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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen von Münzen mit
einem Spulensensor, der eine wechselstrombetriebene Sendespule sowie eine Empfängerspule
umfaßt. Derartige Vorrichtungen befinden sich in MUnzenannahmeeinrichtungen, die
in all solchen Maschinen eingebaut sein können, fUr deren Betrieb eine MUnze erforderlich
ist. Mittels dieser Vorrichtungen soll bestimmt werden, ob eine bestimmte MUnze,
die eingeworfen wird, einem vorbestimmten akzeptierbaren Wert entspricht, während
andere Münzen oder FalschmUnzen zurUckgewiesen werden.
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Eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen sind vorgeschlagen
worden, die die Eigenschaften der Münzen messen sollen. Im allgemeinen handelt es
sich dabei um die folgenden Parameter: MUnzendicke und -durchmesser, magnetische
Eigenschaften, elektrische Charakteristika.
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Viele PrUfvorrichtungen setzen die zu untersuchende MUnze einem Magnetfeld
aus, das durch eine Sendespule erzeugt wrd. Es wird dann eine Empfängerspule eingesetzt,
um anhand des Feldes zu bestimmen, welchen Einfluß die EinfUhrung einer MUnze hat.
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Herkömmliche PrUfeinrichtungen verwenden eine Sendespule sowie eine
Empfängerspule, wobei die Spulen in einer solchen Weise angeordnet sind, daß das
durch eine Spule erzeugte Feld jederzeit an das andere Feld angekoppelt ist.
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Die MUnze modifiziert dementsprechend lediglich das empfangene
Signal,
wobei oftmals die Kopplung zwischen den Spulen vermindert wird, woraus sich lediglich
eine geringe prozentuale Änderung der gemessenen Parameter ergibt.
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In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Erwindung die Aufgabe
zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art unter Behebung der aufgezeigten
Nachteile so auszubilden, daß eine wesentlich gröbere prozentuale Änderung des aufgenommenen
Signals eintritt, wenn eine MUnze eingeführt wird, so daß eine wesentlich bessere
Prüfung der Münze möglich ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen
des Hauptanspruches angegebenen Merkmale.
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Bezüglich weiterer bevorzugter Ausführungs*ormen der Erfindung wird
auf die Merkmale der Unteranspruche verwiesen.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der eingangs genannten Art
ist die Empfängerspule relativ derart zur Sendespule in deren Magnetfeld angeordnet,
daß normalerweise eine minimale Kopplung zwischen den beiden Spulen besteht, wobei
der Spulentypsensor relativ zum MUnzenbeschickungsweg derart angeordnet ist, daß
eine MUnze auf diesem Weg eine wesentliche Kopplung zwischen den Spulen erzeugt,
im wesentlichen allein durch die Erzeugung der in der MUnze induzierten Wirbelströme.
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Dementsprechend wird durch die Erfindung ein Sensor geschaffen, bei
welchem die Empfängerspule so relativ zur Sendespule angeordnet ist, daß das Flußfeld
der letzteren balanciert ist in bezug auf die Empfängerspule und entweder dazu neigt,
entgegengesetzte, sich selbst aufhebende Ströme in der Empfängerspule zu erzeugen,
oder daß das Flußfeld die Ebene der Empfängerspule nicht schneidet. In beiden Fällen
liegt eine minimale Kopplung zwischen den Spulen vor. Ein
Hauptmerkmal
der Erfindung ist auf den letzteren der beiden Fälle bezogen.
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Somit umfaßt, gemäß der Erfindung, die Vorrichtung zum PrUfen von
Münzen eine Sendespule und eine Empfängerspule, deren magnetische Achsen rechtwinklig
zueinander stehen, so daß normalerweise nur eine sehr geringe Kopplung zwischen
beiden vorliegt. Bei einer solchen Anordnung erzeugt ein Signal, das der Sendespule
zugefUhrt wird, lediglich ein sehr geringes Signal in der Empfängerspule.
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Wenn sich eine MUnze zwischen den Spulen befindet, stören die hierin
induzierten Wirbelströme das magnetische Feld, so daß es nun die Empfängerspule
schneidet, wodurch die Amplitude des empfangenen Signals wesentlich geändert wird.
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Es ist eine Einrichtung vorgesehen, um diese Änderung aufzunehmen
und zu bestimmen, ob sie so ist, daß sie von einer echten MUnze der korrekten Größe
erzeugt werden wUrde.
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Es zeigt sich, daß unterschiedliche MUnzenmaterialien unterschiedliche
Änderungen der Phase des empfangenen Signals in bezug auf diejenigen des gesendeten
Signals bewirken und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist außerdem
eine Einrichtung vorgesehen, um den Phasenwinkel zwischen den beiden Signalen zu
messen, sowie weiterhin eine Einrichtung zur Bestimmung, ob dieser so ist, daß er
durch eine echte Münze aus dem richtigen Material erzeugt werden wUrde.
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Ein maximaler PrUfeffekt kann erreicht werden, wenn der Sensor so
positioniert werden kann, daß die Ebenen der jeweiligen Spulen sich im rechten Winkel
auf einer Linie schneiden, die in der gleichen Ebene liegt, wie der Weg einer Münze
entlang des MUnzenbeschickungsweges. Die Änderung des Ausgangs de-r Empfängerspule
kann dann bis zum FUnffachen
der Änderung ausmachen, die eine ähnliche
MUnze erzeugt, wenn sie zwischen einander parallel im Abstand gegenUberliegender
Sende- und Empfangsspulen hindurchgefUhrt wird.
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Es ist eine Einrichtung vorgesehen, die auf zwei Bestimmungen anspricht
(Amplitudenänderung und Phasenänderung des empfangenen Signals) zur Erzeugung eines
Ausgangssignals in einem bestimmten Wert, wenn die richtigen Änderungen ermittelt
worden sind (um die MUnze anzunehmen), oder in einer anderen Wert, entsprechend
der Alternative (um die Münze zurückzuweisen).
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Die Übertragungscharakteristika zwischen den Spulen können auf verschiedene
Weise verwendet werden, um zu bestimmen, welcher Münzentyp eingeführt worden ist.
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Gemäß einer Ausfuhrungsform wird ein Signal einer bestimmten Frequenz,
das beispielsweise von einem Oszillator in der Form eines keramischen Oszillators
erzeugt worden ist, der Senderspule zugefUhrt, während die Amplitude und die Phase
des empfangenen Signals unabhängig voneinander gemessen werden, vorzugsweise in
bezug auf den Strom der Sendespule (dieser ist stabiler in bezug auf Temperaturänderungen
als die Spannung der Sendespule), worauf ein Vergleich mit vorbestimmten Grenzwerten
durchgeführt wird.
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Gemäß einer anderen AusfUhrungsform können die beiden Spulen angeschlossen
sein an die RUckkoppelungsschaltung eines Oszillators, und ein Schwellwertdetektor
ist so eingestellt, daß der Oszillator nur dann zu oszillieren beginnt, wenn ein
bestimmter MUnzentyp eingefUhrt wird.
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Gemäß einer dritten AusfUhrungsform können die Spulen angeschlossen
sein an die Rückkopplungsschaltung eines Oszillators, dessen Frequenz und Ausgangsamplitude
überwacht
werden und verglichen werden mit vorbestimmten Werten
zur Erzeugung von Ausgangssignalen.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten.und erfindungswesentliche Merkmale
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
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Dabei zeigt irn einzelnen: Fig. 1 die Anordnung der beiden Spulen
eines Spulentypsensors im rechten Winkel zueinander in schematischer Darstellung,
Fig. 2 den dem Sensor gemäß Fig. 1 zugeordneten MUnzenbeschickungsweg, Fig. 3 ein
Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4 ein Blockschaltbild
einer anderen Ausführungsform der Erfindung, Fig. 5 eine weitere Ausführungsform
der Erfindung und Fig. 6 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Anordnung der Erfindung.
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Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Spulentypsensor umfaßt eine
erste Spule 12, die mit ihrer magnetischen Achse 13, welche fUr den Fall einer flachen
Spule senkrecht auf deren Ebene steht, einen rechten Winkel mit der magnetischen
Achse 15 einer zweiten Spule 14 bildet. Eine Spule dient als Sendespule, und die
andere ist eine Empfängerspule.
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Wie dargestellt, überschneiden sich die beiden magnetischen
Achsen,
was jedoch nicht notwendigerweise der Fall sein muß.
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Normalerweise besteht nur eine minimale magneti.sche Kopplung zwischen
den beiden Spulen 12 und 14.
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Die Fig. 2 zeigt eine MUnze 11, die sich einer besonders sensitiven
Region zwischen den beiden Spulen 12 und 14 nähert, wobei Wirbelströme, die in der
Münze induziert werden, die magnetische Kopplung wesentlich ändern und ein deutliches
Signal in der Empfängerspule erzeugen. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform
liegen die beiden flachen Spulen 12 und 14 in im wesentlichen senkrecht aufeinanderstehenden
Ebenen, die sich entlang einer Linie schneiden, die so auf den Münzenbeschickungsweg
10 ausgerichtet ist, daß die MUnze 11 diese Linie in einem gleichmäßigen Winkel
(450) gegenUber beiden Spulen durchläuft.
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Die Darstellung gemäß Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung.
Ein stabiler Oszillator 17 erzeugt einen sinusförmigen Ausgang mit einer festen
Frequenz von einer bekannten Amplitude, der der Sendespule 12 zugeführt wird. Das
Signal von der Empfängerspule 14 wird einer Amplitudenmeßschaltung sowie einer Phasenmeßschaltung
zugefUhrt.
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Dementsprechend wird die Amplitude mit llilfe eines Verstärkers 16,
eines Spitzendetektors 18 sowie zwei Schwellenwertschaltungen 20 und 22 gemessen,
die so eIngestellt werden können, daß das Spannungsniveau, das von einer echten
Münze erwartet wird, ermittelt wird.
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Die Phase wird gemessen mittels zweier Nulldurchgangsdetektoren 24
und 26, die von dem Oszillator 17 bzw. dem Verstärker 16 beschickt werden, Die Ausgänge
von den Nulldurchgangsdetektoren werden vereinigt in einem Exklusiv-ODER-Gatter
28, und das mittlere Niveau des Ausgangs wird in einer Mittelwert bildenden Schaltung
30 erzeugt. Diese speist zwei Schwellenwertschaltungen 32 und 34, die so einstellt
sind,
daß das Spannungsniveau ermittelt wird, das von einer echten Münze zu erwarten ist.
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Die Ausgänge aller drei Schwellenwertdetektoren sind torgesteuert
bei 35, so daß ein echter Ausgang 36 nur dann erzeugt wird, wenn sowohl die Amplitude
als auch die Phase innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen.
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Eine alternative und bevorzugte Ausführungsform der Schaltung ist
in dem Blockschaltbild, entsprechend Fig. 4, dargestellt. Hier erregt wiederum der
Oszillator 17 die Sendespule 12 zweier senkrecht aufeinanderstehender Spulen 12
und 14 eines Sensors 19, durch welchen hindurch sich ein Münzenbeschickungsweg erstreckt,
in der gleichen Weise, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.
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Die jeweiligen Signale in den Spulen 12 und 14 werden verglichen,
und zwar in einem Vergleicher 37, ob die relative Amplitude stimmt, und in einem
Vergleicher 38, ob die relative Phase stimmt, worauf die beiden Vergleicherausgänge
bei 40 torgesteuert werden zur Steuerung der Erzeugung eines MUnzenannahmesignals
36.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten Austührungsform sind die Spulen 12
und 14 des Sensors 19 an die Rückkopplung eines variablen Pha:.endämpfungsoszillators
42 angeschlossen. Die Phasenverzögerungsschaltung 43 ist so eingestellt, da nur
eine echte Münze mit dem richtigen Wert ein Oszillieren der Schaltung mit einer
vorgegebenen Frequenz bewirkt, die durch eine Einrichtung 44 zur Bestimmung der
Frequenz ermittelt wird.
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Eine bevorzugte, praktische AusfLihrungjsform der Schaltung gemäß
Fig. 4 ist in dem Blockschaltbild gemäß Fig. 6 erläutert.
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Hier erzeugt der Oszillator 17, bei welchem es sich um einen hochstabilen
Keramikresonator handeln kann, einen Ausgang Uber einen Frequenzteiler 46, um die
Senderspule 12 zu speisen. Ein Kristalloszillator oder ein RC-Oszillator könnte
auch anstelle des Keramikresonators eingesetzt werden.
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Man setzt vorzugsweise eine Frequenz zwischen 5 kHz und 15 kHz und
im besonderen eine Frequenz von 12,5 kIrz ein, die man von einem 400 kHz-flesonator
erhält. Die Schaltung umfaßt einen Strombegrenzungswiderstand 48. Wichtiger ist
jedoch der Widerstand 50, der in Reihe mit der Sendespule 12 geschaltet ist. Hierdurch
kann man den Sendespulstrom (zum Unterschied von der Spannung) fUr die Messung einsetzen,
womit eine verbesserte Temperaturstabilität gegeben ist.
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Die Signal ausgänge der Spulen 12 und 14, die innerhalb des Sensors
senkrecht zueinander auf dem Münzenbeschickungsweg angeordnet sind, wie dies weiter
oben beschrieben worden ist, werden einem Validator 52 zugefUhrt, der Fenstervergleicher
enthält.
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Der Ausgang 53 des Validators 52 (das echte MUnzensignal) wird einer
logischen Steuerschaltung 54 zugeführt, die einen Taktgeber 56 steuert, der von
einem zweiten Ausgang des Frequenzteilers 46 getrieben wird.
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Die logische Steuerschaltung 54 erzeugt nur dann ein Annahmesignal,
wenn nicht nur das Signal einer echten MUnze von dem Validator 52 empfangen wird,
sondern, wenn auch die Münze in der richtigen Weise entlang des MUnzenbeschickungsweges
gefUhrt wird, wie dies z.B. durch eine oder mehrere weitere Einrichtungen ermittelt
wird.
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Bei allen beschriebenen Anordnungen ist es das senkrechte Aufeinanderstehen
der Spulen 12 und 14, oder ein äquivalenter Zustand der Kraftlinien des Magnetfeldes,
der ein hohes Auflösungsvermögen bei der Prüfung ermöglicht.
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Wenn eine MUnze die Spulen durchläuft, was vorzugsweise Uber einen
Beschickungsweg erfolgt, auf welchem die Spulen in der in Fig. 2 gezeigten Weise
angeordnet sind, wird die Kopplung zwischen den Spulen wesentlich verändert nur
durch die Erzeugung von Wirbelströmen innerhalb der Münze und nicht etwa durch die
Unterbrechung einer normalen Kopplung durch die MUnze. Die sich ergebenden Änderungen
der Amplitude und der Phase in dem Signal der Empfängerspule sind somit wesentlich
hinsichtlich ihres prozentualen Ausmaßes und können genau ermittelt und gemessen
werden.
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Vorzugsweise sind die Wicklungen der Spulen auf Kunststoffschablonen
aufgebracht, und es ist wichtig, daß die Spulen 12 und 14 abgeschirmt sind gegen
den Einfluß äußerer Magnetfelder. FUr diesen Zweck bevorzugt man ein Material, das
eine geringe magnetische Eindringtiefe besitzt, wie etwa weicher Stahl, eine Nickel/Eisen-Legierung,
z.B. My-Metall oder Permalloy.
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Die bevorzugte Schaltung gemäß Fig. 6 kann leicht auf die PrUfung
von mehr als einer speziellen echten MUnze eingestellt werden unter Verwendung einer
Mehrzahl von Fenstervergleichern in dem Validator. Andererseits kann bei einer Massenherstellung
der Vorrichtung zur Prüfung einer bestimmten von einer Vielzahl möglicher MUnzen
eine Einrichtung vorgesehen werden, um die Vergleicherfenster dementsprechend einzustellen,
wie auch die Frequenz fUr die Erregung der Senderspule fur eine maximale Sensitivität.
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Es soll an dieser Stelle noch einmal ausdrUcklich ausgeführt werden,
daß die vorangehende Beschreibung lediglich beispielhaften Charakter besitzt und
daß eine Vielzahl von Änderungen noch in den Rahmen der Erfindung fällt.