Krachten in de spaken.

Krachten in de spaken.

Spaken kunnen alleen trekbelasting opnemen. Bij drukbelasting gaan ze loszitten. Doordat ze in een wiel scharnierend bevestigd zijn kunnen ze niet doorbuigen. Als het wiel belast wordt beweegt de naaf een klein beetje naar beneden. De spaken boven in het wiel worden dan uitgerekt, de spaken onder in het wiel worden een beetje ontspannen.

Om ervoor te zorgen dat de spaken die ontspannen niet los komen te zitten, moeten ze op voorspanning gebracht worden.

Met de voorspanning worden spaken permanent uitgerekt. Hoe groter de voorspanning hoe minder snel het zal voorkomen dat een spaak los komt te zitten. In het algemeen moet een wiel strak aanvoelen. De voorspanning zal eerder te laag zijn dan te hoog.
De voorspanning is lastig te meten. Je kunt dit een beetje bepalen door te voelen, te luisteren (hoe hoger de spaak klinkt hoe strakker de spaak) of door te meten.
Voor het meten zijn speciale spaakspanningsmeters beschikbaar. De trekkracht in de spaak moet bij gebruik van aluminium velgen in het voorwiel tussen de 550 en 800 N liggen.
In het achterwiel mag de trekkracht iets hoger liggen. Bij gebruik van stalen velgen moet de trekkracht tussen de 600 en 1000 N liggen.

Door in het wiel spaken per paar onder een hoek met de naaf te bevestigen, krijgt het wiel ook in zijdelingse of axiale richting sterkte en stijfheid.

Hoe groter de hoek die de spaken maken, hoe sterker en stijver het wiel is in zijdelingse richting. De spaken bij het voorwiel maken een grotere hoek dan de spaken bij het achterwiel. Het voorwiel is in zijwaartse richting dan ook stijver.
De spaken bij het achterwiel maken een kleinere hoek omdat de afstand tussen de naafflenzen niet breder gemaakt kan worden.
Bij fietsen met derailleurversnelling is bij het achterwiel aan de rechterkant ruimte nodig voor de bevestiging van de kettingwielen. Om het wiel toch goed te centreren moet het achterwiel sterk paraplu-gespaakt worden. De spaken aan de aandrijfkant lopen veel steiler naar de naaf.

De spaken moeten bij een symmetrisch wiel dezelfde spanning hebben, om te voorkomen dat een slag in het wiel komt. Als een spaak links harder aan de velg trekt dan rechts, zal de spaak een zijslag in de velg naar links trekken. Als een paar spaken op de ene plek in de velg harder trekken dan op een andere plek, zal er een hoogteslag in de velg komen. Bij een paraplu-gespaakt wiel is de voorspanning aan de kant van het freewheel groter om evenwicht in zijwaartse richting te creëren.

Het meest eenvoudige spaakpatroon ontstaat door de naaf in een zo kort mogelijke lijn met de velg te verbinden. Dit radiale spaakpatroon levert een sterk en stijf wiel in axiale en radiale richting. Een radiaal gespaakt wiel kan geen momenten op de naaf opnemen. Als een moment wordt uitgeoefend op de naaf, moet de naaf in evenwicht gehouden worden door de spaken.

Dit kan alleen als de werklijnen van de spaakkrachten niet door het middelpunt van het wiel gaan. Om te zorgen dat ze een reactiemoment uit kunnen oefenen worden ze onder een hoek op de naaf gezet. Om dit te bereiken kan het wiel in verschillende patronen gevlochten worden. Het sterkste wiel ontstaat door de spaken onder een hoek van 90° op de naaf te zetten.

Het spaakpatroon dat zo ontstaat wordt aangeduid met het aantal spaken dat de spaak kruist. Bij 622 wielen wordt over het algemeen 1 over 4 gespaakt. Elke spaak kruist dan 4 andere spaken. Ook toegepast worden 1 over 3 en 1 over 2 spaakpatronen. Bij wielen met een hoge flens en 559 wielen wordt 1 over 3 toegepast omdat de afstand tussen naaf en velg te kort is om 1 over 4 te spaken. Door aandrijving en remkrachten van naafremmen wordt er een momentkracht op de naaf uitgeoefend. Bij deze wielen moeten de spaken onder een hoek geplaatst worden. Voor de sterkte moeten de zwaarbelaste spaken aan de buitenkant van de naaf lopen.