Alles über Fahrrad Speichen

Fahrrad SpeichenMit den Speichen beschäftigen sich die meisten Radler erst, wenn Verschleiß am Laufrad zum Austausch von Felge oder Laufradnabe zwingt oder wenn tatsächlich mal eine Speiche gerissen ist. Allerdings rechnen sich Reparaturen oder der Umbau einzelner Komponenten an gebrauchten Laufrädern in der Fahrradwerkstatt überhaupt nicht. Da wird man dir mit hoher Wahrscheinlichkeit gleich den Kauf eines neuen Laufrades ans Herz legen.

Wenn du dich aber mit Speichen am Fahrrad auskennst, kannst du alles selber in die Hand nehmen und bei der Reparatur viel Geld sparen. Du beschaffst dir Felge, Nabe und Speichen als Einzel-Komponenten und baust selber alles fachgerecht zusammen.

Doch welche Speichen benötigst du? Wie ermittelt man die korrekte Speichenlänge? Und worauf ist sonst noch zu achten? Ein Leitfaden über Fahrrad Speichen.

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Inhaltsübersicht

 

Funktion der Fahrrad Speichen

Die Speichen stellen die Verbindung zwischen Laufradnabe und Fahrradfelge her. Sie übertragen die Kräfte und Drehmomente von Fahrrad und Fahrer auf die Straße und umgekehrt. Die Steifigkeit der Verbindung wird dabei durch Dicke, Material und Anzahl der Speichen, Anzugsmoment der Speichennippel und Art der Speichen-Kreuzung beeinflusst.

Mehr Speichen und eine höhere Kreuzungszahl bringen zwar mehr Stabilität, treiben aber das Gewicht in die Höhe und verschlechtern die Aerodynamik. Aus diesen gegensätzlichen Anforderungen resultieren die vielen unterschiedlichen Speichenarten und Einspeichmuster.

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Belastung der Fahrrad Speichen

Im unbelasteten Laufrad werden die Speichen hauptsächlich auf Zug beansprucht. Im Speichenbogen zusätzlich auf Biegung. Bei Mehrfach-Kreuzung kommt an einigen Kreuzungsstellen ebenfalls noch Biegespannung hinzu (durch die Unter- bzw. Überkreuzung).

Ist das Speichengeflecht perfekt zentriert worden, lastet auf allen Speichen theoretisch die gleiche Spannung. Praktisch werden beim Zentrieren allerdings die Fertigungstoleranzen aus Felge und Nabe ausgeglichen, um ein Laufrad ohne Höhen- und Seitenschläge zu erhalten. Die Speichen stehen am Ende also unterschiedlich stark unter Spannung.

Im Fahrbetrieb wirkt die Gewichtskraft (erzeugt aus Fahrrad, Fahrer und Zuladung) über Rahmen und Gabel auf die Laufradnaben und wird von dort über die Speichen an die Felgen weitergeleitet. Während das Laufrad auf der Straße abrollt, erfahren die einzelnen Speichen im Laufe einer Umdrehung also eine ständig wechselnde Druckbelastung.

Geht die Fahrt über Kopfsteinpflaster, holpriges Gelände, Treppenstufen, Bordsteinkanten oder andere Unebenheiten, dann kommen noch deutlich höhere Belastungsspitzen hinzu.

Die Vorspannung der Speichen muss also so hoch sein, dass das gesamte Speichengeflecht trotz all dieser Belastungen noch genügend Steifigkeit bereithält, damit das Laufrad nicht nachgibt und ein schwammiges Fahrverhalten zeigt.

Allerdings dürfen die Speichen im Gegenzug auch nicht zu stramm montiert sein. Sonst können Belastungsspitzen Speichenbruch begünstigen oder zu Schäden an Felge oder Nabe führen.

Weniger dramatisch sind im Vergleich dazu bleibende Deformationen an einzelnen Speichen, die durch seitliche Schläge oder Stöße (z. B. bei einem Sturz im Gelände) verursacht wurden.

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Speichenbruch

Die Fahrradspeichen gelten nicht als Verschleißteile, sondern sie sollen auf unbegrenzte Zeit die einwirkenden Belastungen auffangen, ohne Ermüdungsbruch zu erleiden. Sind die Speichen in Anzahl, Werkstoff oder Vorspannung allerdings den eingeleiteten Belastungen nicht gewachsen, kann es an einzelnen Speichen zum Speichenbruch kommen.

Fahrrad Speichen - SpeichenbruchIn der Regel reißt eine Speiche dann im Bereich des Bogens vor dem gestauchten Speichenkopf. Denn dort wird der Speichendraht auf Biegung beansprucht und erleidet einen Ermüdungsbruch.

Ist eine Speiche gerissen, muss sie schnellstens durch eine intakte Speiche ersetzt werden, sonst drohen weitere Speichenbrüche. Denn die Kräfte und Drehmomente verteilen sich jetzt mehr oder weniger ungünstig auf die benachbarten intakten Speichen und führen dort zu höheren Lastspitzen.

Des Weiteren wird ein Speichenbruch an der Felge einen Seitenschlag verursachen, der sich bei Felgenbremsen sehr nachteilig auswirken kann.

Unter Umständen musst du für den Austausch der Speiche die gesamte Laufradnabe zerlegen, um den nötigen Freiraum zu bekommen, der für das Aus- und Einfädeln der Speiche erforderlich ist (z. B. an einer Hinterradnabe für Kettenschaltung auf der Antriebsseite).

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Aufbau der Fahrradspeichen

Fahrradspeichen bestehen aus gezogenem Stahldraht und tragen an einem Ende das Gewinde für die Montage des Speichennippels und am anderen Ende einen angestauchten Kopf als Anschlag im Nabenflansch.

Je nach Speichenflansch kann die Speiche vor dem Speichenkopf eine Biegung haben (J-Bend-Speiche) oder gerade verlaufen (Straightpull-Speiche). Ebenso gibt es Speichen mit unterschiedlichen Drahtdurchmessern über die gerade Länge und einige andere konstruktive Besonderheiten:

 

Speichenarten

Als Werkstoff kommt bei Speichen am Fahrrad in der Regel Stahldraht mit 2 mm Durchmesser (Standard) zum Einsatz. Hochwertige Speichen bestehen dabei aus nicht rostendem Edelstahl (V2A), minderwertige Speichen aus verzinktem ferritischen Stahl.

Es gibt zwar auch Speichen aus Aluminium, Carbon oder Titan, allerdings nicht geeignet für den Massenmarkt.

Um den Speichen ganz bestimmte Eigenschaften zu verpassen, wird bei Drahtdurchmesser und Speichenform weiter differenziert:

  • Glattspeichen: sind durchgehend ohne Durchmesser-Veränderungen, Drahtdurchmesser 2,0 mm, im Gewindebereich 2,34 mm (gewalzt, nicht geschnitten).
  • Eindickendspeichen (ED, 1D): Weisen im Bogen mit 2,3 oder 2,34 mm einen größeren Drahtdurchmesser auf und sind damit besser vor Ermüdungsbruch geschützt.
  • Doppeldickendspeichen (DD, 2D): Weisen auf der geraden Länge im Mittelteil einen kleineren Drahtdurchmesser auf (zwischen 1,8 und 1,5 mm). Das spart Gewicht.
  • Doppeldickendspeichen mit stärkerem Bogen (3D): Kombination aus Speichendurchmesser 2,0 mm, einem größeren Drahtdurchmesser im Bogen (2,2 oder 2,34 mm) und einer Verjüngung im geraden Mittelteil (1,8 mm).
  • Aerospeichen/Flachspeichen/Messerspeichen: Diese Speichen weisen ein aerodynamisches Profil auf, um den Luftwiderstand bei hoher Geschwindigkeit zu reduzieren.

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Speichendurchmesser

Bei Speichen stiften die Maßangaben für Durchmesser und Gewinde schnell Verwirrung. Warum das so ist, erklären wir im Folgenden:

  • Das Gewinde am Speichenende wird nicht geschnitten, sondern gewalzt. Dadurch wird der Faserverlauf im Stahlgefüge nicht zerschnitten und das Gewinde erhält eine höhere Festigkeit gegen Ausreißen. Herstellungsbedingt hat das Gewinde durch das Walzen dann aber einen größeren Außendurchmesser als der Ursprungsdraht. Eine Speiche mit 2,0 mm Durchmesser trägt demzufolge also ein Gewinde mit 2,34 mm Durchmesser.
  • Speichen werden aus gezogenem Stahldraht hergestellt. Dabei wird der Drahtdurchmesser mit steigender Anzahl Züge (= Arbeitsgänge) immer dünner. Als Maß für die Anzahl der Züge (Arbeitsgänge) wird die Maßeinheit [Gauge] verwendet (AWG, American Wire Gauge). Je dünner die Speiche, desto größer ist also die Angabe in [Gauge].

Hier die maßlichen Zusammenhänge für die gängigsten Speichendurchmesser in tabellarischer Form:

Sportrad Standard Lastenrad
Speichen-Durchmesser 1,8 mm 2,0 mm 2,3 mm
Gewinde-Durchmesser 2,0 mm 2,34 mm 2,6 mm
[Gauge] 15 g 14 g 13 g

 

Speichenlänge

Unterschiedliche Laufradgrößen, Felgendurchmesser und Laufradnaben erfordern unterschiedliche Speichenlängen, damit die Felge am Ende genau mittig zur Nabe eingespeicht ist und die Speichen dabei nicht zu kurz und nicht zu lang sind. Dabei können in einem Laufrad durchaus zwei unterschiedliche Speichenlängen zum Einsatz kommen. Nämlich z. B. bei Hinterradnaben für Kettenschaltung (durch den Versatz der beiden Nabenflansche zur Mitte) oder bei Naben mit unterschiedlichen Lochkreis-Durchmessern. Dann müssen die Speichen auf der linken Seite eine andere Länge haben als die Speichen auf der rechten Seite.

Es gibt die Fahrradspeichen also in unterschiedlichen Längen und du musst vor dem Kauf der Speichen berechnen, welche Speichenlänge du tatsächlich benötigst:

 

Länge der Speichen berechnen

Um die korrekte Speichenlänge zu ermitteln, benötigst du einige Maße von Felge und Laufradnabe. Und du benötigst die Berechnungsformel. Es gibt mittlerweile zwar eine Vielzahl von Online-Rechnern für die Berechnung, aber es schadet nicht, wenn du die Berechnungsformel selbst kennst und anwenden kannst. Dann bist du zu jeder Zeit und an jedem Ort unabhängig vom Internet-Zugang.

Darüber hinaus ist auch nicht die Berechnung der Speichenlänge an sich das große Problem, sondern eher die Erfassung der Eingabewerte für die Formel. Das betrifft insbesondere die Abmessungen an Felge und Nabe. Im Folgenden findest du daher:

  • Die Formel zur Berechnung der Speichenlänge (für Laufräder mit Mehrfach-Kreuzung)
  • Die Beschreibung der Eingabegrößen
  • Die Beschreibung der Hilfsmittel zur Erfassung dieser Eingabegrößen

 

• Die Formel für die Berechnung der Speichen-Länge

Mit der folgenden Formel kannst du die erforderliche Länge der Speichen berechnen:

L = √(r² + R² + a² – 2 × r × R × cos (720 × K / n))

Die Wurzel erstreckt sich dabei über den gesamten Term auf der rechten Seite der Gleichung. Wegen der Cosinusfunktion benötigst du zur Berechnung aber einen Taschenrechner, der trigonometrische Funktionen bereithält. Den hast du auf deinem Rechner oder Smartphone aber sicher installiert. Für die Einhaltung der Regel „Punktrechnung vor Strichrechnung“ gehst du bei der Berechnung am besten folgendermaßen vor:

  1. Berechne 720 × K / n
  2. Berechne den Cosinus für den Term aus dem 1. Punkt
  3. Berechne das Produkt aus 2 × r × R × Ergebnis aus dem 2. Punkt
  4. Berechne die Summe aus r² + R² + a² – Ergebnis aus dem 3. Punkt
  5. Ziehe die Wurzel aus dem Ergebnis aus dem 4. Punkt.

 

Die Gleichung fütterst du mit den folgenden Eingabewerten. Weiter unten erläutern wir dann, wie du diese Eingabewerte ermitteln kannst.

  • L:  erforderliche Speichenlänge [mm]
  • r:  Lochkreis-Radius auf dem Nabenflansch [mm]
  • R:  Felgenradius [mm] (½ × Abstand Nippelauflage bis Nippelauflage)
  • a:  Abstand Nabenflansch bis Nabenmitte [mm]
  • K:  Anzahl der Kreuzungen
  • n:  Anzahl Speichen gesamt

 

• r (Lochkreis-Radius) ermitteln

Lochkreis-Durchmesser an der NabeMesse den Lochkreis-Durchmesser per Messschieber an jedem Nabenflansch und teile den erfassten Wert (Durchmesser) durch 2, dann erhältst du den Lochkreis-Radius „r“.

• R (Felgenradius) ermitteln

Hilfs-Speichen zur Messung des FelgendurchmessersKürze zwei ausgediente, unverbogene Speichen auf eine Länge von 250 mm und schraube einen passenden Speichennippel so weit auf, dass der Gewindeschaft bündig mit dem Boden im Nippelschlitz abschließt.

Messung FelgendurchmesserFädle die Speichen nun an der betreffenden Felge durch zwei exakt gegenüberliegende Speichenlöcher ein und halte sie beim nachfolgenden Messen auf Zugspannung. Erfasse per Messschieber den Abstand zwischen den Speichenenden und addiere 2 x 250 mm hinzu. So erhältst du den Felgendurchmesser. Teile den Wert durch 2 und du erhältst den Felgenradius „R“.

Wiederhole diese Messung an mehreren Stellen rund um die Felge, um eventuelle Durchmesser-Schwankungen zu erfassen. Bilde am Ende einen Mittelwert aus Größt- und Kleinstmaß.

 

• a (Abstand Nabenflansch bis Nabenmitte) ermitteln

Die Nabenmitte ist eine theoretische Ebene, die du für Messungen aber leider praktisch nicht erfassen kannst. Du musst den Wert „a“ also über einen Umweg ermitteln:

  • Bei symmetrischen Naben erfasst du per Messschieber den Flanschabstand und teilst den erfassten Wert durch 2.
  • Bei Naben mit unterschiedlichen Flanschabständen zur Nabenmitte (z. B. an Hinterradnaben für Kettenschaltung) musst du die Gesamt-Nabenbreite (Einbaumaß der Nabe) und die beidseitigen Flanschabstände nach außen messen. Danach kannst du die beidseitigen Maße für „a“ errechnen:
    ½ × Nabenbreite – Abstand Flansch zu Nabenaußenkante = a.

Fertige dir für diese Messungen eine Behelfsplatte mit einer Bohrung, in der die Nabe beidseitig bis zur Außenfläche der Kontermutter eintauchen kann (das Einbaumaß der Nabe).

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Speichennippel

Speichen + SpeichennippelFür die Montage der Speichen benötigst du natürlich auch die passenden Speichennippel. Sie funktionieren im Prinzip wie Gewindemuttern mit Flansch und nutzen den Felgenboden bzw. den Ösenboden (bei Felgen mit Ösen) als Auflagefläche.

In der Regel bestehen die Speichennippel aus Messing und sind zum Korrosionsschutz vernickelt. Es gibt zwar auch Aluminiumnippel, doch die kommen nur zum Einsatz, wenn es um extreme  Gewichtsreduzierung am Fahrrad geht. Sie sind auf jeden Fall anfälliger für Korrosion.

Die Länge der Speichennippel beträgt in der Regel 12 mm (Standard bei Messing) bzw. 14 mm (Standard bei Alu). Es gibt aber auch Speichennippel mit 16 oder 18 mm Länge.

Stirnseitig trägt der Speichennippel einen Schlitz für die grobe Montage/Demontage per Schraubendreher. Für die Feinabstimmung beim „Zentrieren“ trägt der Speichennippel am unteren Ende ein Vierkantprofil zur Bedienung per Nippelspanner. Neben der allgemein üblichen Schlüsselweite von 3,23 mm gibt es noch 3,30 und 3,45 mm. Achte also auf das passende Werkzeug, denn zu viel Spiel kann den Speichennippel ruinieren.

 

Einspeichen und Zentrieren

Den Arbeitsumfang beim Einspeichen und Zentrieren haben wir in den folgenden Artikeln schon sehr detailliert behandelt. Dort haben wir auch beschrieben, welches Werkzeug du benötigst und wie du die perfekte Speichenspannung ermitteln kannst:

Laufräder selber einspeichen

Läufräder selber zentrieren

 

Tipps für den Speichenkauf

  • Kaufe die Speichen samt der passenden Speichennippel, dann gibt es keine Kompatibilitäts-Probleme.
  • Kaufe hochwertige Edelstahlspeichen, dann gibt es niemals Probleme wegen Korrosion.
  • Kaufe zusätzlich zwei Ersatzspeichen aus derselben Produktionscharge für Reparaturen in der Zukunft. Dann kannst du sicher sein, dass der Ersatz in Festigkeit und Abmessung perfekt passt. (Kaufe also für ein Laufrad mit 36 Loch gleich 38 Speichen + Nippel).
  • Ersatz SpeichenKlebe diese Ersatzspeichen auf ausgedehnten Radreisen per Tape an die Unterseite der Kettenstreben oder die Gepäckträgerstreben, dann hast du sie immer dabei und sie stehen dir im Gepäck nie im Wege.
  • Lege dir gleich einen Nippelspanner für unterschiedliche Schlüsselweiten zu, wenn du zukünftig an mehreren Laufrädern Speichennippel unterschiedlicher Größe bearbeiten willst.

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