Warum sind Hinterräder gewölbt?

Ich weiß, es liegt an dem Platz, den die hintere Kassette einnimmt. Aber warum nicht einfach die Nabe schmaler und nicht asymmetrisch machen? Sicher, der antriebsseitige Nabenflansch muss nach innen verschoben werden, um Platz für eine große Kassette zu schaffen. Aber warum nicht auch den anderen Flansch nach innen verlegen?

Die Speichen müssen in einem Winkel stehen, um dem Laufrad Seitensteifigkeit zu verleihen. Das Rad muss sich jedoch im statischen Gleichgewicht befinden, so dass bei einem gewölbten Rad mit unterschiedlichen Speichenwinkeln auf jeder Seite die Speichen auf der Antriebsseite und auf der Nichtantriebsseite unterschiedliche Spannungen haben müssen oder einen anderen Durchmesser oder eine unterschiedliche Speichenzahl haben müssen. Das ist bekannt. Aber warum sich die Mühe machen? Warum nicht auch den Flansch auf der Nicht-Antriebsseite nach innen versetzen und auf beiden Seiten die gleiche Speichenspannung verwenden?

Angenommen, auf der Antriebsseite ist der Speichenflansch 20 mm von der Mittellinie der Nabe versetzt, aber auf der linken Seite ist der Flansch 40 mm versetzt. Offensichtlich ist ein Versatz von 20 mm ein ausreichender Versatz für die Antriebsseite, um dem Rad eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit zu verleihen. Tatsächlich postuliere ich, dass der größere Versatz der Nicht-Antriebsseite keine zusätzliche Steifigkeit gegenüber dem 20-mm-Versatz der Antriebsseite hinzufügen kann, da das Rad im Gleichgewicht sein muss. Jeder zusätzliche Versatz der Nicht-Antriebsseite muss ohnehin durch eine lockerere Speichenspannung ausgeglichen werden, was keinen Vorteil bringt. Warum also nicht einfach 20 mm auf beiden Seiten machen und die Vorteile einer kürzeren, steiferen Achse nutzen?

Es kann nicht sein, dass Teller ein seitlich oder vertikal steiferes Laufrad liefert. Das Rad muss im Gleichgewicht sein, daher sollte die Steifigkeit eines gewölbten Rads die gleiche sein wie bei einem Rad, bei dem beide Flansche einfach den gleichen Abstand von der Mittellinie wie die Antriebsseite haben. Mit anderen Worten, die Antriebsseite ist der limitierende Faktor. Der einzige Vorteil, den ich beim Dishing sehe, ist, dass die geringere Speichenspannung auf der Nichtantriebsseite dünnere (aber längere!) Speichen und einen dünneren Nabenflansch ermöglichen könnte, was Gewicht spart. Dies scheint jedoch die Gewichtseinsparungen, die mit einer kürzeren Achse erzielt werden könnten, wahrscheinlich nicht auszugleichen.

Ein weiterer möglicher Grund ist ein ästhetischer Wunsch nach einem seitlich symmetrischen Rahmenausfallabstand. Aber ist das in einer Welt der Lefty-Gabeln wirklich ein Hindernis?

Ich dachte daran, nachdem ich ein Hochleistungs-Tourenrad mit einem nicht gewölbten Hinterrad gesehen hatte.

Warum sollte es nicht wahr sein, dass Dish ein seitlich oder vertikal steiferes Rad bietet? Hast du gerechnet?
Nicht die Mathematik, sondern die Physik. Da sich das Laufrad im Gleichgewicht befindet, müssen die Speichenkräfte sowohl seitlich als auch vertikal auf beiden Seiten des Laufrads gleich sein, unabhängig von der Flanschgeometrie. Und wenn wir davon ausgehen, dass die Speichen dem Gesetz von Young gehorchen (eine extrem gute Annäherung für Fahrradspeichen), dann muss die Steifigkeit seitlich und vertikal auch für ein gewölbtes Rad im Vergleich zu einem symmetrischen Rad mit gleichen Speichenkonfigurationen auf der Antriebsseite gleich sein. Es ist nicht möglich, dass das Gericht selbst Festigkeit/Steifigkeit hinzufügt, da der begrenzende Faktor die schwächere Seite ist. Tatsächlich verursacht Dishing praktische Probleme.
Ich besitze seit einiger Zeit einen Surly Pugsley. Pugsleys haben ein asymmetrisches Hinterrad, bei dem das Hinterrad nicht mit dem Rest des Fahrrads übereinstimmt. Funktionieren sie und fahren sie gut? Ja, fast vollständig. Sehen sie richtig aus? Nein, tun sie nicht. Linkshänder sehen für viele Leute auch komisch aus, aber immerhin ist das Rad "am richtigen Ort". Der Versuch, den Leuten zu erklären, dass das Hinterrad an einem Pugsley "so aussehen soll", wird schnell alt.
Da ist viel "Muss". Wenn die Felge seitlich sehr flexibel wäre, so dass sich Teile, die mit verschiedenen Speichen verbunden sind, unabhängig voneinander bewegen würden, wäre das Argument sinnvoll. In Wirklichkeit ist die Felge ziemlich steif und alle Teile erhalten seitlichen Halt von der Nichtantriebsseite. Zu beachten ist, dass die Kraft pro seitlicher Verschiebung, obwohl die Spannung auf der Nicht-Antriebsseite viel geringer ist, nur von der Elastizität und dem Winkel der Speiche abhängt, solange sie gespannt bleibt.
Wenn das, was Sie behaupten, in der Realität zutreffen würde, hätten Fahrradhersteller niemals hintere Ausfallenden verbreitern müssen, um mehr Gänge zu ermöglichen. "Alle Ihre Rahmen- und Hinterradnabendesigns müssen jetzt in den Müll geworfen werden, weil die Leute mehr Gänge wollen" wäre nie passiert, wenn es nicht notwendig gewesen wäre - wie von den Leuten, die Fahrräder tatsächlich konstruieren -, diese Gänge einzubauen Eine ganze Branche hat ihre Standards auf immer breitere Hinterräder geändert, um mehr Gänge einlegen zu können, und Sie sagen, das war nicht nötig? Sie wissen nicht mehr über Fahrräder und Fahrradräder als sie.
Ich habe verstanden, dass die Behauptung lautet, dass bei gewölbten Rädern nur die Seite mit weniger Versatz eine Rolle spielen würde, sodass eine breitere Kassette immer noch eine breitere Nabe erfordern würde, aber es würde keinen Vorteil bringen, wenn der Flansch auf der Nichtantriebsseite weiter von der Mittellinie entfernt wäre als auf der Antriebsseite. Das ist immer noch falsch.
Um eine breitere Kassette zu montieren, gibt es drei Optionen: längere Achse, Versetzen der Flansche oder eine Kombination aus beidem. Als mehr Gänge hinzugefügt wurden, wurden die Achsen (Abstand von Sicherungsmutter zu Sicherungsmutter) länger. Mountainbikes haben einen größeren Abstand als Rennräder gewählt, um die Laufradfestigkeit zu erhöhen, und haben sich kürzlich auf einen „Boost“-Abstand umgestellt, der hinten breiter ist (mehr Kraft und 12 Gänge) und vorne breiter für mehr Kraft. Die Vorderräder sind jetzt gewölbt, um Scheibenbremsen besser aufnehmen zu können.
Seltsam, wie viele Leute die Frage von BetterSense oder die Physik dahinter missverstehen.
Ich verstehe die Physik hinter der Frage und der Antwort, das Problem ist, dass BetterSense dies nicht tut und die gesamte Prämisse falsch ist.
@Michael Behauptungen wie "Es kann nicht wahr sein, dass Dish ein seitlich oder vertikal steiferes Rad bietet" haben keine Physik dahinter.
Eine ziemlich interessante Frage. Konsultieren Sie den ersten Kommentar von BetterSense für einen Grund, warum. Auf den ersten Blick überzeugende Argumente. Allerdings stimmen die Beobachtungen (vgl. Nathans Antwort) selbst bei statischen Seitenlasten nicht überein.
@AndrewHenle: Warum? Als ziemlich genaue Annäherung können Speichen nur unter Spannung belastet werden. Daher „unterstützt“ die Nicht-Antriebsseite die Antriebsseite nicht und die Antriebsseite ist der begrenzende Faktor. Die Nicht-Antriebsseite so „schwach“ wie die Antriebsseite zu machen, würde das Gesamtrad nicht schwächer machen.
Die Speichen bei NDS werden gespannt, auch wenn die Spannung geringer ist. Aufgrund des geringeren Winkels wirken sich seitliche Belastungen nicht so stark auf die Spannung aus wie auf der Antriebsseite.
@Michael Weil es zu einfach ist, einen kleinen Abschnitt der Felge vom gesamten System zu isolieren und zu glauben, dass mehr als ein Jahrhundert Fahrradraddesign falsch gemacht wurde, ist zu einfach - bestenfalls. Eine seitliche Kraft auf die Felge wird Kräfte über das gesamte Rad induzieren, und die Analyse hinter dieser Frage ignoriert diese Kräfte vollständig. Die Behauptung basiert hier auf einer einfachen statischen Analyse eines einzelnen isolierten Abschnitts eines gesamten dynamischen Systems. Diese Behauptung steht im Widerspruch zu tatsächlichen Designentscheidungen über mehr als 100 Jahre aus einer ganzen ausgereiften Branche.

Antworten (4)

Das Fahrradrad von Jobst Brandt greift das auf:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Einige Hinterradnaben, die eine Version davon gemacht haben, sind die Ritchey Zero- oder Z-Naben. Die Road Zero-Nabe hatte ein Flanschmaß von 21,3 mm von Mitte nach rechts und 28,6 mm von Mitte nach links, also war sie in Kombination mit einer um 3,65 mm versetzten Felge tellerlos. (Es war kein asymmetrischer Rahmen erforderlich, aber das Bewegen des linken Ausfallendes ist zweitrangig, ob diese Art von Idee funktionieren kann.) Diese Räder funktionieren und schienen keine schwerwiegenden Zuverlässigkeitsprobleme zu haben, also hätten sie es vielleicht sein sollen mehr kopiert, aber sie treiben das Konzept auch nicht bis zur totalen Symmetrie.

Ich glaube, der Deal damit ist, dass es einige physikalische Gründe gibt, warum, wenn Sie die Flanschmessung von Mitte nach rechts von einer Straßennabe nehmen und sagen: "Okay, wenn das stark genug für seitliche Belastungen in einer Richtung ist, dann machen wir das eins gleich gelassen", haben Sie am Ende ein Rad, das leicht durch seitliche Belastungen in beide Richtungen einknickt. Es kommt also nicht nur darauf an, welcher Verstrebungswinkel pro Seite gut genug ist; bei den stark spannungsgetrennten Laufrädern, die wir haben, macht die bessere Verstrebungswinkelseite das Ganze irgendwie stabiler.

Ich habe die Durchbiegungstests nicht durchgeführt, die erforderlich wären, um zu testen, ob dies wahr ist, aber was ich getan habe, ist, eine Reihe von SP-Generatornaben mit ihren zierlichen 23,5 mm pro Seite Mitte-Flansch-Abmessungen zu bauen. Diese Laufräder haben die unangenehme Eigenschaft, dass Sie bei routinemäßiger Seitenbelastung, um das Aufwickeln der Speichen zu reduzieren, das Gefühl haben, dass sie extrem seitlich flexibel sind, und es ist leicht, einen Ausfall vom Typ "Säulenknicken" zu verursachen, wenn Sie nicht aufpassen , etwas, mit dem ich bei anderen Rädern keine Probleme habe. Die Leute fahren sie und sie funktionieren, aber nach dem, was ich erlebt habe, ist mir klar, dass das Rad droht, zu instabil zu werden, sobald Sie auf jeder Seite solche Verstrebungswinkelzahlen erreicht haben.

Ein weiteres Teil des Puzzles ist, dass, wie bei so vielen Aspekten des Fahrradkomponentendesigns, die Nutzung im Wettkampf und Sport das wirtschaftliche Rückgrat der Branche ist und daher das, was dort funktioniert, das antreibt, was hergestellt wird. Wie es hier gilt, ist, dass vorhandene Hinterräder für die Straße stark genug für den Wettbewerbseinsatz unter sportlichen Fahrern waren, so dass es vom Mainstream nie als Priorität angesehen wurde, irgendetwas gegen ihren Mangel an Kraft zu tun, weil er so stark gewölbt war, oder es wert war, irgendetwas anderes zu kompromittieren reparieren. Der Erhöhung der Festigkeit des Rades gegen vertikale Belastungen wird praktisch kein Vorteil zugeschrieben, warum also Seitenfestigkeit dafür opfern, selbst wenn es nur in einer Richtung wäre? Wäre dies nicht der Fall, wären Offset-Felgen allgegenwärtig,

Der Hauptpunkt ist wahrscheinlich die Geschichte :

Als kettengetriebene Fahrräder erfunden wurden, waren sie nur Singlespeed. Der Hinterbau war ebenso symmetrisch wie die Hinterräder, da das einzelne Ritzel nicht viel Platz einnahm und problemlos in die Lücke zwischen Rahmen und Speichen passte.

Dann erkannten die Leute, dass es gut wäre, mehrere Gänge zu haben, und fügten den Fahrrädern zwei weitere Kettenräder und einen Umwerfer hinzu. Das war so ziemlich ein nachträglicher Gedanke. Es hat die bestehenden Teile nicht verändert, es wurden nur Teile hinzugefügt.

Da jedoch immer mehr Ausrüstung von den Kunden gefordert wurde, reichte der Platz einfach nicht aus, um die erforderlichen Ritzel zwischen Rahmen und einem unversäuberten Hinterrad zu quetschen. Um die Kompatibilität mit bestehenden Rahmen zu wahren, musste das Hinterrad gewölbt werden.

Allerdings gibt es noch einen zweiten Punkt, die Kettenlinie :

Wenn Sie ein 11-Gang-Fahrrad mit einem undissierten Laufrad konstruieren würden, würden Sie entweder ein sehr dünnes Laufrad erhalten (instabil!) oder Sie müssten das rechte Ausfallende deutlich nach rechts verschieben. Ihre Kettenblätter müssten folgen.

Das würde bedeuten, dass man entweder Platz für die Kurbelarme verliert und die Kette gefährlich nah an die Hose rückt, oder dass man die Pedale nach außen rücken müsste. Letzteres würde sich für die meisten Radfahrer ziemlich unangenehm anfühlen und Kurvenfahrten viel gefährlicher machen (Pedalschlag).

Ich sage nicht, dass Sie dies nicht tun können, aber das Ergebnis würde nicht so aussehen und sich nicht so anfühlen wie die Motorräder, die wir heute fahren.

Beachten Sie, dass Personen, die Nabenschaltungen fahren, ihre Hinterräder nicht aushöhlen müssen.

Radschüssel und Kettenlinie sind unabhängig voneinander. Ich schlage vor, dass bei 11-Gang-Bikes, um Ihr Beispiel zu verwenden, die Gänge, die Kettenlinie und die Position des rechten Ausfallendes genau gleich bleiben sollten. Das linke Ausfallende sollte jedoch zur Mittellinie bewegt werden, bis das Laufrad symmetrisch ist. Dies würde Gewicht durch eine kürzere Achse und kürzere Rahmenrohre einsparen, ohne die Radfestigkeit zu beeinträchtigen, da die antriebsseitige Flanschgeometrie sowieso der begrenzende Faktor der Radfestigkeit ist. Der Vorschlag ist ein symmetrisches Laufrad mit einem asymmetrischen Hinterbau. Aber Fahrgeometrie, Kettenlinie und alles gleich.
@BetterSense Das Dishing ist ein Kompromiss, um so viel Flanschabstand wie möglich zu verwenden, während die Kettenlinie beibehalten und nur so wenig Flanschabstand wie möglich für die Zahnräder geopfert wird. Wenn Sie diesen Kompromiss vermeiden möchten, haben Sie zwei Möglichkeiten: In der einen Richtung liegt ein Laufrad mit sehr geringer Seitensteifigkeit (Ihr Ansatz), in der anderen liegt ein felsenfestes Laufrad (der von mir beschriebene Ansatz). Für mich ist letzteres der natürliche Ansatz, da es keinen Lohn gibt, das Laufrad noch weniger robust zu machen.
Santana Tandems haben sich vor langer Zeit für ein schalenloses Hinterrad entschieden, da dies dem Rad eine größere Seitenfestigkeit und damit eine bessere Ausdauer / Zuverlässigkeit für das Rad verleiht. Die Kehrseite (alles ein Kompromiss) ist, dass die Kettenstreben länger geworden sind, damit die Fersen des Heizers sie nicht treffen würden. Und hier liegt einer der Kompromisse zum asymmetrischen Rahmen: Angesichts der typischen kurzen Kettenstrebenlänge eines Rennrads hätten Fahrer mit großen Füßen (alias ich) ernsthafte Probleme mit der Ferse, die auf die Kettenstreben aufprallt.
@NoCoRider Richtig, wenn Sie ein gerades Kettenblatt verwenden, stoßen Sie auf dieses Problem. Es wurden jedoch Fahrräder gebaut, bei denen die Kettenstreben nicht gerade sind, sodass dies eine praktikable Methode ist, um das Problem des Fersenaufpralls zu vermeiden. Deshalb denke ich, dass das eigentliche Problem die Kette selbst ist: Sie muss gerade sein und darf nicht schräg verlaufen.
Undiert bedeutet nicht weniger Fersenfreiheit, sondern mehr Fersenfreiheit auf der Nichtantriebsseite. Mehr Fersenfreiheit (aber asymmetrische Freiheit) wäre ein Vorteil, kein Nachteil.

Ich gehe davon aus, dass der größere Versatz der Nicht-Antriebsseite keine zusätzliche Steifigkeit gegenüber dem 20-mm-Versatz der Antriebsseite hinzufügen kann, da das Rad im Gleichgewicht sein muss. Jeder zusätzliche Versatz der Nicht-Antriebsseite muss ohnehin durch eine lockerere Speichenspannung ausgeglichen werden, was keinen Vorteil bringt .

Hier geht Ihr Denken schief. Der hervorgehobene Satz im obigen Zitat ist falsch. Sie verwechseln die Speichenspannung mit der Fähigkeit, einer seitlichen Kraft standzuhalten.

Update basierend auf Kommentar:

Und die Rückstellkräfte bei Durchbiegung sind auch bei unterschiedlichen Flanschabständen von beiden Seiten gleich zu erwarten

Auch das ist falsch. Sie gehen davon aus, dass die Reaktionskraft als Reaktion auf eine Felgendurchbiegung nur durch die ausgeglichene Seitenkraft bestimmt wird, die die Speichen auf der Antriebs- und Nichtantriebsseite auf die Felge ausüben.

Woran Sie denken müssen, ist, wie sich die von den Speichen ausgeübten Kräfte ändern , wenn die Felge ausgelenkt wird. Je größer der Winkel ist, den die Speiche zur Radebene hat, desto mehr verlängert sie sich bei einer gegebenen Felgenabweichung davon weg. Das bedeutet, dass der Kraftanstieg beim Einfedern der Felge bei einem größeren Speichenwinkel größer ist. Aus diesem Grund kann die Speiche auf der Nicht-Antriebsseite eine höhere Kraft als Reaktion auf die Felgendurchbiegung ausüben, obwohl ihre statische Spannung geringer ist als auf der Antriebsseite.

Der fettgedruckte Satz bezieht sich auf die Radsteifigkeit. Es wird oft behauptet, dass der größere Spurkranzabstand auf der Nicht-Antriebsseite eines gewölbten Rades ein steiferes Rad erzeugen kann. Es gibt jedoch keine Möglichkeit, die Behauptung zu rechtfertigen. Die horizontalen und vertikalen Kräfte auf die Felge müssen von beiden Seiten gleich sein. Und die Rückstellkräfte bei Durchbiegung sind auch bei unterschiedlichen Flanschabständen von beiden Seiten gleich zu erwarten. Wenn Sie also einen Flansch weiter nach außen bewegen, kann die Radsteifigkeit unter sonst gleichen Bedingungen weder seitlich noch vertikal erhöht werden. Es können auch keine weiteren Speichen auf nur einer Seite hinzugefügt werden.
Einfach rechnen. Wenn Sie davon ausgehen, dass die Speichen dem Hookeschen Gesetz gehorchen und das Laufrad in vertikaler Richtung mehr oder weniger steif ist, werden Sie feststellen, dass die für die seitliche Verschiebung erforderliche Kraft nur von der Federkonstante und dem Winkel der Speichen abhängt.

Gute Frage. Der einzige Grund, der mir einfällt, ist, dass die durchschnittliche Speichenspannung eines schmalen symmetrischen Hinterrads (dh gleicher Speichenwinkel auf beiden Seiten) höher wäre. Würde dies nicht die Druckkraft auf den Felgenquerschnitt erhöhen?

Seltsam ist, dass bei klassischen Rädern niemand wirklich die geringeren Kräfte auf der Nicht-Antriebsseite ausnutzt. Tatsächlich ist die niedrigere Speichenspannung auf der Nicht-Antriebsseite ein Problem, da sie dazu führen kann, dass sich die Speichen mit der Zeit lockern.

In den letzten Jahren sind einige asymmetrische Hinterradfelgen auf den Markt gekommen, die den Speichenwinkel auf der Antriebsseite etwas verbessern (z. B. DT Swiss RR411) und eine höhere Speichenspannung auf der Nicht-Antriebsseite ermöglichen.

Einige Systemlaufräder nutzen die geringeren Kräfte auf der Nicht-Antriebsseite, indem sie asymmetrische Speichenmuster, unterschiedliche Speichenzahlen oder unterschiedliche Speichen (z. B. Carbonspeichen nur auf einer Seite) verwenden. Zum Beispiel stellt Mavic Laufräder mit radialen Speichen auf der Antriebsseite und einem normalen Speichenmuster auf der Nicht-Antriebsseite her.

Bei einem klassischen 32- oder 36-Speichen-Laufrad ist die durchschnittliche Spannung so viel Kompression, wie das Laufrad ohne Tacoing aushalten kann. Ein symmetrisches Rad hätte auf beiden Seiten eine ähnliche Spannung, was seine eigenen Vorteile hätte, aber das insgesamt schwächere Rad nicht wert wäre.
""Die durchschnittliche Speichenspannung eines schmalen symmetrischen Hinterrades (dh gleicher Speichenwinkel auf beiden Seiten) wäre höher. Würde dies nicht die Druckkraft auf den Felgenquerschnitt erhöhen?"" - Dies ist die beste Antwort, die ich bisher bekommen habe. Es ist etwas, das ich übersehen habe, und es ist genau. Für eine akzeptable Seitensteifigkeit ist eine minimale HORIZONTALE Speichenspannung erforderlich. Das Verschieben eines Flansches nach außen ändert weder die Steifigkeit noch die Festigkeit oder spart Gewicht, aber es verringert definitiv die erforderliche radiale Speichenspannung. im Rad. Ich denke, das ist die richtigste Antwort.
Betreff: "Das Verschieben eines Flansches nach außen ändert die Steifigkeit nicht", ja, das tut es. Was wäre, wenn die Speiche in einem Winkel von null Grad zur Radebene wäre? Es wäre überhaupt nicht in der Lage, Seitenkräfte auszuüben.
Ich hätte sagen sollen "andere Faktoren bleiben gleich, das Bewegen eines einzelnen Flansches nach außen ändert die Steifigkeit in vernünftigen Konfigurationen nicht". Dein Beispiel beweist es. Wenn ein Flansch einen Versatz von 0 mm und der andere Flansch einen Versatz von 30 mm hat, müssten die Speichen auf dem 30 mm versetzten Flansch völlig locker sein, damit der andere Flansch 0 mm beträgt – unabhängig von der Spannung der Speichen auf dem 0 mm Flansch. Die versetzten Speichen würden überhaupt keine Seitenkräfte ausüben, obwohl sie drastisch weiter versetzt sind als die andere Seite. Veranschaulichend, dass es der engere Flansch ist, der die Steifigkeit bestimmt.
Warum sind Hinterräder gewölbt?
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