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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehmoment-Messvorrichtung
zum Messen eines Drehmoments eines sich drehenden Körpers ohne
Kontakt mit seinem sich drehenden Teil, und insbesondere auf eine
Drehmoment-Messvorrichtung, für
die eine zweckmäßige Wartungsarbeit rechtzeitig
bei einer Lichtempfangsfaser zum Empfangen eines optischen Signals
von dem sich drehenden Körper
durchgeführt
werden kann.
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Eine
Drehmoment-Messvorrichtung für
einen sich drehenden Körper
ist zwischen eine angetriebene Antriebswelle und eine belastete
angetriebene Welle gesetzt und misst ein Drehmoment ohne Kontakt
mit dem sich drehenden Teil eines sich drehenden Körpers. Eine
derartige Drehmoment-Messvorrichtung ist in der Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2002-22566 (EP-A2,3-1 170 577) offenbart, die beispielsweise
verwendet wird zum Messen eines Drehmoments zwischen einer Messrolle
und einem Bremssystem in einem Chassisdynamo, der durch ein Rad
eines Fahrzeugs gedreht wird.
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Die 1A und 1B zeigen
jeweils eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht im Querschnitt
und eine teilweise weggeschnittene Vorderansicht einer herkömmlichen
Drehmoment-Messvorrichtung für
einen sich drehenden Körper.
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Wie
in den 1A und 1B gezeigt
ist, weist eine herkömmliche
Drehmoment-Messvorrichtung für
einen sich drehenden Körper 50 auf:
einen Drehabschnitt 51, der drehbar zwischen einer angetriebenen
Antriebswelle 91 und einer belasteten angetriebenen Welle 93 angeordnet
ist; und einen stationären
Abschnitt 55, der fest so angeordnet ist, dass er den Drehabschnitt 51 umgibt.
Der Drehabschnitt 51 weist integral auf: einen ersten Flansch 52,
der mit einem Flansch 92 der Antriebswelle 91 zu
verbolzen ist; einen zweiten Flansch 54, der mit einem
Flansch 94 der angetriebenen Welle 93 zu verbolzen
ist; und einen hohlen Zylinder 53, an dessen beiden Kanten jeweils
der erste bzw. zweite Flansch 52 und 54 ausgebildet
sind. Der stationäre
Abschnitt 55 weist auf: einen Ring 56, der den
zweiten Flansch 54 umgibt; und ein Chassis 57,
an dem der Ring 56 über
Befestigungsglieder 58 fest angebracht ist.
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Eine
Primärspule 82 ist
an dem inneren Umfang des Rings 56 vorgesehen, und eine
Sekundärspule 83 ist
an dem äußeren Umfang
des zweiten Flansches 54 vorgesehen. Die Primär- und die
Sekundärspule 82 und 83 bilden
zusammen einen Drehtransformator 81, wodurch elektrische
Leistung zu dem Drehabschnitt 51 geliefert wird.
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Drehmomentdetektoren 61 als
Dehnungsmesser sind an dem inneren Umfang des Zylinders 53 vorgesehen,
mehrere lichtemittierende Elemente 67a bis 67n,
die ausgebildet sind zum Emittieren von Licht entsprechend einem
Ausgangssignal von den Drehmomentdetektoren 61, wodurch
sie ein optisches Signal ausgeben, sind an den Außenumfang des
zweiten Flansches 54 so vorgesehen, dass sie entlang der
Sekundärspule 83 angeordnet
sind, eine lichtempfangende Faser 71 zum Empfangen des
optischen Signals von den lichtemittierenden Elementen 67a bis 67n ist
entlang der Primärspule 82 auf dem
inneren Umfang des Rings 56 vorgesehen, und optoelektrische
Signalwandler (nicht gezeigt) zum Umwandeln des optischen Signals
in ein elektrisches Signal sind an den Enden der lichtempfangenden
Faser 71 vorgesehen.
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Bei
der Drehmoment-Messvorrichtung 50 wird, wenn sich die Antriebswelle 91 dreht,
das Ausgangssignal von den Drehmomentdetektoren 61 über die
lichtemittierenden Elemente 67 und die lichtempfangende
Faser 71 zu den optoelektrischen Signalwandlern (nicht
gezeigt) getragen und hierdurch erfasst, wodurch ein Drehmoment
gemessen wird.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, ist die herkömmliche Drehmoment-Messvorrichtung 50 zwischen
die Antriebswelle und die angetriebene Welle gesetzt und misst ein
Drehmoment zwischen einem sich drehenden Körper und einer Last ohne Kontakt mit
der sich drehenden Welle oder dem sich drehenden Teil des sich drehenden
Körpers.
Jedoch tritt die Erzeugung von Ölnebel
häufig
bei der Messung des Drehmoments eines sich drehenden Körpers auf, und
wenn Ölnebel
an der lichtempfangenden Faser 71 haftet, kann der Fall
eintreten, dass die Messgenauigkeit verschlechtert wird oder sogar
die Messung nicht durchgeführt
werden kann. Somit ist erforderlich, dass die lichtempfangende Faser 71 gereinigt
oder ersetzt wird, wenn dies zweckmäßig ist. Es ist jedoch schwierig,
von außerhalb
das Ausmaß des an
der lichtempfangenden Faser 71 haftenden Ölnebels
festzustellen, und in einigen Fällen
kann es passieren, dass eine periodische Wartungsarbeit nicht ihren
Zweck erfüllt.
Insbesondere tritt der Fall auf, dass die Messung bereits vor einer
geplanten periodischen Wartungsarbeitung nicht zweckmäßig durchgeführt werden
kann, wodurch "zu
spät" angezeigt wird,
oder dass die lichtempfangende Faser 71 gereinigt oder
ersetzt wird, wenn nur eine geringe Menge von Ölnebel an dieser haftet, wodurch "zu früh" angezeigt wird und
sich eine Verschwendung von Zeit und Arbeit ergibt.
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts des vorstehenden Umstands
gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Drehmoment-Messvorrichtung
für einen
sich drehenden Körper
vorzusehen, die ermöglicht,
dass eine lichtempfangende Faser rechtzeitig und angemessen gewartet
wird.
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Um
die Aufgabe zu lösen,
weist gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Drehmoment-Messvorrichtung für einen
sich drehenden Körper
auf: einen Drehabschnitt, der zusammengesetzt ist aus einem ersten
Flansch, der mit einer angetriebenen Antriebswelle zu verbinden
ist, einem zweiten Flansch, der mit einer belasteten angetriebenen
Welle zu verbinden ist, und einem hohlen Zylinder, an dessen beiden
Kanten jeweils der erste und der zweite Flansch ausgebildet sind;
mehrere lichtemittierende Elemente, die an einem äußeren Umfang des
Drehabschnitts vorgesehen und so ausgebildet sind, dass sie Licht
entsprechend einem Ausgangssignal von an einem inneren Umfang des
hohlen Zylinders vorgesehenen Drehmomentdetektoren emittieren, wodurch
sie ein optisches Signal erzeugen; eine lichtempfangende Faser zum
Empfang des optischen Signals von den lichtemittierenden Elementen; mehrere
optoelektrische Signalwandler, die so vorgesehen sind, dass sie
beiden Endflächen
der lichtempfangenden Faser zugewandt und so ausgebildet sind, dass
sie das optische Signal in ein elektrisches Signal umwandeln; und
einen Fehlfunktionsdetektor, um eine Fehlfunktion der lichtempfangenden
Faser gemäß dem von
den optoelektrischen Signalwandlern ausgegebenen elektrischen Signal
zu erfassen. Folglich kann der Betriebszustand der lichtempfangenden
Faser konstant überwacht
werden.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung vergleicht in der Drehmoment-Messvorrichtung
nach dem ersten Aspekt der Fehlfunktionsdetektor einen Gleichstromwert,
der aus einem Effektivwert des elektrischen Signals von den optoelektrischen
Signalumwandlern umgewandelt wurde, mit einem vorbestimmten Bezugswert.
Folglich kann die Zeit zum Reinigen oder Wechseln der lichtempfangenden
Faser in einer rechtzeitigen Weise angekündigt werden.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung vergleicht in der Drehmoment-Messvorrichtung
nach dem ersten Aspekt der Fehlfunktionsdetektor in einer aufeinander
folgenden Weise einen aus einem Effektivwert des elektrischen Signals von
den optoelektrischen Signalwandlern umgewandelten Gleichstromwert
mit mehreren vorbestimmten Bezugswerten, die einander unterschiedlich
sind. Folglich werden, selbst wenn eine erste Warnung über eine
Fehlfunktion der lichtempfangenden Faser aus irgendeinem Grund übersehen
wird, weitere Warnungen aufeinander folgend ausgegeben, wo durch
eine fehlersichere Eigenschaft erhalten wird.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung empfängt bei der Drehmoment-Messvorrichtung
nach dem ersten Aspekt die lichtempfangende Faser das optische Signal
von den lichtemittierenden Elementen durch eine transparente Platte und
hat ihre beiden Endbereiche unter einem rechten Winkel gebogen.
Folglich kann die lichtempfangende Faser wirksam installiert werden,
und sie kann auch in einem guten Arbeitszustand gewartet werden,
indem bloß die
transparente Platte gereinigt wird, wodurch die Wartungsarbeit erleichtert
wird.
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Gemäß einem
fünften
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei der Drehmoment-Messvorrichtung
nach dem ersten Aspekt der Fehlfunktionsdetektor mit einem Warnlicht,
einem Warnsummer oder einer Sprachwarnvorrichtung oder einer Kombination von
diesen in Abhängigkeit
von den Umständen
verbunden. Folglich kann die Zeit für die Reinigung oder den Wechsel
der lichtempfangenden Faser auf die geeignetste Weise angekündigt werden.
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Die
vorgenannten und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden augenscheinlich anhand der folgenden Beschreibung, die mit
Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gegeben wird, in denen:
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1A ist
eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht einer herkömmlichen
Drehmoment-Messvorrichtung
für einen
sich drehenden Körper
im Querschnitt;
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1B ist
eine teilweise weggeschnittene Vorderansicht der herkömmlichen
Drehmoment- Messvorrichtung
nach 1A;
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2A ist
eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht einer Drehmoment-Messvorrichtung für einen
sich drehenden Körper
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;
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2B ist
eine teilweise weggeschnittene Vorderansicht der Drehmoment-Messvorrichtung nach 2A;
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3 ist
ein Blockschaltbild des Vorgangs der Erfassung eines Drehmoments
in der Drehmoment-Messvorrichtung
nach 2A; und
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4 ist
eine teilweise weggeschnittene Vorderansicht einer Drehmoment-Messvorrichtung für einen
sich drehenden Körper
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 2A und 2B beschrieben.
Wie in den 2A und 2B gezeigt
ist, weist eine Drehmoment-Messvorrichtung für einen sich drehenden Körper 10 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
auf: einen Drehabschnitt 11, der drehbar zwischen einer
angetriebenen Antriebswelle 91 und einer belasteten angetriebenen
Welle 93 angeordnet ist; und einen stationären Abschnitt 15,
der fest so angeordnet ist, dass er den Drehabschnitt 11 umgibt.
Der Drehabschnitt 11 weist integral auf: einen ersten Flansch 12,
der mit einem Flansch 92 der Antriebswelle 91 zu
verbolzen ist; einen zweiten Flansch 14, der mit einem
Flansch 94 der angetriebenen Welle 93 zu verbolzen
ist; und einen hohlen Zylinder, an dessen beiden Enden der erste
bzw. zweite Flansch 12 und 14 ausgebildet sind.
Der stationäre
Abschnitt 15 weist auf: einen Ring 16, der um den
zweiten Flansch 14 herum angeordnet ist; und ein Chassis 17,
an dem der Ring 16 fest angebracht ist. Der erste Flansch 12 ist
fest mit dem Flansch 92 der Antriebswelle verbunden, und
der zweite Flansch 14 ist fest mit dem Flansch 94 der
angetriebenen Welle verbunden. Bei der vorbeschriebenen Struktur wird,
wenn sich die Antriebswelle 91 dreht, der Zylinder 13 verdreht,
um durch den Flansch 92 der angetriebenen Antriebswelle
und den Flansch 94 der belasteten angetriebenen Welle verformt
zu werden.
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Eine
Primärspule 42 ist
an dem inneren Umfang des Rings 16 vorgesehen, und eine
Sekundärspule 43 ist
an dem äußeren Umfang
des zweiten Flansches 14 vorgesehen. Die Primär- und die
Sekundärspule 42 und 43 bilden
zusammen einen Drehtransformator 41, wodurch elektrische
Leistung zu dem Drehabschnitt 11 geliefert werden kann.
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Drehmomentdetektoren 21 als
Dehnungsmesser sind an dem inneren Umfang des Zylinders 13 vorgesehen,
und mehrere lichtemittierende Elemente 27a bis 27n,
die zum Emittieren von Licht entsprechend einem Ausgangssignal von
den Drehmomentdetektoren 21 ausgebildet sind, sind an dem äußeren Umfang
des zweiten Flansches 14 vorgesehen und in einem regelmäßigen Abstand
angeordnet. Eine lichtempfangende Faser 31, die zum Empfangen
von optischen Signalen von den lichtemit tierenden Elementen 27a bis 27n ausgebildet
ist, ist an dem inneren Umfang des Rings 16 entlang der
Primärspule 42 vorgesehen.
Ein erster und ein zweiter optoelektrischer Signalwandler 33a und 33b (nachfolgend
als Signalwandler bezeichnet) zum Erfassen eines optischen Signals
und zum Umwandeln des optischen Signals in ein elektrisches Signal
sind so vorgesehen, dass sie jeweiligen Endflächen der lichtempfangenden
Faser 31 über
ein erstes bzw. zweites optisches Hochpassfilter 32a und 32b zugewandt sind.
Elektrische Signale von den Signalwandler 33a und 33b werden
zu einer Signalempfangs- und Fehlfunktionsalarm-Schaltung 30 gesandt,
die ausgebildet ist für
den Empfang eines Signals von dem Drehabschnitt 11 und
zum Alarmgeben bei einer Fehlfunktion der lichtempfangenden Faser 31.
Die Signalempfangs- und Fehlfunktionsalarm-Schaltung 30 gibt
ein Drehmomentsignal aus und gibt ein Fehlfunktions-Alarmsignal
zu einem Fehlfunktionsalarm 30H aus. Auf einer Platte 28 sind
elektrische Komponenten in einer Übertragungsschaltung 20 (siehe 3)
des Drehabschnitts 11 montiert.
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Die
Arbeitsweise des Erfassens eines Drehmoments in der Drehmoment-Messvorrichtung 10 wird
nachfolgend beschrieben. Dehnungsmesser sind haftend an der inneren
Umfangsfläche
des Zylinders 13 in der Umfangsrichtung angebracht und
in einer Wheatstone-Brücke
angeordnet, wodurch sie die vorgenannten Drehmomentdetektoren 21 bilden
(siehe 2A). Gemäß 3 wird in
der vorgenannten Übertragungsschaltung 20 zum Übertragen
eines Drehmomentsignals ein analoges Signal von den Drehmomentdetektoren 21 durch
einen Verstärker 22 verstärkt, durch
ein Filter 23 von Störungen
befreit und durch einen Spannungs-/Frequenz-Wandler 24 in Frequenzdaten
umgewandelt. Die Frequenz von dem Spannungs-/Frequenz-Wandler 24 wird
durch einen Teiler 25 geteilt, durch einen Leistungsverstärker 26 leistungsverstärkt und
als ein optisches Signal von den lichtemittierenden Elementen 27a bis 27n zu der
lichtempfangenden Faser 31 ausgesandt.
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In
der Signalempfangs- und Fehlfunktionsalarm-Schaltung 30 wird das optische
Signal von den lichtemittierenden Elementen 27a bis 27n von
der lichtempfangenden Faser 31 empfangen, geht durch diese
hindurch und tritt aus den beiden Enden von dieser aus. Optische
Signale von den beiden Enden der lichtempfangenden Faser 31 haben
ihr äußeres Licht
wie fluoreszierendes Licht durch die optischen Hochpassfilter 32a und 32b entfernt
und werden durch die Signalwandler 33a und 33b zurück in Frequenzdaten
eines elektrisches Signals umgewandelt. Die Frequenzdaten eines
elektrischen Signals werden durch eine Aggregationsvorrichtung 34 angehäuft und
dann teilweise zu einem Frequenz/Spannungs-Wandler 38,
um hierdurch in ein analoges Signal umgewandelt zu werden, und teilweise
zu einem Effektivwert/Gleichstrom-Wandler 35 gesandt. Das analoge
Signal von dem Frequenz/Spannungs-Wandler 38 wird durch
ein Ausgangsfilter 39 von Störungen befreit und bildet ein
Drehmomentsignal für
die Drehmomentmessung. Andererseits wird der Effektivwert der durch
die Aggregationsvorrichtung 34 angesammelten und zu dem
Effektivwert/Gleichstrom-Wandler 35 gesandten Frequenzdaten
durch diesen in einen Gleichstrom umgewandelt und zu einem Fehlfunktionsdetektor 36 ausgegeben.
Der Fehlfunktionsdetektor 36 vergleicht einen Ausgangswert
von dem Effektivwert/Gleichstrom-Wandler 35 mit einem vorbestimmten,
von einem Bezugssignalgenerator 36a ausgegebenen Bezugswert,
und wenn der Vergleich zwischen diesen ergibt, dass der Ausgangswert
von dem Effektiv wert/Gleichstrom-Wandler 35 unterhalb des
Bezugswertes von dem Bezugssignalgenerator 36a ist, wird ein
Fehlfunktionssignal zu dem vorgenannten Fehlfunktionsalarm 30H über einen
Leistungsverstärker 37 gesandt.
Der Fehlfunktionsalarm 30H verkündet dann, dass es Zeit ist,
die lichtempfangende Faser 31 zu reinigen. Wenn der Ausgangswert
von dem Effektivwert/Gleichstrom-Wandler 35 den Bezugswert
von dem Bezugssignalgenerator 36a nicht überschreitet, nachdem
die lichtempfangende Faser 31 gemäß der Ankündigung gereinigt wurde, dann
muss die lichtempfangende Faser 31 gegen eine neue ausgetauscht
werden.
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Eine
Leistungszuführungsschaltung 40 enthält einen
Signalgenerator 44 und einen Leistungsverstärker 45 an
dem stationären
Abschnitt 15. Der Signalgenerator 44 erzeugt ein
vorbestimmtes Frequenzsignal, das durch einen Leistungsverstärker 45 leistungsverstärkt, zu
einem Gleichrichter 46 an dem Drehabschnitt 11 über einen
Drehtransformator 41 gesandt, durch den Gleichrichter 46 in
einen Gleichstrom umgewandelt und als elektrische Leistung für die Übertragungsschaltung 20 des
Drehabschnitts 11 geliefert wird.
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Somit
wird bei der Drehmoment-Messvorrichtung 10 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, wenn sich die Antriebswelle 91 dreht,
das Drehmomentsignal von den Drehmomentdetektoren 21 durch
die lichtemittierenden Elemente 27a bis 27n zu
dem Signalwandler 33 getragen und dort erfasst, wodurch
ein Drehmoment gemessen wird, und gleichzeitig ist eine rechtzeitige und
zweckmäßige Wartungsarbeit
zum Reinigen oder Austauschen der lichtempfangenden Faser 31 sichergestellt.
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In
dieser Verbindung kann der Ausgangswert von dem Bezugssignalgenerator 36a,
der mit dem Ausgangswert von dem Effektivwert/Gleichstrom-Wandler 35 verglichen
wird, in mehrere vorbestimmte, einander unterschiedliche Bezugswerte
aufgeteilt werden, wodurch ein Fehlfunktions-Alarmsignal jedes Mal über den
Leistungsverstärker 37 zu dem
Fehlfunktionsalarm 30H gesandt wird, wenn der Fehlfunktionsdetektor 36 feststellt,
dass der Ausgangswert von dem Effektivwert-Gleichstrom-Wandler 35 unterhalb
jedes der vorbestimmten Bezugswerte fällt. Auf diese Weise werden,
selbst wenn eine erste Fehlfunktionswarnung aus irgendeinem Grund übersehen
wird, weitere Warnungen in einer aufeinander folgenden Weise ausgegeben,
um sicherzustellen, dass die lichtempfangende Faser 31 zweckmäßig gereinigt
oder ausgetauscht wird, bevor es zu spät ist. Weiterhin kann der Fehlfunktionsalarm 30H ein
Warnlicht, ein Warnsummton, eine Sprachwarnvorrichtung oder dergleichen
oder eine Kombination von diesen für die geeignetste Weise der
Warnung sein.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf 4 beschrieben.
Wie in 4 gezeigt ist, ist bei einer Drehmoment-Messvorrichtung 10A gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
ein Ring 16A, der aus zwei Halbringabschnitten zusammengesetzt
ist und so angeordnet ist, dass er den zweiten Flansch 14 umgibt, über Befestigungsglieder 18a und 18b an einem
Chassis 17A angebracht. Der Ring 16A weist Halbringabschnitte 16Aa und 16Ab sowie
ein Verbindungsglied 16T auf. Die einen Enden (obere Seite
in der Figur) der Halbringabschnitte 16Aa und 16Ab sind über das
Verbindungsglied 16T lösbar
miteinander verbunden, und die anderen Enden (untere Seite in der
Figur) hiervon sind nicht miteinander verbunden, aber isolierend
an dem Chassis 17A angebracht. Der so strukturierte Ring 16A arbeitet,
wenn der aus einem leitenden Material gebildet ist, als die vorgenannte
Primärspule 42.
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Das
Chassis 17A nimmt eine lichtempfangende 31A auf
für den
Empfang von optischen Signalen von den lichtemittierenden Elementen 27a bis 27n.
Die beiden Endbereiche der lichtempfangenden Faser 31A sind
in einem rechten Winkel gebogen für eine wirksame Installation
innerhalb des Chassis 17A. Die Signalwandler 33a und 33b befinden
sich in einer solchen Lage, dass sie den jeweiligen Endflächen der
lichtempfangenden Faser 31A über die optischen Hochpassfilter 32a bzw. 32b zugewandt
sind, und eine transparente 19 ist fest an dem Chassis 17A so
angebracht, dass sie entlang des lichtempfangenden Teils der lichtempfangenden
Faser 31A angeordnet ist.
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Mit
den vorstehend beschriebenen Unterschieden gegenüber der Drehmoment-Messvorrichtung 10 nach
dem ersten Ausführungsbeispiel
ermöglicht
es die Drehmoment-Messvorrichtung 10A nach
dem zweiten Ausführungsbeispiel,
dass der Ring 16A leicht abgenommen werden kann und auch der
Lichtempfangszustand der lichtempfangenden Faser 31A nur
durch Reinigen der transparenten Platte 19 wieder hergestellt
werden kann, sowie die Zeit für
die Wartungsarbeit rechtzeitig und zweckmäßig in derselben Weise wie
bei der Drehmoment-Messvorrichtung 10 angekündigt wird.
Dieses Merkmal erleichtert weiterhin die Wartungsarbeit für die lichtempfangende
Faser.