¿Cómo equilibran los fabricantes de frenos de bicicleta las limitaciones físicas de sus productos?

Esta pregunta es válida tanto para sistemas de frenos mecánicos como hidráulicos.

Instalaciones:

  • La mano humana tiene un valor umbral para lo que es un nivel cómodo de fuerza de compresión, que disminuirá con la fatiga del ciclista. (Vea el excelente comentario de Chris a continuación).
  • El sistema de frenos no recibe alimentación externa.
  • Se están obedeciendo las leyes usuales de la física.

No entiendo cómo algunos frenos pueden ser inequívocamente mejores que otros.

Básicamente, los frenos se pueden modelar como una palanca. Una configuración de freno con un espacio libre grande para las pastillas será débil o tendrá un gran recorrido de palanca. No hay almuerzo gratis; uno siempre necesita equilibrar la potencia, la fuerza de la palanca, la carrera libre de la palanca y la holgura de la pastilla.

Por ejemplo, los frenos hidráulicos orientados al descenso Shimano Saint y Zee utilizan una alta relación de apalancamiento en las palancas para crear más fuerza de sujeción de las pastillas. La contrapartida de esto es su carrera libre larga, es decir, cuánto se debe tirar de la palanca desde su posición de reposo hasta que se activa el freno. Por el contrario, la mayoría de los frenos hidráulicos SRAM utilizan una carrera libre "normal" y una generosa holgura de las pastillas, lo que da como resultado su característica potencia suave.

Por supuesto, hay muchos factores de diseño involucrados, como los frenos de llanta de doble pivote, los diseños de palanca variable "Servo-Wave" de Shimano y "Swinglink" de SRAM, la calidad del rodamiento de pivote, las pinzas hidráulicas de dos versus cuatro pistones, o incluso los viejos calidad de fabricación. Estos ayudan en general, pero dado que todos los frenos de gama alta incorporan estas características, no veo cómo la implementación de una marca específica podría eclipsar claramente a las demás.

Supongo que la inspiración para esto fue que me pregunté "¿Cómo pueden valer ese precio los frenos Trickstuff de $ 900 (u otro fabricante premium) cuando tienen que equilibrar exactamente los mismos factores físicos que los frenos de $ 200 de Shimano et al?" Según los informes, los frenos de gama alta son mejores que los más baratos en todos los sentidos, pero no veo cómo eso es posible.

Con respecto a la premisa de la fuerza de agarre: en un viaje lo suficientemente largo con suficiente frenado, incluso la fuerza de agarre de un ciclista determinado comenzará a desvanecerse. Y no todos los ciclistas tienen la misma fuerza de agarre, incluso en proporción a su peso. Un ciclista pesado, en una bicicleta pesada, con manos débiles no solo necesitará frenar más fuerte, sino que tendrá que apretar mucho más fuerte y sus manos se cansarán más rápido.
@ChrisH Mala redacción de mi parte. Quise decir "independientemente del diseño del freno, nunca se sentirá cómodo apretando con más de X newtons de fuerza".
esa es una buena manera de pensarlo, pero estoy pensando en una segunda mitad de su oración "... y no quiere usar más de 0.5XN con mucha frecuencia". (Por supuesto, no es solo fatiga, sino agarre y la capacidad de equilibrar la fuerza de frenado entre los frenos para las condiciones de conducción)

Respuestas (4)

Hay más que los 3 factores que describe más allá de la conversión de una fuerza a otra. Algunos otros:

  1. La desviación de los varillajes en el frenado. Una pinza de freno endeble aumentará efectivamente el recorrido de la palanca requerido y tendrá una sensación esponjosa, pero una pinza sólida como una roca será más pesada o requerirá materiales más exóticos.

  2. Ajustabilidad o facilidad de configuración. Algunos frenos son miserables para hacerlo bien, otros tienen topes de cable bien colocados, tensores y otras cosas que permiten que un mecánico los marque metódicamente. Esto separa especialmente a los ganadores de los perdedores en los frenos canti para cualquiera que quiera que sean silenciosos.

  3. Longevidad: creo que esto también es bastante importante, incluso los frenos de nivel de mierda funcionan bastante bien cuando son nuevos, pero pueden estropearse bastante rápido, mientras que los mejores frenos duran más.

  4. Peso total y tamaño total. Piense en tratar de dar un gran espacio libre a los neumáticos y al mismo tiempo mantener bajo control el aspecto n.º 1.

  5. Intentar alcanzar un punto de precio en particular cambiará la forma en que se sopesan todos estos factores. El costo incluye no solo los materiales, sino también los procesos de fabricación, y los costos de ingeniería deben amortizarse sobre cada unidad vendida.

Pero desafortunadamente, la ingeniería de cualquier cosa es un equilibrio de compensaciones, y los detalles exactos de cómo se comparan esas compensaciones entre sí es realmente el ingrediente secreto, por lo que "es un secreto" es la única respuesta general que puede obtener. .

3b. Longevidad de las pastillas de freno. Cuanto mejor se detienen, más rápido se desgastan.
1b. Palancas endebles: se aplica algo de fuerza para doblar la palanca, y esto también reduce el recorrido. 1c. el cableado de mala calidad (calidad, enrutamiento, longitud excesiva, curvas) también se desvía
@Criggie tiene razón, pero no es un simple factor unidimensional. Las pastillas más caras (llanta) pueden usar 2 compuestos, o solo uno mejor, que tenga una vida útil decente y un buen poder de frenado. Para los discos, las pastillas sinterizadas tienen una vida útil mucho mejor que la resina y un rendimiento casi idéntico en el mundo real (mejor en mi caso, pero las pastillas de resina de mi MTB están instaladas en pinzas de basura)
No estoy seguro de dónde encaja esto, pero en los sistemas críticos para la seguridad, se debe incorporar la provisión para condiciones menos que perfectas. Podrías imaginar un sistema de frenado que se detenga tan bruscamente como quieras, con la presión de 1 dedo, en seco, pero incluso con 4 dedos, en mojado, tarda mucho más en detenerse. Sin ajustar el estilo de conducción según las condiciones, eso no es seguro. O podrías comprar una bicicleta vieja con llantas cromadas para sentirla por ti mismo. Podría llamar a esto 100% en seco, 20% (compuesto) en húmedo. Un mejor sistema completo podría tener un 90 % seco, un 70 % húmedo o incluso un 80 %/79 %
Según tengo entendido, el punto de las llantas cromadas no es un buen frenado en clima seco (según mi experiencia, es malo en clima seco y terrible en mojado), sino verse bien y brillante y proteger el acero contra la corrosión y el desgaste.
@Criggie: De hecho, me sorprende cuánto pueden durar las buenas pastillas de freno. En la bicicleta de carretera, tengo más de 10 mm en el juego original de pastillas de freno (usando llantas DT Swiss con revestimiento cerámico Oxic™). Y es bastante montañoso aquí ya veces llueve.
Esta es una buena lista de características deseables, pero le agregaría "calidad de modulación".
La modulación de @AdamRice a menudo se cita como complicada, pero nunca he experimentado que sea un problema en los sistemas de frenos. Tal vez estoy acostumbrado a los movimientos finos pero contundentes de las manos en el trabajo, o tal vez solo he tenido suerte incluso con mis frenos baratos. ¿Tiene algunos ejemplos del peor de los casos?
@Michael Probablemente no me quede muy corto en la parte delantera de mi híbrido (la parte trasera se desgasta más rápido a pesar de que la uso mucho menos y tengo guardabarros llenos, debido a la suciedad). Eso es con pastillas de freno Kool-stop de doble compuesto V en AlexRims básicos
@ojs en esa bicicleta, el punto de las llantas cromadas era que el acero era barato en los años 90. Con buenas pastillas, el frenado en seco era aceptable para los desplazamientos (por lo tanto, no a velocidades de carrera, pero sí con mucha necesidad de frenado repentino), pero en mojado realmente necesita accionar los frenos unos buenos 2 m (1 rueda revoluciones) antes de saber que era necesario
@ChrisH para reiterar, el cromado está ahí para hacer que las llantas de acero baratas se vean bien y duren en uso. Hasta donde yo sé, el acero simple, especialmente cuando está oxidado, tendría más fricción.
@ojs rust tendría una fricción muy desigual, lo cual no es deseable, por lo que no considero que el cromo se trate de apariencia, sino de previsibilidad

Hablando de discos hidráulicos, en concreto de las necesidades de MTB.

La energía bruta está relacionada con los materiales de las almohadillas y los discos y con menos pérdidas en la tubería. El sistema hidráulico prácticamente elimina la diferencia en las pérdidas, por lo que los discos más caros vienen con pastillas y rotores con mayor agarre, de los cuales la diferencia es pequeña. Incluso los sistemas hidráulicos más baratos proporcionan potencia bruta más que suficiente en la primera parada. Los frenos más caros proporcionarán la misma potencia en cada una de las muchas paradas posteriores. El freno barato puede ser propenso a desvanecerse antes.

Sin embargo, frenar en una MTB no se trata de que un gorila agarre una palanca y tire tan fuerte como pueda. Se trata de delicadeza. Un buen juego de frenos se puede controlar con precisión con un solo dedo con una respuesta instantánea (desvanecimiento). La pluma se beneficia de una respuesta no lineal: al principio del movimiento de la palanca, el frenado es un freno sutil, más adelante en el movimiento se convierte en potencia bruta. Es necesario minimizar la fricción en el sistema (pistones, pivote de palanca, etc.). La expansión en las mangueras debe reducirse a mínimos absolutos y, como siempre, el peso debe controlarse. Para los gustos del uso de Dowhill, el calor generado en los discos debe disiparse sin sobrecalentar la pinza (más exactamente, el fluido). Mejores frenos hacen todo esto mejor.

Luego están los ajustes. La gama Shimano de Deore SLX a XT son esencialmente los mismos frenos con más ajustes agregados a medida que avanza en la gama. La palanca de agarre Gorilla no se preocupa por los ajustes más finos, muchos MTBers pueden ser bastante particulares sobre dónde está exactamente la palanca y cuánto se mueve antes de que se enganche la almohadilla.

Las mejoras a medida que aumenta el rango de precios son sutiles: la mayoría de los ciclistas notarán la diferencia entre los frenos de $ 30 y $ 1000. Aparte de tener más ajustes, sospecho que pocos notarán una diferencia significativa entre los frenos de $100 y $200.

Luego le agregas el marketing...

Los sistemas hidráulicos baratos pueden ser prácticamente imposibles de purgar (incluso si puede obtener el adaptador correcto o modificar uno para que se ajuste), por lo que nunca puede eliminar por completo el desvanecimiento. También parecen más propensos a lo que deberían ser modos de falla evitables, como fugas, y no puede obtener repuestos para ellos.
Buen punto, estaba pensando específicamente en Shimano barato (del que soy fanático si el precio es un problema), son fáciles de sangrar y, en cuanto a los repuestos, las almohadillas están fácilmente disponibles y son tan baratas y confiables que reemplazarlas a menudo es mejor que el tiempo necesario para darles servicio.
Es probable que pronto esté buscando un sistema hidráulico Shimano barato para reemplazar el Promax en mi rígida. Hay uno o dos que me permitirán usar mi stock de pastillas de repuesto (compré, luego descubrí que la pinza delantera tenía fugas cuando saqué las viejas). Estoy un poco tentado a usar el sistema mecánico porque los BB5 de mi tourer son mucho mejores que los únicos sistemas hidráulicos con los que he tenido que trabajar
@ChrisH Una pequeña opinión basada en el sistema hidráulico aquí, tenga frenos promax en una bicicleta, Shimano deore en la otra (una pista, una XC). La diferencia es la noche y el día. En mi bicicleta shimano, paro cuando quiero parar. en mi bicicleta promax, bueno, digamos que también podría estar tratando de atar los árboles con espaguetis húmedos mientras los paso volando
@Hursey, los promax estaban bien nuevos, pero los shimano MT200 son mucho mejores

Podemos abordar su pregunta desde otro ángulo: ¿Cuáles son las mejoras tangibles en los sistemas de frenado modernos en comparación con los diseños más antiguos?

Dado que el trabajo principal de un freno es convertir el impulso en fricción/calor y disiparlo, el concepto es bastante sencillo.

Los sistemas modernos eliminan más pérdidas entre la palanca y la pinza. Los frenos hidráulicos son el ejemplo más obvio, pero incluso los frenos accionados por cable se benefician de cables resbaladizos, forrados y de baja fricción en una carcasa rígida. Ciertos frenos de llanta de alto rendimiento utilizan rodamientos de bolas en lugar de casquillos en los puntos de pivote para eliminar la mayor cantidad posible de estas pérdidas. Otros ejemplos, como la relación de tracción del cable, explican en parte por qué los frenos en V son tan potentes. Aunque la sensación de la palanca es similar, el freno utiliza aproximadamente el doble de recorrido del cable con la mitad de la fuerza que lo atraviesa, por lo que incluso las esquinas y los puntos de pellizco tienen menor fricción ya que el cable requiere menos tensión.

Otras mejoras se deben a la precisión y consistencia de la fabricación: los frenos de llanta pueden funcionar más cerca de la llanta en las bicicletas de ruta, donde la llanta está maquinada plana y la llanta es una sección de caja rígida que no se distorsiona bajo carga. Esta es parte de la razón por la que los diseños modernos de frenos de carretera se han vuelto más potentes. La elección del material también puede tener un efecto: Mavic produce una llanta llamada Exalith con una superficie recubierta de cerámica texturizada/acanalada y almohadillas muy duras que duran mucho tiempo y brindan más potencia que una llanta estándar debido a los bordes adicionales involucrados.

Los frenos de disco se benefician de tolerancias más estrictas y mejores materiales a un precio más alto: los rotores más avanzados disipan mejor el calor y se deforman menos que los básicos y baratos. Cuanto más calor se pueda disipar, más calor se podrá generar en la interfaz pastilla/rotor mediante el uso de materiales de mayor fricción (p. ej., metálicos). Magura afirma que sus pinzas de 4 pistones brindan más potencia de frenado porque los dos juegos de bordes brindan más potencia de frenado. Sus calibradores de 4 pistones no son mucho más caros que sus calibradores equivalentes de 2 pistones, así que no creo que estén mintiendo sobre esto para que gaste más dinero; es el resultado de una investigación. Pero no todo el mundo quiere ese efecto de frenado extra.
Por supuesto, el uso de un rotor más grande también puede brindar un mejor efecto de frenado, siempre que el rotor pueda calentarse lo suficiente para brindar un efecto de frenado óptimo para el compuesto de la pastilla utilizado.
Los frenos de disco pueden usar tolerancias muy estrechas entre el rotor y la pastilla, lo que maximiza el apalancamiento disponible para la mano. Esta es la razón por la cual los buenos frenos de disco son mucho más efectivos que los frenos de llanta: la llanta siempre necesita algo de espacio para que la llanta se agote, ninguna llanta funciona al 100% durante un paseo, debido a las fuerzas involucradas.

Eso es todo lo que puedo pensar ahora.

Esto ha sido marcado como "no es una respuesta". Creo que aquí hay una respuesta a la pregunta del OP, pero no está claro cuál es esa respuesta. El OP pregunta cuánto de una mejora es posible entre los diseños. Enumeras muchas mejoras posibles, pero no ofreces una mejora de nivel. Recomiendo editar para aclarar cuál es la respuesta a la pregunta del OP.
No creo que eso sea realmente cuantificable, así que tal vez la pregunta sea "no es una pregunta", pero gracias. @jimchristie

He jugado mucho con los frenos de tracción lineales, incluida la modificación de otros tipos de frenos para que se comporten como ellos, la mezcla y combinación de componentes, y he estado usando varios niveles de calidad de componentes, desde rango muy bajo hasta medio.

Descubrí que algunos diseños usan algunas "limitaciones" o características del material de manera inteligente para brindar una mejor experiencia de uso. Por ejemplo, todos los brazos de freno de tracción lineal se flexionan hasta cierto punto, algunos diseños usan esta flexión de una manera que encajan las pastillas en la llanta cuando se arrastra contra las pastillas, lo que le da una especie de "impulso de freno". Esto no es obvio de detectar, pero si el sistema de frenos está correctamente instalado y ajustado, puedes sentir claramente la diferencia.

En otro ejemplo, tuve palancas que parecían bastante comunes al principio, pero al usarlas, noté que habían optimizado el ángulo del perno de ajuste para la posición media del recorrido de la palanca, lo que produce menos fricción total del cable en la región de enganche.

Por lo tanto, incluso si la física básica se entiende bastante bien, todavía puede haber varias mejoras por hacer.

Algunos productos están diseñados, otros son la implementación adecuada de diseños anteriores y otros son simplemente copias (parecidos). Eso cambia mucho el precio de venta. Una empresa que hace ingeniería cobrará por eso. Una empresa que solo fabrica un diseño conocido, puede vender un producto similar por mucho menos.

Otra consideración es que esta "ingeniería" puede no ser lo que uno, como comprador, puede esperar. Algunos productos están diseñados u optimizados para "facilidad de fabricación" u otras medidas de reducción de costos. Por ejemplo, diseñe brazos de freno "suficientemente buenos" que puedan fabricarse con aluminio barato.

Todo eso, independientemente de lo que el marketing diga u oculte al respecto. El marketing utiliza muchos trucos ingeniosos que muchos de nosotros desconocemos. Algunas reseñas que uno ve en línea en realidad pueden ser publicidad no revelada. Algunos productos desarrollan una marca y una reputación y, por lo tanto, "todo el mundo" los considera indiscutiblemente mejores, mientras que en realidad pueden estar "un poco más que bien".

Entonces, ¿por qué o cómo algo vale el precio? Porque la gente está dispuesta a pagar ese precio. Están convencidos y tratarán de convencer a otros de que lo que compraron es mejor, pero puede haber una copia genérica u otra implementación que realmente funcione tan bien, si no mejor, pero sin exageraciones.

Considere que las patentes y otras protecciones legales pueden impedir que tales copias existan comercialmente o legalmente, creando exclusividad, otro elemento que eleva el precio.

¿Cómo equilibran los fabricantes de frenos de bicicleta las limitaciones físicas de sus productos?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v