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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Münzunterscheider, welche umfasst:
einen Münzpfad,
entlang welchem eine Münze,
welche einen ersten und einen zweiten Teil enthält, die aus unterschiedlichen
Metallen und/oder Metalllegierungen gemacht sind, zum Vorbeilaufen
eingerichtet ist; benachbart des Münzpfades angeordnete Spulenmittel; elektrische
Mitteil zum Speisen von zeitvarianten Treibersignalen in die Spulenmittel;
und Erkennungsmittel zum Erkennen von in der Münze durch die Spulenmittel
induzierten Wirbelströmen.
Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum
Messen der Leitfähigkeit
an einer Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil solch
einer Münze.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Münzunterscheider,
welche zum Messen der elektrischen Eigenschaften, beispielsweise
des Widerstands oder der Leitfähigkeit,
einer Münze
eingerichtet sind, indem sie diese einem magnetischen Puls aussetzen
und das Abklingen der in der Münze induzierten
Wirbelströme
erkennen, sind allgemein bekannt in dem technischen Gebiet. Solche
Münzunterscheider
werden in einer Vielzahl von Münzbedienungsmaschinen
verwendet, beispielsweise in Münzzählmaschinen,
Münzsortiermaschinen,
Münzprüfer für Verkaufs-
und Spielmaschinen, etc.. Vorbekannte Münzbedienungsmaschinen sind
beispielsweise offenbart in WO der 97/027485 und der WO 87/07742.
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Die
Art in der solche Münzunterscheider
arbeiten ist beispielsweise in der GB-A-2 135 095 beschrieben, in
der eine Münztesteinrichtung
eine Senderspule umfasst, welche mit rechteckförmigen Spannungspulsen gepulst
wird, um somit einen magnetischen Puls zu erzeugen, welcher in eine
vorbeilaufende Münze
induziert wird. Die so erzeugten Wirbelströme in der Münze ergeben einen Anstieg in
ein magnetisches Feld, welches durch eine Empfängerspule überwacht oder erkannt wird.
Die Empfängerspule
kann durch eine separate Spule oder alternativ durch die Senderspule,
welche zwei Betriebsarten hat, gebildet werden. Durch Überwachung
des Abklingens der in der Münze
induzierten Wirbelströme kann
ein für
die Münzleitfähigkeit
repräsentativer Wert
erhalten werden, da die Abklingrate eine Funktion davon ist.
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Die
Münzunterscheider
nach dem Stand der Technik gebrauchen oft eine kleine Spule mit
einem Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Münze. Die
Spule induziert und detektiert Wirbelströme in einer beliebigen Stelle
der Münze
(der tatsächliche Teil
der Münze,
welcher Gegenstand der obigen Leitfähigkeitsmessung ist, wird abhängig von
der Orientierung, Geschwindigkeit, Winkel, etc. der Münze relativ
zu der Spule, variieren). Dieser Ansatz ist ausreichend für eine normale,
homogene Münze,
welche aus einem einzelnen Metall oder einer Metalllegierung gemacht
ist.
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Wie
auch immer, in den vergangenen Jahren wurden bimetallische Münzen auf
dem Markt in unterschiedlichen Ländern
ausgegeben. Ein bekanntes Beispiel einer bimetallischen Münze ist
der französische
10 Francs. Weiterhin werden einige der europäischen Münze, welche innerhalb der Europäischen Gemeinschaft
in der näheren
Zukunft ausgegeben werden, als vom bimetallischen Typ geplant sein.
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Ein
Unterscheider für
bimetallische Münzen ist
aus der EP-B-0 639 288 bekannt. Der Unterscheider hat Merkmale,
wie in dem Oberbegriff der Ansprüche
1 und 8 dargestellt. 1 der EP-B-0 639 288 zeigt zwei
Sensorspulen 12, 14, welche seitlich nebeneinander
entlang des Münzpfads
angeordnet sind und wobei die Signale von den Spulen in einer Brückenschaltung
benutzt werden, um bimetallische Münzen zu unterscheiden.
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Bimetallische
Münzen
werden wie folgt hergestellt. Äußere Ringe
und zentrale Scheiben werden aus Blechen (ebenso bekannt als Münzplatte) aus
den zwei Metallen oder Metalllegierungen ausgestanzt, aus welchem
die bimetallische Münze
gemacht wird. Die Scheibe wird dann in den Ring eingepaßt, und
die Münze
wird geprägt.
Das Prägen
besteht aus dem Zusammendrücken
der Münze
zwischen zwei gehärteten
Stempeln. Die Stempel stempeln das Muster des Kopfes und der Zahl
[tail] auf die Münze
und zwingen ebenfalls die Scheibe und den Ring zusammen. Die Verbindung
zwischen der Scheibe und dem Ring wird als Bund [bond] bezeichnet.
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Wenn
die Scheibe und der Ring sauber und frei von Oxiden sind, hat der
Bund zwischen den Metallen fast keinen elektrischen Widerstand.
Idealerweise ist der Widerstand der Metalle oder Legierungen wesentlich
größer als
der Widerstand über
den Bund. Wie auch immer, wenn der Ring oder die Scheibe vor dem
Prägen
mit einer Oxidschicht bedeckt sind, wird der Widerstand des Bundes
größer als
der Widerstand der Metalle oder Legierungen sein. Folglich ist es
durch Kontrolle der Behandlungs- und Speicherbeschaffenheiten der
Münzplatten
zwischen dem Stanzen und Prägen,
möglich,
den Verbindungswiderstand zu steuern (oder, alternativ, die Leitfähigkeit,
welche grundsätzlich
das Inverse des Widerstands ist) in der fertigen bimetallischen
Münze.
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Das
Steuern des Widerstands der Verbindung auf diese Art kann insbesondere
als eine Antibetrugsmaßnahme
erwünscht
sein. Bei der Produktion werden Münzen mit so geringem oder zu
hohem Widerstand nicht ausgegeben. Um solche eine gesteuerte Produktion
anwendbar zu machen, würde ein
Verfahren zum wiederholten Messen des Verbindungswiderstandes einer
großen
Menge von Münzen
benötigt
werden.
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Die
oben beschriebenen Münzunterscheider nach
dem Stand der Technik versagen bei der Bereitstellung einer genügend genauen
Bestimmung des Bundwiderstandes oder -leitfähigkeit, da die erhaltenen
Meßergebnisse
in einem großen
Ausmaß variieren
würden,
abhängig
von der tatsächlichen
Stelle der Messung an der Münze.
In anderen Worten, wenn die Leitfähigkeit für eine gegebene Münze an einer
im Ring befindlichen Stelle gemessen würde, würden die Messergebnisse sich
von den Ergebnissen unterscheiden, welche erhalten werden, falls
die Messung an der Scheibe durchgeführt würde. Weiterhin, falls der Messpunkt
ein Teil zwischen dem Ring und der Scheibe umfassen würde, würde jetzt ein
anderes Messergebnis erhalten werden. Ein Münzunterscheider entsprechend
dem Stand der Technik ist im einleitenden Teil des Anspruchs 1 angeführt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, wiederholbare und
genaue Erkennung der Leitfähigkeit
oder des Widerstands des Bundes in einer Münze zu erlauben, welche einen
ersten und einen zweiten Teil umfasst, die aus unterschiedlichen Metallen
oder Metalllegierungen gemacht sind, beispielsweise eine bimetallische
Münze.
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Das
Ziel wird erreicht durch einen Münzunterscheider,
der umfasst: Einen Münzpfad
entlang dem eine Münze
zum Vorbeilauf eingerichtet ist; Spulenmittel benachbart angeordnet
dem Münzpfad; elektrische
Mittel zum Speisen zeitvarianter Treibersignale in die Spulenmittel;
und Erkennensmittel zum Erkennen von in der Münze durch die Spulenmittel
induzierte Wirbelströme,
durch derartiges Anordnen der Spulenmittel, so dass eine Wirbelstromschleife auf
solche eine Art in der Münze
induziert wird, dass sie in einem vorbestimmten Gebiet der Münze den Bund
zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der Münze kreuzt.
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Weiterhin
wird das obige Ziel erreicht durch ein Verfahren zum Messen der
Leitfähigkeit
des Bundes zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der Münze, bei
dem die Münze
einem durch außerhalb der
Münze befindlichen
Spulenmittel erzeugten Magnetfeld ausgesetzt wird, und bei dem in
der Münze
induzierte Wirbelströme
durch Erkennungsmittel außerhalb
der Münze
erkannt werden, wobei das Magnetfeld so erzeugt wird, dass eine
Schleife von Wirbelströmen
den Bund in einem vorbestimmten Gebiet der Münze kreuzt.
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Die
oben beschriebenen Lösungen
werden definiert durch die angefügten
unabhängigen
Patentansprüche.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Kure Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nun detaillierter beschrieben, wobei Bezug auf die
begleitenden Zeichnungen genommen wird, in denen:
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1 ist
eine schematische Abschnittsansicht eines Münzunterscheiders entsprechend
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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2 ist
eine schematische Draufsicht auf die Einrichtung aus 1,
und
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3 ist
eine schematische Darstellung einer bimetallischen Münze und
der darin durch den Münzunterscheider
der 1 und 2 erzeugten Wirbelströme.
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Detaillierte Beschreibung
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst der Münzunterscheider ein Spulenmittel
in der Form von zwei Spulenteilen 1a und 1b, welche
verbunden sind mit einer elektrischen Vorrichtung 7, welche
Spannungspulse in jene speist. Weiterhin umfasst der Münzunterscheider
Erkennungsmittel 9 zum Erkennen von Wirbelströmen, welche
in der Münze
durch die von den Spulenmitteln erzeugten magnetischen Pulsen als
Antwort auf die Spannungspulse, welche von den elektrischen Mitteln 7 eingespeist
wurden, induziert wurden. Die Spulenmittel 1a, 1b wirken
als Senderspulen zum Aussetzen einer bimetallischen Münze 5, welche
an dem Münzunterscheider
entlang einer 1 mm dicken Keramikplatte 3 in einer durch
einen Pfeil angezeigten Richtung vorbei bewegt wird, einem magnetischen
Puls, der einen Anstieg der Wirbelströme in der Münze 5 bewirkt, und
weiterhin wirken die Spulenmittel als Empfängerspulen zum Erkennen der magnetischen
Feldänderungen,
welche durch die Wirbelströme
in der Münze 5 erzeugt
werden, und zum Umwandeln dieser in ein korrespondierendes Spannungssignal.
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Wie
in 3 gezeigt, umfasst die Münze 5 einen Ring 13a eines
ersten Metalls oder Legierung und eine Scheibe 13b aus
einem zweiten Metall oder Legierung. Ein Bund zwischen der Scheibe 13b und dem
Ring 13a ist mit 11 gezeichnet. Die Erkennungsvorrichtung 9 ist
eingerichtet, um das Abklingen dieser Wirbelströme zu messen und einen dazugehörigen Wert
der Leitfähigkeit
oder des Widerstands des Bundes als Antwort hierauf zu erzeugen.
Wie weiter unten beschrieben werden wird, ist der Münzunterscheider
eingerichtet, um die Leitfähigkeitsmessungen
auszuführen,
wenn das Mittelteil der Münze 5 mit einer
Zentralfläche 21 des
Münzunterscheiders
ausgerichtet ist.
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Wie
in 2 zu sehen, umfassen die Spulenmittel 1a, 1b einen
ersten und einen zweiten Spulenrahmen 17a, 17b,
welche mit einer entsprechenden ersten und zweiten Wicklung 15a, 15b ausgestattet
sind. Die Spulenrahmen 17a, 17b haben im wesentlichen
eine halbkreisförmige
Abschnittsform und sind symmetrisch an jeder Seite der Spulenzentalfläche 21 angeordnet.
Der Abstand zwischen den Spulenrahmen 17a und 17b ist
ungefähr
5 bis 10 mm, und der Radius jedes halbkreisförmigen Abschnitts ist ungefähr 10 bis
20 mm. Ein elektrischer Leiter ist mit einer gleichen Anzahl von
Windungen auf jeden Spulenrahmen 17a, 17b gewickelt.
Zum Beispiel kann ein mit Polyurethan umhüllter Kupferdraht mit einem inneren
Durchmesser von 0,2 mm und einem externen Durchmesser von ungefähr 0,25 mm
als der elektrische Leiter verwendet werden, der die Windungen 15a, 15b auf
den Spulenrahmen 17a, 17b bildet. Vorzugsweise
enthält
jede Wicklung 10 bis 100 Wicklungen, und weiterhin
wird eine Wicklung 15a im Uhrzeigersinn gewickelt, während die
andere Wicklung 15b im Gegenuhrzeigersinn gewickelt wird,
aus weiter unten dargelegten Gründen.
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Die
benachbarten Teile 19a und 19b der beiden Hälften 1a, 1b der
Spule enthalten Wicklungsdrähte,
welche im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und symmetrisch
in Bezug auf die Münzfläche 21 angeordnet
sind. Weiterhin, da die Wicklungen 15a, 15b nur
durch einen einzelnen zusammenhängenden
Leiter gebildet werden, wird ein gemeinsamer elektrischer Strom
durch die gesamten Wicklungen 15a und 15b fließen, wenn
er durch einen Spannungsimpuls von den elektrischen Mitteln 7 getrieben
wird. Infolgedessen wird ein gepulstes magnetisches Feld um die
Wicklungen 15a, 15b erzeugt werden. In dem zentralen
Bereich der Spule, d. h. um die benachbarten Teile 19a, 19b und
die Zentralfläche 21,
wird der Strom in die gleiche Richtung in den beiden Wicklungen 15a und 15b fließen und
wird folglich beim Erzeugen eines magnetischen Feldes zusammenwirken.
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Die
Bund-Leitfähigkeit
wird gemessen, wenn die Münze
in der Mitte der Spule ist, wie in 1 gezeigt,
d. h., wenn der Durchmesser 23 (siehe 3) der
Münze 5 mit
der Zentralfläche 21 der
Spule 1a, 1b ausgerichtet ist. Die Dauer des Spannungsimpulses,
welcher von den elektrischen Mitteln 7 in die Spule 1a, 1b gespeist
wird, kann in Übereinstimmung mit
der tatsächlichen
Anwendung gewählt
werden; wie auch immer, eine Dauer von 10 bis 100 Mikrosekunden
erscheint für
die meisten Fälle
angemessen.
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Dank
der obigen Einrichtung wird einen Wirbelstromschleife 27 in
der Münze 5 entlang
eines Pfads erzeugt, welcher ungefähr mit den Drahtmustern der
beiden Wicklungen 15a, 15b (d. h. die symmetrische
doppelt halbkreisförmige
Form) übereinstimmt,
wie es schematisch in 3 gezeigt ist. Die genaue Form
einer in einer Münze
erzeugten Wirbelstromschleife ist eine komplexe Sache, die schwer mathematisch
zu modellieren ist. Wie auch immer, Tests haben gezeigt, dass eine
Wirbelstromschleife einen Fluss hat, der annähernd gleich dem unten beschriebenen
ist.
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Die
in 1 und 2 gezeigte Spule ist zum Benutzen
mit Münzen
mit einem kleineren Durchmesser als dem Durchmesser der Spulen 1a, 1b vorgesehen.
Als eine Folge wird die in der Münze 5 erzeugte
Wirbelstromschleife 27 die in 3 gezeigte
Form haben. In den Zentralbereich 25 der Münze 5,
d. h. in einem Bereich benachbart dem Durchmesser 23 der
Münze,
wird die Wirbelstromschleife 27 (oder tatsächlich,
die zwei Wirbelstromschleifen 27) parallel zu dem Durchmesser 23 an
einer Stelle auf einer Seite der Münze zu einer Stelle auf der
entgegensetzten Seite der Münze
verlaufen. Wenn die Wirbelstromschleife 27 den Umfang der Münze 5 erreicht,
wir der Wirbelstrom dazu gezwungen, um die Münzoberfläche zu fließen und schließlich auf
die erste Seite der Münze
zurückzukehren. Als
Folge wird die Wirbelstromschleife 27 den Bund 11 zwischen
dem Ring 13a und der Scheibe 13b der Münze 5 zweimal
während
des Wegs von der ersten Seite der Münze auf die entgegensetzte
Seite, d. h. entlang des Durchmessers 23 der Münze 5,
kreuzen. Folglich, da die Messungen stattfinden, wenn die Münze 5 mit
der Spule 1a, 1b ausgerichtet ist, wird die Erkennung
der Wirbelstromschleife 27 daran gebunden sein, den Bund 11 mit
einzubeziehen, anders als in den Ansätzen nach dem Stand der Technik, welche
in dieser Beziehung versagen.
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Durch
die Verwendung eines Münzunterscheiders
entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Risiken von Fälschungen
zu reduzieren, da der Münzunterscheider
während
der Produktion der Münzen
benutzt werden kann, um solche Münzen
auszusortieren, bei denen ein Bund ermittelt wird, welcher einen
Widerstand oder eine Leitfähigkeit
hat, welche außerhalb
der vorbestimmten Grenzen fällt.
Vorzugsweise ist der Münzunterscheider betrieblich
verbunden mit Speichermitteln, welche in der Zeichnung nicht offenbart
sind, zum Speichern vorbestimmter maximaler und minimaler Werte
der Leitfähigkeit
oder des Widerstands der Verbindung für den aktuellen Typ der Münze. Nachdem
die Leitfähigkeit
oder der Widerstand der Münze
gemessen wurde, wird der Ausgang des Erkennungsmittels 9 mit
den vorbestimmten Grenzen verglichen, um festzustellen, ob die Leitfähigkeit
oder der Widerstand der Verbindung innerhalb eines akzeptablen Bereichs
fällt,
innerhalb dessen die Münze
zur Ausgabe zugelassen wird, oder ob sie nicht innerhalb des akzeptablen
Bereichs fällt,
in welchem Fall die Ausgabe der Münze verhindert wird.
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Entsprechend
einem alternativen Ausführungsbeispiel
kann der oben beschriebene Münzunterscheider
zum Deststellen der Echtheit von bimetallischen Münzen verwendet
werden, welche bereits auf dem Markt sind, durch Feststellen der
Leitfähigkeit
oder des Widerstands ihres Bundes und Vergleichen eines detektierten
Wertes mit vorgegebenen Grenzwerten. Die Erfindung wurde oben mit
Bezug auf wenige Ausführungsbeispiele
beschrieben. Wie auch immer, es sind auch andere Ausführungen
als die oben beschriebenen innerhalb des Bereichs der Erfindung
möglich,
wie sie durch die beigefügten
unabhängigen
Patentansprüche
definiert sind. Z. B. können
die Spulenmittel durch andere elektrische Signale als die Spannungspulse
betrieben werden, beispielsweise durch Sinuswellen oder Rechteckwellen. Um
die erwünschten
Wirbelströme
in der Münze
zu erzeugen, kann mehr oder weniger jede Art von Zeit variierenden
elektrischen Treibersignalen verwendet werden, wie leicht durch
den Fachmann erkannt wird.
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Weiterhin
können
die Spulenmittel mehr als zwei Spulenrahmen und Wicklungen umfassen.
Beispielsweise könnten
die Spulenmittel aus 4 Rahmen und Wicklungen gebildet werden, welche
vorzugsweise symmetrisch zu jeder Spulenzentralfläche(-n) angeordnet
sind.