DE2711965A1

DE2711965A1 - Messinstrument

Info

Publication number: DE2711965A1
Application number: DE19772711965
Authority: DE
Inventors: David Lee Anderson; Frank Gwinn Warrick
Original assignee: Sealed Power Corp
Current assignee: SPX Corp
Priority date: 1976-03-19
Filing date: 1977-03-18
Publication date: 1977-09-29
Also published as: AU499068B2; ZA77886B; AU2236877A; SE432019B; BE852443A; IT1086705B; CA1076346A; SE7703117L; JPS59112104U; DE2711965C2; MX144903A; JPS52114358A; ES456939A1; GB1547502A; BR7701675A

Description

BLUMBACH · WESER · 3I=RSEN · KRAMER

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patentconsult Radedcestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger StraBe 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Palentconsulι

Beschreibung:

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Meßinstrument gerichtet; insbesondere ist die Erfindung auf ein Instrument zur Bestimmung des Verjüngungswinkels der Seitenfläche von Hochleistungskolbenringen gerichtet.

Zu hin- und hergehenden Hochleistungskolben für Verbrennungsmaschinen gehören häufig Verdichtungsringe und/oder Ölabstreifringe mit frustokonischer axialer Fläche oder frustokonischen Seitenflächen, die dahin ausgebildet sind, daß sie abdichtend an entsprechenden gegenüberliegenden Flächen einer Ringnut des Kolbens anliegen können. Wird ein radialer Querschnitt betrachtet, so verjüngen sich die Seitenflächen solcher Kolben aufeinander zu in der Richtung der Ringachse. Derartige Kolbenringe sind in der Fachliteratur häufig beschrieben und werden nachfolgend als konisch zulaufende Kolbenringe bezeichnet. Für eine optimale Leistung der VerbrennungsmaEchine ist es erforderlich, daß der Verjüngungswinkel jeder Seitenfläche des Kolbenringes und der eingeschlossene Verjüngungswinkel zwischen den beiden Seitenflächen möglichst genau an die entsprechenden

München: R. Kramer Oipl.-Ing. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · P. Hirsch Dipl.-Ing. · H. P. Brehrn Dipl.-Chem. Or. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dlpl.-Ing. · P. Bergen Oipl.-Ing. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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Verjüngungswinkel der Kolbennut angepaßt sind, in welche der Kolbenring eingesetzt werden soll.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Meßgerät zur Bestimmung des Verjüngungswinkeüs der Seitenfläche und/oder des eingeschlossenen Verjüngungswinkels zwischen den beiden Seitenflächen eines Kolbenringes der oben genannten Art bereitzustellen, das wirtschaftlich hergestellt werden kann, eine einfache Anordnung darstellt, exakt und zuverlässig arbeitet, ein Minimum an bewegten Teilen aufweist, leicht geeicht werden kann und/oder eine direkte Ablesung in Minuten der Abweichung des gemessenen Verjüngungswinkels von einem vorgegebenen nominalen Wert zuläßt.

Die neuen Merkmale des erfindungsgemäßen Meßgerätes ergeben sich insbesondere aus den oben aufgeführten Patentansprüchen, Die Erfindung selbst, sowie zusätzliche Aufgaben, Besonderheiten und Vorteile sind am besten der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, wo die Erfindung in Verbindung mit Zeichnungen erläutert ist; die Zeichnungen zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung, welche zur Messung des Seitenflächenwinkels eines konisch zulaufenden Kolbenringes geeignet ist;

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Fig. 2 eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung, welche zur Messung des eingeschlossenen Winkels zwischen den Seitenflächen eines konisch zulaufenden Kolbenringes geeignet ist.

Bei der mit Fig. 1 dargestellten einen Ausführungsform 10 weist das Meßinstrument eine Meßplatte 12 mit horizontaler, ebener Bezugsfleche 14 auf. An der Platte 12 ist eine Halterung 20 angebracht, an welcher wiederum ein Meßamboß 22 angebracht ist, vrelcher sich frei in einer Ebene senkrecht zur Bezugsfläche 14 um eine feststehende Achse drehen kann. Die untere oder Meßfläche 26 des Amboß 22 ist exakt bearbeitet und weist entweder eine flache oder eine frustokonische Oberflächen -ausbildung auf,mit einem Verjüngungswinkel,der vorzugsweise einem vorgegebenen, nominellen Verjüngungswinkel einer Seitenfläche eines Kolbenringes entspricht. Eine Rundanzeige 30 ist vertikal an der Halterung 20 angebracht und weist eine Meßspindel 32 auf, die aus der Rundanzeige herausragt und eine flache obere Fläche 34 des Amboß 22 berührt. Auf diese Weise ist die lage des Brührungspunktes zwischen der Spindel 32 und der Amboßfläche 34 und damit auch die Ablesung an der Rundanzeige 30 eine direkte Folge der winkelmäßigen Stellung des Amboß 22 um seine Drehachse.

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Um die Wirkungsweise des Meßinstrumentes 10 zu erläutern, ist mit Pig. 1 auch ein konisch zulaufender Kolbenring 36 dargestellt, der frustokonische Seitenflächen 38 und 40 aufweist. Der Verjüngungswinkel der Seitenfläche 38 soll gemessen werden. Hierzu wird der Ring 36 gewöhnlich koaxial zu der Anzeigevorrichtung 30 und der Halterung 20 angeordnet und ruhtauf einer Ringseitenkante 42 auf der Bezugsfläche 14. Der Ring wird anschließend längs der Fläche 14 verschoben, bis die von der Kante 42 entfernte Seitenfläche 38 in inniger Berührung mit der Meßfläche 26 am Amboß an einem Punkt innerhalb des Ringumfanges liegt, wo die Messung durchgeführt werden soll. Der Amboß 22 nimmt dabei eine Stellung um seine Drehachse ein, welche eine Funktion des Winkels zwischen der Seitenfläche 38 und der Bezugsfläche 14 darstellt; dadurch wird eine Messung dieses Winkels und die entsprechende Ablesung auf der Anzeigefläche der Anzeigevorrichtung 30 gegeben. Es ist ersichtlich, daß der Verjüngungswinkel der Seitenfläche 40 des Kolbenringes einfach dadurch gemessen werden kann, daß der Ring aus dem Meßinstrument 10 herausgenommen wird, umgedreht wird, und anschließend der Ring mit der Fläche 40 in oberer Stellung erneut in das Meßinstrument eingelegt, und diese obere Fläche 40 in innige Berührung mit der Meßfläche 26 gebracht wird.

Eine bemerkenswerte Besonderheit der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch Auswahl eines geeigneten Abstandes d

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zwischen der Achse des Stiftes 24 und der Achse der Spindel 32, jeweils gemessen in senkrechter Richtung zu beiden Achsen, wie das mit Fig. 1 dargestellt ist, die Rundanzeige dahingehend ausgestaltet werden kann, daß der Verjüngungswinkel der Seitenfläche direkt in Minuten abgelesen werden kann. Im einzelnen wird der Abstand d vorzugsweise dahingehend ausgewählt, daß er der nachfolgenden Gleichung genügt:

d - a/tan Δ 0

wobei a für eine vorgegebene Einheit einer linearen Spindelverschiebung' steht; und

Δ& für eine Änderung oder Abweichung von einem nominalen Verjüngungswinkel der Seitenfläche steht, der dahingehend ausgewählt wurde, um der Einheit der Spindelverschiebung zu entsprechen.

Pur kleine Werte von 4& kann diese Abweichung auch in Radianten ausgedrückt werden:

θ = tan Δ&

Wenn somit die Anzeigevorrichtung 30 in Inkremente von 1/10000 eines Zolls (0,00254 mm) unterteilt ist, dann entspricht jede Anzeigeunterteilung einer Minute des Verjüngungswinkels, wenn der Abstand d 8,731885 mm (0,343775 Zoll) beträgt. Sofern die

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obere Amboßfläche 34 senkrecht zur Achse der Spindel 32 bei der üblichen Amboßstellung ausgerichtet ist, was bevorzugt wird, so beträgt der inhärente Fehler des erfindungsgemäßen Meßinstrumentes weniger als 7 Teile auf 1 Million Teile (7 x 1O~ %) über einen Winkelbereich {46 ) von 30 Minuten; d.h., einem üblichen Verjüngungswinkel der Seitenfläche plus oder minus 15 Minuten. Weiterhin kann das Meßinstrument 10 leicht calibriert und an einen vorgegebenen üblichen Verjüngungswinkel der Seitenfläche angepaßt werden, indem lediglich der Ring 36 bei Fig. 1 durch einen zweiten Amboß ersetzt wird, der identisch zum Amboß 22 ausgebildet ist, und anschließend die Anzeigevorrichtung 30 in ihre Null-Stellung gebracht wird. Darüberhinaus kann das Meßinstrument 10 leicht an beliebige Verjüngungswinkel einer Anzahl von üblichen Seitenflächen angepaßt werden, indem lediglich der Amboß 22 durch einen anderen Amboß ersetzt wird, der die angestrebte, wie üblich bearbeitete Meßfläche aufweist.

Mit Fig. 2 ist eine modifizierte Ausführungsform 50 der Erfindung dargestellt, welche wiederum zur Messung des Verjüngungswinkels einer Seitenfläche des Kolbenringes bestimmt ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die Anzeigevorrichtung horizontal an der Halterung 52 angebracht und die Spindel 32 ragt daraus hervor, um an einer flachen, vertikalen Fläche 54 eines Meßamboß 56 anzuliegen. Es ist ersichtlich,daß der Amboß 56 im wesentlichen mit dem Amboß 22 nach Fig. 1 übereinstimmt; die Abweichung besteht darin, daß ein vertikal herausragender Vorsprung aus dem Hauptkörper des Amboß 56 vorgesehen ist, um die

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Fläche 54 zu bilden, an welcher die Spindel anliegt. Der oben im einzelnen dargelegte Abstand d wird auch bei der Ausbildungsform nach Fig. 2 zwischen der Achsen der Spindel und des Drehstiftes in einer Richtung senkrecht zu beiden gemessen, dieses Mal in vertikaler Richtung. Die Ausführungsform nach Fig. 2 weist den Vorteil auf, daß die Beobachtungsfläche der Rundanzeige von oben betrachtet werden kann. Diese Ausführungsform nach Fig. 2 weist jedoch den geringfügigen Nachteil auf, daß das Meßinstrument nicht auf dem einfachen Wege calibriert werden kann, daß ein zweiter, mit dem Amboß 56 identisch übereinstimmender Amboß verwendet wird; vielmehr ist hierzu ein Meßamboß von unterschiedlicher Ausbildung, übereinstimmend mit dem Amboß 22 der Ausführungsform nach Fig. 1, erforderlich.

Mit Fig. 3 ist eine weitere modifizierte Ausführungsform 60 der Erfindung dargestellt; diese ist zur Messung des eingeschlossenen Verjüngungswinkels zwischen den Seitenflächen 38 und 40 eines Kolbenringes bestimmt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist eine frustokonische Bezugsfläche 62 an einem geeignet bearbeiteten Block 64 ausgebildet, der mittels einer Halterung 66 an einem vertikalen Träger 68 angebracht ist. Der Öffnungswinkel der Fläche 62, das ist derjenige V/inkel, den die Oberfläche gegenüber der Vertikalen bildet, entspricht vorzugsweise dem üblichen Winkel einer Seitenfläche des Kolbenringes. Ein Amboß 70 mit einer Meßfläche 72 ist über den Stift 74 drehbar an der Halterung 66 angebracht. Die Rundanzeige 30 ist ebenfalls an der Halterung 66 befestigt, wobei die Anzeigespindel 32 hori-

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zontal herausragt und an der flachen rückwärtigen Amboßfläche 76 anliegt. Wie bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 ist die Meßfläche 72 der Ausführungsform nach Fig. 3 derartig bearbeitet, daß sie einen Winkel gegenüber der Vertikalen bildet, der dem üblichen Verjüngungswinkel einer Seitenfläche des Kolbenringes entspricht; die rückwärtige Amboßfläche 76 verläuft senkrecht zu der Achse der Spindel 32, sofern sich die Meßflache 72 in üblicher Stellung zu der Bezugsfläche 62 befindet; schließlich wird der Abstand d zwischen der Stiftachse und der Spindelachse in einer Richtung senkrecht zu beiden gemessen.

Bei der Verwendung der Ausführungsform nach Fig. 3 wird ein Kolbenring 36 zwischen der Bezugsfläche 62 und der Meßfläche 72 in der Weise angeordnet, daß jede dieser Flächen in inniger Berührung mit einer der Seitenflächen 33 und 40 des Kolbenringes stehen. Wie bei den Fig. 1 und 2 nehmen auch bei der Ausführungsform nach Fig. 3 die Amboßflächen 72 und 76 eine solche Lage gegenüber der Bezugsfläche 62 ein, daß diese eine Funktion des zu prüfenden Kolbenringes 36 darstellt. Die Rundanzeige nach Fig. 3 liefert eine Ablesung der Abweichung des eingeschlossenen Winkels zwischen der Meßfläche 72 und der Bezugsfläche 62, d.h., zwischen den Seitenflächen 38 und 40 des Kolbenringes gegenüber der üblichen Calibrierung. Der Kolbenring wird aufgrund seines eigenen Gewichtes in seiner Stellung gehalten, während die Ablesung durchgeführt oder eine entsprechende Aufzeichnung vorgenommen wird.

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Das erfindungsgemäße Meßinstrument zur Bestimmung des Verjüngungswinkels der Seitenfläche ist in Verbindung mit drei besonderen Ausführungsformen beschrieben worden, von denen jede den oben genannten Aufgaben entspricht und die genannten Vorteile bringt. An diesen Ausführungsformen können von Fachleuten verschiedene Modifizierungen durchgeführt werden. Zum Beispiel ist es leicht einsichtig, daß jede der beschriebenen Ausführungsformen leicht dahingehend modifiziert werden kann, daß die Anzeigefläche der Anzeigevorrichtung aus jeder beliebigen Richtung betrachtet werden kann, wozu lediglich der damit verbundene Amboß modifiziert werden muß. Um höchste Genauigkeit zu erreichen, besteht für solche Modifizierungen lediglich die praktische Forderung, daß die Achse der Anzeigespindel vorzugsweise senkrecht auf der gegenüberliegenden Amboßfläche stehen soll, wenn sich der Amboß in seiner üblichen Stellung befindet. Weiterhin können die drei beschriebenen Ausführungsformen leicht an eine Grundanzeige mit metrischer Ablesung angepaßt werden, indem lediglich der Abstand d &n die unterteilten Verschiebungen, die auf der Anzeige angezeigt sind,.angepaßt wird. Darüberhinaus kann, wenn eine größere oder kleinere Genauigkeit der Winkelmessung angestrebt wird, der Abstand d entsprechend erhöht oder verkleinert werden. Dementsprechend soll die vorliegende Erfindung sämtliche dieser und aller anderen Alternativen, Modifizierungen und Abänderungen umfassen, soweit sie von den Patentansprüchen umfaßt werden.

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Claims

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER - HIRSCH · BREHM PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UNO WIESBADEN ^' ' ' Patentconsult RadeckestraBe 43 8000 München 60 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Paiemconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Paiemconsult Sealed Power Corporation 2001 Sanford Street, Muskegon Michigan 49443 USA Meßinstrument Patentansprüche:

1. Meßinstrument zum Messen des von den Seitenflächen gebildeten Winkels eines konisch zulaufenden Kolbenringes, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Bestandteile und Merkmale:

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. W»$er Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · P. Hirsch Oipl.-Ing. · H.P. Brehm Dipl.-Chem. Or. phii. nal. Wiesbaden: P.G. Blumbach Oipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W -Ing.

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Es ist eine Bezugsfläche vorgesehen, auf welcher der konisch zulaufende Kolbenring ruhen soll;

es ist eine drehbare Einrichtung vorgesehen, die gegenüber der Bezugsfläche drehbar angeordnet ist und eine Meßfläche aufweist, die an einer Seitenfläche des auf der Bezugsfläche ruhjenden Kolbenringes anliegen kann und eine gedrehte Stellung gegenüber der Bezugsfläche annehmen kann, die von dem Winkel zwischen der anliegenden Seitenfläche und der Bezugsfläche abhängt ;

und schließlich ist eine Anzeigevorrichtung vorgesehen, die gegenüber der Bezugsfläche fest angebracht ist und eine Anzeigeeinrichtung aufweist, welche auf die Stellung der drehbaren Einrichtung anspricht, um den Winkel zwischen der anliegenden Seitenfläche des Kolbenringes und der Bezugsfläche anzuzeigen.

2. Meßinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Einrichtung in der Weise angebracht ist, daß sie um eine Achse gedreht werden kann, welche gegenüber der Bezugsfläche fest angebracht ist.

3. Meßinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Einrichtung eine zweite Fläche aufweist, die auf die Stellung der drehbaren Einrichtung ansprechende Anzeigeeinrichtung an dieser zweiten Fläche der drehbaren Einrichtung anliegt, und der Abstand zwischen dem Berührungspunkt auf dieser zweiten Oberfläche und der feststehenden Achse einem feststehenden Abstand d entsprieß^.⁸ 39/0933

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet_t daß die zweite Fläche eben ausgebildet ist, und die auf die Stellung der drehbaren Einrichtung ansprechende Anzeigeeinrichtung auf eine lineare Verschiebung des Berührungspunktes in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu dieser zweiten Fläche anspricht.

5. Meßinstrument nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfläche unter einem Winkel gegenüber der Bezugsfläche angeordnet ist, welcher dem Verjüngungswinkel eines ausgewählten üblichen Kolbenringes in einer ausgewählten Lage des Berührungspunktes entspricht.

6. Meßinstrument nach Anspruch 5_t dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand d einer vorgegebenen Einheit der Verschiebung des Berührungspunktes geteilt durch eine Abweichung im Winkel der Meßfläche gegenüber der Bezugsfläche von dem ausgewählten üblichen Winkel entspricht, wobei der übliche Winkel dahingehend ausgewählt ist, daß er dieser Einheit der Verschiebung entspricht.

7. Meßinstrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung eine Rundanzeige aufweist, und die auf die Stellung der drehbaren Einrichtung ansprechende Anzeigeeinrichtung eine Spindel an dieser Anzeige darstellt.

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8. Meßinstrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rundanzeige in Einheiten von 1/10 000 Zoll unterteilt ist, und der Abstand d im wesentlichen einen Wert von 8,731885 mm (0,343775 Zoll) aufweist, wodurch jede Anzeigeunterteilung einer Minute der Winkelabweichung von dem üblichen Winkel bzw. Nominalwinkel entspricht.

9. Meßinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfläche eine frustokonische Flächenausbildung aufweist, die für ein inniges Anliegen der jeweiligen Oberflächen mit einer Seitenfläche eines Kolbenringes ausgebildet ist.

10. Meßinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfläche als ebene Oberfläche ausgebildet ist, auf welcher ein konisch zulaufender Kolbenring auf einer Seitenkante des Ringes ruhen kann, so daß eine von dieser Seitenkante entfernte Seitenfläche des Ringes an der Meßfläche anliegt, wodurch das Meßinstrument den Winkel der Verjüngung dieser einen Seitenfläche des Ringes anzeigt.

11. Meßinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfläche als frustokonische Fläche mit einem öffnungswinkel ausgebildet ist, welcher einem ausgewählten nominalen Verjüngungswinkel einer Seitenfläche eines Kolbenringes entspricht, und auf der ein konisch zulaufender Kolbenring auf einer seiner Seitenflächen in der Weise ruhen kann, daß die andere Seitenfläche des Ringes an der Meßfläche

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anliegt, wodurch das Meßinstrument den eingeschlossenen Verjüngungswinkel zwischen dieser einen Seitenfläche und der anderen Seitenfläche des Kolbenringes anzeigt.

12. Anordnung eines konisch zulaufenden Kolbenringes mit frustokonischen Seitenflächen in einem Meßinstrument zur Messung des Verjüngungswinkels dieser Seitenfläche nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß

zum Meßinstrument eine Bezugsfläche gehört, auf welcher ein Kolbenring ruht;

ein Amboß in der Weise angebracht ist, daß er in einer Ebene senkrecht zu der Bezugsfläche um eine feststehende Achse gedreht werden kann; der Amboß eine Meßfleche aufweist, die in inniger Berührung mit einer, von der Bezugsfläche entfernt liegenden Seitenfläche des Kolbenringes steht;

die daraus resultierende, gedrehte Stellung de.s Amboß eine Folge des Winkels zwischen dieser einen Seitenfläche des Kolbenringes und der Bezugsfläche ist; und

eine Anzeigevorrichtung vorgesehen ist, die gegenüber der Bezugsfläche fest angebracht ist und eine Anzeigeeinrichtung aufweist, welche auf die gedrehte Stellung des Amboß anspricht, um den Winkel zwischen dieser einen Seitenfläche des Kolbenringes und der Bezugsfläche anzuzeigen.

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13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfläche als ebene Fläche ausgebildet ist, der Kolbenring auf einer Seitenkante auf dieser ebenen Bezugsfläche ruht, welche von der-jenigen Seitenfläche entfernt ist, so daß das Meßinstrument den Verjüngungswinkel dieser einen Seitenfläche anzeigt.

14. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfläche als frustokonische Fläche ausgebildet ist, der Kolbenring mit der anderen Seitenfläche auf dieser frustokonischen Bezugsfläche ruht, so daß das Meßinstrument den eingeschlossenen Verjüngungswinkel zwischen dieser einen Seitenfläche und der anderen Seitenfläche des Kolbenringes anzeigt.

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