Die grosse Rumeierei - ich will mein Laufrad selber bauen

[vorTrieB]

Nein, es geht nicht um das maximal mögliche Drehmoment, das jemand kurzfristig erzeugen kann ( und das i.d.R. eher durch das Abheben des Vorderrades als die minimale Übersetzung begrenzt ist) sondern um die dauerhafte Wechselbelastung. Unvorgeschädigte Speichen durch plötzliches „reintreten“ zu zerreissen, wird hier niemand schaffen. .

Die durchs Treten erzeugte zusätzliche Spannung kommt ja zur Vorspannung sowie der durch Gewicht und Fahrdynamik sonst erzeugten Spannung vor allem der jeweils gerade auf 60 Grad stehenden Speichen hinzu. Bei zu knapp kalkulierten Konstruktionen kann das dann insgesamt für einen Speichen-, Nabenflansch- oder Felgenbodenriss reichen.

Zum Beispiel ein Überschlag für meine älteres Citec 6000-Hinterrad mit nur vier Zugspeichen: (((100 Nm / 39/26) / 0,03 m) / 1) / 4 = deutlich über 500 Newton.

Richtig: Für die Dauerhaftigkeit eines betriebsfesten Laufrads kommt es auf die durchschnittliche Differenz zwischen maximaler und minimaler Speichenspannung im Betrieb an.

 

[Ritzelrechner]

Kein Mensch erzeugt 100Nm auf dem Rennrad über längere Zeit und du musst das Drehmoment auf alle, nicht nur die Zugspeichen verteilen.

 

[lagaffe]

Wenn man mal davon absieht, dass @HeikoS69 eine der "Quellen" gepostet hat, finde ich jetzt daran nichts, was im Laufradbau nicht bereits bekannt wäre ( logischerweise). Smolik hat das auf seinen Seiten, wenn auch etwas vereinfacht, genauso ausgeführt, wenn man von den Bezeichnungen und Einheiten Wiedemers absieht, die eher ungewohnt sind.

Dass die Nabe an den Speichen "hängt" wird in dem Sinne auch nie irgend jemand mit einem gewissen Hintergrund, wirklich geglaubt haben und ist eher ein mißveständlicher Erklärungsversuch um darzustellen, dass die Speichen nicht auf Druck belastet werden, wie bei einem Holzspeichenrad zum Beispiel. Das Dumme am Drahtspeichenrad ist, dass sich die Funktion, bzw. die Ursache seiner Stabilität nicht allein durch "Hinsehen" unmittelbar erklären läßt.

Das Drahtspeichenrad erhält seine Stabilität und Belastbarkeit überhaupt erst durch die Spannung der Speichen und bildest sozusagen ein mehr oder minder fixes "System". Sich das praktisch vorzustellen ist nur etwas schwieriger und nicht zuletzt deshalb, "verlaufen" wir uns in so manchen Laufradbaudebatten in Einzelbetrachtungen von Bauteilen, die aber alleine für sich genommen nicht so funktionieren, wie eben als Besatndteile eines im Prinzip untrennbaren "Systems". Das beschreibt ansatzweise im Übrigen auch der Text in der Einleitung und in den nächsten Abschnitten.


@vorTrieB , @ReneHerse : Wenn man das überhaupt so rechnen kann, dann müßte man bei einem Drehmoment auf der Tretlagerwelle von 100Nm mit 589N in die Pedale treten, bei einer Kurbellänge von 170mm. Das allein ist ein wenig viel. Das "Drehmoment" kann sich auch nicht auf die Speichen verteilen, sondern wenn man das überhaupt so rechnen kann, dann ist es eine Zugkraft, die auf die Speichen wirkt.

Aber ich denke, das ist in der Einfachheit gar nicht richtig. M.E. wird die Zugspannung durch den Antrieb in dem Sinne erhöht, wenn am Radumfang ein Kraft wirkt, die engegen der Richtung des Antriebs wirkt. Also wenn bei Pedalbelastung jemand die Felge genen die andere Richtung verdrehen würde, bzw. in der Praxis ist es der Rollwiderstand. Genauso, wie beim Bremsen über die Nabe eine Kraft in Gegenrichtung ausgeübt wird.

Okay, auch ein wenig vereinfacht, aber ich hoffe es wird deutlich, was ich meine....

 

[HeikoS69]

Wenn man mal davon absieht, dass @HeikoS69 eine der "Quellen" gepostet hat, finde ich jetzt daran nichts, was im Laufradbau nicht bereits bekannt wäre ( logischerweise).

Da hast Du natürlich recht, nichts neues. Fachlich eher von anekdotischer Relevanz. War allerdings auch nicht mein Ansinnen. Ich zolle Menschen großen Respekt, die solch komplexe Zusammenhänge in Formeln bringen konnten damit einen Sachverhalt darlegen konnten, jenseits von allem Hokuspokus und Mainstream.

 

[lagaffe]

War auch keine Kritik, ganz im Gegenteil: Endlich hat jemand den "sagenumwobenen Text" gefunden........ jetzt muß man dahingehend nichts mehr spekulieren....

 

[Bonanzero]

Wo wir schonmal bei der Theorie des Speichenrades sind, will ich eine kleine Frage einflechten:
Ein klassisches Speichenrad ist symmetrisch gespeicht, also entweder radial, 1-, 2-, 3- oder 4-fach gekreuzt. Jeweils rechts und linx gleich.
Nun sieht man an modernen Leichtbaurädern (hinten) immer häufiger (wenn nicht sogar ausschließlich) Anordnungen, wo nur die Antriebsseite gekreuzt ist, die linke Seite radial. Dazu kommt, dass dank der tangentialen Einhängung die Speichen am Flansch nebeneinander liegen und nicht mehr verflochten werden können.
Aus der Sicht des Statikers ist das doch Unfug: Die Antriebskräfte gehen nur über die (zudem noch sehr wenigen) Zugspeichen nur einer Seite (klassisch: Nabenhülse leitet die Kraft auf die linke Seite, wo die dortigen Zugspeichen auch einen Teil der Kraft aufnehmen). Offensichtlich hält das. Aber ist das wirklich so unbedenklich?
Die nicht verflochtenen Speichen haben eine niedrigere Eigenfrequenz als verflochtene (Stichwort Gitarrensaite) und kommen somit früher und häufiger in den kritischen Bereich. Der meistens fehlende Speichenbogen ist zwar eine kritische Stelle weniger, aber ist dieser Vorteil nicht durch einen Nachteil erkauft?
Was meinen die Laufrad-Gurus zu der Speichung von Systemlaufrädern?

 

[Ritzelrechner]

...finde ich jetzt daran nichts, was im Laufradbau nicht bereits bekannt wäre ( logischerweise). Smolik hat das auf seinen Seiten, ....

Ich habe mich Mitte der Achtziger wegen laufender Speichenbrüche damit ausgiebig befasst (sonst hätte ich ja auch nicht den Wiedemer Artikel entdeckt). Damals hat es hierzulande wirklich niemand gewusst, und fast alles, was man dazu lesen konnte oder Laufradgurus erzählten, war falsch. Smolik hat die richtige Beschreibung erst später, lange nach Jobst Brandts Buch (1983) korrekt übernommen, vorher konnte man z.B. In der Tour noch ziemlichen Unsinn von ihm zum Thema lesen. Ist aber wirklich nur von historischem Interesse, da sich ja die korrekte Sichtweise mittlerweile durchgesetzt hat.

 

[lagaffe]

Neben rein optischen Erwägungen, die oftmals vermutlich die Hauptrolle spielen, hat halbradial folgenden Hintergrund:

Asymmetrische Hinterräder leiden vor allem durch den teils dramatischen Unterschied in der Vorspannung. Gerade bei geringen Speichenzahlen werden einzelneSpeichen Links dann total entlastet.
Radial links: Angeblich sollen die radialen Speichen eben nicht durch den Antrieb zusätzlich be- oder entlastet werden ( was aber gelinde gesagt, mit vorsicht zu genießen ist) An klassisch gebauten Laufrädern kann manchmal mit Kopf außen eingelegten Speichen der Winkel der rechten Seite und damit die Vorspannung minimal angegleichen werden, so daß einer Totalentlastung etwas vorgebeugt wird.

Radial rechts ( Kildemoes): Bei dieser Einlegeart stehen die rechten Speichen nominell weniger steil als wenn sie gekreuzt werden. Die Angleichung der Winkel ist noch besser, als bei links radial, die Vorspannung ist noch weiter der, der rechten angeglichen und die Seitensteifigkeit wird etwas höher Aber stark vorgespannten Speichen können Flansch und Felgenboden stärker belasten.

Links radial bei 2:1 Einspeichung: Rechts ist die doppelte Anzahl der Speichen vorhanden, bzw. links ist die Anzahl der Speichen halbiert und sind deswegen deutlich höher vorgespannt.

Jede dieser Einlegeart hat seine Vorteile und auch seine Tücken. Und nicht immer erhält man die theoretisch möglichen Verbesserungen, sondern verschlimmert an anderer Stelle die Eigenschaften des Laufrades.

Dass die "Antriebskräfte" erst rechts ansetzen, bzw bei rechts radial über die Nabe geleitet werden, halte ich mittlerweile für absoluten Unfug. So kann das nicht funktionieren.

DAs "Verflechten" von Speichen soll wohl Schwingungen unterbinden ( eben wie bei Gitarrensaiten). Aber schon früher hat man das schon mal unterlassen ( sog. holländische Einspeichung).
Bei manchen heutigenSystemlaufrädern würden die Speichen sehr stark gebogen werden müssen. Und bei den höheren vorspannungen heute und den meist kürzeen Speichen bei hohen Felgenprofilen spielt das genauso wie das Binden der Speichen keine Rolle mehr.

 

[lagaffe]

Ich habe mich Mitte der Achtziger wegen laufender Speichenbrüche damit ausgiebig befasst (sonst hätte ich ja auch nicht den Wiedemer Artikel entdeckt). Damals hat es hierzulande wirklich niemand gewusst, und fast alles, was man dazu lesen konnte oder Laufradgurus erzählten, war falsch. Smolik hat die richtige Beschreibung erst später, lange nach Jobst Brandts Buch (1983) korrekt übernommen, vorher konnte man z.B. In der Tour noch ziemlichen Unsinn von ihm zum Thema lesen. Ist aber wirklich nur von historischem Interesse, da sich ja die korrekte Sichtweise mittlerweile durchgesetzt hat.

Na ja, das Speichenlaufrad ist eine Erfindung des 19. Jahrhunderts und ich gehe davon aus, dass die "Erfinder" ziemlich genau wußten, was sie tun. In "groß" gibt es das ja auch, siehe das Wiener Riesenrad ( wenn mich nicht ales täuscht).
Laufradbau wird nun hauptsächlich von Physik-Laien betrieben und die erzählen eben viel, wenn der Tag lang ist. Und deswegen werden auch eine Menge Mythen gebildet, die erst mal nicht hinterfragt werden.

Diese merkwürdige Darstellung wird sich, wie so vieles, einfach nur verselbständigt haben. Das vermut ich jedenfalls.

 

[GerdO]

Nun sieht man an modernen Leichtbaurädern (hinten) immer häufiger (wenn nicht sogar ausschließlich) Anordnungen, wo nur die Antriebsseite gekreuzt ist, die linke Seite radial. Dazu kommt, dass dank der tangentialen Einhängung die Speichen am Flansch nebeneinander liegen und nicht mehr verflochten werden können.
... Die Antriebskräfte gehen nur über die (zudem noch sehr wenigen) Zugspeichen nur einer Seite (klassisch: Nabenhülse leitet die Kraft auf die linke Seite, wo die dortigen Zugspeichen auch einen Teil der Kraft aufnehmen). Offensichtlich hält das. Aber ist das wirklich so unbedenklich?

Die Antriebskräfte sind nicht das Problem am Laufrad. Schon gar nicht am Rennrad. Beim MTB werden viel größere Kräfte ins Rad geleitet (wg. der Untersetzung, Sprüngen, etc) dort werden aber kaum solche Konstruktionen angeboten.

Die nicht verflochtenen Speichen haben eine niedrigere Eigenfrequenz als verflochtene (Stichwort Gitarrensaite) und kommen somit früher und häufiger in den kritischen Bereich.

???
Was hat die Speichenlänge mit der Entlastung der Speiche zu tun, oder worauf bezieht sich "kritischer Bereich"????????

 

[lagaffe]

Mit der Entlastung nichts, und auch nicht mit den Schwingungen längs der Speiche. Ich vermut mal, dass angenommen wurde, dass die Speichen auch quer zur Richtung schwingen, wie eine angezupfte Saite eben.

Und dann hätte die Länge, bzw. die "freie" Länge einen Einfluß: Eine halb so lange Saite schwingt mit doppelter Frequenz und damit klingt sie eine Oktave höher... war das nicht so....?

 

[a.j.h.]

Der Einfluss des Drehmoments auf die Speichenspannung durch den pedalierenden Fahrer ist deutlich kleiner als der seines Gewichts und wird von Jobst Brandt mit etwa 5% angegeben und ist für die Speichenlebensdauer vernachlässigbar.

das ist richtig, deswegen schrieb ich auch "überlagern".
Dazu käme noch ein dynamischer Anteil, z.B. durch Stösse etc. verursacht.

Es ist nicht die Speichenspannung, die einen Bruch verursacht. Es ist die Wechselbelastung.

 

[lagaffe]

Überlastung oder Ermüdung eben..........

 

[a.j.h.]

Richtig. Wechsellasten führen zu einer Herabsetzung der Streckgrenze und dann reicht eine gringe Belastung, um die Speiche in die Bruchdehnung zu bringen.
Welchen Anteil dabei tatsächlich die Eigenschwingung der Speiche (über die Länge) hat, ist eine andere Geschichte und ich würde das nicht beurteilen wollen... so aus "der Hüfte".

 

[lagaffe]

Schau mal hier: Schwingfestigkeit

In dem Fall ist primär die Schwingung entlang der Speiche gemeint ( Zwischen Be- und Entlastungen eben). Inwieweit Schwingungen quer zur Speiche überhaupt relevant sind, sei dahingestellt.

 

[a.j.h.]

Ja - da geht es um Lastwechsel. Ist mir bekannt. Hat aber nix mit der "Gitarrensaite" zu tun.

EDIT: Ja - weiter unten wird die Schwingfestigkeit besprochen.

 

[Bonanzero]

Interessant. Klar, die Speichenspannung, hatte ich fast vergessen. Das ist jedoch m.E. hauptsächlich durch die 16:8-Speichung behoben. Aber gut, da spielen auch noch anere Faktoren mit. Nur kann ich nicht so richtig glauben, dass die Spannung bei radial anders ist als bei gekreuzt (bei gleicher Speichenanzahl re/li).

 

[Bonanzero]

Ja - da geht es um Lastwechsel. Ist mir bekannt. Hat aber nix mit der "Gitarrensaite" zu tun.

EDIT: Ja - weiter unten wird die Schwingfestigkeit besprochen.

Genau. Schwingfestigkeit. Deswegen gehen geflochtene Speichen auch nicht kaputt. Und bei Rädern, wo die eine oder andere Speiche aus Ermüdung bricht, ist das Ersetzen einzelner Speichen unnötig, weil die alten Speichen munter weiter reißen werden. Also lieber gleich ordentlich neu einspeichen, dann ist Ruhe. Ich kann mir das nur so erklären, dass diese Speichen so oft im Resonanzbereich waren, dass sie versprödet sind und dann gebrochen. Gleiches gilt bei Rädern, die zu lasch gespannt sind.

 

[lagaffe]

Der Winkel macht es: also der zwischen Flansch und Felge ( der beweigt sich irgendwo zwischen 3 und 8°). Je ähnlicher die sich auf beiden Seiten sind, desto geringer fällt der Unterschied in der Speichenspannung aus.

Speicht man rechts Bogen außen radial ein, kann der Winkel gut 1-2 Grad flacher ausfallen und man kommt links auf bald 70% der Spannung, wenn es gut läuft. Macht die Nabengeometrie das icht mit, eben nicht.
Speicht ma links Kopf außen ein, hat man, wenn es gut geht, den Effekt, als ob man den linken Flansch 1,5mm weiter nach innen setzen würde. Links kann man die Spannung oft um ein paar Prozentpunkte raufsetzen.

Je öfter gekreuzt wird, umso flacher die Speiche vom Flansch abgeht, desto steiler wird der Winkel zur Felge.

Aber das geht nicht immer, it oft nur minimal und hat eben so seine Nachteile.
Bei 2:1 braucht man eine recht steife Felge und das Zentrieren wird ein klein wenig schwieriger.

 

[Ritzelrechner]

Genau. Schwingfestigkeit. Deswegen gehen geflochtene Speichen auch nicht kaputt. ....Resonanzbereich .....

Nee, das hat nichts miteinander zu tun. Gespannte Speichen schwingen mit ein paar Hundert Hz, diese hörbaren Schwingungen haben nichts mit der „Schwingfestigkeit“ der ca. 5/sec Wechselbelastung beim drehenden Rad zu tun, insofern ist der Begriff hier unglücklich. Dass gekreuzte Speichen die „Gitarrensaiten“-artige Schwingungen dämpfen, bzw die Resonanzfrequenz verändern, ändert gar nichts an der Dauerfestigkeit bezüglich der Wechselbelastung durchs drehende Rad.