Vantaggi e Svantaggi dei Freni a Disco Idraulici per Bici Elettriche

L'introduzione dei freni a disco nelle competizioni su strada ha generato un ampio dibattito tra gli appassionati, interrogandosi sulla loro reale efficienza rispetto ai freni a pattino e se rappresentino una vera innovazione o una strategia di marketing. Questo articolo valuta i freni a disco e a pattino sotto diversi aspetti per determinare quali siano i più efficienti.

Principio di Funzionamento

Sia i freni a pattino che quelli a disco sfruttano l'attrito per frenare. Un corpo viene premuto contro un componente in rotazione, generando attrito che rallenta la velocità, sviluppando calore e usura. Nei freni a pattino, il pattino composto da mescole di gomma va in battuta contro la pista frenante del cerchio. L'azionamento avviene tramite un cavo metallico sottoposto a trazione.

Nei freni a disco idraulici, la pastiglia (ferodo) può essere composta da leghe sinterizzate organiche, semimetalliche o metalliche. Il rotore è formato da una lamina interna in acciaio e due lamine esterne in lega di acciaio per favorire l'evacuazione del calore. L'azionamento avviene tramite un cilindro (master cylinder) che spinge l'olio idraulico, facendo fuoriuscire i pistoni che premono le pastiglie. Il sistema lavora per compressione.

Distribuzione della Frenata

La distribuzione della frenata, ovvero la gestione e l'applicazione delle forze per rallentare la rotazione della ruota, è un aspetto cruciale. Nei freni a pattino, la forza frenante si scarica completamente su un punto della pista frenante, mandando in trazione i raggi corrispondenti e causando compressione nel settore opposto. I settori 2 e 3 non vengono influenzati dalla frenata.

Nei freni a disco, la forza di frenata si applica sul mozzo e si suddivide tra i raggi, distribuendosi su tutta la ruota. Questo offre una frenata più decisa, facile da gestire e che non influenza la guidabilità del mezzo.

Azionamento della Frenata e Modularità

Le leve freno amplificano la forza applicata dalle mani. Nei freni a pattino, un cavo metallico da 1,6mm viene trazionato, stressando il materiale e portando all'affaticamento. Quando il cavo perde elasticità, la frenata diventa meno modulabile.

Nei freni a disco idraulici, la leva freno è collegata a un cilindro pieno di olio idraulico. La pressione della leva muove il cilindro, aumentando la pressione dell'olio che spinge i pistoni e le pastiglie. L'olio, essendo incomprimibile, non subisce fatica, mantenendo costante l'efficienza e la modularità della frenata. Un punto debole è l'igroscopicità dell'olio, che può assorbire umidità e ridurre l'efficienza.

Il Problema del Cambio Ruote

Il cambio ruote rappresenta una sfida per i freni a disco. Mentre con i freni a pattino un meccanico esperto può cambiare una ruota in 30 secondi, con i freni a disco le pastiglie possono rendere difficile l'inserimento di un nuovo disco. L'unica soluzione è allontanare le pastiglie con un cacciagomme, aumentando i tempi. Inoltre, con le ruote a sgancio rapido, è più difficile centrare il disco nelle pastiglie.

La soluzione per velocizzare il cambio ruote è passare dal sistema a sgancio rapido a quello a perno passante, che garantisce un'unica posizione di montaggio e maggiore rigidità strutturale.

Vantaggi dei Freni a Disco

L'utilizzo di un disco in acciaio come superficie di frenata comporta una potenza di frenata ben superiore ai pattini, soprattutto con i sistemi idraulici. Lo sforzo sulla leva è minore, migliorando la distensione del ciclista. La distanza di frenata è ridotta, utile in curva. La potenza aumenta la sicurezza, permettendo una maggiore reattività.

La frenata su disco è più progressiva, con un tocco più costante sulla leva e materiali di qualità superiore. La differenza è notevole in condizioni climatiche avverse. I cerchi specifici per dischi sono ottimizzati senza le strisce di frenata, migliorando altre funzioni.

I freni a pattino esercitano una pressione direttamente sui cerchi, richiedendo pattini specifici a seconda del materiale del cerchio. I cerchi in alluminio si consumano con frenate ripetute, deteriorando la qualità della frenata.

Svantaggi dei Freni a Disco

L'eccedenza di peso generata da un gruppo a disco è di circa 300-400 grammi, con una differenza di peso globale che arriva a 500-600 grammi. Questo è un fattore importante in un'ottica di performance. Test hanno dimostrato che una bicicletta a disco consuma 4w in più a 45 km/h rispetto a una con freni a pattino. Tuttavia, telai e forcelle possono essere ottimizzati per compensare questa perdita.

Manutenzione dei Freni a Disco

La facilità di manutenzione è simile tra disco e pattino. Cambiare le pastiglie è comparabile a cambiare i pattini. Lo spurgo idraulico è più complesso della sostituzione di un cavo, ma rimane relativamente facile. Shimano ha migliorato la dissipazione del calore con la tecnologia Ice Tech, mentre Sram utilizza liquido freno Dot 5.1 e pinze con protezioni termiche.

Tipologie di Freni a Disco

• Freni a disco meccanici: azionano i pistoni della pinza tramite un cavo freno classico.
• Freni a disco idraulici: azionano i pistoni della pinza con un tubo idraulico riempito d'olio.
• Freni a disco ibridi: azionano la pinza idraulica tramite un cavo freno.

Montaggio dei Freni a Disco

Su strada, si utilizzano sistemi a 6 fori e Center-Lock. Le filettature si trovano nella pinza. Per il freno posteriore, le viti passano nel telaio e si avvitano nella pinza. Il montaggio della pinza anteriore flatmount sulla forcella si effettua tramite un adattatore postmount.

Diametro dei Dischi

Sram raccomanda un disco da 160 mm all'anteriore per una migliore dissipazione del calore. Shimano ha migliorato la dissipazione del calore con alette in alluminio, riducendo la temperatura del 50% e aumentando la durata delle pastiglie del 20%.

Tipi di Pastiglie

• Organiche (resina): frenano forte anche a freddo, silenziose e performanti.
• Metalliche: lunga durata, più rumorose con tempo umido, meno performanti.
• Semimetalliche: misto dei due tipi.

Il supporto della pastiglia è importante per l'evacuazione del calore. I supporti in alluminio sono più efficaci di quelli in acciaio.

Tecnologie dei Freni a Disco Sram

Sram utilizza la piattaforma Hydro R, che permette di regolare l'attacco delle pastiglie. La piattaforma è presente sulla maggior parte della gamma: Red, Force 22, Rival 22, Apex 1 a 11 velocità e sul gruppo S700 a 10 velocità. La piattaforma Hydro R è disponibile solo sul gruppo Sram Red etap HRD (trasmissione elettronica).

Freni a Disco per Bici Singolespeed

TRP Hy-road è un freno a disco idraulico con leve tipo corsa per trasmissione singlespeed. Hy-road è una pinza meccano-idraulica.

Freni a Disco Idraulici Rotor Uno

Rotor con il suo gruppo Uno offre una trasmissione idraulica oltre a un freno idraulico in collaborazione con Magura.

Pinze Freno RX4 di Hope

Hope ha concepito una pinza dedicata, detta RX4.

Freni a Disco per Bici da Corsa

L'offerta è in espansione, con componenti adattati alla pratica su strada. I freni a disco sono più comodi e prevedibili dei freni a pattini. I produttori lavorano per migliorare ulteriormente la frenata a disco su bici da corsa.

Freni a Disco per City Bike

I freni a disco sono consigliati per le city bike, soprattutto per le ebike, che pesano di più e sviluppano maggiore forza. I freni a disco su una city bike presentano sia vantaggi che svantaggi. L'unico limite riguarda le condizioni atmosferiche. Anche i freni a disco idraulici necessitano di una pressione sulle leve dei freni per entrare in azione.

Freni a Disco Meccanici vs Idraulici

I freni a disco sono diventati lo standard per tutti i tipi di biciclette. Esistono numerose differenze tra i freni a disco idraulici e meccanici. 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.

Nel freno meccanico la forza stampata sulla maniglia viene trasferita in una delle pillole (non entrambe) attraverso un cavo del freno in tensione. 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.

Con il terreno umido o scivoloso è meglio avere freni a disco idraulici e non solo perché ha una maggiore progressività frenata. 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. È un'operazione un po 'più approfondita, ma rara che aumenterà la durata del freno.

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 Shimano (gruppo Deore) è di circa € 60, mentre ci sono alternative meccaniche a metà prezzo, per € 30. 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.

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

Freni a Disco nel Cicloturismo

Nel mondo del ciclismo su strada, dopo qualche rara apparizione sperimentale per limare le questioni legate al peso che limitavano il loro sviluppo, hanno avuto il benestare dell’UCI, la federazione ciclistica internazionale, per il loro utilizzo in competizioni ufficiali e ormai hanno preso sempre più piede. E nel cicloturismo? Molte case ciclistiche da qualche tempo li propongono nei loro listini.

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.

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 qualè 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

Rispetto ai freni tradizionali, gli impianti a disco presentano indubbi 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. 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.

• 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.

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.

Tabella Comparativa: Freni a Disco Idraulici vs Meccanici

I freni a disco possono essere idraulici o meccanici . Il tipo di freno più adatto dipende dalle proprie esigenze di guida e dalle proprie finanze. 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 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.

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, come già detto, la facilità di manutenzione e regolazione.

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