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Die Erfindung betrifft einen aus zwei Komponenten bestehenden Münzenrohling zur Herstellung von Geldmünzen, Medaillen und ähnlichen Gegenständen, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung des Rohlinges. Gegenstand der Erfindung ist dabei ein Münzenrohling mit einem Kern aus niedriggekohltem Stahl, der vollständig von einer Nickelplattierung eingeschlossen ist. Die Eigenschaften des Rohlinges nach der Münzung sind denjenigen eines Vollnickel-Geldstückes ausreichend ähnlich, so dass der in eine Geldmünze umgeformte Rohling als Vollnickel-Geldstück von vielen Münzenwächtern behandelt wird, die zwischen einem echten Nickelgeldstück und einer Fälschung oder einer Metallscheibe unterscheiden können. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird der Rohling sowohl durch Elektroplattierung als auch durch Glühen behandelt.
Metallisches Nickel ist wegen seiner Anlauffestigkeit, seiner Haltbarkeit und seinem attraktiven Aussehen in vielen Ländern als Münzwerkstoff eingesetzt. Wegen der schnell steigenden Preise für metallisches Nickel hat jedoch in neuester Zeit der Metallwert einiger Nickelmünzen den Prägewert erreicht und in manchen Fällen sogar überstiegen. Als Folge dieser Wertentwic1dung sind Nickelmünzen in einigen Ländern in hohem Umfange durch die Bevölkerung dem Geldumlauf entzogen worden, obwohl Gesetze das Einschmelzen oder den Export derartiger Münzen verbieten.
Es sind Anstrengungen unternommen worden, Nickel zu legieren oder auf andere Weise mit billigeren Elementen zu strecken, um so Münzen zu schaffen, welche die gewünschten Qualitätsmerkmale reiner Nickelmünzen aufweisen, jedoch einen niedrigeren Metallwert. So sind zwar viele Legierungen untersucht worden, jedoch hatten die dabei entstehenden Münzen in der Regel schlechtere Qualitätseigenschaften als Vollnickel-Münzen. So scheinen zwar Münzen aus einer Nickel-Kupfer- oder einer Nickel-Zinklegierung, wenn sie frisch aus der Münzanstalt kommen, durchaus mit reinen Nickelmünzen vergleichbar zu sein, jedoch laufen diese bei der Benutzung an und werden stumpf.
Darüber hinaus haben Münzen aus Nickellegierung in der Regel doch so unterschiedliche Eigenschaften gegenüber reinen Nickelmünzen, dass mechanische oder elektrische Münzwächter, die echte Nickelmünzen von Fälschungen oder Metallscheiben unterscheiden, diese nicht annehmen, so dass eine Verwendung dieser Legierungsmünzen gleichzeitig mit reinen Nickelmünzen derselben Grösse und desselben Prägewertes nicht möglich ist.
Münzwächter sind in Münzautomaten in grossen Umfang eingesetzt und unterziehen ein Geldstück einer Reihe von Prüfungen auf der Grundlage seiner Abmessungen, seines Gewichts, seines Elastizitätsmoduls und seiner magnetischen Eigenschaften.
Die Unterscheidung nach Massgabe der magnetischen Eigenschaften wird üblicherweise dadurch bewerkstelligt, dass das Geldstück oder die Metallscheibe über eine nach unten geneigte Rampe abläuft und dabei durch das magnetische Feld eines Permanentmagneten trifft, der dicht unterhalb des unteren Endes der Rampe angeordnet ist. In Kanada und andern Ländern mit Nickelmünzen ist der Münzwächter so eingestellt, dass die Bahn einer unmagnetischen Münze oder Metallscheibe, die über das Ende der Rampe abläuft, durch den Magneten nicht beeinflusst wird und die Münze oder die Metallscheibe in ein Zurückweisungsfach fällt. Wenn anderseits die Münze oder Metallscheibe stark magnetisch ist, so wird ihre Bahn durch den Magneten sehr stark beeinflusst und fällt die Münze ebenfalls in das Fach "Zurück- weisung".
Die Bahn einer reinen Nickelmünze jedoch wird zwar durch den Magneten beeinflusst, jedoch in erheblich weniger grossem Umfang als im Falle einer Münze oder einer Metallscheibe aus Eisen oder einem andern stark magnetischen Werkstoff, so dass die Nickelmünze in ein"Annahme"-Fach fällt. Bei einer andern Art der magnetischen Prüfung wird die Anziehungskraft zwischen der Münze und einem nahe der Fläche eines eingeworfenen Geldstückes angeordneten Magneten herangezogen.
Wenn die Anziehungskraft zwischen dem Magneten und der Münze stark ist, wie dies im Falle einer Münze aus Stahl beispielsweise der Fall wäre, wird bei einer Bauart eines derartigen Münzwächters die Münze an einem Herabrollen einer Neigung gehindert, während sie bei einer andern Bauart eines solchen Münzwächters seitlich abgelenkt wird, was in jedem Falle zu ihrer Zurückweisung führt. Wenn das Geldstück jedoch unmagnetisch ist oder die Anziehungskraft nicht ausreicht, um die Münze zu halten, wie im Falle einer Münze aus reinem Nickel, so kann diese die Neigung ohne weiteres herablaufen und wird angenommen.
Es ist in höchstem Masse wünschenswert, dass als Ersatz für Vollnickelmünzen gedachte Münzen Eigenschaften aufweisen, die denen von Münzen aus reinem Nickel ähnlich sind. Solche Ersatzmünzen sollten daher ein Aussehen, ein Verschleissverhalten und eine Anlauffestigkeit ähnlich Nickel aufweisen, sollten jedoch darüber hinaus auch ähnliche magnetische Eigenschaften aufweisen, so dass sie von magnetisch prüfenden Münzwächtern angenommen werden. Wenn diese Ersatzmünzen solche Eigenschaften
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haben, so führt ihre Einführung in den Geldumlauf zu allenfalls geringen Unannehmlichkeiten der Hersteller und Benutzer von Münzautomaten, die für eine Annahme reiner Nickelmünzen geeignet sind.
Ein wesentliches Ziel der Erfindung liegt daher in der Schaffung eines Münzenrohlinges, der in den Gestehungskosten erheblich billiger ist als ein Rohling derselben Grösse und Form aus reinem Nickel, der jedoch ein Aussehen, eine Verschleissfestigkeit und eine Korrosionsfestigkeit ähnlich einem Vollnickelrohling aufweist und der ohne übermässigen Matrizenverschleiss mit einer tiefen und klaren Prägung versehen werden kann. Darüber hinaus soll der so geprägte Münzenrohling magnetische Eigenschaften haben, die denjenigen von reinen Nickelmünzen derselben Grösse und derselben Form ausreichend ähnlich sind, dass die aus dem Rohling geschaffene Münze von den meisten Münzwächtern angenommen wird, die reine Nickelmünzen annehmen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung eines zur Herstellung eines solchen Münzenrohlinges geeigneten Verfahren.
Hiezu weist ein erfindungsgemässer Rohling im wesentlichen einen Kern aus niedriggekohltem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt unter etwa 0, 03 Gew.-% auf, weiterhin eine ununterbrochene Nickelplattierung, welche den Kern vollständig umgibt, wobei die Plattierung eine Dicke von wenigstens 0, 05 mm an den gegenüberliegenden Flächen des Rohlinges und das etwa Zwei- bis Vierfache hievon an radialer Dicke an den Rändern des Rohlinges aufweist, wobei eine diffundiertes Nickel und diffundiertes Eisen enthaltende Diffusionsschicht die Plattierung metallurgisch am Trägermaterial befestigt, wobei der Rohling eine Härte von weniger als 65 auf der Rockwell 30T Härteskala aufweist, und wobei der Rohling eine magnetische Induktion B in einem Magnetfeld von 120 A/cm von weniger als etwa 0, 4 T, gemessen auf einer Achse durch den Mittelpunkt und senkrecht zu den Flächen des Rohlinges,
aufweist, so dass der Rohling nach seiner Münzung von im wesentlichen allen mit magnetischen Prüfverfahren arbeitenden Münzwächtern, die reinen Nickelmünzen annehmen, angenommen wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht im wesentlichen darin, dass ein Kernstück mit einander gegenüberliegenden, im wesentlichen ebenen Flächen und einem gemeinsamen Seitenrand hergestellt, das aus einem niedriggekohlten Stahl mit weniger als etwa 0, 3 Gew.-% Kohlenstoff besteht, dass das Kernstück elektrolytisch mit einer ununterbrochenen Plattierung aus Nickel von nicht weniger als 0, 05 mm Dicke an den Flächen des Kernstückes und der Zwei- bis Vierfachen radialen Dicke an den Seitenrändern des Kernstückes versehen wird, und dass das nickelplattierte Kernstück zum Weichglühen des Kern- oder Trägermaterials zur Verminderung seiner Härte auf weniger als 65, vorzugsweise weniger als 45 der Rockwell 30T Härteskala erwärmt wird, wodurch eine eindiffundiertes Nickel und eindiffundiertes Eisen enthaltende Diffusionsschicht gebildet wird,
welche die Nickelplattierung metallurgisch mit dem Trägermaterial verbindet.
Ausgangsmaterial für den erfindungsgemässen Rohling ist niedriggekohlter Stahl. Dieser Stahl muss weniger als 0, 03 Gew.-% Kohlenstoff enthalten. Ein höherer Kohlenstoffgehalt ist unerwünscht, da er den Werkstoff zu hart für eine zufriedenstellende Prägung macht. Für eine problemlose Prägung liegt der Kohlenstoffgehalt bevorzugt bei 0, 01% oder weniger. Zusätzlich zum Kohlenstoff kann das Ausgangsmaterial andere Legierungselemente enthalten, die gewöhnlich in geringer Menge in niedriggekohlten Stählen enthalten sind. So kann das Ausgangsmaterial beispielsweise kleine Anteile an Silikon, Mangan oder Nickel enthalten. Der Werkstoff eignet sich für die Zwecke der Erfindung jedenfalls dann, wenn das Ausgangsmaterial entweder an sich eine Härte von weniger als 65 Rockwell 30T, vorzugsweise weniger als 45, aufweist oder auf eine solche Härte weichgeglüht werden kann.
Der niedriggekohlte Stahl wird beispielsweise durch Walzen auf die gewünschte Dicke gebracht und anschliessend gestanzt und im Bedarfsfall mit einer Randausformung versehen, so dass Rohlinge einer solchen Grösse entstehen, die nach ihrer Plattierung mit der erforderlichen Menge an Nickel die gewünschte Grösse des fertigen Rohlinges aufweisen. In der Regel wird der Rohling kreisförmig sein, jedoch sind im Rahmen der Erfindung auch andere Formen wie etwa Quadrate, Siebenecke usw. herstellbar.
Die Kern- oder Trägerstücke werden vorzugsweise mit hochgezogenen Rändern versehen, um eine gegenüber den übrigen Abschnitten des fertigen Rohlinges grössere Randdicke zu erreichen ; ein solcher Randwulst erleichtert nicht nur die Stapelung der Rohlinge oder Geldstücke, sondern bietet auch einen besseren Verschleissschutz für die inneren Bereiche des fertigen Geldstückes. Die mit einem Randwulst versehenen Stücke werden sodann elektroplattiert, wobei eine ununterbrochene Schicht oder Plattierung von Nickel sowohl auf die Flächen der Stücke als auch auf die Ränder aufgebracht wird.
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Die Elektroplattierung des Nickels auf die Kernstücke wird zweckmässig in einer Trommel-Galvanisiervorrichtung vorgenommen. Eine solche Vorrichtung besteht aus einer zylindrischen Trommel, die um eine horizontale Achse in einem mit der Galvanisierlösung gefüllten Tank drehbar ist. Flexible Rutenkathoden sind im Inneren der Trommel gelagert, während im Tank ausserhalb der Trommel Anodenstücke enthaltende Körbe vorgesehen sind. Die Kathodenruten und die Anodenkörbe sind mit dem Minus-bzw. Pluspol einer Gleichstromquelle verbunden. Die Potentialdifferenz zwischen der Anode und der Kathode wird vorzugsweise in einem Bereich zwischen 5 und 20 Volt gehalten.
Die Kern- oder Trägerstücke werden bei ihrer Taumelbewegung in der rotierenden Trommel mit den Kathodenruten in Berührung gebracht. Als Galvanisierlösung dient ein üblicher oder genormter Nickelplattier-Elektrolyt wie etwa Nickelsulfamat oder eine Watt'sehe Lösung. Die Menge des auf die Trägerstücke aufgebrachten Nickels kann den Erfordernissen entsprechen und durch Änderung der Stromdichte oder der Plattierzeit eingestellt werden. Aus wirtschaftlichen Gründen wird das Trägermaterial mit einer minimalen Nickelmenge beschichtet, die noch ausreichende Verschleiss- und Korrosionsfestigkeit sowie die gewünschten magnetischen Eigenschaften ergibt. Hiezu sollte die Nickelschicht an den Seitenflächen des Rohlinges wenigstens 0, 05 mm dick sein.
Eine dickere Nickelschicht kann jedoch in manchen Fällen erforderlich werden, um sicherzustellen, dass die fertigen Rohlinge Handelsanforderungen entsprechen und die gewünschten magnetischen Eigenschaften aufweisen. Dieses letzte Erfordernis wird weiter unten im einzelnen erläutert.
Die auf das Kernstück aufgebrachte Nickelschicht ist am Rand grösser als in der Mitte jeder Seitenfläche des Rohlinges. Unter der Dicke der Plattierung am Rand ist dabei diejenige Dicke zu verstehen, die sich bei einer Messung radial nach aussen am Mittelpunkt des Randes des Kernstückes ergibt, während die Dicke der Plattierung an den Seitenflächen in Achsrichtung in der Mitte der Seitenfläche des Rohlinges gemessen wird. Das Verhältnis der Dicke der Nickelplattierung am Rand der Trägerstücke zu der Dicke der Nickelplattierung auf den Seitenflächen der Stücke wird in erster Linie durch die Abmessungen der Trommel und die Grösse der Stücke bestimmt. In der Regel liegt dieses Verhältnis im Bereich zwischen 2 : 1 bis 4 : 1.
Dies bedeutet, dass die Dicke der Plattierung am Rand, in radialer Richtung gemessen, das Zwei- bis Vierfache der Dicke der Plattierung an jeder Seitenfläche des Rohlinges ausmacht. Grundsätzlich nimmt das Dickenverhältnis zwischen der Randdicke und der Seitenflächendicke ab, wenn der Durchmesser der Galvanisiertrommel vergrössert und der Durchmesser der einzelnen Stücke verringert wird. Da die Dicke des Nickels auf den Seitenflächen des Kernstückes geringer als an den Rändern ist, braucht bei der Trommelgalvanisierung lediglich die Dicke des Nickels auf den Seitenflächen festgelegt zu werden, um sicherzustellen, dass bei der Behandlung wenigstens eine Schichtdicke von 0, 05 mm auf den Seitenflächen abgelagert wird.
Nach der Elektroplattierung werden die nickelplattierten Kernstücke einer Weichglühbehandlung unterzogen, um die Härte des Rohlinges auf weniger als 65, vorzugsweise weniger als 45 der Rockwell 30T Härteskala abzusenken und gleichzeitig eine atomare Interdiffusion der Metalle an der Grenzfläche zwischen dem Kernmaterial und der Nickelplattierung herbeizuführen. Die besten Bedingungen für diesen Vorgang liegen bei einer Temperatur von etwa 800 bis etwa 1000 C, einer Behandlungsdauer zwischen etwa 10 und 40 min und einer reduzierenden Atmosphäre, beispielsweise einer Wasserstoffatmosphäre, vor.
Bei einer Untersuchung unter dem Mikroskop zeigt sich, dass die geglühten Stücke zwischen der Nickelplattierung und dem Kernmaterial eine Diffusionsschicht von endlicher Dicke, typischerweise etwa 0, 01 mm aufweisen, in diese wohl Nickel als auch Eisen eindiffundiert sind. Auf diese Weise wird die Nickelplattierung metallurgisch am Kernmaterial über die gesamte Grenzfläche zwischen der Plattierung und dem Kernstück hinweg verankert. Der plattierte und geglühte Rohling kann sodann zwischen Prägestempeln mit tiefen und klaren Prägungen versehen werden, ohne dass übermässiger Stempelverschleiss auftritt ; die geprägte Nickelschicht weist hervorragende Verschleiss- und Korrosionsfestigkeit auf.
Die magnetische Induktion, der durch eine angelegte magnetische Feldstärke von 120 A/cm in einem geglühten Rohling erzeugt werden kann, sollte weniger als etwa 0, 4T betragen, gemessen in einer durch den Mittelpunkt der Seitenflächen des Rohlinges gehenden und auf den Seitenflächen des Rohlinges senkrechtstehenden Achse. Die magnetische Induktion eines Rohlinges in einem angelegten Feld von
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Nickelschicht an den Seitenflächen des Rohlinges eine Dicke von wenigstens 0, 05 mm aufweist.
Wenn jedoch die magnetische Induktion B eines bestimmten plattierten und geglühten Rohlinges mit der minimalen Plattierungsdicke oberhalb von 0, 4T (gemessen in einer durch den Mittelpunkt der Seitenfläche des Rohlinges gehenden Normalachse in einem Feld von 120 A/cm, so kann der Wert der magnetischen Induktion B dadurch gesenkt werden, dass die Dicke der auf den Rohling aufgebrachten Nickelschicht erhöht wird.
Die magnetische Induktion muss unterhalb der obigen Grenze liegen, um sicherzustellen, dass die Rohlinge nach der Prägung von den meisten Münzwächtern mit magnetischen Prüfungen angenommen werden. Wie weiter oben bereits erläutert ist, entscheidet bei solchen Münzwächtern die Grösse der Anziehungskraft zwischen einer eingeworfenen Geldmünze und einem Permanentmagneten, ob die eingeworfene Münze von der Vorrichtung angenommen oder zurückgewiesen wird. Etwas überraschend hat sich herausgestellt, dass die meisten Münzwächter mit magnetischen Prüfungen nicht zwischen aus erfindungsgemässen Rohlingen geprägten Geldmünzen und entsprechend geformten Vollnickelmünzen unterscheiden können obwohl bedeutende Unterschiede in den Bauarten der Münzwächter bestehen.
So bestimmen etwa einige Bauarten von Münzwächtern die Anziehungskraft zwischen einem Permanentmagneten und einem Geldstück in seiner radialen Richtung, während bei andern Bauarten die Anziehungskraft zwischen einem Magneten und einer Geldmünze in Richtung deren Zylinderachse bestimmt wird. Die magnetische Induktion der Permanentmagnete in unterschiedlichen Münzwächtern schwankt ganz erheblich, ebenso wie die Spaltbreiten zwischen den Magneten und den Geldstücken bei ihrem Durchlauf durch die Vorrichtung. Trotz dieser Unterschiede werden aus erfindungsgemässen Rohlingen geprägten Geldmünzen von den meisten Münzwächtern angenommen, die auch Münzen aus reinem Nickel derselben Grösse, derselben Form und desselben Gewichtes annehmen.
Nach dem Weichglühen müssen die Rohlinge vor der Prägung poliert werden, um ihre Oberflächen in einer für die Prägung geeigneten Weise gleichmässig fertig zu bearbeiten. Bei der Prägung werden die Rohlinge in der Regel gleichzeitig zwischen Stempeln für die Zahlseite und die Kopfseite gepresst, um so ein vollständiges Prägemuster, gegebenenfalls unter Einschluss einer Randriffelung, zu erzielen.
Beispiel l : Bei diesem Beispiel wird ein Verfahren zur Herstellung von Rohlingen nach der Erfindung beschrieben. 2642, 3 g Münzen-bzw. scheibenförmiger Stahlstücke mit einem Kohlenstoffgehalt von 0, 01 Gew.-% und mit einem mittleren Stückgewicht von 4, 33 g wurden in eine perforierte horizontale Galvanisiertrommel aus Polypropylen mit 30, 5 cm Länge und 15, 25 cm Durchmesser eingefüllt.
Nach der Einfüllung wurde die Trommel samt Inhalt folgenden Reinigungsschritten unterzogen : Einer 15minütigen Tränkung in einem heissen Waschmittel, einer 2minütigen Spülung in heissem Wasser, einer 2minütigen Spülung in kaltem Wasser, einer weiteren 2minütigen Spülung in kaltem Wasser und einer 4minütigen Tränkung in 10%iger HCl sowie letztlich einer 2minütigen Spülung in kaltem Wasser.
Die Trommel samt Inhalt wurde sodann in einen Galvanisiertank eingesetzt, in dem etwa 150 Liter eines Nickelsulfamat-Elektrolyten mit 79, 1 g/l Nickel, 1, 34 g/l Chloridionen und 24, 5 g/l Borationen enthalten waren. Die Lösung hatte einen PH-Wert von 4, 0 und wurde auf eine Temperatur von 49 C
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der Anode und Kathode betrug 6, 0 V, wobei der Stromfluss zwischen den Anoden 30 A (Gleichstrom) betrug.
Die Trommel wurde mit 6 Umdr/min über eine Dauer von 18, 6 h gedreht und dann aus dem Tank entnommen ; sie wurde anschliessend einer 2minütigen kalten Spülung und einer 2minütigen heissen Spülung unterzogen. Der Inhalt der Trommel wurde sodann entnommen und in heisser Luft getrocknet.
Als repräsentative Durchschnittswerte eines Nickelrohlinges vor und nach der Plattierung ergab sich : Abmessungen des Stah1kernes : 23, 454 mm Durchmesser und 1, 249 mm Dicke ; Dicke der Nickelschicht an den Seitenflächen 0, 072 mm und an den Rändern 0, 278 mm ; Menge des aufgebrachten Nickels : 20, 9 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Rohlinges aus Kernmaterial und Nickelplattierung.
Diese Ergebnisse zeigen, dass die an den Rändern der Stahlstücke aufgebrachte Nickelschicht etwas weniger als das Vierfache der Dicke der an den Seitenflächen aufgebrachten Schicht beträgt.
Die Rohlinge wurden sodann bei 9900C 17 min lang in einer Wasserstoffatmosphäre geglüht. Die magnetische Induktion B eines typischen geglühten Rohlinges in einem Magnetfeld von 120 A/cm wurde in einer auf der Seitenfläche des Rohlinges senkrechtstehenden und durch deren Mittelpunkt gehenden Achse gemessen, wobei die magnetische Induktion B eines der Stahlrohlinge vor der Plattierung und Glühung
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und eines Rohlinges aus reinem Nickel im wesentlichen derselben Grösse und Form zu Vergleichszwecken bestimmt wurde.
Dabei ergab sich für den nickelplattierten und weichgeglühten Rohling eine magnetische Induktion von 0, 31T, für einen Rohling aus Flussstahl eine Induktion von 0, 6T und für einen Rohling aus reinem Nickel eine Induktion von 0, 24T. In jedem Falle wurden die Werte für die magnetische Induktion B aus dem ersten Quadranten einer Hysteresisschleife bei einer positiv ansteigenden Feldstärke H entnommen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Münzenrohling zur Prägung einer Geldmünze, einer Medaille oder einem ähnlichen Gegenstand, gekennzeichnet durch einen aus niedriggekohltem Stahl hergestellten Kern mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0, 03 Gew.-%, durch eine ununterbrochene Plattierung aus Nickel, welche den Kern vollständig umschliesst und eine Dicke von wenigstens 0, 05 mm an jeder der gegenüberliegenden Seitenflächen des Rohlinges und eine radial gemessene Dicke vom Zwei- bis Vierfachen der Seitenflächendicke am Rand aufweist, und durch eine Diffusionsschicht mit eindiffundiertem Nickel und eindiffundiertem Eisen, welche die Plattierung metallurgisch mit dem Kern verbindet,
wobei der Rohling eine Härte von weniger als 65 auf einer Rockwell 30T Härteskala und eine magnetische Induktion B in einem Feld mit einer Feldstärke von 120 A/cm von weniger als etwa 0, 4T gemessen in einer zur Seitenfläche normalen Achse durch den Mittelpunkt der Seitenfläche aufweist, so dass der Rohling nach seiner Prägung von im wesentlichen allen Münzwächtern in Münzautomaten angenommen wird, welche reine Nickelmünzen annehmen.
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