Perno passante vs quick release: chi avrà la meglio?

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Se una volta i perni passanti erano utilizzati prevalentemente per le discipline gravity, negli ultimi due anni il mercato ha esteso l’uso di questi sistemi anche alle discipline pedalate, dall’XC all’AM. Ormai il perno passante è praticamente diventato lo standard per AM ed escursionismo e si vedono moltissime bici XC e Marathon con forcelle a perno passante.

Quest’anno inoltre è stato introdotto da Syntace un nuovo sistema di perno passante posteriore piuttosto innovativo: il Syntace X-12

Vedremo in questo articolo di analizzare quali siano le diverse tipologie di perno presenti sul mercato, quali siano le loro caratteristiche e quali siano i vantaggi e le motivazioni che stanno spingendo il mercato a soppiantare il sistema quick release. Vedremo inoltre di analizzare il Syntace X-12.

Il quick release.

Inventato da Tullio Campagnolo nel 1927 per semplificare le operazioni di cambio ruota in gara, il sistema quick release è stato largamente utilizzato per moltissimi anni anche sulle MTB. Come dice il termine “quick release” il sistema è progettato per permettere una rapida rimozione della ruota senza bisogno di attrezzi.

Il sistema è composto da due elementi: il mozzo e l’asse quick release.

Il mozzo è l’elemento che contiene i cuscinetti ed è costituito da una parte fissa (asse) che va a battuta con l’elemento a cui deve fissarsi la ruota (forcella o telaio). La larghezza dell’asse (battuta) è fissata per le mtb in 100mm per il mozzo anteriore, 135mm per quello posteriore. L’asse del mozzo al suo interno è forato in modo da poter ospitare l’asse quick release o sgancio rapido comunemente detto. Le due facce laterali dell’asse vanno in battuta con il forcellino e sono opportunamente lavorate con delle scanalature per migliorare. Il fissaggio della ruota avviene infatti per attrito: serrando lo sgancio rapido la faccia laterale dell’asse e il forcellino vengono premuti l’uno contro l’altro e il movimento è impedito dall’attrito.

Il secondo elemento è l’asse quick release o sgancio rapido, una barra di acciaio (o altro materiale) che ha il compito di comprimere i forcellini della forcella e del telaio contro l’asse del mozzo in modo da fissare la ruota in maniera solidale. Anche lo sgancio rapido presenta nella zona di interfaccia con il forcellino delle scanalature per migliorare l’aderenza:

L’asse dello sgancio rapido funziona a trazione, comprimendo il dado esterno e la leva contro i forcellini, pinzando il forcellino tra dado o leva e asse del mozzo. La messa in tensione avviene grazie ad una leva specialmente disegnata per mettere in trazione l’asse una volta ruotata:

Da norma ISO dal 1996 il sistema dev’essere in grado di sopportare una trazione simmetrica della ruota di 2300N (ca 230kg) senza che si verifichi scivolamento sul forcellino, ovvero 1150N (ca 115kg) per forcellino.

Questo valore può sembrare piuttosto cautelativo, in realtà con l’utilizzo dei freni a disco, la coppia frenante molto elevata si scompone in un vettore che tende ad essere molto vicino a questo valore critico sul forcellino sinistro, essendo il disco posizionato in maniera asimmetrica sul mozzo.

I sistemi a perno passante.

I sistemi a perno passante differiscono concettualmente in quanto la ruota viene fissata su di un perno solidale con la forcella o il telaio. Le sollecitazioni si trasmettono quindi direttamente sul perno che le scarica direttamente sui foderi.

Il montaggio e lo smontaggio della ruota avvengono rimuovendo il perno o allentando il perno e rimuovendo l’insieme mozzo/asse verso il basso nel caso di forcellini aperti (solo ruota posteriore, all’anteriore vengono usati solo forcellini chiusi). I sistemi di fissaggio del perno, così come i diametri del perno stesso, sono differenti e variano a seconda del prodotto e della destinazione d’uso. Anche la battuta del mozzo non è sempre costante.

Vediamo ora di analizzare i diversi standard.

PERNI PASSANTI ANTERIORI.

Esistono diversi standard di perno passante anteriore, vediamo di elencarli:

– Asse da 15mm: introdotto di recente da Fox, Marzocchi e Shimano, questo nuovo standard è rivolto agli usi meno gravosi, quali AM, XC e Marathon. Questo sistema, nato con l’idea di soppiantare l’ormai obsoleto e poco rigido quick relase è stato pensato per ridurre al minimo l’aggravio di peso rispetto ad un perno da 20mm, anche se ingegneristicamente parlando il risparmio di peso è molto contenuto. La battuta è di 100mm, come per i sistemi quick release.

– Asse da 20mm: è stato il primo standard ad essere introdotto e ad avere la maggior diffusione. Dapprima adottato in ambito FR e DH, questo standard si è diffuso anche in ambito AM spinto ed Enduro. Utilizzato praticamente da quasi tutti i produttori, Rock Shox ha cercato di diffonderlo anche su forcelle da Trail e AM, cercando di evitare l’introduzione di un nuovo standard, quello con asse da 15mm. Viene utilizzato sulle forcelle da 160mm in su e sulla gamma XC/Trail/AM di Rock Shox (dalla Reba in su). La battuta è di 110mm.

– Asse da 24/7mm: utilizzato da Maverick sulle sue forcelle Duc32 e SC32 si tratta di un perno con sezione variabile da 27mm al centro e 24 sui foderi. Richiede un mozzo specifico.

– Asse da 25mm: utilizzato da Specialized sulla forcella E150, è andato scomparendo assieme alla relativa forcella. Richiede un mozzo specifico.

Come sicuramente saprete, ogni tipo di standard richiede un mozzo specifico. Tuttavia esistono molti kit di conversione per adattare alcuni mozzi alle diverse tipologie di perno. Tuttavia molti mozzi non sono convertibili.
Lo stesso diametro di perno comunque può avere un meccanismo di ancoraggio alla forcella differente. Esistono perni che si montano senza attrezzi (perni a fissaggio rapido) e perni che si fissano con l’ausilio di brugole (ormai sono in rapida estinzione).

PERNI PASSANTI POSTERIORI.

Come per i perni passanti anteriori, anche per i perni posteriori esistono diversi standard. Visto che il panorama è un po’ più complesso, analizziamo le varie soluzioni a seconda della battuta del mozzo.

Battuta 135mm:

– Asse da 10mm: si tratta di uno standard compatibile anche con forcellini quick release, che hanno il foro da 10mm adatto ad ospitare l’asse. Solitamente sono di tipo a sgancio rapido e si presentano come dei quick release con l’asse più grosso.
– Asse da 12mm: richiede forcellini specifici con diametro interno maggiorato rispetto ai normali per quick release, per ospitare il perno da 12mm. I forcellini possono essere aperti o chiusi. Scarsamente utilizzato, viene utilizzato da Rock Shox per il Maxle 135 (sistema proprietario che richiede forcellini specifici).

Battuta 150mm:

– Asse da 10mm: utilizza un’asse da 10mm di diametro. I forcellini possono essere aperti o chiusi.
– Asse da 12mm: utilizzato per gli usi più gravosi, utilizza un perno da 12mm. Viene utilizzato da Rock Shox per il Maxle 150 (sistema proprietario che richiede forcellini specifici).

Battuta 142mm:

– Sistema Syntace X12: utilizza un perno da 12mm. Verrà analizzato in seguito in un capitolo a parte.

La battuta da 150mm permette alle flange del mozzo (la parte su cui si fissano i raggi) di essere maggiormente distanziate e di realizzare quindi delle ruote più rigide rispetto alla battuta da 135mm.
Nonostante molti sistemi utilizzino forcellini aperti, i maggiori pregi del perno passante si ottengono solitamente in abbinamento a forcellini chiusi. Nei perni passanti a forcellino aperto infatti il sistema lavora per attrito con l’asse del mozzo (come per il QR, con il vantaggio però che il perno essendo più grosso e rigido fornisce un ancoraggio più robusto e i due foderi sono maggiormente vincolati tra loro, riducendo la flessione), mentre nei forcellini chiusi la ruota è “appesa” all’asse.

Quick release vs perno passante: quali sono i vantaggi?

Non c’è bisogno di essere degli ingegneri meccanici per capire che l’utilizzo di un perno passante comporta dei notevoli vantaggi in termini di rigidità, vediamo di capire come.

Analizziamo separatamente cosa succede all’anteriore e al posteriore.

RUOTA ANTERIORE

Come ben sappiamo, nei sistemi tradizionali, la ruota anteriore è vincolata ai foderi della forcella, che a loro volta sono collegati tra di loro attraverso l’archetto. All’interno dei foderi scorrono su boccole con tolleranze molto ridotte (ma comunque con un minimo di gioco necessario per il movimento) gli steli che a loro volta sono collegati tra di loro attraverso la testa della forcella. Per ragioni di ingombro della ruota la distanza dell’archetto dal punto di ancoraggio della ruota è piuttosto elevata, soprattutto in relazione alla sezione di steli e foderi. Si tratta di elementi molto snelli, quindi facilmente soggetti a flessione.

Nella guida su sentieri la ruota anteriore è sottoposta a due tipi di sollecitazioni indotte dagli ostacoli e dalle manovre di curvatura e spostamento del peso.
Da un lato è soggetta a sollecitazioni dirette da davanti verso dietro (A), che generano una flessione longitudinale, quando ad esempio la ruota anteriore impatta contro un ostacolo o si frena. In questo caso i due foderi e steli flettono in maniera simmetrica all’indietro.
Dall’altro lato la forcella è soggetta a sollecitazioni torsionali (B) che si generano sia in frenata (il disco è montato asimmetricamente sul mozzo) sia quando la ruota impatta su ostacoli non ortogonali alla direzione di moto, sia quando ci sono contropendenze, quando si sterza o quando si piega la bici. In questo caso la ruota tende a torcersi provocando la flessione di un fodero in avanti e dell’altro all’indietro.

Se per quanto riguarda la flessione longitudinale (A) lo sbandamento di foderi e steli dipende dalle loro caratteristiche meccaniche (diametro, spessore, materiale), per quanto riguarda la torsione l’angolo di imbardata della ruota rispetto al manubrio, dipende, oltre che dalle caratteristiche meccaniche di foderi e steli, anche dal sistema in cui sono vincolati questi ultimi, in particolare per quanto riguarda la testa della forcella, l’archetto e il sistema di fissaggio della ruota.

L’utilizzo del perno passante infatti realizza un terzo punto di collegamento tra i due foderi, che invece che collegarsi solo tramite archetto e tramite la testa della forcella passando attraverso gli steli, hanno un ulteriore punto di fissaggio che aumenta la rigidità. Detto in maniera più tecnica si aumenta il grado di iperstaticità del sistema.
Bisogna comunque sottolineare che anche il sistema quick relase costituisce un vincolo per i foderi (seppur non si tratti di un vincolo rigido), tuttavia la presenza di un perno in alluminio di grosse dimensioni, collegato con un incastro piuttosto rigido ai foderi, costituisce un vincolo molto più rigido rispetto a quello che è in grado di costituire il quick relase.

RUOTA POSTERIORE

Differentemente dalla ruota anteriore, per quanto riguarda il posteriore, la natura delle sollecitazione è diversa. Poiché il carro è realizzato in modo che sugli impatti con gli ostacoli i foderi lavorino in trazione e compressione, non si verificano, come avveniva per la forcella, i fenomeni di flessione longitudinale e di torsione in caso di impatto con ostacoli. Le sollecitazioni più importanti sono i momenti torcenti applicati asimmetricamente sul mozzo (momento di trazione generato dalla pedalata e il momento frenante generato dal disco). Anche le sollecitazioni laterali (urti contro ostacoli, derapate, forza centrifuga in curva) determinano flessione dei foderi.

Sebbene non ci sia uno standard nella realizzazione del carro posteriore delle MTB e i vincoli tra i due foderi sino estremamente differenti a seconda del telaio, analogamente alla forcella l’aggiunta di un vincolo più rigido rispetto al quick release costituisce un ulteriore elemento di collegamento tra i due foderi che ne aumenta la rigidità.

Un’ulteriore parentesi va fatta relativamente al sistema di ancoraggio del perno al telaio che può essere tramite forcellini chiusi o aperti. Se i forcellini sono aperti il sistema lavora in maniera analoga al quick relase: il forcellino del telaio viene pinzato tra dado esterno e asse del mozzo. In perno viene quindi tenuto in sede per attrito e sul perno si vanno ad appoggiare i cuscinetti. Nei forcellini chiusi invece il perno è fissato tramite un meccanismo ad incastro che garantisce una maggiore solidità e rigidità dell’ancoraggio.

C’è comunque da dire che anche per quanto riguarda il forcellini aperti, il vantaggio rispetto ad un quick release è tangibile perchè il momento torcente che si genera quando sviano i due foderi viene trasmesso da un asse piuttosto rigido e il vincolo tra i due foderi è molto più forte rispetto a quanto può essere in grado di fare il quick release.

I VANTAGGI E GLI SVATAGGI

Dopo aver analizzato separatamente le due ruote, risulta evidente che l’incremento di rigidità è un vantaggio sia per l’anteriore che per il posteriore. Maggiore rigidità all’anteriore significa avere una forcella più precisa in discesa e una ruota che va esattamente dove decidiamo noi col manubrio, senza contare che si riduce la torsione in frenata e la forcella lavora meglio anche in questa situazione. Al posteriore maggiore rigidità significa una maggiore precisione di guida sullo smosso e una maggiore reattività in pedalata.

Inoltre un altro vantaggio del perno passante è che non si corre il rischio di fissare male la ruota come spesso accade con il quick relase. In caso di un’eventuale cedimento inoltre il perno garantisce maggiori margini di sicurezza, mentre nel quick relase in caso di rottura dell’asse dello sgancio la ruota può fuoriuscire dai forcellini. Anche in caso di apertura accidentale il perno passante garantisce maggiore sicurezza, evitando la perdita della ruota.

Per quanto riguarda invece lo smontaggio della ruota, è evidente che i sistemi che utilizzano dadi siano più scomodi del quick relase. Tuttavia spesso i sistemi a sgancio rapido (tipo il Maxle o quelli con leve simili ai quick release) sono spesso più pratici, non necessitando di stringere il dado opposto alla leva.

Perno passante: pesa veramente di più?

Una delle maggiori resistenze all’utilizzo del perno passante riguarda il suo presunto maggiore peso. Senza perderci in inutili discussioni teoriche, facciamo qualche calcolo.

Prendiamo due forcelle disponibili sia in versione quick relase che con perno passante, una da XC e una da AM:

– Fox F100 Fit Terralogic: peso versione QR 1500g, versione PP15 1600g
– Rock Shox Revelation RLT Dual Position Air (120-150): peso versione QR 1701g, versione PP20 1825g, versione PP15 1809g.

Cominciamo subito col notare che il risparmio di peso sulla Revelation nella versione PP15 rispetto a quello PP20 è di solo 14g. Era proprio necessario introdurre un nuovo standard per risparmiare 14g?

Prendiamo poi un mozzo convertibile nei tre standard, l’Hope Pro II. Peso della versione QR è di 200g, della versione PP15 e PP20 180g. Il peso del relativo sgancio rapido Hope è di 125g.

Facciamo i conti delle diverse configurazioni forcella e mozzo…

Forcella Fox F100 Fit Terralogic:

– Quick release: 1500g+200g+125g=1825g
– Asse 15mm: 1600g+180=1780g

Forcella Rock Shox Revelation RLT Dual Position Air (120-150):

– Quick release: 1701g+200g+125g=2026g
– Asse 15mm: 1809g+180=1989g
– Asse 20mm: 1825g+180=2005g

Il risultato è evidente: le configurazioni con perno passante pesano meno delle analoghe a quick release.
Se volete divertirvi potete provare anche altre configurazioni…

Quindi al prossimo amico che vi dice “Il perno passante non lo voglio perché pesa di più”, beh ditegli che basta fare due conti per scoprire che non è così!

Per quanto riguarda invece il mozzo posteriore, dipende molto dal tipo di perno utilizzato. Diciamo che con un perno passante ultraleggero può esserci un risparmio di peso rispetto al quick release, naturalmente con perni in acciaio il peso risulta maggiore. Insomma, dipende da caso a caso.

Il Sistema Syntace X-12

Di recente introduzione, questo sistema è stato adottato da diversi produttori per l’anno corrente (2011). Vediamo di capire di cosa si tratta…

Il sistema completo prevede due elementi: un perno passante e un forcellino specifico. Analizziamoli separatamente…

IL PERNO PASSANTE

Il sistema prevede un perno di diametro 12mm ed una battuta di 142mm. Il perno si inserisce avvitandosi in un apposito forcellino chiuso e garantisce quindi un’elevata rigidità in quanto, come detto in precedenza, il forcellino chiuso costituisce un vincolo molto forte. La chiusura può essere con una brugola o con un sistema a sgancio rapido. Sul perno solidamente fissato tra i due forcellini, si appoggiano i cuscinetti del mozzo mentre il movimento laterale del mozzo sull’asse è impedito dai forcellini stessi.

Il sistema prevede anche delle asole che facilitino l’inserimento e il corretto posizionamento della ruota prima di inserire il perno. Soluzione utilizzata su molte forcelle, molto efficace e pratica.

Il mozzo utilizzato è un normale mozzo da 135mm a cui sono applicate delle boccole laterali più lunghe di 3,5mm per lato. Questo permette ai produttori di adattare mozzi già in produzione, ma non consente di allargare la distanza tra le flange per aumentare la rigidità della ruota, come per i mozzi con battuta 150.

IL FORCELLINO

Notevole interesse merita anche il forcellino. Il forcellino è costituito da un dente in alluminio che si innesta nella parte inferiore del forcellino della ruota. Questo permette di aumentare la superficie di contatto forcellino ruota-perno, migliorando la solidità dell’ancoraggio. Inoltre il forcellino si può adattare facilmente a diverse tipologie di telaio.

Particolarità del sistema è che il forcellino è tenuto in posizione da una sola vite. La rotazione del forcellino è impedita da un apposito dente. La vite è prevista di un punto di indebolimento in cui in caso di urto si spezza, permettendo quindi di sostituire solo la vite e non tutto il forcellino. Soluzione molto innovativa, che da un punto di vista teorico sembra essere molto valida: nello zaino basterà portarsi una semplice vite di ricambio.

Opzionalmente è previsto anche il cosiddetto “rock guard” un rinforzo esterno che irrobustisce il forcellino.