Bump Stop Idraulici: Funzionamento e Applicazioni
I tamponi di fine corsa (o bump stop) sono un elemento essenziale nella definizione della dinamica del veicolo. Il loro principale scopo è quello di prevenire danni agli elementi elastici e agli ammortizzatori quando raggiungono la fine della propria corsa, ma anche di ridurre la forza di impatto nei confronti della cassa del veicolo.
Funzionamento dei Bump Stop
Quando per esempio la vettura affronta una sconnessione brusca, la sospensione viene compressa notevolmente e può arrivare a far lavorare il tampone, che di conseguenza, per evitare danni peggiori, aumenta notevolmente il valore di rigidezza per fermare l’escursione. Ma anche una manovra improvvisa, come un colpo di sterzo per un cambio di corsia, può portare a raggiungere i tamponi e causare non pochi problemi di stabilità. Questo comportamento non è gradito specialmente in curva, perché comporta una brusca variazione dell’angolo di assetto.
Se l’intervento del tampone è inevitabile, è sempre preferibile che intervenga il tampone anteriore, in modo da aumentare il sottosterzo. Diversamente, se interviene il tampone posteriore, la vettura tende a sovrasterzare, con problematiche decisamente peggiori in termini di sicurezza alla guida e di instabilità dinamica del mezzo.
Se si torna indietro di qualche decennio, quando la sospensione andava sui tamponi la cassa del veicolo subiva un durissimo colpo, che si ripercuoteva ovviamente sul comfort del guidatore. Oggi, grazie all’ottimizzazione delle forme e dei materiali di cui sono composti i tamponi di fine corsa, anche quando si arriva al massimo dell’escursione verticale della ruota, il comfort è accettabile.
Se utilizzati sapientemente dai progettisti, oltre che uno strumento di protezione che evita danni strutturali, i tamponi di fine corsa possono essere un valido aiuto nella caratterizzazione dei parametri principali della sospensione, specialmente la rigidezza delle molle.
Sulle vetture stradali, i tamponi hanno soprattutto la funzione di assorbire e smorzare i colpi più duri quando si affronta un terreno dissestato oppure un dosso particolarmente ripido. Ma per il 90% del tempo, le sospensioni subiscono deformazioni molto più basse, entro i 10-15mm, causate dalle microasperità dell’asfalto e dai movimenti lenti come il rollio e il beccheggio.
Si può quindi pensare di avere molle più morbide, a vantaggio del comfort di marcia, e di irrigidire l’ultima parte della loro escursione, sia utilizzando molle a rigidezza variabile, sia facendo lavorare i tamponi di fine corsa. Anche nelle competizioni i tamponi possono venire in aiuto: un esempio è quando c’è tanto carico aerodinamico alle alte velocità, l’ingegnere di pista può anche accettare di far viaggiare la vettura “sui tamponi” quando si affronta un lungo rettilineo con un alto downforce, che schiaccia la vettura verso il suolo.
Materiali e Tipologie
I tamponi classici sono realizzati in poliuretano elastico espanso a cellula chiusa, materiale in cui sono intrappolate migliaia di minuscole bolle d’aria, che sotto il carico si comprimono progressivamente resistendo anche a carichi molto elevati. Quando il carico esaurisce, i tamponi poliuretanici sono in grado di restituire quasi tutta l’energia accumulata. Un’altra caratteristica è quella di avere un’espansione laterale molto bassa e quindi permettono la loro applicazione in spazi molto ridotti, come la base dello stelo degli ammortizzatori.
Sul mercato esiste una vasta scelta di tamponi di fine corsa poliuretanici, di diverse forme e diametri, più o meno progressivi, con lunghezze da 2 a 15 cm. Migliore è la scelta del materiale e della sua rigidezza, maggiore sarà il comfort e la silenziosità offerta. Se non sono sottoposti a sbalzi termici eccessivi e non entrano in contatto con sostanze aggressive come l’olio, possono mantenere invariate le proprie doti di elasticità per oltre 20 anni.
Un’altra soluzione per aumentare repentinamente la rigidezza nell’ultimo tratto di escursione della sospensione è l’utilizzo di una contromolla, o molla di contrasto, che entra in funzione solo quando si è vicini al fine corsa. La contromolla può essere posizionata all’esterno, per esempio dentro alla molla principale, oppure anche all’interno del cilindro dell’ammortizzatore.
Il fine corsa non è pericoloso solo in compressione, ma lo è anche in massima estensione. In questo caso il limite è dettato dalla corsa dell’ammortizzatore, perché le molle elicoidali possono estendersi molto senza arrivare al limite di snervamento.
Un altro pericolo è quando il precarico non è stato opportunamente calibrato: se la ruota subisce un’escursione molto accentuata (per esempio in seguito a un avvallamento), la molla tende ad allontanarsi dalla propria sede, sbattendo poi in modo repentino sul proprio supporto, nel momento in cui torna il carico verticale. Una misura per evitare ciò, è l’installazione di una molla di richiamo (helper spring) che serve a mantenere nella propria sede la molla, anche quando non è sotto carico. La molla di richiamo ha bassissima rigidità e lavora in trazione.
Bump Stop Idraulici: Un Approccio Avanzato
I tamponi di fine corsa idraulici sono nati in ambito racing, nei rally e nelle competizioni offroad, dove sono richieste elevate escursioni alle ruote. Entrano in funzione nell’ultima fase di escursione della sospensione, costringendo l’olio a passare attraverso piccolissimi passaggi, che provocano elevate perdite di carico a causa dell’attrito viscoso dell’olio.
Lo smorzamento complessivo dell’ammortizzatore viene quindi aumentato considerevolmente, a seconda della velocità dell’escursione verticale, nell’ultimo tratto di lavoro. Gli smorzatori idraulici possono essere applicati sia in compressione che in estensione e sono anche dotati di molle di contrasto all’interno del cilindro dell’ammortizzatore. Infatti, il restringimento idraulico frena soltanto l’escursione in base alla velocità, mentre per fermarla è necessario un elemento elastico, come appunto le molle.
Il vantaggio principale dei fine corsa idraulici di compressione o estensione è quello di rallentare i movimenti in modo fluido, evitando bruschi arresti. Inoltre, rispetto ai classici fine corsa meccanici, che restituiscono quasi tutta l’energia di deformazione, i fine corsa idraulici dissipano tale energia in calore, eliminando lo spiacevole fenomeno del rimbalzo. A discapito di una maggiore complicazione realizzativa e di un maggior peso, migliorano quindi notevolmente il comfort della sospensione, quando questa è chiamata ad elevate escursioni.
C’è poi chi va oltre, come Citroën, da sempre all’avanguardia quando si parla di comfort di marcia, che ha sviluppato le nuove sospensioni Progressive Hydraulic Cushions®, che prevedono un sistema idraulico progressivo, al posto dei classici tamponi meccanici.
Bump Stop Idraulici XT AUTOMOTIVE
I bump stop (o sistema di protezione fine corsa) servono ad impedire che l'ammortizzatore sbatta una volta arrivato a fine corsa. I più diffusi sono in gomma o poliuretano che attutiscono fisicamente il movimento dell’ammortizzatore, ma spesso non sono sufficientemente performanti. Per una maggior sicurezza proponiamo sistemi bump stop XT AUTOMOTIVE ad alto rendimento basati su funzionamento idraulico. Queste unità di arresto sfruttano una emulsione pressurizzata che crea una resistenza quando la sospensione si avvicina a fine corsa. Questo permette di smorzare progressivamente il movimento della sospensione evitando l'impatto.
Le dimensioni del corpo vanno da 28mm di diametro fino a 50mm, è progettato per assorbire carichi d'urto pesanti offrendo la massima resistenza e durata nel tempo. Il diametro determina la quantità di pressione o forza che può essere esercitata per contrastare l'impatto. Su una estremità del pistone sono presenti spessori disposti con sistema piramidale con diametro da più grande a più piccolo.
Funzionamento
I bump stop idraulici XT AUTOMOTIVE sfruttano una camera d'aria compressa (riempita ad azoto) come elemento di assorbimento e di resistenza. La camera d'aria all'interno del corpo è regolabile e viene determinata dalla quantità di olio. Più olio viene introdotto e minore sarà la capacità della camera d'aria con il conseguente risultato di creare un fermo idraulico all'escursione del pistone.
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