Speichenbruch: FAQ
in Allgemein
Wenn nur eine Speiche an der Felge bricht, ist dies meist erstmal nicht dramatisch. Man kann damit, solange sich der Reifen frei durch Rahmen und Gabel dreht noch nach Hause oder in die nächste Werkstatt fahren. Allerdings sollte dies langsam und vorsichtig geschehen. Auch unwegsames Gelände oder Schlaglöcher sollten dann umfahren oder gleich ganz vermieden werden. Andernfalls können sich weitere Fahrradspeichen lockern und am Ende brechen. Aber was sind die Gründe, und vor allem – wie kann dem vorgebeugt werden?
Gründe für den Speichenbruch
Bruch am Speichenbogen
Der Speichenbogen ist die Achillesverse einer Speiche. Als Speichenbogen wird der Bereich bezeichnet, der im Flansch der Nabe eingefädelt wird. Durch das Biegen des Speichendrahtes wird das Material, in der Regel eine Stahllegierung, an der Bogeninnenseite gestaucht, und an der Bogenaußenseite gezerrt.
Speichenbruch durch starke Belastung
Ein Bruch der Speiche entsteht in der Praxis fast immer am Speichenbogen. Der Grund: Beim Fahren wird der Bogen durch eine permanente Be- und Entlastung und das damit verbundene, geringfügiges und ständiges Aufbiegen stark belastet. Veranschaulichen lässt sich dieser Vorgang an jedem beliebigen Draht: Biegt man etwa eine Büroklammer an der gleichen Stelle oft genug hin und her, so bricht sie exakt an dieser Stelle.
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Belastung immer oben
Übertragen auf ein rollendes Laufrad werden immer nur diejenigen Speichen belastet, die im Moment oben sind. In diesem Zustand hängt die Nabe an den oberen Speichen. Zugleich werden die unteren Speichen entlastet. Diese permanent wechselnde, sinusförmige Belastung sorgt für das erwähnte ständige Biegen des Speichenbogens, das je nach verwendeten Komponenten und Aufbauqualität des Laufrades bereits nach wenigen Kilometern, aber auch unerwartet aus dem Nichts nach mehreren Tausend Kilometern zum Bruch führen kann. Brüche dieser Art treten oft spontan und ohne erkennbare äußere Einflüsse auf (Bordsteinkante, Schlagloch, Bahngleis). Das Bruchbild verläuft dabei meist quer durch die Speiche.
Speichenbruch durch Qualitätsschwankungen
Neben der hauptsächlich mechanischen Ursache eines Bruches kann es bei Speichen auch zu teils starken Qualitätsschwankungen bei der Fertigung kommen. Denn der Werkstoff der Speichen kann, durch die Säurebehandlung vor der Oberflächenveredelung, spröde werden. Auch kann es beim Zulieferer des Speichenherstellers zu Schwankungen bei der Qualität der Legierung kommen. Eine kleine Veränderung in der Legierung, also in der Zusammenstellung unterschiedlicher Werkstoffe wie Eisen, Kohlenstoff oder Chrom führt meist zu enormen Veränderungen in der Zugfestigkeit der Speiche.
Maßnahmen gegen Speichenbrüche am Speichenbogen
Das Risiko eines Speichenbruchs am Speichenbogen wird durch die Verwendung von Markenspeichen wie DT Swiss oder Sapim verringert. Damit die Speichen nicht so leicht brechen, verändern die Speichenhersteller den Durchmesser der Speichen an unterschiedlichen Stellen. Ein dünnerer Mittelteil sorgt etwa wie bei einer Dehnmessschraube dafür, dass sich die Speiche minimal dehnen kann, um Stressspitzen aufzufangen. Dadurch wird der Speichenbogen weniger stark verbogen und damit entlastet. Ein dickerer Speichenbogen ist stabiler, er biegt sich weniger. Zudem lässt sich dem Problem auch vorbeugen, indem zusätzlich verstärkte Speichen zum Einsatz kommen.
Im Test: E-Bikes mit Pinion und Rohloff
Spezielle Speichen für E-Bikes mit Heckmotor
Für besonders große Belastungen an E-Bikes mit Heckantrieb gibt es Speichen, bei denen sowohl der Mittelteil dünner als auch der Bogen dicker ist. Beispiel hierfür ist von Sapim das Modell „Strong“, oder von DT Swiss das Modell „Alpina“. Diese haben in der Regel im Bereich des Speichenbogens einen Durchmesser von 2,34mm, anstelle von 2,0mm. Solche Speichen empfehlen sich daher insbesondere für Tandems oder E-Bikes mit Heckantrieb, da hier die Spitzenbelastungen durch das Gewicht zweier Personen oder aufgrund des erhöhten Drehmoments des Nabenmotors enorm sind.
DTSwiss-Alpine-Speiche
Unübersichtlicher Speichenmarkt
Eine weitere Maßnahme kann in der Verwendung einer Speiche mit angepassten Speichenbogen liegen. Am Markt gibt es eine verwirrende Vielzahl von unterschiedlichen Speichen. Diese unterscheiden sich nicht nur in Länge und Durchmesser, sondern viel entscheidender in den Speichenbogenmaßen. Für optimale Langlebigkeit sowohl des Nabenflansches als auch der Speiche und des gesamten Laufrades müssen deshalb die Speichenbogenmaße auf den Nabenflansch und die Speichenlöcher abgestimmt werden. Es reicht nicht aus, die Speiche nur nach Durchmesser und Länge auszuwählen (Bsp. 2.0-268mm), zusätzlich ist die Speichenbogenlänge und der Drahtdurchmesser im Speichenbogen so auszuwählen, dass die Speichen optimal in den Speichenlöchern der Nabenflansche sitzen.
Speichenbruch wegen Axialbewegung
Ist der Speichenbogen zu lang und/oder der Drahtdurchmesser im Speichenbogen zu klein, kann sich die Speiche nach dem Zentrieren im Speichenloch axial bewegen. Der Speichenbogen kann sich dann aufbiegen, wodurch ein Speichenbruch wahrscheinlicher wird. Ist der Speichenbogen nicht passend, kann es beim Einfädeln bzw. Spannen der Speiche am Speichenloch auf der Speichenbogenseite zu einer starken Quetschung des Nabenflansches kommen.
Nippelsitz Flansch Alber Neodrives
Vorgaben von Nabenherstellern
Die dadurch verursachte Beschädigung kann zu einem Flanschbruch führen. Die Firma Rohloff zum Beispiel gibt für ihre Naben den Einsatz von Speichen mit einer im Vergleich größeren Bogenlänge von 2,9mm und als DD-Ausführung mit Durchmesser 2,0/1,8/2,0mm vor.
Speichenbruch vorbeugen durch axialen Versatz
Eine Weitere Maßnahme kann durch die Wahl der Felge erfolgen: Die Belastung am Speichenbogen lässt sich massiv verringern, wenn man eine Felge wählt, die bei der Bohrung der Speichenlöcher einen axialen Versatz aufweist. Axialer Versatz bedeutet, dass die Bohrungen für die Speichen nicht mittig in der Felge angesetzt werden, sondern abwechseln links und rechts außermittig angesetzt sind. Lediglich das Ventilloch verbleibt als einzige Bohrung, die noch mittig angesetzt ist. Durch diesen axialen Nippelversatz der Speichen lässt sich nicht nur die Belastung am Speichenbogen maßgeblich reduzieren, es kann auch ein harmonischere Speichenspannungsverteilung an linker und rechter Laufradseite erzielt werden.
Kürzere Speiche, mehr Belastung am Speichenbogen
An Vorderrädern mit Scheibenbremsen ist durch die Asymmetrie des Laufrades dieses Phänomen der ungleichmäßigen Spannungen an Speichen durch axialen Versatz der Bohrungen besonders gut zu beheben. Selbiges an Nabenmotoren: durch den großen Durchmesser des Nabenflansches sind die Speichen unter Umständen vergleichsweise sehr kurz, sodass die Belastung auf den Speichenbogen entsprechend zunimmt, denn die Speiche muss auf kürzerer Distanz und damit steiler nach innen auf die Felge zulaufen. Auch hier lässt sich durch den axialen Versatz der Speichenbohrungen sehr gut gegen Speichenbrüche vorbeugen: Meist genügt schon eine richtungsweisende Punzierung von 2°- 3° in axialer Richtung in Kombination mit einer außermittigen Punzierung von wenigen Millimetern, um den in der Praxis bewährten axialen Versatz von maximal 10° Speichenwinkel zur Nippelstellung nicht zu überschreiten und dadurch Brüchen am Speichenbogen erfolgreich entgegenzuwirken.
Achten Sie auf die Maulweite
Bei der Felge ist zudem auf die Maulweite zu achten: eine Maulweite von 25mm und mehr ist empfehlenswert, dadurch sitzt nicht nur ein breiterer Mantel satter im Felgenbett, auch die Felgenkonstruktion wird dadurch steifer. Ist die Felge zu weich, kann sie die Belastung nicht gut auf mehrere Speichen verteilen, wodurch die beim Rollen wie bereits beschrieben die jeweils obenstehende Speiche besonders stark belastet und damit gebogen wird. Die Speichenanzahl von 36 Loch statt 32 Loch ist ein weiteres Qualitätsmerkmal der Felge, um die einzelnen Speichen am Speichenbogen weiter zu entlasten.
Felgenöse Versatz
Hohe Spannung minimiert die Bewegungsfreiheit
Generell gilt bei vermehrten Brüchen am Speichenbogen: das Laufrad sollte so zentriert werden, dass alle Speichen mit einer tendenziell hohen Spannung eingebaut werden. Das vermindert die Bewegungsfreiheit im Speichengerüst während des Rollens deutlich. Die Speichenbögen bewegen und biegen sich weniger und halten erheblich länger. Zudem sorgt eine hohe Speichenspannung dafür, dass sich die Belastung auf mehr Speichen verteilt, was jede einzelne Speiche schont und länger leben lässt. Dabei ist natürlich auf die Obergrenze jedes einzelnen Komponentenherstellers zu achten, also des Felgenherstellers und des Nabenherstellers.
Speichenspannung beim Reiserad: Etwa 1000 Newton
Als Faustformel für symmetrisch eingespeichte Laufräder (gleiche Speichenlänge auf beiden Seiten des Laufrades) kann man eine Speichenspannung von ca. 1000N durchschnittlich je Speiche bei Reiserädern oder E-Bikes festhalten, das entspricht einen Zug von 100kg je Speiche. Bei sportlichen Rennrädern oder MTBs kann dieser Wert bei sehr leichten Komponenten teils etwas darunter, bei Laufrädern mit verringerter Speichenzahl auch darüber liegen. Hingegen geben DT und Sapim für asymmetrisch eingespeichte Laufräder sogar ca. 1200N auf der stärker belasteten, weil steiler stehenden Antriebsseite an, auf der Nichtantriebsseite dafür nur ca. 800N an.
Spannungsverlust nach Montage der Reifen
Wichtig ist auch zu wissen, dass die Speichenspannung nach Montage des Mantels und bedingt durch den Luftdruck massiv nachgeben kann, 20% Wertverlust sind keine Seltenheit. Insofern kann es je nach Felgenwahl und Nabenhersteller angebracht sein, dass die Speichenspannung vorab kurzzeitig über den maximal zulässigen Wert angesetzt wird. Des Weiteren kommt hinzu, dass sich die Speichen nach einer kurzen Einfahrzeit „setzen“ können, wodurch ebenfalls Speichenspannung verloren geht. Insofern sollte bei einem Neurad, egal ob Trekking-, Reiserad, E-Bike oder gar Tandem generell nach einer kurzen Einfahrzeit unter Zuladung die Speichenspannung durch Abdrücken der Speichen oder mittels Tensiometer überprüft werden – vergleichbar den Reifenmuttern beim Auto nach dem Wechsel der Sommer- und Winterreifen.
Bruch am Speichennippel
Die im Verhältnis eher geringere Anzahl von Speichenbrüche ereignet sich am Speichennippel. Das Verhältnis von Brüchen am Speichenbogen zu Brüchen am Gewinde liegt erfahrungsgemäß bei ca. 9:1. Brechen die Speichen direkt am Nippel, liegt es daran, dass die Nippel sich in der Felge nicht richtig in Speichenrichtung ausrichten können. Der Bruch am Nippel weist in der Regel immer einen übermäßigen axialen oder radialen Versatz als Ursache auf, man spricht hier von der Kerbwirkung des Speichengewindes am Nippel. Hingegen hat der vorhin beschriebene Bruch am Speichenbogen seine Ursache immer in einem axialen Versatz der Speiche im Verhältnis zur Felge, welcher die vorgeschwächte (axiale) Biegung im Speichenbogen durch Be- Und Entlastung weiter verschärft.
Maßnahmen gegen Speichenbrüche am Speichennippel
Abhilfe kann bereits eine Felge mit gepunzten Speichenlöchern oder Ösen schaffen, da sich die Nippel hier grundsätzlich besser ausrichten können. Ebenso gibt es zusätzlich abgerundete Nippel, die in unterschiedliche Richtungen schräg in der Felge stehen können und sich polyaxial ausrichten können (Sapim Polyax, DT Swiss Pro Head) und somit den axialen wie radialen Versatz ausgleichen. Insbesondere bei sehr kleinen Laufrädern und/oder Naben mit großem Flansch (zum Beispiel Rohloff Speedhub oder Alber Neodrives Heckantrieb) sind die genannten Nippel zu empfehlen.
Nippelvergleich
Längere Speichen, weniger Spannung
Eine einfache Lösung, um der Kerbwirkung des Gewindes entgegenwirken zu können, können aber auch schon 2mm länger Speichen in Kombination mit etwas weniger Speichenspannung sein. Dies gilt es im Einzelfall bei auffällig häufig Brüchen am Speichengewinde zu prüfen bzw. mit dem Laufradhersteller zu klären.
Kerbwirkung reduzieren
Denn für einem Bruch am Nippel spricht oft auch, weil die Speiche a) am Gewinde bereits vorgekerbt ist in Kombination mit b) sie am Ausgang der Felge minimal knickt und immer weiter kerbt. So haben innenliegende Nippel den Gewindeansatz nicht direkt am Kopf, sondern etwas tiefer, so dass hier 2mm längere Speichen in Kombination mit entsprechenden Nippel Abhilfe schaffen. Damit liegt der dann runde Speichenschaft ohne Gewinde am Ausgang des Nippels und die die Kerbwirkung wird entsprechend reduziert. Üblicher Weise reicht diese Maßnahme dann bereits aus.
Knackpunkt: Gewicht der rotierenden Masse
Eine zusätzliche Anpassung der Speichenbohrung neben der axialen Ausrichtung auch in radialer Ausrichtung kann unter bestimmten Umständen Sinn machen, wie beispielsweise bei Hochprofilfelgen oder sehr kleinen Laufrädern von lediglich 20“ Durchmesser. Sinnvoll ist das aber nun dann möglich, wenn die Wandstärke des Felgenbettes dann entsprechend dick ist, um eine richtungsweisende Bohrung in radialer Richtung erst effizient technisch umsetzen zu können. Dadurch würde die Felge aber entsprechend schwer werden, was gerade aber bei der Komponente Laufrad als rotierende Masse des Fahrrades enorm kontraproduktiv wäre, jedoch bei Hochprofil-Carbonfelgen oder sehr kleinen Laufrädern noch vertretbar wäre.
Insofern findet diese Methodik auch nur in nur speziellen Einsatzbereichen wie Downhill Rädern Einsatz, wo das Felgengewicht sekundär ist. Zudem wird auch nur bei diesem Einsatzbereich durch das abrupte Abbremsen aus hohen Geschwindigkeiten Torsionskräfte frei, die in punktuelle Stressspitzen münden. Ein weiterer Einsatzbereich sind Systemlaufradsätze mit Hochprofilrädern im Rennradbereich, da hier die Wandstärke im Felgenbereich fertigungsbedingt ohnehin gegeben ist.
Versatz ab 15 Grad spürbar
Grundsätzlich lässt sich festhalten, dass ein radialer Versatz der Speichen zum Nippelaustritt erst jenseits eines Wertes von 15 Grad spürbar relevant für die Kerbwirkung am Gewinde wird. Der Alber Neodrives Motor lässt laufradseitig beispielsweise sogar einen radialen Versatz in Höhe von 20 Grad zu. Je öfters sich die Speichen kreuzen, desto schräger laufen auch die Speichen auf die Felge zu. Insofern schreibt auch Rohloff mit einem vergleichsweise kleineren Nabenflanschdurchmesser vor, dass sich die Speichen auch nur 2x kreuzen, Heckantriebe wie Alber nur 1x kreuzen dürfen, damit die Speichen entsprechend gerader auf die Felge zulaufen. So fällt der Radialwinkel in der Praxis nicht höher als 15 Grad aus und Speichenbrüchen am Speichenkopf hervorgerufen durch radialen Versatz wird entgegengewirkt.
Speichenkreuzung 1-fach Alber Neodrives 2
Speichenkreuzung 2-fach Rohloff 4
Speichenkreuzung 3-fach Tune
Speichenausgang Felge Alber Neodrives
Speichen Axial-Radialversatz 20-Zoll-Laufrad
Je mehr Kreuzungen, desto flacher der Winkel
Bei mehrfacher Kreuzung der Speichen wird der oben gezeigte Winkel immer flacher (im Einzelfall > 114 Grad), dies würde einem radialen Versatz von > 24 Grad Grad entsprechen, was trotz mehrfacher Kreuzung ein immer instabileres Laufrad ergeben würde. Daher gilt auch nicht immer der Grundsatz – je mehr Kreuzungen, desto stabiler.
Speichenausgang Flansch Alber Neodrives
Radiale Einspeichung nur bei kleinen Laufrädern
Umgekehrt sollte eine sogenannte radiale Einspeichung ohne Kreuzung nur bei sehr kleinen Laufrädern Anwendung finden, wie beispielsweise 20“ Laufrädern um Speichenbrüche am Speichennippel durch zu hohen radialen Versatz jenseits der 20 Grad zu vermeiden. Hochwertige Felgenmarken bieten zudem für sehr kleine Felgen von 20 oder 24 Zoll Laufradgröße zum Teil auch Felgen mit einer radial richtungsweisenden Punzierung an, da hier das Felgenbett durch eine dickere Wandstärke bei der kleinen Größe das Laufrad nicht wesentlich schwerer macht.
Speichenbild Radial Alber Neodrives
Speichenbild Spezial Campagnolo
Sonderfall High Performance
Selbiges trifft auch auf Hochprofilfelgen zu, die diesem Umstand im Einzelfall auch durch eine entsprechende radiale Punzierung Rechnung tragen müssen. Aus aerodynamischen Gründen liegt hier immer öfters der Speichennippel im Felgenbett, sodass er nicht mehr von außen sichtbar ist. Entsprechend weisen hochwertige Carbonfelgen konstruktionsbedingt eine axiale und radiale Ausrichtung der Punzierung auf, um mit möglichst wenig Speichen dennoch ein maximal hohe Laufradstabilität zu realisieren.
Speichenbild Spezial Camagnolo
Weniger Speichen gleich kürzere Speichen
Je weniger Speichen sich kreuzen, entsprechend kürzer fallen die Speichenlängen aus. Umgekehrt gilt zu bedenken, dass die Veränderung in der Speichenlänge an sich kaum Auswirkung auf die radiale Winkelveränderung auswirkt, sodass der größere Flanschdurchmesser eines Nabenmotors oder einer Nabenschaltung kaum Einfluss auf den radialen Versatz erzeugt.
Idealfall: Aufbau von Hand
Im Idealfall werden stark beanspruchte Laufräder immer von Hand aufgebaut. So lässt sich je nach Einsatzbereich noch Einfluss nehmen auf die Wahl der Einzelkomponenten, auf die Qualitätskontrolle der einzelnen Komponenten, eine gleichmäßige Speichenspannung lässt sich während des Einspeichprozesses besser kontrollieren und ein mehrfaches Abdrücken mit viel Erfahrung eines Master-Builders ein perfektes Laufrad entstehen. Hochwertige Laufräder sind und bleiben noch echtes Handwerk!
Laufradbau
Speichenbruch: Fazit
Das Laufrad eines Fahrrades gehört mit zu den meist beanspruchten Bauteilen eines Fahrrades. Das Gewicht eines Laufrades hat enormen Einfluss auf die Fahrdynamik eines Fahrrades. Die große Kunst besteht also darin, den goldenen Mittelweg zu finden um den Zielkonflikt zwischen einem leichten und agilen Laufrad, und einem stabilen schwereren Laufrad für den jeweiligen Einsatzbereich zu bauen. Durch Beachtung einfacher Maßnahmen wie korrekt Speichenspannung (häufigste Bruchursache), Polyaxnippel oder axialen Versatz von Speichenlöchern an der Felge lässt sich die Bruchgefahr einer Speiche am Speichenbogen enorm reduzieren. Häufige Brüche am Speichennippel hingegen lassen sich meist durch eine entsprechend hohe Speichenqualität, der korrekten Speichenlänge oder durch die ideale Anzahl von Speichenkreuzungen sehr einfach in den Griff bekommen. Bei manchen der oben genannten Spezialeinsatzbereiche helfen Felgen mit gleichzeitiger axialer und radialer Ausrichtung der Punzierung in gegen Speichenbrüche am Nippel.