Militärgerechte Luftfahrtinstrumente von Aero-Tec: Präzise Bedienpanels für Flugzeuge und Simulatoren

Aero-Tec Industries in Seminole, OK fertigt Luftfahrtinstrumente – eine Vielzahl intern beleuchteter Bedienpanels für Tragflügler, Drehflügler und Simulatoren. Ein großer Teil ist nachtsichtbrillenkompatibel. Spezielle Lampenfilter und Lacke sind dafür nötig.

2005 machte sich Aero-Tec Präsident Charles Harbert auf die Suche nach einer CNC-Maschine, die beleuchtete Displays für Flugzeugfunkgeräte aus Gussacryl im Batch-Verfahren fertigen konnte. Aber es waren keine gewöhnlichen Displays – für exakte Spezifikationen brauchte Aero-Tec ein außergewöhnliches Gerät.

Fertigung beleuchteter Luftfahrtinstrumente

Laut Harbert: „Im Teil eingeschlossen sind zwei versiegelte 5-Volt-Lampenmodule – eines liefert Hintergrundbeleuchtung für UHF, das andere [oben] beleuchtet das Display hinter einem klaren Fenster. Die Lampenmodule sind gefiltert für Nachtsichtbrillen-Kompatibilität militärischer Piloten … und die Beschriftung unten ist nicht beleuchtet.“

Die gezeigten Teile umfassen ein fertiges Teil (minus zwei Drähte aus versenkten Anschlüssen auf der Rückseite) und zwei weitere Teile zeigen das Innenleben und die komplexen Fertigungsschritte.

Als Aero-Tec im Internet auf DATRON Dynamics, Inc. (Milford, NH) stieß, wurde Harberts Hoffnung auf überlegene Technologie durch eine Website bestärkt, die avantgardistische High-Speed-Bearbeitungszentren zeigte – und vielleicht noch wichtiger: ein Buffet integrierter Features, das nach echter Turnkey-Lösung roch. „Insbesondere“, so Harbert, „interessierte mich, wie DATRONs High-Speed-Technologie und integrierter Vakuumtisch unsere Effizienz und die Gesamtqualität unserer gesamten Produktlinie beeinflussen könnten.“

Tatsächlich hatte DATRONs VacuMate™-Spanntechnik mindestens so viel zum Erfolg bei diesem speziellen Luftfahrtteil beigetragen wie die 60.000 U/min Bearbeitungstechnologie selbst. VacuMate sichert flache Werkstücke schnell und effizient auf dem Bearbeitungstisch. Dünnes Material, zuvor nur mit großer Schwierigkeit spannbar, wird buchstäblich in Sekunden gesichert – inkl. Kunststofffolien von 0,001″ oder Aluminiumbleche bis 0,250″. Der Vakuumtisch hat luftstromoptimierte Ports mit versenkten Kammern für überlegene Vakuumverteilung. Ein kostengünstiges, gasdurchlässiges Substrat dient als Opferschicht, sodass der Fräser durch das Werkstück schneiden kann, ohne in den Tisch zu schneiden. Beim Auflegen eines einzelnen 18″x12″ VacuMate-Segments (oder bis zu 4 verbundener Segmente für 24″ x 36″) auf dem Maschinenbett bleibt die Position immer gleich. Denn VacuMates sind über ein kegelförmiges Boss-in-Cavity-System gekeyt für Lagewiederholbarkeit.

Laut DATRON Dynamics President Bill King: „Die meisten CNC-Hersteller kümmern sich nicht um Spanntechnik. Sie verkaufen die Maschine und überlassen Ihnen, wie Sie Teile spannen. DATRON verfolgt einen ganzheitlichen Ansatz und betrachtet Spanntechnik als Teil der Gesamtlösung.“

Diese Integration überzeugte Aero-Tec zur Beschaffung des DATRON-Bearbeitungssystems mit 3D-Tasten und VacuMate – und Harbert und die F&E-Gruppe machten sich ans Perfektionieren des Prozesses.

Militärgerechte Luftfahrtinstrumente

Erster Schritt: Batch-Fertigung („Cookie-Cut“) eines 24″ x 36″ Blatts militärischem Gussacryl für die Rückseite. Mit QuadraMate™ (4 verbundene VacuMate-Segmente) wird das Material gespannt. Der Taster scannt die Materialoberfläche, validiert die Rohlingposition und speist Unregelmäßigkeiten in DATRONs Steuerung ein. Oberflächenunregelmäßigkeiten werden dynamisch in den Bearbeitungsparametern kompensiert – ohne Bediereingriff und bevor das Fräsen beginnt. Das sichert konstante Schnitttiefe trotz Dickenschwankungen. Kritisch für dieses Luftfahrtteil und Aero-Tec, da sie bis auf vier Tausendstel Zoll an den Durchbruch fräsen. Nach dem Ausfräsen der Basis-„Rohlinge“ werden die Einzelteile auf dem Vakuumspanner neu gespannt für Freiräume der elektrischen Anschlüsse auf der Vorderseite.

Die Teile werden vom Maschinenbett genommen, zwei Spezialanschlüsse von der Vorderseite eingebaut und mit katalysiertem Polyester verharzt. Überschüssiges Harz wird nassgeschliffen für glatte Vorderseite. Dann werden Lampenbaugruppen und Verkabelung eingebaut – mit besonderer Sorgfalt zur Position, damit Elektronik in späteren Phasen auf der DATRON High-Speed-Maschine nicht beschädigt wird. Diese Komponenten werden erneut mit Polyester verharzt.

Die Teile kommen zurück auf die DATRON-Maschine, gespannt mit Vakuumvorrichtung, damit alle detaillierten Features auf der Rückseite gefräst werden können – das rechteckige Fenster wird bis auf den Absatz heruntergefräst. Dann wendet der Bediener das Teil und legt es in eine dedizierte Vorrichtung an einer separaten Station im Arbeitsraum der DATRON-Maschine. Hier wird der Fensterdurchbruch beendet, eine Fase um die Öffnung gefräst und die Schulter mit einem Kugelfräser bearbeitet. Ein zusätzlicher Spannbacken im Durchbruch (Fenster) hält das Teil, während der Perimeterschnitt das Teil vom Block militärischem Acryl löst.

Die Einzeldisplays durchlaufen dann einen Lackierprozess – Schwarz über Weiß. Nach Lackierung wird Beschriftung per Diodenpumpen-Laser aufgebracht, der die schwarze Farbe abträgt und das Weiß darunter freilegt. Die DATRON-Bearbeitungsmaschine fertigte die Registriervorrichtung für das Lasersystem.

Die Teile kehren zur DATRON zurück, wo die Schwarz-Weiß-Farben auf der oberen Wand der Fensteröffnung auf der Rückseite weggefräst werden. Das lässt NVG-sicheres Licht auf das Display hinter dem Fenster fallen. Schließlich wird das Fenster selbst (auch auf der DATRON aus Gussacryl gefräst) eingeklebt und Drähte angelötet und verharzt. Das Aero-Tec-Design erlaubte Drähte zuletzt, damit DATRON-Bediener nicht während der verschiedenen Bearbeitungsprozesse damit kämpfen müssen. Harbert lobt DATRONs Zuverlässigkeit: „Ich kann die Qualität der DATRON-Serviceabteilung nicht beurteilen, weil die Maschine nach eineinhalb Jahren Projekt nicht einmal gehickt hat – wir brauchten keinen Service … was außergewöhnlich ist.“

Weiter erklärt er: „Es ist erstaunlich, wie viel Arbeit in Luftfahrtinstrumenten oder fertigen Militärteilen steckt. Aber wenn das uns alle sicher hält, lohnt der Aufwand – und wenn die Qualität dieses Teils kritisch für diese Sicherheit ist, ist DATRON buchstäblich ein Lebensretter.“