Pinze e pompe freno radiali: quali sono i vantaggi?

di Daniel Naftali

Bentrovati al consueto appuntamento settimanale con il tech corner!

Chi è appassionato di moto ha sicuramente sentito parlare di pinze e leve radiali. Gli impianti radiali sono quasi lo standard nel mondo delle moto ad alte prestazioni e negli ultimi tempi stanno facendo capolino anche in ambito mountain bike.

…ma cosa significa “radiale”? Quali sono i vantaggi di questa soluzione? Vediamo di capirlo in questo articolo.

Pinze freno radiali

Forse non tutti lo sanno, ma con l’introduzione dello standard di montaggio delle pinze Post Mount, di fatto tutti gli impianti freno moderni sono radiali. Gli impianti da MTB non radiali stanno ormai scomparendo e si tratta di impianti con attacco International Standard.

Pinza freno Shimano XTR con attacco non radiale.

Cominciamo subito col dire che in un impianto frenante, la rigidità di tutti gli elementi (pinza, disco, eventuali adattatori) è estremamente importante. Le sollecitazioni che si generano durante una frenata sono importanti ed elementi poco rigidi, soggetti quindi a deformazioni durante la frenata, possono causare una riduzione della performance dell’impianto. Pensiamo per esempio ad una pinza freno che flette quando si frena. Si avrà una prima parte della frenata in cui la risposta non è ottimale in quanto la pinza, prima di riuscire ad applicare la massima forza frenante, deve deformarsi.

Le pinze freno non radiali (con attacco IS) sono caratterizzate dall’essere fissate tramite una staffa piuttosto lunga, posizionata in una zona disassata rispetto alla zona di contatto pastiglia disco. L’attacco infatti è posizionato più in basso rispetto ai pistoncini, pistoncini che a differenza dei sistemi radiali non si trovano “in mezzo” all’attacco.

Nelle moto in manaiera piuttosto evidente, ma anche nelle bici le pinze freno non radiali sono vincolate solo ed esclusivamente nella parte anteriore:

Questo fa si che la pinza, durante la frenata, non sia vincolata rigidamente nella parte posteriore e può quindi subire delle deformazioni che riducono la performance della frenata.

Se nelle moto le pinze possono essere molto lunghe, in ambito MTB sono generalmente più corte, ma comunque la “coda” della pinza freno con un attacco IS non risulta vincolata ed è quindi soggetta a flessioni.

Freni Magura Gustav con attacco IS non radiale: si noti come la coda della pinza non sia vincolata in alcun modo e molto distante dalla piastra di ancoraggio.

Durante una frenata, sulla pinza freno si generano le seguenti sollecitazioni:

Il contatto disco-pastiglie genera una forza di attrito, la cui direzione è tangente alla pista frenante del disco. Questa forza, di notevole entità viene trasferita dalla pinza al telaio tramite una sollecitazione di compressione e di trazione, in particolare nella zona anteriore o superiore dell’attacco si ha compressione, nella parte posteriore trazione. Si genera insomma un momento torcente, il cui braccio è l’interasse tra i due fori di fissaggio.

La parte posteriore della pastiglia comunque si trova più indietro rispetto al punto di ancoraggio posteriore. Se nell’XTR M-975 della figura precedente questo non è particolarmente evidente, su altri impianti come i Magura Gustav questa caratteristica è molto marcata.

L’attacco in questo caso lavora molto a compressione in quanto si trova piuttosto avanzato rispetto al posizionamento delle pastiglie. La meccanica ci insegna che un elemento soggetto a pressoflessione deviata tende facilmente a sbandare, con la conseguenza che la pinza tende a perdere la complanarità con il disco. La parte posteriore della pinza poi non è vincolata e quindi durante la frenata può flettere spostandosi a destra e a sinistra.

Non dimentichiamoci poi che per ovvie ragioni di ingombro, la piastra di supporto della pinza si deve trovare necessariamente più all’esterno rispetto alla superficie del disco.

Questo di fatto genera una coppia torcente, visto che ci sono una coppia di forze ed un braccio. Poiché la staffa è piuttosto lunga, la pinza sarà quindi soggetta ad un torsione piuttosto importante.

Perché, come abbiamo detto in precedenza, più è rigida la pinza freno, migliore è la performance della frenata, per incrementare la rigidità si è passato ai sistemi di fissaggio radiali.

Il termine radiale deriva dal fatto che le viti di fissaggio della pinza freno sono disposte parallelamente al raggio del disco.

Pinza freno dei Forumula The One. Nonostante l’adattatore, si noti la disposizione delle viti, parallele al raggio del disco. Il Post Mount è un attacco radiale a tutti gli effetti.
In realtà però più che la disposizione delle viti, quello che è conta è che le viti sono posizionate anteriormente e posteriormente rispetto alle pastiglie. Non si ha più una “coda” della pinza libera, ma tutta la pinza è contenuta all’interno dell’attacco stesso.

Questo ha come conseguenza che il sistema è nettamente più rigido, subisce meno deformazioni in frenata e quindi l’impianto risponde in maniera netta, senza che ci sia una prima parte spugnosa e poco precisa della frenata.

Purtroppo però molto spesso i vantaggi offerte dal montaggio radiale o Post Mount vengono vanificati con l’utilizzo di adattatori. Gli adattatori costituiscono una piastra supplementare che riduce la rigidità dell’insieme. Anche per questo motivo molti produttori di telai e forcelle offrono degli attacchi che consentono di montare direttamente la pinza, con dischi da 180 o 203mm, sul telaio o sul fodero della forcella, senza adattatori. Si ha così un risparmio di peso ed un incremento della rigidità dell’impianto frenante.

Pompe freno radiali

L’utilizzo di pompanti freno radiali negli ultimi modelli ha preso sempre più piede. Lo dimostra il fatto che grandi case come Formula e da Shimano utilizzano tale soluzione per molti dei loro impianti. Non si tratta certo di una novità, ma le pompe freno radiali comportano diversi vantaggi.

Pompa freno radiale di un Formula The One

Una pompa freno radiale si identifica perché il pompante è posizionato radialmente, ovvero perpendicolarmente rispetto al manubrio.

Un grosso vantaggio della soluzione radiale riguarda l’incremento di rigidità.

Negli impianti tradizionali il pompante è solitamente posizionato parallelo al manubrio, adiacente al tubo, come una continuazione della leva freno.

Quando si aziona la leva freno questa viene tirata verso il manubrio e ruota attorno al fulcro andando a spingere il pompante orizzontalmente. E’ la geometria della leva che ha il compito di trasferire la forza che applichiamo sulla leva al pompante, facendola “ruotare” di 90°.
Il corpo della leva freno è quindi inevitabilmente soggetto ad una torsione, rappresentata in rosso nella figura.

Il problema è che il punto di ancoraggio sul manubrio è necessariamente ridotto, per questioni di ingombro e per lasciare spazio a manettini e manopole. Quando si tira la leva il corpo tende quindi a torcersi attorno all’attacco. Questa torsione provoca una dispersione di energia ed una riduzione della precisione e della potenza dell’impianto frenante.

Da sottolineare poi che a meno di non posizionare il fulcro di rotazione della leva molto avanzato, il braccio di leva non è molto favorevole.

Nelle soluzioni radiali invece il pompante è posizionato parallelamente alla direzione in cui si tira la leva freno.

Questo significa che tutta la forza che noi applichiamo alla leva con la nostra mano, viene trasmessa, amplificata per effetto del braccio di leva favorevole, al pompante. Essendo le due forze parallele non si ha praticamente torsione del corpo della leva.

Non dimentichiamoci poi che il pompante svolge anche una funzione strutturale. Il corpo esterno del pompante è allo stesso tempo sede del pistone ed elemento di ancoraggio della leva freno al manubrio. Si risparmia insomma un pezzo, con conseguente risparmio di peso.

I vantaggi tuttavia non riguardano solo la rigidità. L’utilizzo di pompanti radiali consente di gestire con maggiore libertà il braccio di leva. Basta spostare leggermente a destra o a sinistra il pompante e si varia con facilità il braccio di leva, senza il problema di allontanarsi eccessivamente dal manubrio. E’ inoltre possibile con soluzioni radiali realizzare pompanti più grossi, prevalentemente per quanto riguarda il diametro, con conseguente incremento di potenza dell’impianto stesso.

Abbiamo insomma visto che i sistemi radiali comportano numerosi vantaggi. Se per quanto riguarda le pinze, ormai tali soluzioni sono universalmente adottate (ormai non esistono più pinze con attacco IS), per quanto riguarda i pompanti il discorso è diverso.

La soluzione di pompante radiale senza dubbio comporta dei vantaggi, però questo non vuol dire che un freno con pompante “tradizionale” non sia un buon freno. Allo stesso modo un freno con leva radiale non è detto che sia migliore di uno tradizionale. Insomma le caratteristiche di un impianto non dipendono solamente dalla tecnologia utilizzata, ma da diversi particolari e da come è progettato l’intero impianto.

E voi cosa ne pensate? I freni con pompante radiale saranno il futuro? Quali sono le vostre esperienze? Dite la vostra!