Die Fraunhofer-Institute für Lasertechnik (ILT) und Werkstoffmechanik (IWM) haben eine bahnbrechende Innovation entwickelt: langlebige, umweltfreundliche Dichtungen, die ohne schädliche PFAS-Chemikalien auskommen und mit wasserbasierten Schmiermitteln funktionieren. Diese Lösung, die auf der Laser World of Photonics 2025 vom 24. bis 27. Juni am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand (Halle A3, Stand 431) vorgestellt wird, könnte die Industrie nachhaltig verändern und Umweltbelastungen drastisch reduzieren.
Die Problematik herkömmlicher Dichtungen
Dichtungen sind essenziell für den reibungslosen Betrieb technischer Systeme – von Schiffsschrauben über Windkraftanlagen bis hin zu Erntemaschinen. Sie gewährleisten die Funktionalität, indem sie bewegliche Teile abdichten und Reibung minimieren. Doch die bisher verwendeten Materialien, vor allem PFAS-haltige Kunststoffe in Kombination mit erdölbasierten Schmiermitteln, bergen erhebliche Nachteile. PFAS, auch als „Ewigkeitschemikalien“ bekannt, reichern sich in der Umwelt an, sind biologisch nicht abbaubar und stellen gesundheitliche Risiken dar. Ein bevorstehendes EU-Verbot dieser Stoffe zwingt die Industrie zum Umdenken. Zudem verursachen ölbasierte Schmiermittel, von denen in Deutschland jährlich rund eine Million Tonnen verbraucht werden, massive Umweltschäden: Ein einziger Liter kann bis zu eine Million Liter Grundwasser verseuchen, Böden verölen und Ökosysteme zerstören.
Angesichts dieser Herausforderungen setzten sich die Fraunhofer-Forschenden das Ziel, eine nachhaltige Alternative zu entwickeln, die sowohl ökologisch unbedenklich als auch technisch leistungsstark ist. Gefördert von der Fraunhofer-Zukunftsstiftung entstand im Projekt pureWaterSeal eine Lösung, die diese Anforderungen vereint.
Innovative Technologie für nachhaltige Dichtungen
Die Forschenden des Fraunhofer IWM entwickelten diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtungen (DLC), die speziell für PFAS-freie Kunststoffkomponenten geeignet sind. Diese Beschichtungen zeichnen sich durch hohe Verschleißfestigkeit und geringe Reibung aus, was die Lebensdauer der Dichtungen erheblich verlängert. Parallel setzte das Team des Fraunhofer ILT auf eine präzise Laserstrukturierung, um mechanische Spannungen in den Beschichtungen gezielt abzubauen. Dabei werden Spannungen nicht flächendeckend, sondern punktuell an spezifischen Stellen reduziert, wodurch die strukturelle Integrität der Schicht erhalten bleibt. Diese Kombination aus DLC-Beschichtung und Mikrostrukturierung ermöglicht erstmals den Einsatz von wasserbasierten Schmiermitteln, die im Gegensatz zu ölhaltigen Alternativen die Umwelt nicht belasten.
Die neue Technologie adressiert nicht nur die Umweltproblematik, sondern erfüllt auch die hohen funktionalen Anforderungen technischer Systeme. Die Dichtungen sind robust, langlebig und für anspruchsvolle Anwendungen geeignet. Besonders wichtig ist, dass PFAS bereits während der Herstellung vermieden werden, da hier die größte Umweltbelastung entsteht. So tragen die neuen Dichtungen aktiv zum Schutz von Ressourcen und Ökosystemen bei.
Von der Forschung zur Praxis
Die Entwicklung markiert einen bedeutenden Fortschritt für nachhaltige Produktionsprozesse. Erste Prototypen der Dichtungen sind bereits erfolgreich in Pumpen von Geothermiekraftwerken im Einsatz, wo sie ihre Funktionalität unter realen Bedingungen beweisen. Die Forschenden arbeiten nun daran, die Technologie auf große Industrieanlagen zu übertragen und für die Serienproduktion zu optimieren. In enger Zusammenarbeit mit Partnerunternehmen aus verschiedenen Branchen wird die Lösung für unterschiedliche Einsatzbereiche weiterentwickelt, um eine breite Anwendung in der Industrie zu ermöglichen. Ein Spin-off-Unternehmen, das die Vermarktung der Technologie vorantreiben soll, ist bereits in Planung.
Ein Schritt in die Zukunft
Die neuen Dichtungen sind mehr als eine technische Innovation – sie sind ein Beitrag zu einer nachhaltigeren Industrie. Durch den Verzicht auf PFAS und ölbasierte Schmiermittel wird die Umweltbelastung erheblich reduziert, ohne Kompromisse bei der Leistung einzugehen. Die Lösung zeigt, wie Forschung und Industrie gemeinsam Antworten auf drängende ökologische Herausforderungen finden können. Besucher der Laser World of Photonics 2025 haben die Gelegenheit, die Technologie am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand (Halle A3, Stand 431) kennenzulernen und mehr über ihre Einsatzmöglichkeiten zu erfahren. Mit dieser Entwicklung setzen die Fraunhofer-Institute ein starkes Zeichen für den Umweltschutz und die Zukunftsfähigkeit technischer Systeme.
(Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft)
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