Speiche (Rad)
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Speichen verbinden seit der Bronzezeit Naben mit Felgen zu einem Rad. Beim neuzeitlichen Rad werden die Speichen ausschließlich auf Zug belastet und stabilisieren so die Felge. Dieses Zusammenspiel führt zu ansonsten unerreichbarem Leichtbau.
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[Bearbeiten] Geschichte
Die ersten Speichenräder tauchen in etwa mit dem bronzezeitlichen Gebrauch der Karre als Streitwagen im Orient auf. Sie ersetzen die bis dahin üblichen schweren Scheibenräder. Die Speichenräder erlangen schnell auch im Kult Bedeutung und das Vierspeichenrad ist die klassische Form des Kultwagenrades. Das älteste erhaltene Exemplar eines bronzenen Rades mit vier Speichen stammt in Europa aus der Schweizer Siedlung Cortaillod. Es hat 47 cm Durchmesser, eine Nabenlänge von 37 cm und wog um die 10 kg. Real belastbar waren dagegen erst Räder mit sechs oder mehr Speichen, wie sie auf manchen ägyptischen Fresken abgebildet sind. Mit der Verbesserung der Holzverarbeitungstechniken tauchten dann auch hölzerne Speichen auf, die in Mitteleuropa z. B. für Gespannfuhrwerke noch heute in Gebrauch sind.
[Bearbeiten] Fahrrad
Speichen gibt es in unterschiedlichen Durchmessern und Querschnitten. Am gebräuchlichsten sind Speichen mit kreisrundem Querschnitt von 1,8 mm, 2,0 mm (Standard) und 2,34 mm Durchmesser. Für hochwertige Speichenlaufräder werden Einfach-Dickend- (ED), Doppel-Dickend- (DD) und Dreifach-Dickend- (3D) Speichen angeboten, bei denen das Mittelstück durch ein spezielles Schmiedeverfahren verjüngt (konifiziert) ist. Das verjüngte Mittelstück ermöglicht der Speiche, kurzfristige hohe Belastungen federnd abzufangen, wodurch Gewinde mit Nippel, Speichenbogen und Nabenflansch geschont werden. Sie hat außerdem ein geringeres Gewicht als die Standardspeiche. Die momentan leichtesten Stahlspeichen haben im Bogen und Gewinde 1,8mm Durchmesser und verjüngen sich in der Mitte auf 1,5mm. Eine Variante der verjüngten Speiche ist die Flachspeiche (auch Messer-, Säbel-, Aerospeiche), die einen geringeren Luftwiderstand hat.
Die Gewinde von Fahrradspeichen sind zur Vermeidung von Bruchkerben aufgewalzt, nicht wie sonst üblich, geschnitten.
Speichenlaufräder haben standardmäßig 36 Speichen, die sich 3-fach kreuzen. Je nach Durchmesser von Felge und Flansch der Nabe wird auch die 1-, 2- und 4-fache Kreuzung angewandt. Radiale Einspeichung ohne Kreuzung bietet eine etwas höhere Seitensteifigkeit (und durch die kürzeren Speichen auch das geringste Gewicht), belastet den Nabenflansch jedoch höher. Dort, wo Antriebs- oder Bremsdrehmomente übertragen werden, sind tangentiale Einspeichungen mit Überkreuzung zwingend notwendig.
Systemlaufräder, die von einem Hersteller komplett gefertigt werden, verwenden oft deutlich weniger Speichen. Die Stabilität wird durch entsprechend höhere Vorspannung der Speichen unter Verwendung besonders geeigneter Felgen erreicht.
Speichen werden aus Stahl, Aluminium, Titan und Karbon gefertigt. Stahlspeichen werden verzinkt, vernickelt, verchromt oder aus Edelstahl gefertigt. Hochwertige Stahlspeichen weisen eine Zugfestigkeit von 1200 N/mm² und mehr auf.
[Bearbeiten] Zugbelastung der Speichen
Bei heutigen Fahrrädern werden Speichen ausschließlich auf Zug belastet. Im Gegensatz zur naheliegenden Druckbelastung verformt sich das Rad bei Druck minimal, so dass der Abstand von der 12-Uhr-Position auf der Felge zur Nabe kleiner ist als der Abstand von der 3-Uhr-Position auf der Felge zur Nabe − kurz gesagt wird das Rad leicht eiförmig. Dadurch wirken Zugkräfte auf die horizontal liegenden Speichen, die eine Verformung des Rades verhindern. Druckkräfte auf die unteren vertikalen Speichen bleiben aus, da diese nicht in Richtung der Felge arretiert sind und so lediglich etwas in sie einsinken würden.
Durch die ausschliessliche Zugbelastung der Speichen sind auch sogenannte Notspeichen, die aus einer festen Kordel bestehen und unterwegs eingesetzt werden können, möglich.
[Bearbeiten] Speichenlänge
Vor dem Aufbau eines Laufrades muss die nötige Speichenlänge ermittelt werden, wobei folgende Formel genutzt werden kann:
![L = \sqrt[2\,]{a^2 + \frac{D_w^2 + d^2 + 2\,D_w\,d\,\cos( \alpha ) }{4}} - \frac{d_s} {2}](../../../../math/7/9/f/79f98ba6f8b3546387a0f3af03f20e04.png)
Dabei ist
im Bogenmaß bzw.
im Gradmaß
Die Parameter sind wie folgt:
L → Speichenlänge
d → Lochkreisdurchmesser der Speichenlöcher im Flansch
a → Distanz Speichenflansch zur Nabenmitte
nk → Anzahl Speichenkreuzungen
ns → Anzahl Speichen pro Flansch
ds → Speichenlochdurchmesser
