mini|Speichenrad einer Kutsche mini|Wagenrad aus Tschoga Zanbil, Iran. Mitte bis Ende des 2. Jahrtausends v. Chr.Nationalmuseum Teheran mini|Modell eines frühen Speichenrades, nur die zentral durchgehende Speiche verläuft radial
Speichen verbinden die um Radachse rotierende Nabe kraftschlüssig mit der kreisringförmigen Felge eines Rades.
Der Bautyp des Speichenrades ist eine Form der Leichtbauweise – im Gegensatz dazu steht beispielsweise das Vollrad bei Eisenbahnen.
Es wird unterschieden in Konstruktionen, die vorwiegend Druckkräfte oder Zugkräfte ausnutzen.Manfred Russo: Tupperware & Nadelstreif. Böhlau Verlag Wien, 2000, ISBN 978-3-205-99163-2 (). Ein – selten vorkommendes – Einspeichenrad hat nur eine Speiche, die zusätzlich noch Biegemoment aufnehmen muss.
Die massiven Speichen von hölzernen Wagenrädern liegen in der Regel in einer Ebene oder bilden einen Kegelmantel. Schlanke Stahlspeichen spannen dagegen typisch zwei Kegelmäntel auf, die an den beiden seitlichen Flanschen der Radnabe anliegen.
Häufig verlaufen Speichen über Kreuz. In Ausnahmefällen werden sie an den Kreuzungspunkten mit Draht verbunden, verlötet oder – überwiegend zur Zierde – miteinander verdrillt.
Geschichte mini|Speichen an einem Wasserrad in der Alten Saline in Bad Reichenhall
Speichenräder tauchten etwa 2000 v. Chr. in der osteuropäischen Sintaschta-KulturDi Cosmo: The Northern Frontier in Pre-Imperial China. In: Cambridge History of Ancient China. 1999, S. 885–966, hier S. 903, bezieht sich auf Funde der Andronowo-Kultur um etwa 2026 v. Chr.P. F. Kuznetsov: The emergence of Bronze Age chariots in eastern Europe. In: Antiquity. Bd. 80, Nr. 309, 2006, , S. 638–645, auf und sind in ähnlicher Bauweise noch heute im Gebrauch. Mit ihren dicken Querschnitten übertragen die Speichen die Druckkräfte von der Felge auf die Nabe. Im Alten Orient tauchen die ersten Speichenräder in der späten Bronzezeit mit dem Gebrauch des zweirädrigen Streitwagens auf. Sie lösten teilweise die bis dahin üblichen schweren Scheibenräder ab, die beispielsweise in Anatolien noch bis ins letzte Jahrhundert gebräuchlich waren. Das älteste erhaltene Exemplar eines Rades aus Bronze mit vier Speichen in Europa stammt aus der Schweizer Siedlung Cortaillod. Es hat 47 cm Durchmesser, eine Nabenlänge von 37 cm und wog um die 10 kg. Real belastbar waren dagegen erst Räder mit sechs oder mehr Speichen, wie sie auf manchen ägyptischen Fresken abgebildet sind. Mit der Verbesserung der Holzverarbeitungstechniken tauchten dann auch Speichen aus Holz auf, die in Mitteleuropa z. B. für Gespann-Fuhrwerke noch heute in Gebrauch sind. Assyrische Streitwagen hatten zuerst sechs, seit Tiglat-Pileser III. acht Speichen.
Holzspeichen Holzspeichen wurden traditionell vom Radmacher gefertigt, der regional als Stellmacher oder Wagner bezeichnet wird.
Wie Werkzeugstiele werden die Speichen von hölzernen Wagenrädern überwiegend aus Eichen- und Eschenholz geschnitten und mit Werkzeugen wie dem Schweifhobel manuell in eine runde oder ovale Querschnittsform gebracht.
Kraftrad In der nationalen Norm DIN 74371-1 waren bis Juli 2006 abgewinkelte Speichen für Krafträder mit den Gewinden M 5, M 4, M 3,5 und M 3 als glatte Speiche und als Eindickend-Speiche (ED) genormt, früher auch als Doppeldickend-Speiche und in empfohlenen Standard-Längen. In der Norm wurde ein Winkel in der Biegung von 95° empfohlen. Die Normausgabe vom Dezember 1957 empfiehlt als Werkstoff Stahl mit einer Zugfestigkeit von 1000 bis 1400 N/mm². Die hohen Speichenzugkräfte müssen auch in einer stabilen Naben- und Felgenkonstruktion abgestützt werden. Die Felgen sind mittlerweile aus hochfesten geschweißten Aluminium Profilen, die eloxiert werden. Im Cruiser und Chopper Segment werden auch noch vereinzelt verchromte Stahlfelgen verwendet. Die Radnaben bestehen fast ausschließlich aus wärmebehandelten Gussaluminium.
Beim Motorrad setzen sich immer mehr Aluminiumgussräder durch, weil sie hohe Festigkeit und Steifigkeit bei geringen Gewicht, Kosten und Stylingvorteile vereinen. Ein weiterer Nachteil der Drahtspeichenräder ist der Rundlauf und Seitenschlag mit negativen Auswirkungen in der Fahrdynamik. Nur noch bei Retrobikes und Geländemotorrädern werden noch Drahtspeichenräder, sowohl mit Schlauchreifen als auch mit schlauchlosen Reifen, eingesetzt. Nur die schlauchlosen Räder können mit einem Reifendruckkontrollsystem ausgerüstet werden. KTM dichtet bei seinen schlauchlosen Speichenrädern die Speichennippel in der Felge, wodurch 40 potentielle Leckagen vorhanden sind. BMW setzt mit seinen schwereren aber robusten Kreuzspeichenrädern auf einen geschlossenen Felgenring mit außenliegenden Speichenköpfen. Das erste Fahrzeug mit diesem Konzept war 1987 die R100GS. Dieses Radkonzept hat seine Anwendungsgrenzen im Verhältnis von Felgen- und Bremsscheibendurchmesser, weil die kreuzenden Speichen nicht mit dem Bremssattel kollidieren dürfen. Deshalb gibt es sie nicht bei Straßenmotorrädern mit großen Scheiben und 17" Rädern.
Automobil Artillerieräder mini|Artillerierad mit Holzspeichen und abnehmbarem Felgenkranz. Dieses Rad hat Luftreifen aufgezogen. (ca. 1910) Frühe Automobile waren oft wie Kutschen mit stahlverstärkten Holzspeichenrädern, sogenannten Artillerierädern, ausgerüstet, mit meist acht bis zwölf Speichen pro Rad. Die Speichen waren anfangs fest mit der Nabe verbunden. Das war unpraktisch, weil ein Reifenwechsel direkt am Fahrzeug vorgenommen werden musste und ein Radbruch nur mit großem Aufwand vor Ort zu reparieren war. Man behalf sich erst mit abnehmbaren Felgen und führte eine oder mehrere davon mit montierten Reifen als Ersatz mit. Vom Nabenflansch abnehmbare Räder begannen sich ab etwa 1910 durchzusetzen.
In den 1920er Jahren verwendeten manche Hersteller Artillerieräder aus Eisenguss. Beide Formen wurden ab Anfang der 1930er Jahre von Stahlscheibenrädern abgelöst, nachdem diese einige Jahre zuvor als Zubehör aufgekommen waren.
Drahtspeichenräder mini|Speichenrad eines englischen Roadsters der 1960er Jahre Drahtspeichenräder werden seit dem Ende des 19. Jahrhunderts auch für vorwiegend leichte und sportliche Automobile verwendet. Rudge erfand 1907 das abnehmbare Speichenrad mit Zentralverschluss, das bis in die 1960er Jahre ein Merkmal vieler sportlicher Fahrzeuge war. In den 1920er und 1930er Jahren war es Mode, die Speichenräder unter einer Metallabdeckung zu verbergen, die mit dem gleichen Verschluss gesichert war, der auch das Rad hielt.
An Automobilen kommen auch andere Biegungswinkel als 95° vor, bei einigen Konstruktionen werden Speichen auch in mehr als 2 Ebenen je Rad angeordnet.
Eisenbahn miniatur|Nachbau einer Laufachse der Dampflokomotive Adler mit Speichenrädern(Original von 1835, Nachbau von 1935) mini|Stahlspeichen des betriebsfähigen Nachbaus der Adler im Verkehrsmuseum Nürnberg
Erste Eisenbahnräder waren oft als hölzerne Speichenräder ausgeführt, was ursprünglich durch die Tradition des Kutschenbaus beeinflusst war. Die großen Treibräder moderner Dampflokomotiven wurden später zwar durchgehend aus Stahl gefertigt, dennoch zur Gewichtsersparnis weiterhin als Speichenräder ausgeführt. Die ersten Vollbahn-Elektrolokomotiven hatten ebenfalls Speichenräder.
Fahrrad mini|Speichen-Laufrad eines Fahrrades mit gekreuzten Speichen
Material Die allermeisten Speichen bei Fahrrädern sind aus rostfreiem Stahl gebaut, was eine hohe Festigkeit garantiert. Günstigere Laufräder werden teilweise auch mit Speichen aus verchromtem oder verzinktem nicht rostfreiem Stahl hergestellt. Titan- und Carbonspeichen werden ebenfalls hergestellt. Da Carbonspeichen spröde und bruchanfällig sind, werden sie in größeren Querschnitten gefertigt und meist unlösbar in Nabe und Felge eingeklebt.
Konstruktionsprinzip Die Speichen beim Fahrrad sind typischerweise nur 2 mm stark. Meist werden pro Laufrad 32 bis 36 Stück eingesetzt. Sie werden nahezu ausschließlich auf Zug belastet. Die Speichen setzen die Felge unter eine hohe Vorspannung und übertragen Zugkräfte zwischen der Felge und der Nabe.
Von der Kontaktstelle mit dem Untergrund werden die Druckkräfte über die Felge auf die momentan oben liegenden Speichen abgeleitet, die sich dann wiederum per Zug an der Nabe abstützen. Da gewöhnliche Fahrradspeichen nicht auf Druck belastet werden können, wird das Speichenrad beim Fahren am unteren Punkt minimal gestaucht.
Die Speichen können an der Nabe radial oder in einem Winkel angeordnet werden. Bei der üblichen 3-fachen Überkreuzung der Speichen liegen diese annähernd tangential zum Lochkreis des Nabenflansches. Ein gewisser Vorteil der radialen Einspeichung liegt in der Gewichtsersparnis durch kürzere Speichen. Beim angetriebenen Laufrädern sowie bei Verwendung von Trommel-, Rollen- oder Scheibenbremsen wird die radiale Einspeichung nicht verwendet, da andernfalls bei der Übertragung des entstehenden Drehmoments hohe Zugkräfte an den Speichen auftreten.
Speichentypen Speichen haben üblicherweise an einem Ende ein – zur Verminderung der Kerbwirkung gerolltes (aufgewalztes) – Gewinde von 2 mm Durchmesser (FG 2,3 nach DIN 79012), auf das der Speichennippel geschraubt wird, um dieses Speichenende in der Felge zu befestigen. Am anderen Ende werden die Fahrradspeichen um etwa 95° gebogen und gestaucht, um einen linsenförmigen Kopf zu erzeugen. Dieser Kopf hält die Speiche in der Querbohrung des Flansches der Nabe.
Die mit Abstand am meisten verbreiteten Speichen haben einen kreisrunden Querschnitt mit 2,0 mm Durchmesser. Bei höherwertigen und bei besonders belasteten Laufrädern sind Speichen mit reduziertem Querschnitt im Mittelteil bzw. mit vergrößertem Querschnitt im Bogen verbreitet. Durch den kleineren Querschnitt im geraden Teil können sich die Speichen bei Stößen geringfügig elastisch dehnen, wodurch sich die Belastungen der übrigen Komponenten vermindert. Verbreitet sind Durchmesser von 1,5 und 1,8 mm im geraden Teil sowie 2,18 und 2,34 mm Durchmesser im Bogen.Ein Laufrad mit dünneren Speichen ist allerdings auch weniger steif, sodass die Kombination aus wenigen und dünnen Speichen nur für sehr gering belastete Laufräder akzeptabel ist.
Speichen mit verstärktem Bogen und über die restliche Länge gleichbleibendem Durchmesser werden auch Eindickend-Speichen (ED) genannt. Ist der Mittelteil dünner, spricht man von Doppeldickend-Speichen (DD), sofern beide Enden denselben Durchmesser haben, und von 3D-Speichen, wenn der Speichenschaft drei verschiedene Durchmesser hat.
Zum Senken des Luftwiderstands werden Speichen verwendet, die im geraden Mittelteil keinen kreisrunden Querschnitt haben, sondern flach sind. Man spricht auch von Messer-, Säbel- oder Aerospeichen. Messungen zeigten, dass der Luftwiderstand bei Messerspeichen, die nicht exakt in Bewegungsrichtung ausgerichtet sind, stark ansteigt und sogar leicht über dem von runden Speichen liegen kann. Bei starkem Seitenwind tritt ein ähnlicher Effekt auf. Der geringere Luftwiderstand fällt auch erst bei einer Geschwindigkeit ab etwa 40 km/h ins Gewicht. Auch bei flachen Speichen gibt es unterschiedliche Querschnitte.
Weniger verbreitet sind gerade, also nicht abgewinkelte Speichen. Sie erfordern Naben mit einem besonders geformten Nabenflansch. Meist ist dieser mit Schlitzen zum Einhängen der Speichen statt mit Speichenlöchern ausgestattet. Der Vorteil gerader Speichen ist, dass der Bogen als potentielle Schwachstelle entfällt. Der Nachteil ist der deutlich höhere Preis. Z-Speichen haben anstelle des Kopfes ein Z-förmig gebogenes Ende, das in die Nabenflanschbohrung eingehängt werden kann, ohne dass die Speiche vom Gewindeteil aus eingefädelt werden muss. Das ist ein Vorteil bei einer Panne unterwegs, vor allem wenn der Bruch beim Hinterrad auf der Seite des Zahnkranzes auftritt, da dieser sonst zum Wechsel der Speiche entfernt werden müsste.
Eine weitere Bauform sind Wellenspeichen, deren leicht wellenförmig ausgebildeter Mittelteil eine federnde Wirkung erzeugen soll.