Caratteristiche e Manutenzione dei Tubi Freno Idraulici per Bici

I freni hanno sempre avuto una notevole importanza soprattutto nelle mountain bike e sono sempre stati uno dei tratti distintivi di queste bici. Le MTB possono essere dotate di freni meccanici (col classico cavetto d’acciaio che aziona le pastiglie dei freni) o di freni idraulici mtb in cui le leve di comando, invece di esercitare trazione su un cavo, agiscono su piccola pompa che mette in pressione l’olio contenuto nel circuito frenante. In questo articolo vogliamo soffermarci sui freni idraulici, sofisticati e potenti, da tempo presenti sul mercato. I due sistemi sono entrambi validi, ma quelli idraulici si fanno preferire dagli appassionati di MTB in quanto sono particolarmente veloci nella risposta, sono affidabili e hanno una grande modulazione sul controllo della forza frenante. Naturalmente anch’essi necessitano di manutenzione, che si sviluppa sostanzialmente su due interventi: la sostituzione delle pastiglie e lo spurgo e sostituzione del liquido frenante che con l’uso intenso dei freni si degrada.

Struttura e Funzionamento dei Freni Idraulici

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.

Alcuni dettagli strutturali meritano subito un chiarimento: 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.

La Funzione dell'Olio nel Sistema Idraulico

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. 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.

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.

• 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. 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”.
• 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.
• 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.

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.
• 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.

DOT 5

Il liquido del freno DOT 5 (da non confondere con il DOT 5.1) è fondamentalmente diverso rispetto al resto della gamma del fluidi DOT in quanto è un prodotto a base di silicone. È stato originariamente introdotto per fornire una temperatura di ebollizione più elevata rispetto al fluido per freni DOT 4 a base di glicole. 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. È anche più comprimibile degli altri fluidi per freni DOT. 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. Un buon esempio del suo utilizzo è nei veicoli militari che possono essere immagazzinati per lunghi periodi di tempo, ma devono essere pronti per essere utilizzati in un attimo.

Compatibilità e Scelta del Fluido Frenante

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.

Manutenzione dei Freni Idraulici

Quando le leve della bici da strada diventano più dure e la modulabilità diminuisce non si riesce più a trovare un feeling perfetto con i comandi e di conseguenza calano le performance. L'efficienza dei freni della bicicletta è un elemento cruciale per la sicurezza di marcia: da loro dipende la nostra incolumità e la fiducia che possiamo riporre nel mezzo durante le uscite. Un impianto in perfetto stato offre l'affidabilità e le prestazioni necessarie per affrontare ogni percorso in tutta tranquillità.

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. 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 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".

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.

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. Questo tipo di sporadici bloccaggi, anche se fastidiosi, non sono quindi segno di mancanza di progressività e non è sufficiente effettuare la prova di una bici con freni idraulici anche per una giornata intera per dare giudizi pienamente corretti sulle doti di progressività. Chi scrive, dopo più di un anno di utilizzo di freni idraulici, può dire che non ha assolutamente problemi di bloccaggio anzi, ritiene i freni idraulici molto progressivi, esperienza peraltro confermata anche da chi ne fa uso agonistico. Per essere più precisi ciò che importa è che il freno non abbia "sbalzi" di azione difficilmente controllabili dal ciclista. Se poi a pari forza applicata alla leva un freno idraulico frena di più, questo è da considerarsi un vantaggio in quanto causerà un minore affaticamento su lunghi percorsi.

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). Per completezza dobbiamo citare un unico caso in cui i freni idraulici, a differenza dei cantilever, possono avere una variazione di prestazioni: quando la temperatura scende sotto i -10 °C la risposta diventa leggermente più lenta; le doti di frenata non cambiano, ma la maggior viscosità dell’olio "rallenta i riflessi" del freno.

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. Va detto però che i costruttori di freni idraulici hanno curato notevolmente questo aspetto: i freni sono venduti già pronti per l’installazione con l’olio già nel condotto: se questo non è troppo lungo il montaggio è puramente meccanico. Nel caso vada accorciato o sostituito esistono appositi kit per operare, taglierine speciali e siringhe per il riempimento d’olio. Si tratta di operazioni che non presentano particolari difficoltà, ma forse spaventano chi ha sempre operato sui freni solo meccanicamente.

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). Lo sgancio rapido comunque esiste, è funzionale, ma, spesso si paga a parte, aggiunge peso ed è meno rapido (questione di pochi secondi, comunque!) e comodo che con i cantilever. Inoltre, anche se marginalmente, la posizione del pattino può variare durante il riaggancio del freno stesso il che obbliga i biker più pignoli ad effettuare questa operazione controllando l’esatto posizione del pattino. Insomma lo sgancio dei cantilever è attualmente preferibile sotto vari punti di vista anche se quello dei freni idraulici pone comunque problemi di minima entità.

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. E’ possibile che il pattino sia soggetto al cosiddetto "gradino", quando parte di esso non tocca più il cerchio perché si è abbassata troppo: in questa situazione una parte del pattino si usura maggiormente e l’altra rimane intatta ("gradino") con un conseguente degrado della frenata. Il pattino può anche scattare del tutto fuori dal cerchio annullando così l’azione frenante. All’opposto un pattino troppo "alto" o troppo usurato (o in presenza di una ruota non correttamente centrata) può entrare a contatto con il copertone, evento che mi è capitato di osservare parecchie volte. In questo caso basta una breve discesa ripida per danneggiare totalmente il fianco del copertone obbligando alla sua sostituzione (sempre nella speranza di non incappare in una foratura!). Addirittura, in assenza di manutenzione, si può giungere fino alla tranciatura del cavo in seguito ad una frenata più decisa del solito.

I freni idraulici, come detto, offrono invece affidabilità e sicurezza molto elevate. Anche il rischio di scarsa tenuta del circuito idraulico con possibili perdite d’olio è ridottissimo, purché il freno sia stato montato da un ciclista competente.

Cosa succede se si rompe il tubo dell'olio?

Prima di tutto è bene ricordare che con qualunque tipo di freno le rotture accidentali del cavo o del tubo dell’olio sono eventi rarissimi. La rottura potrebbe esserci in cadute disastrose e sfortunate, in cui però il danno al freno rappresenta forse il male minore! Comunque è bene sapere che lo spessore del condotto dell’olio è molto elevato (1 mm) e che anche esercitando forti trazioni per strappare il tubetto questo resiste molto bene. Se ammettiamo però che il tragico evento capiti, è importante tenere in conto che la sostituzione del cavo di acciaio di un cantilever risulta abbastanza semplice ed intuitiva e il cavo ha inoltre peso e ingombro trascurabili, quindi può essere sempre portato di scorta. Sostituire invece il tubo dell’olio dei freni idraulici, riempire nuovamente il circuito e fare il tutto nel migliore dei modi è più difficile, ma è soprattutto più complesso portarsi appresso l’attrezzatura per questa operazione. Insomma in lunghi viaggi, rally, raid e simili i freni idraulici in caso di rottura del tubo dell’olio pongono sicuramente più problemi.

Tabella Comparativa dei Fluidi Frenanti

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