Tutto quello che non sapevate sul Motion Control

Tutto quello che non sapevate sul Motion Control

29/12/2010
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29/12/2010

Bentrovati con il consueto appuntamento settimanale con il tech corner!

Nonostante sia stato introdotto ormai parecchi anni fa, il sistema di smorzamento idraulico Motion Control è tutt’ora utilizzato, con qualche piccolo aggiornamento, su tutta la media e alta gamma delle forcelle Rock Shox da XC, marathon, trail e AM e anche su forcelle enduro, FR e DH di media gamma.

Vista la sua larghissima diffusione, vedremo in questo articolo di capire come funziona questa cartuccia idraulica.

Motion Control: che cos’è?

Il Motion Control è una cartuccia idraulica con il compito di gestire lo smorzamento idraulico della velocità di compressione, ovvero di frenare più o meno la velocità di affondamento a seconda delle preferenze dell’utente, e di gestire un meccanismo di blocco idraulico con soglia di sblocco (gate).

Il sistema permette quindi di:

– Regolare la velocità di compressione low speed fino ad arrivare al bloccaggio
– Regolare la soglia di sblocco della forcella, ovvero la forza necessaria per disattivare il blocco idraulico della forcella.

La cartuccia è posizionata all’interno dello stelo DX e per la gestione idraulica, utilizza dell’olio di viscosità 5W presente all’interno dello stelo. Quest’olio è separato da quello di lubrificazione delle boccole (posizionato esternamente allo stelo). Inoltre l’olio non riempie completamente l’interno dello stelo fino al tappo superiore, ma rimane una parte di aria, che funziona da camera di espansione. Per questi due motivi il sistema adottato da Rock Shox si chiama “semi-open” bath, ovvero a bagno semi aperto, nel senso che l’olio di gestione dell’idraulica è diverso da quello di lubrificazione, ma è a diretto contatto con l’aria della camera di espansione e non separato tramite un polmone (cartucce Fox) o un pistone flottante (IFP).

[img]http://foto.mtb-forum.it/data/603/medium/024.png[/img]

Il pistone (grigio), entrando nello stelo provoca una riduzione di volume dello stelo stesso. L’olio viene spinto verso l’alto e comprime l’aria intrappolata tra tappo superiore e superficie di pelo libero dell’olio.

Questo sistema semi-open bath è particolarmente vantaggioso in quanto unisce sia i vantaggi del sistema a cartucce sigillate (l’olio di lubrificazione delle boccole, che tende a sporcarsi più velocemente, è separato da quello dell’idraulica, che tenderà a rimanere pulito più a lungo) che quelli delle cartucce open-bath (possibilità di personalizzare il comportamento della forcella variando il livello d’olio).

Motion Control: com’è fatto?

Esistono diverse versioni di Motion Control, ma il principio di funzionamento è pressoché identico:

Nell’ordine, da SX a DX vediamo: cartuccia Motion Control montata, Motion Control smontato e Blackbox Motion Control. Come si può vedere il Blackbox Motion Control differisce dalla versione normale per avere l’elemento elastico in titanio invece che in plastica. Inoltre la valvola di compressione e blocco è più lavorata, per gestire meglio la regolazione di compressione (doppio flusso, vedremo in seguito cosa significa). Anche i materiali nella versione Blackbox sono di qualità superiore.

Vediamo ora da quali parti è composta la cartuccia. Prenderemo in esame la cartuccia standard, sapendo che comunque le parti e i principi di funzionamento sono gli stessi e quello che può cambiare sono i materiali, le lavorazioni della valvola e la molla.


Come si può vedere la cartuccia è composta, partendo dalla testa della forcella e procedendo verso i foderi, da:

1. Registri: posizionati sulla testa della forcella, sono costituiti da due pomelli. Un pomello blu che regola la compressione low speed e un pomello dorato che regola il Gate, o soglia di sblocco (regolazione non presente su alcune forcelle di media gamma, in quanto la soglia di sblocco è preimpostata dalla casa). In alcune forcelle con comando remoto (poplock) il pomello blu di regolazione della compressione è sostituito da una rotella che viene azionata dal cavo.

2. Tappo superiore: si tratta dell’elemento che chiude e sigilla la camera dell’olio (lo stelo). Deve garantire la tenuta pneumatica ed idraulica, di conseguenza è posizionato un o-ring sulla parte superiore del filetto.

3. Elemento elastico: si tratta di una molla o di un elastomero che viene compresso quando il flusso dell’olio non riesce a passare attraverso la valvola #4 perché parzializzata o chiusa.

4. Valvola di compressione e blocco: si tratta di una semplice valvola idraulica con il compito di parzializzare fino a chiudere un orifizio attraverso cui defluisce l’olio. Se la valvola è parzializzata, la cartuccia ridurrà la velocità di compressione, se la valvola è completamente chiusa la cartuccia bloccherà la forcella.

Nei prossimi paragrafi vedremo di analizzare meglio il ruolo degli elementi #3 e #4.

Compressione e blocco.

Vediamo ora di analizzare il funzionamento della valvola di compressione e blocco (#4). Il funzionamento di questa valvola è molto semplice.

Cominciamo con una piccola premessa, prendendo come riferimento il disegno 2 del paragrafo precedente. Cerchiamo di capire che cosa genera il flusso d’olio attraverso la cartuccia, visto che questa è solidale con lo stelo. Per chi non fosse pratico di sospensioni, dobbiamo spiegare che all’interno della forcella è presente un’asta (uno stelo di un pistone) fissata sui piedi dei foderi della forcella e che entra nello stelo durante la compressione. Mano a mano che la forcella si comprime quest’asta entra all’interno dello stelo e, causando una riduzione di volume a causa della sua presenza, va a spingere l’olio verso l’alto, andando a comprimere l’aria della camera di espansione (in questo caso si tratta semplicemente di aria posizionata sotto il tappo, a diretto contatto con l’olio). Si genera quindi un flusso d’olio che attraversa la cartuccia del Motion Control. La quantità di olio che fluisce attraverso la cartuccia è direttamente proporzionale all’affondamento della forcella.

Prendiamo queste due foto come riferimento:

Come possiamo vedere la valvola di blocco funziona parzializzando un orifizio. La parzializzazione avviene con la rotazione relativa dei due elementi: il tappo inferiore nero e la rondella dorata, opportunamente sagomata. La rotazione della rondella dorata permette di aprire, parzializzare o chiudere completamente l’orifizio, gestendo la compressione.

Il tappo nero che si vede in foto presenta un o-ring che, facendo tenuta sullo stelo, impedisce all’olio di fluire attorno ad esso. L’olio quindi è vincolato a fluire all’interno dell’orifizio. A seconda di quanto è aperto l’orifizio, varierà il flusso di olio che può fluire attraverso di esso. Se l’orifizio è completamente aperto potrà passare una grosso flusso di olio e la forcella sarà libera di comprimersi. Mano a mano che l’orifizio viene parzializzato, minore sarà in flusso d’olio che può attraversarlo: la forcella sarà costretta a comprimersi più lentamente per permettere il deflusso dell’olio. Se invece l’orifizio è completamente chiuso, la forcella non potrà comprimersi e risulterà bloccata.

Ricordiamo che con il termine flusso si indica la quantità di olio che fluisce attraverso l’orifizio in dato preciso istante.

Al di sopra dell’orifizio, nel Blackbox Motion Control, è presente anche un pacco lamellare con il compito di gestire le compressioni alle alte e basse velocità. Alle basse velocità l’olio tende a fluire attorno al pacco lamellare, mentre alle alte velocità l’olio spinge sul pacco lamellare, facendo flettere le lamelle e potendo fluire attraverso di esse. In questo modo si evita che la forcella si comprima troppo velocemente in caso di compressione ad alta velocità. Per questo motivo l’orifizio del Blackbox Motion Control è a forma di “stella”.

Il Gate.

Abbiamo visto come funziona la valvola di compressione e blocco, vediamo ora come funziona il Gate e il meccanismo di sblocco/esclusione valvola di compressione.

Cominciamo col dire che il Gate entra in azione in due situazioni:

– Quando la forcella è bloccata
– Quando la velocità di compressione è elevata

Prendiamo come riferimento il seguente schema:

Il meccanismo funziona nel seguente modo. L’olio, frenato dalla parzializzazione o dalla chiusura dell’orifizio, esercita una spinta sia sul piattello dorato (#8) sia sul tappo inferiore del Motion Control (#7). Il piattello #8 è dapprima libero di muoversi insieme al tappo inferiore, poi ad un certo punto entra a contatto con l’asta del gate e quindi non è in grado di salire ulteriormente. Il tappo inferiore #7 può invece salire liberamente senza impedimenti. La spinta dell’olio quindi, se supera un determinato valore, è in grado separare i due elementi #7 e #8, creando una luce attraverso cui può fluire l’olio e attraversare l’orifizio come se fosse completamente apert.

A SX troviamo rappresentata la situazione in cui il meccanismo di sblocco/esclusione non interviene. Ci troviamo in una condizione in cui la spinta dell’olio sul tappo inferiore del Motion Control e sul piattello (#7 e #8) è tale da spingere i due elementi in alto senza che il piattello #8 vada a contatto con l’asta del gate #6. A DX invece la spinta dell’olio è tale per cui il piattello #8 raggiunge l’asta #6 e non può salire ulteriormente. Il tappo #7 invece continua a salire spinto dall’olio, aprendo l’orifizio..

La regolazione del sistema di sblocco funziona nel seguente modo. All’interno dell’asta della cartuccia è presente un’astina dorata che regola la corsa che il piattello dorato #8 è in grado eseguire (in figura è la distanza #9).
Vediamo questa figura per maggior chiarezza:

Intervenendo sul registro del gate, si interviene regolando l’altezza dell’asta #6 e regolando la distanza #9. Nella configurazione di Gate al minimo l’asta #6 sarà tutta in basso e la distanza #9 sarà minima. La corsa del piattello #8 sarà limitata e di conseguenza dopo un piccolo spostamento dell’insieme piattello e tappo inferiore (#7 e #8) il piattello #8 dovrà fermarsi. Di conseguenza non serviranno particolari sollecitazioni per aprire il sistema, in quanto è sufficiente una piccola compressione dell’elemento elastico per far arrivare il piattello a fondocorsa e aprire l’orifizio. Nella configurazione di gate tutto chiuso invece la distanza #9 sarà massima. Di conseguenza l’insieme piattello e tappo inferiore (#7 e #8) dovranno compiere molta strada prima che il piattello #8 arrivi a contatto con l’asta e faccia aprire l’orifizio. Serviranno quindi sollecitazioni più importanti.

Da sottolineare comunque che il sistema di sblocco/esclusione della regolazione di compressione funziona anche quando la velocità di compressione è particolarmente elevata in quanto l’olio, che non riesce a passare attraverso l’orifizio parzializzato, spinge sull’insieme piattello e tappo inferiore (#7 e #8) e può far arrivare il piattello #8 a fondocorsa, facendo aprire l’orifizio.

Il sistema interviene quindi in due situazioni:

– Forcella bloccata: dal terreno proviene una sollecitazione particolarmente intensa e la spinta dell’olio sulla valvola #4 con l’orifizio completamente chiuso è tale da mandare a fine corsa il piattello #8 ed aprire la valvola.

– Forcella sbloccata con regolazione della compressione parzializzata: la forcella è soggetta ad una compressione veloce (atterraggio da un salto, ad esempio). La valvola #4, parzializzata, esercita un’elevata frenatura in compressione, in quanto l’olio non riesce a fluire attraverso l’orifizio. L’olio che non riesce a fluire esercita una spinta sul tappo inferiore #7 e sul piattello #8, determinando uno spostamento tale da mandare il piattello #8 a fondocorsa, determinando quindi l’apertura dell’orifizio e permettendo un deflusso più veloce dell’olio (come se la compressione fosse tutta aperta).

Proprio per quest’ultimo motivo si parla di regolazione della compressione low speed. Infatti in caso di compressioni veloci, l’elemento elastico #3 si comprime e la valvola di regolazione della compressione si apre automaticamente.

La regolazione del Gate quindi non interviene solo sulla soglia di sblocco, ma determina anche sulla soglia oltre la quale la valvola di compressione viene esclusa. Se con un Gate molto chiuso (corsa del piattello ampia) difficilmente si raggiungeranno velocità di compressione tali per cui la valvola di compressione viene aperta, con un gate piuttosto aperto (corsa del piattello limitata), la regolazione del gate influisce anche sulla velocità di compressione critica, ovvero la velocità oltre la quale si apre la valvola di compressione.