Ohne Kupplung kein Antrieb

Wo immer irgend etwas angetrieben wird, ist mindestens eine Kupplung im Spiel. Meist gehört auch noch ein Getriebe dazu und weitere Maschinenelemente, bis das gewünschte Maschinenteil sich zu bewegen beginnt. Um zu erfahren, was sich so alles rund um die Kupplung tut, haben wir uns bei Jakob in Kleinwallstadt umgesehen, die gerade ihr neues Verwaltungsgebäude bezogen haben.

Wer Jakob in Kleinwallstadt besucht, sieht sich im neuen Verwaltungsgebäude zunächst einem alten Kirchturm-Uhrwerk gegenüber, das nach gründlicher Reparatur wieder läuft und den Mitarbeitern mit stark gedämpftem Klang die Stunde schlägt. Sowohl das neue Gebäude als auch die Uhr weisen unmissverständlich darauf hin, dass Jakob ein erfolgreiches Unternehmen ist. 1973 von Ludwig Jakob gegründet und von ihm mit sicherer Hand geführt, entstand aus dem ursprünglichen Unternehmen durch Zukauf eine Firmengruppe mit rund 250 Mitarbeitern, die längst nicht nur Kupplungen herstellen. Dennoch blieb die Kupplung das Kernfeld, das stetig neue Ableger hervorbringt. Natürlich macht man nicht ¿alles¿ selbst, sondern bezieht Bauteile von Zulieferern ¿ oder gründet Zulieferbetriebe selbst, wie die Produktionsstätte in Ungarn.

Die Balgkupplung

Antriebe von Maschinen bestehen meist aus einer Vielzahl von Einzelteilen, die nicht immer optimal zusammen passen. Wellenversatz oder Winkelfehler sind vorprogrammiert, wenn Motor und Getriebe, Getriebe und Maschine getrennt gefertigt und später am Ort der Tat montiert werden. In solchen Fällen hat sich die Metallbalgkupplung sehr bewährt, die Jakob seit 1973 produziert. Es stellte sich freilich schnell heraus, dass dieses scheinbar so einfache Maschinenelement viel Know-how erfordert, um beherrscht zu werden. Denn während seiner Laufzeit muss es nicht nur Kräfte bis zum maximalen Drehmoment übertragen können ¿ es wird bei Winkelfehlern ja auch gewalkt und durch Schwingungen beansprucht. Die Verbindung des Balges mit den beiden Naben muss dabei ebenso sicher halten wie die Verbindung der Naben zu den Wellen.

Jakob verwendet für den Metallbalg, den ein Spezialunternehmen zuliefert, ausschließlich Edelstahl. Der Zulieferer entwickelte zudem über fast drei Jahrzehnte Bälge mit steigender Genauigkeit, die für den Zusammenbau mit den meist aus Aluminium bestehenden Naben äußerst wichtig ist. Jakob entwickelte dazu ein Verfahren, nach dem die Balgenden mit den Naben durch Bördeln formschlüssig verbunden und anschließend gesichert werden. Dadurch lassen sich Kupplungen auch bei höheren Temperaturen verwenden, was bei Klebverbindungen schnell an seine Grenzen stößt. Zwar wären auch Schweiß- oder Lötverbindungen denkbar, die sind jedoch bei der Verbindung von Edelstahl und Aluminium außerordentlich aufwendig.

Die mechanische Verbindung von Balg und Naben ist denn auch ein wichtiges Element der Jakob-Kupplungen, das ihre Genauigkeit über die Lebensdauer garantiert ¿ wenn sie nicht überlastet wird. Dazu gleich mehr. Im Lauf der Jahre wuchs die Zahl der Nabenvarianten an und sie wächst immer noch. Vor allem aber entwickelte man raumsparende Konstruktionen, bei denen die eingehende und abgehende Welle mit den Nabenverbindungen innerhalb des Balges verschwindet. Das wird durch spannzangenähnliche Klemmung erreicht, die außerdem für eine hervorragende Zentrierung sorgt.

Solche sehr kurz bauenden Kupplungen eignen sich darum auch für sehr hohe Drehzahlen und kleine Wellendurchmesser, bei denen die Klemmung extrem hoch belastet wird.

Wegen der zahlreichen Varianten allein schon bei den Wellendurchmessern unterhält der Betrieb ein umfangreiches Lager, so dass selbst dringende Kundenwünsche in kürzester Zeit erledigt werden können. Auch dann, wenn es um ausgefallene Sonderausführungen geht. Neben der Metallbalgkupplung wird in Kleinwallstadt seit vielen Jahren eine spielfreie Elastomerkupplung angeboten. Sie besitzt schwingungsdämpfende Eigenschaften, ist steckbar und elektrisch isolierend. Dabei sorgt sie für Ausgleich leichten Wellenversatzes und ist dennoch für hohe Drehzahlen geeignet.

Und wenn es kracht?

Normale Kupplungen lassen sich natürlich nur bis zur maximal für sie angegebenen Last beanspruchen, wobei für die Metallbalgkupplung und die von ihr abgeleitete Membrankupplung die Torsionssteifigkeit spricht. Aber irgendwann steckt irgendwer einen Knüppel zwischen die Speichen oder fährt die Maschinerie unbeabsichtigt gegen die Wand. Was dann?

So weit muss es natürlich nicht kommen. Doch es gibt viele Maschinen, bei denen die Gefahr der Überlastung besteht. Darum war es der nächste, logische Schritt, zur Metallbalgkupplung auch eine Überlastsicherung zu entwickeln, eine Sicherheitskupplung. Wegen der hohen (betriebsinternen!) Anforderungen an die Genauigkeit des Auslösemomentes kam eine Rutschkupplung nicht in Frage. Stattdessen entwickelte man eine Art Freilaufkupplung, in der die in Kalotten ruhenden Kugeln die exakt eingestellte Vorspannung überwinden müssen. Das Wiedereinrücken geschieht je nach Kupplungstyp automatisch. Wurde die zu hohe Belastung nicht zurückgenommen, springen die Kugeln erneut über. Der Axialhub der Schaltscheibe kann dazu genutzt werden, einen berührungslosen oder mechanischen Endschalter zum sofortigen Stop (Not-Aus) zu betätigen. Bei einer weiteren Variante kann das Ausrückmoment vom Kunden selbst eingestellt werden. Im normalen Arbeitsbereich sind diese Sicherheitskupplungen absolut spielfrei.

Auch von diesen Sicherheitskupplungen gibt es eine Vielzahl von Ausführungen. Wichtig ist, dass die zur Vorspannung benutzten Tellerfedern im degressiven Bereich arbeiten. Dadurch sinkt die Federkraft mit steigendem Federweg, wodurch das Moment beim Ansprechen im Millisekundenbereich abfällt. Diese Sicherheitskupplungen gibt es als separates Element, mit Balg-, Membran- oder Elastomerkupplung, mit aufgebauter Zahnriemenscheibe oder Kettenrad ¿ nahezu alles ist möglich. Ganz wichtig ist die sehr kurze Baulänge der Kupplung, die oft nicht breiter baut als eine Zahnriemenscheibe für einen Riemen, der für vergleichbare Belastung ausgelegt ist.

Noch ein Schritt weiter

Antriebe aller Art enthalten sehr häufig entweder ein mehrstufig schaltbares Getriebe oder eine feste Übersetzung. Meist soll die Motordrehzahl ins Langsame mit entsprechendem Drehmomentgewinn übersetzt werden. Da auch für solche Getriebe nur ganz selten genügend Einbauraum zur Verfügung steht, dennoch auf Kupplungen nicht verzichtet werden kann, entwickelte Jakob in jüngster Zeit eine Kombination beider Elemente. Das heißt, ein platzsparendes Planetengetriebe ist an Ein- wie Ausgang mit Kupplungen versehen, die etwa mit Metallbälgen oder Elastomersternen arbeiten kann. Auch die Kombination mit einer Sicherheitskupplung ist möglich.

Diese Getriebe habe ich mir angesehen, sie arbeiten spiel- und geräuscharm, sind außerordentlich solide gefertigt und für lange Lebensdauer ausgelegt. Aber das können Ihnen die Mitarbeiter des Herstellers viel besser erzählen. Ebenso, dass zum Programm auch inkrementale Handräder sowie sehr interessante Spannelemente gehören, dass Jakob seit 1995 in der Vakuumtechnik tätig ist und seit jüngster Zeit in der Ionen- und Plasmatechnik, die für die Oberflächentechnik immer interessanter wird.

Fraktale Gliederung

Normalerweise sind Betriebe hierarchisch organisiert. Oben drauf sitzt der Chef, dem die Geschäftsleitungs-Mitglieder für die einzelnen Resorts verantwortlich sind. Die wieder haben Abteilungsleiter mit Gruppenleitern ¿ bis hin zum Azubi. Wer immer etwas von unten nach oben melden will, muss zahlreiche Filter und Bremsen passieren, Eifersüchteleien sorgsam ausnutzen oder umgehen und so weiter. Auf diese Weise sind in der Vergangenheit zahllose Ideen, Verbesserungen und andere Vorschläge erstickt und blockiert worden. Das Betriebsklima ist in solchen Unternehmen miserabel. Die Innovationskraft schwindet, das Unternehmen ist auf die Dauer nicht überlebensfähig.

Diese keineswegs neue Erkenntnis führte zur Suche nach anderen Organisationsstrukturen, nach flexibleren Systemen, die jedem Mitarbeiter ein Höchstmaß an Information bieten und das Verantwortungsbewusstsein fördern. Ein oft quälend langsamer Prozess, weil er gegen so manchen Mitarbeiter durchgesetzt werden muss, der seine vermeintlichen Pfründe eifersüchtig hütet und jede Veränderung mit allen Mitteln bekämpft.

Es gab jedoch auch in der Vergangenheit ganz andere Beispiele in überraschend reibungslos funktionierenden Betrieben, in denen es von Anfang an keine Abschottung gab. Heute nennt man das ¿fraktal¿, Fraktionen also, die gleichberechtigt nebeneinander stehen. So berichtet denn auch Klaus Reus, der bei Jakob für Marketing und Export verantwortlich zeichnet, dass es im Betrieb schon längst keine Vorgesetzten, keine pyramidenförmige Hierarchie mehr gibt. Zwar behält sich Ludwig Jakob schwerwiegende Entscheidungen vor, zudem wird er über alle Entscheidungen, die seine Mitarbeiter treffen informiert, doch in der Regel fungiert er nur als erfahrener Berater.

Ganz sicher gibt es gelegentlich unterschiedliche Meinungen und Reibungen, aber das wird unter Gleichberechtigten ohne großen Aufwand geregelt. Entsprechend unverkrampft ist auch das Verhältnis mit den Mitarbeitern in der Produktion, die jederzeit ihre Vorschläge und Erfahrungen in die Diskussion einbringen können. Endlose Redeschlachten und vertagte Entscheidungen gäbe es überhaupt nicht, berichtete Reus. Und: Jedem steht jede Information offen.

Ist dies das ¿Geheimnis¿ eines Unternehmens, das sich innerhalb von 28 Jahren vom Einmannbetrieb zum inzwischen weltweit operierenden Hersteller von Maschinenelementen entwickelte, obwohl es von Anfang an galt, sich gegen starken Wettbewerb durchzusetzen? Versuchen Sie mal sich vorzustellen, Ihr Betrieb würde auf die gleiche Weise geführt. Vielleicht sind auch bei Ihnen Verbesserungen in eine ähnliche Richtung möglich.

Christian Bartsch / Dezember 1999