Utvärdering av materialval för eFXD utifrån koldioxidavtryck

Sammanfattning

Bilindustrin söker efter lösningar för att minska koldioxidavtrycket vid tillverkning av fordonskomponenter. I denna studie undersöks en differential, Electric Front Cross Differential (eFXD), som fördelar vridmomentet från bilens motor till drivaxlarna. Fokus ligger på att identifiera den ingående komponent som har högst koldioxidavtryck och välja ett lämpligt alternativtmaterial för den. För att minska miljöpåverkan och bidra till bilindustrins hållbara utveckling genomförs en E-LCA (Environmental Life Cycle Assessment) för eFXD. Bedömningen inkluderar koldioxidavtrycket från materialframställningen och tillverkningen av eFXD, samt potentialen för materialåtervinning. Materialvalet genomförs med hänsyn till två motstridiga mål och fler krav. För att säkerställa att komponenten klarar både statiska och cykliska belastningar, simuleras eFXD hus med hjälp av finita elementmetoden. Tillverkningskostnaden uppskattas för att jämföra kostnaden för det alternativa materialet med det befintliga. En upprepad E-LCA genomförs för att jämföra koldioxidavtrycket vid materialframställning, tillverkning och EoL (End of Life) potential. Analysens resultat visar att eFXD hus är den komponent som har det högsta koldioxidavtrycket. Genom ett systematiskt materialval föreslås en termoplast PPA (Polyftalamid) förstärkt med 60% korta glasfibrer som det material som bäst kombinerar lågt koldioxidavtryck och kostnad. Hållfasthetsanalysen visar att husets gängade hål är det mest känsliga området, med risk för plastisk deformation och utmattning. En lösning med skruvinsatser införs för att minska spänningskoncentrationer runt de gängade hålen i plastkonstruktionen, vilket minskar spänningarna från 367 MPa till 161 MPa och ökar säkerhetsfaktorn mot utmattning från 0,65 till 1,35. Kostnadsindexet för PPA med 60% korta glasfibrer uppskattas vara lägre än det befintliga materialet, aluminiumlegering EN AC-46000. Koldioxidavtrycksanalysen visar att vid materialframställningen är PPA med 60% korta glasfibrer 6 kg lägre än aluminiumlegeringen, vid tillverkning är den 0,9 kg högre och vid EoL är den 7,8 kg lägre. Dessutom minskar användningen av PPA med 60% korta glasfibrer vikten för eFXD, vilket är en fördel för billtillverkare. Ytterligare undersökning av detta material och dess återvinningsmöjligheter är nödvändig innan det kan implementeras i produkten.