Prozesssichere Reinigung von Warenträgern im Reinraum

Werkstoffe 06. 11. 2019
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Die Pace-Tec GmbH realisiert eine exgeschützte Reinigungslösung auf Basis von Ultraschallsystemen
von Weber Ultrasonics

Hohe Sauberkeitsanforderungen bestehen bei der Produktion pharmazeutischer Produkte auch für Fertigungshilfsmittel. Um die Reinigung von Warenträgern prozesssicherer und mit höherer Qualität durchführen zu können, investierte ein ­international tätiges Pharmaunternehmen in ein neues Reinigungssystem. Neben aufgabenspezifisch ausgewählten Reinigungsmedien und deren Temperatur sorgt der Einsatz von optimal abgestimmten Ultraschallkomponenten dafür, dass die geforderte Sauberkeit stabil, schnell und effizient erzielt wird.

Die in Furtwangen ansässige PACE-Tec GmbH ist auf den Sondermaschinenbau für nass­chemische Fertigungsprozesse spezialisiert. Das Leistungsspektrum des Schwarzwälder Unternehmens reicht vom Prozess-Consulting über die Entwicklung und Konstruktion bis zur Herstellung der nasschemischen Produktionsanlagen. Mit diesen maßgeschneiderten Lösungen beliefert der Maschinenbauer Unternehmen unter anderem aus den Hightech-Branchen Halbleiter- und Solartechnologie, Medizintechnik, Pharmaindustrie, Automobiltechnik und Luftfahrt.

Reinigungsanlage für pharmazeutische Warenträger

Als bei einem renommierten, ­international tätigen Pharmaunternehmen ­vorhandenes Equipment für die Reinigung von Warenträgern ersetzt werden sollte, setzte sich die von PACE-Tec konzipierte Lösung gegen verschiedene Mitbewerber durch.

Die in einen Reinraum integrierte Anlage für die Reinigung von Warenträgern verfügt über zwei Reinigungs- und eine Trockenstation (Bild: Weber Ultrasonics AG)

 

Neben dem eingesetzten Reinigungsmedium gewährleistet die Ultraschalltechnik, dass das geforderte Reinigungsergebnis mit hoher Prozesssicherheit erzielt wird (Bild: Weber Ultrasonics AG)

 

In den aus Kunststoff, Edelstahl und einer Kombination daraus hergestellten Warenträgern werden Teile pharmazeutischer Produkte während der Produktion transportiert. Diese Fertigungshilfsmittel müssen hohe Sauberkeitsanforderungen erfüllen, um eine Kontamination der Produkte auszuschließen. Entsprechend waren eine verbesserte Reinigungsqualität und Prozesssicherheit Ziele der Investition. Die Reinigungsanlage wird in einem Reinraum entsprechend der Klasse D nach GMP-Leitfaden eingesetzt. Aufgrund der bisherigen Reinigungsprozesse waren sowohl die Medien – Ethanol und Isopropanol – als auch der Einsatz von Ultraschall vorgegeben. Wie Philipp Bauer, B. SC. Medical Engineering, zuständig für den technischen Vertrieb bei PACE-Tec, betont, machten die vorhandenen Platzverhältnisse dabei eine hohe Leistungsdichte auf kleiner Fläche erforderlich. Außerdem musste die Anlage durch die vorgegebenen Lösemittel explosionsgeschützt ausgeführt werden.

Durchdachte ­Konstruktion für hohe Prozesssicherheit

Die Reinigungsanlage verfügt über insgesamt drei Stationen. Davon werden zwei Becken mit jeweils rund 25 Liter Volumen für die Reinigung mit den beiden Lösemitteln genutzt, in der dritten Station erfolgt die Trocknung. Der Aufwand für den Explosionsschutz konnte durch einen durchdachten geometri­schen Aufbau der Anlage und eine ausgeklügelte Luftführung auf das absolut Nötige reduziert werden. Dort, wo es ­erforderlich ist, sorgen unter anderem eine partielle Stickstoffflutung sowie der Einsatz von geeigneten Sensoren und Aktoren für Sicherheit.

Beide Reinigungsbehälter sind mit Ultraschall ausgestattet, was durch den begrenzten Bauraum der Becken und die geforderte hohe Leistungsdichte eine gewisse Herausforderung darstellte. Über diese Aufgabenstellung haben die Projektverantwortlichen bei PACE-Tec mit verschiedenen Herstellern von Ultraschallkomponenten gesprochen und sich letztendlich für Weber Ultrasonics als Partner entschieden. Ausschlaggebend waren die technische und Beratungskompetenz der Mitarbeiter von Weber. Außerdem ist das Unternehmen bei unseren Kunden bekannt und genießt einen guten Ruf, begründet Philipp Bauer die Entscheidung.

Optimal angepasste Ultraschalltechnik

Auf Basis der von PACE-Tec vorgegebenen Frequenz von 40 kHz und der Leistung von 2400 Watt pro Reinigungsstation legte Weber Ultrasonics die gesamte Ultraschalltechnik aus. Am Boden jedes Beckens wurden 48 Kegelstumpf-Schwingelemente mit jeweils 50 Watt eingebaut. Durch den begrenzten Bauraum der Wannen, hat Weber nach Aussage von Philipp Bauer auch schwer zugängliche Stellen mit den Elementen bestückt. Um sicherzustellen, dass die hohe Leistungsdichte erreicht wird, hat das Unternehmen nach der Fertigstellung des ersten Beckens Versuche im eigenen Technikum durchgeführt.

Die digitale Frequenzerzeugung und -regelung erfolgt durch zwei Generatoren Sonopower 3S der vierten Generation. Bei diesen innovativen Single-Frequenz-Systemen werden durch die kombinierte Frequenz- und Amplitudenmodulation sehr homogen Schallfelder erreicht und stehende Wellen verhindert. Dies erhöht die Ultraschallwirkung, so dass Reinigungsprozesse schneller und effizienter durchgeführt werden können. Ein Beitrag zur gleichbleibenden Schallleistung wird zudem durch den Sonoscan gewährleistet. Er ermittelt die Arbeitsfrequenz vor der Schallabgabe automatisch und stellt das System entsprechend ein. Während des Prozesses kann die Frequenz kontinuierlich überwacht und automatisch angepasst werden. Dies stellt sicher, dass auch bei sich verändernden Betriebsbedingungen, wie beispielsweise Temperaturschwankungen, oder beim Wechsel von Reinigungsmedien stets mit der effizientesten Leistung gearbeitet wird. Die Anpassungen erfolgen im laufenden Betrieb, so dass unterbrechungsfrei gereinigt werden kann.

Ausgestattet sind die Generatoren mit ­einer optionalen Profinet-Schnittstelle. Dadurch kann nach Aussage von Philipp Bauer die Steuerung des Ultraschalls in das Human-Machine-Interface (HMI) der Anlage integriert werden, wofür der Austausch vieler Daten erforderlich ist. Darüber hinaus bestehe die Möglichkeit, die Anlagen- und Prozessdatenverwaltung über diese Schnittstelle zu vereinfachen.

Vollautomatischer ­Reinigungsprozess im Reinraum

Je nach Größe werden die Warenträger als Schüttgut oder gesetzte Ware gereinigt. Der Transport zum Reinraum und durch ­dessen Schleuse erfolgt automatisiert, die Beladung der Reinigungsanlage manuell. Nach Auswahl des warenträgerspezifischen Reinigungsprogramms, läuft der Prozess mit den entsprechend festgelegten Parametern auto­matisch ab. Vom Ausgabeplatz werden die Reinigungsbehältnisse wieder manuell entnommen und automatisiert in die Produktfertigung weitergeleitet. Neben dem Reinigungsmedium und dem Gesamtkonzept der Anlage spielt die Ultraschalltechnik eine wesentliche Rolle dafür, dass unser Kunde mit dem Reinigungsergebnis und der Prozess­sicherheit sehr zufrieden ist. Er hat ­inzwischen schon eine zweite Anlage bestellt, freut sich Philipp Bauer.

Die Steuerung der Ultraschalltechnik ist über die in den Generator integrierte Profinet-Schnittstelle in das HMI der Gesamtanlage eingebunden (Bild: Weber Ultrasonics AG)

 

Über Weber Ultrasonics AG

Die Weber Ultrasonics AG entwickelt, produziert und vermarktet Lösungen und Komponenten für die industrielle Nutzung der Ultraschalltechnologie. Ihr Geschäftsfeld konzentriert sich auf das Reinigen, Schweißen und Schneiden mit Ultraschall und schließt weitere spezielle Anwendungsformen ein. Das Unternehmen ist nach DIN EN ISO 9001 zertifiziert und wurde bereits mehrfach für eine vorbildliche Unternehmensführung ausgezeichnet. Das familiengeführte mittelständische Unternehmen mit Sitz in Karlsbad (Deutschland) beschäftigt weltweit 130 Mitarbeiter. Zur Weber Ultrasonics AG gehören Tochterunternehmen in den USA und Asien sowie die Weber Entec GmbH & Co. KG mit Sitz in Waldbronn, die auf ultraschallbasierte Anlagentechnik für Biogas- und Kläranlagen spezialisiert ist.

Über PACE-Tec GmbH

Die PACE-Tec GmbH wurde 2017 gegründet und hat ihren Hauptsitz in Furtwangen im Schwarzwald; sie ist nach DIN EN ISO 9001 und DIN EN ISO 14001 zertifiziert. Die Expertise des Unternehmens gründet auf Jahrzehnte langer Erfahrung im Sondermaschinenbau für nasschemische Prozessanlagen in unterschiedlichen Hightech-Branchen wie Halbleitertechnologie, Medizintechnik, Pharma, Automobiltechnik und Luftfahrt. Das breite Spektrum an Dienstleistungen reicht vom Prozess-Consulting bis zur Entwicklung und dem Bau von Produktionsanlagen für nasschemische Fertigungsprozesse. Das Unternehmen greift dafür auf ein eingespieltes Team aus Konstruktion, Elektro, Software und Prozessentwicklung zurück. Durch flache Strukturen können äußerst wettbewerbs­fähige Lösungen, vom einfachen Digestorium und Chemietisch bis hin zur vollautomatisierten Produktionsanlage mit FAB-Anbindung, aus einer Hand angeboten werden.

 
Text zum Titelbild: Am Boden der beiden Reinigungsbecken sind jeweils 48 Schwingelemente angebracht, durch welche die geforderte hohe Leistung von 2400 Watt sichergestellt wird (Bild: Weber Ultrasonics AG)

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