Bei der Montage von Komponenten für Hochleistungslaser müssen in den Räumlichkeiten höchste Anforderungen an die technische Sauberkeit eingehalten werden.

Im Jahr 2012 ließen die Lasertechnik-Experten von Trumpf am Unternehmensstammsitz in Ditzingen eine ISO 8-Reinraumanlage einrichten. Die beauftragten Reinraumbauer von Nerling Systemräume gestalteten diese nach einem modularen Konzept; die Anlage kann nun besonders flexibel genutzt, bei Bedarf umgebaut und sogar an einen anderen Standort versetzt werden. Die gesamte Anlage ist zudem freistehend, so dass sich die Schwingungen der Stanzmaschinen des im Stockwerk darüber befindlichen Vorführzentrums nicht übertragen. Darüber hinaus wurde trotz einer Rohdeckenhöhe von etwa 3,60 m mit Unterzügen und Deckeninstallationen mittels eines sehr niedrigen Plenums eine lichte Deckenhöhe von 2,90 m realisiert. 2014 wurde die Anlage zur Gewinnung zusätzlicher Kapazitäten erweitert sowie eine Krananlage eingebaut, deren Stützen sich nahezu unsichtbar in die Tragkonstruktion integrieren ließen.
„Im Reinraum werden Bearbeitungsoptiken und Laser-Strahlführungsbaugruppen montiert. Das passiert weitestgehend in Flowboxen der Klasse ISO 5", erläutert Dipl.-Ing. Frank Schaffert, Gruppenleiter PE Optik bei Trumpf Werkzeugmaschinen. Diese Bedingungen sind eine Voraussetzung dafür, dass die Komponenten frei von Partikeln größer 50 µm sind. „Solche Partikel würden sich bei Erhitzung durch den Laser in die Linsen einbrennen, Schatten verursachen und dafür sorgen, dass die Lasermaschine nicht mehr richtig schneidet. Die Konsequenz wäre ein Ausfall der Einheit", so Schaffert weiter. Organische Partikel dieser Größe werden daher bei Trumpf in einem eigenen Arbeitsschritt mit Hilfe von ultraviolettem Licht manuell von den Optiken abgehoben. Um die hohe Reinheitsklasse in den Flowboxen zu ermöglichen und alle Komponenten möglichst partikelfrei zu halten, muss auch außerhalb der Boxen, in der Reinraumkabine, eine nahe Reinheitsklasse eingehalten werden. Der bei Nerling 2012 in Auftrag gegebene 9,75 x 9,66 m große Reinraum mit Personalschleuse hat daher die Klasse ISO 8 und verfügt über einen zusätzlichen Montagebereich der Klasse ISO 7.
Der Montage vorgelagert und in den Reinraum integriert ist zudem eine 7-Zonen-Ultra­schallreinigungsanlage, die das gesäuberte Material direkt in den Montageraum fördert. Ebenfalls angebunden ist ein Scheibenlaser, der zur Abnahme der montierten Bearbeitungsoptiken dient. Neben dem Reinigungsanlagen- und dem Laserraum mit Vorraum sowie zwei begehbaren Materialschleusen befanden sich in der insgesamt 31,03 x 10,20 m großen Systemraumanlage bis zur Erweiterung 2014 außerdem noch ein Sauberraum und ein Büro. Um die Kapazitäten im Bereich der Montage zu erhöhen, wurden diese Bereiche kürzlich zum ISO 8-Reinraum umgebaut sowie zusätzlich eine Krananlage in die Tragkonstruktion integriert.

Erweiter- und demontierbares ­modulares Reinraumsystem
„Eine wichtige Anforderung war, eine möglichst flexible Reinraumanlage zu bekommen", erläutert Schaffert. „Man sollte sie bei Bedarf umbauen oder erweitern sowie gegebenenfalls sogar an einen anderen Standort versetzen können." Aus diesem Grund sollte sie möglichst freistehend sein, eine eigene Tragkonstruktion besitzen und nicht von der Decke abgehängt sein. Dies sollte zudem verhindern, dass sich Schwingungen, ausgelöst durch Stanzmaschinen im Stockwerk darüber, auf den Reinraum übertragen.
„Um diesen Anforderungen Rechnung zu tragen, ist bei der Deckenkonstruktion ein voll tragfähiges System zum Einsatz gekommen, das über 10 m frei gespannt ist. Die Deckenträger wurden zum Teil auf die Systemwände aufgesetzt, zum Teil verwenden wir freistehende Portale im Bereich der bauseitigen Wände", so Jan Kürbis, Projektmanager Reinraumtechnik bei Nerling. „Das gesamte Wand- und Decken-System, das wir bei Trumpf verwendet haben, ist freistehend." Zudem ist die Raumanlage modular aufgebaut und dadurch nicht nur leicht erweiter- sondern auch demontierbar. „Die frei gewordenen Elemente können bei einem Umbau systemkonform wiederverwendet werden. Wir haben beispielsweise Wandelemente des Büros, die wir im Zuge der diesjährigen Erweiterung abgebaut haben, an anderer Stelle in der Anlage erneut eingesetzt", erklärt Kürbis.

Lampen und FFU austauschbar
Auch der Umluft-Teilklimatisierung liegt ein modulares Konzept mit komplett autarken, zonalen Direktverdampfer-Klimageräten zugrunde. „Das hat einen weiteren grundsätzlichen Vorteil: Fällt eines der Geräte aus, laufen alle anderen pro­blemlos weiter", erklärt Kürbis. Eine Erhöhung der Kühlleistung der Anlage in Ditzingen durch mehr Geräte ist ebenfalls möglich. Gleiches gilt für die modularen Filter-Ventilator-Einheiten (FFU) mit energieeffizienter EC-Technologie, die für die Partikelabscheidung entsprechend der geforderten Reinheitsklassen zuständig sind und konditionierte Luft aus dem darüber liegenden Plenum ansaugen. Diese haben zudem dieselben Abmessungen wie die verwendeten Sonderleuchten mit Spiegelrastereinsatz, wodurch beide nach Erfordernis ausgetauscht werden können.
Die Versorgung der gesamten Raumanlage mit Hallenluft zur Deckung des hygienischen Luftwechsels sowie die Überdruckhaltung im Reinraumbereich werden über eine separate Lüftungsanlage mit 1.000 ... 1.500 m³/h Hallen­luftansaugung gewährleistet. Die eingesetzte MSR-Technik, die in zwei Schaltschränken direkt an der Wand der Reinraumkabine untergebracht ist, ermöglicht die Ansteuerung und Überwachung der Klimageräte, des Lüftungsgerätes sowie sämtlicher FFU über ein 15‘‘-Farb-Webdisplay. „So kann jeder Raum einzeln überwacht und jede Komponente grafisch visualisiert werden", erklärt Kürbis.

Besonders niedriges Plenum
Eine der größten Herausforderungen bei diesem Projekt bildeten die beengten Platzverhältnisse der bestehenden Gebäudestruktur, in die die Systemraumanlage integriert werden sollte. „Die Höhe der Rohdecke war mit 3,645 m vergleichsweise niedrig, es gab viele Unterzüge und Deckeninstallationen, die bei der Planung berücksichtigt werden mussten", so Schaffert. Um eine lichte Deckenhöhe von 2,9 m im Reinraum zu realisieren, wurde ein sehr niedriges Plenum gebaut. Dazu wurde die Technik detailliert geplant, außerdem wurden besonders niedrige FFU in Sonderbauform eingesetzt.
Die Reinigungsanlage wurde parallel zum Reinraum beschafft und musste in die Planung integriert werden. Dies war besonders wichtig, da die Anlage erst nach Fertigstellung des Reinraums geliefert wurde. „Da wir unsere Systemraumanlagen grundsätzlich nur schlüsselfertig übergeben, für unsere Kunden also als Generalunternehmer fungieren, haben wir auch die erforderliche layout technische, terminliche und steuerungstechnische Abstimmung mit dem Anlagenhersteller übernommen", so Kürbis. Darüber hinaus wurde eine vorhandene Absauganlage für die Reinigungsanlage in die Anlagensteuerung eingebunden.

Optisch ansprechende Raumanlage
„Bei dem Kran, der im Rahmen des Erweiterungsprojekts 2014 zusätzlich in die Tragkonstruktion des Reinraumes integriert wurde, war uns besonders wichtig, dass die Stützen möglichst nicht sichtbar sein sollten", erklärt Schaffert. Nerling baute eine Demag-KBK-Zweiträger-Hängekrananlage mit 250 kg Nutzlast, einer Kranbahnlänge von circa 5,50 m und einer Trägerlänge von circa 4,0 m ein, die mit einem Elektro-Kettenzug ausgestattet ist. „Die System-Stahlkonstruktion für den Kran und die Deckenverkleidung hat eine Abmessung von insgesamt 9,42 x 5,86 m", erklärt Kürbis. „Bei den Stützen konnten wir zwei komplett hinter der Reinraumwand verbergen. Die anderen beiden befinden sich hinter einer Stahlblechverkleidung in den Raumecken."
Auf das Erscheinungsbild der Anlage, sowohl von außen, als auch von innen, legte Trumpf grundsätzlich großen Wert. „Sie sollte sich harmonisch in die moderne Architektur auf dem Firmengelände einfügen", so Schaffert. Aus diesem Grund wurden beispielsweise alle Fenster bündig verglast und die Stromleitungen in den hohlen Wänden untergebracht, so dass im Raum keine Kabelkanäle sichtbar sind. Da die Außenaggregate, deren Standort direkt vom Vorführzentrum aus einsehbar ist, ebenfalls möglichst ansehnlich sein sollten, wurden die Kälteleitungen unterirdisch verlegt.
„Mit der Umsetzung der modularen Reinraumanlage durch Nerling sowie mit ihrer Erweiterung in diesem Jahr sind wir äußerst zufrieden", so Schaffert. Durch die Erweiterung konnte Raum für zehn weitere Arbeitsplätze gewonnen werden, von denen fünf bereits eingerichtet sind. „Wir haben also für die Zukunft noch Kapazitäten offen", so der Gruppenleiter.