Leichter Leichter Leichter – Titanspeichen

Frisch im Wareneingang lagen neulich Titanspeichen der Marke CN.

Genauer gesagt das Modell Ti-Duo mit 2mm Bogen und Gewinde, einem Mittelteil mit 1,7mm Dicke und einem Gewicht von nur ca. 3,2g. Zum Vergleich: die allseits beliebte Sapim CX-Ray wiegt ca. 4,3g; die neue Superspoke wiegt ca. 3,7g. Somit wäre ein 64 Speichen Laufradsatz mit den Titanspeichen ca. 70g leichter als das Pendant mit CX-Ray. Doch wie so oft gibt es das geringe Gewicht nicht, ohne gewisse Einschränkungen in Kauf nehmen zu müssen. Um das zu erklären muss ich jetzt etwas abschweifen…

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Titan hat eine geringere Dichte als Stahl (ca. 4,5g/cm³ zu ca. 7,9g/cm³), wodurch Titanbauteile mit der gleichen Geometrie wie Stahlbauteile(z.B. Schrauben) nur ungefähr die Hälfte auf die Waage bringen. Bei Speichen ist man nicht auf identische Bauteildimensionen angewiesen, womit sich auch andere Gewichtsverhältnisse ergeben. Für die Eigenschaften einer Speiche ist hier eine andere Werkstoffeigenschaft wichtig und zwar der sogenannte Elastizitätsmodul oder kurz E-Modul, welcher in MPa bzw. N/mm² (Kraft pro Fläche) angegeben wird. Dieser ist ein Vergleichsmaß für die Steifigkeit eines Materials. Bei Stahl sind das 210.000MPa. Der E-Modul für Titan ist mit 105.000MPa nur halb so groß. Vor allem bei komplexeren Bauteilen und Belastungen kann man aus dem Stehgreif wenig damit anfangen. Da Speichen aber nur auf Zug belastet werden, lassen die Steifigkeiten einfach bestimmen.

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Die Zugsteifigkeit ergibt sich aus dem Produkt von Querschnittsfläche und E-Modul (E*A). Nimmt man nun eine Zugkraft (in unserem Fall die „Speichenspannung“) und teilt sie durch E*A, ergibt sich die prozentuale Dehnung des Bauteils. Als Querschnitt wird dabei der dünnste Teil der Speiche berücksichtigt. Alles verstanden? Ja, Nein, Egal 🙂

Für unsere Speichen lassen sich damit ein paar Vergleichswerte errechnen. Dazu nehmen wir mal eine Kraft von 1000N (entspricht ca. der Gewichtskraft von 100kg), was einer durchaus gängigen Speichenspannung entspricht. Damit ergibt sich eine prozentuale Dehnung, sprich Längung der Speiche. Nehmen wir eine Sapim Race mit 1,8mm Mittelteil als Standard an, ergibt sich eine Dehnung von 0,19% bei ca. 5,6g pro Speiche. Bei den Sapim Laser (CX-Ray haben eine ungefähr gleichgroße Querschnittsfläche) sind es dann schon 0,27% Dehnung bei ca. 4,3g Speichengewicht. Die neue Sapim Superspoke hat einen nur 1,4mm dünnen Mittelteil und kommt damit bei 3,7g pro Speiche auf 0,31% Dehnung. Der Unterschied zur Laser/CX-Ray ist also nicht ganz so groß. Aber hier sieht man bereits, dass diese Speichen sich um die Hälfte mehr dehnen, als die Referenzspeiche. Bei unser CN Titanspeiche ergibt sich eine Dehnung von 0,42%. Also nochmal ein Drittel mehr als die Superspoke und doppelt so viel wie die Referenzspeiche Sapim Race.

Steifigkeitswunder sind mit der CN Ti-Duo also nicht zu erwarten. Doch Wunder dieser Art, werden ja auch nicht von der Superspoke erwartet. Wer sich dieser Sache bewusst ist und dann auch noch eher in die Kategorie Bergfloh anstatt Bahnsprinter fällt, kann mit den Titanspeichen das Gewicht des Rennlaufradsatzes noch weiter drücken.

Grüße Andy

zum Vergleich: CX Ray

cx ray

und Superspoke

superspoke

6 Antworten
  1. marko says:

    Sobald aber eine seite der speichen, die ja gegeneinander vorgespannt sind, komplett entlastet wird, in dem Moment verdoppelt sich die seitliche auslenkung der felge pro krafteinheit.

  2. Robin says:

    Achso – dachte, dass die Speichenvorspannung entscheidend ist. Das eine konstante Kraft entlang der Hook’schen Gerade immer die selbe Dehnung verursacht, war mir dagegen bewusst.

    Aber deshalb kaufe ich ja auch die Laufräder bei euch und baue sie nicht selbst 😉

  3. Mike says:

    Danke für die ausführliche Erklärung…
    Also für meine Frau wäre das genau das Richtige.
    48kg bei 158 cm körpergröße bei mir leider nett…

  4. Andy says:

    Das klappt leider nicht. Es ist nur wichtig, dass die Speichenspannung hoch genu ist, damit die Speichen im Betrieb nicht entlastet werden.
    Ansonsten hat die Speichenspannung keinen Einfluss auf die Steifigkeit. Auf der Geraden des elastischen Bereichs im Kraft-Dehnungs-Diagramm ist es egal ob ich die Belastung von 100N auf 200N oder von 200N auf 300N erhöhe. Die 100N Differenz verursachen immer den selben Betrag an Dehnung, egal wie sehr die Speiche vorgespannt ist.

  5. Robin says:

    Aufgrund der höheren Streckgrenze von Titan könntet ihr ja die Speichenspannung erhöhen; soweit das die Nabenflansche bzw. die Felge zulassen. Somit wäre der Steifigkeitsverlust des Laufrades teilweise ausgeglichen.LG

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