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EP0572847B1 - Münzdetektor - Google Patents

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Info

Publication number
EP0572847B1
EP0572847B1 EP93107938A EP93107938A EP0572847B1 EP 0572847 B1 EP0572847 B1 EP 0572847B1 EP 93107938 A EP93107938 A EP 93107938A EP 93107938 A EP93107938 A EP 93107938A EP 0572847 B1 EP0572847 B1 EP 0572847B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coin
circuit
detector
coil
way
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP93107938A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0572847A1 (de
Inventor
Thomas Seitz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Electrowatt Technology Innovation AG
Original Assignee
Landis and Gyr Technology Innovation AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Landis and Gyr Technology Innovation AG filed Critical Landis and Gyr Technology Innovation AG
Publication of EP0572847A1 publication Critical patent/EP0572847A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0572847B1 publication Critical patent/EP0572847B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07D—HANDLING OF COINS OR VALUABLE PAPERS, e.g. TESTING, SORTING BY DENOMINATIONS, COUNTING, DISPENSING, CHANGING OR DEPOSITING
    • G07D5/00—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of coins, e.g. for segregating coins which are unacceptable or alien to a currency
    • G07D5/08—Testing the magnetic or electric properties
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07D—HANDLING OF COINS OR VALUABLE PAPERS, e.g. TESTING, SORTING BY DENOMINATIONS, COUNTING, DISPENSING, CHANGING OR DEPOSITING
    • G07D5/00—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of coins, e.g. for segregating coins which are unacceptable or alien to a currency
    • G07D5/02—Testing the dimensions, e.g. thickness, diameter; Testing the deformation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor

Definitions

  • the invention relates to an inductive coin detector and a method for its manufacture which in the preamble of Claim 1 mentioned type.
  • Such inductive coin detectors are suitable for example for the identification of coins at coin validators.
  • An inductive coin detector in the preamble of claim 1 mentioned type is known from GB-A 2'151'062.
  • the coin detector consists of a flat coil in a circuit High frequency oscillator.
  • One emerging from the spool alternating magnetic field penetrates a coin channel vertically.
  • a coin rolling through the alternating field in the coin channel is changed the resonance frequency of the oscillator through interaction of the Coin with the alternating field.
  • the presence of the coin The resulting frequency deviation serves as a measure of the measuring parameters, such as B. diameter, alloy, General presence etc.
  • the coil is wound from wire or on a printed circuit board by etching a copper lamination produced.
  • the rest of the part of the The high-frequency oscillator is shielded against interference Supply lines connected to the coil.
  • FR-A 1 532 020 discloses flat, spiral-shaped conductor arrangements on a rigid circuit board as part of a known inductive coin acceptor, the circuit board with the spiral conductor arrangements on the coin channel is arranged and forms part of the coin channel.
  • the coin validator from US-A 4 441 602 has been arranged in pairs two spiral transmission and reception coils each rigid printed circuit boards, with a first of a transmission and receiving coils formed a coin channel and a pair second pair include a reference coin.
  • On the Printed circuit boards are also the electronic components of the transmission or receiving circuit arranged.
  • One the coin channel passing unknown coin weakens to characteristic Way the coupling between the transmitter and the receiver coil of the first couple. Is the extent of the weakening by Coin equal to the weakening of the coil pair with the Reference coin, the coin is in the coin channel as one assumed to be identified.
  • the invention has for its object a low-interference, to create inexpensive inductive coin detector that is simple can be installed and arranged in the coin validator.
  • the invention consists in the features specified in claim 1. Advantageous configurations result from the dependent ones Claims.
  • 1 means a coin channel in a coin validator, 2 a coin, 3 a coil, 4 a detector circuit, 5 a Power supply unit and 6 an evaluation unit.
  • the feed device 6 is used the power supply and is via feed lines 7 with the Detector circuit 4 and via supply lines 8 with the Evaluation unit 6 connected.
  • a signal line 9 extends from the detector circuit 4 to the evaluation unit 6 for transmission of measurement signals.
  • the evaluation unit 6 analyzes predetermined way the measurement signals and can over a Command line 10 release a service.
  • the coin acceptor is z. B. in a public telephone or in a vending machine installed and enables the service to be triggered using coins 2.
  • the coin validator comprises at least one inductive coin detector, which is formed from the coil 3 and the detector circuit 4 and as a scanning element on the coin channel 1 for measuring a predetermined one Size of coin 2, like diameter of coin 2, type of coin alloy etc., or to check the presence of coin 2 in Coin channel 1 is used.
  • the coil 3 has at least one flat spiral conductor arrangement 11 on, so that the coil 3 as space-saving as possible Coin channel 1 can be arranged.
  • An alternating current in the Conductor arrangement 11 of the coil 3 generates an alternating magnetic field, that in the direction of the coil axis 12 ( Figure 2) the coin channel 1 perpendicular to a running direction 13 of the coin 2 penetrates, for example such that the coil axis 12 also parallel to the axis of the moving past the coil 3 Coin 2 is aligned.
  • the coil 3 (FIG. 1) has two on both sides an insulating film 14 coaxially aligned flat spiral conductor arrangements 11 and 11 ', which by means of a Via 16 through the center 15 of the coil 3 are electrically connectable to each other.
  • the dashed drawn coil axis 12 is perpendicular to the plane of the conductor arrangement 11 or 11 'and pierces the center 15.
  • Each electrical conductor material is for the conductor arrangement 11, 11 ' usable, but copper is particularly inexpensive.
  • both conductor arrangements 11 and 11 ' can with the Plated-through hole 16 to form a flat two-layer coil 3 are interconnected, the windings of the conductor arrangements 11th and 11 '.
  • both conductor arrangements 11 and 11 ' have the same winding sense on.
  • Detector circuit 4 arranged outside of the conductor arrangement 11 .
  • the detector circuit 4 has connection areas for contacting the connections 20 to the Connection lugs 21 for the feed lines 7 ( Figure 1) and Signal line 9 ( Figure 1) are connected.
  • the coil 3 can also be used to achieve a smaller inductance be made in one layer.
  • the insulating film 14 can only on the one side carry the conductor arrangement 11 or it is only that a conductor arrangement 11 or 11 'connected, the Via 16 is missing.
  • the coin detector is advantageous in housed a flat housing 22.
  • the Both flat sides 23, 23 'of the housing 22 are from the coil axis 12 pierce vertically.
  • the coin detectors are manufactured inexpensively one behind the other on a ribbon-shaped insulating film 14, whereby the arrangement of the coil 3, the detector circuit 4, the Terminal lugs 21 and the housing 22, 22 'in a register distance A repeated along the insulating film 14.
  • the detector circuit 4 is glued to a substrate 24 made of conductor material and, as shown in FIG. 3, comprises an oscillator circuit 25 and a measuring circuit 26.
  • the oscillator circuit 25 in connection with the coil 3 (FIG. 1) forms an LC oscillator with the Coil 3 as an inductor. Examples of such LC oscillators are described in the book "Semiconductor Circuit Technology" by U. Tietze and Ch. Schenk, Springer-Verlag Berlin, 1978, ISBN 3-540-08628-5, pages 419 to 430, 4th edition.
  • the alternating current generated by the oscillator circuit 25 in the coil 3 effects the alternating magnetic field of the coin detector in the coin channel 1 (FIG. 1). Without a coin 2 (FIG.
  • the LC oscillator oscillates at a predetermined idle frequency f 0 .
  • the frequency f of the LC oscillator changes.
  • the LC oscillator of the coin detector begins to oscillate, the inductance of the coil 3 and a capacitor of the oscillator circuit 25 connected in parallel with the coil 3 determining the frequency f 0 . Since the coil 3 and the capacitor in the oscillator circuit 25 can be manufactured with very narrow tolerances, the idle frequency f 0 scatters in a narrow band, so that there is no need to tune the LC oscillator to the predetermined idle frequency f 0 .
  • the coil 3 has an inductance of between 0.5 ⁇ H and 50 ⁇ H.
  • the two-layer coil 3 with a predetermined diameter of 14 mm of both conductor arrangements 11, 11 ' has an inductance of 2920 nH with a total of 20 turns.
  • the single-layer coil 3 with the one conductor arrangement 11 of the same diameter and 10 turns has only a quarter of the inductance, ie 730 nH.
  • the coils 3 have a quality factor Q in the range from 5 to 10.
  • Idle frequencies f 0 suitable for the coin detector are in the range from 1 MHz to 20 MHz.
  • the coin detector has the advantage that because of the short Bridges 19, 19 'between the oscillator circuit 25 and the Coil 3 is a low-interference and because of the automatable Manufacturing also an inexpensive construction of the LC oscillator is possible. Despite the high frequencies f of the LC oscillator radiate the feed lines 7 and the signal line 9 none interfering electromagnetic waves that affect the function of the Coin validators and also affect the LC oscillator would burden.
  • the compact coin detector is easy in the coin validator to be arranged on coin channel 1 and is characterized by a low power consumption.
  • the coin detector can also be used generally as a sensor an approximation of a piece of metal with the alternating field of the Coil 3 detects.
  • the oscillator circuit 25 and the measuring circuit 26 can be implemented on a Si wafer chip in CMOS technology. This measure lowers the current consumption of the detector circuit 4 to less than 30 ⁇ A at a supply voltage of 5 V when the LCO oscillator with the single-layer coil 3 oscillates at the idle frequency f 0 of approximately 16 MHz.
  • the insulating film 14 has the conductor arrangement on at least one side 11 and 11 ', the connection tabs 21 and the substrate 24 on.
  • These conductor pieces 11, 17, 21 and 24 or 11, 11 ', 17, 18, 21 and 24 made of an electrical conductor material can in a printing process or by vapor deposition or deposition can be applied to the insulating film 14 on both sides.
  • the conductor pieces 11, 17, 21 and 24 or 11, 11 ', 17, 18, 21 and 24 from the one or both sides etched on the insulating film 14 laminated conductor material are.
  • the electrical conductor material has a thickness of 0.01 mm up to 0.15 mm or more. The thicker conductor material causes an advantageous rigidity of the connecting lugs 21.
  • a tape 27 of a commercially available KAPTON (R) film 70 ⁇ m thick with a one- or both-sided layer of 17 ⁇ m copper can be used as the flexible insulating film 14.
  • the coil 3 is part of the "lead frame" together with the Substrate 24 and the connecting lugs 21 generated from the tape 27.
  • the advantage of this procedure is its suitability for automatable production of the coin detector as all Connections 16, 19, 19 ', 20 on the carrier sheet 30 by means of Bonding of thin wires can be carried out inexpensively if the Detector circuit 4 is integrated on a semiconductor chip and the frequency-determining capacitor of the oscillator circuit 25 arranged as a separate component 25 'on the substrate 24 and is directly connected to the coil connections 17, 18.
  • the coin detector can be compared between method steps f) and g), the value of the idle frequency f o measured at the LC oscillator being stored in the measuring circuit 26 for the calculation of the frequency deviation ⁇ f.
  • the manufacturing process can be for two-layer coils 3 be modified that first the conductor arrangements 11 on the one-sided laminated band 27 after the manufacturing steps a) to d) are generated. Then the conductor-free pages two identical tapes 27 treated in this way on the Positioning holes 29, 29 'aligned with a composite strip joined together, the conductor arrangements 11 on both sides of the composite strip also coaxially and in the same direction are arranged.
  • the composite strip is used in the following Manufacturing steps e) to h) like a double-sided laminated Volume 27 processed further.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Münzdetektor und ein Verfahren zu dessen Herstellung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Solche induktive Münzdetektoren eignen sich beispielsweise für die Identifizierung von Münzen bei Münzprüfern.
Ein induktiver Münzdetektor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der GB-A 2'151'062 bekannt. Der Münzdetektor besteht aus einer flachen Spule im Schaltkreis eines Hochfrequenz-Oszillators. Ein aus der Spule tretendes magnetisches Wechselfeld durchdringt senkrecht einen Münzkanal. Eine im Münzkanal durch das Wechselfeld rollende Münze verändert die Resonanzfrequenz des Oszillators durch Wechselwirkung der Münze mit dem Wechselfeld. Die durch die Anwesenheit der Münze hervorgerufene Frequenzabweichung dient als Mass für den zu messenden Parameter, wie z. B. Durchmesser, Legierung, Anwesenheit generell etc. Die Spule ist aus Draht gewickelt oder auf einer Leiterplatte durch Aetzen einer Kaschierung aus Kupfer hergestellt. Der übrige, weiter entfernt aufgestellte Teil des Hochfrequenz-Oszillators ist über störsignalsicher abgeschirmte Zuleitungen mit der Spule verbunden.
Aus der US-PS 4'494'100 sind Flachspulen bekannt, bei denen ein elektrisches Leitermaterial als einlagige Spirale auf einem flachen Körper aus Isoliermaterial aufgebracht ist und die in verschiedenen Technologien herstellbar sind. Die Spule ist an der Berandung des Isoliermaterials und im Zentrum der Spirale kontaktiert.
Aus der FR-A 1 532 020 sind flache, spiralförmige Leiteranordnungen auf einer starren Leiterplatte als Teil eines induktiven Münzprüfers bekannt, wobei die Leiterplatte mit den spiralförmigen Leiteranordnungen am Münzkanal angeordnet ist und einen Teil des Münzkanals bildet.
Der Münzprüfer aus der US-A 4 441 602 weist paarweise angeordnet je zwei spiralförmige Sende- und Empfangsspulen auf starren Leiterplatten auf, wobei ein erstes aus einer Sende- und Empfangsspulen gebildetes Paar einen Münzkanal und ein zweites Paar eine Referenzmünze einschliessen. Auf den Leiterplatten sind auch die elektronischen Bauteile der Sende- bzw. Empfangsschaltung angeordnet. Eine den Münzkanal passierende unbekannte Münze schwächt auf charakteristische Weise die Kopplung zwischen der Sende- und der Empfängerspule des ersten Paares. Ist das Ausmaß der Schwächung durch die Münze gleich der Schwächung des Spulenpaars mit der Referenzmünze, so ist die Münze im Münzkanal als eine anzunenmende identifiziert.
Ausserdem ist aus der Herstellung integrierter Schaltungen (IC) bekannt, Mikrochips mit der integrierten Schaltung auf Träger zu montieren, die zusammen mit Anschlussbeinen aus einem Blechstreifen streifen gestanzt sind. Nach dem Ausstanzen weist der eine regelmässige Folge von sogenannten "lead frames" mit je einem Träger und der vorbestimmten Anzahl der Anschlussbeine auf. Die "lead frames" bleiben beidseitig über durchgehende Randstreifen mit Positionierlöchern verbunden. Dieser "lead frames"-Blechstreifen ermöglicht kostengünstige Verfahren beim Bestücken der Träger mit den Mikrochips, dem Bonden von Verbindungen zwischen Anschlüssen der integrierten Schaltung und den entsprechenden, regelmässig angeordneten Anschlussbeinen sowie dem Verpressen der Schaltung mit Kunststoff zu einem IC. Anschliessend wird der fertiggestellte IC aus dem "lead frame" freigestanzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen störstrahlarmen, kostengünstigen induktiven Münzdetektor zu schaffen, der einfach einbaubar und im Münzprüfer anzuordnen ist.
Die Erfindung besteht in den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
Figur 1
einen Münzprüfer mit einem Münzdetektor,
Figur 2
den Münzdetektor im Querschnitt und
Figur 3
einen Ausschnitt aus einem bestückten Band.
In der Figur 1 bedeutet 1 einen Münzkanal in einem Münzprüfer, 2 eine Münze, 3 eine Spule, 4 eine Detektorschaltung, 5 ein Speisegerät und 6 eine Auswerteeinheit. Das Speisegerät 6 dient der Energieversorgung und ist über Speiseleitungen 7 mit der Detektorschaltung 4 und über Versorgungsleitungen 8 mit der Auswerteeinheit 6 verbunden. Eine Signalleitung 9 erstreckt sich von der Detektorschaltung 4 zur Auswerteeinheit 6 zum Uebertragen von Messignalen. Die Auswerteeinheit 6 analysiert auf vorbestimmte Weise die Messignale und kann über eine Befehlsleitung 10 eine Dienstleistung freigeben. Der Münzprüfer ist z. B. in einem öffentlichen Telephon oder in einem Verkaufsautomaten eingebaut und ermöglicht ein Auslösen der Dienstleistung mittels Münzen 2.
Der Münzprüfer umfasst wenigstens einen induktiven Münzdetektor, der aus der Spule 3 und der Detektorschaltung 4 gebildet ist und als Abtastelement am Münzkanal 1 zum Messen einer vorbestimmten Grösse der Münze 2, wie Durchmesser der Münze 2, Art der Münzlegierung usw., oder zur Anwesenheitskontrolle der Münze 2 im Münzkanal 1 dient.
Die Spule 3 weist wenigstens eine flache spiralförmige Leiteranordnung 11 auf, damit die Spule 3 möglichst platzsparend am Münzkanal 1 angeordnet werden kann. Ein Wechselstrom in der Leiteranordnung 11 der Spule 3 erzeugt ein magnetisches Wechselfeld, das in Richtung zur Spulenachse 12 (Figur 2) den Münzkanal 1 senkrecht zu einer Laufrichtung 13 der Münze 2 durchdringt, beispielsweise derart, dass die Spulenachse 12 auch parallel zur Achse der sich an der Spule 3 vorbeibewegenden Münze 2 ausgerichtet ist.
In der Figur 2 weist die Spule 3 (Figur 1) zwei beidseitig auf einer Isolierfolie 14 koaxial aufeinander ausgerichtete flache spiralförmige Leiteranordnungen 11 und 11' auf, die mittels einer Durchkontaktierung 16 durch das Zentrum 15 der Spule 3 hindurch miteinander elektrisch verbindbar sind. Die gestrichelt gezeichnete Spulenachse 12 steht senkrecht zur Ebene der Leiteranordnung 11 bzw. 11' und durchstösst das Zentrum 15. Die Leiteranordnung 11 bzw. 11' windet sich vom Zentrum 15 ausgehend um die Spulenachse 12 herum bis zur Peripherie der Leiteranordnung 11 bzw. 11' und endet in einem Spulenanschluss 17 bzw. 18. Jedes elektrische Leitermaterial ist für die Leiteranordnung 11, 11' verwendbar, jedoch ist Kupfer besonders kostengünstig.
Die beiden Leiteranordnungen 11 und 11' können mit der Durchkontaktierung 16 zu einer flachen zweilagigen Spule 3 verschaltet werden, deren Windungen aus den Leiteranordnungen 11 und 11' bestehen. Um die Induktivität der Spule 3 zu erhöhen, weisen beide Leiteranordnungen 11 und 11' den gleichen Windungssinn auf.
Ausserhalb der Leiteranordnung 11 ist auf der Isolierfolie 14 die Detektorschaltung 4 angeordnet. Ueber zwei kurze Brücken 19, 19' sind die Spulenanschlüsse 17, 18 der zweilagigen Spule 3 mit der Detektorschaltung 4 verbunden, wobei die eine Brücke 19' durch die Isolierfolie 14 hindurch auf die andere Seite zum Spulenanschluss 18 führt. Die Detektorschaltung 4 weist Anschlussflächen zur Kontaktierung auf, die über Verbindungen 20 an die Anschlussfahnen 21 für die Speiseleitungen 7 (Figur 1) und die Signalleitung 9 (Figur 1) angeschlossen sind.
Zum Erzielen einer kleineren Induktivität kann die Spule 3 auch einlagig ausgeführt sein. Die Isolierfolie 14 kann nur auf der einen Seite die Leiteranordnung 11 tragen oder es ist nur die eine Leiteranordnung 11 bzw. 11' angeschlossen, wobei die Durchkontaktierung 16 fehlt. Die Brücken 19, 19' enden spulenseitig im Zentrum 15 und am Spulenanschluss 17 bzw. 18.
Zur Erhöhung der Stabilität ist der Münzdetektor mit Vorteil in einem flachen Gehäuse 22 untergebracht. Durch Umspritzen der Spule 3 und der Detektorschaltung 4 mit einem Kunststoff ist kostengünstig ein stabiles flaches Gehäuse 22 herstellbar. Die beiden Flachseiten 23, 23' des Gehäuses 22 werden von der Spulenachse 12 senkrecht durchstossen. Die Anschlussfahnen 21 stellen durch das Material des Gehäuses 22 hindurch die Verbindung zu den Speiseleitungen 7 (Figur 1) und der Signalleitung 9 (Figur 1) her. Es ist auch möglich, anstelle der Anschlussfelder 21 direkt die Speiseleitungen 7 und die Signalleitung 9 als Drahtenden zum direkten Anschliessen an das Speisegerät 5 (Figur 1) und der Auswerteeinheit 6 (Figur 1) nach aussen zu führen, da bereits drei Adern für die notwendigen Leitungen 7, 9 zwischen dem Münzdetektor und dem Speisegeräte 5 und der Auswerteeinheit 6 ausreichend sind.
Eine kostengünstige Herstellung der Münzdetektoren erfolgt hintereinander auf einer bandförmigen Isolierfolie 14, wobei sich die Anordnung der Spule 3, der Detektorschaltung 4, der Anschlussfahnen 21 und das Gehäuse 22, 22' in einem Registerabstand A längs der Isolierfolie 14 wiederholt.
Die Detektorschaltung 4 ist auf einem Substrat 24 aus Leitermaterial aufgeklebt und umfasst, wie in der Figur 3 gezeigt ist, eine Oszillatorschaltung 25 und eine Messschaltung 26. Die Oszillatorschaltung 25 in Verbindung mit der Spule 3 (Figur 1) bildet einen LC-Oszillator mit der Spule 3 als Induktivität. Beispiele solcher LC-Oszillatoren sind im Buch "Halbleiter-Schaltungstechnik" von U. Tietze und Ch. Schenk, Springer-Verlag Berlin, 1978, ISBN 3-540-08628-5, Seiten 419 bis 430, 4. Aufl., beschrieben. Der von der Oszillatorschaltung 25 in der Spule 3 erzeugte Wechselstrom bewirkt das magnetische Wechselfeld des Münzdetektors im Münzkanal 1 (Figur 1). Ohne eine Münze 2 (Figur 1) im magnetischen Wechselfeld schwingt der LC-Oszillator auf einer vorbestimmten Leerlauffrequenz f0. Sobald das Material der Münze 2 dem Wechselfeld Energie entzieht, verändert sich die Frequenz f des LC-Oszillators. Die Messschaltung 26 ist zum Messen der Frequenzabweichung δf = f - f0 eingerichtet und sendet ein der Frequenzabweichung δf entsprechendes Signal über die Signalleitung 9 (Figur 1) zur Auswerteschaltung 6 (Figur 1).
Wird über die Anschlussfahnen 21 elektrische Energie zugeführt, beginnt der LC-Oszillator des Münzdetektors zu schwingen, wobei die Induktivität der Spule 3 und ein parallel zur Spule 3 geschalteter Kondensator der Oszillatorschaltung 25 die Frequenz f0 bestimmen. Da die Spule 3 und der Kondensator in der Oszillatorschaltung 25 sehr eng toleriert herstellbar sind, streut die Leerlauffrequenz f0 in einem engen Band, so dass sich eine Abstimmung des LC-Oszillators auf die vorbestimmte Leerlauffrequenz f0 erübrigen kann.
Die Spule 3 besitzt je nach Windungszahl und der Anzahl in Serie geschalteter Leiteranordnungen 11, 11' (Figur 2) eine Induktivität zwischen 0,5 µH und 50 µH. Die zweilagige Spule 3 mit einem vorbestimmten Durchmesser von 14 mm beider Leiteranordnungen 11, 11' weist bei total 20 Windungen eine Induktivität von 2920 nH auf. Die einlagige Spule 3 besitzt mit der einen Leiteranordnung 11 von gleichem Durchmesser und 10 Windungen nur einen Viertel der Induktivität, d. h. 730 nH. Die Spulen 3 haben einen Gütefaktor Q im Bereich von 5 bis 10. Der gemessene Gütefaktor der einlagigen Spule 3 beträgt Q = 8. Für den Münzdetektor geeignete Leerlauffrequenzen f0 liegen im Bereich von 1 MHz bis 20 MHz.
Der Münzdetektor weist den Vorteil auf, dass wegen der kurzen Brücken 19, 19' zwischen der Oszillatorschaltung 25 und der Spule 3 ein störstrahlarmer und wegen der automatisierbaren Herstellung auch ein kostengünstiger Aufbau des LC-Oszillators möglich ist. Trotz der hohen Frequenzen f des LC-Oszillators strahlen die Speiseleitungen 7 und die Signalleitung 9 keine störenden elektromagnetischen Wellen ab, die die Funktion des Münzprüfers beeinträchtigen und den LC-Oszillator zusätzlich belasten würden. Der kompakte Münzdetektor ist einfach im Münzprüfer am Münzkanal 1 anzuordnen und zeichnet sich durch einen niedrigen Stromverbrauch aus.
Der Münzdetektor ist auch generell als Sensor verwendbar, der eine Annäherung eines Metallstücks mit dem Wechselfeld der Spule 3 feststellt.
Die Oszillatorschaltung 25 und die Messschaltung 26 können auf einem Si-Waferchip in CMOS-Technologie ausgeführt sein. Diese Massnahme senkt die Stromaufnahme der Detektorschaltung 4 auf weniger als 30 µA bei einer Speisespannung von 5 V, wenn der LCOszillator mit der einlagigen Spule 3 bei der Leerlauffrequenz f0 von etwa 16 MHz schwingt.
Die Isolierfolie 14 weist wenigstens auf einer Seite die Leiteranordnung 11 bzw. 11', die Anschlussfahnen 21 sowie das Substrat 24 auf. Diese Leiterstücke 11, 17, 21 und 24 bzw. 11, 11', 17, 18, 21 und 24 aus einem elektrischen Leitermaterial können in einem Druckverfahren bzw. durch Aufdampfen oder Abscheiden ein-oder beidseitig auf die Isolierfolie 14 aufgebracht werden. Nachfolgend ist beispielhaft die schrittweise Herstellung der Münzdetektoren beschrieben, wobei die Leiterstücke 11, 17, 21 und 24 bzw. 11, 11', 17, 18, 21 und 24 aus dem ein- oder beidseitig auf die Isolierfolie 14 kaschierten Leitermaterial heraus geätzt sind. Das elektrische Leitermaterial weist eine Dicke von 0,01 mm bis 0,15 mm oder mehr auf. Das dickere Leitermaterial bewirkt eine vorteilhafte Steifigkeit der Anschlussfahnen 21.
Als flexible Isolierfolie 14 kann ein Band 27 einer im Handel üblichen KAPTON(R)-Folie von 70 µm Dicke mit einer ein- bzw. beidseitigen Auflage von 17 µm Kupfer verwendet werden.
Das Herstellverfahren gliedert sich in die Schritte:
  • a) In eine Randzone 28 oder in beide Randzonen 28, 28' längs des Bandes 27 werden zuerst wenigstens im Registerabstand A Positionierlöcher 29, 29' eingestanzt. Gleichzeitig wird im Registerabstand A ein Trägerblatt 30 bis auf schmale Stege 31 zu den Randzonen 28, 28' und beide Randzonen 28, 28' verbindende Querstegen 32 freigestanzt. Die Querstege 32 verleihen dem Band 27 eine zur Weiterverarbeitung ausreichende Stabilität.
  • b) Im Registerabstand A werden ausgerichtet auf die Positionierlöcher 29, 29' für die Leiterstücke 11, 17, 21 und 24 bzw. 11, 11', 17, 18, 21 und 24 vorgesehenen Flächen mit Aetzmasken 33 abgedeckt. In der Zeichnung der Figur 3 ist ein symbolischer Teil der Aetzmaske 33 durch Schraffur hervorgehoben.
  • c) Das neben den Aetzmasken 33 freiliegende Leitermaterial wird weggeätzt,
  • d) Die Aetzmasken 33 werden mit Hilfe von Lösungsmitteln durch Waschen entfernt,
  • e) Auf die Positionierlöcher 29, 29' ausgerichtet wird das Substrat 24 mit der Detektorschaltung 4 auf einer freigeätzten Fläche des Trägerblatts 30 befestigt. Die Anschlussfahnen 21 werden über die Verbindungen 20 an die Detektorschaltung 4 angeschlossen.
  • f) Die Oszillatorschaltung 25 wird über die Brücken 19, 19' bei der einlagigen Spule 3 mit dem Zentrum 15 und dem Spulenanschluss 17 oder bei der zweilagigen Spule 3 mit den beiden Spulenanschlüssen 17 und 18 zum LC-Oszillator verbunden, wobei bei der zweilagigen Spule 3 zusätzlich die Durchkontaktierung 16 (Figur 2) im Zentrum 15 hergestellt wird.
  • g) Auf die Positionierlöcher 29, 29' ausgerichtet wird das Trägerblatt 30, das mit der Spule 3 und mit der Detektorschaltung 4 bestückt ist, zusammen mit den Anschlussfahnen 21 mit einem Kunststoff umpresst, so dass der Kunststoff das gestrichelt gezeichnete flache Gehäuse 22 bildet, wobei vom Trägerblatt 30 her gesehen, etwa das erste Viertel jedes Steges 31 im Gehäuse 22 eingeschlossen ist und die aufeinander folgenden Gehäuse 22, 22' (Figur 2) im Bereich der Querstege 32 wenigstens um deren Breite getrennt sind.
  • h) Die Münzdetektoren werden durch Abtrennen der Stege 31 und Freistanzen der Anschlussfahnen 21 aus dem Quersteg 32 als integrierter Baustein einbaufertig aus dem Band 27 vereinzelt.
    • Die Spule 3 wird als Teil des "lead frame" zusammen mit dem Substrat 24 und den Anschlussfahnen 21 aus dem Band 27 erzeugt. Der Vorteil dieses Verfahrens ist seine Eignung zur automatisierbaren Herstellung des Münzdetektors, da alle Verbindungen 16, 19, 19', 20 auf dem Trägerblatt 30 mittels Bonden von dünnen Drähten kostengünstig ausführbar sind, wenn die Detektorschaltung 4 auf einem Halbleiterchip integriert ist und der frequenzbestimmende Kondensator der Oszillatorschaltung 25 als getrenntes Bauelement 25' auf dem Substrat 24 angeordnet und direkt mit den Spulenanschlüssen 17, 18 verbunden ist.
    Zwischen den Verfahrensschritten f) und g) kann der Münzdetektor abgeglichen werden, wobei in der Messschaltung 26 der Wert der am LC-Oszillator gemessenen Leerlauffrequenz fo für die Berechnung der Frequenzabweichung δf gespeichert wird.
    Das Herstellverfahren kann für zweilagige Spulen 3 dahingehend modifiziert werden, dass zuerst die Leiteranordnungen 11 auf dem einseitig kaschierten Band 27 nach den Herstellschritten a) bis d) erzeugt werden. Anschliessend werden die leiterfreien Seiten zweier so behandelten, identischen Bänder 27 auf die Positionierlöcher 29, 29' ausgerichtet zu einem Verbundstreifen zusammengefügt, wobei die Leiteranordnungen 11 auf beiden Seiten des Verbundstreifens auch koaxial und im gleichen Windungssinn angeordnet sind. Der Verbundstreifen wird in den folgenden Herstellschritten e) bis h) wie ein zweiseitig kaschiertes Band 27 weiterverarbeitet.

    Claims (12)

    1. Münzdetektor zum induktiven Abtasten von sich in einem Münzkanal (1) bewegenden Münzen (2) mittels eines hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfelds, mit einer LC-Oszillatorschaltung (25) zum Erzeugen des hochfrequenten Wechselfeldes, wobei die induktive Komponente der LC-Oszillatorschaltung (25) von einer elektrischen Spule (3) gebildet ist, die als flache spiralförmige Leiteranordnung (11, 11') auf einem band- oder plättchenförmigen Träger angeordnet ist und zur Erzeugung eines im Münzkanal (1) im wesentlichen senkrecht zur Münzlaufrichtung (13) verlaufenden Wechselfeldes dient, wobei weitere Komponenten der LC-Oszillatorschaltung (25) auf dem Träger angeordnet und mit der Spule (3) verbunden sind, und mit einer Auswerteschaltung (6),
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der Träger als Isolierfolie (14) ausgebildet ist, daß die Isolierfolie (14) als Träger nicht nur für die LC-Oszillatorschaltung (25), sondern auch für eine Meßschaltung (26) dient,
      daß die LC-Oszillatorschaltung (25) mit der Meßschaltung (26) eine Detektorschaltung (4) für die Münzen (2) bildet, daß die LC-Oszillatorschaltung (25) über kurze Verbindungsbrücken (19, 19') mit der spiralförmigen Leiteranordnung (11, 11') verbunden ist,
      daß die Detektorschaltung (4) ein von der Frequenzabweichung (δf) zwischen der Leerlauffrequenz (fo) und der von der Belastung des elektromagnetischen Wechselfeldes abhängigen Frequenz (f) der LC-Oszillatorschaltung (25) abhängiges Signal zur Ansteuerung der Auswerteschaltung (6) erzeugt, und
      daß die Detektorschaltung (4) zur Energieversorgung über Speiseleitungen (7) mit einem Speisegerät (5) des Münzprüfers und zur Signalübermittlung über eine Signalleitung (9) mit einer Erkennungsschaltung (6) des Münzprüfers verbunden ist.
    2. Münzdetektor nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Oszillatorschaltung (25) und/oder die Meßschaltung (26) in CMOS-Technologie auf einem Halbleiterchip integriert sind.
    3. Münzdetektor nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß der frequenzbestimmende Kondensator der LC-Oszillatorschaltung (25) als getrenntes Bauelement auf einem Substrat (24) angeordnet und direkt mit elektrischen Anschlüssen der spiralförmigen Leiteranordnung (11, 11') verbunden ist.
    4. Münzdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß in der Meßschaltung (26) eine Einrichtung zum Speichern der Leerlauffrequenz (fo) des LC-Oszillators angeordnet ist.
    5. Münzdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Detektorschaltung (4) mit Kunststoff umspritzt oder umpreßt ist und ein flaches Gehäuse (22) bildet, dessen Flachseiten (23, 23') parallel zur Ebene der spiralförmigen Leiteranordnung (11, 11') ausgerichtet sind.
    6. Münzdetektor nach Anspruch 5,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß aus dem Gehäuse (22) wenigstens drei Anschlußelemente (21) hinausgeführt sind, von denen zwei Anschlußelemente (21) über Speiseleitungen (7) die Verbindung der Detektorschaltung (4) mit einer elektrischen Speisespannungsquelle (5) und mindestens ein Anschlußelement (21) die Verbindung der Detektorschaltung (4) zur Auswerteschaltung (6) über eine Signalleitung (9) herstellen.
    7. Münzdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Isolierfolie (14) ein biegbares Band (27) aus Polyimid ist.
    8. Verfahren zur Herstellung eines induktiven Münzdetektors mit einer Detektorschaltung (4), die auf einem Trägerblatt (30) eine LC-Oszillatorschaltung (25) mit einer Spule (3) aus einer spiralförmigen Leiteranordnung (11, 11'; 16) und eine Meßschaltung (26) aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten:
      a) Stanzen von Positionierlöchern (29; 29') in ein einseitig oder zweiseitig mit Leitermaterial kaschiertes Band (27) aus einer insbesondere flexiblen Isolierfolie (14) in vorbestimmten Abständen (A) in Randzonen (28; 28') und Freistanzen des Trägerblattes (30) aus dem Band (27), wobei das Trägerblatt (30) über schmale Stege (31) mit den Randzonen (28; 28') und mit die Randzonen (28; 28') verbindenden Querstege (32) verbunden bleibt,
      b) Abdecken von Leiterteilen (11; 11'; 17; 18; 21; 22; 24) im Register der Positionierlöcher (29; 29') mittels auf dem Leitermaterial angeordneter Ätzmasken (33),
      c) Wegätzen des freiliegenden überflüssigen Leitermaterials,
      d) Entfernen der Ätzmasken (33),
      e) Befestigen eines Substrats (24) mit der Detektorschaltung (4) im Register der Positionierlöcher (29; 29') auf dem Trägerblatt (30) und Anschließen der Detektorschaltung (4) über elektrische Verbindungen (20) an fahnenförmige Anschlußelemente (21) und über Brücken (19, 19') an die spiralförmige Leiteranordnung (11, 11'; 16),
      f) Umpressen oder Umspritzen des derart bestückten Trägerblatts (30) mit Kunststoff zur Bildung eines flachen Gehäuses (22; 22'), dessen Flachseiten (23; 23') parallel zur Ebene der Leiteranordnung (11, 11') ausgerichtet sind, und
      g) Durchtrennen verbleibender Stege (31) und Freischneiden der Anschlußelemente (21).
    9. Verfahren zur Herstellung eines induktiven Münzdetektors mit einem einseitig mit Leitermaterial kaschiertem Band aus einer insbesondere flexiblen Isolierfolie nach Anspruch 8,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Detektorschaltung (4) über elektrische Verbindungen (20) an fahnenförmige Anschlußelemente (21) und über Brücken (19, 19') an einen Spulenanschluß (17, 18) und an das Zentrum (15) der spiralförmigen Leiteranordnung (11, 11') angeschlossen werden.
    10. Verfahren zur Herstellung eines induktiven Münzdetektors mit einem zweiseitig mit Leitermaterial kaschiertem Band aus einer insb. flexiblen Isolierfolie nach Anspruch 8,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Detektorschaltung (4) über elektrische Verbindungen (20) an fahnenförmige Anschlußelemente (21) und über Brücken (19, 19') an Spulenanschlüsse (17, 18) der spiralförmigen Leiteranordnung (11, 11'; 16) angeschlossen werden, wobei der eine Teil der spiralförmigen Leiteranordnung (11) mit dem weiteren Teil der spiralförmigen Leiteranordnung (11') mittels einer Durchkontaktierung (16) im Zentrum (15) beider spiralförmiger Leiteranordnungen (11, 11') verbunden wird.
    11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 - 10,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß in einem weiteren Verfahrensschritt der Münzdetektor mit elektrischer Energie versorgt und die Leerlauffrequenz (f0) der LC-Oszillatorschaltung (25) abgeglichen wird.
    12. Verwendung des Münzdetektors nach einem der Ansprüche 1 - 7 als Sensor zum Feststellen der Annäherung eines Metallstücks.
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