MTB 29: Caratteristiche Tecniche dei Freni Idraulici

I freni a disco sono 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. Molte case ciclistiche da qualche tempo li propongono nei loro listini anche nel cicloturismo. 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. Il calore deve essere sfogato al più presto, mentre l’attrito permette alla bicicletta di fermarsi.

Tipologia di Freni a Disco

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

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.

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:

• 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. 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. 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: 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.

Svantaggi:

• 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;
• 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.
• 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.
• L’olio degli impianti idraulici è corrosivo: se il vostro impianto utilizza olio DOT, 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.
• Uno degli svantaggi dei freni a disco: il rotore si può piegare e va messo in dima per verificarne la planarità.

Quindi i Freni a Disco Fanno per Me?

Questa tecnologia è divenuta lo standard sulle MTB, sulle bici da ciclocross e sulle gravel bike, cioè su quel tipo di biciclette che affronta percorsi fuoristrada con presenza di fango e acqua. E negli ultimi anni si è diffusa moltissimo anche per le bici da corsa. Se il vostro obiettivo sarà quello di percorrere un viaggio con lunghi tratti di off-road e in condizioni atmosferiche proibitive, i freni a disco sono la risposta giusta. Servirà un telaio e delle ruote nuove (probabilmente sarà più facile acquistare una bici ex novo), però non rimarrete sicuramente delusi dalle prestazioni frenanti in qualunque tipo di condizione, nonostante un aggravio di peso.

Se al contrario siete dei cicloturisti “da strada”, che raramente si distaccano dall’asfalto o che si limitano a percorrere delle strade bianche, i freni a disco non saranno più competitivi di quelli tradizionali, poiché verranno a mancare le condizioni che consentono loro di eccellere.

Il Fluido dei Freni: DOT vs. Minerale

Il fluido dei freni è una parte essenziale del sistema frenante idraulico. Molti di voi sapranno che i freni idraulici sono progettati per utilizzare uno dei due principali tipi di liquido dei freni, DOT o Minerale. I freni ci rallentano trasformando l’energia cinetica in calore usando l’attrito.

Il liquido dei freni è solo uno dei numerosi componenti vitali che consentono ai sistemi di frenata idraulica di funzionare efficacemente. Il suo compito è quello di trasferire le forze di ingresso create sul cilindro principale (leva) ai pistoncini della pinza.

Fluido DOT

Sicuramente il liquido per freni più comunemente usato oggi, a causa del suo ampio uso nell’industria automobilistica, è il fluido DOT. Tutti i fluidi DOT (ad eccezione di DOT 5) sono costituiti da una base di poliglicole. Quando il liquido dei freni assorbe abbastanza calore, bolle e diventa vapori. Passa da un fluido a un gas. Questo gas può portare al completo guasto dei freni nei sistemi idraulici.

Il punto di ebollizione secco del liquido dei freni si riferisce alla temperatura di ebollizione del liquido nuovo e fresco proveniente da un contenitore non previamente aperto. Quando l’acqua entra nel sistema, invece di raggrupparsi in punti bassi (come la pinza), a causa del suo peso rispetto al liquido dei freni, viene dispersa omogeneamente in tutto il fluido.

Il liquido del freno DOT 5 è fondamentalmente diverso rispetto al resto della gamma del fluidi DOT in quanto è un prodotto a base di silicone. Di colore viola e a volte indicato come “fluido sintetico per freni”, il DOT 5 non è compatibile con nessuno dei fluidi DOT basati su glicole-etere su cui finora abbiamo concentrato la nostra attenzione. Nonostante test siano stati eseguiti dai vari produttori di freni idraulici per mountain bike, il DOT 5 finora non si è dimostrato un’alternativa migliore ai fluidi a base di glicole-etere utilizzati oggi nei freni idraulici.

Grazie alle sue proprietà idrofobiche ha una durata molto lunga che significa poca manutenzione e meno cambi di fluido. È anche più gentile sulla verniciatura, a differenza dei fluidi DOT a base di glicole-etere.

Olio Minerale

A differenza del liquido per freni DOT, i fluidi per freni di olio minerale non sono regolati da alcun standard o ente normativo. Fabbricanti come Shimano e Magura hanno speso un sacco di tempo e denaro per raffinare i loro olii minerali brevettati e per questa ragione si capisce perché c’è un certo grado di segretezza sull’argomento.

Ciò significa che non ci sono temperature di ebollizione umidi o secche di cui preoccuparsi, il punto di ebollizione rimane costante e non cala mai. La cattiva notizia è che qualsiasi acqua che entra nell’impianto frenante, attraverso guarnizioni o pori microscopici nelle linee, ecc., ridurrà il punto di ebollizione dell’intero impianto frenante a quello dell’acqua, solo 100°C. Questo perché il fluido respinge qualsiasi infiltrazione d’acqua, causandone il ristagno in punti bassi all’interno del sistema frenante, solitamente la pinza, poiché l’acqua è più pesante del liquido dei freni si depositerà nel punto più basso.

Compatibilità dei Liquidi dei Freni

La durata di conservazione del liquido per freni DOT a base di glicole è molto scarsa a causa delle sue proprietà igroscopiche, motivo per cui ogni flacone deve essere dotato di un sigilo a tenuta d’aria che copre l’apertura. Non appena questa guarnizione ermetica si rompe, inizierà ad assorbire umidità dall’ambiente e il punto di ebollizione inizierà a cadere.

Come puoi vedere tutti i fluidi DOT a base di glicole (3, 4 e 5.1) sono completamente compatibili tra loro e possono essere facilmente mescolati o scambiati senza influire negativamente sulle prestazioni del freno o sulle sue caratteristiche. Il silicone DOT 5, come accennato in precedenza, non è compatibile con nessuno degli altri fluidi DOT, né è in grado di essere miscelato con il liquido dei freni di olio minerale.

Da questa tabella è chiaro che il fluido DOT è utilizzato dalla maggior parte dei produttori di freni idraulici, ma questo significa necessariamente che è la scelta migliore per gli utenti? Un enorme svantaggio di olio minerale, o fluido freni proprietario, è il costo. Dato che è unico nel suo genere, non c’è competizione (in quanto tale) e la garanzia dice che dovresti usarlo, in pratica possono far pagare quello che vogliono per questo - e lo fanno.

Tabella: Esempio di Componenti MTB Lombardo Sestriere 500

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