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Velophysik
Die Speichen
Gute Laufräder tragen viel zum Fahrkomfort eines Velos bei. Ein wichtiger Faktor dabei ist die Qualität der Einspeichung.
Die Speichen geben den Rädern einerseits die notwendige Stabilität bei geringem Gewicht und andererseits übertragen sie am
Hinterrad die Antriebskraft von der Nabe auf die Felge.
Das Gewicht eines Tourenvorderrades mit 36 Speichen beträgt etwa 700 g, ein Vollscheibenrad aus Aluminium mit 8 mm Dicke wäre etwa 5.8 kg schwer!
Um dem Rad die nötige Stabilität zu geben, müssen die Speichen eine hohe Zugspannung aushalten. Die Spannkraft pro Speiche beträgt je nach Felge und Speichentyp 80 bis 150 kg. Damit wirken auf die Felge über den ganzen Radius verteilt Zugkräfte von bis zu 5.4 Tonnen! Ganz schön viel.
Es gibt zwei Arten der Einspeichung, die Tangentiale und die Radiale, wobei die radiale Einspeichung, nur für Vorderräder mit Felgenbremsen in Frage kommt. Beim Hinterrad, wo die Speichen Antriebskräfte übertragen müssen, wird ausschliesslich tangential eingespeicht.
|Tangential eingespeichtes Rad||Radial eingespeichtes Rad|
Kraftverteilung am Hinterrad
Ausgehend von einer Achslast von 450 N, werden beim ruhenden Hinterrad die unteren 6 Speichen
(Winkel 50 °) mit etwa 70 N entlastet, die restlichen 30 N verteilen sich auf die anderen Speichen der unteren Radhälfte. Die Speichenlast nimmt exponentiell ab und in der oberen Hälfte wieder exponentiell zu. (Stark vereinfachtes Rechenmodell) Beim antriebslos drehenden Rad unterliegen die Speichen demzufolge dauernd wechselnden Kräften, welche hohe Anforderungen an die Materialqualität von Speichen und Felge stellen.
|Maximaler Entlastungsbereich||Zugspeichen (rot), neutrale Speichen (grün)|
Zusätzliche Belastung kommt hinzu, wenn das Hinterrad durch kräftiges Treten angetrieben wird. Die Speichen werden dann in zwei Gruppen eingeteilt, die Zugspeichen (rot eingezeichnet) und die neutralen Speichen. Die Zugspeichen, neun auf jeder Seite, werden also zusätzlich zur Vorspannung noch mit der zu übertragenden Antriebskraft belastet, während die neutralen Speichen dadurch entlastet werden. Beide Gruppen müssen immer noch die wechselnden Kräfte des antriebslos drehenden Rades aufnehmen.