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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Prüfen einer Münze hinsichtlich ihrer Dicke.
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In vielen Münzprüfern werden zur Messung der Geometrie einer Münze, wie Durchmesser und/oder Dicke einer Münze zwei bis drei Lichtschranken eingesetzt, wobei die Anordnung zueinander in den bekannten Münzprüfern immer ähnlich ist. Für die Bestimmung eines Durchmessers sind beispielsweise zwei Lichtschranken zu ermitteln, wobei die theoretischen Grundlagen sich darauf beziehen, dass sich die Münze im Idealfall mit kontinuierlicher. Geschwindigkeit durch eine Messstrecke bewegt und von unendlich dünnen Lichtschranken abgetastet wird.
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In der Patentliteratur ist eine Vielzahl von Druckschriften bekannt, die sich mit der Erfassung der geometrischen Abmessungen beschäftigen. Es wird beispielsweise auf die
DE 33 35 422 A1 Bezug genommen, die ein Verfahren zur Auswertung der von Lichtschranken hervorgerufenen Fotoströme, insbesondere bei Münzfernsprechern betrifft. Bei diesem Verfahren werden die Fotoströme von drei Lichtschranken einem summierenden Strom-Spannungswandler zugeführt und an schließend digitalisiert. Weiterhin wird der von einer Start-Stopp-Lichtschranke herrührende Fotostrom ebenfalls digitalisiert und die Signale werden einer Logik zugeführt, die die Signale in Abhängigkeit von der Zeit in unterschiedliche Ergebniszellen einzählt. Die jeweiligen Zählerstände geben ein Maß für die Geometriegrößen der Münze.
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Aus der
DE 33 35 384 C2 ist ein zur vorangehenden Fundstelle ähnliches Verfahren zur optoelektronischen Prüfung der Dicke von Münzen bekannt, bei dem eine Lichtschranke mit einer ersten Blende in ihrem Strahlengang senkrecht zur Seitenwand eines Münzkanals und eine weitere Lichtschranke mit ihr zugehörigen zweiten und dritten Blenden schräg in Bezug auf die erste Lichtschranke so angeordnet werden, dass eine jeweilige Überdeckung der Blenden durch den Schatten des vorderen Münzrandes, abhängig von der Dicke einer Münze, auftritt oder nicht, wobei die Lage des Schattens des vorderen Münzrandes durch eine Zähleinrichtung erfasst wird, die abhängig von der Überdeckung der Blenden Impulse erhält.
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Ein weiteres Verfahren zur Prüfung von Münzen unter Zugrundelegung ihrer Abmessungen ist in der
DE 39 10 824 A1 beschrieben. Dabei rollt die Münze auf einer schiefen Laufbahn, über der in dem Bereich einer seitlichen Führungswand zwei Messschranken angeordnet sind. Dabei wird die Durchlaufzeit gemessen und die erfassten Daten werden in einer Mess- und/oder Vergleichsvorrichtung gespeichert und als Maßgabe zur vergleichsweisen Prüfung einer nachfolgenden Münze gegenübergestellt.
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Die
DE 42 26 062 C2 beschreibt eine Vorrichtung zum Messen des Durchmessers von Münzen mit einem geneigten Führungskanal, auf dessen Boden die Münze in einem Teilbereich mit wesentlich gleicher Geschwindigkeit abrollt. Auch hier sind mindestens zwei Lichtschranken in der Seitenwand in unterschiedlichen Höhen angeordnet, die bei Durchlauf der Münze abgedunkelt werden. Die zuerst abgedunkelte Lichtschranke startet ein Zeitmessglied, das durch die Abdunklung einer zweiten Lichtschranke gestoppt wird und der Durchmesser wird aus der Lage der Lichtschranken relativ zum Führungskanal, aus der gemessenen Zeit des Zeitmessglieds und aus der Geschwindigkeit der Münze bestimmt.
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Bei allen bekannten Vorrichtungen bzw. Verfahren ist eine Messung der geometrischen Abmessungen in ihrer Genauigkeit stark von einem ruhigen Münzlauf abhängig, da bei einem Nichtanliegen der Münze an der Lauffläche der Schatten des Münzrandes in unterschiedlicher Weise erfasst werden könnte.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Prüfen einer Münze hinsichtlich ihrer Dicke zu schaffen, die es ermöglichen, eine genaue Bestimmung der Dicke durchzuführen, auch wenn die Münze nicht an der Lauffläche anliegt und unabhängig von einer möglichen Unruhe in der Bewegung der Münze und einer nicht gleichmäßigen Geschwindigkeit, mit der sich die Münze durch den Münzkanal bewegt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.
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Dadurch, dass mindestens vier Lichtschranken verwendet werden, von denen zwei zu dem Münzlaufkanal senkrechte Strahlengänge und die anderen zwei schräge Strahlengänge zu den Seitenwänden des Münzlaufkanals aufweisen und dass weiterhin eine Zeiterfassungsvorrichtung und eine Berechnungsvorrichtung vorgesehen sind, die ausgebildet sind, die Geschwindigkeit einer eingeworfenen Münze unter Verwendung des Durchtritts der Münzen durch die senkrechten Strahlengänge zu bestimmen und weiterhin ausgebildet sind, die relative Zeit zwischen dem Eintauchen und/oder Austreten einer Münze in oder aus den zwei schrägen Strahlengängen und dem Eintauchen oder Austreten der Münze in und/oder aus einem der senkrechten Strahlengänge der Lichtschranke zu messen und aus den Zeiten und der Geschwindigkeit eine Größe für die Dicke zu bestimmen, wird eine verbesserte Genauigkeit der Bestimmung der Dicke erzielt, da die Vorrichtung bzw. das Verfahren unabhängig von der Lage der Münze zur Lauffläche, die von einer Seitenwand gebildet wird, und unabhängig von einer Unruhe der Bewegung bestimmt werden kann. Dabei kann der Wert für die Dicke auch ein der Dicke entsprechender Kennwert sein.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn die schrägen Strahlengänge der zweiten und vierten Lichtschranken in einem vorgegebenen Winkel gekreuzt sind, vorzugsweise in einem Winkel von 90 Grad, da dann die Geometrien leichter zu handhaben sind.
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Eine bevorzugte Ausführungsform liegt in der Anordnung der Lichtschranken in einer Linie mit gleicher Höhe in Bezug auf eine Laufschiene des Münzkanals, d. h. parallel zu dieser. Die optimale Geometrie der Lichtschranken zueinander, insbesondere für die Durchmessermessung hängt von dem Durchmesser der zu vermessenden Münze ab. Die besten Messwerte werden erhalten, wenn die Höhe der Lichtschranken zur Laufschiene auf dem halben Durchmesser der Münze liegt und der Abstand dem Durchmesser der Münze entspricht. Da aber verschieden große Münzen vermessen werden sollen, muss gewährleistet sein, dass die kleinste Münze der Lichtschranke noch unterbricht und die Lichtschranken möglichst gleich dem oder höher als der Mittelpunkt der größten Münze liegen. Der Abstand ist so gelegt, dass er der Länge der Sehne der ”wichtigsten” Münze, also in der Regel der ”wertvollsten” und gegebenenfalls größten Münze entspricht.
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Die schrägen Lichtschranken können einen beliebigen Winkel zueinander aufweisen, wobei dann die Berechnungen etwas aufwendiger sein können. Wie ausgeführt, ist es jedoch für die Durchmesser besonders vorteilhaft, wenn sich die schrägen Lichtschranken bei einem Winkel von 90° schneiden, da dann die gemessenen Laufzeiten und die Abstände der jeweiligen Münzkante zu den jeweiligen Seitenwänden den Laufzeiten dt entsprechen. Weiterhin liegen in einer optimalen Anordnung die schräg angeordneten Lichtschranken jeweils in Bezug auf den Münzkanal direkt gegenüber, wodurch Fehler durch Taumeln der münze innerhalb des Zeitraums der Erfassung der Kanten durch die zwei Lichtschranken mit schrägem Strahlengang minimiert werden.
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Weiterhin ist vorteilhaft, wenn die Lichtschranken mit den senkrechten Strahlengängen direkt in Verlängerung der Austrittspunkte der Lichtschranken mit schrägem Strahlengang in den Seitenwänden liegen. Durch diese oben beschriebene Anordnung werden die Vorteile erzielt, dass die Differenz der gemessenen Zeiten zwischen dem Eintreten der jeweiligen Kanten der Münze in die schräge Strahlung der Lichtschranken und in die Strahlung der senkrechten Lichtschranke zu Null wird, wenn die Münze direkt an einer der beiden Seitenwände anliegt. Die Geschwindigkeit wird mittels der senkrechten Lichtschranken auf kurzer Strecke direkt neben den anderen Zeitmessungen ermittelt. Ein Fehler bei einer beschleunigten Münze wird damit verringert. Außerdem werden durch die Anordnung der vier Lichtschranken, derart, dass jeweils zwei (senkrecht und schräg) dieselben Ein- bzw. Austrittspunkte in den Seitenwänden verwenden, nur zwei Durchbrüche in jeder Wand benötigt.
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Grundsätzlich können die senkrechten Lichtschranken in Bezug auf die kreuzenden Lichtschranken unterschiedlich angeordnet werden, so können sie sich auch jeweils vor oder hinter oder auch innerhalb der kreuzenden Lichtschranken befinden.
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Besonders vorteilhaft ist, dass gleichfalls der Durchmesser einer Münze bestimmt werden kann, wobei die Geschwindigkeit einer Münze und der Abstand der Lichtschranken mit dem senkrechten Strahlengang und die Zeiten zwischen Abdeckung und Freigabe einer der Lichtschranken mit dem senkrechten Strahlengang verwendet werden.
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Da die Geschwindigkeit in der Messstrecke in der Praxis nicht immer konstant ist, können zur Verbesserung der Genauigkeit in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Zeiterfassungsvorrichtung und die Berechnungsvorrichtung so ausgebildet sein, dass eine Größe für den Mittelwert der Geschwindigkeit abhängig von dem jeweiligen Abdecken und Freigeben der mindestens zwei Lichtschranken mit dem senkrechten Strahlengang bestimmt wird. Es kann jedoch auch eine dritte senkrechte Lichtschranke vorgesehen werden, mit der eine weitere Geschwindigkeit zur Mittelwertbildung berechnet werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 eine schematische Darstellung der Geometriebedingungen bei der Messung der Geschwindigkeit,
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3 eine schematische Darstellung der Geometriebedingungen zur Messung einer Strecke,
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4 eine schematische Darstellung der Geometriebedingungen und des Messablaufs unter Verwendung von zwei Lichtschranken und
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5 eine schematische Darstellung der Geometriebedingungen zur Bestimmung eines Durchmessers.
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In 1 ist schematisch eine Vorrichtung zum Prüfen einer Münze hinsichtlich ihrer Dicke dargestellt, wie sie beispielsweise in einem Münzprüfer verwendbar ist. Dabei ist ein Münzlaufkanal 1 mit zwei Seitenwänden 2, 3 und einer Laufschiene 4 vorgesehen, in dem eine eingeführte Münze 5 üblicherweise hochkant auf ihrer Seite rollend sich in Laufrichtung, wie durch den Pfeil 6 angedeutet, bewegt. Die Vorrichtung weist vier Lichtschranken L1, L2, L3, L4 auf, die an bzw. in den Seitenwänden 2, 3 angeordnet sind, wobei der Strahlengang der Lichtschranken L1, L3 senkrecht zu den Seitenwänden 2, 3 des Münzlaufkanals 1 liegt, d. h. die Lichtschranken L1, L3 sind so ausgerichtet, dass ihr Lichtstrahl den Münzlaufkanal 1 senkrecht durchgreift. Weiterhin weisen sie einen Abstand zueinander, in Laufrichtung der Münze gesehen, von x auf. Die Lichtschranken L2, L4 sind so angeordnet, dass sich ihre Strahlengänge kreuzen, vorzugsweise in einem Winkel von 90 Grad, d. h. die Strahlengänge stehen senkrecht aufeinander. Im Ausführungsbeispiel ist die Lichtschranke in Laufrichtung der Münze gesehen vor den Lichtschranken L2, L4 angeordnet, während die Lichtschranke L3 zwischen L2 und L4 liegt und ihre Strahlung den gleichen Ein- bzw. Austrittspunkt wie der der schrägen Strahlung von L2 und L4. Es sind jedoch auch andere Anordnungen denkbar. Ein- bzw. Austrittsöffnungen der Lichtschranken L1, L2, L3, L4 liegen auf einer Höhe zu der Laufschiene 4 auf einer Linie. Die Oberflächen des Münzkanals, d. h. der Seitenwände besitzen erhabene gerade Linien, wobei die Bohrungen für die Lichtschranken zwischen den Linien liegen und damit gut vor Verschmutzungen geschützt sind.
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Die Lichtschranken L1, L2, L3, L4 sind mit einer Zeiterfassungs- und Berechnungseinheit 7 verbunden, die Bestandteil einer Steuereinrichtung des Münzprüfers sein kann und die als programmierter Mikrocomputer bzw. Mikrocontroller ausgebildet sein kann.
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Die Funktionsweise der Vorrichtung nach 1 wird weiter unten beschrieben, es soll zuerst anhand der 2 bis 4 die die Geschwindigkeit der Münze im Münzlaufkanal und eine Strecke zur Bestimmung der Länge der in 3 dargestellten Sehne s berechnet werden. Bei der Messung werden die Zeiten des Durchgangs der Münze 5 durch die beiden Lichtschranken L1 und L3 aufgenommen und zueinander in Beziehung gesetzt. Die erste Geschwindigkeitsmessung der Münze ergibt sich aus der Zeitdifferenz zwischen Eintritt in die erste Lichtschranke L1. zu dem Eintritt in die zweite Lichtschranke L3. Mit den Austritten der Münze aus den Lichtschranken L1, L3 und der entsprechenden Zeitdifferenz kann eine zweite Geschwindigkeit berechnet werden. Aus der Erfassung des Zeitraums der Abdeckung jeweils einer Lichtschranke L1 oder L3 kann mit der schon bekannten Geschwindigkeit die Länge der Sehne s eines Kreisabschnitts bestimmt werden, die zur Berechnung des Durchmessers einer Münze gemäß 5 herangezogen werden kann.
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Aus der Geometrie der 2 ergeben sich die Berechnungsgrundlagen für die Geschwindigkeit der Münze. Dabei ist x der Abstand zwischen den Lichtschranken L1 und L3, der bekannt ist, und t1 die Zeit von der Abdeckung an der Lichtschranke L1 bis zur Abdeckung an der Lichtschranke L3. Die Geschwindigkeit ergibt sich zu v = x/t1. mit Hilfe der gemessenen Geschwindigkeit kann die Länge der Sehne s gemäß 3 berechnet werden, wobei die Zeit t2 zwischen der Abdeckung und Freigabe der Lichtschranke L1 durch die Münze 5 gemessen wird. Danach ist s = v·t2 und mit v = x/t1 ergibt sich die Länge der Sehne zu s = x·t2/t1.
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In 5 ist die Geometrie zur Berechnung des Durchmessers der Münze 5 dargestellt, wobei der Abstand D1 zwischen der Laufschiene 4 des Münzkanals 1 bekannt ist und die Sehne s zuvor berechnet wurde. Da der Winkel α gleich ist, kann der Tangens α bestimmt werden zu tanα = D2/(s/2) = (s/2)/D1.
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Es ergibt sich somit D2 zu D2 = (s/2)2/D1. Mit D = D1 + D2 folgt D = D1 + (s/2)2/D1. Somit kann auch der Durchmesser einer Münze berechnet werden.
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Anhand von 4 soll noch einmal der Messablauf mit zwei Lichtschranken weiter erläutert werden, wobei in diesem Fall eine Zeiterfassungseinheit vorgesehen sein muss, die zwei Zähler oder Timer aufweist, um die unterschiedlichen Zeiten zu messen. Mit A, B, C, D sind die Positionen einer durchlaufenden Münze bezeichnet. Bei der Position A der Münze tritt sie bei der Lichtschranke L1 in die Messstrecke ein, wobei ein erster Zähler bzw. ein erster Timer gestartet wird. Bei der Position B trifft die Münze bei Lichtschranke L3 ein und es wird der erste Timer ausgelesen, der die Zeit t1 gemäß 2 vorgibt. Gleichzeitig wird der zweite Timer gestartet. Bei der Stellung C der Münze tritt diese bei Lichtschranke L1 aus, der erste Timer wird erneut ausgelesen, wodurch die Zeit t2 vorgegeben wird. Gleichzeitig wird der Timer 1 neu gestartet. Aus den Zeiten t1 und t2 kann entsprechend 2 und 3 eine erste Geschwindigkeit und die Strecke s bestimmt werden. Bei der Position D der Münze tritt diese aus der Messstrecke bei der Lichtschranke L3 aus und der erste und zweite Timer werden gestoppt und ausgelesen, wobei der erste Timer eine Zeit t3 gemessen hat und der zweite Timer eine Zeit t4 gemessen hat, wodurch sich bei idealen Bedingungen die gleiche Geschwindigkeit wie bei Verwendung der Zeit t1 und die gleiche Strecke ergeben sollten, wie bei der Zeit t2. Dies ist jedoch üblicherweise nicht immer gegeben, so dass eine Mittelwertbildung sowohl für die Geschwindigkeit als auch für die Strecke s durchgeführt werden kann.
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Anhand von 1 soll nun die Funktionsweise der Vorrichtung zur Bestimmung der Dicke erläutert werden. In der 1 wird die durchlaufende Münze in zwei Stellungen dargestellt, in denen sie jeweils in die Lichtschranke L4 und L2 eintritt. In der ersten Position (von links gesehen) werden die Größen a' und h' und in der zweiten Position die Größen a und h ermittelt, d. h. der Abstand h der einen Münzkante zu der entgegengesetzt liegenden Seitenwand 2 und der Abstand h' der anderen Münzkante zu der ebenfalls entgegengesetzt liegenden Seitenwand 3 bestimmt. Dazu wird die Zeit zwischen dem Eintritt der einen Münzkante in den Strahlengang der Lichtschranke L4 und des Eintretens derselben Münzkante in den senkrechten Strahlengang der Lichtschranke L3 gemessen. Diese Laufzeit der Münze soll mit dt bezeichnet werden und diese Laufzeit ist proportional zur Strecke a der 1 (bei der Geschwindigkeit v). Unter der Bedingung, dass der schräge Strahlengang der Lichtschranken L2, L4 einen Winkel von 45 Grad zu den Seitenwänden 2, 3 einnimmt, ist h somit gleich h = dt·v, wobei v die Geschwindigkeit ist, die hier als gegeben angesehen wird, da sie entsprechend der Darstellung nach 2 mit Hilfe der Lichtschranken L1 oder zusätzlich L3 bestimmt wird oder als Mittelwert entsprechend 4 berechnet wird. In entsprechender Weise ergibt sich h' zu h' = dt'·v. Die Dicke der Münze kann dann berechnet werden zu d = h + h' – H = (dt + dt')·v – H.
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Eine Geschwindigkeitsänderung in dem Zeitabschnitt dt – dt' ist praktisch vernachlässigbar. Für die Praxis genügt es, eine dimensionslose Zahl zu erhalten, die einen Kennwert für die Dicke einer Münze wiedergibt.
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Um die Geschwindigkeit noch genauer zu erfassen kann eine weitere, nicht dargestellte Lichtschranke mit senkrechter Strahlung vorgesehen werden, beispielsweise zwischen den Lichtschranken L1 und L3.
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Es kann somit ein weiterer Messwert für die Geschwindigkeit erfasst und ein Mittelwert bestimmt werden, wodurch eventuelle Fehler durch eine nicht konstante Geschwindigkeit der Münze minimiert werden kann.
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Die Erfindung sei noch einmal kurz zusammengefasst.
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Das wesentliche Merkmal ist, dass die Dicke einer Münze durch zwei diagonale, sich kreuzende Lichtschranken vermessen wird. Dadurch werden Fehler, die durch die Lage der Münze, d. h. nicht an einer Wand anliegend, eliminiert. Die gesamte Messeinheit besteht aus vier Lichtschranken. Mit zwei senkrechten Lichtschranken wird die Bestimmung der Geschwindigkeit vorgenommen. Mit den beiden schrägen Lichtschranken wird in Verbindung mit einer senkrechten Lichtschranke die Dickenmessung vorgenommen. In dieser Kombination kann mit den zwei senkrechten Lichtschranken auch der Durchmesser der Münze ermittelt werden. Würde die Geschwindigkeit zuverlässig über ein anderes Verfahren ermittelt, so kann eine der senkrechten Lichtschranken entfallen. Mit zwei senkrechten Lichtschranken können zwei Geschwindigkeiten ermittelt werden. Da in der Praxis die Münzen nicht mit gleichbleibender Geschwindigkeit laufen wird aus den zwei ermittelten Geschwindigkeiten eine mittlere Geschwindigkeit gebildet. In der Praxis zeigt sich, dass der Münzlauf in einem Münzprüfer so eng ist, dass beim Eintritt der Münze und beim Austritt Messfehler auftreten. Beim Eintritt der Münze in die erste Lichtschranke ist die Münze zu unruhig. Beim Austritt der Münze aus der letzten Lichtschranke ist die Münze schon in den Schacht abgekippt. Diese Fehler kann man durch Verwendung einer dritten senkrechten Lichtschranke zwischen den beiden anderen ausgleichen.
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Es ist vorteilhaft, wenn alle Lichtschranken in einer Höhe parallel zur Laufschiene angebracht sind. Für das Messverfahren ist dies nicht zwingend erforderlich. Die geometrischen Beziehungen sind bei versetzter Anordnung nur komplizierter. Es ist vorteilhaft, wenn sich die diagonalen Lichtschranken direkt gegenüber liegen und sich dadurch in der Mitte des Münzkanals kreuzen. Sie müssen in gleicher Höhe zu Laufschiene und der letzten senkrechten Lichtschranke liegen, können aber seitlich versetzt sein. Ein seitlicher Versatz birgt das Risiko höherer Messfehler, da die Münze sich auf dem Weg zwischen den Lichtschranke in Bezug auf den Abstand zu der Seitenwand bewegt/gedreht haben kann. Es ist von Vorteil, wenn die letzte senkrechte und die beiden diagonalen Lichtschranken an einer Stelle durch den Münzkanal treten. Bei einer Münze die exakt an der Kanalwand läuft, gibt der jeweilige Messwert direkt die Dicke der Münze wieder. Sind die senkrechte und die beiden diagonalen Lichtschranken seitlich zueinander versetzt so muss ein konstanter Offset (C) mit eingerechnet werden. Der Winkel der diagonale Lichtschranken wurde für die Praxis auf 45° festgelegt, mit h = dt·v·tan(alpha) + C ist aber eine beliebige Anordnung berechenbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3335422 A1 [0003]
- DE 3335384 C2 [0004]
- DE 3910824 A1 [0005]
- DE 4226062 C2 [0006]
