Die Physik und der Laufradbau

Laufräder gehören zu den imposanteren Erfindungen am Fahrrad: Bei relativ geringem Gewicht halten sie immense Kräfte aus und entscheiden maßgeblich über die Fahreigenschaften Deines Rads. Wenn Du Dir Custom-Laufräder bauen und dazu tief in die Materie einsteigen oder einfach etwas besser verstehen willst, warum Systemlaufräder bestimmte Eigenschaften besitzen, findest Du hier einige theoretische Aspekte, die es zu wissen lohnt.

Die Stärke des Speichengeflechts

Speichen aus dünnem Draht sind deutlich stärker auf Zug als auf Druck belastbar. Die Felge ist hingegen recht druckstabil. Die auf Zug belasteten Speichen erfahren im Betrieb eine elastische Längenänderung. Darum müssen die Speichen soweit vorgespannt sein, dass das System die kurzzeitige Dehnung kompensieren kann. Die am unteren Teil entlasteten Speichen dürfen sich nicht vom Felgenboden abheben. Solches Lösen und wieder Anspannen würde eine Kerbwirkung zwischen Speichenbogen und Nabenflansch verursachen – und die Speiche an dieser Stelle schwächen. Aus diesem Grund muss die Vorspannung möglichst hoch und möglichst gleichmäßig sein. Bei ausreichender Vorspannung aller Speichen verteilen sich so die Belastungsspitzen beim Sprinten, Springen und Vollbremsen gleichmäßig auf alle Last-tragenden Speichen. Trotzdem solltest Du es mit der Speichenspannung nicht übertreiben. Gerade Carbonfelgen sind in dieser Hinsicht beim Aufbau etwas empfindlich und brechen eher, als dass sie sich verbiegen. Beachte also unbedingt die Herstellerangaben von Nabe, Nippeln, Speichen und Felge und verwende im Zweifel, aber besonders wenn Du Carbonfelgen einspeichst, ein Tensiometer. Der Zusammenhang aus Speiche und Felge macht das theoretische, lotrechte Laufrad in sich stabil, sodass es vertikale Kräfte aufnehmen kann. In der Realität muss das Rad aber auch extremen torsionalen und seitlichen Einwirkungen standhalten. Die Aufnahme dieser Kräfte wird durch mindestens zwei Nabenflansche möglich. Die beidseitige Abstützung ergibt den Winkel der Speichenscheiben und kann hohe Kräfte aufnehmen – vergleichbar etwa mit dem Mast eines Segelboots, der seitlich von den vorgespannten Wanten an Ort und Stelle gehalten wird.
Sollte eine Speiche brechen, sind die anderen Speichen zunächst in der Lage, die auftretenden Kräfte zu kompensieren. Dies kann aber auf Dauer zu einer Überlastung der benachbarten Speichen führen, weshalb die beschädigte Speiche alsbald ersetzte werden sollte.

Radial vs. tangential (Kreuzungsmuster, Antriebs- und Bremsseite)

Bei radialer Einspeichung stellt die Speiche die kürzeste und direkte Verbindung zwischen Nabe und Felge dar – ihre gedachte Verlängerung fluchtet durch den Mittelpunkt der Radachse. Radiale Laufräder sind darum seitenstabil und leicht. Bei der Aufnahme der tordierenden Drehmomente durch Beschleunigen oder Bremsen (Scheibenbremse, Rücktritt) hilft die radiale Speichung nur wenig, da sie nur geringe torsionale Kräfte übertragen kann. Darum eignen sich radiale Räder am besten als ungebremste Räder (z. B. am Anhänger) oder als felgengebremste Vorderräder. Die Antriebsseite des Hinterrads und die Scheibenbremsseite vorn und hinten sollten deshalb nicht radial eingespeicht werden. Um Rotationskräfte besser aufzunehmen, müssen die Speichen flacher in der Nabe ankommen. Ideal wäre ein rechter Winkel zu einer Linie, die die Achsmitte schneidet. Dabei fungiert der Nabenflansch als Hebel: Je größer der Flanschdurchmesser, desto stabiler ist das Laufrad. Das ideale Verhältnis aus Gewicht und Stabilität bietet die Dreifachkreuzung, weshalb diese bei Fahrrädern am weitesten verbreitet ist. Die Zahl der Kreuzungen besagt, wie viele Speichen eine Speiche zwischen Nabe und Felge kreuzt. Bei der klassischen Dreifachkreuzung kreuzt jede Speiche ihre erste, dritte und fünfte Nachbarspeiche. Sie liegt dabei über den ersten beiden kreuzenden Speichen, aber unter der dritten.

Steifer = besser? Überlegungen zu gezieltem Flex

Wenn Du Custom-Laufräder für Dein Mountainbike baust, kannst Du mit verschiedenen Faktoren beeinflussen, ob das Rad lieber maximale Steifigkeit oder eine gewisse Elastizität aufweisen soll. Es gibt hier unterschiedliche Philosophien, die sich zum Beispiel auch in Systemlaufrädern wiederfinden: Der vom Motocross-Motorrad z. B. auf moderne E-Mountainbikes übertragene Ansatz besagt, dass das Hinterrad möglichst steif und breit sein soll und auch kleiner sein darf, weil es die Antriebskraft überträgt, in Kurven den höheren seitlichen Kräften ausgesetzt ist und agiler sein soll. Das Vorderrad darf hingegen gern etwas mehr „compliant“ sein, um ein Maximum an Traktion bereitzustellen. Darum ist es etwas schmaler und größer. Viele Mullet-Laufradsätze, also vorn 29 und hinten 27,5 Zoll, tragen dieser Überlegung genauso Rechnung wie etwa die Systemlaufradsätze der Crankbrothers-Synthesis-Familie. Der gegenteilige Standpunkt argumentiert für steifere Vorderräder im Sinne maximaler Lenkpräzision und etwas flexibler konstruierte Hinterräder, die dem Untergrund besser folgen. Ein Extrembeispiel dieser Philosophie war etwa der gemeinsam mit Fabien Barel entwickelte erste Mavic-Crossmax-Enduro-Laufradsatz mit 24 Speichen vorn und nur 20 hinten. Voll auf Compliance und gezielten Flex zur Traktionsmaximierung setzt Zipp mit der 3Zero-Moto-Linie, die statt der üblichen Hohlkammer- sogenannte Einwandfelgen aufweist, die es dem Laufrad ermöglichen, sich um den Nippelsitz gezielt zu verwinden und so die Auflagefläche des Reifens auf dem Untergrund vergrößern. Zipp nennt das in Anlehnung an das biomechanische Vorbild des menschlichen Knöchels ankle compliance.
Welcher Ansatz für Dich und Deinen Fahrstil am besten taugt, kannst nur Du selbst entscheiden. Und das ist auch das Schöne an einem individuell zusammengestellten Laufrad: Du entscheidest im Rahmen der physikalischen Möglichkeiten, welche Kriterien Dir wie wichtig sind, und kannst so das beste Laufrad für Dich bauen. Jede Menge Tipps dazu findest Du in unseren weiteren Thementexten zum Laufradbau: