PFAS-freie Dichtungen Ohne PFAS produziert, mit Wasser geschmiert – umweltfreundliche Dichtungen entwickelt

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Viele Dichtungen in industriellen Maschinen enthalten PFAS. Dass es auch ohne geht, zeigt ein Team von Fraunhofer Forschern. Sie haben neue Dichtungen entwickelt, die frei von der in die Kritik geratenen Substanzklasse sind und zudem für umweltfreundliche wasserbasierte Schmiermitteln geeignet sind.

Ob Schiffsschraube, Windrad oder Erntemaschine – wann immer sich etwas bewegt, sind Dichtungen entscheidend für die Funktionalität technischer Systeme. Um ihre Haltbarkeit zu erhöhen, bestehen sie bisher vorwiegend aus PFAS-haltigen Kunststoffen und werden mit erdölbasierten Schmiermitteln gepflegt, in Kraftwerken ebenso wie in Automobilen. Defekte verursachen daher nicht nur wirtschaftliche Schäden, sie können auch erhebliche Umweltbelastungen mit sich bringen, da Schmierstoffe und Chemikalien in die Umwelt gelangen.

„Als so genannte Ewigkeitschemikalien lagern sich per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen, kurz PFAS, in der Umwelt an, können nicht abgebaut werden und bergen gesundheitliche Risiken“ erläutert Matthias Trenn, Leiter des Teams Oberflächenstrukturierung am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT. Ein bevorstehendes Verbot in der EU setze die Industrie zusätzlich unter Zugzwang, den Einsatz dieser Substanzklasse zu minimieren.

Und auch das Feld der Schmierstoffe ist laut Trenn problematisch. „Allein in Deutschland werden jährlich rund eine Million Tonnen ölhaltiger Schmierstoffe verbraucht. Ein einziger Liter kann bis zu einer Million Liter Grundwasser verseuchen. Die Folgen sind verölte Böden, verseuchte Nahrungsmittel und zerstörte Ökosysteme. Wir wollten eine Lösung finden, die diese Herausforderungen zusammen adressiert.“

Per- und Polyfluorierte Alkylsubstanzen

„PFAS-Beschränkungen: Wichtig, aber mit Augenmaß“

Zwei technologische Kniffe machen die PFAS-freie Dichtung so robust

Gemeinsam mit dem Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik IWM realisierten die Forscher am ILT neue Dichtungen, die nicht nur ohne PFAS auskommen, sondern auch für wasserbasierte Schmierstoffe geeignet sind. Hierfür entwickelten die Experten des Fraunhofer IWM um Dr. Manuel Mee, Teamleiter Tribologische Schichten, diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtungen (Diamond-like carbon, DLC), die für PFAS-freie Kunststoffkomponenten ausgelegt sind.

Im Zusammenspiel mit einer Laserstrukturierung des Fraunhofer ILT bauten die Forschenden gezielt innere Spannungen und mechanische Belastungen ab – nicht überall gleich, sondern lokal an vereinzelten Stellen. So bleibt die strukturelle Integrität der Schicht erhalten, und ihre funktionalen Eigenschaften, wie Verschleißfestigkeit und Reduzierung der Reibung, werden optimiert. Dies verlängert die Lebensdauer der Dichtungen deutlich. Die Kombination aus Beschichtung und Mikrostrukturierung ermöglicht zudem den Einsatz von wasserbasierten Schmiermitteln, was bisher nicht möglich war.

„Die Entwicklung der Dichtungen ist ein wichtiger Schritt zur Förderung umweltschonender Herstellungsverfahren – denn PFAS geraten vor allem bei der Herstellung in die Umwelt, weniger bei der Anwendung“, sagt Dr. Christof Koplin, Teamleiter Polymertribologie und Biomedizinische Materialien am Fraunhofer IWM. „Wir schützen Ressourcen und Ökosysteme, indem wir ausschließlich unschädliche Stoffe verwenden. Zugleich erfüllen unsere Dichtungen auch anspruchsvolle Funktionsherausforderungen optimal.“

Ziel ist eine breite Anwendung in der Industrie

Die Fraunhofer-Fachleute arbeiten eng mit Partnerunternehmen mit unterschiedlichem Anwendungsbezug daran, dass ihre Lösung schnell und möglichst breit Eingang in die industrielle Praxis findet. Erste Prototypen sind bereits in Pumpen von Geothermiekraftwerken im Einsatz. Nun geht es darum, den Prozess auf große Anlagen zu übertragen und in Serienfertigung zu gehen. Parallel optimieren die Wissenschaftler ihre Dichtungen laufend für verschiedene Einsatzbereiche und Kundenbedürfnisse. Ein Spin-off, das die Entwicklungen vermarktet, ist bereits in der Planung.

Besucher der Laser World of Photonics 2025 haben vom 24. bis 27. Juni die Möglichkeit, sich über die umweltfreundliche Lösung und ihre Perspektiven zu informieren: Die Forschenden stellen die Ergebnisse ihres Projekts am Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Gesellschaft in Halle A3, Stand 431 der Messe München vor.

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