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Sospensioni per mtb: aria vs. molla

Bikelife, Meccanica, Sospensioni • di

Una delle grandi differenze di risposta e comportamento di una sospensione è data dal tipo di elemento elastico utilizzato. Infatti, variando l’elemento incaricato di immagazzinare e in seguito disperdere le energie degli impatti, si avrà una notevole differenza nel feeling stesso di guida. Due sono gli elementi elastici utilizzati: le molle e l’aria. In questo articolo andremo ad analizzare nello specifico le differenze e le peculiarità, cercando di capire a chi si rivolgono le une e le altre.

Anatomia dell’elemento elastico

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Le sospensioni, siano esse forcelle ammortizzate o shox posteriori, utilizzano un elemento, detto elastico, per assorbire gli impatti. Questo elemento è infatti dotato di elevata deformabilità, che fa in modo che quando la ruota impatta contro un ostacolo, l’energia che si trasmette al telaio venga immagazzinata dalla deformazione dello stesso, senza che vi siano vibrazioni al manubrio o alla sella. L’energia viene immagazzinata e in seguito rilasciata con la medesima velocità dall’elemento elastico. Quest’ultimo aspetto è però gestito dall’idraulica, che governa la riestensione dell’elemento elastico e fa sì che la bici sia guidabile anche in caso di impatti elevati. In base al grado di deformabilità dell’elemento elastico (in inglese chiamato “spring”), si ha lo “spring rate”, ovvero la massima capacità di assorbimento possibile. Essendo le sospensioni per mtb nate e sviluppate negli Stati Uniti, lo “spring rate” si misura in unità prettamente anglossassoni: è infatti il risultato della divisione tra l’energia assorbibile (misurata in pounds) e l’accorciamento (misurato in pollici). Se per esempio, per comprimere di un pollice un elemento elastico servono 200lb, significa che lo spring rate di tale elemento è 200lb.

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Agli inizi dell’applicazione delle sospensioni nel mondo mtb, l’elemento elastico più utilizzato sono stati gli elastomeri, simili a soffietti in gomma. Questi però si sono rivelati poco performanti e sono stati presto rimpiazzati dai due più usati attualmente: le molle e l’aria.

Sospensioni a molla

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Le sospensioni a molla (dette anche “coil”) utilizzano come elemento elastico un filo avvolto a spirale su sé stesso. Le spire della molla possono deformarsi e comprimersi, avvicinandosi sempre più tra loro quando avviene l’assorbimento dell’energia. Le molle utilizzate nelle sospensioni sono molto diverse tra loro: può variare il materiale (acciaio, titanio, fibra di carbonio), così come il diametro del filo avvolto e la lunghezza totale della molla stessa. Se una molla presenta un diametro del filo più piccolo si avrà un maggiore “spring rate”, poiché più elevata è la quantità di materiale da comprimere. Al contrario, più è lunga la molla e minore è lo “spring rate”, dato che la leva è più vantaggiosa e quindi è più facile mandare in compressione la molla stessa. Le molle hanno un comportamento che viene definito lineare: la spinta da applicare si mantiene costante all’aumentare della compressione. Per capire questo meccanismo, si devono studiare le curve di compressione, che sono specifici diagrammi che analizzano il comportamento di un determinato elemento elastico.

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La curva di compressione di una sospensione a molla viene identificata con una retta: la molla in questione ha bisogno di 100kg per comprimersi di 25mm. Applicando 200kg, si comprimerà di 50mm, mentre se applicheremo 300kg, avremo una compressione di 75mm. Ciò significa che la proporzione tra spinta e compressione si mantiene costante nel tempo.
Le sospensioni a molla soffrono però il “coil bind”, ovvero la compressione completa delle spire (lo si vede dalla curva di compressione, nel punto dove la retta s’impenna). Si tratta del caso in cui viene applicata una forza massimale, che fa toccare tra loro le spire e quindi annulla ogni ulteriore possibilità di compressione (i biker solitamente definiscono questa situazione come “aver mandato a pacco la molla”).
Le sospensioni a molla si tarano sulla base del peso del biker e questo comporta che biker diversi avranno bisogno di sostituire la molla presente nella sospensione. Infatti le molle si differenziano per durezza e hanno colori diversi per renderle riconoscibili:

Biker <63kg

 

Colore Durezza
Argento Extra morbida
Gialla Morbida
Rossa Media

 


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Biker 63-81kg

 

Colore Durezza
Gialla Morbida
Nera-Rossa Media
Blu Dura
Nera Extra Dura

 

Biker 81-99kg

 

Colore Durezza
Blu-Rossa Dura
Nera Extra Dura
Viola Super extra dura (solo per biker >90kg)

Inoltre le molle possono essere costruite in maniera differente, usando particolari modalità di avvolgimento del filo:

fonte: rockshox.com

fonte: rockshox.com

Molle “single rate”: presentano un avvolgimento del filo identico, con spire equamente distanziate. La compressione è quindi lineare e la molla si comporta sempre allo stesso modo, indipendentemente dal carico applicato;

Molle “dual rate”: sono molle che presentano una parte iniziale con una distanza tra le spire e una finale con una distanza più piccola (le spire sono più vicine). Questa scelta fa sì che la molla abbia un comportamento diverso quando il carico applicato aumenta, diventando meno flessibile e quindi più difficile da mandare a pacco;

Molle “progressive”: sono molle che presentano un avvolgimento che si riduce in maniera progressiva. Con questo metodo costruttivo si ottiene una molla che ha una risposta graduale, che aumenta lman mano la resistenza alla compressione e che quindi dona un comportamento più prevedibile e gestibile alla bicicletta;

Il difetto delle molle è che soffrono la fatica: dopo una serie di compressioni e di riestensioni il materiale non riesce più a tornare alla lunghezza originale. Questa situazione viene chiamata “coil set” e richiede la sostituzione della molla stessa;

Sospensioni ad aria

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Nelle sospensioni di questo tipo l’elemento elastico è aria compressa all’interno di una camera. Un pistone montato sullo stelo ha la possibilità di muoversi all’interno della camera, riducendo così il volume all’interno e comprimendo l’aria, che assorbirà l’energia dell’impatto. Il fattore determinante di una sospensione ad aria è la pressione, ovvero la quantità d’aria divisa per il volume a disposizione. Questo fattore implica un diverso comportamento della sospensione ad aria rispetto a quella a molla: se infatti una sospensione ad aria con travel di 100mm viene gonfiata con 100psi di aria, quando viene compressa di 50mm il volume a disposizione si dimezza, mentre la pressione dell’aria raddoppia. Se comprimiamo di altri 25mm la sospensione, il volume a disposizione si dimezzerà ulteriormente ma la pressione dell’aria raddoppierà a sua volta. La proporzione dunque è inversa: se diminuiamo il volume della camera (cioè comprimiamo la sospensione), aumentiamo proporzionalmente la pressione. Questo comportamento viene definito “progressivo” ed è molto diverso da quello “lineare” di una sospensione a molla. Per capirlo bene guardiamo la curva di compressione di una sospensione a molla:

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Per far comprimere la sospensione di 50mm abbiamo bisogno di 100kg di spinta, a 75mm di travel ne servono quasi 200kg e a 90mm ne servono 400kg. Infine, per mandarla a fine corsa e affondarla 100mm totali, servono ben 800kg di spinta, cioè il doppio! Le sospensioni ad aria offrono un elevata resistenza alla compressione quando il carico aumenta notevolmente, per cui tendono a comprimersi meno quando l’impatto è molto forte.
Le sospensioni ad aria soffrono il problema dello “start”: l’aria all’interno della camera ha una sua resistenza, che deve essere vinta per poter far partire la compressione. Questa situazione si traduce in una minore reattività della sospensione quando gli impatti sono deboli. Per risolvere il problema è stata applicata la camera negativa: si tratta di una camera posta sotto lo stelo, che viene gonfiata d’aria. Mettendo quindi in relazione l’aria inserita nella camera positiva con quella nella camera negativa, si equilibrano le resistenze, che si annullano a vicenda. Per cui le sospensioni dotate di camera negativa eliminano lo start e quindi iniziano a lavorare da subito, offrendo una risposta e una reattività decisamente migliori.

Aria vs molla: come orientarsi

Come possiamo capire quale sospensione fa per noi? Meglio una sospensione a molla o una ad aria? La risposta è: dipende dall’uso che se ne deve fare. Per capirlo osserviamo la curva di compressione che mette a confronto una molla e l’aria.
Come abbiamo detto la molla ha un comportamento lineare, cioè mantiene la stessa proporzione anche quando la compressione è elevata. Per esempio per far comprimere di 75mm una molla devo applicare 300kg di spinta. L’aria invece è progressiva, per cui per far comprimere di 75mm una sospensione ad aria dovrò applicare una forza ben maggiore.

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Da qui si capisce che le sospensioni ad aria sono più efficienti quando i carichi sono minori, mentre quelle a molla sono più performanti quando il carico applicato aumenta. Da qui possiamo comprendere che le sospensioni ad aria siano più indicate per discipline pedalate come il cross-country o le marathon, dove gli impatti sono comunque contenuti. Nel mondo gravity (Freeride, Downhill e in parte anche l’Enduro), le sospensioni a molla la fanno da padrone, poiché sono in grado di gestire meglio l’energia notevole prodotta da salti e impatti a elevata velocità.

Concludendo

Abbiamo visto come si differenzino, sia in termini costruttivi ma soprattutto di risposta “sul campo”, le sospensioni ad aria e molla. Grazie a queste sostanziali differenze nessuna delle due tecnologie prevale sull’altra, bensì entrambe le soluzioni continueranno a vivere in parallelo, offrendo il meglio nelle discipline di applicazione.







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