Wat is BPFO? Uitleg over de kogelpassfrequentie van de buitenring • Draagbare balancer, trillingsanalysator "Balanset" voor het dynamisch balanceren van brekers, ventilatoren, mulchers, vijzels op maaidorsers, assen, centrifuges, turbines en vele andere rotoren. Wat is BPFO? Uitleg over de kogelpassfrequentie van de buitenring • Draagbare balancer, trillingsanalysator "Balanset" voor het dynamisch balanceren van brekers, ventilatoren, mulchers, vijzels op maaidorsers, assen, centrifuges, turbines en vele andere rotoren.

Wat is BPFO? Uitleg over de balpassfrequentie van de buitenring

Gepubliceerd door admin op

BPFO begrijpen – Ball Pass Frequency Outer Race

Definitie: Wat is BPFO?

BPFO (Ball Pass Frequency, Outer Race) is een van de vier fundamentele lagerfoutfrequenties die de snelheid aangeeft waarmee wentelelementen (kogels of rollen) over een defect op de buitenring van een wentellager gaan. Wanneer er een scheur, barst, putje of ander defect op de buitenring zit, raakt elk wentelelement het defect tijdens het passeren, wat een herhaaldelijke impact veroorzaakt die trillingen op de BPFO-frequentie.

BPFO is de meest diagnostisch belangrijke lagerfrequentie, omdat defecten aan de buitenring het meest voorkomende type lagerfalen zijn en verantwoordelijk zijn voor ongeveer 40% van alle defecten aan wentellagers. Het detecteren van BPFO-pieken in trillingsspectra maakt vroegtijdige identificatie van problemen met de buitenring mogelijk voordat er lagerfalen optreedt.

Wiskundige berekening

Formule

De BPFO wordt berekend op basis van de geometrie van het lager en de assnelheid:

  • BPFO = (N × n / 2) × [1 + (Bd/Pd) × cos β]

Variabelen

  • N = Aantal rolelementen (kogels of rollen) in het lager
  • n = Asrotatiefrequentie (Hz) of snelheid (RPM/60)
  • Bd = Diameter van de kogel of rol
  • Pd = Steekdiameter (diameter van de cirkel door de middelpunten van de wentelelementen)
  • β = Contacthoek (meestal 0° voor radiale kogellagers, 15-40° voor hoekcontact)

Vereenvoudigde benadering

Voor hoeklagers met nulcontact (β = 0°):

  • BPFO ≈ (N × n / 2) × [1 + Bd/Pd]
  • Voor typische lagers met Bd/Pd ≈ 0,2 geeft dit BPFO ≈ 0,6 × N × n
  • Vuistregel: BPFO ≈ 60% van (aantal ballen × schachtfrequentie)

Typische waarden

  • Voor lagers met 8-12 rolelementen: BPFO doorgaans 3-5× assnelheid
  • Voorbeeld: 10-kogellager bij 1800 toeren per minuut (30 Hz) → BPFO ≈ 107 Hz (3,6× assnelheid)

Fysisch mechanisme

Waarom defecten in het buitenras BPFO genereren

Bij de meeste lagers is de buitenring stationair en vast in de behuizing bevestigd:

  1. Er is een defect (spall, pit) op een vaste locatie op de buitenring
  2. Terwijl de kooi draait, draagt deze rolelementen rond het lager
  3. Elk rolelement passeert op zijn beurt over de defectlocatie
  4. Wanneer een bal het defect raakt, ontstaat er een kleine impact of “klik”
  5. Bij N-rolelementen wordt het defect N keer per omwenteling van de kooi geraakt
  6. Omdat de kooi roteert met ongeveer 0,4× assnelheid en elke bal één keer per omwenteling van de kooi raakt, is de totale impactfrequentie = N × kooifrequentie ≈ BPFO

Impactkenmerken

  • Elke impact is kort (microseconden)
  • Impacten zijn periodiek met een BPFO-frequentie
  • Impactenergie wekt hoogfrequente resonanties op in de dragende structuur
  • Repetitieve aard creëert duidelijke spectrale pieken

Trillingssignatuur in spectra

In standaard FFT-spectrum

  • Primaire piek: Bij BPFO-frequentie
  • Harmonischen: Bij 2×BPFO, 3×BPFO, 4×BPFO (indicatie van de ernst van het defect)
  • Zijbanden: Kan ±1× zijbanden hebben als de buitenste ring licht kan roteren of als gevolg van variatie in de belastingszone
  • Amplitude: Neemt toe naarmate het defect zich voortplant

In enveloppespectrum

  • BPFO-piek veel duidelijker en met hogere amplitude dan bij standaard FFT
  • Harmonischen prominent weergegeven
  • Vroegtijdige detectie mogelijk (afwijkingen maanden eerder detecteerbaar)
  • Minder interferentie door laagfrequente trillingen

Typische amplitudeprogressie

  • Beginnend: 0,1-0,5 g (envelop), nauwelijks detecteerbaar
  • Vroeg: 0,5-2 g, heldere BPFO-piek met 1-2 harmonischen
  • Gematigd: 2-10 g, meerdere harmonischen, zijbanden verschijnen
  • Geavanceerd: >10 g, talrijke harmonischen, verhoogde ruisvloer

Waarom defecten aan de buitenring het meest voorkomen

Mislukkingen van buitenaf komen om verschillende redenen vaker voor:

Belastingconcentratie

  • Bij een typische horizontale schachtoriëntatie bevindt de belastingzone zich onderaan
  • De buitenste race aan de onderkant draagt het grootste deel van de lading
  • Constante belasting van hetzelfde buitenste loopvlakgedeelte versnelt vermoeidheid
  • De binnenring roteert en verdeelt de belasting over de gehele omtrek

Installatiespanningen

  • Buitenring die in de behuizing wordt gedrukt, kan schade oplopen bij de installatie
  • Interferentiepassingen creëren restspanningen
  • Onjuiste installatie (verkeerde uitlijning, spannen) beschadigt de buitenring

Besmettingseffecten

  • Deeltjes komen via de buitenste ring in het lager terecht
  • Verontreiniging geconcentreerd in het buitenste racegebied
  • Deeltjes worden ingesloten in zachter buitenmateriaal

Diagnostische betekenis

Hoge diagnostische betrouwbaarheid

BPFO is een van de meest betrouwbare diagnostische indicatoren:

  • De frequentie is nauwkeurig berekenbaar en uniek voor elk lagertype
  • Het is onwaarschijnlijk dat er verwarring ontstaat met andere machinefrequenties
  • Duidelijk progressiepatroon naarmate het defect verergert
  • Goed begrepen relatie tussen amplitude en defectgrootte

Beoordeling van de ernst

  • Aantal harmonischen: Meer harmonischen = geavanceerder defect
  • Piekamplitude: Hogere amplitude = groter defectgebied
  • Zijband aanwezigheid: Uitgebreide zijbanden duiden op modulatie, vaak door variatie in de belastingzone
  • Ruisvloer: Een verhoogde ruisvloer duidt op een wijdverbreide oppervlakteverslechtering

Relatie tot andere lagerfrequenties

BPFO versus BPFI

  • BPFI (binnenring) heeft altijd een hogere frequentie dan BPFO voor hetzelfde lager
  • Typische verhouding: BPFI/BPFO ≈ 1,6-1,8
  • Als beide aanwezig zijn, duidt dit op meerdere defecten (gevorderde storing)
  • BPFO komt in het begin vaker voor; BPFI kan zich ontwikkelen als secundaire schade

Zijbanden op 1× snelheid

  • Zolang de buitenste ring stilstaat, is een kleine beweging mogelijk
  • Een losse lagerpassing zorgt ervoor dat de buitenring lichtjes kan kruipen of roteren
  • De variatie in de belastingzone als gevolg van de rotorbanen creëert amplitudemodulatie
  • Resultaten in ±1× zijbanden rond BPFO-piek

Praktische monitoringstrategie

Routinematige monitoring

  • Maandelijkse of kwartaallijkse envelopanalyse op elke lagerlocatie
  • Automatische BPFO-piekdetectie en trending
  • Alarm ingesteld op 2-3× basislijnamplitude
  • Trend historische gegevens om faaltijd te voorspellen

Bevestigingstests

Wanneer BPFO detecteert:

  • Controleer of de frequentie overeenkomt met de berekende waarde (binnen ±5%)
  • Controleer op harmonischen (2×BPFO, 3×BPFO)
  • Zoek naar een karakteristiek zijbandpatroon
  • Vergelijk met andere lagers op dezelfde machine (moet uniek zijn voor het defecte lager)
  • Verhoog de controlefrequentie naar wekelijks of dagelijks

BPFO-detectie en -bewaking vormen een van de succesvolste toepassingen van trillingsanalyse bij voorspellend onderhoud. Hiermee worden lagerstoringen voorkomen en op de toestand gebaseerde vervangingsstrategieën mogelijk gemaakt die zowel de betrouwbaarheid van de apparatuur als de onderhoudskosten optimaliseren.

← Terug naar hoofdindex

Categorieën:
WhatsApp