Personalizza la tua forcella: livelli d’olio e curve di compressione

Personalizza la tua forcella: livelli d’olio e curve di compressione

Daniel Naftali, 12/01/2011
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Daniel Naftali, 12/01/2011

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Spesso capita, nonostante le numerose regolazioni della nostra forcella o a causa dell’assenza di regolazioni di compressione, di non riuscire a tarare la forcella come vorremmo. Le regolazioni idrauliche intervengono su tutto il range della corsa, quindi se vogliamo intervenire solo sulla parte centrale e sull’ultima parte della corsa, ci troviamo costretti a giungere dei compromessi, intervenendo anche sulla prima parte della corsa quando magari non vorremmo.

Uno dei sistemi più utilizzati sulle forcelle open e semi-open bath per modificare la curva di compressione della forcella è quello di variare il livello d’olio.

Vedremo in questo articolo di trattare argomenti quali la curva di compressione, di capire le differenze tra forcelle open bath e semi-open bath e di capire come intervenire per personalizzare la curva di compressione della nostra forcella, in modo da settarla esattamente come più si addice al nostro stile di guida o ai nostri percorsi.

La curva di compressione

Partiamo con un piccolo accenno teorico. Vediamo di capire che cos’è questa famosa curva di compressione delle sospensioni di cui tanto si parla e cosa si intende con i termini sospensione “progressiva”, “regressiva” e “lineare”.

Cominciamo con l’analizzare cosa succede ad una forcella durante l’uso. L’impatto con gli ostacoli produce delle sollecitazioni che vanno a comprimere la nostra forcella. A seconda dell’entità di queste sollecitazioni la forcella affonderà di un determinato valore che dipende da moltissimi valori: set-up, tipologia di elemento elastico, peso rider, geometrie bici, distribuzione del peso, ecc, ecc.

Supponiamo di isolare la nostra forcella e di metterla su un banco prova. Sottoponiamo la nostra forcella ad una sollecitazione di compressione e riportiamo su di un grafico in ordinata la forza di compressione ed in ascissa l’affondamento della forcella quando è sottoposta a quella determinata forza di compressione: otteniamo il diagramma della curva di compressione.

Come si può vedere dal grafico, la curva di compressione può avere 3 andamenti: può crescere in maniera progressiva (derivata seconda sempre maggiore di zero), può crescere in maniera lineare (derivata seconda sempre uguale a zero), può crescere in maniera regressiva (derivata seconda sempre minore di zero). Analizziamo i vari casi:

1. Curva di compressione progressiva: l’incremento dell’affondamento segue un andamento non lineare e la concavità della curva è rivolta verso l’alto. In pratica la forcella diventa sempre più dura mano a mano che si procede con l’affondamento. Una forcella di questo tipo sul campo risulterà molto morbida nella prima parte della corsa, risultando molto burrosa sulle piccole asperità. Su sollecitazioni di medio-grossa entità invece la forcella sarà più dura. Si può quindi utilizzare una taratura che garantisca un ottimo assorbimento dei piccoli urti, evitando comunque che la forcella affondi eccessivamente (e vada a fine corsa) anche in caso di sollecitazioni importanti.

2. Curva di compressione lineare: l’incremento dell’affondamento segue un andamento lineare. La forcella quindi ha una resistenza all’affondamento costante su tutta la corsa e la risposta sarà uguale anche se la forcella è stata già compressa da un urto precedente o da un avvallamento. Sul campo una forcella di questo tipo risulta leggermente più dura nella parte iniziale della corsa e poco sostenuta nella parte centrale, garantendo però una buona capacità dia assorbimento dei medi urti, anche a sospensione parzialmente compressa. La protezione dai fondo corsa non è delle migliori, a meno di non indurire particolarmente l’elemento elastico, riducendo però l’assorbimento dei piccoli urti.

3. Curva di compressione regressiva: l’incremento dell’affondamento segue un andamento non lineare e la concavità della curva è rivolta verso il basso. In pratica la sospensione diventa sempre più morbida mano a mano che si procede con l’affondamento e tende ad affondare con molta facilità fino al fine corsa. Una sospensione di questo tipo è poco efficiente, in quanto tende a mangiare corsa in maniera eccessiva, insaccandosi. Infatti si parla di comportamento regressivo solo per i carri posteriori. Un carro regressivo infatti abbinato ad un ammortizzatore ad aria (progressivo per sua natura) comporterà una sospensione posteriore (insieme di carro ed ammortizzatore) nel complesso lineare. La sospensione posteriore può comunque essere regressiva nella prima parte della corsa fino al valore di sag per migliorare il comportamento in fase di lavoro negativa (avvallamenti, ecc) e per migliorare la resa in pedalata (la bici tende ad assestarsi nella posizione di sag senza ondeggiare). Naturalmente poi la curva di compressione della sospensione posteriore deve diventare lineare o progressiva nella parte di corsa successiva al valore di sag, altrimenti la sospensione diventa inefficiente, come visto prima.

Risulta quindi evidente che la curva di compressione è un parametro su cui si può intervenire per variare il comportamento della sospensione. Se ad esempio sentiamo che la forcella tende ad andare troppo facilmente a finecorsa, è poco sostenuta a metà corsa e per non andare a pacco dobbiamo tenere una durezza dell’elemento elastico troppo elevata, che penalizza il comportamento sui piccoli urti, significa che la forcella è troppo lineare e dovremo intervenire per renderla più progressiva. Al contrario se non riusciamo a sfruttare tutta la corsa anche con valori di sag elevati, allora la nostra forcella è troppo progressiva.

Intervenire sulla curva di compressione permette di intervenire separatamente sulla seconda parte dell’escursione, senza intervenire su tutta la corsa come si fa con le regolazioni di compressione idraulica.

Forcelle open bath e forcelle semi-open bath

Le forcelle si possono dividere in due grosse categorie a seconda di come è realizzata l’idraulica: le forcelle a cartucce sigillate, in cui l’olio non è a contatto con l’aria ma separato da essa tramite un polmone in gomma, e le forcelle open e semi-open bath, in cui l’aria è diretto contatto con l’olio.

Nelle forcelle open e semi-open bath, il fatto che l’aria sia a diretto contatto dell’olio fa si che si possa variare agevolmente il livello dell’olio per gestire la quantità di aria presente in questa “camera di espansione”. La quantità di aria presente, come vedremo in seguito, permette di modificare la curva di compressione.

Analizziamo ora come funzionano i sistemi open bath e semi-open bath.

FORCELLE OPEN BATH

Nelle forcelle open bath (o a bagno aperto) fodero e stelo sono comunicanti. Il fodero è completamente pieno di olio e lo stelo è pieno fino ad un certo livello, detto livello di pelo libero dell’olio. Sopra il pelo libero, al di sotto del tappo della forcella è presente l’aria.

A sinistra possiamo vedere la forcella estesa. Il fodero è completamente pieno d’olio fino alle tenute, lo stesso olio utilizzato dell’idraulica che svolge la funzione di lubrificale le boccole su cui scorre lo stelo. Lo stelo sul fondo è aperto e comunicante con il fodero. Lo stelo è parzialmente pieno d’olio fino ad un determinato livello, sopra il quale è presente l’aria. Sul piede del fodero è ancorata un’asta su cui si fissa la valvola del ritorno.

Durante l’affondamento lo stelo entra nel fodero. L’ingresso dello stelo determina una riduzione di volume del fodero, in quanto parte del volume prima occupato dall’olio viene occupato dalle pareti dello stelo, che hanno un loro spessore. L’olio prima presente nel fodero, non potendo fuoriuscire perché sigillato con le tenute, fluisce quindi all’interno del fodero, attraversando la valvola del ritorno (che esercita un frenatura unidirezionale e quindi non oppone resistenza) e va a comprimere l’aria imprigionata sotto il tappo, che viene pressurizzata. Sotto il livello di pelo libero sono posizionate eventuali regolazioni idrauliche, che funzionano grazie al flusso di olio che si muove verso l’alto. In fase di estensione l’olio compie il cammino inverso, rifluendo nel fodero ed attraversando la valvola di ritorno, che questa volta frenerà l’estensione della forcella.

Forcelle open bath sono molti modelli di Marzocchi oppure alcuni modelli di Fox (tutti i modelli da XC di F series, Float 32, Van 32, Talas 32 non FIT, forcelle della serie 36 R).

FORCELLE SEMI-OPEN BATH

Nelle forcelle semi-open bath (a bagno semi aperto) fodero e stelo non sono comunicanti. L’olio dell’idraulica è posizionato all’interno dello stelo, chiuso sul fondo. All’esterno dello stelo, nel fodero è presente una piccola quantità di olio che ha il compito di lubrificare le boccole su cui scorre lo stelo.

A sinistra possiamo vedere la forcella estesa. Lo stelo è parzialmente pieno d’olio fino ad un livello di pelo libero, al di sopra del quale come nelle forcelle open bath c’è l’aria, racchiusa sotto un tappo. Al di sotto dello stelo, nel fodero, vi è una piccola quantità di olio che svolge il compito di lubrificazione. La parte inferiore dello stelo è chiusa da un tappo, al cui interno (sigillato da apposite guarnizioni) scorre un’asta su cui è ancorata la volava del ritorno.

Durante l’affondamento l’asta, su cui è posizionata la valvola del ritorno, si muove verso l’alto portando con se anche la valvola stessa. L’ingresso dell’asta all’interno dello stelo provoca una riduzione di volume. L’olio viene spinto verso l’alto e comprime l’aria. Il flusso di olio che si muove verso l’aria attraversa eventuali valvole idrauliche che gestiscono la compressione. La valvola di ritorno, esercitando una frenatura unidirezionale, si muove liberamente verso l’alto. Durante la riestensione invece l’olio tende fluire verso il basso in quando l’asta, a cui collegata la valvola di ritorno, viene trascinata verso il basso ed esce dallo stelo. Il movimento della valvola di ritorno verso il basso viene invece frenato determinando la frenatura in estensione.

Forcelle semi-open bath sono essenzialmente tutte le Rock Shox e quelle di molti altri produttori.

VANTAGGI E SVANTAGGI.

Inutile dire che il sistema più evoluto (semi open bath) risulta essere migliore. I vantaggi sono molteplici, in particolare:

– Minore quantità di olio necessaria e quindi minor peso
– L’olio dell’idraulica è completamente isolato dall’esterno e non viene contaminato dall’ingresso di sporco o polvere che può attraversare i raschia polvere.
– L’olio di lubrificazione del fodero può essere sostituito con frequenza senza che si vada a modificare ogni volta il livello d’olio e quindi il comportamento della forcella.

Tra gli svantaggi, invece:

– Revisione più complicata in quanto si devono riempire due serbatoi d’olio.

Il livello d’olio: come cambiare la curva di compressione della forcella.

Durante la fase di compressione della nostra forcella, l’aria viene compressa a causa della riduzione di volume dovuta all’ingresso dello stelo nel fodero (forcelle open bath) o dell’ingresso dell’asta nello stelo (forcelle semi-open bath), che spinge l’olio verso l’alto.

L’aria quindi parte da una situazione di pressione ambientale (1atm) e viene compressa aumentando la sua pressione. L’aumento di pressione dell’aria fa si che questa eserciti una spinta sul peli libero dell’olio, una spinta che si oppone alla compressione e tende a far ristendere la nostra forcella.
La spinta esercitata dall’aria sull’olio costituisce una resistenza all’affondamento (Ra), che si somma alla resistenza all’affondamento offerta dall’elemento elastico (Re) posizionato nell’altro stelo, che sia una molla o una camera pneumatica poco importa.

La natura delle due resistente è diversa. La resistenza offerta dall’elemento elastico (Re) è una resistenza che cresce in maniera lineare su tutta la corsa nel caso di una molla o in maniera leggermente progressiva per quanto riguarda l’aria, ma comunque piuttosto linearmente. La resistenza offerta dall’aria nell’idraulica (Ra) è invece molto progressiva. Essendo la quantità di aria presente nello stelo molto ridotta, l’aumento di pressione e la conseguente resistenza all’affondamento indotta (Ra) subisce un drastico incremento con l’aumentare della corsa utilizzata.

Analizziamo con più dettaglio cosa succede. Nel diagramma rappresentato (tracciamento qualitativo, ndr) vediamo rappresentate come variano, col procedere della corsa, le due resistenze all’affondamento: la resistenza offerta dall’elemento elastico (Re, in rosso) e la resistenza offerta dall’aria presente nello stelo (Ra). In blu è invece rappresentata la resistenza totale all’affondamento, quella che poi determina il comportamento della forcella, che non è altro che la somma delle due resistenze Ra ed Re.

Come possiamo vedere in questo caso la forcella è a molla e la curva di compressione dell’elemento elastico (Re) è perfettamente lineare. La curva di compressione della camera di espansione (Ra) ha invece un andamento progressivo. La risultante (resistenza totale) data dalla somma di Ra ed Re avrà un andamento inizialmente piuttosto lineare (Ra ha inizialmente un andamento pressoché lineare ed infatti non si discosta molto da Re) per poi diventare gradualmente progressiva all’incirca oltre metà della corsa (visto che Ra si discosta da Re a forbice crescendo esponenzialmente). Il comportamento della sospensione sarà quindi inizialmente pressoché lineare per diventare progressivo nella seconda parte della corsa.

SU COSA POSSIAMO INTERVENIRE QUINDI PER CAMBIARE LA CURVA DI COMPRESSIONE?

Beh la risposta a questo punto è ovvia. Possiamo intervenire in due modi per variare la curva di compressione totale, rappresentata nel precedente diagramma in blu:

– Modificando la durezza dell’elemento elastico: variando quindi la Re. In questo modo tuttavia interveniamo su tutta la corsa.

– Modificando la resistenza offerta dall’aria nello stelo idraulico (Ra): in questo modo interveniamo praticamente solo sulla seconda parte della corsa, aumentando o riducendo il divario tra le due curve e quindi variando la pendenza del secondo tratto della curva blu di resistenza totale.

Se per modificare la durezza dell’elemento elastico è sufficiente cambiare la molla o variare la pressione della camera pneumatica, vediamo come intervenire sulla Ra.

La variazione della Ra dipende essenzialmente dalla quantità di aria presente sopra l’olio nello stelo dell’idraulica. Cominciamo col dire che la quantità di olio spostata verso l’alto dall’ingresso dello stelo o dell’asta è sempre costante e dipende esclusivamente dal volume occupato dallo stelo o dall’asta stessi.

Con il variare della quantità di aria (volume) presente sopra l’olio, si configurano due condizioni:

– Elevato volume di aria (livello olio basso): durante la compressione si passa da una pressione ambientale (1 atm) a forcella estesa ad pressione non eccessivamente elevata a forcella completamente compressa. Il volume residuo di aria a forcella compressa è infatti piuttosto elevato e la pressione dell’aria quindi non aumenta in maniera eccessiva. Poiché la resistenza all’affondamento (Ra) è linearmente dipendente alla pressione, la curva di variazione di Ra sarà solo leggermente progressiva (viola).

– Basso volume di aria (livello olio alto): durante la compressione si passa da una pressione ambientale (1 atm) a forcella estesa ad pressione molto più elevata a forcella completamente compressa. Il volume residuo di aria a forcella compressa è infatti piccolo e l’aria viene fortemente compressa, determinando il raggiungimento di pressioni elevate. Poiché la resistenza all’affondamento (Ra) è linearmente dipendente alla pressione, la curva di variazione di Ra sarà fortemente progressiva (rosso).

A questo punto risulta chiaro che variando il livello d’olio si ottengono i seguenti risultati:

– Aumento della quantità di olio: la forcella diventa più progressiva sulla seconda metà della corsa. La resistenza aumenta sempre di più mano a mano che ci si avvicina al fondo corsa.

– Riduzione della quantità di olio: la forcella tende a diventare più lineare nella seconda metà della corsa. L’incremento di resistenza verso il fondo corsa rimane più basso e la forcella diventa maggiormente lineare.

QUANTO VARIARE IL LIVELLO D’OLIO?

A questa domanda non c’è una precisa risposta. Dipende da molti fattori: volume dell’aria previsto in fase di progettazione, stile di guida, tipologia di elemento elastico, gusti personali.

Le forcelle tendenzialmente sono molto sensibili alle variazioni di volume e generalmente variazioni dell’ordine di 2cc nelle forcelle a bagno semi-aperto sono già sensibili nella guida. Nelle forcelle a bagno aperto la sensibilità è inferiore, quindi bisogna lavorare su variazioni più grosse.

Poiché si tratta di un procedimento facilmente reversibile (variare il livello d’olio nella maggior parte dei casi non richiede di smontare tutta la forcella, ma solo di aprire un tappo e poi aspirare o aggiungere a piacimento l’olio), il consiglio che do è di procedere per gradi, partendo dai valori di riferimento consigliati dalla casa, fino al raggiungimento del risultato voluto.
Prendere sempre nota di quanto olio si aggiunge o si toglie in modo di poter ripristinare il valore ottimale ad un successivo cambio d’olio.