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Technik - Laufräder - Speichenkräfte

Erste Ergebnisse der Messungen von Speichenkräften.

Fahrräder:

Rennrad: 32 Speichen, FIR Apollo (Hochprofilfelge), Reifen 23 mm, Übersetzung 39/23, Klemmweite 130 mm.
Stadtrad: 36 Speichen, Mavic T217, Reifen 32 mm, Klemmweite 130 mm.
Reisetandem: 48 Speichen, Mavic T217, Reifen 37 mm, Klemmweite 140 mm.
Renntandem: 36 Speichen, Rigida DP18 (Hochprofilfelge), Reifen 23 mm, Klemmweite 135 mm.
MTB-Tandem: 36 Speichen, Sun Rhyno Light, Reifen 54 mm, Klemmweite 135 mm..
MTB: 32 Speichen, Übersetzung 22/34, Reifen 54 mm, Klemmweite 135 mm..
Alle Speichen 2,0/1,8/2,0 mm.

Gewichtsbelastung durch Sitzen auf dem (hinteren) Sattel, dabei möglichst alles Gewicht auf dem Sattel und möglichst geringes seitliches Anlehnen an eine Wand. Masse ca. 70 kg.

Messgerät: DT-Tensiometer. Der Messfehler des Geräts an sich ist sehr gering. Das schwierigste ist das Handling des Geräts unter verschiedenen Lagen am Hinterrad, weil das Eigengewicht der Zange die Messung beeinflussen kann. Auch die Positionierung auf der Speiche hat einen Einfluss. Schätzung: bei sorgfältiger Bedienung ca. ± 20 N.

Einfluss des Reifendrucks

Der Innendruck des Reifens erzeugt natürlich auch Kräfte auf das Laufrad. Er versucht, das Laufrad zusammenzudrücken, wodurch die Speichenspannung mit zunehmendem Reifendruck abnimmt. Dieser Effekt ist nicht unerheblich, siehe Bild unten. Ein üblich hoher Reifendruck von 6 bis 8 bar verringert in diesem Fall die Speichenkräfte um ca. 10 %.

Speichenkräfte Rennrad, Druckabhängigkeit. Zugspeiche rechts, Position 90 °.

Einfluss der Gewichtsbelastung

Die Belastung durch das Fahrergewicht (und das Eigengewicht) erzeugt beim Fahren eine mit der Winkelposition der Speichen wechselnde Belastung und Entlastung, siehe Bild unten. Die Position der Speiche im Aufstandspunkt des Rades am Boden wird als 0 ° definiert. Die Entlastung ist in einem relativ kleinen Bereich rund um den Aufstandspunkt recht groß, während die Belastung auf einen großen Bereich verteilt wird und dadurch betragsmäßig relativ gering bleibt. Die Flächen über den beiden Kurven sollten gleich den Flächen unter den beiden Kurven sein. Es kann hier nicht gesagt werden, ob die Unterschiede bezüglich der Differenz zur Nulllage zwischen rechts und links echt sind.

Speichenkräfte Rennrad, Gewichtsabhängigkeit. Druck 6 bar.

Einfluss der Konstruktion

Die Form des Felgenquerschnitts und die Speichenzahl sollte auch einen Einfluss auf die Kräfteverteilung haben. Die weniger steife Felge des Stadtrads führt offenbar zu einem größeren Kraftverlust im Aufstandspunkt. Dies kann mit erhöhter Speichenzahl ausgeglichen werden (Reisetandem, 48 Speichen). Das Renntandem liegt im gleichen Bereich (Hochprofilfelge, 36 Speichen). Das MTB-Tandem ist schierig einzuschätzen. Die Felge ist relativ breit wie auch der Reifen, der möglicherweise die Aufstandskraft besser verteilt.

Die Belastung durch das Antriebsdrehmoment wurde am Rennrad (39/23 Zähne, 32 Speichen) und am MTB (22/34 Zähne, 32 Speichen) getestet. Der Einfluss auf die Speichen ist zumindest auf der rechten Seite nicht unerheblich und hängt natürlich von der verfügbaren Übersetzung ab. Die 70 kg Körpergewicht wurden stehend auf das waagerecht vorne stehende Pedal aufgebracht. Der Unterschied zwischen Belastung des linken oder des rechten Pedals war sehr gering. Auf der linken Seite kommt auf Grund der Verwindung des Nabenkörpers (in diesem Fall eine vergleichsweise filigrane Dura Ace 7700) nicht viel davon an. Bei steiferen Nabenkörpern sollte das anders sein.

Speichenkraftdifferenzen zwischen Positionen 0 ° und 90 ° sowie zwischen unbelastet und unter Antriebsmoment bei 90 °.

Nicht gezeigt sind Messungen unter seitlicher Belastung des Laufrads. Versuche haben gezeigt, dass man durch die Belastung des schräg stehenden Fahrrads Speichen am Aufstandpunkt fast völlig entlasten kann.