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Freni a disco vs freni a pattino: quali i più efficienti?

Bikelife, Freni a disco, Meccanica • di

L’apertura dell’UCI ai freni a disco e l’investimento in termini di ricerca di sviluppo di nuove gamme di prodotto da parte dei produttori, ha aperto un grande dibattito tra gli appassionati. I freni a disco sono davvero più efficienti di quelli a pattino? Si tratta di vera innovazione o soltanto l’ennesima campagna marketing per vendere più prodotti? In questo articolo andremo a valutare sotto diversi profili i freni a disco e quelli a pattino, per capire davvero quali siano i più efficienti.

Principio di funzionamento

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Sia i freni a pattino che quelli a disco sfruttano il principio dell’attrito per attuare la frenata. Un corpo viene mandato in battuta contro il componente in rotazione, sviluppando attrito che ne rallenta la velocità, sviluppando allo stesso tempo calore che va evacuato e usura, che porta all’assotigliamento del corpo frenante. Nei freni a pattino il corpo è il pattino, composto da mescole di gomma nitrilica o butilica a seconda della qualità, che va in battuta contro la pista frenante del cerchio. L’azionamento della frenata avviene attraverso un cavo metallico sottosposto a tensione, per cui il sistema lavora a trazione.

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Nei freni a disco idraulici il corpo frenante è la pastiglia, o meglio il suo ferodo, che può essere composto da leghe sinterizzate organiche, semimetalliche o metalliche. Il componente in rotazione è il rotore, che è formato da una lamina interna in acciaio per dare rigidità strutturale e da due lamine in lega di acciaio all’esterno, per favorire l’evacuazione del calore. L’azionamento avviene tramite un cilindro (master cylinder) che spinge l’olio idraulico nella tubazione, facendo fuoriuscire i pistoni su cui sono fissate le pastiglie. Il sistema lavora dunque per compressione.

Distribuzione della frenata

Uno degli aspetti principali di tutti i sistemi frenanti è la distribuzione della frenata, ovvero la gestione e l’applicazione delle forze atte a rallentare la rotazione della ruota. Mettiamo il caso di una ruota che sta girando: questa ruoterà con una certa velocità angolare, detta w, e avanzerà con una determinata velocità, detta A. Per fermare la ruota si dovrà dunque applicare una forza uguale e contraria ad A, che definiremo B. Il nodo cruciale dell’efficienza meccanica di un impianto frenante sta nel valutare come B venga distribuita sulla ruota e per farlo immaginiamo di dividere in quattro settori la ruota, che chiameremo (in senso orario) 1,2,3 e 4.

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Nel caso dei freni a pattino, l’applicazione di B avviene su un punto della pista frenante del cerchio, in corrispondenza del settore 1. B si scarica completamente sul settore 1, mandando in trazione i raggi corrispondenti. Nel settore 4 invece si verifica un fenomeno di compressione, che porta al progressivo allentamento dei raggi. I settori 2 e 3 non vengono influenzati dalla frenata.

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Nei freni a disco il punto di applicazione di B è sul mozzo. Da qui la forza di frenata si suddivide in varie componenti, tante quante sono i raggi. Questi vengono sottoposti a trazione e le varie componenti di B si muovono sui raggi per poi raggiungere il cerchio. Quindi la forza di frenata si distribuisce su tutta la ruota, ottenendo una frenata più decisa ma soprattutto più facile da gestire e che non influenza la guidabilità del mezzo.

Azionamento della frenata e modularità

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Altro aspetto importante è l’azionamento della frenata. Le leve freno sono progettate per fornire quello che in inglese si definisce “mechanical advantage”, ovvero un vantaggio meccanico. Le leve infatti fungono da moltiplicatori di forza: una forza N, applicata dalle nostre mani sulle leve, corrisponde a una forza X volte superiore a N nel punto di applicazione della frenata. In questo modo, anche applicando poca forza, si possono ottenere frenate decise. Ciò che distingue i freni a disco idraulici da quelli a pattino è il vettore, cioè il modo in cui la frenata e il vantaggio meccanico vengono applicati. Nei freni a pattino abbiamo un cavo metallico da 1,6mm di diametro, formato da numerosi filamenti in acciaio. Questo filo è sottoposto a una tensione, cioè anche quando non lavora è comunque trazionato. Una volta applicata la forza sulla leva, il cavo viene ulteriormente trazionato e fa leva sugli infulcri del freno per mandare in battuta il pattino sul cerchio. Il continuo lavoro stressa il cavo metallico, le cui fibre si tendono e si accorciano più volte, dando vita all’affaticamento del materiale. Così, quando il cavo ha perso elasticità, la frenata diventa del tipo on-off, ovvero poco modulabile.


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Nei freni a disco la leva freno è collegata a un cilindro, alloggiato in un corpo pieno di olio idraulico, che viene chiamato pompante. La pressione della leva fa muovere il cilindro, che diminuisce il volume all’interno del pompante e obbliga l’olio a fluire nel tubo, aumentando così la pressione. L’olio sfoga questa pressione nella pinza, dove fuoriescono i pistoni che mandano in battuta le pastiglie. L’olio, essendo un fluido incompriminbile, non subisce fatica, per cui la sua efficienza è più costante nel tempo e la modularità della frenata si mantiene inalterata anche dopo numerose frenate. Il punto debole dell’olio è la sua igroscopicità (più alta nel DOT, bassa nel minerale), cioè la possibilità che assorba umidità che si trasformi in gas che abbatta l’efficienza di frenata. In quel caso si deve procedere allo spurgo.

Il problema del cambio ruote

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Uno dei grossi problemi e ostacoli allo sviluppo dei freni a disco nel mondo dei professionisti è la questione del cambio ruote. Nei freni a pattino si apre la levetta di sgancio che allontana i pattini, si apre lo sgancio rapido e si estrae la ruota. Poi si inserisce quella nuova, si blocca l’eccentrico dello sgancio e si rimandano in battuta i pattini. Un meccanico esperto impiega 30 secondi per cambiare una ruota. Nei freni a disco il problema è diverso, poiché le pastiglie sono tenute lontane dal rotore da una molla ma spesso questo sistema è insufficiente. Pistoni inchiodati, pastiglie consumate o una molla poco efficiente possono diminuire la luce tra i ferodi, rendendo difficile inserire un nuovo disco all’interno. L’unica soluzione è quella di allontanare le pastiglie con un cacciagomme, ma il tempo necessario per farlo aumenta lo stop del corridore. Un altro problema sta nel fatto che, con le ruote a sgancio rapido, è più difficile centrare il disco nelle pastiglie. Spesso infatti quando si cambia una ruota a disco con sgancio rapido si avvertono sfregamenti o rumori. L’unica soluzione per affrettare e portare il cambio ruote allo stesso livello di quello dei freni a pattino è passare dal sistema a sgancio rapido a quello a perno passante. Il perno passante infatti viene inserito in fori e non in asole, per cui ha un’unica posizione di montaggio. Oltre all’elevata rigidità strutturale, questo sistema renderebbe più snello il cambio ruote, come già avviene da anni nel mondo della mtb professionistica. Fino a quando il perno passante non sarà uno standard anche sulle bici da corsa, il cambio ruote con freni a disco sarà più problematico.

Concludendo

Abbiamo visto che i freni a disco sono più efficienti dei freni a pattino per via di una migliore distribuzione della frenata, una modularità maggiore e un’affidabilità nel tempo che rimane invariata. Non è un caso che molto ciclisti utilizzino i freni a disco con diffidenza, per poi non riuscire più a tornare al sistema a pattino. Resta il nodo del cambio ruote, che per fortuna è un problema dei professionisti (e dei loro meccanici), che presto però verrà risolto come è stato fatto nella mtb. Per cui, nonostante tutte le contrarietà del caso, non si può negare che i freni a disco siano, da un punto di vista meccanico, un sistema di frenata più efficiente di quello a pattino.







13 Risposte a Freni a disco vs freni a pattino: quali i più efficienti?

  1. Giorgio ha detto:

    Possiedo una bici da strada con freno a disco e sono molto contento della scelta fatta e vi spiego perchè. Premetto che ho 55 anni e da sempre vado in bici per mantenimento e non per gareggiare. Sono motociclista e in bici amo la discesa, la quale mi permette di acquistare più velocità per affrontare le curve,chiaro rimanendo sempre entro un limite di sicurezza.La differenza della bici con il pattino l’ho riscontrata non nella potenza di frenata,ma nella modularità del freno a disco in quanto se si deve accompagnare la curva perchè arrivati un po’ lunghi in staccata è più facile da gestire. Mettendo sotto torchio il pattino ad un certo punto per surriscaldamento ti molla, invece il disco anche se diventa rovente la qualità della frenata rimane quasi la stessa. La differenza maggiore l’ho riscontrata in caso di pioggia,il pattino finché il cerchio è bagnato non frena e poi ti dà la botta che sul bagnato è molto pericolosa,invece il disco è sempre pronto e la frenata è sempre uguale, così ti permette di dosarla a piacimento senza problemi, (chiaro che tutto sta come i freni vengono usati, sia l’uno che l’altro!). L’impianto che ho montato sulla mia bici è uno shimano ultegra con aggancio rapido, devo dire che è semplicissimo e veloce il montaggio delle ruote, in quanto le pasticche rimangono sempre aperte, anzi lo trovo più facile. Chiaro che la pinza va tenuta pulita in modo che il pistoncino non sia inchiodato dallo sporco. Per concludere devo dire di essere molto contento e più la uso più mi diverto. CIAO Giorgio

    • paolo ha detto:

      Concordo pienamente anche io ho i freni a disco e devo dire che è meglio sia in termini di franata che di manutenzione

  2. Marco ha detto:

    Ho sia bici con freni a disco che freni a pattino e prediligo di gran lunga questi ultimi.
    Sulle bici da corsa il freno a disco non lo trovo vincente.

    • gigi ha detto:

      concordo. Ho una bici corsa/turismo Vitus con freni brt meccanici a disco con davanti 160 e dietro 140 la considero pericolosa. Non frena, rallenta un poco e basta da denuncia.
      Il mio meccanico non sa più cosa dirmi.
      Ho cambiato due tupi di pastiglia, le guaine, e il disco frontale con un disegno diverso.
      Nessuna variazione di rilievo, uso allora la vecchia wilier con il 105 shimano NA BOMBA.

      • Giuseppe ha detto:

        Avere freni a disco meccanico e come dire di avere i freni a pattino…nn cambia nulla….la vera differenza la fa il freno idraulico….provalo a poi mi dici…..

  3. daybyday ha detto:

    assolutament caliper su BDC …. sopratutto se si vuole fare un po di granfondo…la bici disc l’ho gia venduta ……esperienza negativa ….unico vantaggio in caso di pioggia …ma anche qui attenti a dosare la frenata perche si blocca la ruota e perdi aderenza ….saluti e baci

  4. Duro ha detto:

    “Nel caso dei freni a pattino, l’applicazione di B avviene su un punto della pista frenante del cerchio, in corrispondenza del settore 1. B si scarica completamente sul settore 1, mandando in trazione i raggi corrispondenti. ”
    ???????????????????????

  5. Bici&Bici ha detto:

    Salve a tutti! Per prima cosa vi vorrei dire che sono un meccanico di biciclette, leggendone i diversi punti dei “miti da sfatare” sono sempre più convinto che il freno a disco su bici strada non avrà tanto successo, perché la novità è bella all’inizio ma in seguito le persone capiranno che questo nuovo metodo idraulico sulle bici strada è piu’ costoso,inutile,e per niente pratico (sarete sempre costretti a portare la bici dal meccanico anche solo per regolare una pinza o fare lo spurgo freno). Il progresso si! ma non ci dimentichiamo anche dei fallimenti da parte delle grandi società nel creare alcuni prodotti (es. bici elettriche per il privato, ruote mtb 29″,cambio elettronico bici strada ecc.) LA BICI DEVE RIMANERE LA BICI!!!!!! NON E’ UN AUTOMOBILE!!!!!! QUANDO LO CAPIREMO!!!!!

  6. Mattia ha detto:

    Ciao, per esperienza sono molto d’accordo sulla difficoltà di manutenzione dei freni a disco, ma come si può affermare che bici elettriche per il privato e ruote mtb 29″ non siano stati dei successi?

  7. Domenico B. ha detto:

    bici& bici non ne hai azzeccata una… il mondo mtb è quasi esclusivo delle 29, ormai si affacciano pure in down Hill, i cambi elettronici sono un must per bici di livello aggressive, manutenzione? ma dove?

  8. ergo-sum ha detto:

    per fortuna non hai scritto dove lavori, altrimenti avresti perso tutti i clienti

  9. Ste ha detto:

    NEgli anni ho avuto modo di provare le varie BDC montate con i freni a disco e penso che nel tempo abbiano fatto enormi salti avanti, nel 2017 erano troppo potenti ora direi che sono molto modulabili. Il grosso problema ( a parer mio ) di questi freni è che io non sono un professionista… in pratica, in discesa ho paura e quindi freno sempre leggermente sopra ai 40 per rallentare molto di piu in prossimità delle curve. Cosa succede al freno a disco? i pattini durano poco e l”olio si scalda, questo cosa comporta? in parole povere che devo cambiare le pastiglie ogni 2 mesi e fare spurgo e cambio olio molto prima, senza considerare che quando i pattini soo finiti o il disco è bruciato comincia a vibrare tutto. Quindi non so se conviene al ciclista amatoriale passare a freno a disco, a meno che non voglia aumentare il budget annuo da 25€ a qualche centinaia di €. Personalmente a me che sono un po pauroso non conviene di certo ;-)

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