Umweltsensoren im Reinraum
Um den immer höher werdenden Qualitätsansprüchen in der Reinraumtechnik gerecht zu werden, braucht es nicht zuletzt stabile klimatische Raumbedingungen.
Am Anfang der ganzen Kette, die diese Raumbedingungen sicherstellen, steht immer ein Sensor. Dieser nimmt den Ist-Zustand auf und übermittelt diese Information über einen Umformer an die Leitstelle, welche das Signal weiter verarbeitet. Die Sensorik spielt somit eine sehr wichtige Rolle in der Konzeption von schlüsselfertigen Reinräumen. Sie soll so ausgewählt werden, dass genau, reproduzierbar und langzeitstabil gemessen werden kann. Nur so kann schlussendlich eine gleichbleibende Produktqualität garantiert und Betriebs- und Unterhaltskosten reduziert werden.
Bei Umweltsensoren zur Messung der typischen Reinraum Parametern wie z. B. rel. Feuchte, Temperatur, Differenzdruck, Partikel- und Keimzahl ist es oft entscheidend, wo die Sensoren platziert werden. Zudem ist es wichtig, dass die Messwerte, die durch den Sensor ermittelt werden, sofort in ein auswertbares Steuer- und Regelsignal umgesetzt werden. In der Regel übernimmt ein Messumformer diese Aufgabe. Er wandelt Messsignale in analoge oder digitale Regelsignale um.
Als Grundsatz gilt, dass 5 bis 8 mal genauer gemessen werden muss, als schliesslich am „point of action", d. h. im Prozess beim Produkt, geregelt werden kann. Dieser Faktor ergibt sich aufgrund der Summe aller Toleranzfelder über die gesamte Mess-, Regel- und Steuer-Strecke. Diese beinhaltet die Toleranzen von Ventilatoren, Filtersystemen, Steuerungsklappen, Verluste bei der Luftführung in Kanälen, Messgerät-Toleranzen usw..
Beispiel - Messung der relativen Luftfeuchte
Genauigkeit des Sensors +/- 2 % -> Geregelte Genauigkeit im Prozessfeld +/- 10 % bis 16 %
Genauigkeit des Sensors +/- 0.5 % -> Geregelte Genauigkeit im Prozessfeld +/- 2.5 % bis 4 %
Somit lohnt sich eine Investition in genaue Sensorik, wessen Kostenpunkt in keinem Verhältnis zum potentiellen Verlust durch qualitativ ungenügende Produkte steht. Unter anderem drohen erhöhte Betriebskosten durch zusätzlichen Überwachungs- und Kontrollaufwand, Produktionsausfall aufgrund der Problemsuche und Problembehebung, erhöhte Ausschussrate, Imageverlust wegen unzureichender Produktqualität usw.. Eine sorgfältige Planung und Auswahl der Geräte inklusive Risikoanalyse sind deshalb von fundamentaler Bedeutung und setzen die ersten wichtigen Grundbausteine für ein erfolgreiches Betreiben einer Reinraumanlage.
Platzierungskriterien
Es gibt wichtige Kriterien, die bei der Platzierung der Sensoren zu beachten sind. Zum einen müssen diese leicht austausch- und kalibrierbar sein. Gleichzeitig müssen sie vor aggressiven Gasen und Desinfektionsmitteln (z. B. H2O2) geschützt werden. Weitere Aspekte sind die Nähe zum Produktionsprozess sowie die Platzierung im richtigen Luftkanal (immer im Zuluftkanal!). Als letzter aber nicht minder wichtiger Punkt gilt, die Sensoren so zu positionieren, dass die vom Hersteller angegebenen Betriebsbedingungen wie z. B. Betriebstemperatur und Betriebfeuchte eingehalten werden. Eine sorgfältige und detaillierte Planung bei der Definition des besten Messpunktes ist daher unerlässlich und erfolgsentscheidend.
Kalibrierung
Messgeräte sollten periodisch kalibriert und Abweichungen protokolliert werden. Gegebenenfalls wird eine Justage vorgenommen. Darüber hinaus empfiehlt sich, regelmässige Kontrollmessungen durchzuführen (z. B. vierteljährliche Stichprobenmessungen). Nur so kann garantiert werden, dass immer die korrekten Messwerte detektiert und die gewünschten Umweltbedingungen eingehalten werden. Idealerweise werden die jährlichen Kalibrierungen auf die gleiche Zeitperiode wie die Wartungs- und Qualifizierarbeiten (z. B. Filteraustausch) gelegt. Dies ermöglicht einen problemlosen Zugang zu den Reinräumen und Kontaminationen werden vermieden.
Fazit
Als Leitsatz gilt: Die Qualität der Messinstrumente widerspiegelt sich in deren Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und Langzeitstabilität.
