Ventilatoren: 0,187 · 8760 · 0,092 = ca. 150,– 2/a 

Einsparung Elektro-Energie für Kühlung: 0,187 · 0,33 · 8760 · 0,092 = ca. 50,– 2/a 

Gesamt-Einsparung pro m 2 LF-Fläche: ca. 200,– 2/a 

Tabelle 1: Vergleich Zentral- und Dezentral-Anlage (Bezogen auf 1m 2 LF-Grundfläche) 

muß deshalb relativ früh Rechnung 

getragen werden. Regelmäßige Wartungen 

und Überprüfungen dürfen an 

dieser Stelle nicht vergessen werden. 

Angemessene Klimaanlagen 

Wichtig ist die genaue Ermittlung der 

technischen Fortluft und der vorhandenen 

internen Wärmelasten. Die 

notwendige klimatechnische Anlage 

soll natürlich so klein wie möglich dimensioniert 

werden. 

Soweit wie möglich sollte Umluftbetrieb 

vorgesehen werden. Umluftbetrieb 

ist die beste Energieeinsparung 

und bedeutet in der Regel zusätzlich 

günstige Voraussetzungen für die 

sich einstellende Reinheit. Kurze Umluftwege 

bedeuten niedrige Druckverluste 

und somit niedrige Antriebsleistungen 

sowie geringen Platzbedarf 

für lüftungstechnische Anlagenteile. 

Die notwendige Außenluftmenge 

muß auf ein erforderliches Minimum 

begrenzt werden. Sie kann allerdings 

nie kleiner sein als Fortluft- plus Überdruckluftmenge. 

Die notwendige 

Überdruckmenge kann durch dichte 

Raum- und Gebäudekonstruktionen 

gering gehalten werden. Die durch 

den Fertigungsprozeß bedingte technische 

Fortluft wird häufig viel zu 

großzügig angesetzt. Bei neueren 

Projekten geht die Tendenz aber eindeutig 

hin zu geringeren Abluftmengen. 

Dies ist eine richtige und zu begrüßende 

Tendenz. 

Eine gute Vorfiltrierung der Außenluft, 

auch für neue Abscheidemechanismen 

in der Elektronik, ist unerläßlich 

bezüglich angestrebter Reinheit 

und Freiheit von unerwünschten Bestandteilen. 

Die Temperaturspreizung zwischen 

Klima- und Umluft soll so groß wie 

möglich sein, z. B. 11 bis 12 °C. Eine 

niedrige Klimaluftmenge bedeutet geringere 

Anschaffungskosten, kleineren 

Platzbedarf für klimatechnische 

Anlagen und somit auch niedrige Unterhaltungskosten. 

Günstige Raumzustände, d. h. keine 

Maximalanforderungen für Temperatur 

und Feuchte, ermöglichen günstige 

Betriebsbedingungen. Überzogenes 

Komfortklima muß meistens teuer 

bezahlt werden. 

Häufig ist auch ein Einbau von Wärmerückgewinnungs-Systemenmöglich. 

Diesem Sachverhalt wird oft zu 

wenig Rechnung getragen. 

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Richtige Ventilatoren- 

Auswahl 

Ventilatoren sind das Herzstück jeder 

lüftungstechnischen Anlage. Steile 

Kennlinien bei Hochleistungsventilatoren 

durch rückwärtsgekrümmte Beschaufelung 

sind in reinraumtechnischen 

Anlagen besonders vorteilhaft. 

Bei zunehmender Filterverschmutzung 

ist dann nur eine geringfügige 

Reduzierung des Reinluftstromes gegeben. 

Geradezu selbstverständlich ist es, in 

diesem Zusammenhang auf hohe 

Wirkungsgrade zu achten. Daß bei 

Radialventilatoren mit hohem Einbauwirkungsgrad 

Antriebsleistungen 

von


Bild 4: Decken-Modul-System (Reinraum) 

6 

Vorstellung Decken-Modul- 

System (Reinraum) 

Wie aus Bild 4 ersichtlich ist, besteht 

dieses System für Klasse 100, 10, 1 

und besser im wesentlichen aus: 

� Dezentral angeordneten Filter-Fan- 

Units für Umluftbetrieb mit Anschlußstutzen 

für Klimalufteinspeisung. 

� Einem Aluminium-Deckenraster in 

modularem Aufbau, als Liniensystem 

mit Längs- und Querträgern, 

in einem Raster von 1800 x 1200 mm 

bzw. 1200 x 1200 mm, abgehängt 

von einer entsprechenden Stahl- 

Zwischenkonstruktion. 

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Gegenüberstellung der Reinheitsklassen nach DIN EN ISO 14644-1, VDI 2083, US-Fed.-Std. 209 und 

GMP. (Stand 02.2005) 

ISO 

EN 14644-1 

ISO-Klasse 1 

ISO-Klasse 2 

ISO-Klasse 3 

ISO-Klasse 4 

ISO-Klasse 5 

ISO-Klasse 6 

ISO-Klasse 7 

ISO-Klasse 8 

ISO-Klasse 9 

VDI 2083 

Zusammenfassung 

Höchste Reinheit am Equipment und 

nicht wenig Equipment in überdimensionierte 

Reinräume erfordert durchdachte 

und abgestufte Reinheitsbereiche 

mit günstigen Betriebsbedingungen. 

Geringe Klimaluftmengen ergeben 

sich durch genaue Ermittlung von 

Wärmelasten, Fortluftmengen, angemessene 

Raumluftzustände und hohen 

Umluftanteil. 

Niedrige Antriebsleistungen werden 

erreicht durch richtige Ventilatoren- 

Auswahl mit entsprechend optimierter 

strömungstechnischer Anordnung. 

Dezentrale Anlagenbauweise ermöglicht 

kurze Umluftwege und geringen 

– 

– 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

US-Fed. 

Std. 209 

– 

– 

1 

10 

100 

1000 

10000 

100000 

GMP 

A 

B 

C 

D 

Mikroorgan./m 

3 

< 1 

5 

100 

500 

Filterabscheidegrad 

bzw. 

Luftwechsel 

99,999995 

99,99995 

99,99995 

99,9995 

99,9995 

99,995 

99,995 

99,995 

99,995 

50-150 

50-150 

30-60 

30-60 

min. 20 

20-40 

20-40 

min. 20 

Platzbedarf für lüftungstechnische 

Anlagen. 

Dezentrale, modulare Konzeptionen 

garantieren ein Höchstmaß an Flexibilität 

und guter Wirtschaftlichkeit. 

0,1��m/m 3 0,2��m/m 3 0,3��m/m 3 0,5��m/m 3 1��m/m 3 5��m/m 3 

10 

100 

150 

1000 

1500 

1240 

10000 

15000 

12400 

100000 

– 

– 

– 

– 

1000000 

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– 

– 

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2 

24 

33 

237 

330 

265 

2370 

3300 

2650 

23700 

33000 

26500 

– 

– 

237000 

– 

– 

– 

– 

– 

– 

– 

– 

– 

– 

– 

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10 

14 

102 

140 

106 

1020 

1400 

1060 

10200 

14000 

10600 

– 

– 

102000 

– 

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Literaturangaben 

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4 

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35 

45 

35,3 

352 

450 

353 

3520 

4500 

3530 

3500 

3500 

35200 

45000 

35300 

352000 

450000 

353000 

350000 

3520000 

4500000 

3530000 

3500000 

35200000 

�1� Eidam, Herbert: Energieeinsparung mit 

Hochleistungs-Radialventilatoren. HLH Bd. 40 

(1989) Nr. 7, S. 355/58. 

�2� Eidam, Herbert: Grundlagen und Systeme 

reinraumtechnischer Einrichtungen mit turbulenzarmer 

Verdrängungsströmung. Kl Heft 10- 

11/1988. 

�3� Gerk, Wilhelm: Anforderungen an Reinraum-Komponenten. 

Kl Heft 7-8/1986. 

�4� TLT-Turbo GmbH, Bad Hersfeld: Katalog 

„Reinraum-Flexi-Modultechnik“. 

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10 

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83 

100 

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832 

1000 

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8320 

10000 

– 

83200 

100000 

12461 

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832000 

1000000 

124610 

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8320000 

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29 

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293 

300 

247 

2930 

3000 

2470 

– 

29300 

30000 

24700 

– 

293000 

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