Freni V-Brake Idraulici: Vantaggi e Svantaggi

Da qualche anno, il mercato delle biciclette ha visto l'introduzione di nuove tipologie di impianti frenanti. Il tempo dei cantilever sulle mitiche MTB degli anni '80 e '90 è finito, e lo stesso vale per i V-brake. Più recentemente, anche per il settore strada si sta gradualmente passando al sistema più moderno dei freni a disco, come normale evoluzione della tecnologia. Come ti ho anticipato, anche nell’impianto frenante di una bicicletta le cose sono cambiate!

E ogni cambiamento porta con sé dei vantaggi e ahimè anche degli svantaggi. Ormai i freni a disco sono diventati lo standard di riferimento per il mondo bike in quanto, rispetto ai vecchi freni a pattino, riescono a sviluppare una potenza di frenata superiore e anche più modulabile, soprattutto nelle condizioni più avverse, come con la pioggia o lo sterrato fangoso.

Il concetto che sta alla base di tutto è l’attrito che si sviluppa attraverso il contatto tra parti fisse e mobili dei freni bici, generando calore che deve essere dissipato nel minor tempo possibile per non compromettere l‘efficienza nella frenata.

Componenti dei Freni a Disco

Per comprendere meglio i vantaggi e gli svantaggi dei freni a disco idraulici, è utile conoscere i loro componenti principali:

• Rotore: Per rotore si intende il disco, ovvero quell’elemento metallico di spessore definito montato sul mozzo della ruota, solidale alla ruota stessa. I dischi possono avere diversi disegni, dove l’estetica viene ad essere affiancata all’efficienza nella dispersione del calore sviluppato durante la frenata e al peso.
• Leve Freno: Come da tradizione, per praticità e soprattutto sicurezza, sono montate sul manubrio.
• Pinze: Le pinze sono costituite da un involucro metallico al cui interno sono alloggiate le pastiglie, ovvero gli elementi fondamentali per la frenata.
• Pastiglie: Se questo strato è composto da una mescola di resina si parla di pastiglie organiche, che garantiscono una buona frenata a freddo, bassa resistenza al calore, durata limitata e scarsa usura dei dischi. Le pastiglie sinterizzate invece sono più durevoli e garantiscono una buona frenata quando entrano in temperatura.

Freni a Disco Idraulici

Da qui i freni a disco idraulici, il cui funzionamento è basato su un circuito chiuso dove scorre olio in pressione. Azionando la leva del freno, viene mandato in pressione l’olio - minerale o DOT - contenuto nel piccolo serbatoio posto sul manubrio. È sicuramente un sistema performante e potente, votato a quelle biciclette - le MTB appunto - perlopiù usate su percorsi poco tranquilli, dove la sollecitazione alla frenata è alta. I dischi idraulici ormai sono utilizzati come standard sulle mountain bike di un certo livello e anche nel mondo dei viaggi si stanno sempre più diffondendo.

Freni a Disco Meccanici

Rispetto all’idraulica che si è diffusa più precocemente nel campo dell'offroad, i freni a disco meccanici trovano la loro collocazione più naturale nel ramo del cicloturismo e dei viaggi in bicicletta. L’impulso viene sempre dato dal ciclista, che nelle condizioni in cui viene a trovarsi, aziona la leva del freno al manubrio. La leva è collegata al filo metallico, che corre all’interno di una guaina protettiva (e nel telaio nel caso di passaggio cavi interno), fino a collegarsi alle pinze frenanti.

Manutenzione dei Freni a Disco

Come per i freni a disco idraulici, anche per i freni a disco meccanici è fondamentale controllare l’efficienza del sistema. Per un controllo immediato basta agire sulla leva del freno al manubrio per intuire la risposta della frenata. Se la frenata è troppo lunga (con la leva del freno a fine corsa), il cavo si può essere logorato nel corso del tempo - e quindi in questo caso deve essere sostituito - oppure non è sufficientemente tensionato. Infatti basta un minimo di buona volontà per regolare la tensione del cavo d’acciaio o per sostituirlo.

Ho parlato di sistema chiuso e cioè del circuito dove scorre l’olio. Quindi, per le bici gravel in cui i freni a disco bici sono perlopiù idraulici, il sistema non è soggetto a sporcarsi, ad esempio percorrendo le strade bianche toscane, tranne per le pinze!

Inoltre, essendo il disco vincolato al mozzo della ruota e non al profilo del cerchio come per i V-brake, non sussiste nemmeno la preoccupazione di una ipotetica esplosione della camera d’aria a causa di una pinzata troppo prolungata.

Altro aspetto dolente è rappresentato dalla manutenzione; infatti, in base ai dati tecnici dei produttori e anche a seguito del decadimento delle proprietà dell’olio contenuto nel circuito nel corso del tempo, ogni tanto sarebbe utile effettuare uno spurgo con successivo ricaricamento del circuito (non deve essere presente aria all’interno!).

L'unica difficoltà oggettiva spesso si ha nel reperire le pastiglie giuste in negozi MTB dove spesso le pastiglie meccaniche non vengono utilizzate.

Differenze tra Freni a Disco Idraulici e Meccanici

Esistono numerose differenze tra i freni a disco idraulico e la meccanica della bicicletta. Entrambi i sistemi hanno gli stessi pezzi essenziali: manico, tubo o coperchio del cavo, morsetto, pillole e disco. Ma differiscono nella tecnologia utilizzata per funzionare.

• Freni Meccanici: Nel freno meccanico la forza stampata sulla maniglia viene trasferita in una delle pillole (non entrambe) attraverso un cavo del freno in tensione.
• Freni Idraulici: Nel freno idraulico la forza che il ciclista stampe nella maniglia viene trasferita ai pistoni del morsetto - e da lì alle due pillole - per mezzo di un olio liquido (minerale o sintetico, a seconda del marchio dei freni).

L'uso di un cavo o di un liquido per il trasferimento di energia da parte del circuito di frenatura fa cambiare sostanzialmente il tipo di frenata. Le ruote non bloccheranno improvvisamente, riducendo il rischio di incidente o cadendo e favoriscono un migliore controllo e la movimentazione delle biciclette.

Invece, un freno a disco meccanico fornisce un tipo più brusco di frenata, meno lineare. La potenza di frenata può essere maggiore nel primo momento di frenata, ma il ciclista ha meno margine per modulare l'energia di frenata in base alle loro esigenze.

In relazione al comportamento, un'altra delle grandi differenze tra freni idraulici e meccanici è il suo livello di efficacia con la pioggia. Il circuito di un freno a disco idraulico è completamente chiuso ed è più stagnante all'ingresso dell'acqua. Nei freni a disco meccanico il cavo è esposto in relazione al morsetto.

I freni a disco idraulico sono auto -aggiustanti in potenziale, modulazione, ecc., grazie alle proprietà del fluido del freno, responsabili del suo funzionamento. Ricorda che l'impostazione del freno a disco meccanico è eseguita nelle due pillole, ma separatamente.

I freni idraulici sono molto più facili da mantenere e sono più durevoli della meccanica. Sarà sufficiente per fare una revisione annuale del sistema e spurgare il circuito, cambiando il fluido del freno per uno nuovo. I freni a disco meccanico, al contrario, sono più facilmente in disaccordo. Richiedono una manutenzione più costante, sebbene semplice, molto simile alle scarpe classiche.

Infine, uno degli aspetti in cui entrambi i sistemi di frenatura differiscono maggiormente è nel prezzo. Un kit di freni a disco idraulico è più caro rispetto ad alternative meccaniche.

Tabella Comparativa Freni a Disco Idraulici vs. Meccanici

Pertanto, i freni a disco idraulici, sebbene attualmente diffusi in tutti i gruppi, sono più tipici delle gamme medie e alte. Mentre i meccanici, che sono stati i primi tipi di freno a disco per le biciclette che sono apparse sul mercato, sono limitate a range bassi.

Una volta che conosciamo tutte le caratteristiche e le differenze tra i freni idraulici e meccanici per il ciclismo, è tempo di scegliere il più appropriato, assistere alle tue esigenze, livelli, usare che dai alla bici e al budget disponibile.

I freni a disco meccanici sono indicati per nuovi ciclisti, che fanno uscite brevi e semplici, senza troppe sezioni tecniche.

Quelche tempo fa l’apertura dell’UCI ai freni a disco anche per le competizioni su strada e l’investimento in termini di ricerca di sviluppo di nuove gamme di prodotto da parte dei produttori, ha aperto un grande dibattito tra gli appassionati. I freni a disco sono davvero più efficienti di quelli a pattino? Si tratta di vera innovazione o soltanto l’ennesima campagna marketing per vendere più prodotti? In questo articolo andremo a valutare sotto diversi profili i freni a disco e quelli a pattino, per capire davvero quali siano i più efficienti.

Principio di funzionamento

Sia i freni a pattino che quelli a disco sfruttano il principio dell’attrito per attuare la frenata. Un corpo viene mandato in battuta contro il componente in rotazione, sviluppando attrito che ne rallenta la velocità, sviluppando allo stesso tempo calore che va evacuato e usura, che porta all’assotigliamento del corpo frenante.

Nei freni a pattino il corpo è il pattino, composto da mescole di gomma nitrilica o butilica a seconda della qualità, che va in battuta contro la pista frenante del cerchio. L’azionamento della frenata avviene attraverso un cavo metallico sottoposto a tensione, per cui il sistema lavora a trazione.

Nei freni a disco idraulici il corpo frenante è la pastiglia, o meglio il suo ferodo, che può essere composto da leghe sinterizzate organiche, semimetalliche o metalliche. Il componente in rotazione è il rotore, che è formato da una lamina interna in acciaio per dare rigidità strutturale e da due lamine in lega di acciaio all’esterno, per favorire l’evacuazione del calore. L’azionamento avviene tramite un cilindro (master cylinder) che spinge l’olio idraulico nella tubazione, facendo fuoriuscire i pistoni su cui sono fissate le pastiglie. Il sistema lavora dunque per compressione.

Distribuzione della frenata

Uno degli aspetti principali di tutti i sistemi frenanti è la distribuzione della frenata, ovvero la gestione e l’applicazione delle forze atte a rallentare la rotazione della ruota. Mettiamo il caso di una ruota che sta girando: questa ruoterà con una certa velocità angolare, detta w, e avanzerà con una determinata velocità, detta A. Per fermare la ruota si dovrà dunque applicare una forza uguale e contraria ad A, che definiremo B.

Il nodo cruciale dell’efficienza meccanica di un impianto frenante sta nel valutare come B venga distribuita sulla ruota e per farlo immaginiamo di dividere in quattro settori la ruota, che chiameremo (in senso orario) 1,2,3 e 4.

Nel caso dei freni a pattino, l’applicazione di B avviene su un punto della pista frenante del cerchio, in corrispondenza del settore 1. B si scarica completamente sul settore 1, mandando in trazione i raggi corrispondenti. Nel settore 4 invece si verifica un fenomeno di compressione, che porta al progressivo allentamento dei raggi. I settori 2 e 3 non vengono influenzati dalla frenata.

Nei freni a disco il punto di applicazione di B è sul mozzo. Da qui la forza di frenata si suddivide in varie componenti, tante quante sono i raggi. Questi vengono sottoposti a trazione e le varie componenti di B si muovono sui raggi per poi raggiungere il cerchio. Quindi la forza di frenata si distribuisce su tutta la ruota, ottenendo una frenata più decisa ma soprattutto più facile da gestire e che non influenza la guidabilità del mezzo.

Azionamento della frenata e modularità

Altro aspetto importante è l’azionamento della frenata. Le leve freno sono progettate per fornire quello che in inglese si definisce “mechanical advantage”, ovvero un vantaggio meccanico. Le leve infatti fungono da moltiplicatori di forza: una forza N, applicata dalle nostre mani sulle leve, corrisponde a una forza X volte superiore a N nel punto di applicazione della frenata. In questo modo, anche applicando poca forza, si possono ottenere frenate decise.

Ciò che distingue i freni a disco idraulici da quelli a pattino è il vettore, cioè il modo in cui la frenata e il vantaggio meccanico vengono applicati.

Nei freni a pattino abbiamo un cavo metallico da 1,6mm di diametro, formato da numerosi filamenti in acciaio. Questo filo è sottoposto a una tensione, cioè anche quando non lavora è comunque trazionato. Una volta applicata la forza sulla leva, il cavo viene ulteriormente trazionato e fa leva sugli infulcri del freno per mandare in battuta il pattino sul cerchio. Il continuo lavoro stressa il cavo metallico, le cui fibre si tendono e si accorciano più volte, dando vita all’affaticamento del materiale. Così, quando il cavo ha perso elasticità, la frenata diventa del tipo on-off, ovvero poco modulabile.

Nei freni a disco la leva freno è collegata a un cilindro, alloggiato in un corpo pieno di olio idraulico, che viene chiamato pompante. La pressione della leva fa muovere il cilindro, che diminuisce il volume all’interno del pompante e obbliga l’olio a fluire nel tubo, aumentando così la pressione. L’olio sfoga questa pressione nella pinza, dove fuoriescono i pistoni che mandano in battuta le pastiglie. L’olio, essendo un fluido incompriminbile, non subisce fatica, per cui la sua efficienza è più costante nel tempo e la modularità della frenata si mantiene inalterata anche dopo numerose frenate. Il punto debole dell’olio è la sua igroscopicità (più alta nel DOT, bassa nel minerale), cioè la possibilità che assorba umidità che si trasformi in gas che abbatta l’efficienza di frenata. In quel caso si deve procedere allo spurgo.

Il problema del cambio ruote

Uno dei grossi problemi e ostacoli allo sviluppo dei freni a disco nel mondo dei professionisti è la questione del cambio ruote. Nei freni a pattino si apre la levetta di sgancio che allontana i pattini, si apre lo sgancio rapido e si estrae la ruota. Poi si inserisce quella nuova, si blocca l’eccentrico dello sgancio e si rimandano in battuta i pattini. Un meccanico esperto impiega 30 secondi per cambiare una ruota.

Nei freni a disco il problema è diverso, poiché le pastiglie sono tenute lontane dal rotore da una molla ma spesso questo sistema è insufficiente. Pistoni inchiodati, pastiglie consumate o una molla poco efficiente possono diminuire la luce tra i ferodi, rendendo difficile inserire un nuovo disco all’interno. L’unica soluzione è quella di allontanare le pastiglie con un cacciagomme, ma il tempo necessario per farlo aumenta lo stop del corridore. Un altro problema sta nel fatto che, con le ruote a sgancio rapido, è più difficile centrare il disco nelle pastiglie. Spesso infatti quando si cambia una ruota a disco con sgancio rapido si avvertono sfregamenti o rumori.

L’unica soluzione per affrettare e portare il cambio ruote allo stesso livello di quello dei freni a pattino è passare dal sistema a sgancio rapido a quello perno passante. Il perno passante infatti viene inserito in fori e non in asole, per cui ha un’unica posizione di montaggio. Oltre all’elevata rigidità strutturale, questo sistema renderebbe più snello il cambio ruote, come già avviene da anni nel mondo della mtb professionistica. Fino a quando il perno passante non sarà uno standard anche sulle bici da corsa, il cambio ruote con freni a disco sarà più problematico.

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