Werkstoffe, Regulierung, KI: Wie sich Dichtungstechnik neu erfindet

Die Zukunft der Dichtungstechnik entscheidet sich nicht allein in der Konstruktion, sondern vor allem im Werkstofflabor. Holger Best, ISGATEC, spricht mit Prof. Dr. Ruth Bieringer über Hochleistungswerkstoffe im Spannungsfeld von Elektromobilität, Wasserstoff, PFAS-Regulierung, Lieferketten und Künstlicher Intelligenz. Das Gespräch zeigt, wie stark sich die Anforderungen an Dichtungen verändern: Aus klassischen Abdichtelementen werden zunehmend multifunktionale Systemkomponenten, die thermisch schützen, elektrisch isolieren, neue Medien beherrschen und zugleich regulatorisch robust sein müssen.

Ruth, Du bist seit Anfang des Jahres Honorarprofessorin für Ingenieurswissenschaften: Was muss man sich darunter aus dichtungstechnischer Sicht vorstellen?

Ehrlich gesagt spielt die Dichtungstechnik dort eher eine untergeordnete Rolle. Ich lehre in erster Linie Werkstoffkunde mit Schwerpunkt Kunststoffe. Natürlich versuche ich gelegentlich, Beispiele aus der Welt der Dichtungstechnik einzuflechten, um bestimmte Sachverhalte zu veranschaulichen. Aber Dichtungstechnik ist nicht der Fokus meiner Lehrtätigkeit.

Was sind deine Aufgaben als Präsidentin bei der Gesellschaft Deutscher Chemiker? Welche Schwerpunkte willst du setzen?

Ich leite die Gesellschaft Deutscher Chemiker und wirke zusammen mit Präsidium und Vorstand an der strategischen Steuerung mit. Ich vertrete und repräsentiere die Gesellschaft nach außen und gebe Impulse für wissenschaftliche und gesellschaftliche Themen. Außerdem entwickeln wir die Organisation weiter. Es geht um Vernetzung, um den Dialog zwischen Wissenschaft, Politik und Gesellschaft – und natürlich darum, Begeisterung für Chemie und für eine hochwertige Ausbildung zu wecken.

Gut, das ist ja heute bei uns ein wichtiges Thema, weil Chemie in Europa auf dem Rückzug ist.

Ja, und Chemie ist nicht mehr sexy. Chemie wird oft als Problem gesehen – und nicht als Lösung. Dabei ist es genau andersherum: Ohne Chemie geht nichts. Wir bekommen keine Energiewende und keine Lösungen für den Klimawandel. Ohne Chemie wird es nicht gehen.

Daran wird man arbeiten müssen. Gibt es denn heute noch genügend Herausforderungen bei Dichtungswerkstoffen gibt. Wenn ja: wo liegen diese?

Wir müssen wahrscheinlich ein bisschen unterscheiden. Wir haben die klassischen Dichtungen – auch sie werden natürlich ständig weiterentwickelt, getrieben durch neue Anforderungen. Zudem haben wir vermehrt neue Materialklassen, weil wir unser Portfolio erweitern und deutlich über die reine Dichtfunktion hinausgehen. Dichtungen muss man außerdem immer im Zusammenhang mit der Verarbeitung von Werkstoffen denken. Ein zunehmend größeres Feld ist die Regulatorik – die Chemikalienregulatorik, aber auch andere regulatorische Rahmenwerke.

Das ist ein breites Feld. Lass uns die einzelnen Aspekte vertiefen: Was sind bei klassischen Dichtungen beziehungsweise Dichtstellen die Treiber für neue Materialentwicklungen?

Im klassischen Dichtungsportfolio geht es – ganz trivial heruntergebrochen – um Dauerelastizität oder um Verschleiß von Gummi im Einsatz in der Dichtungstechnik. Mit der Erweiterung unseres Portfolios, also mit Blick auf E-Mobilität und Wasserstoff, geht es natürlich darum, Medien abzudichten, mit denen wir uns bisher nicht beschäftigt haben: Batterieelektrolyte, flüssiger Wasserstoff oder Ammoniak als Trägergas. Die Fragestellungen haben sich einfach verändert. Es kommen völlig neue Anforderungen hinzu. Wir reden plötzlich über Brandschutztests. Dichtungen müssen nicht nur hochtemperaturfest sein, sondern auch elektrisch isolierend, thermisch leitfähig oder elektrisch und thermisch isolierend. Das sind Themen, mit denen wir uns bisher nie beschäftigt haben.

Das heißt, es kommt eine Multifunktionalität hinein.

Genau. Das Feld wird einfach breiter. Die bisherigen Anforderungen verschwinden ja nicht, aber es kommen neue dazu. Die Herausforderungen beim Abdichten nehmen zu, zum Beispiel auch bei Stromschienen, den Busbars (siehe Podcast: Technologietrends: Busbars). Wir blicken plötzlich auf Schäume – etwas, das wir vorher noch nie getan haben –, etwa bei Hitzeschilden und Barrierematerialien.

Du hast neue Materialklassen erwähnt. Was muss man sich darunter vorstellen und welchen Einfluss haben sie auf die Dichtungstechnik?

Wir sehen den Trend vor allem in der Batterietechnik hin zu hochtemperaturfesten Werkstoffen. Das heißt, wir beschäftigen uns viel stärker als früher mit Silikonen. Außerdem sehen wir insgesamt einen großen Trend weg vom Gummi hin zu thermoplastischen Materialien – mit anderen Eigenschaften als jenen, die wir bisher hatten.

Du hast Busbars erwähnt. Werden Dichtungen künftig immer mehr zu multifunktionalen Bauteilen?

Ja, diesen Trend gibt es ganz klar: weg vom reinen Abdichtelement hin zu multifunktionalen Systemkomponenten. Falls deine nächste Frage ist, ob die klassische Dichtung an Bedeutung verliert: Nein, natürlich nicht. Wir haben weiterhin C-Teile oder C-Plus-Komponenten – und die werden auch bleiben.

Aber verschiebt sich das nicht?

Ja, natürlich verschiebt es sich. Und als Marktführer und als Unternehmen, das nicht für billig, sondern für hochwertig bekannt ist, wird es diesen Shift hin zu Multifunktionsteilen natürlich geben.

Ein weiterer Stichpunkt ist die Fertigungstechnik. Man hört immer wieder, dass Dichtungen zu wenig im Zusammenhang mit ihrer Fertigung betrachtet werden, obwohl hier ein zentraler Hebel für Qualität und Wertschöpfung liegt. Erfordern die neuen Materialien und Dichtungslösungen, die du skizziert hast, neue Fertigungsverfahren?

Ja, teilweise. Ganz grundsätzlich gilt: Der beste Dichtungswerkstoff ist nichts wert, wenn er sich nicht in günstigen, robusten Fertigungsprozessen mit minimalem Ausschuss verarbeiten lässt. Mit der Erweiterung unseres Portfolios nutzen wir neue Fertigungsverfahren. Ich hatte erwähnt, dass wir plötzlich Schäume herstellen und extrudieren. Das sind Dinge, die wir bei Freudenberg Sealing Technologies bisher nie oder nur in sehr untergeordnetem Maße getan haben. Für uns sind diese Themen neu – vielleicht nicht für die gesamte Branche, aber für uns. Und wir lernen gerade sehr schnell sehr viel.

Schäume sind ein Portfolio, das ihr dazugenommen habt. Bedeutet das, dass ihr euer Portfolio über die steigenden Anforderungen immer weiter erweitert?

Ja. Einerseits, weil sich die Anforderungen verändern. Andererseits, weil wir natürlich ein großer Automobilzulieferer sind und wissen, dass ein Teil unseres Portfolios mit dem Wegfall oder der Verdrängung des Verbrennungsmotors wegbrechen wird. Das ist uns seit mindestens 2016 oder 2017 klar. Deshalb suchen wir nach Wegen, wie wir entfallendes Geschäft kompensieren und gleichzeitig weiter wachsen können.

Beim Thema Fertigung ist man heute auch schnell bei der Frage der Verfügbarkeit. In den vergangenen Jahren haben wir das regelmäßig erlebt: während Corona, jetzt mit der Straße von Hormus oder bei Lieferengpässen. Hast du Empfehlungen, wie man mit diesem Thema umgehen sollte?

Ja, das ist natürlich die Gretchenfrage. Ich denke, das hat verschiedene Aspekte. Einerseits gibt es natürlich den Einkaufsaspekt. Wir haben strategische Lieferanten und unser Einkauf leistet Großes. Wir müssen uns breit aufstellen. In der Entwicklung müssen wir vermehrt auf Dual-Sourcing-Strategien setzen, das Lieferantenportfolio kennen und gegebenenfalls im Vorfeld mehr Arbeit investieren als vielleicht zunächst nötig. Dazu gehört, potenzielle Substitute gleich mit zu prüfen – also eine zweite Lösung in der Schublade zu haben, damit wir bei einem Engpass schnell umstellen können.

Du hast eingangs die Bedeutung der Chemieindustrie und ihren schlechten Ruf erwähnt. Gleichzeitig wandert Chemieproduktion ab – dafür gibt es in Europa genügend Beispiele. Wird das die Lieferthematik nicht noch einmal verschärfen?

Ja, das wird natürlich erst einmal dazu führen, dass Rohstoffe – global gesehen – aus anderen Regionen der Welt kommen. Die Frage ist: Führt das zu größeren Abhängigkeiten? Führt es zu größeren Unsicherheiten? Das kann ich so pauschal nicht beantworten. Es wird vom Einzelfall abhängen. Nicht alles wandert nach China. Aber natürlich verlagert sich vieles – mit allen Herausforderungen, die das mit sich bringt.

Du hast die Rohstoffe angesprochen. Gerade bei Dichtungswerkstoffen wird ja viel umgestellt, zum Beispiel in Mischungen, was in der Praxis immer wieder für Probleme sorgt. Ich höre häufig, dass scheinbar kleine Rohstoffänderungen später massive Auswirkungen haben können. Kannst du das an einem Beispiel konkretisieren?

Ja, das passiert tatsächlich immer wieder. Bei unserem breiten Portfolio ist es oft so, dass wir einen Rohstoff in sehr vielen Rezepturen verwenden – und am Ende in zahlreichen Anwendungen für zahlreiche Kunden. Und häufig funktioniert dann an einer Stelle doch wieder etwas nicht. Ein aktuelles Beispiel ist die Umstellung eines Teils unseres FKM-Portfolios, also unseres Fluorkautschuk-Portfolios. Getrieben ist sie eigentlich nur durch die Idee unserer Lieferanten, ein Prozesshilfsmittel umzustellen. Das heißt: Sie stellen gar nicht das Produkt selbst um, sondern nur einen Hilfsstoff, den sie brauchen, um das Produkt herzustellen. Und selbst das zieht einen enormen Aufwand nach sich. Zwar bleiben die chemische und thermische Grundbeständigkeit gleich, aber in der Verarbeitung sehen wir dann doch Unterschiede. Im Prinzip steckt der Teufel immer im Detail – und in irgendeinem unserer Produktionsstandorte funktioniert dann doch etwas nicht. Dann müssen wir nachjustieren, Rezepte anpassen oder Prozesse verändern.

Mit dem Thema Umstellung kommen wir zum nächsten Stichwort, das du vorhin schon erwähnt hast: die Regelwerke im Zuge der geplanten PFAS-Regulierung. Darauf wollen wir jetzt nicht in aller Tiefe eingehen, aber sie bringt deutliche Veränderungen mit sich. Welche Rolle spielen solche Regulierungen heute für Innovation in der Werkstofftechnik?

Das ist eine spannende Frage. Ich denke, Regulierungen spielen eine zentrale und stark wachsende Rolle. Sie sind Einschränkungen, aber sie sind natürlich auch Treiber für Innovation. Innovation ist heute nicht mehr „Performance only“. Sie ist Performance und Nachhaltigkeit – wenn man Regulatorik als Teil von Nachhaltigkeit begreift, und ich denke, so muss man es sehen. Regulatorik ist ja nicht dafür da, uns zu ärgern, sondern unser Leben sicherer zu machen. Deswegen begrüßen wir diese Dinge ausdrücklich, auch wenn sie natürlich zusätzlichen Aufwand und zusätzliche Arbeit bedeuten. Gleichzeitig bieten sie die Möglichkeit, sich von Marktbegleitern und Wettbewerbern abzugrenzen.

Du sagst, Regulatorik wolle nicht ärgern. Im vergangenen Jahr kam die Diskussion auf, ob Dicht- und Klebstoffe überhaupt Advanced Materials sind und wie sie im Zuge der EU-Regulatorik behandelt werden sollen. Wie siehst du diesen Aspekt, dass das plötzlich infrage gestellt wird?

Ich finde den Begriff „Advanced Materials“ ein bisschen schwierig. Was ist advanced und was ist nicht advanced? Ich würde sagen: Auch viele unserer Standardwerkstoffe, mit denen wir seit Jahren oder Jahrzehnten gutes Geld verdienen, sind advanced – oder waren es zum Zeitpunkt ihrer Entwicklung. Genau deshalb setzen wir uns ja gegen unsere Marktbegleiter durch.

Dann könnte das ja in eine gute Chemikalienregulierung münden. Wie sähe denn – auch mit Blick auf deine verschiedenen Rollen – eine gute Chemikalienregulierung aus?

Das ist ebenfalls eine schwierige Frage. Ich denke, Chemikalienregulierung ist immer ein Balanceakt. Sie ist dazu da, Menschen und Umwelt zu schützen – und das ist ein hohes Gut. Wir wollen alle sauberes Trinkwasser, eine saubere Umwelt und gute Luft. Trotzdem soll Regulierung Innovation und industrielle Wettbewerbsfähigkeit nicht abwürgen. Sie soll nicht mehr regulieren als nötig, wissenschaftsbasiert, risikoorientiert und trotzdem innovationsfreundlich sein. Das wäre mein Wunsch an die Chemikalienregulatorik.

Das heißt, die Entwicklung weg von einem risikobasierten hin zu einem gefährdungsbasierten Ansatz müsste Innovationen eigentlich begrenzen.

Ja, ich bin eine klare Verfechterin eines risikobasierten Ansatzes. Ich denke, es macht keinen Sinn, etwas zu regulieren, nur weil es potenziell gefährlich ist. Regulieren sollten wir dann, wenn es ein Risiko für Mensch und Umwelt gibt.

In vielen Fällen ist das ja beherrschbar. Diese Erfahrung hat die Chemie über Jahrhunderte gesammelt.

Genau. Und was beherrschbar ist, muss nicht reguliert werden.

Ein anderes Thema ist Künstliche Intelligenz. Wie bei Regulatorik und dem Verständnis komplexer Themen liegen auch hier viele Hoffnungen darauf. Wie siehst du die Chancen und Risiken des KI-Einsatzes in der Materialentwicklung?

Ich denke, KI kann vor allem Entwicklungszyklen verkürzen. Wir brauchen weniger Versuche und kommen stärker von Trial and Error hin zu Vorhersagen. Das langfristige Ziel, das man immer wieder liest, ist Inverse Design: Man definiert ein Ziel, und die KI schlägt passende Materialien vor. Ich glaube allerdings, davon sind wir noch ein gutes Stück entfernt. Wir dürfen nicht vergessen, dass wir bei Gummi immer von Vielstoffgemischen sprechen. Ein Gummirezept besteht aus sieben bis 15 Bestandteilen. Die Flüssigkeiten, gegen die wir dichten, bestehen ebenfalls oft aus vielen Bestandteilen. Das ist für KI heute noch herausfordernd. Dazu kommt, dass die vielen Daten, die wir haben, weder in Menge noch Qualität die Basis bieten, die KI eigentlich braucht. Das ist ein großes Feld, auf dem wir schnell besser werden müssen.

Welche Daten fehlen uns heute?

Wir sehen bei unseren KI-Piloten, dass wir schnell an Grenzen kommen. Es geht um Datenvergleichbarkeit und vor allem um Datenverknüpfung, also um Konnektivität. Wir brauchen durchgehende Daten vom Wareneingang über alle Prozessschritte bis hin zur Produktprüfung und zur Validierung am Prüfstand – und das haben wir heute leider meistens nicht.

Viele dieser Daten sind ja zu Zeiten erhoben worden, als KI noch keine Rolle spielte.

Genau. Wir haben viele Datensilos. Anders gesagt: Wir haben sehr viele Daten, aber sie sind nicht miteinander verknüpft.

KI wird ja nicht nur in der Materialentwicklung eingesetzt, sondern zunehmend auch in der Praxis – etwa bei der Auswahl von Werkstoffen und der Spezifikation von Dichtstellen. Wie siehst du diese Entwicklung aus Anwendersicht?

Die Validierung von KI-Vorhersagen wird immer nötig sein. Wir müssen am Ende immer etwas prüfen. KI wird uns helfen, schneller zu sein, weniger Prüfungen zu brauchen und vielleicht auch smarte, schnellere Prüfungen zu entwickeln. Aber sie wird das Prüfen nicht ersetzen – auch aus Haftungsgründen. Was KI vermutlich in absehbarer Zukunft leisten kann, ist eine Art virtuelle Vorvalidierung. Man nennt das „Shift Left“: Wir betrachten viele Varianten früh im Prozess, bewerten sie vorab und können dann den Auswahlkorridor schneller verengen. Großes Potenzial sehe ich außerdem bei Hybridmodellen, also bei der Verbindung von Physik und KI – etwa wenn klassische FEM und datengetriebene Modelle zusammengedacht werden. Darin liegt aus meiner Sicht ein großer Hebel.

Ich möchte noch einmal auf die Anwenderebene zurückgehen. Du hast vorher hinsichtlich deiner Hochschultätigkeit gesagt, dass es nicht primär um Dichtungstechnik geht, sondern um Werkstoff- und Materialtechnik allgemein. Umfragen zeigen aber immer wieder, dass das Know-how für die Spezifikation einer Dichtstelle oftmals gar nicht vorhanden ist. Wenn Anwender nun KI zur Hilfe nehmen: Entsteht dann nicht ein Risiko, wenn das Ergebnis gar nicht richtig verifiziert werden kann?

Genau. Wie gesagt: Ohne Verifizierung oder Validierung wird es nie gehen. Wir können der KI nicht blind vertrauen; so weit sind wir noch lange nicht. KI kann Vorschläge machen, aber der Mensch wird sie prüfen und bewerten müssen.

Aus deinen Antworten nehme ich mit: Wir brauchen eigentlich noch sehr viel mehr Know-how – und zwar in der richtigen Form und in sinnvoll verknüpften Daten. Machen wir im Werkstoffbereich genügend Grundlagenforschung, um das solide zu unterfüttern?

Ja, das ist eine gute Frage. Da müsste man zunächst den Begriff Grundlagenforschung definieren. Wer macht Grundlagenforschung? Machen wir das in der Industrie? Oder ist Grundlagenforschung nicht das, was wirklich an den Universitäten stattfindet? Sicher zum Teil. Das große Thema ist: An den Universitäten wird vieles beforscht, gefunden und erfunden. Aber die Transformation in die Industrie ist ein großes Bottleneck. Das hat mit Risikofinanzierung zu tun, auch mit Start-ups, die durchaus gegründet werden. Wir haben eine lebhafte Gründerszene in Deutschland, aber oft fehlt dann das Venture-Kapital, um die PS auf die Straße zu bringen. Das ist meiner Meinung nach etwas, worin Deutschland nicht richtig gut ist.

Wenn ich unser Gespräch zusammenfasse, bleibt die Dichtungstechnik in hohem Maße Werkstofftechnik. Was sind deine drei Top-Aspekte, auf die wir künftig den Fokus legen müssen?

Ich würde sagen: erstens regulatorisch robuste Hochleistungswerkstoffe mit sicheren Lieferketten. Zweitens multifunktionale Materialsysteme statt reiner Elastomere. Und drittens Predictive Materials – also Lebensdauervorhersage zusammen mit Prognostik, letztlich mit KI.

Das sind die technischen Aspekte. Aber wir brauchen auch Menschen dafür – und die sind immer schwieriger zu motivieren, oder?

Ja, Dichtungstechnik ist auch nicht besonders sexy.

Warum ist das nicht besonders sexy? Es ist doch ein hochspannendes Thema. Wird es falsch verkauft?

Erstens ist sie unsichtbar. Zweitens steht sie in Konkurrenz zu den großen Trendfeldern: Pharma, Klima, Hightech, Elektronik. Da muss man schon erklären, wie wichtig das Thema ist. Gleichzeitig gibt es natürlich Ansätze zur Motivation. Die technologische Tiefe nimmt zu, die Systemrelevanz nimmt zu, und die Interdisziplinarität ist gegeben. In der Dichtungstechnik ist man nur gut, wenn Chemie, Engineering und Data Science zusammenarbeiten. Eigentlich ist Dichtungstechnik ein hochspannendes Thema. Ich bin jetzt seit 26 Jahren dabei, und es ist keinen Tag langweilig gewesen.

Das kann ich mir vorstellen. Auch aus Mediensicht ist es spannend zu sehen, welche Themen rund um die Dichtungstechnik entstehen.

Ja, und die gesellschaftliche Bedeutung ist groß. Natürlich wird sie nicht gesehen, aber wir wissen, wie wichtig Dichtungstechnik ist.

Man müsste sie stärker sichtbar machen. Was wird sich in den nächsten zehn Jahren in der Werkstoffentwicklung für Dichtungen und für Menschen, die in diesem Bereich arbeiten, verändert haben?

Das ist schwierig. Ich denke, die Art und Systematik des Arbeitens wird sich durch neue Methoden verändern – nicht nur durch KI, sondern ganz grundsätzlich. Trotzdem geht es weiterhin darum, gut ausgebildete Menschen zu haben, die schlaue neue Ideen entwickeln, die Kunden gut verstehen und den Markt gut verstehen. Wir werden Rohstoffe brauchen, ein großes Portfolio zu vernünftigen Preisen. Und wir werden Prozessingenieure brauchen, die smarte Prozesstechnik entwickeln. Gerade beim Thema Automatisierung gibt es noch viel Luft nach oben: günstiger produzieren, schneller produzieren und wettbewerbsfähig bleiben.

Also bleibt es im Kern beim Alten: Die Menschen müssen intensiver an den Themen zusammenarbeiten und sie ganzheitlicher betrachten.

Das ist ein gutes Fazit. Vor allem müssen die Menschen es gemeinsam tun. Das ist, glaube ich, der Kernsatz.

Ja, das ist heute oft das Problem: Wenn man ein Problem erkennt, haben Menschen häufig nicht ausreichend zusammengearbeitet.

Richtig. Dann stimmen die Schnittstellen nicht, oder es gibt Silos, die nicht miteinander reden. Man hat das Problem nicht ganzheitlich beleuchtet. Das sehe ich auch so.

Dann an dieser Stelle herzlichen Dank für deine Zeit und für das interessante Gespräch, Ruth.