Einspeicharten°

Wir unterscheiden zwischen Radial- und Tangential-Einspeichung..Radial: die Speichen zeigen radial von der Nabe weg zur Felge. Tangential: die Speichen zeigen tangential von der Nabe weg zur Felge und überkreuzen sich dabei in der Häufigkeit je nach Einspeichart ein oder mehrere Male. Die tangentiale Einspeichung ist wohl die am meisten angewandte Art der Einspeichung beim heutigen Laufradbau.

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Tangential_Einspeichung

Die Bezeichnung Tagential-Einspeichung bezieht sich auf den mathematischen Ausdruck Tangente, mit der das Berühren einer Kurve von einer Geraden beschrieben wird. Und in der Tat "berühren" ja auch die Speichen den kreisrunden Nabenflasch sozusagen als Gerade. Es ergibt sich durch die tangentiale Stellung der Speiche zum Nabenflansch ein Hebelarm mit der die Speiche dann per Zugkraft Drehmomente zur Felge weitergeben oder besser gesagt übertragen kann. Solche Drehmomente verlaufen beim Antrieb über Kette, Ritzel und Nabenflansch auf die Speichen, bei Nabenbremsen (Rücktritt, Trommel- und Scheibenbremse) über die Bremseinrichtung und Nabenflansch ebenfalls auf die Speichen. Wenn im folgenden auch nur das Antriebsmoment erwähnt wird, so bezieht sich das gleichermaßen auch auf Bremsmomente.
Ein radial eingespeichtes Laufrad vermag übrigens zunächst kein Drehmoment zu übertragen. Erst wenn sich die Felge gegenüber der Nabe etwas verdreht hat, entsteht eine ebenfalls leicht tangentiale Stellung der ursprünglich radial zwischen Nabe und Felge verlaufenden Speichen und erst dann kann auch das radial eingespeichte Laufrad ein Drehmoment zwischen Nabe und Felge übertragen.
Je weiter die Speichen vom radialen Verlauf zwischen Nabe und Felge abgewinkelt werden, um so größer wird zunächst der Hebelarm, mit der die Speiche das Drehmoment übertragen kann. Sein Maximum erreicht die Abwinklung im übrigen bei 90 Grad, dann entspricht der Hebelarm exakt dem Radius des Lochreises, auf dem die Speichenlöcher der Nabe eingebracht worden sind. Diese Maximum erreicht man beim normalen 36 Speichenlaufrad annähernd mit einer sogenannten Vierfachkreuzung, auf die wir weiter unten noch intensiver eingehen.
Was ist diese bereits angedeutete Überkreuzung der Speichen und warum wird sie erforderlich? Nun, auch sie verschafft dem Laufrad ein wieder eine Art Gleichgewicht: In ihrer tangentiale Stellung zur Nabe kann die Speiche nämlich nur dann mit einer Vorspannung beaufschlagt werden, wenn eine andere Speiche einen entgegengesetzten Verlauf besitzt. Die Vorspannung der Speiche würde ansonsten Nabe und Felge wieder zurück in die radiale Stellung zueinander drehen. Und würde man jeweils eine komplette Speichenseite nach recht, die andere nach links oder umgekehrt abwinkeln, so würde ein enormes Drehmoment auf den Nabenkörper einwirken. Beim 36 Speichen-Laufrad mit Niederflanschnabe und unseren 900 N Vorspannung kämen da bei einer 90 Grad Abwinkelung 18 x 9OO N x 22mm = 356400 Nmm oder 356,4 Nm zusammen.
Hinzu käme dann noch das Antriebsmoment, welches sich auf die Vorspannung der nach links abgewinkelten Speichen hinzuaddierte und die nach rechts abgewinkelten Speichen entlasteten würde. Das nun wiederum hätte eine fatale Auswirkung: Die sich bislang im Kräftegleichgewicht zwischen den Achsgegenmuttern befindliche Felge würde durch das Antriebmoment schlagartig zum dem Nabenflansch der nach links abgewinkelten Speichen hinüberwandern, da sich deren Spannung und damit auch deren horizontale Kraftkomponente ja erhöht, die der Gegenseite sich entsprechend verringert.
Also muß man anders vorgehen und die Speichen abwechselnd einmal nach links und einmal nach rechts abwinkeln, wobei sich die Speichen dann überkreuzen. Wirkt jetzt ein Antriebsmoment auf nach links abgewinkelten Speichen ein, so erhöht sich deren Speichenspannung genau um den gleichen Betrag wie der, um den die nach rechts abgewinkelten Speichen entlastet werden. Summiert man nun die horizontale Kraftkomponente der nach links und der nach rechts abgewinkelten Speichen zusammen, so bleibt die Summe konstant, die Felge verbleibt also auch beim Antritt in der Mitte.
Damit sich die Speichen im Nabenflansch nicht gegenseitig behindern, werden sie wechselweise einmal mit dem Speichenkopf nach außen und einmal nach innen in den Nabenflansch eingefädelt. Variieren läßt sich die Anzahl der Kreuzungsstellen und dem entsprechend unterteilt man die Tangential-Einspeichund in der Anzahl der vorgenommenen Überkreuzungen
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Radial_Einspeichung

Bei dieser ursprünglichen Einspeichart verbinden wie oben bereits gesagt die Speichen Nabe und Felge in gerader (radialer) Linie. Antriebs- und Bremsmomente kann ein so eingespeichtes Laufrad nur unter Verdrehung der Felge gegenüber der Nabe aufnehmen. Das Ganze wirkt dann wie eine Torsionsfeder, da die Spannung aller Speichen um so mehr ansteigt, je größer die Verdrehung zwischen Nabe und Felge wird. In Verbindung mit Trommel- Scheiben- oder Rücktrittbremsen hat dies ein stotterartiges Bremsverhalten zur Folge: Die Felge verdreht sich gegenüber der Nabe, die Bremse blockiert kurzzeitig, rutscht dann wieder durch, blockiert kurzzeitig und so weiter.
Beim radial eingespeichte Hinterrad hingegen wirkt sich dieses Verdrehen positiv aus, glättet es doch damit die Antriebsspitzen ebenso wie das momentan aktuelle BIKEDRIVE-System. Genauer: Kein Mensch tritt exakt rund. Wenn die Kurbel in etwa horizontal steht, ist die Pedalkraft größer als bei senkrechter Kurbelstellung. Das radial eingespeichte Hinterrad speichert diese Lastspitzen als Federkraft und läßt sie dann wieder in den Antrieb einfließen, wenn die Pedalkraft geringer wird. Glauben Sie nicht? Nun dann schauen Sie sich einmal bei waagerecht stehender Kurbel die oberen Zähne ihrer Kettenblätter an. Deutlich auszumachen sind da höhere Verschleißspuren durch die Lastspitzen unseres unrunden Trittablaufes.
Natürlich ist die Angelegenheit gleich mit mehreren Pfedefüßen behaftet: 1. Handelsübliche Naben besitzen zu wenig "Fleisch" oberhalb der Nippellöcher und es kann zu Flanschausrissen kommen. Relativ sicher sind diesbezüglich jedoch momentan aktuelle Campagnolo-Naben, wenn man es bei 32 Speichen beläßt und Korrosionseinflüsse durch regelmäßige Sprühwachs-Konservierung vermeidet. 2. Bei Leichtfelgen unter 400 Gramm kann es zu Nippelausrissen aus dem Felgengrund kommen. 3. Drehen sich die Speichen in den Nabenflanschlöchern, geht der positive Effekt durch Reigungsverlust teilweise wieder verloren. Daher sollten die Speichenbögen - wie es übrigens bei den Z-Speichen von Rödel der Fall ist - eine kleine Fläche im Speichenbogen aufweisen oder noch besser, man steigt auf die Tomo-Naben um, die speziell hierfür ausgelegt sind. 4. Nahezu die Hälfte des Antriebesmomentes "fließt" über die Nabenmitte zum Gegenflansch. Daher muß die Nabe ein kräftiges, sprich verdicktes Nabenmittelteil besitzen.
Weitere Vorteile der radialen Einspeichung: Sie besitzen leichte aerodynamischen Vorteile - es gibt weniger Luftverwirbelungen durch sich kreuzenden Speichen. Bei einem komplett mit radial eingespeichten Laufrädern ausgerüsteten Rennrad "handelt" man bei einer Geschwindigkeit von 40 km/h den "Windnachlaß" mit knapp zwei Watt oder rund 0,5% der Fahrerleistung. Radial eingespeichte Laufräder sind weiterhin seitensteifer, wenn alle Speichenbögen nach außen weisen. Ich habe das einmal an einer vom Sturz verformte Felge ausprobiert: Die Felge hatte im ausgespeichten Zustand eine ausgeprägte "Kartoffelship-Form", so daß sich die einen Enden gut 10 cm vom Boden abhob. Per 4-fach-Kreuzung konnte ich diese Verformung nur bis auf etwa die Hälfte reduzieren. Via Radial-Einspeichung mit den Speichenbögen nach außen gelang es mir dann den Rundlauf bis auf 0,5 mm "hinzuziehen" oder besser gesagt "hinzubiegen".
Nachteile der radialen Einspeichung: Im Gegensatz zur gekreuzten Einspeichung stehen die Radialspeichen einzeln und besitzen nicht die leichte elastische Auslenkung durch die Speichenpartnerin. Deswegen benötigen sie eine höhere Speichenspannung um bei hohen Seitenkräften (Wiegetritt) nicht in den Felgenösen zu "klappern". Dies nun wirkt sich nachteilig auf den Fahrkomfort aus: Es besteht die Gefahr der Spurversetzung (seitliches Wegspringen) in Kurven mit unebenem Fahrbahnbelag.

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Kreuzung_1_fach

Fortlaufend wird eine Speiche (Kopf nach innen) von ihrer Nachbarspeiche (Kopf nach außen) überkreuzt.
Die 1-fach-Kreuzung entlastet den Nabenflansch bereits deutlich gegenüber der Radialeinspeichung. Sie wird eingesetzt, a) wenn der Nabenflasch groß und der Laufraddurchmesser klein ist (Rohloff-Nabe/16"-Laufrad). Effekt: Die Speichen stehen weniger schräg zur Felge und das Speichengewinde wird weniger auf Biegung beanspruchen, b) als Notbehelf, wenn keine längeren Speichen greifbar sind.
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Kreuzung_2_fach

Fortlaufend wird eine Speiche mit Kopf nach innen von der jeweils übernächsten mit Kopf nach außen überkreuzt - also der 3. Folgespeiche, wobei sich an zwei Stellen der Speichen Kreuzungen ergeben.
Angewandt und notwendig, wenn die Speichenzahl 20 oder weniger beträgt, da ansonsten die Speichenabwinkelung mehr als 90° betrüge und die Speichen dann auf dem Nabenflansch übereinander liegen würden. Weiterhin wieder bei großen Nabenflanschen (Rohloff-Nabe) sinnvoll.
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Kreuzung_3_fach

Fortlaufend wird eine Speiche mit Kopf nach innen von der jeweils dritten Speiche mit Kopf nach außen überkreuzt - also der 5. Folgespeiche, wobei sich dann an drei Stellen Überkreuzungen ergeben.
Dies ist die häufigste Einspeichart, weil sie bereits nahe an das maximal übertragbare Drehmoment heranreicht und gleichermaßen für Laufräder mit 24 bis 36 Speichen anzuwenden ist. Bei 24-Speichen-Laufrädern beträgt die Abwinkelung der Speichen dann im übrigen genau 90° und erreicht den gleichen Hebelarm wie die 4-fach-Kreuzung bei 32 Speichen.

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Kreuzung_4_fach

Fortlaufend wird eine Speiche mit Kopf nach innen von der jeweils vierten Speiche mit Kopf nach außen überkreuzt - also der 7. Folgespeiche, wobei sich dann an vier Stellen Überkreuzungen ergeben.
Beim Hinterrad mit 32 Speichen verlaufen die Speichen dann genau tangential von der Nabe zur Felge, sind also um exakt 90° abgewinkelt (größtmöglicher Hebelarm, größtmöglich zu übertragendes Antriebsmoment. Werden Laufräder mit geringerer Speichenzahl 4-fach gekreuzt, so sind die Speichen mehr als 90° abgewinkelt, der Hebelarm reduziert sich wieder, außerdem liegen die Speichen dann auf dem Nabenflansch übereinander. Werden 36 Loch- Hochflanschnaben per 4-fach-Kreuzung eingespeicht, so treten die Speichen bereits relativ schräg aus der Felge aus (Biegebelastung des Speichengewindes). Da durch den hohen Nabenflansch ja ohnehin ein großer Hebelarm für das Antriebsmoment besteht, ist hier eine 3-Fach-Kreuzung sinnvoller.
Obwohl die jeweils exakte tangentiale Einspeichung - also 3-fach bei 24-Speichen-Laufrädern und 4-fach bei 32-Speichen-Laufrädern und fünffach bei 40 Speichen-Laufrädern - als optimal zu bezeichnen ist, hat sich aus Gründen der einfacheren Einspeichung sowie geringerer Lagerhaltung beim Handel (Speichen verschiedener Längen) die 3-fach-Kreuzung durchgesetzt. Genau genommen verdreht sich übrigens beim Einwirken eines Antriebmomentes durch die Elastizität der Speichen die Felge noch geringfügig gegenüber der Nabe. Dadurch kann die dreifach-Kreuzung ein minimal größeres Drehmoment übertragen, bei der vierfach-Kreuzung im 32 Speichenlaufrad hingegen reduziert es sich minimal, da die Speichen sich etwas über die 90° hinaus abwinkeln.
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Unterkreuzen

Ein weitere Variation der gekreuzten Einspeichung besteht darin, die Speichen an der äußeren Kreuzungsstelle zu "unterkreuzen" oder berührungsfrei aneinander vorbei laufen zu lassen. Beim Unterkreuzen wird die Speiche mit dem Kopf nach außen über Speiche mit Kopf nach innen gelegt - die zunächst innere Speiche also nach außen über die zunächst äußere Speiche gelegt. Mit dieser Prozedur erreicht man:
1. Zusätzliche Elastizitäten im Laufrad, die den Fahrkomfort verbessern.
2. Man drückt die Speichenbögen intensiver an den Nabenflansch was der Lebensdauer der Speichen zugute kommt. Speziell bei schmalen Nabenflanschen und zu großen Speichenlöchern ist das Unterkreuzen daher neben der Platzierung von M 3 Unterlegscheiben das Rezept schlechthin gegen Speichenbrüche.
3. Resonanzschwingungen der Speichen, die zum frühzeitigen Speichenbruch führen können, werden drastisch gemindert.
Die beiden letzten Eigenschaften des Unterkreuzens werden übrigens noch intensiver durch das sogenannte "Verlöten" oder "Binden" der Speichen begünstigt. Bei diesem aufwendigen Verfahren umwickelt man mit einem 0,6 mm Bindedraht die Kreuzungsstellen und fixiert deren Stellung mit Weichlot. Das Binden der Speichen verhindert den Speichenbruch infolge von Resonanzschwingungen deutlich besser als das einfache Unterkreuzen und war bis zum Aufkommen aerodynamischer Laufräder nahezu Standard bei den Bahnfahrern. Durch die intensivere Aneinanderkopplung der Speichenpärchen wird nebenbei bemerkt auch die Krafteinwirkung durch Seiten- und Vertikalkräfte gleichmäßiger auf beide Speichenpartner verteilt, was eine spürbare Erhöhung der Seitensteifigkeit der Laufräder bewirkt.
Unterkreuzt man die Speichen nicht, sondern läßt sie berührungslos aneinander vorbei laufen, so werden die Bögen der Innenspeichen (deren Speichenkopf außen auf dem Nabenflansch aufliegt) bei von außen auf das Laufrad einwirkenden Seitenkräften (Wiegetritt) geringfügig in Richtung Aufbiegen belastet. Das führt auf Dauer zu einen vorzeitigen Speichenbruch, außerdem verliert das Laufrad noch ein Quentchen an Elastizität________________________________________________________________

Zugspeichen___________________________________________________________

Beim Hinterrad (Neben mit dünnem Mittelteil) nehmen die nach links abgewinkelten Speichen der Zahnkranzseite über 90% des Antriebsmoments auf. Da sie zusätzlich noch - bes. im Wiegetritt - mit Seitenkräften beaufschlagt werden, sollten ihr Speichenbogen nach außen weisen. Auf diese Weise vergrößert sich a) ihre Speichenschräge etwas (bessere Aufnahme der zusätzlichen Seitenkräfte), b) ihr Bogen legt sich hierbei inniger an den Nabenflansch und biegt daher weniger schnell auf. Beide Auswirkungen reduzieren daher weiterhin das Speichenbruchrisiko.
Für Nabenbremsen gilt in Grunde das Gleiche, da aber kaum jemand gleichzeitig mit dem Abbremsen einen kräftigen Wiegetritt ausüben wird, ist gleichgültig ob die Bögen der Zugspeichen bezüglich des Nabenflansches außen oder innen plaziert
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