- ECV Editio Cantor Verlag Aulendorf

Fokus Produktionsumgebung
Reinheitsgerechte Auslegung von
Maschinen und Anlagen
Verfahren nach Hygenic Design oder strömungstechnischen Grundsätzen
Dr.-Ing. Markus Rochowicz, Markus Keller, Frank Bürger . Fraunhofer Institut für Produktionstechnik
und Automatisierung IPA, Abteilung Reinst- und Mikroproduktion, Stuttgart
Zusammenfassung
Bei der Herstellung von kontaminationskritischen Produkten in der pharmazeutischen
Industrie aber auch in anderen Branchen ist nicht nur die Reinheit der verwendeten Substanzen, Werkstoffe und Bauteile sowie der Fertigungsumgebung relevant, sondern insbesondere auch die reinheitsgerechte Auslegung von Maschinen und Anlagen. Diese
Gerätschaften bekommen hinsichtlich erreichbarer Produktreinheit, Qualität und Ausbeute zunehmend eine Schlüsselrolle, da sie oft in direktem Produktkontakt stehen und
der Mensch als „traditionelle Quelle Nummer eins“ von Verunreinigungen durch die
zunehmende Automatisierung immer mehr aus dem Produktumfeld verschwindet. Der
Begriff „Reinheit“ oder „reinheitsgerechte Auslegung“ und was man darunter verstand,
war in der Vergangenheit stark durch die jeweilige Branche geprägt, in der er zur
Anwendung kam. Auf der einen Seite ist beispielweise in den Life Science Branchen oder
der Lebensmittelindustrie der Begriff Reinheit klassisch mit Keimfreiheit und guter Reinigbarkeit verknüpft. Auf der anderen Seite in der Reinraumtechnik, deren Entwicklung und
auch Normung maßgeblich durch die Halbleiterindustrie geprägt wurde, ist die Reinheit
mit der Partikelabgabe in die Umgebungsluft und dem strömungstechnischen Verhalten
einer Komponente verbunden. Seit einigen Jahren wird zum einen durch ein tieferes technisches Verständnis von Verunreinigungsmechanismen oder durch neue Regelwerke zum
anderen aber auch durch den „Blick über den Tellerrand“ der Begriff Reinheit wesentlich
umfassender und je nach Anwendung differenzierter gesehen. Branchengrenzen verwischen und neue technologische Konzepte zu einem reinheitsgerechten Design werden
umgesetzt. Für alle drei Aspekte werden im Rahmen diese Artikels Beispiele erläutert. Es
geht zum einen um das Hygenic Design in der Life Science Industrie und die konsequente
Umsetzung der hygienischen Designvorgaben am Beispiel eines Edelstahlmöbels. Zum
anderen wird die Prüfung der Reinraumtauglichkeit betrachtet. Konkret am Partikelemissionsverhalten und den strömungstechnischen Aspekten am Beispiel von Produktionsanlagen für den Reinraum. Zuletzt zeigt der Beitrag neue übergreifende Ansätze im
Bereich Hygenic Design und optimiertes Strömungsverhalten am Beispiel eines Analysegeräts.
1. Grundlagen des
Hygenic Design in der Life
Science Industrie
In der Life-Science-Industrie ist eine
hygienische Fertigungsumgebung Voraussetzung im Bestreben nach geringen kontaminationsbedingten Ausschüssen und die Einhaltung der
Reinheit und gegebenenfalls Sterilität
394
der prozessierten Produkte. Die Produktqualität wird vor allem durch Mikroorganismen, aber auch andere
Verunreinigungen wie Partikel und
chemische Rückstände negativ beeinflusst. Um die Gefahr einer Produktkontamination während des Produzierens zu minimieren, dürfen Betriebsmittel in der jeweiligen Fertigungsumgebung nach EU-GMP An-
Rochowicz et al. . Reinheitsgerechte Auslegung von Maschinen und Anlagen
nex 1 keine Kontaminationsquellen
darstellen [1]. Der GMP-Leitfaden
schreibt im Anhang 1: „In reinen Bereichen sollten alle exponierten Oberflächen glatt, undurchlässig und ohne
Risse sein, um eine Abgabe oder Ansammlung von Partikeln oder Mikroorganismen möglichst gering zu halten
und die wiederholte Anwendung von
Reinigungs- und gegebenenfalls Des-
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Nur für den privaten oder firmeninternen Gebrauch / For private or internal corporate use only
Korrespondenz: Dr.-Ing. Markus Rochowicz , Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA,
Reinst- und Mikroproduktion, Nobelstr. 12, 70569 Stuttgart; e-mail: [email protected]
1.1 Konsequente Umsetzung
der hygienischen Designvorgaben am Beispiel eines
Edelstahlmöbels
1.1.1 Eingesetzte Werkstoffe
Geeignete Werkstoffe müssen für
den Einsatz in der Life-Science Industrie beständig gegen die eingesetzten chemischen Reinigungsund Sterilisationsmittel sein. Sie dürfen von Mikroorganismen nicht besiedelt und verstoffwechselt werden.
Die Oberflächenbeschaffenheit muss
so gestaltet sein, dass eine einwandfreie Reinigung gewährleistet ist. Von
den Materialien dürfen keine Substanzen in das Produkt migrieren.
Meist kommen bekannte Materialien, wie Edelstahl und verschiedene
geprüfte und zugelassene lebensmittelunbedenkliche Elastomere, Kunststoffe und Schmiermittel zum Einsatz. Neue Werkstoffe mit entsprechender Qualifizierung werden die
aktuelle Werkstoffauswahl entscheidend erweitern. Die Werkstoffauswahl für Produktionsanlagen hinsichtlich minimaler Kontaminationen ist für die Industrie ein äußerst
wichtiges, bisher allerdings kaum erforschtes Anliegen. Einige Richtlinien geben prinzipielle Materialempfehlungen, wie das EHEDG Document 8: „Gestaltungskriterien für
hygienegerechte Maschinen“ oder
DIN EN ISO 14159: „Hygieneanforderungen an die Gestaltung von Maschinen“ [4], [5]. Nach EHEDG
DOC 8 dürfen Materialien aus Polycarbonat (PC), Polyetheretherketon
(PEEK), schwach verzweigtes Polyethylen (HDPE), Polytetrafluorethylen (PTFE), Acetal (POM), Polypropylen (PP) und Polyvinylchlorid
(PVC) verwendet werden. Die DIN
EN ISO 14159 fordert folgende
grundlegend notwendige Materialeigenschaften: korrosionsbeständig,
nicht toxisch, sie dürfen das Produkt
und Laugen und kann für eine Vielzahl an Produkten für die Lebensmittelindustrie, die pharmazeutische und kosmetische Industrie, chemische Apparatetechnik, Medizinprodukte, Küchengeräte und im Sanitärbereich eingesetzt werden.
1.1.2 Designdetails
Türen und Scharniere
Durch die folgend skizzierte Umsetzung wurde die Forderung einer
kompletten
Entleerbarkeit
aus
EHEDG DOC 8 [4] und aus DIN EN
ISO 14159 [5] „eine Ansammlung von
Flüssigkeiten ist zu vermeiden“ gewährleistet. Die Türen (Abb. 1) bestehen aus doppelschalig nahtlos lasergeschweisten Edelstahlelementen,
welche an der Oberseite und Unterseite eine Schräge von
45 Grad aufweisen. Damit können Flüssigkeiten ungehindert komplett ablaufen. Besonders
hervorzuheben
sind die dreidimensional verstellbaren Türscharniere. Durch die
Einbeziehung der Anschrägung in die Scharniere und Minimierung
auf einen kleinen beweAbb. 1: Türen und Scharniere – Detailansicht (Bildquelle:
genden Stift, welcher in
Friedrich Sailer GmbH, Neu-Ulm).
einer nach unten offenen Buchse geführt
wird, ist auch hier eine
nicht kontaminieren und dürfen vollständige Entleerung gewährleisnicht adsorbierend wirken (Material- tet. Flüssigkeit kann sich an und im
migraton) und müssen temperatur- Scharnier nicht ansammeln. Das
beständig für die jeweiligen Prozesse Scharnier wurde mit einer entsprechenden Dichtung nahtlos an die
sein.
Bei den hier maßgeblich verwende- Türe befestigt. Flüssigkeit kann nicht
tem Material handelt es sich um ein in den Befestigungsspalt des ScharEdelstahl der Güte 1.4301 (USA AISI niers eindringen. Somit kann von den
Type 304; Japan JIS SUS 305). Dieser Scharnieren ausgehend kein Konaustenitische 18/10 Cr-Ni-Stahl bie- taminationsrisiko entstehen. Das
tet eine ausreichende Widerstands- Material der Dichtung ist ein von
fähigkeit gegen atmosphärische Kor- der FDA zugelassener Silikondichtrosion. Das Material ist sehr gut po- stoff.
lierbar und kann durch formgebende
Methoden (Tiefziehen, Rollen, Bie- Spülbecken und Ablauf
gen) sehr gut bearbeitet werden. Das Spülbecken weist durchgehend
Der Stahl ist widerstandsfähig gegen einen Rundungsradius von r > 3 mm
Wasser und Wasserdampf, schwache auf und erfüllt somit die Anfordeorganische und anorganische Säuren rungen der EHEDG Doc. 8 [4]. Der
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395
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infektionsmitteln zu ermöglichen“ [1].
Ausrüstungsgegenstände,
welche
nach den Prinzipien des hygienegerechten Designs konzipiert wurden,
reduzieren erheblich das Risiko einer
Kontamination, sei es partikulär oder
mikrobiologisch. Vergleichbare Anmerkungen sind im ISPE Baseline
Guide Active Pharmaceutical Ingredients, Chapter 11: Facility and
Equipment Cleaning zu finden [2].
Die für die Lebensmittelindustrie verfügbaren Gestaltungsrichtlinien der
für hygienegerechtes Design (DIN
EN 1672-2 [3], EHEDG Doc. 8 [4]
und ISO 14159 [5] sind für die LifeScience Industrie ebenfalls direkt anwendbar und finden eine immer breitere Zustimmung. Grundlegende Details werden bei einer am Fraunhofer
IPA mit dem Projektpartner Friedrich
Sailer GmbH durchgeführten „Tested
Device“-Qualifizierung und Optimierung der hier vorgestellten Edelstahlmöbel detailliert betrachtet und werden in diesem Artikel vorgestellt.
Fokus Produktionsumgebung
ni
e
gi
hy
isk
r
c
ni
e
gi
hy .k.
o
ni
e
gi
hy .k.
o
c
c
ign
s
de
=
2. Grundlagen der Reinraumtauglichkeit hinsichtlich
Partikelemission und
Strömungsverhalten
=
Abb. 2: Hygienische Ausführungen zur restlosen Entleerbarkeit: Abläufe (Bildquelle: Fraunhofer IPA).
Ablauf (Abb. 2) wurde direkt in das
Spülbecken eingelasert, sodass auch
hier keine Fuge entsteht. Die Einfassung des Spülbeckens ist ebenfalls
mit entsprechenden Schrägen konstruiert, damit Flüssigkeiten direkt
in das Spülbecken (Abb. 3) fließen
können. Horizontale Flächen wurden soweit als möglich vermieden.
Eine durchgehende Entleerbarkeit
als Forderung für eine hygienegerechte Ausführung nach EHEDG
Doc. 8 ist somit gewährleistet.
Innenraumgestaltung
Die Innenräume der Hygienemöbel
sind durchgehend ohne Naht gefertigt. Alle Rundungsradien liegen bei
r = 15 mm. Dies entspricht einer Hygieneklasse H3 nach DIN 18865-9
und gewährleistet eine einfache Reinigung aller Oberflächen [6].
Einlegeboden
Die Einlegeböden (Abb. 4) sind
ebenfalls doppelschalig nahtlos lasergeschweißt. Die Schweißnähte
sind anschließend poliert, sodass
396
Die Güte eines Reinraums definiert
sich bspw. nach DIN EN ISO 14644-1
[7] oder VDI 2083 Blatt 1 [8] über die
Größe und Anzahl von Partikeln die
in einem Normvolumen Reinraumluft
vorhanden sein dürfen (siehe auch
Tab. 1). Dementsprechend ist auch
der Begriff der Reinraumtauglichkeit
zu verstehen: So gilt eine Gerätschaft,
eine Komponente oder eine Maschine
als tauglich für eine bestimmte Reinraumklasse, wenn durch deren Eigenpartikelabgabe die entsprechende
Reinraumklasse nicht verschlechtert
wird. Zur Bestimmung dieser Reinraumtauglichkeit werden Luftpartikelzähler eingesetzt, die auf der Basis von Laserstreulicht die Anzahl und
Größe von Partikeln zwischen 0,1 μm
und 5 μm messtechnisch bestimmen
können, die von einem Ausrüstungsgegenstand in die Umgebungsluft abgegeben werden. Die gleichen Partikelzähler werden eingesetzt, um
auch die Klassen von Reinräumen zu
bestimmen. Die Bestimmung des Par-
eine durchgehende homogene Oberflächenqualität erreicht wird. Die
Aufnahme der Regalböden geschieht durch Prägungen, welche
nahtlos in die Schrankwand eingearbeitet wurden. Die Ausführungen
der Prägungen erfolgte ebenfalls mit
der konsequenten Umsetzung der
von der EHEDG Doc. 8 geforderten
Rundungsradien von mindestens
3 mm und der in DIN EN ISO 14159
aufgeführten Designprinzipien. Keinerlei spitze Winkel oder Kanten
können eine Reinigung erschweren,
sodass die Aufnahmen der Regalböden ebenfalls sehr
einfach und vollständig reinigbar sind.
Unter Berücksichtigung der genannten
Aspekte können die
hier
betrachteten
Edelstahlmöbel der
Firma Friedrich Sailer
GmbH aus Neu-Ulm
für reine und hygienekritische
Bereiche
Abb. 3: Hygienegerechter Spültisch (Bildquelle: Friedrich Sailer
ausnahmslos eingeGmbH, Neu-Ulm).
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ni
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i
g
hy
isk
r
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s
de
setzt werden. Diese Beurteilung basiert neben der Materialauswahl auf
der fast komplett durchgängigen Reinigbarkeit. Somit können Kontaminationen effektiv entfernt werden.
Eine gegebenenfalls notwendige Sterilisation (nasschemisch oder gasförmig durch beispielsweise Wasserstoffperoxid-Benebelung) kann aufgrund der Materialverträglichkeit
ohne Einschränkung durchgeführt
werden.
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Fokus Produktionsumgebung
Tabelle 1
Klassifizierung der Luftqualität: luftgetragene Partikel gemäß EU-GMP Annex 1,
DIN EN ISO 14664-1 und US Fed 209E.
Nomenklatur
DIN EN
EG-GMP
Maximal zulässige Partikelzahl gem. DIN EN ISO 14644-1 entsprechend verschiedener Partikelgrößen
EG-GMP
US Fed.
ISO
"at
"in
Standard
pro
0,1 μm
pro
pro
pro
pro
pro
pro
pro
pro
pro
pro
pro
14644-1
rest"
operation"
209E*
m³
cbf
m³
cbf
m³
cbf
m³
cbf
m³
cbf
m³
cbf
10
1
2
3
4
10
5
A
0,3
0,3 μm
2
0,1
0,5 μm
100
3
24
1
10
0,3
4
0,1
30
237
7
102
3
35
1
1.240
35
265
8
106
3
35
1
10.000
300
2.370
67
1.020
29
352
9,9
12.000
340
2.650
75
1.060
29
353
10
100.000
2.833
23.700
671
10.200
289
3.520
100
3.520
100
20
0,6
3.520
100
29
0,8
293
8
B
100
1.000.000
28.329
26.500
750
10.600
300
3.530
100
237.000
6.710
102.000
2.890
35.200
997
35.300
1.000
352.000
9.972
352.000
352.000
1.000
7
C
B
10.000
8
D
C
100.000
9
Abb. 4: Einlegeböden (Bildquelle: Friedrich Sailer GmbH, Neu-Ulm).
tikelemissionsverhaltens von Betriebsmitteln ist in VDI 2083 Blatt
9.1 [9] beschrieben. Aktuell existieren
weltweit keine weiteren Regelwerke
zu diesem Thema. Auf internationaler
Ebene wurde 2011 ein Vorschlag für
ein „New Work Item Proposal“ für die
Erarbeitung eines neuen Regelwerks
398
5,0 μm
1.000
A
6
1,0 μm
8
0,2
83
2
832
24
8.320
235
29
0,8
247
7
2.930
83
9.972
2.900
82
9.972
2.900
82
353.000
10.000
2.470
70
3.520.000
99.716
29.300
830
3.520.000
99.716
29.000
821
3.520.000
99.716
29.000
821
3.530.000
100.000
24.700
700
35.200.000
997.167 8.320.000
293.000
8.300
83.200
832.000
2.357
23.569
235.694
Abb. 5: Messaufbau zur Bestimmung der Reinraumtauglichkeit
(Bildquelle: Fraunhofer IPA, Stuttgart).
eingereicht und bestätigt. Erfahrungsgemäß kann die Erstellung eines solchen Regelwerks vier bis sechs Jahre
in Anspruch nehmen.
Ein weiterer wichtiger Aspekt in einem Reinraum und damit auch bei der
Bestimmung der Reinraumtauglichkeit ist das Strömungsverhalten von
Rochowicz et al. . Reinheitsgerechte Auslegung von Maschinen und Anlagen
Gerätschaften. Insbesondere in Reinräumen mit turbulenzarmer Verdrängungsströmung, wie sie in den höchstwertigen Reinräumen der Halbleiterindustrie zum Einsatz kommt, ist die
Strömungsführung um und in Anlagen
sehr wichtig. So kann bei einer geeigneten Luftführung das kontaminati-
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0,2 μm
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einem Roboter der erkennen ist, hier an Achse 1 des
Firma KUKA gezeigt. KUKA-Roboters. Nach einer statistiDie Testprozedur be- schen Bewertung der Messergebnisse
steht dabei aus mehre- erfolgt eine Zuordnung für die Eigren Schritten. Das zu nung in einer Luftreinheitsklasse
qualifizierende
Be- nach DIN EN ISO 14644-1 (siehe auch
triebsmittel wird in Tab. 1). Dem hier gezeigten Roboter
den
Prüfreinraum konnte die Eignung für die Luftrein(siehe Abb. 6) einge- heitsklasse 4 bescheinigt werden und
schleust und abgerei- durch das Prüfsiegel „IPA Tested Denigt, um zu vermeiden, vice“ bescheinigt werden. Am Fraundass anhaftende Par- hofer IPA wurden seit 2000 ca. 900
tikel vermeintlich als Industrieprodukte qualifiziert, über
Eigenpartiklabgabe ge- 50 % hinsichtlich der Abgabe parwertet werden. Nach tikulärer Kontaminationen unterAufbau und Inbetrieb- sucht. Ein großer Teil der Ergebnisse
nahme werden die ist in der Fraunhofer TESTED DEPrüfparameter
fest- VICE® Datenbank verfügbar (www.
gelegt. Da die Partikel- tested-device.de). Die Integration eiabgabe
maßgeblich nes Betriebsmittels in den Reinraum
durch Reibung be- aus strömungstechnischen Gesichtsstimmt wird, haben punkten ist in Form einer Computer
gestützten Simulation in Abb. 7 geGeschwindigkeiten,
Kräfte und Momente zeigt. Es ist gut zu erkennen, wie
einen großen Einfluss die zunächst laminare Erstluft aus
auf die Partikelerzeu- dem Reinraum oder einer Anlagen
gung und -abgabe. Die integrierten Reinluftversorgung beim
Abb. 6: Turbulenzarmer Referenzreinraum der ISO Klasse 1
Prüfparameter orien- Kontakt mit Einbauten in der Anlage
(Bildquelle: Fraunhofer IPA, Stuttgart).
tieren sich dabei am abgelenkt wird. In ungünstigen Fälspäteren Betrieb und len kann es zur Ausbildung von Wironskritische Produkt mit hochreiner werden zusammen mit dem Herstel- beln und Turbulenz kommen, so dass
Erstluft aus dem Reinraum umströmt ler des Betriebsmittels festgelegt. In eine Beherrschung von potentiellen
werden und gleichzeitig Partikel von Abb. 5 ist dies durch das Gewicht am Partikelquellen in der Anlage nicht
Kontaminationsquellen wie bewegten Roboterarm, das eine
und reibungsbehafteten Komponen- typische Last darstellt,
ten in unkritische Bereich der Anlage zu erkennen. Anschlieoder des Reinraums abgeführt werden. ßend folgt eine 24Als Werkzeuge zur Strömungsoptimie- stündige Betriebspharung werden beispielsweise CFD-Si- se, die das Einlaufen
mulationen (Computer Fluid Dyna- der
Bewegungselemic) eingesetzt, um bereits bei der Pla- mente ermöglicht. Die
nung und Konstruktion einer Anlage, Festlegung der Messderen Strömungsverhalten zu optimie- stellen erfolgt daraufren. Die Strömung, die sich im Betrieb hin zunächst manuell,
im Reinraum dann letztendlich ein- um die kritischen und
stellt, kann z. B. mit Reinstwasser-Ne- Partikel generierenden
belgeneratoren visualisiert werden.
Punkte an einem Betriebsmittel mit Hilfe
2.1 Partikelemissionsverhalten eines Luftpartikelzähund strömungstechnische
lers festzulegen. DaAspekte am Beispiel von
raufhin werden die
Produktionsanlagen für den
QualifizierungsmesReinraum
sungen mit feststehenDie Prüfung der Reinraumtauglich- den
Partikelsonden
keit hinsichtlich der Eigenpartikel- durchgeführt,
was Abb. 7: Simulierte Strömungsführung im Inneren einer Anlage
abgabe ist beispielhaft in Abb. 5 an ebenfalls in Abb. 5 zu (Bildquelle: Fraunhofer IPA, Stuttgart).
Fokus Produktionsumgebung
mehr möglich ist. Durch eine Optimierung der Einbauten in der Anlage
sowie eine entsprechende Positionierung von Absaugungen, kann die
Strömungsführung in der Anlage so
gestaltet werden, dass das Kontaminationsrisiko für das Produkt minimiert wird.
400
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lohnen könnte, ist die
Prüfung der Bauteilsauberkeit nach VDA
19 [10]. Dieses Regelwerk, das für die Automobil- und Zulieferindustrie
entwickelt
wurde, beschreibt die
qualifizierte Erstellung
von
Extraktionsprozeduren
zur Erfassung
3. Neue übergreifende
von
PartikelverunreiAnsätze
nigungen an Bauteilen.
Ein Beispiel für neue übergreifendere Das Neue bei dieser
Ansätze im Thema Reinheitstaug- Vorgehensweise ist die
lichkeit spiegelt sich in der aktuellen Qualifizierung dieser
Version des EU-GMP Annex 1 [1] wie- Extraktionsprozeduren
der. Erkennbar ist eine stärkere Hin- durch sog. Abklingwendung zu den Luftreinheitsklas- messungen sowie der
sen nach DIN EN ISO 14644-1 [7]. Nachweis der PrüftaugTab. 1 vergleicht die verschiedenen lichkeit über die BeGrenzwerte der maximal zulässigen stimmung von BlindPartikelzahl für die jeweilige Größ- werten. Die dort beenklasse für entsprechenden Luft- schrieben Methoden
Abb. 9: Visualisierung der guten Umströmung im Reinraum (an
reinheitsklassen nach DIN EN ISO eignen sich prinzipiell einem Raman Spektrometer der Fa. RapID) (Bildquelle:
14644-1, EU-GMP Annex 1 und dem ebenfalls sehr gut für Fraunhofer IPA, Stuttgart).
zurückgezogenen Standard US Fede- die Prüfung der Saural Standard 209E:
berkeit von z. B. VerDas bedeutet für die Praxis der packungen in der Pharma-Industrie Größenanalyse von Partikeln eingereinheitsgerechten Auslegung von oder auch zur Prüfung von Instru- setzt wird, die auf einer AnaAnlagen und Maschinen: Wird die menten oder Implantaten in der Me- lysemembran abgeschieden werden.
Reinraumtauglichkeit eines Betriebs- dizintechnik.
Dieses System kann für Analyseframittels bezüglich Partikelabgabe
gestellungen in verschieden Brannach VDI 2083 Blatt 9.1 bestimmt, 3.1 Hygenic Design und
chen eingesetzt werden, z. B. zur
kann nun prinzipiell dessen Eignung optimiertes StrömungsKontrolle von Wirkstoffen im pharfür die entsprechenden GMP Rein- verhalten am Beispiel eines
mazeutischen Bereich aber auch zur
Analysegeräts
heitsklassen übertragen werden.
Analyse von Schadpartikeln in der
Ein weiteres Beispiel, wo sich ein Manchmal sind es aber nicht gesetz- Halbleiterindustrie.
Blick über den „Branchen-Tellerrad“ liche Regelungen oder neue techDer Hersteller dieses Systems hat
nologische Entwick- sich deshalb dazu entschieden, Reinlungen, die dazu füh- heitsforderungen aus mehreren
ren, dass bei der rein- Branchen in die Geräteentwicklung
heitsgerechten Aus- einfließen zu lassen. Im Speziellen
legung von Anlagen sind dies:
und Maschinen Rein- . Die sehr gut Abreinigbarkeit und
Materialbeständigkeit, die nach
heitsaspekte aus verRegeln des Hygenic Design umgeschiedenen Branchen
setzt wurden, wie sie im Beispiel in
mit
berücksichtigt
Abschnitt 2.2 beschrieben wurden.
werden – manchmal
sind es auch ganz . Die strömungstechnische Optimierung für den Einsatz in einem
pragmatische GrünReinraum mit turbulenzarmer
de, wie im folgenden
Verdrängungsströmung. Dies zeigt
Beispiel. Abb. 8 zeigt
die Strömungssichtbarmachung in
ein RamanspektroAbbildung 9, die das sehr geleichmeter
der
Fa.
RapID,
Abb. 8: Raman-Spektrometer der Fa. RapID (Bildquelle:
mäßige und turbulenzfreie Abdas zur Material- und
Fraunhofer IPA, Stuttgart).
strömen der Reinraumluft über das
Gerät demonstriert, visualisiert
mit einem Reinstwasser-Nebelgenerator.
4. Fazit
5. Danksagung
Unser besonderer Dank gilt Herrn
Christoph Mützel und dem Team
der Friedrich Sailer GmbH, Neu-Ulm,
für die für die Durchführung einer
Tested-Device Hygiene-Qualifizierung
am Fraunhofer IPA, für die Bereitstellung des Bildmaterials eines konsequent hygienisch gestalteten Edelstahlmöbels, welches in diesem Artikel als Referenzobjekt vorgestellt wurde, und für die inhaltliche Unterstützung bei dieser Publikation. Weiterhin bedanken wir uns bei der Fa.
KUKA Robot Group, Augsburg für
TechnoPharm 2, Nr. 6, 394–401 (2012)
© ECV . Editio Cantor Verlag, Aulendorf (Germany)
die Durchführung der Tested-Device
Reinraumtauglichkeits-Qualifizierung
und die Freigabe des Bildmaterials
sowie bei der Fa. RapID, Berlin insbesondere Herrn Dr. Valet für die gemeinsame reinheitsgerechte Auslegung des Ramanspektrometers.
Fachliteratur
[1] EU-GMP Guide to Good Manufacturing
Practice, Annex 1. Manufacture of sterile
medicinal products. Brussels : European
Commission, 2008.
[2] ISPE Baseline Volume 1, second edition.
Active Pharmaceutical Ingredients.
Tampa : International Society for Pharmaceutical Engineering, 2007.
[3] DIN EN 1672-2. Nahrungsmittelmaschinen – Allgemeine Gestaltungsleitsätze –
Teil 2: Hygieneanforderungen. Berlin :
Beuth Verlag, 2009.
[4] EHEDG Doc 8. Gestaltungskriterien für
Hygienegerechte Maschinen, Apparate
und Komponenten. Frankfurt : European
Hygienic Engineering and Design Group,
2004.
[5] DIN EN ISO 14159. Sicherheit von Maschinen – Hygieneanforderungen an die
Gestaltung von Maschinen. Berlin : Beuth
Verlag, 2002.
[6] DIN 18865-9. Großküchengeräte – Ausgabeanlagen – Teil 9: Schrankinnenräume
in Standard- und in Hygieneausführung.
Berlin : Beuth Verlag, 1997.
[7] DIN EN ISO 14644-1. Reinräume und Zugehörige Reinraumbereiche – Teil 1:
Klassifizierung der Luftreinheit anhand
der Partikelkonzentration. Berlin : Beuth
Verlag, 2010.
[8] VDI 2083 Blatt 1. Reinraumtechnik –
Partikelreinheitsklassen der Luft. Berlin :
Beuth Verlag, 2005.
[9] VDI 2083 Blatt 9.1. Reinraumtechnik –
Reinheitstauglichkeit und Oberflächenreinheit. Berlin : Beuth Verlag, 2006.
[10] VDA Band 19. Prüfung der Technischen
Sauberkeit – Partikelverunreinigung
funktionsrelevanter Automobilteile. 1.
Auflage. Frankfurt a. M. : VDA, 2004.
[11] DIN EN ISO 846. Einwirkung von Mikroorganismen auf Kunststoffe Bedarfsgegenstände. Berlin : Beuth Verlag, 1997.
[12] DIN EN ISO 2812-1. Beschichtungsstoffe –
Bestimmung der Beständigkeit gegen
Flüssigkeiten – Eintauchen in Flüssigkeiten außer Wasser. Berlin : Beuth Verlag,
2007.
[13] ISO 22196. Kunststoffe – Messung von
antibakterieller Aktivität auf Kunststoffoberflächen. Berlin : Beuth Verlag, 2007.
[14] VDI 2083 Blatt 17 – Entwurf. Reinraumtechnik – Reinraumtauglichkeit von
Werkstoffen. Berlin : Beuth Verlag, 2011.
Rochowicz et al. . Reinheitsgerechte Auslegung von Maschinen und Anlagen
401
Nur für den privaten oder firmeninternen Gebrauch / For private or internal corporate use only
Bei der reinheitstauglichen Auslegung von Anlagen und Maschinen
sind heute in vielen Fällen mehr
Aspekte zu berücksichtigen als noch
vor wenigen Jahren. Dies kann mehrere Gründe haben, wie beispielsweise die Ausweitung von gesetzlichen Vorgaben (siehe EU-GMP Annex 1) oder der Wunsch ein Gerät
in mehreren Branchen zu vermarkten (siehe Beispiel 4.2). Die Bewertung der Reinheitstauglichkeit von
Maschinen und Anlagen wird damit
zu einer mitunter komplexen Fragestellung die eine interdisziplinäre
Zusammenarbeit
verschiedener
Fachrichtungen erfordert.
In der Abteilung Reinst- und Mikroproduktion des Fraunhofer IPA in
Stuttgart wird aus diesem Grund die
Thematik seit vielen Jahren konsequent ausgebaut. In einem Team
aus Ingenieuren verschiedener Disziplinen, Biologen, Chemikern und anderen Naturwissenschaftlern werden
Fragestellungen der Reinen Produktion
umfassen untersucht. Für die Reinheitsgerechte Auslegung von Maschinen und Anlagen können je nach Zielbranche oder Kundenanforderung die
verschiedensten Reinheitsaspekte geprüft und optimiert werden:
. Das Hygenic Design von Anlagen
. Die Abreinigbarkeit von Partikeln,
filmischen Verunreinigungen oder
Keimen von Oberflächen
. Die Validierung von Reinigungsverfahren hinsichtlich Ihrer Wirksamkeit
. Die Partikelabgabe von Komponenten in die Reinraumumgebung
. Die Visualisierung und Simulation
des Strömungsverhaltens von Anlagen im Reinraum
Die Verstoffwechselbarkeit von
Werkstoffen nach ISO 846 [11]
. Die chemische Beständigkeit nach
ISO 2812-1 [12]
. Mikrobizide Eigenschaften von
Werkstoffen nach ISO 22196 [13]
. Das Ausgasungsverhalten von Materialien oder Verunreinigungen
nach VDI 2083 Blatt 17 [14]
Bei der Ausrichtung der Forschungsund Entwicklungsarbeiten der Abteilung Reinst- und Mikroproduktion stehen dabei nicht akademische
Fragestellungen oder das technisch
Machbare im Vordergrund, sondern
aktuelle Fragestellungen aus der Industrie. So wurden beispielsweise im
Rahmen eines Industrieverbundes
(CSM Cleanromm Suitable Materials) zahlreiche der oben genannten
Verfahren entwickelt oder in die
Reinheitsprüfung integriert. In der
öffentlichen Datenbank www.ipaqualification.com sind eine Vielzahl
an geprüften Ausrüstungsgegenständen und Materialien einsehbar.
Um neues Technologien und vorhandenes Knowhow möglichst
schnell für die Industrie nutzbar zu
machen, bildet die Mitarbeit in zahlreichen Normungsgremien sowie
die Personalschulung zum Fertigen
unter reinen Bedingungen einen
wichtigen Eckpfeiler der Aktivitäten
der Abteilung.
.

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