Massimo Clarke: Introduzione alle sospensioni, gli oli giusti

di Massimo Clarke

Le caratteristiche degli oli idraulici hanno un'mportanza fondamentale ai fini del funzionamento degli ammortizzatori e delle forcelle | M. Clarke

di Massimo Clarke

17 luglio 2014

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Nelle sospensioni la funzione elastica viene ottenuta meccanicamente, mediante le molle, mentre quella smorzante è affidata a dispositivi che svolgono il loro compito grazie all’idraulica, utilizzando un liquido che viene obbligato a scorrere attraverso passaggi calibrati, cosa che esso fa opponendo una considerevole resistenza. I dispositivi in questione sono gli ammortizzatori, che nelle forcelle sono “incorporati” negli steli, e il fluido di lavoro è un olio idraulico avente adeguate proprietà. La più importante è la viscosità, cioè la sua resistenza allo scorrimento.

Le funzioni che questo liquido deve assicurare sono ben diverse da quelle che sono chiamati a svolgere gli oli per i motori e per le trasmissioni. Pure le caratteristiche sono pertanto differenti. E anche le condizioni di lavoro non sono certamente analoghe. Qui non avviene una combustione e l’olio non ha quindi a che fare con temperature molto elevate, con pressioni paragonabili a quelle che vengono raggiunte nelle bronzine e, più ancora, tra i denti degli ingranaggi e nelle zone di contatto tra le camme e le punterie; inoltre, non può avvenire alcuna contaminazione causata dai gas di trafilamento. Nelle forcelle e (soprattutto) negli ammortizzatori delle moto impiegate molto sportivamente, e ancor più in quelle destinate a uso crossistico, è possibile comunque arrivare a temperature anche superiori a 100 °C.
La funzione principale dell’olio in questo caso non è quella di lubrificare i componenti in movimento relativo, di sopportare il carico e di provvedere a una considerevole asportazione di calore da alcuni organi meccanici, come accade all’interno dei motori. Come logico, l’olio deve comunque assicurare una adeguata lubrificazione, ma nelle sospensioni il suo compito fondamentale è quello frenare il movimento. Si tratta quindi di una funzione ben diversa, ma in ogni caso molto impegnativa e che prevede l’utilizzazione di prodotti specificamente studiati e realizzati per questo tipo di impiego.

La viscosit&agrave; degli oli per le sospensioni influenza direttamente la frenatura idraulica — La viscosità degli oli per le sospensioni influenza direttamente la frenatura idraulica

La Viscosità al primo posto

La viscosità è una caratteristica fisica che non deve essere confusa con la densità. Rispetto all’acqua l’olio scorre più lentamente attraverso un foro praticato in fondo a uno stesso recipiente; la sua viscosità è quindi maggiore. Però se si immettono questi due liquidi in un medesimo contenitore si vedrà che l’olio galleggia sull’acqua; ciò avviene perché la sua densità è minore.
La viscosità è l’attrito interno del fluido. Se si mette in un ammortizzatore un olio più viscoso, la frenatura idraulica risulta più vigorosa. Il contrario avviene se si usa un olio con una viscosità più bassa: lo smorzamento è minore perché il liquido passa nei fori calibrati opponendo una inferiore resistenza.
Secondo le norme SI l’unità di misura della viscosità assoluta (o dinamica) è il Pa s (pascal al secondo); viene impiegata però solo a livello di laboratorio. Nel nostro settore, per gli oli si utilizza il centipoise (1 cP = 1 mPa s). Questa unità di misura viene utilizzata per gli oli motore (viscosità a freddo, HTHS a 150 °C), ma non viene riportata sulle lattine. Più frequentemente si fa riferimento alla viscosità cinematica, costituita dal rapporto tra la viscosità assoluta e la densità del fluido. In questo caso l’unità di misura “legale” utilizzata in campo motociclistico, cioè per gli oli delle sospensioni e per quelli destinati a lubrificare i motori, è il centistokes (1 cSt = 1 mm2/s). Neanche questa indicazione viene in genere riportata sui contenitori. Quella che troviamo è la classe di viscosità SAE, ovvero la “gradazione” SAE. Questa sigla sta per Society of Automotive Engineers, ente che ha stabilito una serie di norme largamente impiegate in campo auto e moto, tra le quali alcune relative ai lubrificanti.
La viscosità degli oli diminuisce al crescere della temperatura. Ognuno di essi ha un suo “profilo viscosimetrico” che indica graficamente l’entità di tale cambiamento. A una minore variazione corrisponde un indice di viscosità più elevato. Nelle sospensioni è importante che la frenatura idraulica fornita dall’olio cambi il meno possibile, al variare della temperatura. In altre parole, è importante che l’indice di viscosità del liquido sia molto alto.

La viscosità è l’attrito interno del fluido. Se si mette un olio più viscoso, la frenatura idraulica risulta più vigorosa. Il contrario avviene se si usa un olio con una viscosità più bassa: lo smorzamento è minore perché il liquido passa nei fori calibrati opponendo un'inferiore resistenza

Un olio motore con una data gradazione SAE ha una viscosità che rientra tra un valore massimo e uno minimo ed è caratterizzato da un determinato profilo viscosimetrico. La gradazione, per questi lubrificanti unigradi viene indicata da una sola sigla numerica (SAE 10, SAE 20, etc…). Da diversi anni a questa parte praticamente tutti gli oli per motori sono però multigradi. In altre parole, a freddo rientrano in una classe di viscosità SAE più bassa e a caldo in una più alta. La diminuzione di viscosità causata dall’aumento di temperatura è nettamente inferiore a quella che si ha negli oli unigradi. L’indice di viscosità di questi ultimi è dell’ordine di 100, mentre i multigradi raggiungono valori dell’ordine di 140 - 160. Sulle lattine degli oli multigradi vengono riportate due sigle numeriche, corrispondenti alla gradazione SAE a freddo (è seguita dalla lettera W) e a quella a caldo (100 °C).
Anche per gli oli per le sospensioni si fa spesso riferimento alle gradazioni SAE (che sono state studiate per gli oli motore e per quelli delle trasmissioni). In questo caso però è meglio essere più rigorosi, indicando non una classe di viscosità, ma un valore ben preciso. Per questa ragione i migliori produttori in genere riportano sul contenitore la viscosità cinematica di ogni olio, rilevata a 40 °C ed espressa in centistokes (cSt).

Per avere un’idea di quanto il ricorso alle gradazioni SAE possa non essere soddisfacente, basta pensare che per due oli contraddistinti dalla stessa sigla SAE, e quindi rientranti nella medesima classe, si possono rilevare viscosità cinematiche abbastanza diverse (sempre a 40 °C, temperatura di riferimento per i liquidi idraulici). Ad esempio con la dicitura SAE 5 sul contenitore si possono trovare in commercio oli aventi una viscosità che può andare da 15 a 30 cSt. Si tratta di un range decisamente ampio. Un analogo discorso vale per i SAE 10; quelli contraddistinti da questa sigla possono andare da un minimo di 29 a un massimo di 45 cSt. Inoltre, tra due classi SAE adiacenti ci può essere troppa distanza, per le esigenze che si hanno nel campo delle sospensioni. Questo ha portato alcuni produttori a indicare per certi loro oli una gradazione 7,5, che la SAE stessa non prevede. A questo punto dovrebbe essere ben chiaro per quali ragioni è opportuno, specialmente nel caso delle sospensioni delle moto sportive o destinate al fuoristrada, fare sempre riferimento alla viscosità cinematica, espressa in centistokes e rilevata a 40 °C.

Specializzazione

Gli oli per forcelle e per ammortizzatori sono prodotti molto specialistici, di elevato contenuto tecnologico, caratterizzati da un altissimo indice di viscosità (in molti casi è largamente superiore a 200). La base può essere minerale o sintetica e gli additivi presenti hanno la funzione di ostacolare la formazione di schiuma e di proteggere i componenti metallici dalla corrosione e l’olio stesso dalla ossidazione. Importanti sono i miglioratori di indice di viscosità, specialmente se la base è minerale. Per mantenere la funzionalità ottimale delle sospensioni è necessario sostituire periodicamente l’olio idraulico della forcella e dell’ammortizzatore posteriore (troppo spesso trascurato, sotto questo aspetto). Importante, oltre al tipo di liquido impiegato, è anche la sua quantità, nel caso della sospensione anteriore. Per quanto riguarda gli ammortizzatori, il riempimento deve invece essere completo. Si tratta di operazioni da affidare a tecnici esperti del settore. La frequenza di sostituzione consigliata è generalmente dell’ordine di 15.000-20.000 km per la forcella e di 10-15.000 km per l’ammortizzatore posteriore.
Per migliorare la scorrevolezza della forcella, in particolare all’inizio del movimento della sospensione e sulle piccole asperità, è utile utilizzare un grasso apposito, da applicare con una adeguata frequenza; la cosa è vantaggiosa anche per quanto riguarda la protezione dei paraoli e dei parapolvere, che col tempo e sotto l’azione degli agenti atmosferici possono tendere a perdere elasticità.