Laufradlexikon - Bauteile und Funktionsweise im Detail
- Adrian Werner
- 23. Dez. 2023
- 16 Min. Lesezeit
Aktualisiert: 24. Mai 2024
Laufräder haben einen großen Einfluss auf zahlreiche Eigenschaften Deines Fahrrads. Sie wirken sich auf dessen Gewicht, Wendigkeit, Komfort, Geschwindigkeit und die Haltbarkeit aus und bieten Dir damit die Gelegenheit für ein wirkungsvolles Upgrade. Manche der Eigenschaften schließen sich allerdings gegenseitig aus, es gibt also kein Laufrad, welches in allen Kategorien das Beste ist. Daher ist es bei der Wahl von Laufrädern sinnvoll, eine wohl informierte Entscheidung treffen zu können. Im Folgenden erfährst Du alles über die einzelnen Bauteile und deren Auswirkung auf die Eigenschaften Deines Bikes.
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1. Was können andere Laufräder an meinem Fahrrad ändern?
Gewicht und Massenträgheit
Wer an seinem Fahrrad Gewicht spart macht das nicht nur, um schneller bergauf fahren zu können. Die eingesparten Sekunden sehen zwar auf dem Strava KOM gut aus, vielen könnte dieser Punkt aber auch ziemlich egal sein. Anders ist das mit der Trägheit des Rades.
Jeder, der zum ersten Mal auf einem sehr leichten Fahrrad sitzt merkt sofort, wie schnell man damit enge Kurven fahren und beschleunigen kann. Das Resultat ist meistens das Gleiche, ein breites Grinsen im Gesicht. Damit ist das eigentliche Ziel der meisten Biker erfüllt:
Ein leichtes Rad zu fahren, macht einfach richtig viel Spaß.
Im Vergleich zu anderen Bauteilen am Fahrrad, hat das Gewicht der Laufräder den größten Einfluss auf die Fahreigenschaften. Verkürzt, sind die Ursachen dafür das Trägheitsmoment und die Kreiselwirkung der rotierenden Masse. Bildlich gesprochen, müssen die Laufräder bei einer Beschleunigung in Schwung gebracht werden und das benötigt, abhängig vom Gewicht, unterschiedlich viel Energie und Zeit.
Eine Gewichtsersparnis bei den Laufrädern verbessert die Wendigkeit und den leichten Antritt eines Rades enorm. Mountainbikes profitieren zusätzlich von einer geringen ungefederten Masse.
Allgemeine Haltbarkeit und Zuverlässigkeit
Hochwertige Laufräder können zum Beispiel durch höhere Speichenspannung und robustere Felgen viel größeren Belastungen standhalten.
Komfort und Traktion
Höhere Steifigkeit ist nicht immer besser. Während sich ein seitensteifes Laufrad präzise lenken lässt und hohen Seitenkräften in scharfen Kurven standhält, wünscht man sich teilweise das Gegenteil in senkrechter Richtung. Hier hilft ein Laufrad mit vertikaler Nachgiebigkeit, Vibrationen zu dämpfen und so den Komfort für den Fahrer und sogar die Traktion zu verbessern.
Aerodynamische Vorteile
Aerodynamisch optimierte Laufräder verringern den Luftwiderstand spürbar und ermöglichen es dem Fahrer, viel Kraft zu sparen. Weil der Luftwiderstand quadratisch zur Geschwindigkeit ansteigt, ist er für Rennradfahrer sehr relevant.
2. Speichen
Dass die Speichen eines Drahtspeichenlaufrads eine entscheidende Rolle spielen, wird gerne unterschätzt. Für die große Anzahl unterschiedlicher Anwendungsbereiche kann man aus einem gewaltigen Sortiment von verschiedenen Speichen wählen. Sie unterscheiden sich in Form, Material und Oberflächenveredelung. Das Ausmaß an Weiterverarbeitung wirkt sich auf den Kaufpreis aus.
2.1 Funktionsprinzip Drahtspeichenlaufrad
Drahtspeichen können nur in eine Richtung Kraft aufnehmen. Sie müssen auf Zug beansprucht, also auseinandergezogen werden, um einer Belastung standhalten zu können. Drückt man eine Speiche zusammen, würde sie sich lediglich verbiegen.
Dennoch werden die Speichen in der unteren Hälfte des Laufrads zusammengedrückt, wenn Gewicht auf der Achse anliegt. Wie kann das funktionieren?
Um ein Einknicken zu verhindern, werden die Speichen mit großer Kraft vorgespannt. Die maximale Vorspannung wird dabei meist von der Felge vorgegeben, häufig liegt sie bei 1200 Newton, das entspricht einer Zugkraft von etwa 120 kg. Die Speichen der unteren Laufradhälfte werden also lediglich von Ihrer Vorspannung entlastet, während sie Dein Gewicht tragen. So werden sie ausschließlich auf Zug und nie auf Druck beansprucht.
2.2 Einspeichmuster
Laufräder müssen im Gebrauch vielen verschiedenen Kräften standhalten. Neben erwartbaren Belastungen durch Fahrergewicht und Bodenunebenheiten, müssen sie auch Drehmomente durch Antriebs- und Bremskräfte von der Nabe zur Felge übertragen. Man unterscheidet im Einspeichmuster zwischen zwei Varianten:
2.2.1 Radiales Einspeichmuster
Diese Speichen wählen den kürzesten Weg zwischen Nabe und Felge, sie sind nicht miteinander verkreuzt. Radialspeichen sind nicht dafür geeignet, Drehmomente zwischen Nabe und Felge weiterzugeben.
2.2.2 Tangentialspeichen/ gekreuzte Speichen
Tangentialspeichen eignen sich sehr gut, um Drehmomente zu übertragen. Es wird zwischen Zug- und Druckspeichen unterschieden. Wenn man die Nabe im Uhrzeigersinn dreht (z.B. bei einem Antriebsdrehmoment), werden Zugspeichen zwischen ihren Anschlusspunkten an Nabe und Felge auseinandergezogen und auf Zug beansprucht. Für Druckspeichen gilt das Gegenteil, sie werden auf Druck beansprucht und von ihrer Vorspannung entlastet.
Um die Beanspruchung der Speichen festzustellen, ist der effektive Speichenhebel ausschlaggebend. Dieser Hebel wirkt zwischen einer verlängerten Speiche und einem senkrechten Lot auf den Mittelpunkt der Radachse. Je größer dieser Hebel ist, desto effizienter und materialschonender kann die Kraft übertragen werden.
In Abb. 3 lässt sich beobachten, dass der eff. Speichenhebel wächst, wenn sich eine Speiche der Tangente zum Nabenkörper annähert. Radialspeichen besitzen dahingegen gar keinen Hebel. Bei einem Drehmoment auf ein Radiallaufrad werden die Speichen zuerst auf Biegung beansprucht, bis sie sich in Richtung der Tangente verformt haben, damit sie eine Kraft übertragen können.
Die Anzahl der Speichenkreuzungen hängt von der Speichenanzahl, dem Nabenflanschdurchmesser und dem Felgendurchmesser ab. Es wird so viel gekreuzt, bis sich die Speichen so weit wie möglich der Tangente angenähert haben.
Weil Laufräder mit Tangentialspeichen eine höhere Rotationssteifigkeit besitzen und die Speichen viel materialschonender beansprucht werden, verwendet man in der Praxis nahezu ausnahmslos Tangentialspeichen.
Hersteller wie zum Beispiel Mavic oder Fulcrum setzen Radialspeichen einseitig ein, um die Speichen von Drehmomenten zu isolieren, die auf der anderen Laufradseite eingebracht werden. Dieses Argument ist für ein Hinterrad mit Felgenbremse valide. Dahingegen stellen die sehr hohen Drehmomente einer Scheibenbremse eine übermäßige Belastung auf Radialspeichen dar.
2.3 Speichenform
Eine Standard-Stahlspeiche hat einen Durchmesser von 2,0 Millimetern. Hochwertige Speichen werden von diesem Maß ausgehend in verschiedene Formen auf eine Stärke von bis zu 0,9 Millimetern geschmiedet. Das erhöht die Festigkeit, verringert die Querschnittsfläche und spart Gewicht (im Schmiedeverfahren verlängert sich die Speiche, es wird Material entfernt). Der Speichenkopf und das Gewindeende bleiben dabei meistens bei einer Stärke von 2,0 Millimetern, weil hier höhere Kräfte auf die Speiche wirken beziehungsweise mehr Materialstärke für das Gewinde benötigt wird. Dieses wird übrigens für eine gesteigerte Festigkeit nicht in die Speiche eingeschnitten, sondern mit Gewindewalzen aufgerollt.
Die Maße einer Speiche werden wie folgt angegeben
Ø Gewindeende D1/Ø Speichenmitte D2/Ø Speichenkopf D3
Beispiel: DT Competition Race 2,0/1,6/2,0
Durch eine verkleinerte Querschnittsfläche sind Speichen elastischer.
Die Speichen eines Laufrads werden nie gleichmäßig beansprucht. Zuerst werden nur wenige Speichen belastet und erst, wenn diese sich verkürzen, kann die Last auf die anderen Speichen verteilt werden. Weil sich eine dicke, unelastische Speiche unter Last kaum verkürzt, wird die Belastung nur sehr schlecht auf die anderen Speichen verteilt. Im Umkehrschluss bedeutet das, dass Laufräder mit elastischen Speichen deutlich haltbarer sind, weil die Kräfte viel gleichmäßiger auf die verschiedenen Speichen verteilt werden.
Laufräder mit elastischen Speichen müssen seltener zentriert werden.
Mit unelastischen Speichen oder zu geringer Vorspannung steigt die Wahrscheinlichkeit, dass eine Speiche durch Belastung vollständig von ihrer Vorspannung entlastet wird. Folglich hebt sich der Nippel aus dem Nippelsitz der Felge heraus und kann sich durch die fehlende Reibung zur Felge verdrehen. So verliert die betroffene Speiche ihre Vorspannung und das Laufrad muss zentriert werden.
Flachgeschmiedete/konifizierte Speichen sind leicht
64x DT Swiss Champion @264 mm: 359g
64x DT Swiss Aerolite @264 mm: 278g
Ein Laufradsatz mit je 32 Speichen spart 81 Gramm, wenn man statt DT Champion, konifizierte DT Aerolite Speichen verwendet.
Flachgeschmiedete Messerspeichen sind aerodynamisch
Weil sich die Speichen der oberen Laufradhälfte beim Rollen mit zusätzlicher Geschwindigkeit gegen die Fahrtrichtung bewegen, erzeugen sie viele Turbulenzen. Dadurch haben sie einen großen Effekt auf die aerodynamische Effizienz eines Fahrrads. Messerspeichen sind sehr schmal (z.B.: 0,9 mm) und tief (z.B.: 2,2 mm), durch ihre kleine Stirnfläche erzeugen sie weniger Luftwiderstand.
Der gesamte Luftwiderstand entsteht zu 75% durch den Fahrer und zu 25% durch das Fahrrad. Der von den Speichen verursachte Rotationswiderstand bemisst sich auf 25% des Fahrradwiderstands. Er ist maßgeblich von der Speichenform, -länge und -anzahl abhängig. [Quelle]
1: Rotationswiderstand
2: Drehrichtung Laufrad
Speichenkopf
Stahlspeichen werden mit zwei verschiedenen Speichenkopfformen hergestellt. Man unterscheidet zwischen J-Bend und Straight Pull Speichen. Letztere wurden entwickelt, um den maschinellen Einspeichprozess zu beschleunigen. Denn im Gegensatz zu J-Bend Varianten muss man die Speichen bei Straight-Pull Laufrädern nicht von Hand miteinander verkreuzen. In der Haltbarkeit gibt es hierbei keine nennenswerten Unterschiede.
J-Bend:
+ Ersatzteilbeschaffung wegen deutlich besserer Verfügbarkeit leichter
+ Speichen können sich beim Zentrieren nicht mit drehen
+ Einspeichmuster frei wählbar
Straight Pull:
+ bis zu 5%-10% leichtere Nabe
Weil Straight Pull Naben deutlich kleinere Nabenflansche besitzen, kann das ausgehende Vollmaterial einen geringeren Durchmesser haben. Obwohl die Fräsabfolge dieser Naben komplexer ist, senkt die Materialersparnis die Kosten für Hersteller.
2.4 Speichen aus weiteren Werkstoffen
Neben der bewährten Stahlspeiche, produzieren manche Hersteller auch Speichen aus anderen Werkstoffen. Die unterschiedlichen Materialeigenschaften wirken sich auf die Funktion der Laufräder aus.
Aluminiumspeichen:
IndustryNine (auch: i9) stellt Laufräder mit Aluminiumspeichen her. Der Hersteller verspricht sich unter anderem eine höhere Haltbarkeit, weil die Speichengewinde, im Gegensatz zu Stahlspeichen, einen größeren Durchmesser haben, als der restliche Teil der Speiche. Ob das die Nachteile eines proprietären Standards ausgleicht, ist anzuzweifeln. Letztlich wird der entscheidende Unterschied zum konventionellen System die Möglichkeit sein, farbig eloxierte Speichen verwenden zu können.
Nylon/Dyneema
Nylonspeichen besitzen bei extrem niedrigem Gewicht die höchste Zugfestigkeit. Zusätzlich können sie Vibrationen deutlich besser dämpfen (siehe Abb. 5&6). und verbiegen sich dank ihrer Elastizität nicht, wenn zum Beispiel ein Stock zwischen die Speichen gerät.
Die nennenswerten Hersteller von Nylonspeichen sind PiRope und Berd Spokes. Letztere Variante ist mit jeder J-Bend Nabe kompatibel.
Besonderheit im Einspeichprozess mit Nylonspeichen
Weil Nylon, bzw. Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWP) sehr elastisch ist, muss ein Laufrad kurz nach dem ersten Einspeichen mehrfach nachzentriert werden, denn die Speichen verlieren zunächst wieder ihre Spannung. Zusätzlich müssen Berd Spokes sehr zeitaufwändig durch die Nabenlöcher gefädelt und fixiert werden, die zuvor mit einem Spezialwerkzeug entgratet wurden.
Berd Spoke beschreibt diesen Teil des Laufradbaus wie folgt:
"All wheels with Berd spokes are built with a multi-day tensioning process to reduce the amount of tension loss that will happen after the wheels are installed on a bike. Despite this, the tension in Berd spoke wheels will decrease by approximately 30% over the first 6 months of use due to the natural "bedding in" process of the fibers. This loss in tension does not affect the durability or longevity of Berd spoke wheels, [...] unlike metal spokes they maintain all of their strength regardless of tension and increasing the tension is not required." [6]
Titanspeichen
Eine Pillar X-TRA Lite Ti Titanspeiche spart 44% Gewicht, verglichen mit einer in Form und Haltbarkeit ähnlichen Pillar Butted Aero 1422 Speiche. Bei 2x24 Speichen ergibt sich daraus eine Ersparnis von 100,8 g bei einer Länge von 260 mm [4]
Carbonspeichen
Carbonspeichen sind, ähnlich wie Speichen aus Titan oder Nylon, wahnsinnig leicht. Von allen Varianten besitzen Laufräder mit Speichen aus Carbon die höchste Steifigkeit. Das verbessert den Antritt und das Verhalten im Wiegetritt, zu Lasten des Komforts. Obwohl man gebrochene Speichen mit hohem Aufwand reparieren kann, wird der Neuzustand vermutlich nicht vollständig wiederherstellbar sein. Zu den Herstellern zählen unter anderem Lightweight und Mavic.
2.5 Speichennippel
2.5.1 Gewicht
Nippel werden aus Messing und Aluminium angeboten. Erstere wiegen etwa das dreifache, die absolute Ersparnis durch Alu-Nippel beläuft sich auf 50 g bei 2x32 Speichen.
2.5.2 Haltbarkeit
Die Unterschiede in der Festigkeit zwischen Alu und Messing sind während des Fahrens nicht relevant. Weil Alunippel mehr galvanische Korrosion mit den Stahlspeichen verursachen, gibt es ein höheres Risiko für ein festkorrodiertes Nippelgewinde. Im schlimmsten Fall schert der Nippel beim Versuch, das Laufrad zu zentrieren, ab und muss ausgetauscht werden. Hersteller hochwertiger Alunippel beschichten ihre Produkte, um das Maß an Korrosion zu minimieren.
2.5.3 Form
Die meisten Nippelarten besitzen zwei Angriffspunkte für ein Zentrierwerkzeug. Am laufradinneren Ende ist bis auf wenige Ausnahmen (sog. innenliegende Nippel) ein Vierkant zu finden. Er ist erreichbar, ohne dass man den Reifen von der Felge entfernen muss. Dass bringt besonders beim Zentrieren von Tubeless Laufrädern eine große Zeitersparnis mit sich.
Standardnippel besitzen einen Schlitz an der laufradäußeren Seite, von dem man mit einem gewöhnlichen Schraubendreher gebrauch machen kann. Bei einem festsitzenden Nippelgewinde verformt wird dieser schnell und wird unbrauchbar.
Höherwertige Nippel, wie zum Beispiel DT Swiss Squorx, verbessern das Standarddesign gleich um zwei Punkte. Auf der Außenseite besitzen sie statt einem einfachen Schlitz eine Außen-Torx-Schnittstelle, die höheren Drehmomenten beim Zentrieren viel besser standhält.
Zusätzlich ist das Gewinde im Nippelinneren länger, die Kraft wird besser verteilt, was die Haltbarkeit erhöht.
2.5.4 Gewindesicherung
Damit die Speichenspannung eines Laufrads möglichst lange erhalten bleibt und somit die Form behält, gibt es Speichennippel mit Gewindesicherung. Durch Schraubenkleber (DT Swiss; siehe Abb.1 und 2), konische Gewinde (Pillar) oder Druckstellen im Nippelgewinde (Sapim) behalten Laufräder deutlich länger ihre Form und müssen nur selten zentriert werden.
3. Felgen
3.1. Felgenmaterial
Felgen aus Aluminium und Carbon werden auf eine sehr verschiedene Art und Weise hergestellt. Dadurch ergeben sich nicht nur die Eigenschaften der Rohwerkstoffe als Unterschiede der Laufräder.
3.1.1 Aluminiumfelgen:
Aluminiumfelgen werden mit Strangpressen hergestellt. Aus dem Alltag kennt man dieses Verfahren vielleicht von Nudelpressen. Hier wird ein Werkstoff, zum Beispiel Aluminium oder eben Nudelteig, unter hohem Druck durch eine Öffnung mit entsprechender Form gepresst. Die Form der Öffnung entspricht dem Querschnitt der späteren Felge/Nudel. Diese Fertigungstechnik ermöglicht die Herstellung von Hohlkammerfelgen.
Bezahlbarkeit
Aluminiumfelgen erleichtern durch die sehr gute Bezahlbarkeit den Einstieg in den Radsport. Trotz des verhältnismäßig niedrigen Preises. können moderne Alufelgen hohen Ansprüchen gerecht werden.
gut für Felgenbremsen geeignet:
Bei dem Gebrauch von Felgenbremsen sind Aluminiumfelgen ihren Konkurrenten aus Carbon in manchen Belangen überlegen, denn die Abriebfestigkeit von Aluminium ist höher. Gerade im Winter befindet sich häufig etwas Erde oder andere Fremdkörper auf der Bremsflanke der Felge. In diesem Szenario ensteht vor allem für Carbonfelgen ein sehr hoher Felgenverschleiß. Aus diesem Grund unterschied man früher noch deutlicher zwischen Winter/Trainingslaufrädern und einem Laufradsatz, den man sich ausschließlich für wichtige Rennen aufbewahrt. Bei anhaltendem Bremsen auf langen Abfahrten kann das Epoxidharz der Carbonfelgen stark erhitzen, wodurch es weich wird und seine Form verlieren kann.
Haltbarkeit im Gelände eingeschränkt
Aluminium ist ein weiches Metall. Das vergrößert im Geländeeinsatz oder bei höherem Fahrergewicht das Risiko von plastischen Verformungen.
3.1.2 Carbonfelgen
Häufig werden Fahrradbauteile aus Carbon durch die sogenannte Prepreg Laminierung hergestellt. Dabei legt man die mit Epoxidharz vorimprägnierten Carbonmatten in einer speziellen Anordnung (auch Layup genannt) in eine Form hinein. Unter hohem Druck und Temperatur erfolgt dann die Aushärtung des Harzes, das Bauteil erhält seine Festigkeit.
Gewicht
Carbonfasern sind im Verhältnis zu ihrer Belastbarkeit sehr leicht. Eine Hochprofilfelge aus Aluminium ist z.B. aufgrund der Menge an benötigtem Material nicht sinnvoll, sie wäre viel zu schwer. Für leichte Felgen gelten die bereits erläuterten Vorteile durch geringe Massenträgheit.
Haltbarkeit
Carbonfelgen sind meistens erheblich robuster als Aluminiumfelgen. Zudem werden sie häufig gemeinsam mit einem Crash Replacement Programm verkauft. Schafft man es, seine Felge während des Radfahrens zu beschädigen, erhält man je nach Hersteller 2 Jahre lang, bis hin zu lebenslänglich, eine Ersatzfelge.
Vorteile durch den Herstellungsprozess
Bedingt durch den Herstellungsprozess von Carbonbauteilen, haben Felgenkonstrukteure viel gestalterische Freiheit und können komplexe Felgenformen verwirklichen. Durch ein ausgeklügeltes Layup können besonders beanspruchte Stellen erheblich verstärkt werden und umgekehrt weniger kritische Bereiche durch geringen Materialeinsatz eine Gewichtsersparnis bewirken. Das kann zum Beispiel für Vorteile in Aerodynamik, Komfort, Gewicht und Haltbarkeit genutzt werden (siehe Felgenprofil).
"Reserve verwendet außen verstärkte Speichenlöcher, um den Bereich um den Speichennippel zu verstärken, an dem die Felge am stärksten beansprucht wird. Das sorgt für eine höhere Festigkeit, ohne unnötiges Gewicht zu verursachen." [5]
Ästhetik: Das Auge fährt mit
Auch wenn die Wahl von Fahrradkomponenten nüchtern betrachtet durch technische Unterschiede entschieden werden sollte, müssen wir ehrlich mit uns sein. Das durch den großen Resonanzkörper von Hochprofilfelgen erzeugte "Whooosh"-Geräusch zu hören, fühlt sich richtig schnell an und erzeugt beim Überholen Anderer Eindruck. Außerdem können Carbonfelgen Zeugen ihrer hochentwickelten Technik und Handwerkskunst sein, indem sie komplexe Formen besitzen oder durch wunderschöne Muster bestechen.
3.2 Asymmetrische Felgen
Um das Funktionsprinzip von asymmetrischen Felgen zu erklären, müssen zuerst die grundlegenden Einflussfaktoren erläutert werden.
Das Gleichgewicht in der Speichenspannung zwischen linken und rechten Speichen entscheidet, ob eine Felge mittig im Fahrrad läuft, oder nicht. In Abbildung 8 können beide Speichenseiten mit der maximal zugelassenen Vorspannung von beispielsweise 1200 Newton vorgespannt werden, die Felge ist folglich genau in der Fahrradmitte positioniert und das Laufrad kann Kräfte von links und rechts gleich gut aufnehmen. Die Seitensteifigkeit ist auf beiden Seiten identisch.
Die Nabenflansche, an denen die Speichen in der Nabe eingehängt werden, haben allerdings selten den gleichen Abstand zur Fahrradmitte, weil sie etwa Scheibenbremsaufnahmen oder Freilaufkörpern zur Mitte hin ausweichen müssen. Folglich haben Speichen der linken und rechten Seite nicht den gleichen Winkel zur Mittelachse des Fahrrads (siehe Abb.: 9).
In Abbildung 9 lässt sich gut erkennen, dass der linke Nabenflansch der Aufnahme für die Scheibenbremse und der rechte Flansch dem Freilaufkörper nach innen ausweichen muss. Hier darf die Speichenseite mit dem größerem Speichenwinkel (γ) nicht mit der gleich hohen Kraft angezogen werden, weil sie die Felge wegen ihres größeren Hebels aus der Mitte zu sich hin ziehen würde. Dadurch gehen die Vorteile von hoher Speichenvorspannung für diese Speichenseite verloren (siehe Abschnitt Speichen).
Und weil Speichen nur in Zugrichtung, beziehungsweise unter Vorspannung auch in Druckrichtung Kraft aufnehmen können, würde ein Laufrad mit beidseitigem Speichenwinkel von 0° keiner Seitenkraft standhalten können. Es würde sich stark verformen, bis der Speichenwinkel nicht mehr bei 0° liegt, damit die Speichen die Kraft aufnehmen können. Daher gilt, je größer der Speichenwinkel, desto besser kann ein Laufrad Seitenkräfte aufnehmen, ohne sich zu verformen und als Folge dessen Schaden zu nehmen oder Speichenspannung zu verlieren. Genau aus diesem Grund besitzen Mountainbikes mit Boost und Super-Boost breitere Naben, als zum Beispiel Rennräder.
Asymmetrische Felgen (Abb.: 10) umgehen den Nachteil der ungleichen Nabenflanschabstände, indem die Speichen am Felgenring nicht auf der Achse der Fahrradmitte, sondern der Flanschmitte befestigt werden. Daraus ergibt sich ein beidseitig gleicher Speichenwinkel. Folglich ensteht ein robustes und seitensteifes Laufrad.
Einschub:
Nachdem sämtliche relevanten Prinzipien erklärt wurden, hier der technische Ansatz für Radialspeichen auf der Non-Drive-Side (links):
Weil NDS Speichen bei symmetrischen Felgen ohnehin wenig Vorspannung besitzen, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Nippel der Druckspeichen aus dem Felgenbett heben und sich verdrehen können. Radiale Speichen sind vom Drehmoment unberührt, weil sie sich alle nach Biegung zu Zugspeichen verwandeln.
Nachteil: DS Zugspeichen erfahren eine höhere Maximalbeanspruchung und bei Laufrädern mit Scheibenbremse werden Bremsmomente schlecht von den Radialspeichen aufgenommen.
3.3 Aerodynaimsche Felgen
3.3.1 Warum verringern Hochprofilfelgen den Luftwiderstand?
Vereinfacht lässt sich sagen, dass ein gleichmäßiger Luftstrom den geringsten Strömungswiderstand erzeugt, ein Strömungsabriss muss vermieden werden.
Wie bereits in 2.1.3 erwähnt, ist der Anteil der Laufräder am gesamten Luftwiderstand des Fahrrads sehr groß. Das liegt unter anderem daran, dass die obere Hälfte eines Laufrads eine höhere relative Windgeschwindigkeit hat. Dieser Bereich dreht sich ja zusätzlich zur Fahrgeschwindigkeit entgegen der Fahrrichtung vorne.
Ziel einer aerodynamisch optimierten Hochprofilfelge ist es, eine möglichst große Fläche zu bieten, an der die Luft, frei von Turbulenzen entlangströmen kann. Durch die höhere Felge werden die Speichen kürzer, die im laufradäußeren Teil durch die dort höhere Winkelgeschwindigkeit einen großen Anteil am Luftwiderstand besitzen.
3.3.2 Wie unterscheiden sich verschiedene Aerofelgen mit gleicher Felgenhöhe?
Früher wurden Fahrradkomponenten vorrangig im Windtunnel getestet. Weil sich die Bedingungen dort allerdings stark von den Verhältnissen in der echten Welt unterscheiden, lassen sich die Ergebnisse nur bedingt auf die Praxis anwenden:
Während Windtunnel meist eine gleichmäßige Parallelströmung erzeugen, sind die Strömungsverhältnisse in der echten Welt sehr turbulent und ungleichmäßig.
Das Rad ist häufig fest verschraubt, dadurch fehlen die ständigen Lenkimpulse der Pendelfahrt um die Mittelachse jedes Fahrrads.
Der Fahrer nimmt aus Gründen der Widerholbarkeit eine konstante Sitzposition und Trittgeschwindigkeit an.
Tests in der Außenwelt sind sehr Zeit- und Kostenaufwändig, hier unterscheiden sich die Hersteller in ihrer Vorgehensweise deutlich. Das wirkt sich auf unterschiedliche Eigenschaften der Laufräder aus.
Luftwiderstand
Auch bei gleicher Felgenhöhe kann es große Unterschiede im Luftwiderstand verschiedener Laufradsätze geben.
Seitenwindstabilität
Sobald der Anströmwinkel (auch Yaw-Angle), nicht mehr genau 0° hat und die Luft nicht direkt von vorne auftrifft, bildet sich auf der Windzugewandten Felgenseite ein Hochdruckbereich und auf der Windabgewandten Felgenseite ein Niederdruckbereich. Dieses Druckgefälle staut sich über mehrere Sekunden an und kollabiert dann sehr plötzlich, was am Vorderrad ohne Vorwarnung zu einem starken Lenkimpuls führen kann. Um diese Seitenwindanfälligkeit der Laufräder zu minimieren, konstruieren die Hersteller komplexe Felgenformen. [8] Während der Fahrt den Lenker loszulassen um Kleidung an- oder auszuziehen und Nahrung aufzunehmen, ist natürlich nur dann möglich, wenn man nicht mit einem plötzlichem Einlenken des Vorderrads rechnen muss.
Reifenbreite
Moderne Aerofelgen sind viel breiter, als ihre Vorgänger (z.B.: früher 19mm, heute 25 mm) . Das ist zu Beginn verwunderlich, ist der Luftwiderstand ja zu großen Teilen auch von der Stirnfläche abhängig. Eine Breite Felge ermöglicht allerdings einen glatten Übergang zwischen Reifen und Felge. Zusätzlich profitiert man von den zahlreichen Vorteilen eines breiteren Reifens (Komfort, Rollwiderstand, Traktion,...).
3.4 Compliance Felgen
Weil die Vorteile von vertikaler Nachgiebigkeit zunehmend Gehör finden, werden immer mehr Compliance Felgen angeboten. Sie besitzen ein sehr niedriges Felgenprofil, um mit ihrer Elastizität Bodenunebenheiten abzudämpfen und verbessern dadurch Komfort und Traktion. Dieses Konzept lässt sich sowohl auf meist ungefederte Gravelbikes, sowie langhubige Enduro MTBs anwenden.
3.5 Die Form der Felgenhörner: Hookless (TSS) und Clincher
Die übliche Felgenform für Reifen mit Wulstkern, im Gegensatz zu Schlauchreifen, ist die Clincher-/Hakenfelge.
Clincher:
Carbonfelgen müssen unter hohem Druck ausgehärtet werden, um Hohlräume im Material zu vermeiden. Damit man eine ausgehärtete Hakenfelge wieder aus der Autoklave (Druckbehälter) entnehmen kann, muss sie in viele Einzelteile zerlegbar sein. So entstehen hohe Werkzeugkosten und zeitaufwändige Arbeitsabläufe für den Hersteller.
Sämtliche Wulstkernreifen sind mit dieser Felgenbauart kompatibel
Hookless (TSS):
Im Gegensatz dazu haben Hookless (bzw. Tubeless Straight Side) Felgen keinen Haken im Felgenhorn. Dadurch kann die Autoklave aus erheblich weniger Einzelteilen zusammengesetzt sein. Die Produzenten sparen dadurch bei der Herstellung Kosten, weshalb die meisten günstigen Carbonlaufräder auch Hookless konstruiert sind. Es gibt allerdings auch viele Highend Felgen in Hookless Bauart. Für Aero-Laufräder soll zudem der Übergang zwischen Reifen und Felge noch glatter sein, weil der Reifen nicht von dem Haken nach innen gedrückt wird.
Durch den fehlenden Haken muss der Wulstkern des Reifens präziser gefertigt und weniger elastisch sein, damit der Reifen sicher auf der Felge hält. Es dürfen ausschließlich Hookless Ready Reifen verwendet werden. Sowohl der maximale als auch der minimale Luftdruck muss eingehalten werden. Beachte dazu die Angaben der Felgen- und Reifenhersteller.
4. Naben
4.1 Freilaufmechanismus
Während des Fahrens kann man verschiedene Naben blind voneinander unterscheiden, indem man auf den Klang oder die Einrastgeschwindigkeit des Freilaufs achtet.
Einrastwinkel
Unter dem Einrastwinkel definiert man, wie weit sich ein Freilaufkörper bzw. die Kassette drehen muss, bis die Zähne im Freilauf einrasten und ein Kraftschluss entsteht. Man ermittelt ihn, indem man 360° durch die Menge an Einrastpunkten teilt. Sehr niedrige Einrastwinkel helfen dem Fahrer, schnell auf sich ändernde Ansprüche im Gelände reagieren zu können, ohne zuerst "ins Leere zu treten".
4.2 Freilaufkörper
Der Freilaufkörper ist die Schnittstelle zwischen Kassette und Hinterradnabe. Nicht jede Kassette passt auf jeden Freilaufkörper. Weil man den Freilaufkörper nicht bei allen Hinterradnaben umbauen kann (bzw. teilweise nur mit hohen Kosten) ist es entscheidend, dass man hier die richtige Variante wählt.
Über die Jahre haben sich die Anforderungen an die Freilaufkörper verändert, weil Fahrräder immer mehr Gänge und kleinere Ritzel erhalten haben.
Shimano HG (Hyperglide) Spline S/M/L (7s-11s)
Der HG Freilauf wird häufig auch als Standardfreilauf bezeichnet, es existieren folgende Varianten:
HG Spline S ist mit 7s Kassetten kompatibel
HG Spline M ist mit 8s-10s Kassetten und 11s MTB Kassetten von Shimano kompatibel. Die beiden 11s Rennradkassetten CS-HG700 und CS-HG800 passen hier auch.
HG Spline L ist mit 11s und 12s Rennradkassetten kompatibel. MTB Kassetten benötigen einen 1,85 mm Spacer
Shimano HG Spline L2 (Road 12s)
Der Shimano HG Spline L2 Freilauf ist die Weiterentwicklung der Variante HG Spline L und wurde gemeinsam mit der ersten 12s Rennrad-Generation veröffentlicht.
Shimano Microspline (MTB 12s)
Der Microspline Freilaufstandard ist mit Shimano 12s MTB Kassetten kompatibel und ermöglicht unter anderem die Nutzung von Ritzeln mit lediglich 10 Zähnen (HG hat minimal 11 Zähne).
SRAM XD
SRAM hat seinen XD Standard gemeinsam mit der Eagle Produktfamilie veröffentlicht. Ein Vorteil zum damals verbreiteten HG Spline Freilauf war, dass Ritzel mit 10 Zähnen ermöglicht werden und keine Kerben durch die Kassette entstehen. Er passt für SRAM 11s/12s MTB Antriebe (Eagle).
SRAM XDR
Rennräder mit SRAM 12s Antrieb besitzen diesen Freilaufstandard. Er ist 1,85 mm breiter. Somit benötigt man einen Spacer, um Eagle (XD) Kassetten montieren zu können. Im Umkehrschluss sind SRAM Road Kassetten nicht mit XD Kompatibel.
4.3 Einbaubreite
Um den Abstand der Nabenflansche zur Mitte oder den Freilaufkörper zu vergrößern, nimmt man das Mehrgewicht von breiteren Einbaumaßen moderner Räder gerne in Kauf. Zusätzlich werden die Naben mit Steckachsen im Rahmen befestigt. Das Format liest sich wie folgt:
Steckachsendurchmesser [mm] x Einbaubreite [mm]
übliche Größen für Rennräder
VR12x100/HR12x142
VR12x110/HR12x142 (Road/Mini - Boost)
übliche Größen für Mountainbikes
VR15x110/HR12x148 (Boost)
VR15x110/HR12x157 (Super Boost)
VR20x110/HR12x157 (Super Boost DH)
Hast Du es bis hier unten geschafft?
Klar, weil ich schon alles wusste! (und nur überflogen habe)
Ja und ich habe kein Wort ausgelassen! (der Schädel brummt)
Nein, aber ich wollte unbedingt an der Umfrage teilnehmen!
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