VDI-Buch. Reinraumtechnik. von Lothar Gail, Hans-Peter Hortig. erweitert, überarbeitet

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1 VDI-Buch Reinraumtechnik von Lothar Gail, Hans-Peter Hortig erweitert, überarbeitet Reinraumtechnik Gail / Hortig schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG Thematische Gliederung: Pharmazie Chemische Labormethoden, Stöchiometrie Springer 2004 Verlag C.H. Beck im Internet: ISBN

2 1 Systeme und Konzepte der Reinraumtechnik HANS-PETER HORTIG 1.1 Historie Heutige Reinraumsysteme Integrales Belüftungskonzept Literatur Integrales Reinheitssystem JOCHEN SCHLIESSER,DIETER WERNER 2.1 Einleitung Anwendungsbereiche Definition Integrales Reinheitssystem Produktumgebung Reinheit in der Produktumgebung Ursachen, Anforderungen und Ziele Beispiele ausgeführter Integraler Reinheitssysteme Vorgehensweise zur Auslegung und Realisierung Beispiele durchgeführter Anpassungen Strömungstechnische Anpassung Thermische Anpassung Anpassung der Produktübergabe Anpassung der Arbeitsplatzanordnung Wirtschaftliche Anpassung Literatur Physikalische Grundlagen gasgetragener partikulärer Kontaminationen HEINZ FIßAN,ANDREAS TRAMPE 3.1 Problemstellung Partikelquellen Dispergierung Zerkleinerung Nukleation (Gasquellen, Gas/Partikelumwandlung) Kondensation (Partikelwachstum) Koagulation (Partikel/Partikelumwandlung)

3 XII 3.3 Partikeleigenschaften Partikelgröße und Form Verteilungen Bewegung von Partikeln in Gasen Partikelbewegung aufgrund der Gravitation Partikelbewegung im elektrischen Feld Partikelbewegung im thermischen Feld Anwendungen Literatur Partikelmesstechnik CHRISTOPH HELSPER 4.1 Einleitung Übersicht über die verwendeten Partikelmessverfahren Optische Partikelzähler Physikalische Grundlagen Funktionsprinzip und Aufbau Verfahrensmerkmale und Fehlerquellen Funktionskontrolle und Kalibrierung Probenahme, Transport und Verdünnung Besondere Anforderungen an die Partikelmesstechnik in Monitoringsystemen Erzeugung von Prüfaerosolen Literatur Reinraumtechnische Schutzkonzepte RÜDIGER DETZER 5.1 Allgemeines Partikelausbreitung bei Mischströmungen Partikelausbreitung in turbulenzarmen Verdrängungsströmungen Wirbelschleppen hinter bewegten Körpern Turbulente Austauschbewegungen Strömungsvorgänge an luftundurchlässigen Störstellen Strömungsvorgänge an Raumumschließungsflächen Einfluss der Abluftentnahme auf die Luftströmung Konvektionsströmung an Wärmequellen Literatur Luftfiltration BERTHOLD FÖRSTER,DIETER SCHROERS 6.1 Einleitung Luftfilter-Systeme Aufbau von Faserfiltern Faserfiltermedien

4 XIII Inhaltsverzeichnis Filterelemente Einsatz und Auswahl von Faserfiltern Filterklassifizierung und Filterprüfverfahren Grob- und Feinstaubfilter Schwebstofffilter Filtertheorie im Vergleich zum Experiment Mikroskopisches Filterverhalten Diffusion Sperreffekt Trägheit Druckverlust des Faserfiltermediums Abscheidevermögen des Faserfiltermediums Betriebsverhalten von Luftfiltern Literatur Reinraumanlagen für Mikroelektronik und Pharma MANFRED RENZ 7.1 Einleitung Reinraumanlagen für die Halbleiterfertigung Grundlagen Gebäude- und Reinraumkonzepte Umluftsysteme Umluftgeräte Rückluftschacht mit integriertem Axialventilator Filter-Ventilator-Einheiten Vergleich der Umluftsysteme Außenluftversorgung Außenluftfilterung Außenlufterwärmung Außenluftkühlung Befeuchtung Ventilatorbauteil Einbindung ins Gebäude Prozessfortluftsystem Reinraumanlagen für die Pharmaindustrie Grundlagen Anlagenkonzepte Raumluftversorgung durch Außenluft Mischluftanlagen Umluftanlage mit getrennter Außenluftversorgung Filter-Ventilator-Einheiten Druckhaltung Reinraumkomponenten Decken Wände

5 XIV Böden Literatur Isolatortechnik in der pharmazeutischen Industrie EDGAR SIRCH 8.1 Entwicklung der Isolatortechnik ( ) Isolatoren für das aseptische Arbeiten in der Pharmafertigung und der Mikrobiologie Anforderungen an die Komponenten Die Isolatorhülle mit ihren Zugriffssystemen Die logistischen Schnittstellen zum Isolatorumfeld Die Reinraumanlage mit integriertem Modul zur Kaltsterilisation Die Monitoring- und Dokumentationssysteme Die isolatorgerechte aseptische Abfüllanlage Werkstoffe im Isolator Isolatortechnik für die aseptische und biotechnische Fertigung/Beispiele Beispiele für Isolatoren in der Mikrobiologie Gründe für die Einführung der Isolatortechnik Behördenforderungen an die Isolatortechnik in der aseptischen Fertigung Validierung der aseptischen Fertigung Isolatoren in der SPF-Tierhaltung Isolatortechnik in der Produktion kleiner Mengen hochwirksamer Arzneistoffe und bei der Handhabung gefährlicher Substanzen Spezielle Anforderungen an Isolatoren Spezifikation und Ausführungsbeispiele von Isolatoren für das Handhaben hochwirksamer und toxischer Substanzen Normung Isolatortechnik als Alternative zur konventionellen Reinraumtechnik in bestehenden Regelwerken Neue ISO-Norm /separierende Reinraummodule Definition pharmazeutischer Isolatoren Literatur Ver- und Entsorgung von Reinstmedien ANDREAS NEUBER,WAHIDI HASIB 9.1 Einleitung Reinstmedien in der Halbleiterindustrie Reinstwasser Anwendung und Grundlagen Erzeugung

6 XV Inhaltsverzeichnis Verteilung Qualifizierung und Überwachung von Reinstwasseranlagen Prozesschemikalien Anwendung und Grundlagen Versorgung Qualifizierung und Überwachung von Prozesschemikalien-Versorgungssystemen Prozessgase Anwendung und Grundlagen Versorgung Qualifizierung und Überwachung von Prozessgasversorgungssystemen Andere Prozessmedien Druckluft Prozesskühlwasser Prozesswasser und Trinkwasser Vakuum Entsorgung und Behandlung von Abwasser und Prozesschemikalien Entsorgung und Behandlung von Abluft Space Management Qualitätsmanagement bei der Installation von Reinstmediensystemen Reinstmedien in der pharmazeutischen Industrie Pharmawasser Anwendung und Grundlagen Wasser für Injektionszwecke (Aqua ad iniectabilia, WFI) Gereinigtes Wasser (Aqua Purificata, AP) Aufbereitetes Wasser Trinkwasser Verunreinigungen und Kontaminationen Wasseraufbereitung Vorbehandlung Wichtige Aufbereitungsverfahren Verteilsysteme Monitoring und Qualitätskontrolle Dampf Andere Prozessmedien in der pharmazeutischen Industrie Ausblick und Trends Literatur

7 XVI 10 Luftgetragene Molekulare Verunreinigungen (Airborne Molecular Contamination AMC) KLAUS KÜMMERLE,MARTIN SCHOTTLER 10.1 Motivation, Definitionen Typische Konzentrationen, Spezifikationen und Grenzwerte Quellen molekularer Kontamination Äußere Quellen Außenluft Fabrikabluft Quellen im Gebäude Zusammenfassende Beurteilung von Kontaminationsquellen für die Halbleiterproduktion Berechnung der stationären Kontaminationskonzentration im Reinraum Testmethoden zur Bestimmung der Ausgasung von Materialien Methodenübersicht Bestimmung der Ausgasung unter Vakuumbedingungen Bestimmung der Ausgasung und Readsorption von Materialien auf relevanten produktspezifischen Oberflächen Direkte Bestimmung der Ausgasung unter atmosphärischen Bedingungen Zusammenfassung Filtrationssysteme für AMC Abscheideverfahren auf Filterbasis Abscheideverfahren auf Wäscherbasis Literatur Hygiene und Schulung DIETRICH KRÜGER Literatur Textile Reinraumbekleidung CARSTEN MOSCHNER,MONIQUE SLAGHUIS 12.1 Einleitung und Problemstellung Kriterien zur Auswahl eines Reinraumgewebes Partikelrückhaltevermögen gegenüber luftgetragenen Partikeln Partikelmigrationsverhalten Abriebfestigkeit/Aufrauneigung Elektrostatisches Verhalten Tragephysiologische Eigenschaften Dekontaminierbarkeit Sterilisierbarkeit

8 XVII Inhaltsverzeichnis 12.3 Konfektionstechnische Merkmale einer Reinraumbekleidung Passform/Schnitt Nähte Konfektionstechnische Hilfsmittel Sonderausstattungen Das System Reinraumbekleidung inklusive der Reinraumzwischenbekleidung Einweg- oder Mehrweg-Reinraumbekleidung? Reinraumbekleidung aus laminierten oder beschichteten Materialien Spezielle Ausrüstungen für Reinraumgewebe Reinigung und Reparatur textiler Reinraumbekleidung Dekontamination Reinigungseinrichtungen Reinigungsverfahren Waschprozess Vorsortierung/Vorkontrolle der Reinraumwäsche im Serviceunternehmen Reparatur von Reinraumbekleidung Verpacken von Reinraumbekleidung/Versand Aufbewahrung von Reinraumbekleidung Bekleidungslogistik Prüfung der dekontaminierten Reinraumbekleidung Prüfmethoden zur Bestimmung der Restkontamination auf/in der Reinraumbekleidung sowie andere Bekleidungstests ASTM-F ASTM- Schnellmessmethode GTS-Stoff-Prüf-System Helmke-Drum-Test Particle-Containment -Test Nachweis des Gesamtgehalts an extrahierbaren oder flüchtigen Bestandteilen Anhang Literatur Produktionsmittel-Prüfung auf Reinheitstauglichkeit UDO GOMMEL,JOCHEN SCHLIEßER,ALEXANDER RAPP 13.1 Einleitung Motivation Fehlende Vergleichbarkeit der Kontaminationseigenschaften von Produkten Vorgehensweise der Reinheitstauglichkeitsuntersuchungen Spezifikationenauswahl Definition der Reinheitstauglichkeit von Produktionsmitteln

9 XVIII Reinheitstauglichkeit Reinraumtauglichkeit Vergleichbarkeit von Untersuchungsergebnissen Unterschiede bei der Ermittlung der Reinraumtauglichkeit von Produktionseinrichtungen und Verbrauchsgütern Durchführung der Reinraumtauglichkeitsuntersuchung von Produktionseinrichtungen Aufdecken von Optimierungspotenzialen, Synergieeffekte einer Reinraumtauglichkeitsuntersuchung an Produktionseinrichtungen Statistische Analyse Zeitaufgelöste Emissionsentwicklung mit Hilfe von Life-Cycle-Tests Durchführung der Reinraumtauglichkeitsuntersuchung von Verbrauchsgütern Untersuchung der Reinraumtauglichkeit von Verbrauchsgütern am Beispiel von Handschuhen Indirekte Nachweismethoden Direkte Nachweismethoden Prüfstände zur Schaffung standardisierter Prüfbedingungen Prüfstand mit Druck- und Scherkraft auf Prüfobjekt Materialprüfstand zur Ermittlung der Reinraumtauglichkeit von Verbrauchsgütern Zusammenfassung und Ausblick Literatur Messtechnik MICHAEL AUST 14.1 Einleitung Zweck und Ziel von Messungen Richtlinien Durchführung und Messtechnik Visuelle Endkontrolle Bestimmung der Luftgeschwindigkeit und des Luftvolumenstroms Filterlecktest Dichtigkeit der lufttechnischen Anlage, des Deckensystems und des Raums Parallelität und Strömungsrichtung Raumdruckverhältnis Reinheitsklasse Partikelablagerung

10 XIX Inhaltsverzeichnis Erholzeit (Recovery-Test) Luftkeimzahl Temperatur und relative Luftfeuchte Schalldruckpegel Gebäudeschwingung Beleuchtung Bodenableitfähigkeit Überprüfung des Ionisationssystems Luftgetragene molekulare Kontamination Magnetische und elektrische Felder Auswertung und Dokumentation Messsysteme Literatur Produktschutz und Arbeitsschutz RAINALD FORBERT,LOTHAR GAIL 15.1 Reinraumtechnik und Arbeitsschutz Schutzanforderungen in der pharmazeutischen Industrie Schutzanforderungen in anderen Industrien Quantifizierung von Schutzanforderungen Personenschutz Produktschutz Schutzkonzepte Raum Arbeitsplatz Maschine Personalausrüstung und -training Zuordnung von Prozessschritten und schutzmaßnahmen Qualifizierung Nachweis- und Simulationsverfahren zur Verifizierung der Schutzfunktionen Personen- und Produktschutz Filteranordnung und -prüfung Literatur Qualitätsmanagement in der Reinraumtechnik HORST WEIßSIEKER 16.1 Allgemeines Gesetzliche und regulatorische Grundlagen Gesetzliche Grundlagen das Muss Regulatorische Grundlagen das Soll Die neue ISO 900: Non-mandatory-Informationen das Kann Qualitätsmanagement Risk Assessment und Risk Management Risiko-Analyse Komponenten des Risiko-Assessments Folgen eines Fehlers

11 XX Fischgräten- oder Ishikawa-Diagramm Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse FMEA Simulation Qualitätsmanagement in der Planungsphase Qualitätsmanagement und Kostenstrukturen im Reinraum Investitions- und Betriebskostenmatrix Qualifizierung und Validierung Qualitätsmanagement in der Ausführung Aufbau- und Ablauforganisation Qualifizierung Projektbegleitende Dokumentation Abnahme und Zertifizierung Qualitätsmanagement bei der Erstinbetriebnahme und im Betrieb Qualitätsüberwachung und Prozesssteuerung Reinheitsoptimierung im Betrieb Requalifizierung Der Qualitätskreis: Planen Bauen Betreiben Schulung und Training Kostenmanagement: Balance zwischen Investitionsund Betriebskosten Zusammenfassung und Ausblick Literatur Qualifizierung von Lüftungsanlagen und Reinräumen BERTHOLD FÖRSTER,HERMANN ALLGAIER 17.1 Vorschriften und Richtlinien Dokumentation und Durchführung Commissioning Validierungsmasterplan (VMP) Design Qualification (DQ) Überprüfung des Designs Technische Dokumentation Installation Qualification (IQ) Generelles Vorgehen und Protokollierung Lüftungsanlage Reinraumwände, -decken und -böden Operational Qualification (OQ) Generelles Vorgehen und Protokollierung Kalibrierung von RLT-Sensoren Nachweis des Zuluft-Raumluftwechsels Nachweis der LF-Geschwindigkeitsverteilung Dichtsitz- und Integritätsprüfung von Schwebstofffiltern Nachweis der Differenzdrücke zwischen Reinräumen

12 XXI Inhaltsverzeichnis Nachweis der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchte Bestimmung der Partikelreinheitsklasse ( at rest ) Bestimmung der Erholzeit Visualisierung von Luftströmungen Bestimmung der mikrobiellen Reinheitsklasse ( at rest ) Performance Qualification Nachweis der Lufttemperatur, der relativen Feuchte und des Raumdifferenzdrucks Bestimmung der Partikelreinheitsklasse ( in operation ) Bestimmung der mikrobiellen Reinheitsklasse ( in operation ) Final Report Literatur Automation für den Reinraumbetrieb: Erfordernisse und Lösungen für ein übergeordnetes Informations- und Managementsystem LOTHAR GAIL, CHRISTINE MONTIGNY, HANS-H. SCHICHT 18.1 Hintergrund und Anforderungen Status heute Konzept Einflussfaktoren und Teilsysteme Lösungsbeschreibung Fallbeispiel Automation der Reinraumqualifizierung Fallbeispiel Automatisches Partikelmonitoring Gesamtstruktur Toolauswahl Zusammenfassung und Bewertung Qualität und Wirschaftlichkeit Ausblick Literatur Reinraum Regelwerke LOTHAR GAIL, CHRISTINE MONTIGNY, HANS-H. SCHICHT 19.1 Von nationalen zu globalen Konzepten Internationale Reinraumnormung Die Normenfamilien DIN EN ISO und DIN EN ISO ISO Klassifizierung und Luftreinheit ISO Requalifizierung und Überwachung ISO Messtechnik

13 XXII ISO Planung, Ausführung und Erst- Inbetriebnahme ISO Betrieb ISO/CD Begriffe und Definition ISO Einrichtungen zur Trennung von Reinraumbereichen ISO Molekulare Kontamination ISO bis -3 Biokontaminationskontrolle Übersicht der Reinraum- und GMP-Regelwerke Nationale Reinraum-Regelwerke VDI IEST-Richtlinien Anmerkungen zu speziellen Themenbereichen Reinraumklassifizierungen Messtechnik und Qualifizierung Reinraumabgrenzung Sicherheitswerkbänke Reinraumkleidung Konkurrierende Regularien Moderne Regelsetzung Literatur Sachverzeichnis