Drahtspeichenräder an einem Hochrad aus der viktorianischen Ära
Drahtspeichenräder an einer Blériot XI , die 1909 ihr Debüt feierte

Drahtspeichenräder , auch Speichenräder oder „ Federungsräder “ genannt , sind Räder , deren Felgen über Drahtspeichen mit den Naben verbunden sind . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Obwohl diese Drähte deutlich steifer sind als ein Drahtseil mit ähnlichem Durchmesser , funktionieren sie mechanisch wie gespannte, flexible Drähte und halten die Felge unter Last in Form. Der Begriff „ Federungsrad“ ist nicht mit der Fahrzeugfederung zu verwechseln . [ 3 ]

Drahtspeichenräder werden an den meisten Fahrrädern verwendet und finden auch heute noch an vielen Motorrädern Verwendung. Sie wurden 1808 von dem Luftfahrtingenieur George Cayley erfunden. [ 4 ] Obwohl Cayley die Idee der Drahtspeichenräder erstmals vorschlug, meldete er kein Patent an. Das erste Patent für Drahtspeichenräder wurde am 11. Oktober 1826 an Theodore Jones aus London, England, erteilt. [ 5 ] Eugène Meyer aus Paris, Frankreich, erhielt 1869 als Erster ein Patent für Drahtspeichenräder an Fahrrädern. [ 6 ]

Fahrradräder waren für Autos erst mit der Entwicklung von tangential gespeichten Rädern stabil genug. Sie etablierten sich schnell in der Welt der Fahrräder und motorisierten Dreiräder, waren aber erst um 1907 bei Autos üblich. Dies wurde durch die von John Pugh entworfenen, von Rudge-Whitworth patentierten, abnehmbaren und austauschbaren Räder begünstigt. Die hohe Brems- und Beschleunigungsfestigkeit dieser Räder beruhte auf ihren zwei inneren Reihen tangentialer Speichen. Eine äußere Reihe radialer Speichen sorgte für Seitenstabilität in Kurven. Die Räder waren tief gewölbt , sodass die Lenkbolzen möglichst nahe an der Reifenmittellinie lagen. Ein weiteres Merkmal war ihre einfache Demontage durch die Montage auf verzahnten Naben. Der Prozess der Montage von Drahtspeichenrädern wird als Radbau bezeichnet .

Auf Automobilen

From the earliest days automobiles used either wire wheels or heavy wooden or pressed steel spoked artillery type. The development of the quick detachable hubs of either Rudge-Whitworth or Riley design did much to popularise wire wheels and incidentally led to the fitting of "spare wheels". After their wooden spoked artillery wheels proved inadequate many US manufacturers paid John Pugh of Rudge-Whitworth royalties to manufacture wire wheels using his patents. Artillery wheels fell out of favour in the late 1920s and the development of the cheaper pressed steel wheels by Joseph Sankey replaced wire wheels wherever the premium price of wire wheels was not justified by their weight saving.

Sports cars

Before 1960, sports/racing cars usually had Rudge-Whitworthcenterlock wire wheels equipped with splined hubs and a quick-release "knockoff" (central wing nut) locking cap[7] that could be unscrewed by striking a wing of the nut with a special alloy mallet or "knockoff hammer".[8] Some jurisdictions, including the United States and West Germany, prohibited eared hubcaps for safety reasons in the late 1960s. In response, some manufacturers (e.g. Maserati) preferred to hold the wheel on the splined hub by capping with a single conventional unwinged hex nut requiring a special large spanner.[9]

In the 1960s, even lighter cast alloy wheels became usual—at first with splined hubs and knock-off caps—and now predominate. New versions of wire wheels are still made but often with standard hub bolt patterns covered by a center cap to fit without adapters.

On motorcycles

Früher wurden bei Motorrädern Drahtspeichenräder verwendet, die aus einzelnen Komponenten zusammengesetzt waren , aber außer bei Adventure-, Enduro- oder Dirtbikes werden sie heute hauptsächlich wegen ihres Retro-Looks eingesetzt.

Auf Fahrrädern

Die erste kommerziell erfolgreiche Anwendung von Drahtspeichenrädern erfolgte bei Fahrrädern. Sie wurden früh in der Entwicklung des Fahrrads eingeführt, kurz nach der Einführung von Vollgummireifen. Diese Entwicklung bedeutete eine deutliche Verbesserung gegenüber den älteren Holzrädern, sowohl hinsichtlich des Gewichts als auch des Komforts (die erhöhte Elastizität des Rades trug zur Dämpfung von Fahrbahnunebenheiten bei). [ 11 ]

In England entwickelte der Ingenieur William Stanley 1849 das stahldrahtverstärkte Spinnenrad , eine Verbesserung gegenüber den unhandlichen Holzspeichenrädern, die damals an den von seinem Arbeitgeber hergestellten Dreirädern verbaut waren. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]

Fahrradhersteller produzieren jährlich Millionen von Laufrädern, wobei die gängigen gekreuzten Speichenmuster zum Einsatz kommen. Die Anzahl der Kreuzungen benachbarter Speichen hängt von der Speichenanzahl des Laufrads ab. Laufradbauer von Rennteams und in gut sortierten Fahrradläden fertigen Laufräder auch nach anderen Mustern wie zweifach gekreuzt, einfach gekreuzt oder ungekreuzt (meist radial genannt). Viele dieser Muster werden seit über 100 Jahren verwendet. Es wird behauptet, dass gekreuzte Muster eine höhere Festigkeit und Stabilität aufweisen und dass unregelmäßige Muster eher künstlerischen Charakter haben und nur geringe strukturelle Bedeutung besitzen. [ 15 ]

In den 1980er-Jahren kamen bei den Olympischen Spielen und im professionellen Radsport gegossene Räder mit fünf oder sechs starren Speichen zum Einsatz. Diese bieten Vorteile in speziellen Anwendungsbereichen wie Zeitfahren, für die meisten Zwecke werden jedoch Drahtspeichenräder verwendet.

Speichenspannung und Reifendruck

Typischerweise wird jede Speiche eines unbelasteten Rades mit einer Kraft von etwa 100 Pfund vorgespannt. Wird das Fahrrad mit einem Fahrer belastet, verringert sich die Spannung der Speichen unterhalb der Nabe. Mit jeder Radumdrehung ändert sich die Speichenspannung wiederholt, was aufgrund von Materialermüdung zu Speichenbrüchen führen kann. Materialermüdung ist die häufigste Ursache für Speichenbrüche. [ 16 ]

Bei korrektem Luftdruck absorbiert der Reifen leichte Stöße und Vibrationen und rollt schneller als ein harter, unflexibler Reifen bei höheren Luftdrücken im Bereich von 120–130 psig. Schwerere Fahrer benötigen etwas höhere Luftdrücke. [ 17 ]

Reaktion auf die Belastung

Die Reaktion eines gut gespannten Speichenrades auf eine radiale Belastung, beispielsweise durch einen Fahrradfahrer, besteht darin, dass sich das Rad im Bereich der Bodenkontaktfläche leicht abflacht. Der Rest des Rades bleibt annähernd kreisförmig. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] Die Spannung aller Speichen erhöht sich nicht wesentlich; stattdessen verringert sich die Spannung nur bei den Speichen direkt unter der Nabe. [ 15 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] Die Frage, wie dieser Vorgang am besten beschrieben werden soll, ist umstritten. [ 25 ] Einige Autoren schließen daraus, dass die Nabe auf den Speichen „steht“, die eine Spannungsreduktion erfahren, obwohl die Speichen unterhalb der Nabe keine nach oben gerichtete Kraft auf die Nabe ausüben und durch Ketten ersetzt werden könnten, ohne die physikalischen Eigenschaften des Rades wesentlich zu verändern. [ 20 ] [ 15 ] Andere Autoren kommen zu dem Schluss, dass die Nabe an den darüber liegenden Speichen „hängt“, die eine nach oben gerichtete Kraft auf die Nabe ausüben und eine höhere Spannung aufweisen als die unterhalb der Nabe liegenden Speichen, welche an der Nabe nach unten ziehen. [ 23 ] [ 26 ]

Obwohl Drahtspeichenräder aus dünnen und relativ flexiblen Speichen bestehen, sind sie radial steif und bieten im Vergleich zu selbst Hochdruck- Fahrradreifen nur eine sehr geringe Federungsnachgiebigkeit . [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]

Referenzen

  1. ^ Forester, John (August 1980). „Durch Zugkraft nach unten gehalten“ . American Wheelmen. Archiviert vom Original am 15.07.2012 . Abgerufen am 26.06.2012 . Wie das Speichenrad seine Last trägt.
  2. ^Brown, Sheldon. "Bicycle Tires and Tubes, How a Tire Supports its Load". Retrieved 2012-06-26. The tension-spoked wheel and the pneumatic tire are two examples of what are called preloaded tensile structures, brilliant, counterintuitive designs working together remarkably to support as much as 100 times their own weight.
  3. ^ abC. S. Walker (1920). "Wire Wheels". Society of Automotive Engineers. pp. 425–432. Retrieved 2012-06-26. As the wire wheel is a "suspension" wheel, the car weight is hung or "cradled" from scores of resilient, flexible spokes.
  4. ^Ackroyd, J.A.D. (2011). "Sir George Cayley: The invention of the aeroplane near Scarborough at the time of Trafalgar"(PDF). Journal of Aeronautical History (6): 152. In the same month, March 1808, the notebook records his invention of the tension wheel in his search for "the lightest possible wheel for aerial navigation cars". His idea is ".. to do away wooden spokes altogether, and refer the whole firmness of the wheel to the strength of the rim only, by the intervention of tight strong cording.."
  5. ^See:
    • Notice of Theodore Jones' patent for wire wheels: Repertory of patent inventions, etc., no. 17 (November 1826), page 320.
    • Illustrations and description of Jones' wire wheel: Luke Hebert, ed. (April 20, 1828) "Patent suspension wheels," The Register of Arts, and Journal of Patent Inventions, 2nd series, 2 (29) : pages 65-66.
  6. ^Bulletin des lois de la République française (1873) 12th series, vol. 6, page 648, patent no. 86,705: "Perfectionnements dans les roues de vélocipèdes" (Improvements in the wheels of bicycles), issued: 4 August 1869.
  7. ^New Directions in Suspension Design: Making the Fast Car Faster Taylor & Francis, 1981, USA. ISBN 0-8376-0150-9. Colin Campbell: “The center-lock wire wheel is traditionally associated with vintage sports cars and racing cars, and for those of us of advancing years the blood is still stirred by memories of split-seconds saved by the deft application of copper-headed hammers to eared hubcaps.” p.5
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  • Astounding.org.uk , eine Analyse der Durchbiegung von Drahtspeichenrädern.
  • Duke.edu , eine Analyse der Durchbiegung von Drahtspeichenrädern ( PDF- Format).