Katalysatoren sind wesentliche Komponenten moderner Fahrzeuge. Sie sollen schädliche Emissionen reduzieren, indem sie giftige Gase in weniger schädliche Substanzen umwandeln. Doch wie werden diese wichtigen Bauteile eigentlich hergestellt? Der Prozess umfasst mehrere präzise Schritte – von der Vorbereitung des Substrats über das Auftragen des Washcoats und das Imprägnieren der Katalysatormetalle bis hin zum Einbetten der Einheit in ihr Stahlgehäuse. Jeder Schritt ist entscheidend für Leistung, Haltbarkeit und die Einhaltung globaler Emissionsstandards.
In diesem Artikel werden wir den Herstellungsprozess Schritt für Schritt aufschlüsseln.
Schritt 1: Untergrundvorbereitung
Im Mittelpunkt jedes Katalysator ist das Substrat, das normalerweise aus Keramik (Cordierit) oder Metall (Edelstahlfolie) besteht. Das Substrat hat die Form einer Bienenwabe mit Hunderten winziger Kanäle, die die Oberfläche maximieren und gleichzeitig die Abgase mit minimaler Einschränkung durchlassen.
Wichtige Punkte:
- Keramiksubstrate sind leicht, hitzebeständig und kostengünstig.
- Metallische Substrate bieten eine höhere Festigkeit, schnellere Anspringzeiten und können Temperaturschocks besser standhalten.
- Die Wabenstruktur ist sorgfältig konzipiert, um Festigkeit, Durchfluss und katalytische Effizienz in Einklang zu bringen.
| Aspekt | Details |
| Material | Cordierit (Keramik), Fecralloy (Metall) |
| Form | Wabenkörper, zylindrisch |
| Funktion | Bietet eine große Oberfläche für die katalytische Beschichtung und den Gasfluss |
| Eigenschaften | Hohe thermische Stabilität, geringer Druckabfall, geringes Gewicht |
Schritt 2: Washcoat-Auftrag
Das Rohsubstrat allein kann Reaktionen nicht effektiv katalysieren. Hier kommt der Washcoat ins Spiel.
- Der Washcoat besteht typischerweise aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) gemischt mit anderen Oxiden wie Ceroxid (CeO₂) und Zirkonoxid (ZrO₂).
- Seine Funktion besteht darin, die Oberfläche drastisch zu vergrößern und so mehr Platz für katalytische Reaktionen zu schaffen.
- Der Washcoat wird als Aufschlämmung aufgetragen, dann getrocknet und kalziniert (auf hohe Temperaturen erhitzt), um innerhalb der Wabenkanäle eine poröse, raue Oberfläche zu bilden.
Dieser Schritt ist entscheidend: Ein gut aufgetragener Washcoat sorgt für eine bessere Haftung und eine höhere Katalysatorbeladung.
| Schritt | Beschreibung |
| Material | Aluminiumoxid (Al₂O₃), Titandioxid (TiO₂), Siliziumdioxid (SiO₂) |
| Anwendung | Die Beschichtungsschlämme werden durch Tauchen oder Sprühen aufgetragen |
| Zweck | Vergrößern Sie die Oberfläche und sorgen Sie für Haftung für Katalysatoren |
| Trocknen | Im Ofen erhitzt, um Feuchtigkeit zu entfernen und die Beschichtung zu verfestigen |
Schritt 3: Imprägnierung mit Edelmetallen
Sobald der Washcoat aufgetragen ist, wird das Substrat mit den aktiven katalytischen Materialien imprägniert – typischerweise Platin (Pt), Palladium (Pd) und Rhodium (Rh).
- Platin (Pt): Wirksam bei der Oxidation von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC).
- Palladium (Pd): Wird hauptsächlich zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen und CO verwendet.
- Rhodium (Rh): Am besten zur Reduzierung von Stickoxiden (NOx).
Die Edelmetalle werden in einer flüssigen Lösung dispergiert und auf das mit Washcoat versehene Substrat aufgetragen. Nach der Imprägnierung wird das Substrat erneut bei hohen Temperaturen kalziniert, wodurch die Metalle sicher an ihrem Platz fixiert werden.
Dieser Schritt ist der kostenintensivste, da die Metalle selten und teuer sind. Eine präzise Steuerung gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung und maximale katalytische Aktivität bei minimalem Abfall.
| Aspekt | Details |
| Verwendete Metalle | Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) |
| Verfahren | Einweichen in Metalllösung, dann Trocknen |
| Zweck | Katalysatoren wandeln CO, HC und NOx in weniger schädliche Gase um |
| Qualitätskontrolle | Metallbeladung auf Gleichmäßigkeit gemessen |
Schritt 4: Einmachen (Konvertermontage)
Nachdem das Substrat vollständig mit Washcoat und Katalysator vorbereitet wurde, muss es in einer Schutzhülle untergebracht werden – ein Prozess, der als Einkapseln bezeichnet wird.
Beim Einkapseln wird das Substrat in eine Edelstahlhülle gelegt. Eine Matte oder Isolierschicht (aus aufschäumenden Materialien) wird um das Substrat gewickelt, um es abzufedern, Vibrationen zu absorbieren und für Wärmeisolierung zu sorgen. Die Hülle wird dann verschweißt oder mechanisch verriegelt, um eine abgedichtete Einheit zu bilden. Einlass- und Auslasskegel werden hinzugefügt, damit der Konverter an die Abgasanlage des Fahrzeugs angeschlossen werden kann.
Die Einkapselung gewährleistet Haltbarkeit unter extremen Bedingungen wie Hitze, Vibration und Abgasdruck.
| Schritt | Beschreibung |
| Schalenmaterial | Edelstahl |
| Komponenten | Außenschale, Innenmatte (für Wärme- und Vibrationsschutz) |
| Verfahren | Substrat in die Schale einlegen, Kanten versiegeln, Flansche anbringen |
| Zweck | Schützen Sie den Untergrund und ermöglichen Sie die Montage im Abgassystem |
Qualitätskontrolle und Tests
Bevor Katalysatoren das Werk verlassen, werden sie einer strengen Qualitätskontrolle unterzogen:
- Durchflusstests, um sicherzustellen, dass die Abgase reibungslos durchströmen.
- Thermoschocktests zur Überprüfung der Widerstandsfähigkeit gegenüber plötzlichen Temperaturänderungen.
- Emissionstests zur Überprüfung der katalytischen Effizienz.
Nur Konverter, die strenge Standards erfüllen, sind für den Einsatz in Fahrzeugen zugelassen.
Abschluss
Die Herstellung von Katalysatoren ist ein hochpräziser Prozess, der fortschrittliche Materialwissenschaft mit sorgfältiger Konstruktion verbindet. Ausgehend von einem Keramik- oder Metallsubstrat tragen die Hersteller einen Washcoat auf, um die Oberfläche zu vergrößern, imprägnieren das Substrat mit Platin, Palladium und Rhodium für katalytische Aktivität und umhüllen es schließlich durch Eindosen mit einer langlebigen Edelstahlhülle.
Jeder Schritt – Substrat, Washcoat, Imprägnierung und Eindosen – ist wichtig, um sicherzustellen, dass die Katalysator arbeitet zuverlässig, reduziert Emissionen effektiv und hält den harten Bedingungen im Abgassystem eines Fahrzeugs stand.
