Da ormai qualche annetto si sono affacciate sul mercato nuove tipologie di impianto frenante per le biciclette. Il tempo dei cantilever sulle mitiche MTB anni ‘80 e ‘90 è finito, la stessa storia per i V-brake. Più recentemente anche per il reparto strada si sta gradualmente passando al sistema più moderno dei freni a disco bici, quale 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.

Tipologie di Freni a Disco

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.

  • Freni a disco meccanici: azionano i pistoni della pinza grazie a un cavo di freno classico. In questo caso si utilizzano delle leve convenzionali.
  • Freni a disco idraulici: azionano i pistoni della pinza con un tubo idraulico riempito d’olio Dot o minerale (a seconda dei freni). Si tratta del sistema più performante.
  • Freni a disco idromeccanici: azionano la pinza idraulica grazie a un cavo di freno.

Differenze tra Freni a Disco Idraulici e Meccanici

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.

Un altro grande motivo per scegliere dischi meccanici è la facilità di manutenzione e regolazione. 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.

Componenti 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 (poi vedremo in dettaglio come), generando calore e attrito. Il calore deve essere sfogato al più presto, mentre l’attrito permette alla bicicletta di fermarsi.

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). Come da tradizione, per praticità e soprattutto sicurezza, sono montate sul manubrio.
  • 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. Le filettature si trovano nella pinza. Per il freno posteriore, le viti passano nel telaio e poi si avvitano nella pinza. Il montaggio della pinza avanti flatmount sulla forcella si effettua grazie a un adattatore postmount. Le pinze sono costituite da un involucro metallico al cui interno sono alloggiate le pastiglie, ovvero gli elementi fondamentali per la frenata.
  • 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. 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.
    • Organiche: anche detta resina: le pastiglie frenano forte anche a freddo dal primo colpo di freno (una volta rodate). Sono particolarmente silenziose e performanti.
    • Metalliche: le pastiglie possiedono una lunga durevolezza. Emettono più rumore quando il tempo è umido. Rimangono meno performanti rispetto alle pastiglie organiche.
    • Semi-metalliche: si tratta di un misto dei due tipi di rivestimenti organici.
  • 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 possono avere diversi disegni, dove l’estetica viene ad essere affiancata all’efficienza nella dispersione del calore sviluppato durante la frenata e al peso. 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. Però Sram raccomanda l’uso di un disco da 160 mm all’anteriore per una migliore dissipazione del calore. Per rotore si intende il disco, ovvero quell’elemento metallico di spessore definito montato sul mozzo della ruota, solidale alla ruota stessa.
  • 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 dei Freni a Disco Idraulici

  • Maggiore potenza frenante: L’utilizzazione di un disco in acciaio come superficie di frenata comporta una potenza di frenata ben superiore ai pattini. Questo è ancor più vero per i sistemi di frenata con dischi idraulici. In questo modo, lo sforzo da fare al livello della leva è meno importante, permettendo al ciclista di essere più disteso. La distanza di frenata è anch’essa ridotta, ciò può essere un vantaggio in ingresso di curva in un’ottica che mira alle prestazioni. La potenza è chiaramente molto apprezzata per la sicurezza e la serenità in quanto il ciclista non è mai al riparo da cattive sorprese che richiedono una grande reattività.
  • Maggiore modulabilità: La frenata su disco non è solamente più potente, ma anche più progressiva. Il tocco al livello della leva è più costante, le superfici e materiali in contatto sono di qualità ben migliore rispetto a un pattino su un cerchio.
  • Prestazioni costanti in condizioni avverse: La differenza è già considerevole quando le condizioni climatiche sono buone, ma sotto la pioggia o su suolo umido lo è ancor di più.
  • Migliore 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.
  • Minore sforzo sulla leva: Per un ciclista amatore, i freni a disco sono senza ombra di dubbio la scelta giusta. Forniscono un livello di sicurezza e un confort d’uso ben superiore ai pattini senza grandi differenze sul rendimento.

Svantaggi dei Freni a Disco Idraulici

  • Peso maggiore: L’eccedenza di peso generata da un gruppo a disco è di circa 300-400 gr, anche se i sistemi di frenata tendono ad alleggerirsi e a perfezionarsi. Le ruote prendono anch’esse un po’ di peso con dei mozzi più pesanti e ulteriori raggi. La differenza di peso globale si eleva alla fine a 500-600 gr. è importante in un’ottica di performance.
  • Costo superiore: Un impianto a disco, soprattutto se idraulico, costa di più di uno tradizionale.
  • Manutenzione più complessa: 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!). Lo spurgo idraulico sarà un po’ più complesso rispetto alla sostituzione di un cavo per un principiante. Tuttavia, l’operazione rimane relativamente facile da effettuare.
  • Possibile surriscaldamento: Durante una discesa di un colle su strada, certi ciclisti effettueranno delle frenate molto lunghe.
  • Standard non univoci: come in tutti gli aspetti della bici, nemmeno i freni a disco si esimono dalla totale mancanza di standard univoci.

Considerazioni sull'Aerodinamica

DT Swiss ha effettuato dei test fra una ruota a disco e la stessa nella versione a pattini. Ad una velocità di 45 km/h, la bicicletta a disco consuma allora 4w in più. Notiamo che a 25 km/h o 30 km/h, la differenza è inferiore. Bisogna mettere in prospettiva questa cifra in quanto se esiste una perdita sulle ruote, è ormai possibile ottimizzare telai e forcelle. Cannondale annuncia inoltre che il sistema di frenata a disco ha permesso di ottenere un guadagno aerodinamico sul nuovo System Six grazie all’ottimizzazione resa possibile con l’assenza di pinze di freni: le forme del telaio e della forcella sono state migliorate.

Soluzioni per il Surriscaldamento

I fabbricanti e utilizzatori sono stati rapidamente confrontati a questo problema. Shimano espande l’uso della sua tecnologia Ice Tech già presente sulle pastiglie ai dischi in modo da migliorare la dissipazione del calore. Sram ha un approccio diverso, utilizzando del liquido per freno Dot 5.1 che sopporta una maggiore temperatura rispetto all’olio minerale. Inoltre le pinze Sram sono dotate di piccoli pezzi para calore in modo da proteggere l’olio.

Shimano ha fatto un grosso sforzo in R&D per migliorare la dissipazione del calore prodotto dalla frenata: delle alette in alluminio (che dissipa meglio il calore rispetto all’acciaio) dalla superficie di frenata verso il centro del mozzo. Ne risulta una riduzione di 50% della temperatura durante le frenate oltre a una durevolezza delle pastiglie superiore del 20%.

Offerta del Mercato

L’offerta dei fabbricanti di biciclette si è ampliata molto negli ultimi due anni. Sul segmento delle bici per ciclosportivi e agonisti, c’è almeno tanta scelta di freni a disco che a pattini. Specialized prevede anche di fare del tutto a meno dei freni a pattini sulle bici da corsa. Un modello come la Roubaix, bici ciclosportiva da resistenza è già da ora disponibile solo con freni a disco. Al livello delle ruote e dei gruppi l’offerta è ormai importante, e non rappresenta più un solo freno all’acquisto di questo tipo di bici. Lo stesso vale per i gruppi.

Conclusioni

I fabbricanti di bici e di componenti lavorano duro su questo segmento sul quale ci aspettiamo di veder arrivare altri prodotti innovanti che mirano a migliorare ancor di più la frenata a disco su bici da corsa. Ci rendiamo conto che i freni a disco possiedono numerosi punti di forza. Per un ciclista amatore, i freni a disco sono senza ombra di dubbio la scelta giusta. Forniscono un livello di sicurezza e un confort d’uso ben superiore ai pattini senza grandi differenze sul rendimento. Per il competitore nell’ottica della pura performance, la scelta è discutibile secondo il materiale utilizzato e il profilo del terreno.

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