Wasserstrahlschneiden verschafft Rodlern den entscheidenden Vorsprung

Chris Mazdzer (vorne) und Jayson Terdiman (hinten) aus den Vereinigten Staaten nehmen am 15. und 16. Dezember 2018 am Lake Placid World Cup teil. Foto von Ayden Meyers.

Das Steuern eines Rennrodels erfordert außergewöhnliche Kraft, Geschicklichkeit und Mut. Während ihre Schlitten durch die Kurven, Wendungen und Geraden einer 1,6 km langen Strecke aus festem Schnee und Eis sausen, erreichen die Athleten des USA-Rodel-Teams Geschwindigkeiten von bis zu 90 Meilen pro Stunde und halten Kräften von bis zu 7 G stand. Eine Tausendstelsekunde kann den Unterschied zwischen Gold und Silber ausmachen.

Die Herstellung der Schlittenkufen, auch Kufen oder Stähle genannt, für diesen Hochgeschwindigkeitssport mit hohen Einsätzen ist eine ernste Angelegenheit. Da so viel auf diesen Stählen gefahren wird, setzt USA Luge in Phoenix, Arizona, auf Accurate Waterjet.

Arnie Lytle kaufte Accurate Waterjet im Jahr 2008 nach mehr als acht Jahren bei LAI (ehemals Laser Applications Inc.), einem der weltweit größten Laser- und Wasserstrahlunternehmen. Lytle begann 2006 mit USA Luge zu arbeiten, bevor er Accurate Waterjet kaufte. Der Enkel seiner Frau, der Praktikant bei USA Luge war, stellte die erste Verbindung her.

Obwohl es Schlittenrennen schon seit dem 15. Jahrhundert gibt, sind Rodelveranstaltungen erst seit 1964 Teil der Olympischen Winterspiele. Heutzutage rekrutiert USA Luge Athleten ab 9 Jahren, wobei die über 20-Jährigen normalerweise auf olympischem Niveau antreten, so Gordy Sheer. der Marketing- und Sponsoring-Direktor des Teams. Die Nationalmannschaft wird im Vorfeld der olympischen Wettkämpfe alle vier Jahre auf zehn Athleten beschränkt.

Schlitten werden individuell angefertigt, um der Körpergröße, dem Körpertyp und der Fortbewegungsweise jedes Teammitglieds gerecht zu werden. Rennschlitten sind etwa 3 Fuß lang, wiegen etwa 60 Pfund und sind jeweils mehr als 40.000 US-Dollar wert. „Jeder Nationalmannschaftssportler erhält einen maßgeschneiderten Schlitten, basierend auf Größe, Gewicht und Vorlieben, sowie ein paar Sätze Stähle“, erklärte Sheer. „Die Formen der Stähle können je nach Bedingungen, Vorlieben des Fahrers und anderen Faktoren geändert werden.“ Die Trainer des Teams fertigen jeden Stahlsatz von Hand an, bevor sie ihn an den Schlitten befestigen, und stimmen ihn dann weiter ab, um ihn an den einzelnen Athleten anzupassen.

Accurate Waterjet formt alle vier Jahre neue Stähle für das Rennrodelteam der USA, während neue Schlitten für olympische Wettkämpfe entwickelt werden. „Alle vier Jahre, wenn wir dies tun, ändert sich der Prozess erheblich, und die Materialien, die wir schneiden, ändern sich erheblich“, sagte Lytle. „Die Entwicklung dieser Schlitten und dieser Stähle ist ein sehr aufwendiger High-Tech-Prozess.“

Um die neueste Generation von Stählen zu schneiden, mit denen USA Rodel bei den Olympischen Winterspielen 2020 in Peking antreten wird, standen Lytle und sein Team vor einer neuen Herausforderung: Zum ersten Mal wurde jeder Stahl aus einer einzigen Metallplatte von etwa 2 Zoll geformt. dick, 2,5 Zoll breit und 43,5 Zoll lang.

Wie Sheer erklärte, erfordert das einteilige Design eine präzise Nachbearbeitung nach dem Wasserstrahlschneiden, „um sicherzustellen, dass es perfekt geformt ist, um die Reibung auf dem Stahl zu reduzieren und die Geschwindigkeit zu maximieren. Stähle müssen nach genauen Spezifikationen mit einem sich ständig ändernden Profil entlang der Kante hergestellt werden. An manchen Stellen.“ müssen schärfer und an einigen Stellen runder sein. Das ist alles relativ. Zu scharf, und sie graben sich in das Eis ein und erzeugen zusätzliche Reibung.“

Das für die Schlitten des Teams entwickelte Metall ähnelt Edelstahl, die genaue Zusammensetzung des Materials ist jedoch ein streng gehütetes Geheimnis, das selbst Lytle nicht kennt. Wie konnte er also herausfinden, wie man es am besten schneidet?

„Beim Wasserstrahlschneiden handelt es sich eigentlich um einen kontrollierten Erosionsprozess, nicht wirklich um einen Schneidprozess“, erklärte er. „Der Faktor, der die Geschwindigkeit beeinflusst, die man erreichen kann, ist der Bearbeitbarkeitsindex, der durch die Zusammensetzung der Legierung und die Härte des Materials bestimmt wird.“

Die Stähle, hier auf der Unterseite des Rennrodels zu sehen, werden innerhalb enger Toleranzen mit Wasserstrahl geschnitten, anschließend bearbeitet und für jeden Rennrodelsportler maßgeschneidert.

Zu Beginn seiner Wasserstrahlkarriere sammelte Lytle wertvolle Erfahrungen durch die Durchführung von Effizienzstudien und die Bewertung mehrerer Variablen, z. B. wie sich unterschiedliche Schleifkorngrößen auf das Schneiden auswirken, wie unterschiedliche Qualitäten und Arten von Schleifmitteln funktionieren, wie sich unterschiedliche Schleifmitteldurchflussraten auf die Schneideffizienz auswirken und wie unterschiedlich das Wasser ist Die Durchflussraten werden sowohl vom Druck als auch von der Düsengröße beeinflusst.

Lytle und sein Team verfolgen einen experimentellen Ansatz, um herauszufinden, wie sich die unbekannte Legierung am besten schneiden lässt. Sie führen einen Probeschnitt mit einer sicheren Arbeitsgeschwindigkeit durch, in der Regel zwischen 70 und 80 Prozent der Endeinstellung. Anschließend bewerten sie den Testschnitt und erhöhen die Geschwindigkeit um etwa 5 Prozent, wenn das Finish gut ist und innerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegt. Sie wiederholen diesen Vorgang, bis die Schnittkante fast außerhalb der Toleranz liegt, und verlangsamen dann die Geschwindigkeit leicht, um die optimale Einstellung zu erreichen.

Dieser vorsichtige Ansatz war besonders für die Spiele 2020 gerechtfertigt, da das 2 Zoll dicke Material dicker ist als das Material früherer Rennrodelstähle. „Wir wollten es nicht zu schnell angehen und Streifen oder Linien im Schnitt bekommen“, sagte Lytle. „Wenn man es zu schnell drückt, schneidet es nicht vollständig und wandert ein wenig hin und her. Man fängt an, einen groben Schnitt zu bekommen, und das ist nicht zufriedenstellend.“

„Beim Wasserstrahl schneidet eine bestimmte Legierungs- oder Materialqualität im Allgemeinen innerhalb eines bestimmten Bereichs“, fuhr er fort. „Wir schneiden nahezu auf Endgröße, sodass die Stähle bei der Endbearbeitung leicht bearbeitet werden können und eine mögliche Maschinenhärtung vermieden wird, die in der zweiten Endbearbeitungsstufe ein großes Problem darstellen kann.“

Das Rohmaterial für die Stähle liegt in Stangenform vor, und ursprünglich forderte das Team eine Ausbeute von ein oder zwei Stählen pro Stange, doch Lytle und sein Team erstellten einen Werkzeugweg mit Schnittlinienschnitt, der es den Stählen ermöglichte, gemeinsame Kanten zu haben; Vier Schnitte in einem Stab ergaben drei Stähle. Um diesen über den Erwartungen liegenden Ertrag zu erzielen, war ein hohes Maß an Präzision erforderlich. Konizität kann ein Problem sein, daher hat Accurate die Programmierung geändert, um die Vorschubgeschwindigkeit zu verlangsamen, um präziser schneiden zu können. Die Bearbeitung, die nach dem Wasserstrahlschneiden erfolgt, erfordert, dass die Rohlinge mit Wasserstrahl innerhalb sehr enger Toleranzen geschnitten werden.

Für die neueste Generation von Stählen vertraute Lytle auf eine Mitsubishi-Wasserstrahlmaschine mit einer KMT-Verstärkerpumpe, die einen maximalen Wasserdruck von 90.000 PSI erzeugte, obwohl 70.000 PSI zum Schneiden der Stähle am effizientesten waren. Die Maschine verfügt über eine Öffnung mit einem Durchmesser von 0,010 Zoll und ein Mischrohr mit einem Durchmesser von 0,030 Zoll, das das Schleifmittel mit einer Geschwindigkeit von 1 Pfund pro Minute zuführt.

In der Vergangenheit bestand der Rennrodelstahl aus mehreren Teilen, einschließlich eines separaten Kantenmaterials, das für den Hauptteil der Kufen mit einem Grundmetall verbunden war. Die Werkstatt hatte das Kantenmaterial mit einem Barton 80 HPA-Granat geschnitten, aber die diesjährigen einteiligen Stähle erforderten ein völlig neues Verfahren und eine andere Art von Granat, Barton ADIRONDACK® 80 HPX®.

Der Markenname stammt von dem Ort, an dem er abgebaut wird: Ruby Mountain in den Adirondacks im Norden des Bundesstaates New York, nicht weit von Lake Placid entfernt, wo USA Luge seinen Sitz hat. Zur Unterstützung von USA Luge spendete Barton den Granat, der zur Herstellung der neuesten einteiligen Stähle verwendet wurde. „Wir freuen uns, an dieser Aktion teilzunehmen“, sagte Randy Rapple, Präsident von Barton International mit Sitz in Glen Falls, New York, „und wir freuen uns darauf, das Team in Peking gegeneinander antreten zu sehen.“

Wie Lytle erklärte, hat der HPX-Granat schärfere Kanten als HPA und eignet sich daher besser für anspruchsvolle Anwendungen. Durch die Nassbearbeitung bei der Schleifmittelherstellung werden feine Materialien im Granat entfernt, wodurch die Staubbildung beim Wasserstrahlverfahren reduziert wird und ein sauberer Schnitt entsteht.

„Bei den Rennrodelstählen haben wir eine Toleranz von ±0,010 Zoll bis 2 Zoll Stahlmaterial“, erklärte Lytle und fügte hinzu, dass die scharfen Kanten des Granats „mit weniger Konizität geschnitten sind, was es uns ermöglicht, diese strengen Qualitätsanforderungen einzuhalten.“

Der ADIRONDACK HPX-Granat, den Accurate Waterjet für seine USA-Rodel-Arbeiten verwendet, hat eine kristalline Struktur mit scharfen, eckigen Kanten.

Lytle fügte hinzu, dass die scharfen Kanten dem Granat aggressive Schneideigenschaften verleihen, was dazu beiträgt, die Schnittgeschwindigkeit zu steigern, in diesem Fall um etwa 10 Prozent, und gleichzeitig eine hohe Kantenqualität beizubehalten.

Zuvor benötigte das Accurate Waterjet-Team etwa acht Stunden, um drei Stähle auf einem 55.000-PSI-Wasserstrahlsystem mit 80-HPA-Granat zu schneiden. Durch den Einsatz eines Wasserstrahls mit 80 HPX-Schleifmittel und einem Verstärker mit 70.000 PSI verkürzte der Hersteller die Schnittzeit um zwei Stunden.

Das Schneiden der tatsächlichen Form der Stähle ist keine besondere Herausforderung. Die Herausforderung besteht darin, die Verarbeitungskonsistenz bei 2 Zoll dickem Material während Zykluszeiten aufrechtzuerhalten, die in Stunden statt in Minuten gemessen werden. Lytle erklärte: „Die Herausforderung besteht darin, dass es 2 Zoll dick ist. Sie müssen also sicherstellen, dass der Granat gut fließt und keine Unterbrechungen wie Verstopfungen auftreten, die zu allen möglichen Problemen führen und leicht zum Ausschuss führen können.“

Zusätzlich zu den sich ständig ändernden technischen Herausforderungen dieser Arbeit schätzt Lytle die Möglichkeit, einen Beitrag zur Rennrodelorganisation der USA zu leisten. „Ich bin ein Veteran, und fast jeder in unserer Werkstatt ist ein Veteran oder die Familie eines Veteranen. Wir alle nehmen unseren Nationalstolz sehr ernst und tun deshalb gerne Dinge, die unser Land repräsentieren.“

Lytle hat es auch genossen, die Athleten kennenzulernen. „Sie sind anders als bezahlte Profisportler“, sagte er. „Sie neigen dazu, bescheidener zu sein. Ich bin stolz darauf, das Team unterstützen zu können, weil sie nicht über die großen Unterstützungs- und Geldeinnahmen verfügen, die ein professionelles Sportteam hätte.“

So wie Accurate Waterjet im Laufe der Jahre sein Handwerk verfeinert hat, so hat auch USA Luge sein Handwerk verfeinert. „Bevor wir die Stähle herstellten, hatte das Team bei mehreren Olympischen Spielen nicht wirklich viele Medaillen gewonnen“, sagte Lytle. „Seit sie begonnen haben, ihre eigenen Läufer zu entwerfen und wir sie herstellen, gewinnen sie etwas mehr Medaillen. Wir sind sehr stolz darauf, dem Team dabei zu helfen, bessere Leistungen zu erbringen.“

Thomas Riggs ist Wasserstrahl-Marketingmanager, Barton International, Six Warren St., Glens Falls, NY 12801, 800-741-7756, www.barton.com.