Freno a Pattino Idraulico: Funzionamento, Vantaggi e Svantaggi

Tutti gli appassionati di ciclismo ricordano le bici con i freni a pattino, i freni classici che da sempre vengono montati sulle bici e che probabilmente ognuno di noi ha imparato a conoscere da bambino. Ma un cambio di componenti tecniche porta con se un cambio di tendenza, di stile, di sicurezza e di abitudini. Impossibile dire chi vince nella sfida tra freno a pattino vs freno a disco, come sempre ci sono diverse scuole di pensiero e differenti filosofie.

Entrambe le tipologie di freni presentano vantaggi e svantaggi, diversità nelle performance in situazioni specifiche e differenza nella manutenzione. Ma se per alcuni questa innovazione garantisce più sicurezza nella frenata, per molti il freno a pattino delle bici da corsa rappresenta un’abitudine e una garanzia che non si vuole cambiare, ritenendo il freno a disco una novità di cui si può anche fare a meno. Infatti, ci sono dati importanti che dimostrano che forse l’innovazione ha realmente migliorato la situazione per i ciclisti, amatori e professionisti.

Freni a Pattino: Componenti e Funzionamento

I pattini dei freni delle bici da corsa sono le parti che lavorano a contatto con il cerchio, spinte dalle pinze freni. Sono componenti in materiale morbido, gommoso che garantisce il massimo attrito possibile. La gomma dei pattini è ad altissima densità e non deve deteriorarsi troppo velocemente quando durante la frenata è sottoposta alle alte temperature create dall’energia cinetica. Sulla gomma dei pattini vi sono delle scanalature che servono a far drenare l’acqua e a eliminare con più facilità lo sporco che vi si può insediare.

La direzione di queste scanalature è molto importante per il montaggio corretto dei pattini che, se montati sulla bici al contrario, non funzionano come dovrebbero e potrebbero anche uscire dalla loro sede. Questo dettaglio permette già di capire che il montaggio dei pattini non è un’operazione scontata, che deve essere compiuta da mani esperte. Con i freni non si può scherzare. Dunque, se al momento di cambiare i pattini dei freni della vostra bici da corsa avrete anche solo il minimo dubbio su come fare, rivolgetevi a un meccanico ciclista che svolgerà il lavoro in maniera professionale.

Vantaggi e Svantaggi dei Freni a Pattino

È un dato di fatto che siano sempre di più i professionisti a scegliere di utilizzare i freni a disco e non più quelli a pattino. Una rivoluzione che sta avvenendo prepotentemente, che trova ancora molti scettici, ma che molto probabilmente sarà completa e matura nel giro di pochi anni. Si stanno facendo molti passi in avanti a livello tecnico e presto tutte le difficoltà portate dai dischi potrebbero non esistere più.

Però, è lecito pensare che i freni a pattino non scompariranno mai. C’è un mondo di ciclisti amatori, ma anche agonisti, che continuerà a preferire i freni classici per vari motivi, quali costi, manutenzione o anche per semplice abitudine.

Freni a Disco: Come Funzionano

Rispetto ai freni tradizionali, come funzionano quelli a disco? Il sistema è composto dal pompante (accoppiato alla leva), il circuito idraulico e la pinza. Questo garantisce maggior modularità.

Non abbiamo inserito il peso né fra i vantaggi, né fra gli svantaggi, in quanto vi sono ancora diverse scuole di pensiero per quanto riguarda questa specifica situazione, cioè il momento del cambio ruota. Il cambio ruota con il freno a disco richiede molta attenzione per l’inserimento del rotore nella sua sede e nella maggior parte dei casi, soprattutto in gara, questa operazione non risulta banale.

A favore del disco però va sottolineato come questa configurazione si accompagna sempre con il sistema di aggancio a “perno passante” e non più con il classico quick release (sistema in uso con i freni a pattino). Un altro aspetto molto importante di questa configurazione è che l’introduzione di questo sistema a perno passante ha portato un notevole incremento di rigidezza con un apporto in termini di peso decisamente ridotto.

Non si può negare che il freno a disco sia il futuro, per molti già il presente soprattutto nel mondo professionistico. In un ambito dove il livello della prestazione è tutto, è ovvio che la scelta vada sulla soluzione più sicura e performante.

Regolazione e Manutenzione dei Freni a Pattino

Quando è necessario occorre rallentare e/o fermarsi, perciò l’efficacia dei freni non è trascurabile. Non si può pensare di cavarsela con “ops dovevo fermarmi”, perché si rischia la buccia e certi controlli prima di una pedalata sono assai importanti. Purtroppo sulla materia freni ed, in particolar modo, sulla regolazione della potenza frenante esiste una casistica ampia, un universo potremmo dire.

Vediamo di dividere il mondo dei freni a pattino in tre fette: bici da corsa / City Bike / MTB.

Bici da Corsa

In questa “fetta” del mondo-bici prendiamo in esame una categoria di freni denominata “ad archetto” o tiraggio laterale. I freni a tiraggio laterale sono montati su gran parte delle bici da corsa, sono rimasti pressoché immutati fino all’inizio degli anni ottanta, epoca in cui vennero introdotti i freni a doppio fulcro. In breve, un freno è composto da un sistema di due archetti che lavorano su un perno.

I freni ad archetto si infangano facilmente, motivo per il quale non sono indicati e non si usano per le MTB; tutti i freni a tiraggio laterale (facendo eccezione per modelli davvero economici) hanno meccanismi che richiedono poca manutenzione. Un freno ben regolato mantiene equidistanti i pattini dal cerchio. Non servono grandi regolazioni, mezzo giro di vite fa molta differenza.

Questo non basta? Una vite eccessivamente stretta non consente alla molla del freno di lavorare… se troppo serrata può lavorare a scatti oppure bloccarsi del tutto, sensibilità certosina e non forza bruta. Da circa un decennio esistono sul mercato biciclette da corsa equipaggiate con freni a disco. Impianto frenante inizialmente vietato nelle competizioni ufficiali dell’Unione Ciclistica Internazionale, è oramai diventato lo standar produttivo per il medio-alto di gamma. La frenata resta più efficiente e modulare, ma meno sensibile.

Inotre, in termini di manutenzione c’è è una notevole differenza: i freni a disco funzionano su un principio idraulico, non meccanico, quindi occorre operare nella sostituzione dell’olio interno ai cavi, oppure la sostituzione del disco. Questo tipo di operazione richiede esperienza superiore rispetto ai tradizionali impianti con il cavo.

City Bike

Questa “fetta del mondo-bici è figlia di un Dio minore.. nel senso che gli impianti frenanti sono frutto dell’evoluzione di altro mondo ciclistico e sono poi stati trasferiti oppure adattati alla bici di tutti i giorni. Non si trovano gli impianti ad archetto di cui sopra, a meno che la bici in questione non sia stata trasformata da un precedente utilizzo e per la manutenzione rimando a quanto già descritto sopra. Viceversa, il trasferimento degli impianti derivanti dal mondo della MTB è assai più frequente.

Mountain Bike

I freni sono elemento speciale per chi pedala in fuoristrada, su fondi scivolosi, sconnessi, fangosi. I freni cantilever sono dotati di “vite di regolazione” su ognuno dei due lati, alcuni (più anziani) su uno solo. Per la regolazione occorre agire sul lato del pattino più vicino al cerchio, girando in senso orario per aumentare la tensione della molla ed aumentare la distanza tra pattino freno e cerchio ruota. Occorre precisare che l’equilibrio e l’equidistanza è importante anche qui, per avere una frenata efficace.

Che si può fare? Staccate il pattino dal cavo del freno ed usate della carta vetrata per ripristinare un livello adeguato ad evitare lo scalino. Ormai la prevalenza delle MTB esistenti sul mercato è equipaggiata con freni a disco. Grande efficacia e minore necessità di manutenzione. Come detto in precedenza i freni a disco funzionano su un principio idraulico, non meccanico. Questo tipo di operazione richiede esperienza superiore rispetto ai tradizionali impianti con il cavo ed il pattino.

Freni a Pattino vs Freni a Disco: Un Confronto Dettagliato

I freni a pattino e quelli a disco sono i due mondi contrapposti che trovano un punto d’incontro nel principio di attrito. Viene sfruttato da entrambi i sistemi, ma in maniera differente. Gli impianti a pattino lavorano a trazione. O meglio, la tensione generata dall’azionamento delle leve frenanti, viene condotta, da un filo metallico, verso il pattino, che, appoggiandosi contro la pista frenante del cerchio della bici, crea attrito e consente di frenare.

I sistemi a “disco” si dividono in due tipologie: freni meccanici e freni idraulici. I primi sfruttano le capacità meccaniche del cavo d’acciaio, il quale, azionando le leve del freno, attraverso un piccolo leveraggio, porta le pastiglie a stringere il rotore e consente così di rallentare. I freni a disco idraulici, invece, hanno un funzionamento basato sulla compressione.

Frenando non si genera tensione, come nel caso del sistema a pattino, ma si manda in pressione l’olio, contenuto inizialmente in un serbatoio posto nel manubrio, e poi condotto lungo un circuito chiuso, ovvero i cavi. Da qui il liquido in pressione va a spingere i piccoli pistoni che andranno a comprimere le pastiglie sul rotore, generando così attrito e di conseguenza la frenata. Tale sistema è reso possibile solo grazie all’incomprimibilità di questo fluido.

L’olio, infatti, riesce a trasmettere la pressione senza assorbirla. Si tratta di una caratteristica fondamentale negli impianti idraulici, come pure è la capacità di questo liquido di sopportare il calore senza raggiungere il punto di ebollizione. In tutti gli impianti frenanti, infatti, i componenti che generano attrito si surriscaldano.

Se in quelli meccanici e a pattini tale condizione porta all’usura dei materiali, nei sistemi idraulici si aggiunge anche la componente aria, causa delle frenate “a vuoto”. Nell’ipotesi in cui l’olio utilizzato non dovesse sopportare tale stress di temperatura, cambierebbe il suo stato da liquido a gassoso, introducendo così delle bolle d’aria all’interno del meccanismo che comprometterebbero l’efficienza dell’intero sistema.

“I freni a pattino sono ormai stati sostituiti quasi del tutto - spiega Bellinazzi - Vengono utilizzati ancora per le city bike o per le bici entry level”. Per le Gravel sono consigliati i freni a disco: hanno una maggiore modulabilità, sono più performanti e hanno una migliore distribuzione della frenata.

Freni a olio hanno una frenata molto efficace ma, rispetto a quelli meccanici, la loro manutenzione è più impegnativa. Per i gravellisti che vogliono percorrere lunghi tragitti, eventi bike-packing o comunque percorsi ad alto chilometraggio, sono consigliati gli impianti meccanici. “Per un semplice motivo - sottolinea Bellinazzi -: se qualcosa dovesse andare storto con un freno a disco meccanico, il problema sarebbe più facilmente risolvibile. Gli impianti idraulici sono delicati, dato che la tipologia di olio utilizzata deve rimanere preferibilmente sempre la stessa.

Tipi di Freni e Loro Utilizzo

A seconda che tu utilizzi una bici città, una bici da corsa, una MTB o una bici trekking, esistono diversi tipi di sistemi frenanti, ciascuno con caratteristiche e vantaggi particolari:

• Freni a pattini: Questo sistema utilizza dei pattini freni in gomma che pinzano il cerchione della ruota quando si aziona la leva del freno. Si tratta di un sistema molto diffuso e che offre un buon compromesso tra performance e costo. Questi freni, facili da installare e con una manutenzione semplice, sono molto spesso utilizzati sulle bici città e sulle bici da corsa. Efficaci con tempo asciutto, di solito lo sono un po' meno quando la strada è bagnata. I freni cosiddetti «v-brake» costituiscono una variante dei freni a pattini più potente e più adatta per le bici da viaggio e per le bici da montagna. Infatti, dato che spesso le condizioni della strada sono più impegnative, i freni v-brake permettono di avere una modulazione migliore ed una forza di frenata superiore rispetto a quelle dei freni a pattini tradizionali.
• Freni a disco: Sempre più popolari, in particolare sulle MTB, i freni a disco sono composti da un disco di metallo (in acciaio inossidabile) fissato al mozzo della ruota. Una pinza (corpo freno) con delle piccole placchette va a pinzare il disco per fare rallentare la bici. Il vantaggio di questo tipo di frenata è che offre una potenza maggiore rispetto a quella dei freni a pattini, in particolare con tempo umido. I freni a disco possono essere meccanici o idraulici. I primi utilizzano dei cavi per trasmettere la forza della leva del freno al corpo freno, mentre i secondi utilizzano un liquido (olio minerale o fluido DOT) presente in un condotto idraulico. Di solito i freni a disco idraulici permettono una frenata più potente ed una modulazione più precisa. Ad oggi, marche come Shimano o SRAM producono modelli di freni a disco molto performanti.

Freni Idraulici: Struttura e Funzionamento

I freni idraulici si basano sullo stesso principio di fondo dei freni cantilever: trasmettere la forza frenante esercitata dal ciclista sulla leva ad un coppia di pattini che entrando a contatto diretto con il cerchio rallentano la ruota. Nel caso dei cantilever la forza è trasmessa tramite un cavo, si esercita cioè una trazione che grazie al meccanismo dei cantilever (braccio di leva) si tramuta in pressione contro il cerchio.

Nei freni idraulici il funzionamento è concettualmente ancora più semplice: la leva di comando anziché esercitare una trazione su un cavo esercita una pressione sullo stantuffo di una piccola pompa. Questo a sua volta sospinge olio all’interno di un tubetto e, poiché l’olio è pressoché incomprimibile, la pressione si trasmette istantaneamente fino all’altra estremità del condotto. Qui sono presenti due stantuffi, che, sospinti dall’olio fuoriescono parzialmente dalla loro sede; su di essi sono montati i pattini che si muovono orizzontalmente entrando così a contatto con il cerchio.

Il tubetto, esternamente simile ad una normale guaina e praticamente dello stesso diametro, ha in realtà un notevole spessore (più di un millimetro) che lo rende non solo robusto, ma anche praticamente indeformabile: ciò è necessario per garantire una buona trasmissione della pressione.

E’ inoltre quasi sempre presente (e in ogni caso lo consigliamo caldamente) un archetto di irrigidimento (brake booster): in mancanza di questo, infatti, i pattini giunti a contatto del cerchio esercitano una pressione così forte da far allargare leggermente i foderi della forcella tra loro; ciò provoca una notevole perdita della potenza massima in frenata.

Caratteristiche Tecniche dei Freni Idraulici

Entriamo nel dettaglio delle caratteristiche tecniche dei freni idraulici e data la loro limitata diffusione su bici "normali", nel valutarne e descriverne le caratteristiche faremo costante riferimento ai freni cantilever classici, che supponiamo ben noti a tutti.

Manutenzione e Regolazioni

E’ il campo dove i freni idraulici eccellono per vari motivi: vediamoli. Il pattino è fissato a pressione, senza alcuna vite e alcun tipo di regolazione e può quindi essere sostituito in pochi secondi. All’opposto i pattini dei cantilever di alcuni anni fa avevano fino a 5 possibili movimenti (tre rotazioni e due traslazioni) di regolazione il che rendeva veramente complessa la messa a punto, soprattutto considerando che una sola vite bloccava tutti i cinque gradi di libertà.

I pattini del cantilever, inoltre, sono spesso soggetti al cosiddetto "gradino" quando parte del pattino non tocca il cerchio; situazione questa che provoca rapida usura del pattino e necessità, spesso, di sostituzione. Anche il rischio che il pattino tocchi il copertone (vedi oltre) va assolutamente scongiurato. Insomma, il cantilever offre un’ottima frenata ma richiede una frequente e precisa regolazione del pattino, problema quasi inesistente nel caso di freni idraulici.

Passiamo al condotto dell’olio: è anch’esso praticamente privo di manutenzione. Nei cantilever invece, il cavo è soggetto ad allungamento con conseguente necessità di manutenzione, inoltre lo sfregamento contro la guaina, accentuato nelle curve e all’uscita da essa (ad es. quando il rivestimento è metallico), produce un’usura costante. Nei punti in cui la guaina non è presente inoltre, il cavo si sporca e il terriccio e la polvere possono sia danneggiarlo che aumentare nettamente l’attrito; ciò accade ad esempio quando i cavi passano liberi sotto il movimento centrale, zona molto esposta e in cui il cavo esercita un notevole attrito.

Anche in mancanza di usura il cavo tende inoltre ad "indurirsi" perdendo l’originale flessibilità. In sintesi, la sostituzione del cavo va effettuata abbastanza spesso e la verifica del suo stato, la pulizia della parti esposte, l’aggiunta di lubrificante nei punti critici sono normali operazioni di manutenzione. Tutto ciò non capita con i freni idraulici che sono privi di cavo.

Nei freni idraulici quindi l’unica regolazione necessaria è il recupero dell’usura dei pattini operazione però molto semplice che va eseguita tramite manopola o con vite a "brugola".

Potenza e Prontezza

I freni idraulici garantiscono una frenata pronta e molto potente. Infatti l’olio, essendo incomprimibile, trasmette istantaneamente la pressione esercitata dalla leva del freno. I pattini, inoltre, si muovono orizzontalmente ed entrano immediatamente in contatto con il cerchio per tutta la loro lunghezza. A ciò si aggiunga la mancanza di punti di attrito particolari. Nei cantilever, soprattutto se di buona qualità e ben regolati, la frenata è altrettanto pronta ed efficace ma, quando si frena al limite, parte dell’energia va sprecata nell’allungamento elastico del cavo; inoltre vi sono svariati attriti dovuti al contatto tra cavo metallico e guaina, passacavi etc.

Progressività

Spesso si teme che la potenza dei freni idraulici si tramuti in mancanza di progressività. In realtà, come sempre accade, si devono fare le opportune distinzioni. Chi passa da freni meno potenti, come i cantilever classici, può sperimentare fenomeni di bloccaggio, che non sono tanto dovuti ai freni idraulici quanto all’abitudine ad intervenire con più energia; insomma è sempre necessario un periodo di assuefazione.

Costanza di Prestazioni

Poiché i cantilever effettuano un movimento su un arco di cerchio, il pattino si usura irregolarmente e a mano a mano che ciò succede, cambiano le condizioni di attrito e pressione e la zona di contatto. Inoltre l’allungamento del cavo provoca un progressivo ritardo della frenata poiché i pattini, in condizione di riposo, sono più distanti dal cerchio.

Nei freni idraulici, invece, grazie al movimento parallelo del pattino e alla quasi totale mancanza di manutenzione, il comportamento rimane assolutamente invariato, tranne per un maggiore corsa della leva dovuta alla progressiva usura del pattino (in mancanza di recupero di quest’ultima).

Peso

E’ questo uno dei punti deboli dei freni idraulici: anche se sono stati fatti notevoli miglioramenti, questi in media pesano di più di cantilever di buona qualità. La differenza di peso è però contenuta, in assoluto, ma questo aspetto, su bici "estreme" dove si cerca il risparmio dei grammi può assumere un’importanza notevole. Va notato però , per correttezza, che parte del peso dipende in realtà dagli adattatori per gli attacchi freno peri cantilever.

Montaggio

Un punto critico dei freni idraulici, raramente presenti in primo equipaggiamento, è proprio costituito dal montaggio. Infatti la mancanza di regolazioni impone come contropartita un montaggio meccanicamente accurato, con un perfetto allineamento del pattino; un errore di montaggio non può infatti essere corretto con "normali" regolazioni. Anche la resistenza del condotto dell’olio e la mancanza di perdite sono in parte dipendenti da un’attenta ed adeguata installazione e un preciso taglio del tubetto. Insomma è in genere preferibile rivolgersi, per l’installazione, ad un professionista esperto.

Sgancio Rapido

I moderni cantilever sono giunti ad ottime soluzioni per lo sgancio rapido della ruota; è facile, intuitivo ed estremamente veloce "aprire" il freno e il meccanismo relativo non aggiunge praticamente neanche un grammo di peso. Sotto questo aspetto i freni idraulici devono ancora migliorare. Un tempo lo sgancio rapido non c’era ed ancora oggi spesso non è installato sul freno posteriore, con l’obbligo di sgonfiare il pneumatico per poter togliere la ruota (fortunatamente, in caso di foratura, questo è già sgonfio).

Affidabilità e Sicurezza

I freni sono elemento di sicurezza: devono a loro volta essere sicuri ed affidabili! Nel caso dei freni idraulici la mancanza di manutenzione è anche garanzia di sicurezza. Nei cantilever classici, invece, l’affidabilità e la sicurezza sono ai massimi livelli se si esegue scrupolosamente la manutenzione, altrimenti si presentano vari problemi.

Tabella Comparativa: Freni a Pattino vs Freni a Disco

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