-
Elektronischer Münzprüfer.
-
Die Erfindung betrifft einen problemlos herstellbaren elektronischen
Münzprüfer. In der fortschrittlichsten Ausführung kann dieser Münzprüfer normierte
Meßsignale für eine liehrzahl zu prüfender Münzen aufweisen, Münzprüfer der nachstehend
beschriebenen Art sind noch nicht bekanntgeworden.
-
Aufgabe der Erfindung ist es,die zahlreichen bekannten Schwierigkeiten
der Temperaturunstabilität und exemplarischer Streuungen durch geeignete elektrische
und mechanische Maßnahmen zu vermeiden und einen in seinen Haupt-Bestandteilen normierbaren
Münzprüfer vorzuschlagen,der in der industriellen Serienherstellung zu verwirklichen
ist. Der vorgeschlagene Münzprüfer soll weitgehend frei von individuellen Abgleicharbeiten
sein,er soll temperaturstabil sein und die seine Meßqualität und Lleßgenauigkeit
bestimmenden Faktoren sollen nach den Vorschlägen der Erfindung mechanisch genau
herstellbar oder elektrisch leicht regelbar sein0 Einzelne Merkmale des vorgeschlagenen
Münzprüfers sind bereits bekannt,nicht jedoch die erfindungsgemässe Kombination.
-
In meiner Patentanmeldung P 21 33 725.7 vom 7. Juli 1971 ist eine
als Differantialtransformator ausgebildete Meßsonde für einen Münz prüf er eingehend
beschrieben und auch deren mechanische Abgleich möglichkeit.
-
In der gleichen Patentanmeldung ist auch erwähnt,dass man zwei Sonden
mit verschiedenen Frequenzen betreiben und die dadurch in Bezug auf eine bestimmte
Münze unterschiedlichen Meßaussagen zur zweifachen Kontrolle einer Münze heranziehen
kann.
-
Ebenfalls ist dort der Vorschlag erwähnt, die Primärwicklung einer
solchen Sonde spannungsstbbil zu versorgen.
-
I)iese genannten Vorschläge reichen indes weder einzeln noch in Kombination
aus,einen Münzprüfer industriell problemlos c. d.h. unter geringstem Abgleich und
Meßaufwand - herzustellen und die hier gestellte Erfindungsaufgabe zu lösen.
-
Hierzu bedarf es weiterer Vorschläge,wie sie nachstehend gemacht werden.
-
Wenn man zwei als Differentialtransformator wirkende Meßsonden einsetzt
(- ein Meßprinzip, das als bekannt vorausgesetzt werden kann - ) und diese beiden
Meßsonden mit unterschiedlichen Frequenzen betreibt ( - dass für die Zwecke der
Messung metallischer Körper Cirequenzen von etwa 1 Il;IHz und 200KHz am geeigtnetsten
sind,ist ebenfalls bekannt und beschrieben - ), dann ergeben sich bei einem Münzprüfer
zusätzliche spezielle Probleme,die von dessen punktion und den geforderten sehr
geringen Abmessungen her rühren: 1. Um einen Münzprüfer in den räumlichen Abmessungen
zu realisieren,die von den gebräuchlichen mechanischen Konstruktionen her vorgegeben
sind,muss lan die beiden Meßsonden grundsätzlich so nah wie möglich aneinanderrücken.
Dies findet jedoch nach einer Erkenntnis der Erfindung seine Grenze in der gegenyeitigen
Beeinflussung der beiden Sonden,wenn eine Münze aus der einen Sonde in die andere
überwechselt. Nach der Erfindung werden deshalb die beiden Meßsonden mindestens
soweit voneinander entfernt angeordnet,dass die grösste zu messende Münze,wenn sie
sich zwischen beiden @ Meßsonden befindet,nur eines der beiden Sekundärwicklungs-Paare
derart zu beeinflussen vermag,dass die ausgekoppelte pannung den @ereich einer Meßschwelle
erreicht. Durch diesen Vorschlag der Erfindung ist sichergestellt,dass eine Messung
mittels der ersten Meßsonde abgeschlossen sein muss,bevor die zweite Meßsonde ein
Meßergebnis liefern kann.
-
2. Dieser nach der Erfindung definierte Lindestabstand ist relativ
klein und bedeutct,dass bei gleichzeitiger Ansteuerung beider Meßsonden einseitige
beeinflussungen jeder Meßsonde durch jeweils die andere Meßsonde auftreten, die
in ihrer Grösse nicht
vorau'-sbestimmbar sind und deshalb in jedem
einzelnen halle einen zeitraubenden individuellen Abgleich erSordern werden.
-
Ausserdem wird die Beseitigung dieser Streukapazitäten und Streuinduktivitäten
mit steigender Betriebsfrequenz immer schwieriger und ini Bereich von 1 MHz ist
die Grenze längst überschritten,innerhalb derer ein Abgleich überhaupt noch möglich
ist,ohne das elektrische Symmetriegefüge des Differentialtransformators - das ja
Grundlage der fassung ist -aufzuheben. das gleiche gilt auch für vereirzelt beschriebene
einseitige zusä-tzliche Bedämpfungen der Symmetriespule,um die Symmetrie wieder
herzustellen; solche Maßnahmen verschlechtern das Auflösungsvermögen der Meßsonde
in nicht zulässigem Umfang.
-
Nach der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, dem @ünzprüfer eine
Meß-,Auswerte-und Steuerschaltung zuzuordnen,welche die beiden die Meßsonden versorgenden
Oszillatoren abwechselnd ein-und auszuschalten vermag und zwar in Abhängigkeit von
der Position einer zu messenden Münze während ihres Durchlaufes in Bezug auf die
jeweils erreichte Meßsonde. Nach der Erfindung ist also sichergestellt,dass jeweils
diejenige Meßsonde eingeschaltet ist, in deren bereich die Münze sich gerade befindet
und es ist weiter sichergestellt,dass immer ngr eine von zwei Sonden in lietrieb
ist0 Ist keine Münze im Meßdurchlauf, hat also eine zu messende Münze die zweite
Meßsonde bereits verlassen,dann ist nach der Erfindung der Oszillator der ersten
Meßsonde in Betrieb und überwacht das Herannahmen einer weiteren Münze.
-
Anders ausgedrückt: der Oszillator der ersten von der Münze errcichbaren
Meßsonde ist dauernd in Betrieb,ausgenommen die Zeit von Verlassen dieser Meßs@nde
bis zum Verlassen der zweiten Meßsonde.
-
Es ist von besonderem Vorteil,wenn man nach einem weiteren Gedanken
der Erfindung von den sich ergebenden insgesamt vier ausgekoppelten Meßspannungsanstiegen
nut zwei für die Messung heranzieht ( und zwar je Meßsonde einen) und die beiden
anderen unterdrückt, unberücksichtigt lässt oder zur Steuerung des Programmablaufes
haranzieht, wie weiter hinten an einem Beispiel beschrieben0
3.
Um eine für die Zwecke der Münzmessung hinreichende Meßgenauigkeit zu Erreichen,
ist unbedingt eine mechanisch und elektrisch abgleichbare Meßsonde notwendig. Es
genügt nicht, eine Meßsonde - wie bereits in meiner Patentanmeldung P 21 33 725.7
beschrieben - mechanisch abgleichbar auszuges staltenwindem man die Primärwicklung
gegenüber den Sekundär.
-
wicklungen verschiebbar anordnet. Auf diese Weise ist zwar ein grober
Abgleich möglich,nicht jedoch eine völlige elektrische Symmetrie erreichbar0 Dies
rührt daher,dass auch innerhalb einer einzelnen Meßsonde sich Streukapazttäten einstellen
uni weiter sich eine absolute Symmetrie auch deshalb nicht ergeben kann, weil eine
Seite einer Primärwicklung spannungsmässig immer häher liegt als die andere,die
Null darstellt.
-
Nach der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen,einer mechanisch einstellbaren
Symmetriewicklung eine elektrische Abgleichmöglichkeit zuzuordnensdie durch eine
Mittelanzapfung der Primär.
-
wicklung gekannzeichnet ist,welche ihrerseits über einen Spannungsteiler
mit Anfang und Ende der Primärwicklung verbund den ist. Dieser Spannungsteiler (für
Widerstände,Kapazitäten oder Induktivitäten) ist vorteilhaft als einstellbarer Regler
ausgebildet (Potentiometer,Trimmer o.ä.).
-
Die Bedeutung des sehr genauen Nullabgleichs der ausgekoppelten Meßspannung
(Leerlaufspannung) einer Differentialsonde wird wie folgt beschrieben: Da die beiden
Sekundärwicklungen gegenphasig in*Reihe geschaltet sind,heben die von der Primärwicklung
eingekoppelten Spannungen sich theoretisch auf und ergeben im Leerlauf eine ausgekoppelte
Meßspannung von Null. Ohne mechanischen Abgleich ergeben sich aber herstellbedingte
Unsymmetri-eI,tdIe im besten Fall immer noch mehrere Prozent der höchsten vorkommehden
MünzMeßspannung ausmachen und die exemplarisch stark streuen. Pgr eine ausreichende
Genauigkeit der Meßsonde und für ihre, Normierbarkeit ist aber eine Unsymmetrie
notwendig, die kleiner als 1 Promille der maximalen Münz-Meßspannung ist. Diese
Genauigkeit ist aber allein durch mechanischen Abgleich nicht erreichbar und bleibt
ohne zusätzliche elektrische Abgleich'möglichkeit oberhalb 1 Prozent.
-
Der Anteil von Unsymmetrie bei der Differentialsonde geht für die
Meßgenauigkeit verloren und beeinträchtigt die Trennschärfe, wie weiter hinten noch
erläutert wird.
-
Der sehr genaue Nullabgleich ist aber auch eine wesentliche Voraussetzung
fur wirtschaftliche Herstellung, hohe Hertigungsgenauigkeit und für die Normierbarkeit
des Münzprüfers schlechte hin, weil nur ein genauer Nullabgleich es erlaubt,die
verbleibenden Exemplarstreuungen wie später beschrieben durch unterschiedliche Verstärkungsfaktoren
auszugleichen. Alle Meßsonden müssen also innerhalb vertretbarer Toleranzen gleich
sein und ihre Unsymmetrie muss möglichst gering sein0 Da aber eine bestimmte Unsymmetrie
nicht gezielt herstellbar ist und sie vom Verfahren her meßtechnisch auch nachteilig
ist,muss also eine Unsymmetrie von annähernd Null bei allen Meßsonden angestrebt
werden. Sonden mit geringer Unsymmetrie und andere mit höherer Unsymmetrie wären
untereinander nicht normierbar.
-
Nach der Erfindung wird die sehr geringe und einheitliche Unsymmetrie
dadurch erreicht'dass zunächst der Wickelraum für die einzelnen Wicklungen mit der
äussersten Mechanischen Genauigkeit und absoluten Identität untereinander hergestellt
wird,dass die Wicklungen selbst genau verlegt und möglichst mit dem Wickelkör per
verklebt werden, dass sodann mittels mechanischen und elektrischen Abgleiches die
Unsymmetrie bis auf einen verbleibenden gleichmässigen Rest von nicht mehr als 1
Promille des rorm-Meßpegels abgeglichen wird (Norm-Meßpegel ist die höchste sich
ergebende Meßspannung ,hervorgerufen durch die Einwirkung einer ausgesuchteh Test-Münze)
und dass alsdann alle Sonden bei gleicher Einspeisung und bei Einwirkung durch die
gleiche Testmünze mittels entsprechendem Verstärkerabgleich auf eine einheitliche
Norm-Auswertespannung eingestellt werden.
-
4. Bei den vorstehenden Ausführungen wurde schon erkennbar,dass ein
Münzprüf er sich wesentlich von Meßsonden in Metallsuchgeräten odgl.unterscheidet,welche
in der ziegel lediglich eine Ja/Nein-Aussage zu liefern haben. Die qualitativen
Meßaussagen eines Münzprüfers bewegen sich in Bereichen,die nur von Präzisionsmeßgeräten
erreicht
werden.Erschwerend kommt die Forderung nach hoher Meßgenauigkeit über einen weiten
Temperaturbereich von etwa 100°C hinzu. Es muss also zusätzlich zu dem Vorher Gesagten
auch noch ein geeignetes Meßverfahren bzw. eine geeignete Ansteuerung für die Meßsonden
vorgeschlagen werden.
-
Die meisten der bekanntgewordenen Münzprüfer werten die Güteänderung
einer Spule aus (meist die einer auf Resonanz abge glichenen Spule), die durch eine
Münze bei Vorbeilauf hervorgerufen wird.
-
Dass die Messung der Güteänderung kein Weg zur Lösung der Erfindungsaufgabe
ist,ergibt sich aus folgenden Überlegungen: Die Güteänderung ist stark temperaturabhängig.Neben
der sehr hohen Widerstandsänderung der Wicklung ändert sich noch stärker das Dielektrikum
durch mechanisch9 temperaturbedingte Verformungen von Wicklungsträger und Wicklung.
Allein die Widerstandsänderung einer Kupferwicklung über 100° Temperaturbereich
( -250 bis + 750C) beträgt aber rund 40%. Die anzustrebende Genauigkeit eines elektronischen
Münzprüfers beträgt 0,1%. Es ist also aussichtslos,auf Grund eines Güteänderungs
Meßverfahrens zu einem industriell herstellbaren Münzprüfer zu kommen. Auch durch
Verwendung absolut verzugfreier Wickelkörper (z.BOGlas) und entsprechendem Wickelmaterial
(z.B.
-
MANGANIN-Draht) ist eine 400°fache Verbesserung nicht zu erreichen.
Dabei bleibt noch ausser betracht,dass entsprechende Wickelmaterialien mit sehr
geringen Temperaturkoeffizienten einen so hohen widerstand haben,dass mit ihnen
nur eine extrem verringerte Spulengüte erreichbar wäre. Eine Kompensation der Temperaturdriften
durch entsprechend gewählte bauteile ist fertigungstechnisch problematisch,da dies
in jedem Falle teure Abgleicharbeiten bedingt, sowie Alterungsprobleme aufwirft,
Da die Driften der einzelnen Sonden und Schaltungen und die der benutzten Kompensationsbauteile
individuell verschieden sind, bedeutet ies,dass man jeden einzelnen Münzprüfer einem
TemDeraturtest unterziehen müsste (mit ggf.noch@aligem Nachabgleich), wenn man eine
Garantie für seine @unktionssicherheit und ffleßgenauigkeit haben will.
-
Ein Güteänderungs-Meßverfahren kann industriell nur durchgeführt werden,wenn
ein stetes Nachregeln der Güte bewirkt wird.
-
Die Xegelung der Güte einer Spule ist prinzipiell durch einen gesteuerten
(geregelten) Widerstand parallel zur Spule möglich.
-
Dies führt aber wiederum zu einer Verschlechterung der Spulengüte
und infolge des erheblichen Meßaufwandes für die laufende Ermittlung der Spulengüte
und deren Nachregelung in meßtechnische und wirtschaftliche Bereiche'die für die
Münzme sung als unrealistisch gelten müssen, Nach der Erfindung wird daher vorgeschlagen,ledihich
die indem rung ies Kopplungsfaktors zwischen Primär- und Sekundärspulen ausuwerten
und die Differentialsonden primärseitig absolut frequenzstabil und spannungsstabil
zu versorgen. Dies wirft keine Probleme auf,das Frequenz wie Spannung prinzipiell
leicht regelbar sind. Die Primärwicklung soll jeweils keine Meßaussage liefern-und
nur die Sekundärwicklungen versorgen'und zwar mit einer während des Meßvorgnges
konstanten Spannung. Zu diesem Zweck wird der Primärwicklung eine Spannung aufgeprägt.
-
Unter dieser Voraussetzung ist die Meßaussage so temperaturunabhängig,dass
sie für eine Münzmessung brauchbar ist. Die ausgekoppelte Meßspannung drückt die
bei Durchlauf einer Münze (zweimal) sich ergebende Kopllungsänderung aus und ist
infolge der frequenz-und spannungs stabilen Versorgung nach dem Gedanken der Erfindung
nur noch von den Veränderungen abhängig,die sich infolge Temperatureinflüssen in
der Geometrie der Sonde ergeben, nicht mehr von Temperatureinflüssen in den elektrischen
Parametern Durch geeigBte Materialwahl für den Sondenkörper kann man die temperaturbedingte
Ungenauigkeit der Meßspannung bei 1 Promille halten. Das Wickelmaterial als solches
(z.B.Kupfer oder Manganin) spielt jetzt prinzipiell keine Rolle mehr,weil dessen
Widerstandsänderung bei der erfindungsgemässen Ansteuerung in das Meßergebnis nicht
mehr eingehen kann. Der streng symmetrische mechanische Aufbau der Sonde bewirkt,dass
temperaturbedingte Ausdehnungen sich zudem weitgehend gegeneinander aufheben,da
sie in beiden Hälften der Sonde gleichstark auftreten. Ihre
absolute
Grösse kann man weiter reduzieren,indem man nach einem weiteren Gedanken der Erfindung
einen z.B.rechteckigen Lauf-oder Fallkanal für Münzen ausserhalb des Sondenbereiches
durch rundum-laufende Verstärkungsrippen besonders verzugs frei ausbildet und diese
Verstärkungsrippen mtt besonderem Vorteil als breitflächige Auflagen für Abschirmbleche
benutzt oder für die befestigung einer Sonde an einem Chassis oder auf einer gedruckten
Schaltungskarte.
-
Bei den vorstehenden Ausführungen wurde davon ausgegangen, dass Frequenz
und Spannung sich absolut regeln lassen. Infolgedessen ist in diesem Falle das Maß
für eine bestimmte Münze ein bestimmtes ausgekoppeltes Me¢spannungs2íLaximumgwenn
es in einen vorgewählten Bereich fällt.
-
Da aber eine absolut genau geregelte Spannung ein wirtschaftlicher
faktor ist,kann man nach einem weiteren Gedanken der Erfindung sich mit besonderem
Vorteil auf eine kostenmässig vertretbare Genauigkeit beschränken und die sich somit
einstellende Ungenauigkeit dadurch eliminieren, dass man nicht die max.
-
Amplitude auswertet mit ihrem absoluten Betrag, sondern als Maß für
eine bestimmte Münze den Quotienten zwischen eingespeister Amplitude und ausgekoppeltem
Meßspannungs-Maximum. Zu diesem Zweck wird ein teil der einzuspeisenden Amplitude
abgezweigt, verstärkt und gleichgerichtet und somit als Referenzspannung benutzt0
Dabei muss - um keine Genauigkeitseinbussen zu erleiden - die hierfür verwendete
Schaltung in ihren Parametern elektrisch identisch sein mit derjenigen,welche die
Meßspannung verstärkt. Ein weiteter wichtiger Gedanke der Erfindung ist, dass die
Referenzspannung nicht kleiner und nicht wesentlich grösser als die grösste sich
ergebende Meßspannung sein soll.
-
Da die erfindungsgemässe Quotientenbildung zwischen Referenz-und Meßspannung
praktisch Spannungsschwankungen jeder Art ausgleicht,kann man bei Wahl dieser Auswerteart
auih die Frequenz'..
-
stabilität in kostengünstigen Grenzen halten und geringe Toleranzen,
die sich ja in einer Spannungs schwankung der Einspeisung auswirken, hinnehmen ohne
dass das Meßergebnis beeinträchtigt würde.
-
Einerlei, oh man die Meßsonden nun absolut stabil versorgt oder wegen
der Quotientenbildung weniger stabil: nach weiteren Vorschlägen der Erfindung werden
die Sonden mit besonderem Vorteil normiert, um eine "abgleichfereie Auswerteschaltung"
verwenden zu können.
-
Wenn man die absolut stabile Ansteuerung der Meßsonde wählt, dann
wird die in die Sonde eingespeiste Amplitude auf einen bei allen Münzprüfern gleichen
Wert eingestellt und die durch Einwirkung einer ganz bestimmten Test@ünze sich ergebende
maximale Meßspannung durch Verstärkung auf einen ebenfalls bei allen Münzprüfern
einheitlichen-Wert eingestellt0 Auf eine Normierung der eingespeisten Amplitude
kann man ggf .auch verzichten,wenn dies aus Kostengründen zweckmässig erscheint.
-
Falls die Meßsonde nicht absolut stabil angesteuert wird und der Quotient
zwischen der eingespeisten Amplitude,bzw.einem Teil hiervon, und dem ausgekoppelten
maximalen Meßspannung als Maß für eine XiLünze herangezogen wird, sind sowohl die
Referenzspannungen wie die Meßspannungen auf Werte einzustellen,die bei allen Münzprüfern
einheitlich sind0 Die nach den Vorschlägen der Erfindung hergestellten Meßsonden
sind also insofern untereinander weitgehnnd gleich,als sie im Leerlauf eine auf
Null eingesttllte Meßspannung abgeben und bei Einwirkung einer Münze mit dem grössten
Einfluss eine einheitliche maximale Meßspannung0 Im Palle der Quotientenauswertung
haben sie darüberhinaus alle eine Referenzspannung zur ferfilgung, die in ihrem
absoluten Wert knapp oberhalb der maximalen Meßspannung liegt und ebenfalls bei
allen Sonden identisch ist.
-
Infolgedessen sind auch alle anderen Meßspannungen,durch welche Münzen
sie auch immer hervorgerufen werden, bei allen Sonden einheitlich.Dieso wird weiter
hinten in Abbildung noch ere läutert.
-
Nach der Erfindung ist es daher erstmals möglich eine abgleichfreie
Auswerteschaltung zu verwenden9 was grosse kostenmässige Einsparungen erbringt.
-
Bei allen bisher bekanntgewordenen elektronischen Münzprüfer ergeben
sich - ungeachtet der verschiedenen Meßverfahren -ergeben
sich
von Exemplar zu Exemplar unterschiedliche Meßaus- -sagen in bezug auf ein-und dieselebe
Münze. Dies ist durch die Exemplarstreuungen begründet, die nicht abgleichbar bleiben.
-
Nur wenn eine Differantialsonde verwendet wird,und diese auf absolut
Null abgeglicheh ist, kann der sich einstellende Meßspannungsanstieg durch entsprecheiide
Verstärkung normiert und gleichzeitig g@rantiert werden,dass jeder dazwischenliegende
typische Meßsoannungsanstieg für eine andere Münze von Sonde zu Sonde gleich ist.
-
Bei Sonden illit einer hohen Unsy@metrie oder bei worden mit unterschiedlichen
Unsymmetrien kann dies nicht garantiert werden. Diese 5 i-äd allenfalls auf nur
eine b@stimmte Münzsorte normierbar,nicht aber auf eine Vielzahl von Münzsorten.
-
Das Gleiche gilt für die sonst bekanntgewordenen Münzprüfer. Sei diesen
müssen die verbliebenen Ungenauigkeiten und Exemplarstreuungen an einer bestimmten
Stelle der Schaltung individuell abgeglichen werden.Dies geschieht meist,indem man
auf jeden Versuch einer Normung verzichtet und stattdessen die Einstellwi#derstände
vor einer Fensterschaltung individuell festgelegt werden.
-
Dazu wird meistens noch ein Potentiometer verwendet,um einen gewissen
Feinabgleich zu erreichen. Di@se @ndividuelle Anpassung @n jedem einzelnen Falle
ergibt einen beträchtlichen Arbeitsaufwand und hohe Kosten für Bauteilen In jedem
alle ist es ausgeschlossen dass die einzelnen Sonden und Auswerteschaltungen untereinander
austauschbar sind0 Die erfindungsgemässe Ausführung hingegen ergibt die Möglichkeit,
alle Sonden und Auswerteschaltungen untereinander auszutauschen und eröffnet damit
neuartige Möglichkeiten in der IIerstellung von Münzprüfern: da nämlich alle Sonden
genormt sind und andererseits die Auswerw teschaltungen im Prinzip ebenfalls,kann
man die Einstellung des Münzprüfers auf ein bestimmtes Münzensortiment vornehmen,indem
man ein einmal festgelegtes und dann serienmässig ge@@rtigtes Widerstandsnetzwerk
zur Einstellung der Fensterschaltungen der Auswertschaltungen einfügt, Dieses standardisierte
Widerstandsnetzwerk kann nun in Dickfil@technik rationeller hergestellt werden,als
es die Yneinanderreihung diskreter @auteile erlaubt
und ausserdem
ergibt sich der Vorteil geringeren Platzbedarfs und erhähter I'emperaturgenauigieit0
Schliesslich bietet sich ein solch integriertes Widerstandsnetzwerk für eine steckbare
Ausführung geradezu an, sodass im Endergebnis der erfindungsgemä vorgeschlagene
Münzprüf er aus einer normierten Sonde, einem standardmässig hergest@llten Widerstandsnetzwerk
für eine bestimmte Münzengruppe (Landeswährung!) und einer Auswerteschaltung besteht,
die ebenfalls integriert sein kann. Durch den weitgehenden Weg@all manueller Abgleicharbeiten
ergibt sich damit eine insgesamt äusserst preiswerte erstellung in industriellen
Stückzahlen.
-
In den nachfolgenden Abbildungen werden Einzelheiten und beispiele
beschrieben und dabei weitere Ausführungen zu der Erfindung gemacht.
-
Abb0 1a und 1b zeigen zunächst die Anordnung zweier Differentialsonden
an einem geneigt verlaufenden Meßkanal für Münzen; Abb. 2a und 2b zeigen in Schnitten
einen senkrechten Falranal für Münzen mit zwei als Differentialtransformator aufgebauten
Luftspulen und deren Mindestabstand voneinander; Abb.3 zeigt das Prinzip des elektrischen
Abgleichs einer Differenzspule; Abb.4a bis 4c zeigen den Einfluss verschieden hoher
Unsymmetrien auf die Meßgenauigkeit einer Sonde; Abb. 5zeigt schematisch die Normier-Möglichkeit
auf Null abgeglichenen Sonden und die Unmöglichkeit der Normierung von Sonden, die
nicht einheitlich auf Null abgeglichen sind; Abb. 6 zeigt in einer stark vereinfachten
Darstellung die prinzipielle Anordnung der Sonden und die sich bei Münzdurchlauf
ergebenden Meßspannungen sowie die gewählten Abfragepunkte.
-
Abb. 7 zeigt ein Prinzip-Schaltbild des erfindungsgemässen Münzprüfers
im Zusammenhang.
-
In Abb.1a und 1b ist ein Laufkanal mit 1 bezeichnet,der schräg geneigt
abwärts verläuft und die Münzen in Anlage mit der Wand 2 und dem Boden 3 bringt.
Im Bereich der Meßsonden hat der Laufkanal symmetrisch rechteckigen Querschnitt.
Die Wand 4 ist gleich stark wie die Wand 2 und über gleichstrke Stege 5 und 6 mit
dieser verbunden. 10 bezeichnet eine Primärspule;die ihr symmetrisch zugeordneten
Sekundärspulen liegen auf der anderen Seite des Kanals und sind mit 11 und 12 bezeichnet.
Ein weiteres Differentialtransformator besteht aus der Primärspule 20 und den Sekundärspulen
21 und 22 auf der gegenüberliegenden Seite des Laufkanales. Mit 13 ist eine in einem
parallel zum Boden 3 verlaufenden Schlitz angeordnete Vierkantmutter bezeichnet,in
die eine Schraube 14 eingrefft.Nach Lösen der Schraube 14 kann die Primärspule 10
seitlich verschoben werden. Mit 30 ist eine Minze bezeichnet,welche in der Meßsonde
10/11/12 soeben noch eine meßbare Reaktion hervorruft und in der Meßsonde 20/21/22
noch nicht.
-
Die beiden Meßsonden haben also einen genügend grossen Abstand voneinander.
-
Abb . 2a und 2b zeigen zwei Schnitte durch einen senkrechten Fallkanal
für Münzen mit zwei als Differentialt@ansformatoren wirkenden Luftspulen. Die Primärwicklungen
sind mit 10 und 20 bebezeichnet, die zugeordneten Sekundärwicklungen mit 11/12 bzw.
-
21/22o Eine Münze in der den Mindestabstand zwischen den beiden Meßsonden
darstellenden Position ist wie in Abb.1a/1b mit 30 bezeichnet. Über dem Fallkanal
mit den Sekundärwicklungen verschiebbar angeordnete Wicklungsträger sind mit 100
bzw. 200 bezeichnet, In der untere@ Hälfte von Abb.2b ist der Wicklungsträger 200
in Seitenansicht ohne aufgebrachte Wicklung gezeichnet und gezeigt,dass er aus zwei
Balbschalen gebildet ist'welche zahnartig ineinandergreifen.Diese Ausbildung hat
den Vorzug,dass durch den Wickelzug beim Aufbringen der Primärwicklung eine gute
Anpressung an den Sondenkörper 300 erreicht wird und eine präzise Längsverschiebung
ermöglichst wird,wenn das Spiel dieser ineinandergreifenden Zähne sehr gering gehalten
wird.
-
In Abb.3 ist die Primärwicklung mit 10 bezeichnet, der Angang der
Wicklung mit 16, ihr Ende mit 18. Eine Mittelanzapfung 17 führt auf einen Spannungsteiler
19,welcher sowohl mit dem Wicklungsanfang 16 wie mit dem Wicklungsende 18 verbunden
ist. Da spannungsbezogen der Wicklungsanfang 16 "heiss" und das Wicklungsende 18
"kalt" ist, dient der Spannungsteiter zum Fein-Ausgleich der Einspeisung.
-
In Abb.4a bis 4c bezeichnet 1 die Null-Linie, 2 eine Linie vorhandener
Unsymmetrie und 3 eine weitere Linie erhöhter Unsymmetrie.
-
Die Meßspannungskurven dreier verschiedener Münzen bei einer idealen
Sonde sind mit 11, 12 und 13 dargestellt. Die maximale Amplitude ist mit Strecke
100 als dem Abstand zwischen Linie 1 und 4 bezeichnet. (4a).
-
Abb.4b zeigt,dass die vorhandene Unsymmetrie eine Messung einer Münze
mit geringer Reaktion nicht zulässt ,weil die als Abstand'der Linien 1 und 2 gedachte
Unsymmetrie einen praktisch nicht mehr erfassbaren Spannungsansti-eg ergibt.
-
(Kurvenform 11). Auch eine Münze mit mittlerer Reaktion (Kurvenform
12) ist sehr viel weniger ausgeprägt und die Münze mit der stärksten Reaktion (Kurvenform
13) ergibt eine Meßspannungsamplitude,die um die Unsymmetrie (=Abstand zwischen
Linie 1 und 2) geringer ist als in Abb.4a. Die auswertbare Amplitude (Strecke 200)
verdeutlicht das durch die Unsymmetrie ermässigte Auflösungsvermögen dieser Meßsonde.
-
In Abb.4c zeigt sich,dass eine noch grössere Unsymmetrie zur Unterdrückung
zweier Münzsorten führt und nur die grösste Münze noch meßbar ist (Kurvenform 13),allerdings
nur bei weiter-reduziertem Auflösungsvermögen der Meßsonde (Strecke 300).
-
Die schematische Darstellungb zeigt,dass eine möglichst geringe Unsymmetrie
Voraussetzung für die bestmögliche Erkenn genauigkeit einer Differentialsonde ist.
-
In Abb.5a und 5d sind die entsprechenden Kurvenformen von drei verschiedenen
Münzen dargestellt und durch die Linien 2,3 und 4 über der Null nie 1 ist verdeutlicht,dass
durch einen entsprechende Verstärkung der Meßspannungssignale eine Normung auf einheitlicem
Niveau für alle drei Münzsorten erreichbar ist0 In Abbg5b ist eine Münze e mit geringer
Leerlauf-Unsyrietrie dargestellt und unterstellt,dass durch eine entsprechende Verstärkung
die Münze mit der grössten Reaktion ebenfalls auf das Einheits-Niveau eingestellt
werden kann (Linie4).
-
Das gleiche gilt für die Abb.5c,welche eine
mit noch grösserer Leerlauf-Unsymmetrie darstellt.
-
Es zeigt sich aber,dass die zwischen Leerlauf-Spannung (Linien 1 bzw.10
bzw. 100) und Einheits-Niveau (Linie 4) liegenden Spitzenwerte der beiden kleineren
Münzen nicht synchron mit den Spitzenwerten der idealen Sonden in Abb, 5a und 5d
liegen.
-
Verbindet man die Scheitelwerte der beiden kleineren Münzen in Abb.5a
und 5c miteinander (Linien 200 und 300) ,dann zeit sich, dass die Scheitelwerte
in Abb.5b wiederum nicht in Übereinstimmung mit denen aus Abb. 5a und 5c zu bringen
sind0 Die stark schematisierte Darstellung zeigt,dass eine Grundvoraussetzung fLir
eine Normierung der Meßspannungssignale nach den Gedanken der Erfindung eine möglichst
gleichmässige Leerlauf-Unsymmetrie bei allen Meßsnden ist.
-
Abb06 zeigt die prinzipiellen Signalkurven bei einem erfindungsgemässen
Münzprüfer und die gewählten A@fragepunkte für die Meß-,Auswerte-und Steuerschaltung.
-
Die Primärwicklung der von einer herabfallenden Münze zuerst erreichten
Meßsonde ist mit 1 bezeichnet,die Sekundärwicklungen mit io und 20. Die Primärwicklung
der zweiten Meßsonde ist mit 2 bezeichnet, deren Sekundärwicklungen mit 30 und 40.
-
Die senkrechte Linie 100 bezeichnet die Null-Linie,101 den Kurvenverlauf.
Die sich einstellende Amplitude ist in der ersten Meßsonde geringer als in der zweiten,
je nach den gep
wählten Frequenzen. In jeder Sonde stellt sich
der Spannungsanstieg zweimal ein'weil die ausgekoppelte Spailnun das Laß der durch
eine Münze hervorgerufenen Unsy@metrie ist und diese sich in jeder Hälfte der Meßsonde
einmal ergibt.
-
Nur bei einer Meßsonde mit absoluter Null-Unsymmetrie sind beide Amplituden
auch absolut gleich. Sonst sind sie entsprechend dem Maß der Leerlauf-Unsymmetrie
verschieden gr@ss.
-
Da aber eine Leerlauf-Unsymmetrie praktisch nie auf absolut Null abgeglichen
werden kann,sondern bestenfalls auf einen Wert von 1 Promille der der maximalen
Amplitude, ergibt sich rein meßtedhnisch, dass nur eine von zwei Amplituden ausgewertet
werden sollte. Im anderen halle würde die Messung mit einer weiteren Ungenauigkeit
in Höhe der Leerlauf-Unsymmetrie belastet. Eine Auswertung auch des ersten Spannungsanstieges
in einer Meßsonde kann aber keinen Vorteil bringen,soPdern bedeutet nur erhöhteh
Meßaufwand. Es ist deshalb nach einem Gedanken der Erfindung vorteilhaft,nur jeweils
einen Meßspannungsanstieg auszuwerten.Dabei ist es grundsätzlich gleich,welchen
man nimmt Es hat sich aber als vorteilhaft erwiesen, den ersten von einer Münze
erzeugten Meßspannungsanstieg für die Steuerung heranzuziehen,den zweiten und den
dritten für die Messung und auf den vierten wiederum zu verzi@hten,weil er nicht
benötigt wird. Dementsprechend sind in den besc hriebenen Beispiel die Abfragepunkte
gewählt.
-
Mit 11 ist eine H@lfs-Schaltschwelle in der Abfrageschaltung der ersten
Meßsonde bezeichnet. Die von ihr erzeugten Pulse 12 und 13 werden einem Zähler zugeführt,der
in Abhängigkeit von seiner Stellung und dem Ansteuerimpuls die Oszillatoren der
Meßsonden 1 und 2 schaltet. Der Beginn von Impuls 12 wird benutzt,um die Meß-,Auswerte-und
Steuerschaltung in bereitschaft zu bringen bzw.die Logik auf Null zu stellen.
-
Dia erreichte Zählerstellung 1 des Zählers 1000 und das Ende des Impulses
12 werden benuttt um die Messung mittels der Fensterschaltungen 21,22 und 23 freizugeben.
Vor Freigabe konnten diese den ersten Meßspannungsanstieg nicht auswerten, Je nach
Höhe der sich einstellenden Meßspannungsamplitude
füllt der Maximalwert
in 7Eeine der dre ensterbre@ten oder - falls eine Münze eine gute war - in eine
der dre Fensterbreiten. In diesem Falle speichert die Auswerteschaltung das zutreffende
Meßergebnis der ersten Messung.
-
Unmittelbar nach Vorliegen einer Speicherung #ber eine richtige Münze
oder spätestens bei Ende des Impulses 13 der Taktschwelle 11 wird der Oszillator
für die erste Meßsonde aus-und der der zweiten Meßsonde eingeschaltet.
-
Der in der zweiten Meßsonde mit dem dritten der insgesamt vier Spannungscn
tiege sich ergebende Maximalwert wird wiederem durch drei Fensterschaltungen abgefragt
(31,32,33).
-
Fällt der Maximalwert nicht in eines der drei Fenster'dann liegt kein
richtiges Meßergebnis vor,auch wenn aus der ersten Meßsonde ein richte es Meßergebnis
gespeichert war. In diesem 2 alle wird mit Ende des Impulses 22 der Taktschwelle
21 in der zweiten Leßsonde die gesamte Schaltung gelöscht,der laufende Oszillator
ausgeschaltet und der Oszillator der ersten Sonde wieder eingeschaltet. Liggt der
Kulminationspunkt des ####### dritten Meßspannungsanstieges (des ersten in der zweiten
Meßsonde) aber in einem der drei Fensterbereiche,dann erfolgt eine logische Verknüpfung
der beiden Aussagen und es wird festgestellt,ob die beiden Fenster in richtigem
@erhältnis zueinander stehen. Soll eine bestimmte Münzsorte beispielsweise einmal
in Fenster 2@ und dann in Fenster 32 fallen - wie dargestellt- dann gilt die Münze
als echt und annehmbar. Würden stattdessen fenster 23 und Fenster 31 bäaufschlagt,dann
würde die Münze nicht angeno@men,weil die geforderte UND-Bedingung zwischen zwei
bestimmten Meßertebnissen nicht zustandegekommen ist.
-
Man kann diese Abfrage mit Ende des Impulses 22 vornehmen,also wenn
die Münze die erste Hälfte der zweiten Meßsonde verlassen hat. Mit besonderem Vorteil
kann man aber auch sofort nach Vorliegen einer entsprechenden UND-Bedingung die
Annahme der Münze einleiten.Dies geschieht dadurch,dass das Meßsignal der Fensterschaltung
(z.B.32) mit Ende des von ihrer unteren Schwelle erzeugten Signals ausgewertet wird,wenn
nicht zuvor ihre obere Schwelle 325 ein Signal 326 erzeugt hat,welches mittels einer
Zeitschaltung
verlängert wird und die Auswertung des Signals 321 unterdrückt. Fensterschaltungen
dieser Art sind bekannt.
-
Es bieten sich weitere Möglichkeiten an, eine Fensterschaltung auszuführen,die
im Hinblick auf die vorliegende Erfindung ohne Bedeutung sind. In jedem Falle wird
bei Vorliegen einer richtigen UND-Verbindung die Annahme einer Münze eingeleitet,indem
-der Oszillator der ersten Meßsonde wieder eingeschaltet wird, nachdem der derv
zweiten Meßsonde ausgeschaltet wurde0 auf diese Weise kommt es in keinem Falle zu
dem vierten Meßspannungsanstieg,welcher also - da er nicht mehr benötigt wird -
unterdrückt wird.Mit Ausschalten des zweiten Oszillators wird man ggf. die Meß-und
Auswerteschaltung für jede weitere Münzmessung sperren, bis über die erste Münze
ein Zählsignal abgeben worden ist und diese unter Öffnung einer Sortierweiche kassiert
wurde0 Auch dieser Ablauf dient nur als Beispiel. Man kann z.B.
-
statt der zeitweisen Sperre der Münzannahme durch ein Zeitglied und
der zeitweisen Öffnung-der Sortierweiche mittels eines Zeitgliedes auch eine digitale
Steuerung einsetzen,welche durch einen von der Münze im weiteren Durchlauf durch
den Münzprüfer betätigten Schalter beliebiger Ausge taltung betatigt wird.
-
Man kann auch - wie in anderen Veröffentlichungen beschrieben -die
Annahme einer Münze davon abhängig machen,dass vor endgültiger Annahme der Münze
nicht die Taktschwelle 11 von einer nachfolgenden Münze nochmals betätigt wurde
und zutreffendenfalls die Annahme unterbinden,um einen gewissen Mindestabstand unter
den durchlaufenden Münzen sicherzustellen. Diese Möglichkeiten sind nur erwahnt
um aufzuzeigen,dass eine Meß-Auswerte-und Steuerschaltung in der verschiedensten
Weise mit bekannten Schaltmassnahmen ausgeführt werden kann.
-
Abb. 7 zeigt ein Prinzip-Schaltbild des Münzprüfers,in dem die wesentlichen
Funktionen in schaltungsmässiger Hinsicht erläutert sind.
-
Der Münzprüfer besteht aus dem Sodenteil 1, einem Widerstandsnetzwerk
2 zur Einstellung auf ein bestimmtes Münzensortirnent und der e@nheitlichen Meß-,Auswerte-und
Steuerschaltung 3 als integrierte Schaltung (LSI).
-
Das Sondemteil 1 enthält eine Stromversorgung 2 für die Oszillatoren
3 Ui'ld 4. Die den Oszillatoren nachgeordneten und von ihnen versorgten Schaltungen
sind abgesehen von den frequenzbestimmenden werten in Prinzip identisch, sodass
hier nur eine Schaltungsanordnung beschrieben wird.
-
Oszillator 3 versorgt Primärwicklung 31,die mittels eines Spannungsteilers
32 auf Null abgeglichen ist. Die aus den gegenphasig in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen
33 und 34 ausgekoppelte Meßspannung wird in einem Gleichrichter 35 gleichgerichtet
und mittels eines einstellbaren
Verstärkers 36 auf einen bei allen Münzprüfern einheitlichen Wert eingestellt, der
dem entspricht,den eine @ünze mit der grössten Reaktion (Testmünze) verbringt. Über
Leitung 36o vird diese normierte Meßspannung de@ Widerstandsnetzwerk 201 innerhalb
des Gesamt-@iderstandsnetzwerkes 2 zugeführt. 9in Teil der in die Sonde 31 eingespeisten
Amplitude wird mittels eines Spannungsteilers 36 abgegriffen, durch den Gleichrichter
37 gleichgerichtet und durch den einstellbaren Verstärker 38 auf eine normierte
Referenzspannung verstärkt,die bie allen Münzprüfern gleich ist und nur wenig oberhalb
der an Leitung 36o sich einstellenden maximalen Meßspannung liegt. Die Referenzspannung
wird ebenfalls über Leitung 38o dein Widerstandsnetzwerk (20@) zugeführt.
-
In gleicher [eise wird bei der Schaltung zu Oszillator 4 und zur Meßsonde
41/43/44 verfah-en,deren Ausgänge in das Widerstandnetzwerk 202 münden.
-
Die integrierte Schaltung 3 hat Spanaungskomparatoren,weldhe die über
das Widerstandsnetzwerk eintreffenden Heßspannungen auswerten. Das Widerstandsnetzwerk
2 hat lediglich die Aufgabe,durch entsprechende Spannungsteiler - einen pro Spannungskomparator
- die Ansprechschwellen der Spannungskomparatoren festzulegen Für jeden münztypischen
Meßwert sind zwei Spannungskomparatoren vorhanden, einer für eine untere und einer
für eine obere Schwelle eines Meßbereiches. @eder @eßbereich ist nach den durch
die betreffenden @ünzsorten gegebenen Toleranzen bestimmt.
-
Die Spannungskomparatoren 610,620 und 630 begrenzen somit Meßbereiche
nach unten, die Spannungskomparatoren 611,621 und 631 begrenzen diese nach oben.
Kulminiert ein Meßwert zwischen beiden Schwellen,dann entspricht der Scheitelwert
einer richtigen Münze. In bekannter Weise werten die Logikschaltungen nun aus(,
61 bis 66) ob jeweils ein unterer Spannungswert erreicht wurde und ein oberer nicht.Ist
dies der all,wird ein Signal gespeichert und einem der UND-Glieder 71 bis 73 zugeführt.
Wurde die entsprechende untere Schwelle nicht erreicht od@r wurde sowohl die untere
Schwelle wie auch die obere Schwelle erreicht,gibD die Logikschaltung kein Aus gangssignal
ab.
-
Xitenn eine richtige Münze zuerst in einer der Logikschaltungen 64-66
zu einem Ausgangssignal geführt hat und darauffolgend in einer der Logikschaltungen
61-63, dann entsteht am Ausgang der UND-Glieder 71 bis 73 nur dann jeweils ein Ausgangssignal,wenn
die beiden einander entsprechenden Ausgangssignale der Logikschaltungen vorliegen.
Eine Münze nach dem gezeichneten 3eispiel,welche in Logikschaltung 66 und in Logikschaltung
62 je ein Ausgangssignal erzeugt hat, wird eine falsche Münze sein und nicht zu
einem Ausgangssignal einer der UND-Glieder führen0 Hierzu ist erforderlicl,dass
jeweils Logikschaltung 66 und 63 ,65 und 62 oder 64 und 61 Ausgangssignale ergeben.
-
Sobald an einem der drei Ausgänge ein Signal entstellt,wird dieses
in nachgeschalteten Zeitstufen (710,720 oder 73o) auf eine Länge gebracht,die der
des gewünschten Zählimpulses entspricht,welcher über eine der Leitungen 711,721
oder 731 an eine Steuerung gegeben werden soll.
-
Einerlei,welche Münze als richtig befunden und gezählt worden ist:
das Signal wird von der Zählimpulsleitung abgezwigt und in einem Zeitglied und Verstärker
74 zur Ansteuerung für eine Sortierweiche 75 aufbereitet. In gleicher Weise wird
ggf.eine weitere Abzweigung des Zählimpulses in einem Zeitglied und Verstärker 76
aufbereitet und zur Ansteuerung von weiteren Sortierweichen (77,78,79) herangezogen.
Aus Gründen der einfachen Darstellung ist in diesem beispiel darauf verzichtet,die
Ansteuerung
so darzustellen,dass die einzelnen Zusatz-Weichen 77,78 und 79 nur teilweise und
in jeweiliger Abhängigkeit von einem bestimmten Zählimpuls angesteuert werden können.
-
Ein unterhalb der Sortierweichen angeordneter Schalter ist mit 50
bezeichnet. Seine Betätigung durch eine angenommene und sortierte Münze stellt die
oeß-,Auswerte-und Steuerschaltung 3 auf Null und gibt diese für eine weitere Münz-Iliessung
frei,indem Sperrschaltung 51 entriegelt wird.
-
Hit Vorliegen einer zweifach zutreffenden Aussage über eine geprüfte
Münze, also mit Entstehen eines Zählimpulses,war diese in Sperrstellung gebracht
worden und hatte das erneute Ansprechen aller Logikschaltungen 61 bis 66 unterbunden.
-
Um eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Meßsonden 41/43/44 und
31/33/34 zu vermeiden, ist lediglich der Oszillator 4 in Bereitschaftsstellung des
Münzprüfers in Betrieb.
-
Eine Taktschwell-Schaltung 51 überwacht die Meßspannung der von der
Münze zuerst erreichten Sonde (41/43/44) und schaltet den Oszillator 4 ab,wenn der
ihr gelieferte zweite Impuls endet,oder wenn vorher eine der Logikschaltungen 64
- 66 ein Ausgangssignal geliefert hatte. Für diese logische Entscheidung ist der
Schwelle 51 ein Zähler 52 nachgeordnet,der die Sperrsclialtung 56 für Osillator
4 einschaltet und Sperrschaltung 55 für Oszillator 3 freigibt. Erhält die Schwelle
51 einen weiteren Impuls - durch Abfrage einer Meßspannung aus der zweiten Sonde
- ,dann hebt sie mit Ende dieses Impulses oder mit Eintreffen eines Signals aus
einer der Logikschaltungen 61 - 63 die Sperrung des Oszillators 4 wieder aui und
sperrt stattdessen den Oszillator 3.
-
Der hier aufgezeigte prinzipielle Ablauf kann natürlich in vielfältiger
Weise schaltungstechnisch abgewandelt werden, sodass die vorstehdne Beschreibung
nur als ein Beispiel von vielen anzusehen ist.