Pastiglie freno della mountain bike
Bikelife, Mtb • di Omar Gatti
Nell'articolo dedicato ai freni a disco abbiamo già potuto vedere che un impianto frenante di tipo idraulico è composto da una leva freno, denominata pompante, da dei tubi idraulici nei quali scorre olio, da un corpo freno su cui sono montate le pastiglie e da dei dischi, definiti rotori, che sono solidali al mozzo ruota. In questo approfondimento vedremo quali sono i tipi di pastiglie presenti sul mercato, come lavorano e in che modo influenzano la risposta del nostro mezzo e lo stile di guida, al fine di poter saper scegliere al meglio le pastiglie giuste per il nostro modo di vivere la mtb.
Funzionamento di un impianto frenante idraulico
Quando noi agiamo sulla leva del pompante, l'olio (che può essere minerale o DOT, è indifferente) contenuto all'interno del circuito, poiché incomprimibile, va in pressione spingendo verso l'esterno i pistoni inseriti nel corpo freno. Sui pistoni sono montate le pastiglie che vengono avvicinate al disco in rotazione, permettendo la frenata. Il sistema lavora per attrito, ovvero le pastiglie, avvicinandosi al rotore in movimento, sfregano letteralmente sulla superficie, sviluppando una potenza che tende a frenare la forza centrifuga del rotore stesso.
Ovviamente a ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria e il lavoro di un impianto a freno a disco idraulico sviluppa notevoli quantità di calore che deve essere evacuato e che provoca l'usura dei componenti. Diverse sono le caratteristiche che un impianto frenante per mtb deve soddisfare:
∙ Elevata forza frenante: per forza frenante s'intende la potenza che l'impianto riesce ad applicare sul rotore e viene espressa in Nm (netwon per metro). Più è elevata la velocità con cui ci muoviamo più saranno alti in numeri di giri del rotore. Durante la frenata si creano una serie di forze che tendono ad allontanare le pastiglie e la capacità dell'impianto è quella appunto di vincerle, mantenendole in posizione e rallentando la corsa della bicicletta. Facendo un confronto possiamo dire che tra un impianto frenante per Xc e uno da DH possono "ballare" anche 30Nm di coppia frenant, in soldoni quasi 3kg di spinta di differenza;
∙ Modularità: il freno non lavora solo in condizioni di on-off, ovvero tutto aperto o tutto chiuso, bensì deve essere modulare cioè in grado di applicare la potenza frenante in modo lineare, consentendo di rallentare in un determinato spazio di sicurezza. Se il freno lavorasse solo a fondo scala, cioè "pinzasse da maledetto" sul rotore, il rischio di ribaltamento sarebbe elevato poiché l'inerzia con la quale stiamo viaggiando ci sbalzerebbe di sella. Inoltre molto spesso durante l'uscita non dobbiamo frenare di colpo bensì è più frequente toccare appena il freno per rallentare quel giusto che basta per curvare o per superare un passaggio tecnico e l'impianto deve essere in grado di rispondere prontamente a quest'esigenza;
∙ Lavoro in condizioni gravose: la mtb è polvere, acqua, fango, terriccio, fogliame e chi più ne ha più ne metta. L'impianto frenante deve essere in grado di dare la medesima risposta e garantire una frenata sicura in qualsiasi condizione del terreno;
∙ Dissipazione del calore: lo sfregamento di due parti provoca attrito e conseguente sviluppo di calore. Questo calore inficia sulla prestazione dei componenti e deve essere evacuato velocemente, poiché il surriscaldamento innesca problematiche anche serie, oltre a far diminuire progressivamente l'efficacia del sistema. Un freno tenuto pinzato per troppo tempo diminuirà di potenza in proporzione all'aumento di temperatura.
Un esempio banale per comprendere l'importanza dell'evacuazione del calore è il seguente: provate a sfregare velocemente le mani tra loro, fermatevi e mantenete i palmi in contatto. Ora riprovate ma dopo esservi fermati allontanate i palmi e notate le differenze;
∙ Resistenza all'usura: il lavoro dei freni è logorante per cui all'impianto è richiesta una notevole resistenza alla fatica, poiché consente di mantenere efficiente la frenata nel tempo.
Questi aspetti sono concatenati tra loro ma possono essere migliorati o enfatizzati tramite la scelta di tipologie differenti di pastiglie e rotori.
Le pastiglie freno
fonte: rahoxbrakes.com
La pastiglia è composta da due parti: la placca di supporto e il ferodo. La placca costituisce il corpo della pastiglia, viene fissata sul pistone e solitamente presenta dei fori o comunque dei sistemi per agganciarla al corpo freno. E' solitamente realizzata in acciaio, poiché economico, resistente alle sollecitazioni e permette di evacuare il calore trasmesso durante la frenata. Il ferodo è la pasta frenante vera e propria, una mescola di materiali differenti fissata alla placca.
Compito del ferodo è l'andare in battuta contro il rotore, generando l'attrito che consente di frenare. Tra le pastiglie spesso è inserita una molla a forchetta il cui compito è favorire l'allontanamento delle pastiglie dal disco una volta che la pressione dell'olio ne circuito sia diminuita (ovvero dopo aver rilasciato il freno).
Le pastiglie si classificano in tre differenti gruppi, a seconda del tipo di mescola utilizzata per creare il ferodo:
∙ Organiche: il ferodo è tenero e malleabile poiché composto da una mescola di resine, gomme naturali e polimeri, tra cui il kevlar che aumenta la resistenza allo sforzo;
fonte: fr.aliexpress.com
∙ Semi-metalliche: composte da una mescola in percentuale variabile di materiali ferrosi come acciaio e rame e da un minerale chiamato grafite. Gli acciai donano resistenza meccanica mentre la grafite è un materiale refrattario, cioè non trasmette calore, evitando così il surriscaldamento;
∙ Sinterizzate: la mescola è molto simile a quella delle pastiglie organiche ma ciò che cambia è il procedimento di lavorazione, che avviene attraverso sinterizzazione. I materiali costituenti la mescola vengono utilizzati in polvere e mescolati tra loro in uno stampo. Questi viene riscaldato a temperature molto elevate facendo sì che le molecole dei differenti materiali si leghino tra loro in modo indissolubile, dando vita a un materiale solido;
Effetti sulla guida
fonte: mtb.miway.co.za
La scelta di installare un tipo di pastiglie piuttosto che un altro comporta delle differenze nella risposta dell'impianto, che vanno per forza di cose a ricadere sulla guida e sulle sensazioni ricevute durante il riding.
Pastiglie organiche
Vantaggi
∙ Ottima resa a freddo: anche gli impianti frenanti hanno bisogno di raggiungere una temperatura di esercizio per funzionare al meglio e di solito la si raggiunge dopo una serie di frenate. Le pastiglie organiche permettono di avere una resa molto alta anche già dai primi colpi di freno, evitando il problema classico del freno che fischia, dovuto al raffreddamento del sistema;
∙ Modularità alle basse velocità: quando stiamo attraversando un tratto tecnico la nostra velocità rallenta, a volte rasentando il surplace. Le pastiglie in resina offrono una modularità e un'elevata efficienza anche con velocità così basse, dove l'attrito tra rotore e ferodo è minimo;
∙ Maggiore potenza: visto che il ferodo è malleabile si deforma a contatto con il rotore. Questa deformazione permette alla pasta frenante di aderire totalmente alla superficie del rotore, elevando la potenza generale dell'impianto. In sostanza la pastiglia "morde" meglio;
∙ Resistenza all'acqua: l'elevato coefficiente di attrito della mescola permette di raggiungere condizioni di lavoro ottimali anche in ambienti bagnati o fangosi;
Svantaggi
∙ Dissipazione del calore: tra le tre tipologie quelle organiche offrono la peggior evacuazione del calore, cosa che ci porta a considerare il punto seguente;
∙ Vetrificazione: le resine e i materiali organici patiscono il surriscaldamento dovuto all'azione frenante. Se manteniamo "pinzate" le pastiglie organiche per un tempo troppo lungo, la fascia superficiale subirà un vero e proprio trattamento termico, denominato vetrificazione. In sostanza la superficie del ferodo si tempra, diventando dura e liscia come il vetro e annullando qualunque efficacia frenante. Il problema se non grave si può risolvere grattando via un minimo spessore dal ferodo con della carta abrasiva a grana molto fine ma se la vetrificazione è profonda si dovrà provvedere alla sostituzione;
∙ Contaminazione: le pastiglie organiche sono molto sensibili all'azione di oli, lubrificanti e grassi. Essendo porosa la mescola si impregna di questi fluidi, che modificano la consistenza del ferodo. Il risultato è un freno completamente inefficiente (a volte la bici non si ferma nemmeno tirando tutta la leva) e un fastidioso rumore vibrante che si propaga a ogni frenata. Le pastiglie contaminate vanno sostituite e per questo, se si usano pastiglie organiche, bisogna fare molta attenzione quando si lubrifica la catena;
Pastiglie semi-metalliche
fonte: 26in.fr
Vantaggi
∙ Costo: il rapporto qualità/prezzo di queste pastiglie è tra i migliori;
∙ Ottima resistenza allo stress: grazie ai materiali acciaiosi presenti nella mescola del ferodo, la resistenza al lavoro gravoso è ottimale, infatti vengono usate su impianti molto potenti, di solito pensati per DH;
∙ Dissipazione del calore: la grafite inserita nella mescola agisce come un vero e proprio rivestimento refrattario, che non trasmette il calore al resto dell'impianto e che quindi può evacuare più velocemente;
∙ Modularità: il problema degli impianti frenanti molto potenti, come quelli da DH, sta nel fatto che elevata forza frenante non va a braccetto con linearità di lavoro del freno.
Montare delle pastiglie semi-metalliche riduce la potenza totale dell'impianto ma allo stesso tempo ne addolcisce la risposta;
Svantaggi
∙ Funzionamento a freddo: essendo pensate per usi gravosi e per potenze frenanti elevate, questo tipo di pastiglie è progettato per lavorare ad alte temperature. A freddo offrono frenate molto blande e sono davvero rumorose;
∙ Usura: essendo dotate di un ferodo molto duro tengono a consumare la superficie del disco più velocemente delle altre tipologie;
Pastiglie sinterizzate
fonte: dirtmountainbike.com
Vantaggi
∙ Durata: essendo meno morbide delle sorelle organiche ma comunque più malleabili rispetto alle semi-metalliche, le pastiglie sinterizzate offrono lunga durata;
∙ Dissipazione del calore: le pastiglie semi-metalliche dissipano bene il calore e sono pensate per lavorare ad alte temperature, per cui sono adatte anche a discipline più estreme;
∙ Usura: grazie alla morbidezza intermedia e all'ottima evacuazione del calore, sono portate a consumare più lentamente la superficie del rotore;
∙ Miglior resistenza alla contaminazione: anche le pastiglie sinterizzate soffrono l'azione dei fluidi oleosi e in caso di contaminazione si comportano esattamente come quelle organiche, annullando la frenata ed emettendo un suono simile a un maiale sgozzato.
Ciò che le contraddistingue è il fatto che, sopportando meglio il calore e quindi non vetrificando, possono essere scaldate su un fornello, arrivando alla temperatura di evaporazione dei fluidi e ripristinando così l'efficienza iniziale;
Svantaggi
∙ Funzionamento a freddo: progettate come sono per lavorare a temperature elevate, le pastiglie sinterizzate devono scaldarsi parecchio prima di diventare efficienti al 100%.
Questo è un problema per chi ha la possibilità di iniziare subito a girare sui sentieri, trovando così le prime frenate inefficaci e rumorose.
A ciascuno la sua pastiglia
fonte: www.ivelo.cz
Credo che solo i professionisti abbiano la possibilità di cambiare tipologia di pastiglia a seconda delle caratteristiche del terreno, per cui è d'obbligo effettuare una classificazione dell'utilizzo di un determinato tipo a seconda di come si usa la mtb:
∙ Escursionismo: per via delle basse velocità e delle temperature di lavoro ridotte una pastiglia organica è la più indicata;
∙ XC-XC Marathon: nelle gare di XC si parte "a manetta" e non si smette di spingere fino a che non è finita. Per questo serve un impianto immediatamente pronto a rispondere e quindi le pastiglie organiche possono essere una buona scelta. Anche le sinterizzate offrono un buon rapporto efficienza/svantaggi;
∙ All-mountain – Enduro: gli impianti frenanti delle mtb di queste discipline possono essere molto potenti e sviluppare parecchi Nm di coppia frenante. Per questo le organiche sono sconsigliate, poiché vetrificherebbero. La soluzione sono le pastiglie sinterizzate, che offrono un'elevata resistenza al calore ma allo stesso tempo rendono modulare e più lineare il lavoro di freni potenti;
∙ DH e Freeride: le velocità di discesa sono molto spinte, così come gli impianti che raggiungono le coppie frenanti più alte. Per questo una pastiglia semi-metallica, è la soluzione, per via della sua elevata dissipazione del calore, la resistenza allo stress e la possibilità di migliorare la linearità di questi impianti, che hanno la tendenza a lavorare in on-off;
Focus: tecnologia Ice-Tech
fonte: www.bike-discount.de
Da qualche anno la casa giapponese Shimano ha lanciato una novità nel sistema dei freni idraulici, per il controllo e la riduzione della temperatura. La tecnologia è denominata "Ice" ed è concentrata appunto su pastiglie e rotori. Le prime hanno la placca di supporto in lega metallica, che ha un ottimo scambio termico, rinforzata all'esterno da una lamina d'acciaio. La placca è inoltre dotata di un sistema di ventilazione ad alette che ha il compito di favorire l'evacuazione del calore.
fonte: www.vitalmtb.com
Il rotore ha una struttura a sandwich, con un'anima in lega per la dissipazione del calore e due lamine esterne in acciaio per conferire rigidità e durata. Il sistema permette dunque di abbattere la temperatura di lavoro dell'intero impianto frenante, con conseguente miglioramento del confort, della prestazione e della durata della vita del sistema stesso. Le specifiche tecniche Shimano indicano che la tecnologia Ice consente di ridurre la temperatura di lavoro dei freni di anche 200°C, per cui si rivelano una buona soluzione per le discipline dove l'uso dei freni è più gravoso e continuo. Ovviamente per poter installare le pastiglie Ice bisogna essere dotati di un gruppo freno di marca Shimano.
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