WO2009121955A1 - Feldgerät zur prozessinstrumentierung - Google Patents

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WO2009121955A1
WO2009121955A1 PCT/EP2009/054010 EP2009054010W WO2009121955A1 WO 2009121955 A1 WO2009121955 A1 WO 2009121955A1 EP 2009054010 W EP2009054010 W EP 2009054010W WO 2009121955 A1 WO2009121955 A1 WO 2009121955A1
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field device
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connection
collar
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Inventor
Steen Moellebjerg Matzen
Kenneth Petersen
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/18—Supports or connecting means for meters
    • G01F15/185—Connecting means, e.g. bypass conduits

Definitions

  • the invention relates to a field instrument for process instrumentation, which can be connected to a process with at least one substantially cylindrical process connection, at least one flange being provided for attachment to the connection point, according to the preamble of claim 1.
  • transducers also referred to as sensors
  • process variables such as temperature, pressure, flow rate, level or density of a medium.
  • actuators which are often referred to as actuators
  • the process flow can be influenced in accordance with detected process variables according to a predetermined example of a control station strategy.
  • actuators may be mentioned a control valve, a heater or a pump.
  • US Pat. No. 7,082,840 B2 discloses a vortex flowmeter that is equipped with a measuring tube as a measuring sensor. So that the measuring tube with a uniform internal cross-section can be installed in pipelines of different diameters, cone-shaped transition or reducing pieces for uniform transfer of the inside diameter are attached to both ends of the measuring tube. On the outside, the two process connections are formed at their ends facing the process substantially cylindrical and each provided with a flange for attachment to corresponding connection points of the pipeline. Transition pieces and measuring tube are connected by welding at the manufacturer.
  • the known field device thus has two process connections with flanges on delivery with which it can be connected to the process by installation in a pipeline.
  • field devices are known, for example transducers for pressure, level or temperature, in which only a process connection with flange is present, for example for attachment to a wall of a pipeline or a container. Also in this case, the flange is usually already attached to the process connection when the field device is delivered.
  • the invention has for its object to provide a field device for process instrumentation, in which a flange can be mounted in a simple manner by a user at the respective place of use of the field device to a process connection.
  • the invention has the advantage that the flanges suitable for the respective installation conditions of the field device can be supplied as separate parts with the field device and mounted on site.
  • the transducer of a transmitter can be manufactured, calibrated, painted and put in stock by the manufacturer.
  • the respective flange is mounted on the process connection.
  • the flange is characterized by a simple construction and is associated with a low production cost. Only the inner area of the flange must be adapted to the collar of the process connection.
  • the outer area of the flan- can have any dimensions.
  • a suitable flange from a multiplicity of flange types.
  • the effort for logistics and warehousing is reduced when using the new field device. This ultimately also has an advantageous effect on the manufacturing costs of the field device.
  • the flange in which this consists of two substantially equal parts, which engage behind the collar in each case over half of its circumference in the assembled state and are connected to each other at their diametrically opposite sides.
  • each part of the flange comprises approximately half the circular section and occur at the joints of the two flange parts only low bending moments.
  • the manufacturing cost of the flanges can be further reduced if the two parts are formed identically, as this reduces the number of different parts and the convincedslosied the flange is doubled. If the two flange parts are rotatably mounted relative to one another on one side, then the flange can be handled as a component before assembly and the assembly is further facilitated.
  • the two flange parts can be connected to each other at the other, the pivot bearing opposite side by a releasable clamp. Closing the clamp only takes a short step in mounting the flange.
  • the flange is removable in an advantageous manner, if necessary, again after loosening the clamp from the process connection.
  • the clamp can be designed in the manner of a chain link of a bicycle chain with at least one detachable connecting strap.
  • the two flange parts then each have a bore on the side opposite the pivot bearing, into which the bolts of the clamp can be inserted for mounting. After inserting the bolt, the connecting tab is placed and thus the clip closed.
  • the connecting tab is placed and thus the clip closed.
  • FIG. 1 shows a field device with two process connections, each having a flange, for installation in a pipeline and
  • Figure 2 an open flange.
  • a sensor for a magnetic inductive flow meter is shown in FIG.
  • a measuring tube of the field device 1 is provided at its two ends with process connections, wherein in FIG. 1 only the process connection 2 is visible and the opposite process connection is covered by the housing of the receiver 1.
  • the process connection 2 is designed substantially cylindrical and has on its the process, in this case the connection point of the pipeline, facing outside a circumferential collar 3.
  • the inside of the measuring tube is lined with an electrically insulating layer 4, a so-called liner, which is led around to the seal at the junction to the outside of the process connection 2 and thus at least partially covers the collar 3 on its outside.
  • a flange for fastening the process connection 2 to the connection point consists essentially of two identically designed flange parts 5 and 6, which are shown in FIG. 1 in a state opened for mounting on the process connection 2.
  • a clamp 7 which is inserted on one side of the flange 5 and 6 in two holes, the two flange portions 5 and 6 are rotatably mounted to each other.
  • the flange part 6 is pivoted by about 90 ° toward the process connection 2 until the sides of the flange parts 5, 6 which are diametrically opposite one side meet with one another.
  • a clamp is now used, which serves to connect the two flange 5 and 6.
  • a corresponding bracket 10 which is already inserted into two flange parts 11 and 12 for fastening the flange 11, 12 on the opposite, non-visible process connection, illustrates the state after completion of the flange assembly.
  • the two flange parts 5 and 6 engage behind the collar 3 in each case approximately over half of its circumference.
  • the rotary joint 7 and in the clamp connection on the diametrically opposite side occurring bending moments, which in an attachment of the flange 5, 6 at a corresponding flange at the junction of the Pipeline, which is not shown in FIG. 1 for the sake of clarity, is relatively small in this design of the flange parts 5 and 6 and can be well received by the clamps, which connect the two flange parts 5 and 6 in the mounted state.
  • the type of process connection with flange shown is particularly suitable for processes in which the media pressure does not exceed 10 bar.
  • a connecting piece 13 is used to mount a transmitter housing for the field device 1, which usually has a control panel for parameterization and for outputting a measured value and a communication interface for transmitting the measured value via a fieldbus to a control station in a process plant.
  • a transmitter housing for the field device 1 usually has a control panel for parameterization and for outputting a measured value and a communication interface for transmitting the measured value via a fieldbus to a control station in a process plant.
  • On a representation of the transmitter was omitted for the sake of clarity.
  • a bracket 22 which is constructed in the manner of a chain link of a bicycle chain, forms a pivot bearing on one side of the parts 20 and 21.
  • the bracket 22 is inserted with its two pins 23 and 24 in corresponding holes in the parts 20 and 21 and closed by the insertion of a removable connecting tab 34.
  • a clamp 25 on the diametrically opposite side of the part 20 is already inserted into the part 20 only with a bolt 26.
  • a detachable connection tab 27 is also placed, which prevents the clip 25 from falling out.
  • the clamp 25 is removed, the parts 20 and 21 are rotated relative to each other, the clamp 25 with a bolt 35 in a bore 28 and the bolt 26 in the bore of the part 20, in which in the illustration shown in Figure 2 is already the bolt 26, used and the connecting plate 27 is re-inserted.
  • the two parts 20 and 21 are firmly connected, so that a flange sufficient stability is obtained.
  • Holes 30 ... 33 are used to attach the flange to a corresponding flange at the junction of a pipe, which is not shown in Figure 2 for the sake of clarity.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Feldgerät zur Prozessinstrumentierung, das mit zumindest einem im Wesentlichen zylinderförmigen Prozessanschluss (2) an einen Prozess, zum Beispiel durch Einbau des Feldgeräts (1) in eine Rohrleitung, anschließbar ist. Der Prozessanschluss (2) weist an seiner dem Prozess zugewandten Außenseite einen im Wesentlichen umlaufenden Kragen (3) auf. Zur Befestigung an der Anschlussstelle ist ein Flansch (5, 6) vorgesehen, der aus mehreren Teilen (5, 6) besteht, die zur Montage hinter dem Kragen (3) an den Prozessanschluss (2) anlegbar sind und im montierten Zustand den Kragen (3) hintergreifen. Dadurch können in einfacher Weise Flansche verschiedenen Typs auf einen universellen Prozessanschluss (2) montiert werden. Da nun nicht mehr Feldgeräte mit verschiedenen Flanschtypen sondern nur noch Flansche der verschiedenen Typen bevorratet werden müssen, wirkt sich dies reduzierend auf den Logistik- und Lagerhaltungsaufwand einer Feldgerätereihe aus.

Description

Beschreibung
Feldgerät zur Prozessinstrumentierung
Die Erfindung betrifft ein Feldgerät zur Prozessinstrumentierung, das mit zumindest einem im Wesentlichen zylinderförmigen Prozessanschluss an einen Prozess anschließbar ist, wobei zumindest ein Flansch zur Befestigung an der Anschlussstelle vorgesehen ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In prozesstechnischen Anlagen werden zur Steuerung von Prozessen vielfältige Feldgeräte für die Prozessinstrumentierung eingesetzt. Beispielsweise dienen Messumformer, die auch als Sensoren bezeichnet werden, zur Erfassung von Prozessvariab- len, wie beispielsweise Temperatur, Druck, Durchflussmenge, Füllstand oder Dichte eines Mediums. Durch Stellglieder, die häufig als Aktuatoren bezeichnet werden, kann der Prozessablauf in Abhängigkeit von erfassten Prozessvariablen entsprechend einer beispielsweise von einer Leitstation vorgegebenen Strategie beeinflusst werden. Als Beispiele für Stellglieder seien ein Regelventil, eine Heizung oder eine Pumpe genannt.
Aus der US 7,082,840 B2 ist ein Vortex Durchflussmessgerät bekannt, das mit einem Messrohr als Messaufnehmer ausgestat- tet ist. Damit das Messrohr mit einheitlichem Innenquerschnitt in Rohrleitungen verschiedenen Durchmessers eingebaut werden kann, sind an den beiden Enden des Messrohrs kegelförmige Übergangs- oder Reduzierstücke zur gleichmäßigen Überleitung des Innendurchmessers angebracht. An der Außenseite sind die beiden Prozessanschlüsse an ihren dem Prozess zugewandten Enden im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und mit jeweils einem Flansch zur Befestigung an dazu korrespondierenden Anschlussstellen der Rohrleitung versehen. Übergangsstücke und Messrohr werden beim Hersteller durch Schweißen miteinander verbunden. Das bekannte Feldgerät weist bei Auslieferung somit zwei Prozessanschlüsse mit Flanschen auf, mit welchen es durch Einbau in eine Rohrleitung an den Prozess anschließbar ist.
Weiterhin sind Feldgeräte bekannt, zum Beispiel Messumformer für Druck, Füllstand oder Temperatur, bei welchen lediglich ein Prozessanschluss mit Flansch vorhanden ist, beispielsweise zum Anbau an eine Wand einer Rohrleitung oder eines Behälters. Auch in diesem Fall ist üblicherweise der Flansch bei Auslieferung des Feldgeräts bereits fest am Prozessanschluss angebracht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feldgerät zur Prozessinstrumentierung zu schaffen, bei welchem ein Flansch in einfacher Weise durch einen Anwender am jeweiligen Ein- satzort des Feldgeräts auf einen Prozessanschluss montierbar ist .
Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Feldgerät der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die für die jeweiligen Einbaubedingungen des Feldgeräts geeigneten Flansche als se- parate Teile mit dem Feldgerät geliefert und vor Ort montiert werden können. Bevor die Flansche aufgesetzt werden, kann beispielsweise der Aufnehmer eines Messumformers beim Hersteller gefertigt, kalibriert, lackiert und auf Lager gelegt werden. Wenn das Feldgerät an den Anwender ausgeliefert wird oder auch wenn der Hersteller eine Bestellung mit einem bestimmten Flanschtyp zum Prozessanschluss erhält, wird der jeweilige Flansch auf den Prozessanschluss montiert. Dabei ist in vorteilhafter Weise keine Schweißverbindung zur Befestigung des Flansches am Prozessanschluss nötig. Dennoch zeich- net sich der Flansch durch eine einfache Konstruktion aus und ist mit einem geringen Herstellungsaufwand verbunden. Lediglich der innere Bereich des Flansches ist an den Kragen des Prozessanschlusses anzupassen. Der äußere Bereich des Flan- sches kann dagegen beliebige Abmessungen aufweisen. Dies ermöglicht den Einsatz eines weitgehend universellen Feldgeräts, das durch Auswahl eines geeigneten Flansches aus einer Vielzahl von Flanschtypen variabel an die jeweiligen Einbau- bedingungen anpassbar ist. Somit muss nur eine geringe Zahl von Varianten des Feldgeräts auf Lager bereit gehalten werden und lediglich die Flansche der verschiedenen Typen sind zu bevorraten. In vorteilhafter Weise wird daher bei Einsatz des neuen Feldgeräts der Aufwand für Logistik und Lagerhaltung reduziert. Dies wirkt sich letztlich ebenfalls vorteilhaft auf die Herstellungskosten des Feldgeräts aus.
Prinzipiell sind verschiedene Möglichkeiten zur Befestigung der Flanschteile aneinander oder am Prozessanschluss denkbar. Zum Beispiel können an den verschiedenen Stellen, an welchen Flanschteile aufeinanderstoßen, Schrauben zur Befestigung dienen oder es können Hak- oder Rastverbindungen vorgesehen werden, welche durch Zusammendrücken der Teile geschlossen werden. Zudem können Verbindungen an einzelnen Stoßstellen zwischen den Flanschteilen mit Drehgelenken realisiert werden, welche in vorteilhafter Weise die Flanschteile bereits vor ihrer Montage zusammenhalten.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung des Flanschs, bei welcher dieser aus zwei im Wesentlichen gleichen Teilen besteht, die im montierten Zustand den Kragen jeweils über der Hälfte seines Umfangs hintergreifen und an ihren diametral gegenüberliegenden Seiten miteinander verbunden sind. Damit wird eine gute Stabilität des Flanschs erreicht, da jedes Teil des Flansches etwa den halben Kreisabschnitt umfasst und an den Stoßstellen der beiden Flanschteile lediglich geringe Biegemomente auftreten. Die Herstellungskosten der Flansche können weiter reduziert werden, wenn die beiden Teile identisch ausgebildet sind, da dadurch die Anzahl verschiedener Teile reduziert und die Fertigungslosgröße des Flanschteils verdoppelt wird. Werden die beiden Flanschteile an der einen Seite relativ zueinander drehbar gelagert, so ist der Flansch bereits vor der Montage als ein Bauteil handhabbar und die Montage wird weiter erleichtert.
Vorteilhaft können die beide Flanschteile an der anderen, dem Drehlager gegenüberliegenden Seite durch eine lösbare Klammer miteinander verbunden werden. Ein Schließen der Klammer benötigt lediglich einen kurzen Arbeitsschritt bei der Montage des Flansches. Zudem ist der Flansch in vorteilhafter Weise bei Bedarf wieder nach Lösen der Klammer vom Prozessanschluss abnehmbar .
Vorteilhaft kann die Klammer nach Art eines Kettenglieds ei- ner Fahrradkette mit zumindest einer abnehmbaren Verbindungslasche ausgebildet sein. Zur Aufnahme der Klammer weisen die beiden Flanschteile dann an der dem Drehlager gegenüberliegenden Seite jeweils eine Bohrung auf, in welche die Bolzen der Klammer zur Montage einsteckbar sind. Nach Einstecken der Bolzen wird die Verbindungslasche aufgelegt und damit die Klammer geschlossen. Damit ist ein besonders einfaches und stabiles Bauelement als Klammer verwendbar, das mit geringem Herstellungsaufwand verbunden ist.
Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein Feldgerät mit zwei Prozessanschlüssen, die jeweils einen Flansch aufweisen, zum Einbau in eine Rohrleitung und
Figur 2 einen geöffneten Flansch.
Als Beispiel für ein Feldgerät 1 ist in Figur 1 ein Aufnehmer für einen magnetisch induktiven Durchflussmesser dargestellt. Zum Einbau in eine in der Figur 1 der Übersichtlichkeit wegen nicht gezeigte Rohrleitung ist ein Messrohr des Feldgeräts 1 an seinen beiden Enden mit Prozessanschlüssen versehen, wobei in Figur 1 lediglich der Prozessanschluss 2 sichtbar und der gegenüberliegende Prozessanschluss durch das Gehäuse des Aufnehmers 1 verdeckt ist. Der Prozessanschluss 2 ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgeführt und weist an seiner dem Pro- zess, in diesem Falle der Anschlussstelle der Rohrleitung, zugewandten Außenseite einen umlaufenden Kragen 3 auf. Die Innenseite des Messrohrs ist mit einer elektrisch isolierenden Schicht 4, einem so genannten Liner, ausgekleidet, der zur Dichtung an der Anschlussstelle bis auf die Außenseite des Prozessanschlusses 2 herumgeführt ist und den Kragen 3 an seiner Außenseite somit zumindest teilweise bedeckt. Ein Flansch zur Befestigung des Prozessanschlusses 2 an der Anschlussstelle besteht im Wesentlichen aus zwei identisch ausgebildeten Flanschteilen 5 und 6, die in Figur 1 in einem zur Montage auf dem Prozessanschluss 2 geöffneten Zustand dargestellt sind. Mit Hilfe einer Klammer 7, die auf der einen Seite der Flanschteile 5 und 6 in zwei Bohrungen eingesetzt ist, sind die beiden Flanschteile 5 und 6 zueinander drehbar gelagert. Zur Montage des Flanschs 5, 6 auf dem Prozessanschluss 2 wird das Flanschteil 6 in einer Drehung um etwa 90° zum Prozessanschluss 2 hin geschwenkt, bis die der einen Sei- te mit dem Drehgelenk diametral gegenüberliegenden Seiten der Flanschteile 5, 6 aufeinanderstoßen. In Bohrungen 8 und 9 an den Flanschteilen 5 bzw. 6 wird nun eine Klammer eingesetzt, die zur Verbindung der beiden Flanschteile 5 und 6 dient. Eine entsprechende Klammer 10, die bereits in zwei Flanschteile 11 und 12 zur Befestigung des Flansches 11, 12 auf dem gegenüberliegenden, nicht sichtbaren Prozessanschluss eingesetzt ist, veranschaulicht den Zustand nach beendeter Flanschmontage. Im montierten Zustand hintergreifen die beiden Flanschteile 5 und 6 den Kragen 3 jeweils etwa über der Hälfte sei- nes Umfangs . Im Drehgelenk 7 und in der Klammerverbindung auf der diametral gegenüberliegenden Seite auftretende Biegemomente, die bei einer Befestigung des Flanschs 5, 6 an einem dazu korrespondierenden Flansch an der Anschlussstelle der Rohrleitung, der in Figur 1 der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt ist, sind bei dieser Auslegung der Flanschteile 5 und 6 relativ gering und können durch die Klammern, welche im montierten Zustand die beiden Flanschteile 5 und 6 miteinan- der verbinden, gut aufgenommen werden. Die gezeigte Art des Prozessanschlusses mit Flansch bietet sich insbesondere bei Prozessen an, in welchen der Mediendruck 10 bar nicht überschreitet .
Ein Stutzen 13 dient zur Montage eines Transmittergehäuses für das Feldgerät 1, das üblicherweise ein Bedienfeld zur Pa- rametrierung und zur Ausgabe eines Messwerts sowie eine Kommunikationsschnittstelle zur Übertragung des Messwerts über einen Feldbus an eine Leitstation in einer prozesstechnischen Anlage aufweist. Auf eine Darstellung des Transmitters wurde der Anschaulichkeit wegen verzichtet.
Zur Verdeutlichung der Flanschkonstruktion ist in Figur 2 ein aus zwei Teilen 20 und 21 bestehender Flansch vergrößert dar- gestellt. Eine Klammer 22, die nach Art eines Kettenglieds einer Fahrradkette aufgebaut ist, bildet ein Drehlager auf der einen Seite der Teile 20 und 21. Dazu ist die Klammer 22 mit ihren beiden Bolzen 23 und 24 in entsprechende Bohrungen in den Teilen 20 und 21 eingesetzt und durch Einliegen einer abnehmbaren Verbindungslasche 34 geschlossen. Eine Klammer 25 auf der diametral gegenüberliegenden Seite des Teils 20 ist lediglich mit einem Bolzen 26 bereits in das Teil 20 eingesetzt. Um einen Verlust der Klammer 25 beim Transport des Flansches zu vermeiden, ist zudem eine abnehmbare Verbin- dungslasche 27 aufgelegt, die ein Herausfallen der Klammer 25 verhindert. Zur Montage des Flanschs auf einem Prozessan- schluss wird die Klammer 25 abgenommen, die Teile 20 und 21 werden zueinander gedreht, die Klammer 25 mit einem Bolzen 35 in eine Bohrung 28 und mit dem Bolzen 26 in die Bohrung des Teils 20, in welcher sich in der Darstellung gemäß Figur 2 bereits der Bolzen 26 befindet, eingesetzt und die Verbindungslasche 27 wieder eingelegt. Damit sind die beiden Teile 20 und 21 fest miteinander verbunden, so dass ein Flansch ausreichender Stabilität erhalten wird. Bohrungen 30...33 dienen zur Befestigung des Flanschs an einem dazu korrespondierenden Flansch an der Anschlussstelle einer Rohrleitung, die in Figur 2 der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt ist .

Claims

Patentansprüche
1. Feldgerät zur Prozessinstrumentierung, das mit zumindest einem im Wesentlichen zylinderförmigen Prozessanschluss (2) an einem Prozess, zum Beispiel durch Einbau des Feldgeräts (1) in eine Rohrleitung, anschließbar ist, wobei zumindest ein Flansch (5, 6, 11, 12) zur Befestigung an der Anschlussstelle vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessanschluss (2) an seiner dem Prozess zugewandten Außensei- te einen im Wesentlichen umlaufenden Kragen (3) aufweist, dass der Flansch aus mehreren Teilen (5, 6) besteht, die zur Montage des Flanschs (5, 6) hinter dem Kragen (3) an den im Wesentlichen zylinderförmigen Prozessanschluss (2) anlegbar sind und im montierten Zustand des Flansches (5, 6) den Kra- gen (3) hintergreifen.
2. Feldgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch aus zwei im Wesentlichen gleichen Teilen (5, 6) besteht, die im montierten Zustand den Kragen (3) jeweils et- wa über der Hälfte seines Umfangs hintergreifen und die an ihren jeweils diametral gegenüberliegenden Seiten miteinander verbunden sind.
3. Feldgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Flanschteile (5, 6) an der einen Seite zur Montage relativ zueinander drehbar gelagert sind.
4. Feldgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Flanschteile (11, 12) an der anderen, dem Drehla- ger gegenüberliegenden Seite zur Montage durch eine lösbare Klammer (10) miteinander verbindbar sind.
5. Feldgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klammer (25) nach Art eines Kettenglieds einer Fahrrad- kette mit zumindest einer abnehmbaren Verbindungslasche (27) ausgebildet ist und dass die beiden Flanschteile (20, 21) an der anderen, dem Drehlager (22) gegenüberliegenden Seite je- weils eine Bohrung (28) aufweisen, in welche die Bolzen (26, 35) der Klammer (25) zur Montage einsteckbar sind.
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