Ammortizzatori ad aria: cosa scegliere per prevenire il surriscaldamento?

Ammortizzatori ad aria: cosa scegliere per prevenire il surriscaldamento?

Daniel Naftali, 17/07/2013
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Daniel Naftali, 17/07/2013

di Daniel Naftali

Il mercato delle sospensioni, ed in particolare quello degli ammortizzatori posteriori è sempre in fermento: nuovi prodotti e nuove soluzioni escono ad ogni stagione. Se da un lato novità e nuove soluzioni tecniche permettono di ottenere anno dopo anno prodotti sempre più performanti, dall’altro l’ampia possibilità di scelta può confondere anche un biker piuttosto esperto. Tra le varie tipologie di ammortizzatore che ci sono in commercio, quale sarà quella più adatta alle nostre esigenze? A cosa serve il piggy back? Quali sono i vantaggi degli ammortizzatori ad alto volume? Cercheremo di scoprirlo nell’articolo di oggi.

Tralasciando gli ammortizzatori a molla, che hanno una destinazione d’uso piuttosto specifica (freeride e DH), gli ammortizzatori ad aria si possono suddividere in tre categorie:

  • Ammortizzatori tradizionali: sono i classici ammortizzatori “a barilotto”, di forma cilindrica, in cui il circuito idraulico è contenuto integralmente nello stelo.
  • Ammortizzatori con piggy back: simili agli ammortizzatori tradizionali, questi modelli presentano, oltre al manicotto principale, un serbatoio esterno sul dorso dell’ammortizzatore. L’idraulica è posizionata, almeno in parte, nel serbatoio.
  • Ammortizzatori high volume: nati per emulare gli ammortizzatori a molla, questi prodotti presentano delle camere pneumatiche molto grosse. Il comportamento è simile a quelli a molla e sono pensati per gli usi più gravosi. Per questo motivo hanno sempre il piggy back.

Vedremo più avanti le caratteristiche delle tre “famiglie”, per ora accontentiamoci di questa semplice classificazione.

Il nemico degli ammortizzatori: il calore

Prima di occuparci delle differenze tra le varie categorie, è il caso di introdurre una problematica che interessa tutti gli ammortizzatori ad aria: il surriscaldamento.

A differenza della forcella, in cui il rapporto di compressione è 1:1, negli ammortizzatori posteriori questo rapporto è solitamente compreso tra 1:2 ed 1:3. Questo che cosa comporta all’atto pratico? Semplice: per ogni centimetro di corsa dell’ammortizzatore, la ruota si muoverà dai 2 ai 3 centimetri. Questo determina una serie di problemi:

  • L’idraulica è maggiormente stressata in quando deve esercitare una frenatura maggiore (da doppia a tripla)
  • La superficie a contatto con l’aria, tramite la quale viene dissipato il calore, è piuttosto limitata. Una forcella è alta più di mezzo metro, un ammortizzatore è lungo poche decine di centimetri. Questo comporta una notevole difficoltà nel dissipare il calore.

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Se quindi per la forcella il problema del surriscaldamento è quasi sempre trascurabile, diverso è il discorso per gli ammortizzatori.

Il calore in una sospensione ad aria viene generato da due fattori:

  • L’attrito delle guarnizioni che, scorrendo sul metallo, generano calore. Le guarnizioni in gomma, per essere a tenuta ermetica, devono essere molto “schiacciate” (precaricate, per usare un termine tecnico). Questo comporta un elevato attrito quando le parti sono in movimento e la conseguente produzione di calore. Per ovviare almeno in parte a questo problema si utilizzano oli lubrificanti e grasso.
  • L’idraulica ha il compito di gestire la velocità di compressione e riestensione, frenando la sospensione in maniera opportuna durante le due fasi. Per compiere questa funzione, l’olio deve disperdere l’energia cinetica e lo fa trasformandola in calore. Fluendo in maniera forzata attraverso le valvole idrauliche, l’olio si scalda e fa scaldare tutto quello che lo circonda.

Nelle forcelle la camera pneumatica e l’idraulica sono di solito separate: la prima è in genere posizionata nello stelo sinistro, la seconda nello stelo destro. Nell’ammortizzatore invece lo spazio a disposizione è limitato e l’idraulica si trova all’interno della camera pneumatica.

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Come vediamo in questo semplice schema, l’olio in un ammortizzatore di tipo tradizionale, è contenuto all’interno dello stelo che durante la compressione penetra all’interno della camera pneumatica.

L’olio, durante lo smorzamento, si scalda producendo calore che può essere dissipato esclusivamente dalla porzione di stelo che rimane fuori dal manicotto. L’aria infatti è un ottimo isolante e rende difficoltoso lo scambio termico con l’ambiente esterno. Il calore viene quindi ceduto all’aria contenuta nella camera pneumatica, che si scalda.

L’attrito delle guarnizioni, che fanno tenuta sullo stelo, determina poi un ulteriore surriscaldamento della parete dello stelo, dell’olio contenuto al suo interno e dell’aria contenuta nel manicotto.

Il risultato è che lo scambio termico è molto difficoltoso e l’ammortizzatore tende ad accumulare calore, surriscaldandosi.

Gli effetti del calore sull’ammortizzatore

Abbiamo quindi capito che gli ammortizzatori scaldano, ma come mai questa loro caratteristica è così problematica? Vediamo di analizzare il problema più nel dettaglio.

Il primo problema riguarda il surriscaldamento dell’aria.

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Nella foto qui sopra è schematizzata la modalità con cui il calore si diffonde nella camera pneumatica. Per via degli attriti con le guarnizioni e l’attrito viscoso dell’olio, la parte interna dell’ammortizzatore si scalda (parti contrassegnate in rosso). Il calore da queste superfici si diffonde, scaldando progressivamente l’aria all’interno del manicotto.

Come ci insegna la fisica, se l’aria si scalda aumenta la sua pressione. L’aumento di temperatura determina un indurimento della sospensione, ottenendo un effetto analogo a quello che si ottiene gonfiando l’ammortizzatore con l’apposita pompetta. Naturalmente più aria si ha a disposizione, più tempo è necessario perché aumenti di una certa temperatura e minore sarà l’effetto sulla performance della sospensione.

La temperatura ha però anche degli effetti sull’olio:

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Scaldandosi l’olio cambia la sua viscosità, per la precisione diventa più fluido. La riduzione della viscosità determina un diverso comportamento dell’idraulica, che lavorando con un olio più fluido, perderà efficienza. Per questo motivo, specialmente sugli ammortizzatori, è fondamentale utilizzare oli ad elevate prestazioni, in grado di mantenere costanti le proprie caratteristiche fisiche anche ad elevate temperature.

Un altro aspetto da non sottovalutare è poi la dilatazione delle parti metalliche. Gli ammortizzatori sono realizzati con precise tolleranze ed il riscaldamento differenziato dei vari elementi può ridurre la scorrevolezza della sospensione. Prendiamo un caso tipico:

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Lo stelo è la parte che si scalda maggiormente e la sua dilatazione determina un aumento di diametro. Il manicotto esterno tende però a scaldarsi meno, la sua dilatazione è quindi inferiore. Lo stelo caldo, dilatato, quindi risulta più grosso di quando è freddo e schiaccia maggiormente le guarnizioni incrementando l’attrito. Per questo motivo la scelta dei materiali è fondamentale nella progettazione degli ammortizzatori, sono numerosi i prodotti che quando si surriscaldano presentano problemi di scorrevolezza.

Ultimo ma non meno importante è il degrado delle guarnizioni.

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Il calore determina un degrado chimico delle guarnizioni che tendono a seccarsi ed indurirsi. Le guarnizioni secche possono causare una perdita della tenuta ermetica, con conseguente malfunzionamento dell’ammortizzatore (perdita di aria e olio o passaggio di aria all’interno dell’olio). Si tratta di effetti che non sono percepibili sul breve termine, ma che impongono degli intervalli di manutenzione più stretti.

Insomma, c’è poco da fare: il calore è un problema, meno l’ammortizzatore si scalda, meglio funzione e meno richiede manutenzione. La soluzione? Creare ammortizzatori che non surriscaldino, ma per fare ciò si deve incrementare peso.

A seconda della destinazione d’uso della bici, andremo a stressare in maniera diversa la sospensione posteriore. Nel cross country non si raggiungeranno mai gli stress di discipline gravity come l’enduro o il DH, così come in ambito gravity un leggero aggravio di peso non è così importante se compensato da un miglioramento delle prestazioni.

Per questo motivo i produttori propongono diverse tipologie di ammortizzatori pensati per diversi stili di riding.

Ammortizzatori di tipo tradizionale

Gli ammortizzatori di tipo tradizionale, ovvero quelli senza piggy back, sono quelli sicuramente più diffusi.

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La loro forma cilindrica è caratteristica e li rende inconfondibili. Le loro ridotte dimensioni ed il peso molto contenuto, li rendono particolarmente adatti alle discipline più pedalate, quali il cross contry, il marathon, l’escursionismo e l’all mountain leggero.

Come evidenziato prima però, il problema di questi ammortizzatori è che hanno l’idraulica completamente contenuta all’interno dello stelo. C’è quindi poco olio, che si scalda facilmente e la dissipazione del calore è piuttosto difficoltosa a causa della superficie ridotta a contatto con l’aria.

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Prendendo in esame la sezione dell’ammortizzatore, notiamo come l’olio, durante l’utilizzo, si trovi quasi sempre nella porzione di stelo che lavora all’interno della camera pneumatica: la dissipazione del calore risulta piuttosto difficoltosa e l’aria tende a scaldarsi. Anche nella zona delle valvole idrauliche, dove si produce calore, la dispersione dello stesso risulta problematica per lo stesso motivo.

La camera di espansione poi, fondamentale per il funzionamento dell’ammortizzatore, è collocata all’interno dello stelo, in una posizione in cui si scalda facilmente. Il surriscaldamento e la conseguente espansione dell’aria nella camera d’espansione determinano un indurimento dell’ammortizzatore.

Insomma, è evidente che il layout di questi ammortizzatori è pensato più per il peso che per le prestazioni. Il vantaggio di questi prodotti è proprio che pesano ed ingombrano poco.

Per questi motivi gli ammortizzatori senza piggy back sono indicati per gli usi più tranquilli: XC, marathon, escursionismo ed all mountain leggero.

Ammortizzatori con piggy back

Una volta dedicati esclusivamente all’ambito gravity, con l’evoluzione dell’all mountain e dell’enduro e la nascita di biciclette dalle medie escursioni sempre più performanti, gli ammortizzatori con piggy back stanno venendo sempre più rivalutati dai vari produttori.

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La forma in genere è la stessa degli ammortizzatori tradizionali, con l’aggiunta del serbatoio dell’olio: il piggy back.

Analizzando la sezione, si notano alcune interessanti caratteristiche:

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Innanzitutto notiamo subito che la quantità di olio è superiore: lo stelo è completamente pieno (non c’è la camera di espansione) ed oltre all’olio nello stelo c’è anche quello contenuto nel piggy back. La superficie di contatto tra l’olio e l’ambiente esterno è poi notevolmente maggiore rispetto ad un ammortizzatore tradizionale: oltre allo stelo c’è tutta la superficie del serbatoio.

La valvola idraulica di compressione, la più stressata, è poi posizionata sul serbatoio esterno, praticamente a contatto con l’aria esterna: in questo modo il calore viene dissipato immediatamente, senza che vada a surriscaldare altri componenti.

Ultimo ma non meno importante è poi che la camera di espansione è posizionata lontano dalla camera pneumatica e dai punti caldi dell’ammortizzatore: in questo modo l’aria al suo interno non si surriscalda ed il comportamento della sospensione risente meno del surriscaldamento.

Questo tipo di ammortizzatori è insomma pensato per assicurare migliori performance alle alte temperature, con un funzionamento più costante, anche sotto stress. Il rovescio della medaglia è purtroppo il peso, più alto per la presenza del serbatoio esterno e di una quantità di olio maggiore.

Per questi motivi le destinazioni d’uso di questi ammortizzatori sono l’all mountain spinto e l’enduro. Il peso è ancora accettabile, siamo nell’ordine di 100-150g in più rispetto all’analoga versione senza serbatoio supplementare.

Ammortizzatori ad aria ad alto volume

Nati con l’intento di sostituire gli ammortizzatori a molla nelle discipline gravity per eccellenza (freeride e DH), questi ammortizzatori ad aria sono pensati per gli usi più gravosi.

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L’idea dell’ammortizzatore ad alto volume nasce con l’intento di emulare una molla: una camera d’aria molto voluminosa è infatti tendenzialmente lineare.

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Le caratteristiche principali di questi ammortizzatori sono due: la camera pneumatica molto voluminosa e l’elevata quantità di olio del circuito idraulico.

Le grosse dimensioni della parte aria assicurano un duplice vantaggio: da un lato la superficie esposta all’ambiente è molto alta, quindi dissipa facilmente il calore. Dall’altro l’elevata quantità di aria richiede più tempo per surriscaldarsi, assicurando un ottimo livello di prestazioni anche su discese lunghe ed impegnative.

Lo stesso discorso si può fare per il reparto idraulico: tanto olio e tanta superficie di raffreddamento, riducono il rischio di surriscaldamento.

Naturalmente trattandosi di ammortizzatori prettamente discesistici, il peso passa in secondo piano: siamo attorno al mezzo chilo, 150g in più rispetto ad un ammortizzatore con piggy back, il doppio rispetto ad un ammortizzatore tradizionale.

Visto il peso piuttosto elevato, questi ammortizzatori sono consigliati per un uso gravity, dove la performance delle sospensioni è più importante di qualche etto in più. Ciò non toglie che anche in enduro, disciplina in cui le sospensioni sono piuttosto sollecitate, questa tipologia di ammortizzatori non sia indicata. Spesso un comportamento più plush, simile alla molla ma senza un eccessivo aggravio di peso, spinge molti pedalatori ad orientarsi su questo prodotto per avere il massimo delle prestazioni in discesa.

Insomma il mercato è piuttosto vasto, ma non possiamo certo lamentarci di tutto ciò. La vasta scelta che oggi abbiamo a disposizione ci permette di scegliere la soluzione più adatta alle nostre esigenze. Non ci importa del peso e vogliamo un ammortizzatore che funzioni come uno a molla? Ne prendiamo uno ad aria ad alto volume. Vogliamo risparmiare ogni grammo per rendere la nostra bici un missile in salita? Prendiamo un ammortizzatore tradizionale, magari con corpo in carbonio.