Was haben Aerosole, Staubpartikel und Mikroben gemeinsam?
Spektrum
Die Antwort auf diese komplexe Frage ist physikalischer Natur und recht einfach zu geben: Es ist nämlich die Größe, die bei allen 3 unterschiedlich wirkenden Teilchen gemeinsam ist, besser gesagt ihre Ausdehnung.
Welche Größe weisen diese Teilchen auf?
Die Größenverhältnisse einiger ausgewählter Objekte sind in Abb. 1 dargestellt.
Die Größenskala reicht vom Atom mit 10-10 m bis hinauf zu einer Orange mit einem Durchmesser von 10 cm (0,1 m). In diesem Artikel interessieren wir uns für Objekte, die kleiner sind als 0,1 mm, also 100 μm, und die deshalb mit dem bloßen Auge nicht mehr zu erkennen sind. Darum gehören sie zu den Mikroobjekten, die – obwohl unsichtbar – unser Leben in erheblichem Ausmaß beeinflussen können.
Als Aerosol bezeichnet man ein heterogenes Gemisch (Dispersion) aus festen oder flüssigen Schwebeteilchen in einem Gas. Die Schwebeteilchen heißen Aerosolpartikel oder Aerosolteilchen. Die kleinsten Partikel sind nur wenige nm groß und können schon nicht mehr mit einem Lichtmikroskop, sondern nur noch mit einem Elektronenmikroskop gesehen werden. Aerosole werden derzeit heiß diskutiert, weil sie der Mensch beim Atmen und Sprechen unweigerlich produziert und ausstößt. Andere Menschen können diese Aerosole, die mit Viren oder Bakterien besetzt sein können, wieder einatmen, wenn sie sich nicht entsprechend schützen. Oder die Aerosole setzen sich auf Oberflächen fest und können so Produkteigenschaften negativ verändern.
Als Bioaerosol werden alle im Luftraum befindlichen Ansammlungen von Partikeln biologischen Ursprungs bezeichnet, die Pilze, Bakterien, Viren oder Pollen sowie deren Zellwandbestandteile und Stoffwechselprodukte (z. B. Mykotoxine) enthalten. Im weiteren Sinne werden sämtliche Teilchen biologischer Herkunft (z. B. Hautschuppen oder Faserteile) zu den Bioaerosolpartikeln gezählt. Der Mensch selbst ist in Innenräumen deshalb der größte Produzent von Bioaerosolen. Beim Ausatmen gelangen winzige Tröpfchen in die Umgebungsluft, bei jeder Bewegung lösen sich Schuppen, Hautpartikel und Fasern seiner Kleidung und schweben meist für lange Zeit in der Raumluft.
Kleinere Teilchen wie Viren können jeder Luftströmung folgen (auch in Innenräumen) und werden auch von modernen Klimaanlagen nicht mehr aus der Raumluft entfernt. Ohne Lüften und Luftaustausch können sie über viele Stunden hinweg in der Luft schweben, ohne in Kontakt mit einer Oberfläche zu kommen, wo sie absorbiert werden könnten.
Aerosole werden vom Menschen nicht nur ausgeatmet, sondern auch leicht eingeatmet. Ungefähr 10 % aller inhalierten Aerosolteilchen bleiben im Atemtrakt, die übrigen werden wieder ausgeatmet oder durch die Tätigkeit der Flimmerhärchen in der Lunge ausgeschieden. Überall dort, wo in einer Produktion Stäube, Aerosole oder Partikel freigesetzt werden, muss der Mensch vor diesen Partikeln geschützt werden.
Mikrobe ist die Kurzform von Mikroorganismus, einem Organismus also, dessen Ausdehnung im Mikrometerbereich unter 0,1 mm liegt, und das deshalb für das menschliche Auge nicht mehr sichtbar ist.
Zusammenfassend können wir sagen, dass Schwebeteilchen (Staubpartikel, Keime, Aerosole) überall in der Luft und in Innenräumen vorkommen und wegen ihrer kleinen Abmessungen unter 100 μm lange in der Raumluft verweilen können oder mit dem Luftstrom über große Entfernungen transportiert werden können.
Wo und was müssen wir vor diesen Schwebeteilchen schützen?
Viele der genannten Schwebeteilchen können Produkteigenschaften verändern oder sogar beeinträchtigen.
In der optischen und elektronischen Fertigung sind Staubpartikel der größte Feind des Herstellers, denn sie sind ebenfalls in jeder Raumluft vorhanden. In der Produktion von optischen oder elektronischen Komponenten können Partikel die Funktion des Produktes verändern, beeinträchtigen oder komplett zerstören – deshalb müssen diese Produkte vor Partikeln jeglicher Art geschützt werden.
Wenn wir über Partikelbelastungen von Innenräumen sprechen, müssen 2 Partikelquellen im Auge behalten werden. Staubpartikel, die aus der Umgebungsluft stammen, lassen sich durch geeignete Luftströmungen und Luftfilteranlagen in den Griff bekommen.
Die zweite Partikelquelle, der Mensch, ist viel schwieriger in den Griff zu bekommen. Er selbst setzt eine sehr große Anzahl dieser Schwebeteilchen als Aerosol oder direkt als Partikel bei jedem Atemzug und jeder Bewegung frei. Immer dann, wenn Menschen in der Produktion, Herstellung oder Verpackung, involviert sind, ist Handlungsbedarf gegeben. Nur eine ausreichende Reinigung der Raumluft und Abschirmung der Produkte mag diese vor Einwirkung durch den Menschen schützen. Oder umgekehrt – in manchen Fällen muss auch der Mensch selbst vor Emissionen (insbesondere vor Stäuben oder Aerosolen) geschützt werden, die bei der Produktion entstehen.
Alle diese Beispiele zeigen, dass Produkte und der Mensch selbst vor den unterschiedlichsten Partikeln und Aerosolen geschützt werden müssen.
Wie kann man nun diese Schwebeteilchen von seinen Produkten fernhalten?
Nur durch eine sachgemäße Reinigung der Raumluft lassen sich Schwebeteilchen aus der Luft entfernen. Unter den verschiedenen technischen Möglichkeiten zur Reinigung von Raumluft haben sich Filtertechniken besonders bewährt, weil sie eine preiswerte und im Betrieb kostengünstige Alternative darstellen und auch nachträglich noch nachgerüstet werden können.
Die Grundlage für die Beurteilung der Qualität eines Reinraumes oder entsprechender Reinraumbereiche, wie einer Flow-Box, bietet die DIN-Norm EN ISO 14644, wonach die Reinraumklassifizierungen vorgenommen werden.
Je nach Anforderung lassen sich auch nachträglich ganze Reinräume in Produktionsbereiche einbauen. Wenn der Raumbedarf kleiner ausfällt, können auch kleinere Boxen aufgestellt werden, die eine lokale Reinraumumgebung erzeugen.
Eine Flow-Box, z. B. die Spetec FBS-Serie, zeigt Abb. 2. Sie wurde vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung getestet, zertifiziert und in die Klasse ISO 5 (US alt: Klasse 100) eingestuft, was bedeutet, dass im Inneren der Box max. 100 Partikel von min. 0,5 μm Durchmesser pro Kubikfuß (3,5 Partikel pro l bzw. 3 520 Partikel pro m3) nachgewiesen werden dürfen. Die Flow-Box weist somit einen Isolationsfaktor von 10 000 auf. Sie reduziert entsprechend die Anzahl der Partikel und verbessert die Luftqualität um mindestens das 10 000-Fache gegenüber der Umgebungsluft im Produktionsbereich.
Ähnliches gilt auch für die größeren Reinräume – hier lässt sich aber die Luftqualität auf die Wünsche und Vorgaben des Kunden anpassen. Alle Reinräume werden vor Ort von der Firma Spetec GmbH aufgebaut, ausgemessen und anschließend zertifiziert.
Bei der Bewertung der Luftqualität im Innenraum eines Reinraumes oder einer Laminar-Flow-Box ist es unerheblich, ob das Partikel ein Aerosol, eine Mikrobe, eine Hefezelle oder ein Bakterium ist, denn die Abscheidung erfolgt lediglich über die Größe des Partikels, aber nicht über seine chemischen oder biologischen Eigenschaften!
Die Funktion einer Flow-Box ist recht einfach. Die Raumluft wird mittels eines Ventilators angesaugt, der in Abb. 2 im oberen Gehäuseteil eingebaut ist, und durch einen Partikelfilter gepresst. Diese Filtereinheit befördert die Luft in einem laminaren Luftstrom mitsamt Partikeln Richtung Boden, sodass schon nach kurzer Zeit Partikelfreiheit erreicht wird.
Durch Kombination von Reinräumen oder Laminar-Flow-Boxen lassen sich ganze Fertigungsstraßen aufbauen, sodass das Produkt an keiner Stelle des Fertigungsablaufes mehr mit Partikeln jeglicher Art in Kontakt kommen kann. Die Aufstellung oder Anordnung, aber auch die Auslegung einzelner Komponenten kann auf die Bedürfnisse des Kunden angepasst werden.
Weitere Informationen:
Spetec GmbH
Am Kletthamer Feld 15
85435 Erding
Tel.: 08122-95909-0
Fax: 08122-95909-55
E-Mail: spetec@spetec.de
www.spetec.de
