Forcelle e flauti.
Quanto andrò a desrivere non è altro che un'interpretazione/traduzione/completamento a quanto presente sul sito Racetech dinamicissima e qualificata azienda californiana specializzata nella progettazione di emulatori per forcelle e soluzioni che riguardano la ciclistica in genere.L'articolo originale è visibile qua Link a pagina di Racetech.com ed è grazie alle figure presenti nell'articolo sarà più facile comprendere/capire il funzionamento di una forcella facente uso di "flauti".Importante e rilevante è che in questi schemi sono riportate in modo dettagliato "gli spessori" dei flussi di fluido e che danno una chiara idea delle varie "quantità" di fluido che si muovono e che sono interessati nelle varie fasi di funzionamento.Freccia grande = importante quantità di fluido che si muove,freccia piccola = piccola quantitò di fluido che si muove.Vedremo che questi "flussi" possono avvenire a pressioni diverse.Niente chiarisce meglio le idee di immagini chiare e ricche di dettagli quali quelle presenti nel loro articolo,io,noi,dobbiamo ringraziare questa azienda,grazie Racetech.
Lo smorzamento idraulico in una forcella a flauto ( o piffero) è ottenuto obbligando l'olio a passare da precisi fori calibrati presenti alla base e sulla parte superiore di quel componente la forcella ancorato al piede dello stelo chiamato Flauto.Questo nome deriva dalla forma di tale componente la forcella che sostanzialmente è un tubo cilindrico forato dove sono presenti dei fori,molto spesso solo 2 (uno che determina il freno in compressione ed uno per l'estensione) ma nulla vieta che siano più di 2 disposti radialmente.
Il freno idraulico offerto dall'obbligare l'olio a passare in una sezione di dimensioni ridotte (ostruzione/fori calibrati sul flauto)) dipende sostanzialmente dalla VELOCITA' con cui si muove il fluido e L'ENTITA' di freno segue una legge esponenziale che vede una frenatura di valore del quadrato al raddoppiare della velocità del fluido che atteversa l'ostruzione.
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L'altra curva presente (digressive) rappresenta nel grafico velocità/freno il comportamento ideale di una forcella a cartuccia o comunque con pacchi lamellari dove in relazione al tipo/numero/spessori/diametri di lamelle è possibile ottenere frenature importanti anche per basse velocità di escursione senza obbligatoriamente essere penalizzati per velocità di scorrimento degli steli più alte.
Velocità di escursione...nelle forcelle a flauto queste determinano entità di freno molto diverse.Basse velocità di escursione freno idaulico prossimo allo zero,alte velocità di escursione freno di valore elevato.Questa figura evidenzia il rapporto che esiste tra diametro del foro di passaggio e tipo di frenatura offerta dal "sistema".
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Da quanto evidenziato fin'ora è praticamente difficile che utilizzando una forcella a "flauto" si possa beneficiare di un adeguato freno in compressione per le BASSE/MEDIE VELOCITA' di escursione senza rischiare che la stessa forcella faccia poi "muro" per velocità di escursione importanti.Nella pratica molte forcelle affidano ad una molla di adeguato carico il compito di frenare la discesa della forcella ma molto spesso questa molla non è smorzata adeguatamente da un'idraulica che la "controlla" con il risultato che l'opposizione all'affondamento degli steli è demandato solo/in grande parte al carico della molla.Se poi le molle forcella sono progressive o a 2 steep....è la saga dell'affondamento veloce o del pronunciato "beccheggio" con il risultato di avere importanti scompensi di assetto quando si toccano i freni anche non in maniera decisa.
Nella fase di compressione:
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Prendendo in esame cosa accade durante una compressione si può notare che la discesa dello stelo nel fodero è causa di:
1-La pressione dell'olio nella camera A aumenta (ed il suo volume diminuisce) in relazione alla VELOCITA' di affondamento della forcella perchè i fori alla base del piffero causeranno un freno in relazione alla sezione del/dei fori.In questo momento la pressione dell'olio nella forcella troverà il suo max nella camera A.
2-Con un leggero ritardo da quando è iniziata la compressione si sarà aperta la Chek Valve e la camera B tenderà ad avere la stessa pressione della A senza in realtà eguagliarla mai perchè normalmente la chiusura della valvola stessa è aiutata da una molla (ci ineresserà dopo) o se le pressioni si eguaglieranno questo accadrà verso la fine della compressione quando lo stelo arresterà la sua discesa.
A-Si può notare che le camere A e B hanno volumi molto diversi,il passaggio dalla Check Valve non è di dimensioni importanti,la pressione nella camera A può essere elevatissima.La velocità con la quale si carica di olio la camera B dipende da almeno 2 caratteristiche fisiche dell'olio che sono la sua viscosità dinamica e la sua densità.".Su Wikipedia in relazione al termine "viscosità cinematica" appare scritto:
"Un altro tipo di viscosità è quella cinematica che esprime il rapporto tra viscosità dinamica di un fluido e la sua densità."
Questo lo sapevamo,lo abbiamo più volte messo in conto ma forse non ci siamo soffermati a pensare che 2 fluidi idraulici aventi stessa viscosità cinematica potrebbero avere valori di viscosità dinamica e densità diversi,40=80:2 ma anche 160:.4 e quindi quando si parla di spostare importanti masse di fluido con in gioco alte velocita il solo valore di viscosità cinematica (in cSt) potrebbe non indicarci o farci immaginare l'esatto funzionamento della forcela.Questo diventa più importante per forcelle che equipaggiano veicoli da cross-enduro o comunque caratterizzati da essere equipaggiati con forcelle con ampie escursioni operanti con velocità di affondamento importanti.Su forcelle di alte prestazioni (racing) molto spesso a parità di viscosità dichiarata il tipo/marca di fluido forcella può influire sul funzionamento della stessa visto che i vari progettisti della forcella stessa hanno ottimizzato il funzionamento di questa con un preciso e specifico olio.Da quanto esposto si può pensare che il valore di viscosità di un fluido per forcelle possa dare indicazioni precise/affidabili in relazione a basse/medie velocità di escrsione dello stelo ma non ci sarebbe da meravigliarsi se due fluidi aventi la stessa precisa viscosità a 40 gradi ed operanti a 40 gradi possano rispondere come frenatura in maniera leggermente diversa su una staccata violenta.A parità di viscosità cinematica dichiarata i valori di Densità e di Viscosità dinamica del fluido possono variare in base al tipo di base usata ed alla formulazione.
3-Dalla figura si nota che durante la compressione la massa di olio della camera A trova il suo cammino ideale/sfogo transitando in grande parte all'interno del flauto dopo aver transitato nei fori alla base di questo ed aver procurato nel transitarvi una frenatura idraulica sfociando poi nella camera C.Sempre dalla figura si vede anche che una piccola parte di fluido defluisce nella camera C transitando dal foro del freno in estensione della camera B ma è evidente che viste le sezioni di passaggio il contributo di smorzamento offerto dal flusso dal foro in questione può essere ritenuto irrilevante a confronto di quello causato (di sezione almeno 5-7 volte superiore) dai fori alla base del flauto.E' intuibile che la pressione dell'aria presente nella camera C aumenterà in relazione all'entità dell'affondamento dello stelo.
La fase di estensione
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Osservando questa figura è evidente che mostra la fase finale dell'estensione ma noi immagineremo la situazione di stelo completamente compresso dove la camera A presenterà il suo volume minimo possibile e la camera B il suo volume max possibile.In questo momento la pressione dell'aria nella camera C sarà al suo max perchè sarà minimo il volume di aria presente nella camera.
Terminata la fase di compressione la molla e la pressione dell'aria presente nello stelo comanderanno la fase di estensione.
La Check valve della camera B e che si era aperta in fase di compressione, come lo stelo inizia la sua risalita ora si chiuderà e la pressione all'interno della camera B sarà la max possibile visto che man mano che lo stelo si estende il suo volume diminuirà.La "velocità" con la quale questa camera si svuoterà (freno)è dipendente principalmente dalla sezione di passaggio (foro) presente in questa e che permette il deflusso dell'olio dalla camera B alla camera A che in questa fase di funzionamento vedrà aumentare via via il suo volume e diminuire la sua pressione.Una piccolissima parte di fluido transita anche tra la Check valve chiusa e lo stelo esterno del flauto visto che questo accoppiamento non è previsto "a tenuta".Questo "rimescolamento" dell'olio dove si vede questo che lascia un posto per defluire in altro è facilitato dalla pressione dell'aria presente nella camera C che "funziona da spinta verso ciò che deve muoversi"per differenze di pressione.Durante l'estensione la pressione nella camera A diminuisce e l'olio viene richiamato in questa dalla camera C e B che sono a pressioni superiori.
B-La fase di estensione è più semplice da controllare (progettualmente) perchè le velocità di risalita/estensione dello stelo sono di entità molto minore rispetto a quelle in compressione ed in qualche maniera di entità prevedibile perchè riferite al carico della molla impiegata ed alla pressione dell'aria che è in funzione del livello dell'olio nella forcella.
Il problema dell'emulsione dell'olio
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La temperatura di funzionamento del fluido forcella è dipendente dalle sollecitazione a cui è sottoposto e dalla temperatura esterna con la quale è utilizzato il mezzo.A regime e per un'uso non agonistico del mezzo è pensabile che il fluido lavori ad una temperatura di un 5-6 gradi superiore a quella ambiente e quindi raramente oltre 40-45 gradi.
Negli steli è presente aria,questa non è immune dal contenere dell'umidità a meno di non aver creato del vuoto negli steli ed avverci immesso azoto a pressione ambiente.Tralasciato che anche se in piccolissime parti l'aria è presente di per se nel fluido forcella (questo a voler essere iperpignoli) la presenza di umidità, di calore, e di variazioni di pressione non trascurabili durante il funzionamento della forcella porta inevitabilmente al formarsi di vapore acqueo dentro la stessa ed in qualche maniera a modificare la capacità di smorzamento dell'olio visto che questo sarà "inquinato" da microbolle.E' anche vero che l'iperbole che esce dal grafico evaporazione/temperatura dellacqua ci dice che per temperature del fluido/ambiente dove si opera sotto i 50 gradi questo fenomeno non si presenta di entità allarmante e che influenza in modo maggiore "circuiti idraulici" che fanno uso di "oli" forcella molto fluidi (tipo 10-15-20 cSt) ed operanti a temperature più elevate (agonismo).
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Spero di averfatto cosa gradita anche ad 1 solo amico.
Giotek
Ps- ancora un grazie a Raceteck
)
