Freni a disco idraulici e a cavo: funzionamento, vantaggi e svantaggi

I freni a disco sono divenuti ormai lo standard di riferimento per le MTB, perché sono vantaggiosi, soffrono meno il fango o l’acqua e permettono di esprimere un’elevata forza frenante senza sovradimensionare l’impianto. Nel mondo del ciclismo su strada, hanno avuto il benestare dell’UCI, la federazione ciclistica internazionale, per il loro utilizzo in competizioni ufficiali e ormai hanno preso sempre più piede. Molte case ciclistiche da qualche tempo li propongono nei loro listini.

Ma apportano dei reali vantaggi? Sono la soluzione vincente per il cicloturista oppure è meglio preferire i vecchi freni cantilever o V-brake? Vediamo di capirne di più.

Funzionamento di un freno a disco

Un freno a disco per bicicletta stravolge completamente l’idea dei freni tradizionali, che erano installati sul telaio e permettevano di frenare creando attrito tra i pattini e la pista apposita ricavata sul profilo del cerchio. Questa tecnologia si compone di un rotore installato sul mozzo, che ruota in una fessura della pinza, fissata sul telaio. All’interno di questa pinza si trovano due pastiglie freno che, azionando la leva, si avvicinano al rotore, generando calore e attrito.

Tipologie di freni a disco

I freni a disco per bicicletta sono essenzialmente di due tipi: meccanici o idraulici.

Freni a disco meccanici

Il primo tipo, detto anche a filo, combina la struttura tipica dei freni a disco con la filosofia di lavoro dei freni tradizionali. Infatti le pastiglie sono azionate tramite un filo metallico, che fa scattare dei leveraggi che avvicinano le stesse al rotore.

Freni a disco idraulici

I freni a disco idraulici invece mutuano il sistema di lavoro da quelli delle motociclette. All’interno dei tubi è presente dell’olio idraulico (di tipo DOT oppure minerale) e quando si aziona la leva freno (che in questo caso si chiama pompante) si manda in pressione l’olio, che spinge su due pistoncini idraulici ai quali sono agganciate le pastiglie, avvicinandole al rotore e permettendo la frenata.

Tra i due tipi, il più performante è sicuramente quello idraulico, poiché è molto modulabile mentre quello a filo di solito frena a fine corsa, ovvero premendo la leva freno al massimo. Inoltre la potenza esprimibile è maggiore con l’idraulica. Di contro il sistema idraulico necessita di maggiore manutenzione, poiché dell’aria può inserirsi nell’impianto, annullandone l’efficacia. In questo caso bisogna procedere allo spurgo. Inoltre l’olio, nel caso trafilasse dai pistoncini, contaminerebbe le pastiglie, rendendole inutilizzabili e pericolose.

Solitamente gli impianti idraulici sono appannaggio delle MTB mentre per il cicloturismo sono più diffusi impianti meccanici.

Anatomia di un freno a disco per bicicletta

I freni a disco per bicicletta si compongono di una serie di elementi:

La leva del freno o pompante: installata sul manubrio, ha il compito di azionare il filo nel caso di impianti meccanici o di mandare in pressione l’olio in quelli idraulici. In questo ultimo caso è dotata di un serbatoio per la raccolta dell’olio e di una valvola per effettuare lo spurgo (ovvero l’eliminazione dell’aria).
Guaine: le guaine per gli impianti meccanici sono identiche a quelle per i freni tradizionali, solitamente in plastica con un rivestimento antigrippaggio interno in PTFE. Quelle per gli impianti idraulici possono essere di due tipi: o in polimero rivestito in kevlar oppure in treccia metallica. Le guaine per idraulica infatti devono resistere alle forze espansive esercitate dall’olio in pressione.
Pinza del freno: la pinza del freno montata sul telaio necessita di supporti e adattatori specifici per poter essere installata. Nel caso degli impianti meccanici, una serie di leveraggi trasforma l’azione del filo in traslazione orizzontale delle pastiglie. Nei freni idraulici due pistoncini sono spinti dalla pressione dell’olio e ritornano in posizione quando questa cessa, cioè quando viene rilasciata la leva.
Pastiglie: le pastiglie freno sono quel componente che va in battuta contro il rotore, provocando la frenata. Sono composte da una struttura di metallo, sulla qual è incollato il ferodo, un materiale a usura che lavora contro il rotore. In base alla composizione chimica del ferodo, le pastiglie si classificano in organiche, semimetalliche e metalliche. Le prime sono formate da una mescola di gomma e resina, sono morbide e funzionano molte bene a freddo. Le seconde hanno una durezza media, che aumenta la modulabilità e che di solito si utilizzano su impianti di media potenza. Le ultime sono realizzate in metallo sinterizzato, sono molto dure, riducono la potenza frenante aumentando proporzionalmente la modulabilità del freno. Le pastiglie organiche sono le più durevoli e le più utilizzate.
Rotore: comunemente chiamato disco, è un elemento metallico installato sul mozzo. Il fissaggio può avvenire con delle spine (di solito 6) che ingaggiano dei filetti sul mozzo oppure con una ghiera (tecnologia direct mount, standard della casa giapponese Shimano), un sistema simile a quello che fissa la cassetta sulla ruota libera. I dischi hanno vari diametri, a partire dai 140mm (in realtà poco usati) ai più diffusi, ovvero 160mm e 180mm. Esistono dischi di dimensioni più elevate, che raggiungono i 220mm di diametro ma sono appannaggio di disciplina gravity come enduro o downhill. Aumentando il diametro del disco infatti aumenta il braccio di leva e quindi la forza che andiamo ad applicare sul mozzo. Maggiore il diametro del rotore, maggiore sarà la potenza di frenata, a scapito della modularità. I rotori hanno sostanzialmente due disegni: chiuso e aperto. Quello chiuso presenta pochi spazi vuoti ed è pensato per garantire maggiore capacità di frenata, diminuendo però la dissipazione del calore. Quello aperto invece presenta dischi molto scavati, che dissipano bene il calore prodotto ma che riducono la potenza dell’impianto.
Mozzi e ruote: i mozzi e le ruote per freni a disco presentano tecnologie costruttive uniche, poiché il momento torcente che si applica sul mozzo è molto alto. I mozzi di solito sono sovradimensionati e presentano degli attacchi per poter installare il rotore. I cerchi non presentano piste frenanti mentre la raggiatura è studiata in modo da sopportare le grandi tensioni della frenata. I raggi di una ruota lavorano alternativamente a trazione e a compressione. Quando pedaliamo un raggio è tirato mentre quello immediatamente successivo è compresso. Quando freniamo la situazione si ribalta e i raggi compressi vengono tirati mentre quelli che lavoravano a trazione vengono compressi. Va da sé che la raggiatura deve tenere conto di queste forze meccaniche: perciò è stata studiata una tipologia di raggiatura specifica per i freni a disco.

Vantaggi e svantaggi dei freni a disco

Ora che abbiamo visto come funzionano e come si compongono i freni a disco vediamo di scoprirne vantaggi e svantaggi. Rispetto ai freni tradizionali, gli impianti a disco presentano indubbi vantaggi.

Vantaggi dei freni a disco

Miglior dissipazione del calore: uno dei problemi più gravosi dei freni a pattino, soprattutto con piste frenanti in carbonio, è quello del calore generato tra pattino e pista. Questo calore viene dissipato in modo irregolare e poco funzionale, soprattutto se si tende a frenare spesso e a tenere il freno chiuso per lunghi lassi di tempo. I freni a disco invece dissipano meglio il calore.
Sono più modulabili: con i freni a disco è possibile frenare anche solo toccando la leva, senza arrestare la ruota; in questo modo si riducono i rischi di perdita di grip (una ruota bloccata è una ruota che offre un attrito pari a zero). Quindi è più facile per il ciclista adattare la frenata al proprio stile di guida.
Sono più potenti: un freno a disco, soprattutto se idraulico, offre una potenza di frenata indubbiamente superiore rispetto a un freno tradizionale.
Soffrono meno fango e acqua: in caso di pioggia i pattini dei freni tradizionali tendono a perdere grip sulla pista e soffrono il fango, poiché quest’ultimo viene sollevato dalla ruota e si accumula sotto la forcella, proprio dove ci sono i pattini. I freni a disco offrono ottime garanzie di frenata anche in condizioni ambientali gravose.
Sono più facili da regolare: regolare un freno a disco è di per sé un’operazione facile. Si toglie la ruota; si smontano le pastiglie e con un cacciagomme e del lubrificante spray si mandano a fine corsa i pistoncini; dopodiché si rimonta il tutto. Se le pastiglie sfregano sul disco, è sufficiente allentare le viti della pinza e centrarle sul disco. I freni a pattino richiedono più malizia ed esperienza) uno degli svantaggi dei freni a disco: il rotore si può piegare e va messo in dima per verificarne la planarità.

Ovviamente ci sono anche degli svantaggi.

Svantaggi dei freni a disco

Necessitano di un telaio e di ruote apposite: non si può semplicemente passare dai freni tradizionali a quelli a disco acquistando un gruppo freni nuovi. Questa tecnologia necessita di un telaio con attacchi per le pinze e di ruote ad hoc. Solo così è possibile installare il rotore e per sopportare i grossi carichi applicati dalla frenata.
Costano di più: un impianto a disco, soprattutto se idraulico, costa di più di uno tradizionale.
Sono più pesanti: è vero che nel cicloturismo il peso è una cosa relativa, poiché bisognerà sommare quello di borse ed equipaggiamento, ma per i “grammomaniaci” posso confermare che un impianto a disco pesa di più di uno tradizionale.
La manutenzione è più difficile e necessita di attrezzature apposite: per manutenzione intendo la sostituzione del cavo nel caso di impianti meccanici oppure lo spurgo dell’aria in quelli idraulici. Soprattutto nell’ultimo caso sono necessarie esperienza, conoscenza e un kit di spurgo adatto ai propri freni. Infatti ogni casa costruttrice utilizza uno standard differente e produce sia i freni che il proprio kit spurgo. Questa operazione andrebbe fatta fare a un meccanico, anche se quando si gira per il mondo non è sempre facile trovarne uno all’altezza.
Le pastiglie si possono vetrificare: se abbiamo la cattiva abitudine di tirare il freno e di mantenerlo tirato per lunghi lassi di tempo, nonostante l’ottimale dissipazione del calore, le pastiglie tenderanno a vetrificare. La composizione chimica del ferodo, grazie allo sbalzo termico, si indurisce e non garantisce più la frenata. Una pastiglia vetrificata è una pastiglia inutile. I pattini dei freni, fino a quando non sono completamente consumati, offrono sempre garanzia di frenata.
L’olio degli impianti idraulici è corrosivo: se il vostro impianto utilizza olio DOT (tipo i freni marca AVID), sappiate che questi è corrosivo per la vernice della bici ma soprattutto per voi, per cui va prestata molta attenzione quando si procede alla manutenzione e allo spurgo.

Freni V-Brake: vantaggi e svantaggi

I freni V-Brake sono un’alternativa ai freni a disco, soprattutto per chi cerca una soluzione più economica e facile da mantenere. Vediamo i loro vantaggi e svantaggi.

Vantaggi dei freni V-Brake

Potenza: Sono relativamente potenti, fatto apprezzabile per il loro prezzo.
Prezzo: Molto accessibile e, soprattutto, inferiore rispetto a quello dei freni a disco. Infatti, i pattini costano meno delle pastiglie dei dischi, questo giustifica il costo.
Regolazione e manutenzione facile: La regolazione dei freni V-Brake è molto semplice e alla portata di tutti i mountain biker. Non serve essere esperti di meccanica per regolarli! Lo stesso vale per la manutenzione, che si limita ad un controllo regolare dell'usura dei pattini e del cavo.
Rigidità e resistenza: Questo tipo di freni ha una buona durata, che può essere interessante quando non si vuole cambiare regolarmente i freni della MTB.
Leggerezza: I freni V-Brake pesano meno rispetto ai freni a disco.
Nessun surriscaldamento: I freni V-Brake non hanno il liquido idraulico, quindi non c'è nessun rischio di surriscaldamento (ad esempio durante le discese lunghe).

Svantaggi dei freni V-Brake

Progressività: I freni V-Brake hanno una frenata meno progressiva.
Pattino vicino al cerchione: Questo diventa un problema se la ruota si scampana. Infatti, se succede durante un'uscita in MTB, il cerchione può sfregare contro il freno e rovinarlo.
Da evitare sotto la pioggia e la neve: La frenata è molto meno performante quando il meteo non è clemente (ad esempio con la pioggia e la neve).

Freni a disco idraulici vs. meccanici: quale scegliere?

La differenza principale tra i freni a disco idraulici e meccanici è che i freni a disco idraulici sono più efficienti, ovvero forniscono più potenza di arresto con meno sforzo sulla leva del freno. In un sistema di freno a disco meccanico, i freni sono azionati da un cavo, e questo è simile ai freni a cerchione. Con un sistema di freno a disco idraulico, i freni vengono azionati tramite fluido.

Molte persone concordano sul fatto che i freni a disco idraulici sono migliori. La ragione di questo è che forniscono una maggiore potenza di arresto con meno sforzo, ma consentono anche un controllo più preciso (sono più fluidi da usare) e offrono una maggiore sensazione di frenata rispetto ai freni a disco meccanici.

Il motivo per cui i freni a disco idraulici forniscono più potenza di arresto con meno sforzo è dovuto al modo in cui funzionano. In un sistema frenante idraulico, la pressione sul pistone è di gran lunga superiore alla forza che si sta esercitando sulla leva. Anche i sistemi di freni a disco meccanici aumentano la forza ma non della stessa quantità.

Nei freni a disco idraulici il sistema è chiuso, ciò significa che non si avrà sporcizia all’interno del sistema frenante, il che è meglio se si guida in condizioni di bagnato o fango. Sfortunatamente, i freni a disco meccanici sono aperti agli elementi esterni e, questo, può portare il cavo a sporcarsi o ostruirsi con i detriti.

Uno dei maggiori vantaggi dei freni a disco meccanici è che è più facile fare manutenzione. La maggior parte delle persone ha già lavorato con i freni a cavo e quindi se è necessario regolarli è più facile rispetto ai freni a disco idraulici. Le componenti sono inoltre prontamente disponibili e poco costose in quanto utilizzano un sistema meno complesso.

Dipende da cosa si intende fare con la bici. Se si affrontano trail complicati e tecnici, avere freni a disco idraulici ha più senso. Inoltre, se il budget permette freni a disco idraulici, è sicuramente meglio averli, assicurandosi che siano dei freni decenti in quanto, quelli più economici, possono avere più problemi di quelli meccanici. Se l’uso della MTB non è professionale ed è occasionale, allora potrebbe avere più senso comprare freni a disco meccanici.

Un altro grande motivo per scegliere dischi meccanici è la facilità di manutenzione e regolazione.

Olio per freni a disco idraulici: DOT vs. minerale

L’olio per freni a disco idraulici è contenuto all’interno dei tubi oleodinamici che collegano il pompante (cioè la leva del freno) al corpo freno. Quando agiamo sulla leva, detta anche master cyclinder, l’olio trasferisce la forza impressa ai due pistoni, che mandano in battuta le pastiglie contro il rotore e consentono così di rallentare la corsa. Ciò è possibile grazie alle caratteristiche d’incomprimibiltà dell’olio, che trasmette la forza senza assorbirla.

Come abbiamo già spiegato, il funzionamento di un freno a disco ha come base l’attrito tra disco e pastiglia, che genera notevole calore che si tramette anche al sistema e dunque all’olio, che deve essere in grado di sopportare lo stress senza raggiungere il punto di ebollizione.

La caratteristica regina di un fluido per freni idraulici è appunto la temperatura di ebollizione che per questo è stata oggetto di ampi studi, soprattutto nel campo automotive. Se il calore all’interno del sistema supera il punto di ebollizione (detto anche di bollore) del fluido, questi inizia a passare dallo stato liquido a quello gassoso, riempiendo il sistema di bolle d’aria che non trasmettono più la pressione esercitata dalla leva, facendo decadere completamente l’efficienza del sistema frenante (gli inglesi chiamano questa situazione “fluid fade”).

Olio DOT

Si tratta di un olio sintetico a base di glicole (tranne il DOT5, che è a base di silicone), lubrificanti, additivi e inibitori. La produzione e le caretteristiche del DOT sono normate dal dipartimento dei trasporti statunitense (Department of transportation, da qui il nome DOT) ed è una tecnologia di derivazione automotive, poiché è si tratta dell’olio per freni più utilizzato nel mondo delle auto e moto.

Vantaggi dell'olio DOT

Punto di ebollizione elevato: il fluido per freni DOT ha un elevato punto di ebollizione, che va dai 205°C del DOT3 ai 270°C del DOT5.1 e questo lo rende estremamente adatto agli usi gravosi, dove l’attrito sprigiona notevoli quantità di calore.
E’ normato: essendo regolato da una normativa imposta da un organo di controllo, i fluidi DOT di marche diverse presentano gli stessi procedimenti di raffinazione e le medesime caratteristiche.

Svantaggi dell'olio DOT

E’ corrosivo: i fluidi DOT sono acidi, ovvero corrodono i metalli e le vernici. Per questo i sistemi freni che usano il DOT sono dotati di guarnizioni in gomma specifica, poiché la gomma naturale non resiste all’acidità.
E’ igroscopico: il fluido DOT tende ad assorbire l’umidità presente nell’aria, che penetra all’interno del sistema attraverso le tenute e le guarnizioni. L’assorbimento dell’umidità abbatte le performance del fluido, che andrebbe cambiato a intervalli regolari, soprattutto se si gira in ambienti molto umidi, con fango e pioggia.
Tende a degradare: poiché igroscopico, il DOT tende a degrarare nel tempo. E’ un problema per lo stoccaggio dei contenitori aperti, poiché una boccetta di DOT non più sigillata non si conserva per lungo tempo. La stessa problematica si ritrova su MTB che rimangono in cantina per parecchio tempo senza essere usate.

Bisogna poi fare un distinguo, poiché l’olio DOT è igroscopico (ovvero assorbe l’umidità, aspetto che analizzeremo tra poco) e questa sua caratteristica fa abbassare il punto di ebollizione. Infatti la normativa sottolinea questo aspetto divendo i punti di ebollizione in “dry” (ovvero con olio “asciutto”, che non ha assorbito umidità) e “wet” (cioè con olio “bagnato”, che ha assorbito umidità). Per fare un esempio, il punto di ebollizione del DOT5.1 passa dai 270°C “dry” ai 190°C “wet”.

Olio minerale

Questo tipo di olio per freni è la scelta delle case costruttive Shimano, Magura e Tektro. Si tratta di un olio minerale (quindi non sintetico) ottenuto tramite raffinazioni particolari. Ogni casa ha il proprio olio brandizzato, con caratteristiche lievemente diverse che complicano la compatibilità tra i sistemi.

Vantaggi dell'olio minerale

E’ idrofobico: ovvero non assorbe l’umidità. Questo lo rende più stabile rispetto al DOT e il punto di ebollizione non cambia mai (per questo non esiste la differenza tra “dry” e “wet” tipica dei fluidi DOT). Il sistema frenante quindi non s’inquina e la performance rimane stabile nel tempo.
Non è corrosivo: l’olio minerale non è a base acida, per cui non è pericoloso per pelle e mucose e non corrode i metalli o la vernice del telaio.
Alto punto di ebollizione: la tecnologia produttiva delle case ha raggiunto livelli molto alti, che ha pareggiato i punti di ebollizione tipici del DOT.
E’ stabile nel tempo: anche se il contenitore viene aperto l’olio minerale non assorbe umidità e non degrada, per cui si può stoccare per più tempo. Consente anche di riprendere in mano la MTB dopo parecchio tempo e di ritrovare la potenza frenante di prima senza manutenzione. Infatti l’olio minerale viene usato per speciali mezzi motorizzati come i veicoli militari o le auto d’epoca, che rimangono ferme per mesi o anni e poi messe su strada per rare uscite.

Svantaggi dell'olio minerale

Non è normato: ogni casa produttrice ha i propri standard di raffinazione e il proprio marchio, poiché non c’è una normativa che ne regola la produzione. Questo aspetto rende più difficile la compatibilità tra fluidi di case diverse. Ad esempio l’olio minerale per freni Shimano si chiama appunto “Shimano brake fluid”, poiché prodotto esclusivamente dalla casa giapponese, che ne controlla ogni passaggio e ne garantisce la qualità.

Come abbiamo visto non esiste un fluido migliore dell’altro, poiché hanno caratteristiche univoche. Partiamo con il dire che DOT e olio minerale non sono assolutamente compatibili, non si può passare da una tecnologia all’altra semplicemente eliminando il vecchio fluido e inserendo il nuovo. E’ il miglior modo per rovinare i freni e dover buttare via tutto.

Non usate mai olio minerale su freni che usano il DOT o viceversa. L’unico modo per passare da un sistema all’altro è acquistare freni di una casa produttrice che usa la tecnologia che c’interessa. Ad esempio per passare ai freni a olio minerale Shimano ho dovuto acquistare una coppia di freni completi (leva, tubi, corpo freno, pastiglie) e sostituire i precedenti freni DOT della mia MTB.

Se invece volete un freno che sia sempre pronto all’uso, soprattutto se usate la bicicletta a lunghi intervalli e la lasciate in garage senza toccarla e non ve la sentite di effettuare manutenzioni regolari, allora l’olio minerale è la scelta giusta, soprattutto se combinato con il sistema Ice, per far lavorare il sistema a temperature più basse e quindi allungare la vita utile dei freni.

In sintesi, la scelta tra freni a disco idraulici e meccanici, così come tra olio DOT e minerale, dipende dalle proprie esigenze, dal tipo di utilizzo della bicicletta e dalla propria familiarità con la manutenzione.

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