DE60027221T2

DE60027221T2 - Münzmechanismus mit einem piezoelektrischen Filmsensor

Info

Publication number: DE60027221T2
Application number: DE60027221T
Authority: DE
Inventors: Robert C. Springfield Lamb; William C. Valley Forge Wolffe; Robert West Chester Speers; John L. Sewell Tansky
Original assignee: MEI Inc
Current assignee: Crane Payment Innovations Inc
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2020-05-16
Also published as: US6138813A; ES2261152T3; EP1058215A2; DE60027221D1; EP1058215A3; EP1058215B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Münzmechanismus mit einem Sensor mit piezoelektrischer Schicht.
Ein niedriger Durchschnittsenergieverbrauch ist in verschiedenen münzbetriebenen Geräten wie Zahltelefonen, Verkaufsmaschinen und Parkuhren erwünscht. Solche Geräte enthalten typischerweise einen Münzmechanismus zur Bestimmung, ob eine eingeworfene Münze oder Marke echt ist und zur Bestimmung der Benennung der eingeworfenen Münze oder Marke. Da der Münzmechanismus zu jeder Zeit gebrauchsbereit sein muss, kann der Münzmechanismus eine bedeutende Menge von Energie verbrauchen, wenn er nicht in Gebrauch ist. Darüber hinaus verringert der kontinuierliche Energieabzug die Lebenszeit der Energiequelle, wenn eine Batterie oder eine andere Niedrigstromquelle als Hauptenergiequelle dient, wodurch die Häufigkeit erhöht wird, mit der die Energiequelle ersetzt werden muss.
Eine Anzahl von Techniken wurden entwickelt, um den elektrischen Energieverbrauch von Münzbetriebenen Geräten zu verringern. Zum Beispiel offenbart US-Patent Nr. 4,733,766, das dem Inhaber der vorliegenden Erfindung gehört, eine dahingehende Technik, dass elektrischen Strom verbrauchende Aspekte einer Münzen-Überprüfungsvorrichtung nicht mit Strom versorgt werden, wenn die Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 nicht benutzt wird. Ein piezoelektrisches Keramikelement ist so angeordnet, dass das Einwerfen einer Münze in die Vorrichtung das piezoelektrische Keramikelement unter Spannung setzt und eine entsprechende Stromspannung erzeugt. Wie im vorstehenden Patent erklärt setzen Vibrationen, die beim Auftreffen der Münze auftreten, wobei ein Dämpfer in der Münzenbahn platziert ist, das keramische Material hinreichend unter Spannung, um die Ausgabestromspannung zu erzeugen. Das piezoelektrische Keramikelement kann deshalb dazu verwendet werden, die Ankunft der Münze wahrzunehmen, und die erzeugte Stromspannung kann dazu verwendet werden, den Strom der Vorrichtung anzuschalten.
Während die Verwendung piezoelektrischer Keramiksensoren in Münzmechanismen recht erfolgreich gewesen ist, können einige Schwierigkeiten auftreten. Zunächst können Vibrationen, die durch andere Ereignisse als das Einwerfen einer Münze in den Münzmechanismus erzeugt wurden, den piezoelektrischen Keramiksensor dazu bringen, eine Stromspannung zu erzeugen und den Strom anzuschalten. Unter solchen Umständen ist das Anschalten des Stroms des Münzmechanismus natürlich unerwünscht. Zum Zweiten erfordert das mechanische Anbringen des piezoelektrischen Keramiksensors im Münzmechanismus die Verwendung eines Klebemittels wie eines Klebstoffs. Solche Anbringungstechniken können die Umwandlung mechanischer in elektrische Energie des Keramiksensors beeinflussen, was die Bestimmung erschwert, ob Strom angeschaltet werden sollte. Zum Dritten sind einige der piezoelektrischen Keramikmaterialien empfindlich für hohe Temperaturen. Die Eigenschaften der Keramik können beim Löten oder bei anderen Vorgängen bei hoher Temperatur verschlechtert werden, wenn nicht mit angemessener Vorsicht vorgegangen wird, um die Keramik vor Schaden zu schützen. Darüber hinaus erfordert das vom piezoelektrischen Keramiksensor erzeugte Ausgabesignal oft die Verwendung einer Eingangsverstärkerschaltung, um einen hinreichend hohen Signalpegel sicherzustellen. Solche Schaltungen erhöhen die Gesamtkosten des Münzmechanismus und können den Energieverbrauch der Einheit erhöhen.
Demgemäß ist es erwünscht, die Techniken zum Wahrnehmen des Einwerfens einer Münze in einen Münzmechanismus zu verbessern und den Gesamtenergieverbrauch solcher Mechanismen zu verringern.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
Vorzugsweise ist die Energieübertragungseinrichtung, an die die Münze schlägt, eine Münzpralldämpfungseinrichtung, die das Zurückprallen der Münze verringert.
Verschiedene Implementierungen enthalten eines oder mehrere der folgenden Merkmale. Der Münzmechanismus kann einen Münzen-Identifikationssensor enthalten, der unterhalb der Münzpralldämpfungseinrichtung positioniert ist und hinter den die Münze läuft, während sie sich entlang der Münzenspur bewegt. Der Münzmechanismus kann ebenfalls eine Steuerung und eine Stromversorgung zur Versorgung der Steuerung mit Strom enthalten. Vor dem Empfang eines Aufwecksignals kann die Steuerung in einem Ruhezustand oder einem Zustand niedriger Energie arbeiten. Die Steuerung empfängt ein Aufwecksignal, wenn das Ausgabesignal des Sensors mit piezoelektrischer Schicht die Anwesenheit einer Münze in der Münzenbahn anzeigt. Auf das Aufwecksignal hin wechselt die Steuerung vom Zustand niedriger Energie in einen Zustand erhöhter Energie, um das Ausführen von Münzen-Validierungsfunktionen zu erlauben. In einigen Implementierungen ist die Steuerung ganz oder im Wesentlichen von der Stromversorgung bis zum Empfang des Aufwecksignals abgeschnitten. In diesem Fall empfängt die Stromversorgung ebenfalls das Aufwecksignal und versorgt die Steuerung auf den Empfang des Aufwecksignals hin mit Energie.
Eine obere Oberfläche der Münzenspur kann im Wesentlichen mit der oberen Oberfläche der Münzpralldämpfungseinrichtung auf einer Linie liegen, um es der Münze zu ermöglichen, sich mit wenig oder keinem Zurückprallen hinter den Münzen-Identifikationssensor zu bewegen. Der Sensor mit piezoelektrischer Schicht kann an die Münzpralldämpfungseinrichtung angrenzend angebracht werden, sodass eine sich entlang der Münzenbahn bewegende Münze nicht direkt an den Sensor mit piezoelektrischer Schicht anschlägt. Der Sensor mit piezoelektrischer Schicht und die Münzpralldämpfungseinrichtung können am Deckel des Münzmechanismus befestigt werden. Zum Beispiel können der Sensor mit piezoelektrischer Schicht und die Münzpralldämpfungseinrichtung im Wesentlichen in einer Linie angeordnete Löcher zum Aufnehmen eines Befestigungsstiftes wie ei nes Niets, einer Schraube oder eines Bolzens enthalten, um den Sensor mit piezoelektrischer Schicht und die Münzpralldämpfungseinrichtung am Deckel zu befestigen. Außerdem kann ein Bereich des Sensors mit piezoelektrischer Schicht durch eine Leiste gestützt werden, die an der Bahnseite des Deckels befestigt ist.
Der Deckel des Münzmechanismus kann einen ersten Schlitz enthalten, durch den ein Abschnitt des Sensors mit piezoelektrischer Schicht zu einer zweiten Seite des Deckels verläuft. Elektrische Verbindungen vom Sensor mit piezoelektrischer Schicht zu der Schaltung, die das Ausgabesignal verarbeitet, können mit einem Bereich des Sensors mit piezoelektrischer Schicht verbunden werden, der auf der zweiten Seite des Deckels liegt. Der Bereich des Sensors mit piezoelektrischer Schicht, mit dem die elektrischen Verbindungen verbunden sind, kann ein Loch enthalten, das über einen Vorsprung auf der zweiten Seite des Deckels passt, um dabei zu helfen, den Sensor mit piezoelektrischer Schicht an seinem Platz zu halten.
Der Sensor mit piezoelektrischer Schicht kann mehrfache Biegungen enthalten. Zum Beispiel kann der Sensor mit piezoelektrischer Schicht einen ersten Bereich, der zwischen der Münzpralldämpfungseinrichtung und dem Deckel angeordnet ist, und einen an eine untere Oberfläche der Münzpralldämpfungseinrichtung angrenzenden zweiten Bereich aufweisen. Der erste Bereich des Sensors mit piezoelektrischer Schicht kann Zungen zur Positionierung des Sensors mit piezoelektrischer Schicht enthalten. Ösen können an der ersten Seite des Deckels zum Positionieren der Zungen des Sensors mit piezoelektrischer Schicht geformt werden. Der zweite Bereich des Sensors mit piezoelektrischer Schicht kann durch die am Deckel befestigte Leiste gestützt werden. Der Deckel kann einen zweiten Schlitz aufweisen, um dabei zu helfen, das Ausmaß des Biegens des Sensors mit piezoelektrischer Schicht zu erhöhen, das durch Mikrobewegung der Münzpralldämpfungseinrichtung verursacht wird. Zum Beispiel kann der zweite Schlitz angrenzend an den ersten Bereich des Sensors mit piezoelektrischer Schicht angeordnet werden.
Verschiedene Implementierungen weisen einen oder mehrere der folgenden Vorteile auf. Die Verwendung eines Sensors mit piezoelektrischer Schicht anstelle eines piezoelektrischen Keramiksensors kann einen Münzankunftssensor sicherstellen, der weniger empfindlich auf Vibrationen ist, die durch andere Ereignisse als das Einwerfen einer Münze verursacht werden. Deshalb erhöht der Sensor mit piezoelektrischer Schicht die Wahrscheinlichkeit, dass der Münzmechanismus nur unter Strom gesetzt wird, wenn die Anwesenheit einer Münze detektiert wird. Der Gesamtverbrauch an Energie kann daher verringert werden. Das Vorsehen mehrfacher Biegungen im Schichtsensor und mehrerer Schlitze im Deckel kann dabei helfen, die Empfindlichkeit des Sensors mit piezoelektrischer Schicht zu verbessern.
In einigen Fällen kann das Ausgabesignal vom Sensor mit piezoelektrischer Schicht ohne Eingangsverstärkerschaltungen verarbeitet werden, sodass die Gesamtkosten und der Stromverbrauch des Münzmechanismus noch weiter verringert werden können. Darüber hinaus kann der Sensor mit piezoelektrischer Schicht außerhalb der direkten Bahn einer sich durch den Münzmechanismus bewegenden Münze platziert werden. Dies kann die Abnutzung des Sensors verringern und seine Lebenszeit ausdehnen.
Techniken zum Befestigen des Sensors mit piezoelektrischer Schicht sind relativ einfach und vermögen einige der bei der Verwendung keramischer Sensoren angetroffenen Schwierigkeiten zu vermeiden. Ferner können die elektrischen Verbindungen zum Sensor mit piezoelektrischer Schicht von der Münzbahn weg angeordnet werden, indem der Sensor mit piezoelektrischer Schicht so ausgelegt wird, dass er auf beiden Seiten des Deckels des Münzmechanismus verläuft. Ein geeignetes Anordnen und Arbeiten des Sensors mit piezoelektrischer Schicht kann verbessert werden.
Andere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen leicht ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein vereinfachtes Diagramm eines Münzmechanismus gemäß der Erfindung.
2 illustriert den Münzmechanismus mit Deckel in offener Stellung.
3A illustriert einen beispielhaften Sensor mit piezoelektrischer Schicht gemäß der Erfindung.
3B illustriert Schichten des Sensors mit piezoelektrischer Schicht gemäß einer Implementierung.
3C und 3D illustrieren ein beispielhaftes Muster einer positiven leitfähigen Schicht im Sensor mit piezoelektrischer Schicht.
3E illustriert ein beispielhaftes Muster einer negativen leitfähigen Schicht im Sensor mit piezoelektrischer Schicht.
4 und 5 illustrieren die Anordnung des Sensors mit piezoelektrischer Schicht im Münzmechanismus, gesehen von der Bahnseite des Deckels.
6 und 7 stellen die Positionierung des Sensors mit piezoelektrischer Schicht im Münzmechanismus, gesehen von der Sensorseite des Deckels, dar.
8 und 9 sind Blockdiagramme von Schaltungen zum Verarbeiten von Signalen vom piezoelektrischen Sensor.
10 illustriert Details einer beispielhaften Schaltung zur Implementierung des Aufbaus von 9.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Ausdrücke "Münze" und "Münzen" beinhalten, so wie sie hier benutzt werden, echte Münzen genauso wie Marken, Wertmarken und ähnliche Objekte.
Wie in 1 gezeigt empfängt ein Münzmechanismus eine durch einen Münzeingang 12 eingeworfene Münze 10. Die Münze fällt auf eine Münzpralldämpfungseinrichtung 14, die den Großteil der kinetischen Energie der Münze absorbiert oder ableitet, sodass die Münze im Wesentlichen sanft entlang einer Spur 16 hinter mit elektrischem Strom versorgte Münzen-Identifikationssensoren 18, 20 rollt. Solche Energiepralldämpfungseinrichtungen sind im Stand der Technik bekannt und werden manchmal als Dämpfer bezeichnet. In einigen Implementierungen kann die Energiepralldämpfungseinrichtung, oder der Dämpfer 14, zum Beispiel ein Keramikstück oder ein Stück gesinterten Metalls, umfassen. In der dargestellten Anordnung bewirkt der Dämpfer 14 einen Richtungswechsel in der Münzenspur und verringert das Zurückprallen der Münze, während sie sich entlang der Münzenspur bewegt. Ein Sensor 22 mit piezoelektrischer Schicht ist an den Dämpfer 14 anliegend angeordnet und wird vom Dämpfer körperlich abgelenkt, wenn eine Münze 10 an ihn anschlägt. Daher nimmt der Sensor 22 mit piezoelektrischer Schicht die Ankunft der Münze 10 wahr und erzeugt ein Ausgabesignal, das eine Änderung in der Menge der Energie, mit der der Münzmechanismus und/oder ein zum Münzmechanismus gehörender Microcontroller (in 1 nicht gezeigt) versorgt wird, bewirkt. Insbesondere befindet sich das System in einem Ruhe- oder Niedrigenergiezustand, bevor eine Münze im Münzmechanismus wahrgenommen wird, während die Stromversorgung angeht, wenn die Ankunft einer Münze vom Sensor 22 mit piezoelektrischer Schicht detektiert wird.
Während die Münze 10 hinter die Sensoren 18, 20 rollt, werden elektrische Signale von den Sensoren erzeugt und zum Microcontroller geleitet. Die von den Münzen-Identifikationssensoren 18, 20 erzeugten elektrischen Signale enthalten Informationen, die den gemessenen Charakteristiken der Münze wie dem Durchmesser, der Dicke, dem Metallanteil und elektromagnetischen Eigenschaften der Münze entsprechen. Der Microcontroller kann die elektrischen Signale dazu verwenden, zu entscheiden, ob die Münze 10 akzeptabel ist und, falls sie es ist, welche Benennung die Münze hat.
Die Münze 10 rollt die Spur 16 hinunter und fällt zu einem Tor 24 hin, das automatisch eingezogen wird, wenn die Münze als gültig befunden wird, damit die Münze entlang einer Bahn oder Rinne für akzeptierte Münzen geführt wird. Wenn die Münze 10 nicht als gültig befunden wird, dann bleibt das Tor 24 in Position, sodass die Münze auf das Tor auftrifft und von ihm zu einer Zurückweisungsbahn oder -rinne abrollt.
Wie in 2 gezeigt enthält der Münzmechanismus einen durch ein Scharnier 30 mit einem Flugdeck 28 verbundenen Deckel 26. Auch wenn der Deckel 26 in einer geöffneten Stellung gezeigt ist, ist er bei normalen Arbeitsbedingungen geschlossen. Die hervorragende und geneigte Münzenspur 16 kann wie zwei Anordnungsösen 32 und eine Leiste 34 ans Innere des Deckels 26 formgegossen oder anders befestigt werden. Der Dämpfer 14, der zum Beispiel aus einem Metall oder einem keramischen Material hergestellt werden kann, ist nahe dem oberen Ende der Spur 16 positioniert. Vertiefungen an beiden Enden des Dämpfers 14 passen um die Ösen 32 herum. Der Dämpfer 14 ist knapp oberhalb der Leiste 34 positioniert und kann durch einen Befestigungsstift 36 wie eine Schraube, einen Bolzen oder einen Niet, der durch ein Loch 38 (siehe 4 und 5) im Dämpfer verläuft, am Deckel 26 befestigt werden. Der Deckel 26 hat eine entsprechende vorgebohrte Bohrung 37 (siehe 4, 6 und 7) zur Aufnahme des Befestigungsstiftes 36. Auch wenn er in 2 nicht sichtbar ist, ist der Sensor 22 mit piezoelektrischer Schicht an den Dämpfer 14 anliegend positioniert, so wie es unter Bezugnahme auf 4 bis 7 in feinerem Detail unten beschrieben ist.
Wenn die obere Oberfläche des Dämpfers 14 richtig positioniert ist, befindet sie sich im Wesentlichen in einer Linie mit der oberen Oberfläche der Münzenspur 16. Im normalen Arbeitszustand ist der Deckel 26 geschlossen und der Dämpfer 14 und die Münzenspur 16 liegen gegen die Vorderseite 40 des Decks 28 wie durch die unterbrochene Linie 42 angezeigt an. Die Sensoren 18, 20 sind unterhalb des Dämpfers 14 auf der Vorderseite des Deckels 26 angeordnet. Die Positionen der Sensoren 18, 20 sind in unterbrochenen Linien auf der Innenseite (oder Spurseite) des Deckels in 2 angezeigt.
Um eine übermäßige Abnutzung des Sensors 42 mit piezoelektrischer Schicht zu vermeiden, ist er vorzugsweise nicht direkt in der Bahn der Münzen positioniert. Stattdessen ist der Sensor 22, wie zuvor erwähnt, dazu ausgelegt, an den Dämpfer 14 anliegend außerhalb der Bahn einer Münze oder eines ähnlichen Objekts, die sich durch den Münzmechanismus bewegen, befestigt. Der Sensor 22 mit piezoelektrischer Schicht ist in direktem Kontakt mit dem Dämpfer 14 angebracht, sodass Mikrobewegungen des Dämpfers den Sensor 22 körperlich ablenken, wenn eine Münze 10 oder ein ähnliches Objekt an den Dämpfer 14 anschlagen, sodass eine Veränderung in dem vom Sensor erzeugten Ausgabesignal bewirkt wird.
Wie in 3 gezeigt enthält der Sensor 22 mit piezoelektrischer Schicht in einer Implementierung einen ersten Bereich 44, der auf der Spurseite des Deckels 26 zwischen dem Deckel und dem Dämpfer 14 positioniert ist. Der erste Bereich 44 enthält Zungen 46, die an seinen Seitenenden angeordnet sind und unter die Anordnungsösen 32 (siehe 5) passen, um den Sensor 22 an seinem Platz zu positionieren. Der erste Bereich 44 weist ebenfalls ein Loch 48 auf, das im Wesentlichen in einer Linie mit dem Loch 38 im Dämpfer angeordnet ist. Daher kann ein einzelner Befestigungsstift 36 dazu verwendet werden, den Dämpfer 14 und den Sensor 22 mit piezoelektrischer Schicht am Deckel 26 zu befestigen. Ein zweiter Bereich 50 des Sensors 22 ist am unteren Ende des ersten Bereichs 44 vorgesehen und bildet einen im Wesentlichen rechten Winkel mit dem ersten Bereich, wenn er durch den Dämpfer 14 und den Befestigungsstift 36 am Deckel befestigt ist. Wenn der zweite Abschnitt 50 des Sensors 22 mit piezoelektrischer Schicht an seinem Platz positioniert ist, wird er durch die Leiste 34 (siehe 5) gestützt. Der Dämpfer 14 ruht dann auf der oberen Oberfläche des zweiten Bereichs 50, der direkt von der Leiste 34 gestützt wird.
Der Sensor 22 enthält ebenfalls einen gekrümmten dritten Bereich 52, der am oberen Ende des ersten Bereichs 44 vorgesehen ist. Der dritte Bereich 52 ragt vom ersten Bereich 44 in der zum zweiten Bereich 50 entgegengesetzten Richtung heraus und verläuft durch einen ersten Schlitz 68 (siehe 4 und 6) im Deckel 26. Ein vierter Bereich 54 ragt vom dritten Bereich 52 in einer vom ersten Bereich 44 wegzeigenden Richtung und in einer im Wesentlichen zum ersten Bereich 44 parallelen Ebene hervor. Der vierte Bereich 54 weist ebenfalls ein Loch 56 auf, das über einen auf der Sensorseite des Deckels 26 gebildeten Vorsprung 62 (siehe 7) passt. Der Vorsprung 62 hilft ebenfalls dabei, den Sensor 22 an seinem Platz zu halten. Zwei gefaltete Ösen 57, 59 sind am vierten Bereich 54 angebracht und stellen die elektrische Verbindung mit zwei Kabeln oder Elektroden 58, 60 sicher, die zu einer Leiterplatte mit Schaltungen zur Verarbeitung der Ausgabe des Sensors 22 führen.
Wenn sie richtig positioniert sind, sind der erste und der zweite Abschnitt 44, 50 des Sensors 22 auf der Spurseite des Deckels 26 angeordnet (siehe 5), während der vierte Bereich 54 auf der gegenüberliegenden oder Sensorseite des De ckels angeordnet ist (siehe 7). Wie vorher bemerkt verläuft der dritte Bereich 52 durch den Schlitz 68. Der Deckel 26 enthält auch einen zweiten Schlitz 64 (siehe 4, 6 und 7) unterhalb des ersten Schlitzes 68. Der zweite Schlitz 64 der am Sensor 22 anliegt, kann die Ablenkung des Sensors 22 erhöhen, die durch Mikrobewegung des Dämpfers 14 ausgelöst wird, wenn eine Münze an diesen anschlägt. Auf ähnliche Weise kann das Vorsehen mehrfacher Biegungen im Sensor 22 seine Empfindlichkeit erhöhen. Die Empfindlichkeit des Sensors 22 kann daher verbessert werden.
Wie in 3 gezeigt enthält der Sensor 22 mit piezoelektrischer Schicht in einer Implementierung mehrere Schichten, die einen dünnen Polyvinylidenfluorid (PVDF)-Grundfilm 80 enthalten. In einer Implementierung hat der PVDF-Film 80 eine Dicke von ungefähr 110 μm und wird bei ungefähr 85°C abgekühlt. Auf einer Seite des PVDF-Films 80 ist eine positive Silbertintenschicht 82 vorgesehen. Eine negative Silbertintenschicht 84 ist auf der gegenüberliegenden Seite des PVDF-Films 80 vorgesehen. In einigen Implementierungen bedecken die positive und die negative leitfähige Schicht 82, 84 im Wesentlichen die gesamte Oberfläche des PVDF-Films 80. Die leitfähigen Materialien können allerdings in einem Muster aufgebracht werden, um dabei zu helfen, die Gesamtkapazität des Sensors 22 zu verringern und seine Empfindlichkeit zu verbessern. Beispielhafte Muster für die Silbertintenschichten 82, 84 sind in 3C, 3D und 3E dargestellt. 3C und 3D zeigen ein positives Silbertintenmuster 82. 3E zeigt auf ähnliche Weise ein negatives Silbertintenmuster 84, gesehen von der Seite des Sensors 22 mit dem positiven Tintenmuster. Wie aus diesen Figuren ersehen werden kann, sind die leitfähigen Tintenschichten 82, 84 oberhalb des zweiten Bereichs 50 und des dritten Bereichs 52 des Sensors 22 vorgesehen und verlaufen über gekrümmte Abschnitte des Sensors. Vorzugsweise ist die Dehnungs richtung des PVDF-Films 80 so wie durch den Pfeil 92 in 3D angezeigt.
Wie ferner in 3B gezeigt ist eine Schutzummantelung 86 über der Oberfläche des Sensors mit der positiven Tintenschicht 82 vorgesehen. Eine Klebeschicht 88 und eine Substratschicht 90 sind über der Oberfläche der negativen Tintenschicht 84 vorgesehen. Bei einer Implementierung weist die Klebeschicht 88 eine Dicke von ungefähr 0,0254 mm (0,001 Inch) auf, und die Substratschicht 90, die MYLAR enthalten kann, weist eine Dicke von ungefähr 0,0508 mm (0,002 Inch) auf.
Anfangs kann der Sensor 22 im Wesentlichen flach sein und wie in 3A gebogen werden, wenn er an seinem Platz positioniert wird. Um den Sensor 22 mit piezoelektrischer Schicht zu positionieren und ihn am Deckel 26 zu befestigen, kann die folgende Schrittfolge durchgeführt werden. Der Sensor 22 wird an der Spurseite des Deckels 26 gehalten, und der vierte Bereich 54 wird durch den Schlitz 68 geführt, sodass der vierte Bereich auf der Sensorseite des Deckels 26 erscheint. Der vierte Bereich 54 wird dann nach oben gebogen, sodass er wie in 7 gezeigt positioniert wird. Der erste und der zweite Bereich 44, 50 werden so gebogen, dass der Sensor 22 wie in 5 gezeigt erscheint. Der Dämpfer 14 wird dann am Sensor 22 auf der Spurseite des Deckels 26 anliegend positioniert, und der Befestigungsstift 36 wird durch die vorgebohrte Bohrung 37 geführt, um den Sensor 22 mit piezoelektrischer Schicht und den Dämpfer 14 an ihren Plätzen zu befestigen.
Wie in 8 gezeigt wird die Ausgabe des Sensors 22 mit piezoelektrischer Schicht an eine Eingabe eines Schalterstromkreises 70 mit hoher Impedanz geleitet. Der Schalterstromkreis 70 kann einer von verschiedenen Typen sein, einschließlich einer Transistorschaltung wie eine Feldeffekttransistor- oder Bipolarübergangstransistorschaltung oder einer integrierten Schaltung wie einem Komparator oder einem CMOS-Logikgatter.
Die Ausgabe des Schalterstromkreises 70 mit hoher Impedanz wird an eine Latchschaltung 72 geleitet. Wenn eine Münze auf dem Dämpfer 14 auftrifft, sodass der Sensor 22 ein entsprechendes Ausgabesignal erzeugt, ist die an der Ausgabe des Schalterstromkreises 70 auftretende Spannung ausreichend, um den Latch 72 von einem Nullstellungs- in einen Einstellungszustand zu schalten. Der Latch 72 verbleibt im Einstellungszustand, nachdem das vorübergehende Signal des Sensors 22 mit piezoelektrischer Schicht beendet ist. Wenn der Latch 72 angestellt ist, sorgt er für ein Aufwecksignal, das dazu verwendet wird, die Energie des Systems von einem Niedrigenergie- oder Ruhezustand in einen aktiven oder Energiezustand zu schalten. In der in 8 gezeigten Implementierung wird der zum Münzmechanismus gehörende Microcontroller 76 fortlaufend von einem Spannungsregler 74 mit einer geregelten Spannung versorgt. Das Aufwecksignal vom Latch 72 wird an eine Eingabe des Microcontrollers 76 geleitet, wodurch der Microcontroller angeschaltet wird. Als Ergebnis des Aufwecksignals werden auch andere Elemente des Münzmechanismus wie die Münzen-Identifikationssensoren 18, 20 mit Strom versorgt, sodass Münzen-Validierungsfunktionen ausgeführt werden können. Sobald der Microcontroller 76 die Münzenvalidierung und damit verbundene Vorgänge beendet hat, setzt er den Latch 72 zurück und tritt wieder in den Niedrigenergiezustand ein. In einigen Fällen ist der Microcontroller 76 dazu programmiert, eine vorgegebene Zeitdauer vor dem Eintreten in den Niedrigenergiezustand abzuwarten. Wenn zusätzliche Münzen in den Münzmechanismus innerhalb der vorgegebenen Dauer eingeworfen werden, ist der Microcontroller bereits angeschaltet.
In einer in 9 dargestellten alternativen Implementierung steuert das Aufwecksignal vom Latch 72 auch die Ausgabe des Spannungsreglers 74. Daher wird der Spannungsregler 74 nur dann angeschaltet, um für die geregelte Ausgabespannung zu sorgen, wenn der Latch 72 angestellt ist, in anderen Worten nachdem der Sensor 22 mit piezoelektrischer Schicht die Anwesenheit einer Münze im Münzmechanismus wahrgenommen hat. Nachdem die Münzenvalidierung und dazugehörige Vorgänge beendet sind, löscht der Microcontroller 76 den Latch 72. Das System kehrt dann in seinen Niedrigenergie- oder Ruhezustand zurück, und die geregelte Spannung wird vom System ferngehalten. Daher werden während des Niedrigenergiezustands nur der Schalterstromkreis 70 von hoher Impedanz und die Latchschaltung 72 mit Strom versorgt.
Auch wenn sich die Konfigurationen sowohl von 8 als auch von 9 für spezielle Anwendungen eignen, kann die Konfiguration von 9 für einen um ein Vielfaches geringeren Ruhestrom als die Konfiguration von 8 sorgen. In einigen Implementierungen kann für die Konfiguration von 9 ein niedriger Ruhestrom von ungefähr 1 μA erhalten werden.
10 stellt eine beispielhafte Schaltung zur Implementierung der Konfiguration von 9 dar. Der Schalterstromkreis 70 von hoher Impedanz enthält einen Transistor T1, der als Schaltelement dient, dessen Zustand von der Ausgabe des Sensors 22 mit piezoelektrischer Schicht gesteuert wird. Der Schalterstromkreis enthält ebenfalls mehrere Widerstände, R1, R2, R3 und Kondensatoren C1, C2, die als Filter zur Verringerung des Rauschens dienen. Die Ausgabe des Transistors T1 dient als eine Eingabe für ein NAND-Gatter NG1 in der Latchschaltung 72. Das NAND-Gatter NG1 wird durch eine Eingabespannung angeschaltet und hat eine Ausgabe, die durch ein Paar von Dioden D1 und einen Widerstand R4 an eine geregelte Spannung geklemmt ist. Zwei zusätzliche NAND-Gatter NG2, NG3 bilden einen Flip-Flop, der als ein Ergebnis davon, dass der Transistor T1 seinen Zustand wechselt, angeschaltet oder durch ein Signal vom Microcontroller 76 zurückgesetzt wird. Ein Widerstand R5 und ein Kondensator C3 sorgen für eine Anstellverzögerung für das Zurücksetzungssignal vom Microcontroller 76. Bei einem Ausführungsbeispiel können der Schalterstromkreis 70 und die Latchschaltung 72 zusammen mit anderer Elektronik auf einer Leiterplatte vorgesehen sein, die am Deck des Münzmechanismus gegenüber dem Deckel 26 befestigt ist.
Weiter unter Bezug auf 10 wird die Ausgabe des Latch 72 an einen AN/AUS-Anschluss des Spannungsreglers 74 geleitet. Der Spannungsregler 74 empfängt ebenfalls eine Eingabespannung am Anschluss V_in von einer Stromversorgung (nicht gezeigt). Wenn der Latch 72 angestellt ist, wird die geregelte Spannung von einem Ausgabeanschluss (V_out) des Spannungsreglers 74 an den Microcontroller 76 geleitet, der die Münzen-Validierungsschaltung steuert. Die Kondensatoren C7, C8 dienen als ein Filter für die geregelte Spannung. Wenn der Latch 72 vom Microcontroller 76 zurückgesetzt wird, wird die geregelte Spannung abgeschaltet. Ein Widerstand R7 dient als Pull-Up für einen ERROR-Anschluss, der den Microcontroller 76 mit einem Signal versorgt, das anzeigt, ob der Spannungsregler 74 ordentlich funktioniert.
Durch die Dioden D3, D4 geleitete Eingabesignale können während des Testens des Systems dazu verwendet werden, das Signal vom Sensor 22 außer Kraft zu setzen und das System unbeachtet des Ausgabesignals vom Sensor mit piezoelektrischer Schicht in einem angeschalteten Zustand zu bringen.
Wie oben beschrieben fällt eine in den Münzmechanismus eingeworfene Münze auf die Münzpralldämpfungseinrichtung 14, die den Großteil der kinetischen Energie der Münze absorbiert oder ableitet, sodass die Münze im Wesentlichen sanft entlang einer Spur 16 hinter die Münzen-Identifikationssensoren 18, 20 rollt. In anderen Implementierungen kann die Münzpralldämpfungseinrichtung 14 durch einen Materialblock ersetzt werden, der das Zurückprallen der Münze im Wesentlichen nicht verringert. Selbst in solchen Situationen wird die Mikrobewegung des Materialblocks vom Sensor 22 mit piezoelektrischer Schicht wie oben besprochen wahrgenommen, wenn die Münze auf den Material block auftrifft. Der Materialblock dient daher als eine Energieübertragungseinrichtung, indem er zumindest einen Teil der kinetischen Energie der Münze dahingehend überträgt, dass sie vom Sensor 22 mit piezoelektrischer Schicht wahrgenommen wird.
Der Münzmechanismus kann in verschiedenen münzbetriebenen Geräten wie Zahltelefonen und Verkaufsmaschinen verwendet werden. Der Spannungsregler 74, die Schaltung 70 von hoher Impedanz, der Latch 72 und der Sensor 22 können zum Beispiel vom Zahltelefonchassis oder der Verkaufsmaschine mit Strom versorgt werden. Der Münzmechanismus kann auch in anderen münzbetriebenen Geräten einschließlich Parkuhren verwendet werden.
Andere Implementierungen liegen innerhalb des Umfangs der Ansprüche.

Claims

Münzmechanismus mit einer Münzenbahn (16, 24), die eine Münzenspur, eine Energieübertragungseinrichtung (14) mit einer oberen Fläche, die so angeordnet ist, dass sie von einer sich längs der Münzenbahn bewegenden Münze getroffen wird, und einen Sensor (22) aufweist, wobei dann, wenn eine Münze die Energieübertragungseinrichtung (14) trifft, deren Bewegung den Sensor auslenkt und dadurch eine Änderung in einem Ausgangssignal des Sensors (22) hervorruft, und einer Schaltung (70, 72) zur Verarbeitung des Ausgangssignals des Sensors (22), wobei der Münzmechanismus bei Auftreten eines das Vorhandensein einer Münze in der Münzenbahn anzeigenden Ausgangssignals des Sensors aus einem Ruhe-Betriebszustand in einen Arbeits-Betriebszustand übergeht, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (22) ein mit der Energieübertragungseinrichtung (14) in Berührung stehender mehrfach gebogener Sensor mit piezoelektrischer Schicht ist und dass die Münzenspur (16) und die Energieübertragungseinrichtung (14) an einer ersten Seite eines Deckels (26) angeordnet sind, wobei der Deckel (26) einen ersten Schlitz (68) aufweist, durch den hindurch ein gebogener Abschnitt des piezoelektrischen Sensors (22) zur zweiten Seite des Deckels (26) verläuft.
Münzmechanismus nach Anspruch 1, wobei der Deckel (26) einen dem Sensor (22) benachbarten zweiten Schlitz (64) aufweist.
Münzmechanismus nach Anspruch 1, wobei die Energieübertragungseinrichtung eine Münzen-Pralldämpfungseinrichtung (14) aufweist.
Münzmechanismus nach Anspruch 1, wobei elektrische Verbindungen von dem piezoelektrischen Sensor zu der das Ausgangssignal verarbeitenden Schaltung an einen an der zweiten Seite des Deckels angeordneten Abschnitt des piezoelektrischen Sensors (22) angeschlossen sind.
Münzmechanismus nach Anspruch 4, wobei die zweite Seite des Deckels einen Vorsprung hat und der Abschnitt des piezoelektrischen Sensors, an den die elektrischen Verbindungen angeschlossen sind, ein Loch aufweist, das über den Vorsprung passt, um dazu beizutragen, dass der Sensor an Ort und Stelle gehalten wird.
Münzmechanismus nach Anspruch 3, wobei der piezoelektrische Sensor einen zwischen der Münzen-Pralldämpfungseinrichtung (14) und dem Deckel (26) angeordneten ersten Abschnitt (44) und einen nahe einer unteren Fläche der Münzen-Pralldämpfungseinrichtung (14) angeordneten zweiten Abschnitt (50) aufweist.
Münzmechanismus nach Anspruch 4, wobei der erste Abschnitt (44) des piezoelektrischen Sensors (22) Zungen (46) zur Positionierung des Sensors (22) aufweist.
Münzmechanismus nach Anspruch 7 mit an die erste Seite des Deckels angeformten Nasen (32) zur Positionierung der Zungen des piezoelektrischen Sensors.
Münzmechanismus nach Anspruch 6, wobei sich der zweite Abschnitt (50) des piezoelektrischen Sensors (22) an einer an der ersten Seite des Deckels befestigten Leiste (34) abstützt.
Münzmechanismus nach Anspruch 6, wobei der Deckel einen dem ersten Abschnitt des piezoelektrischen Sensors benachbarten zweiten Schlitz (64) aufweist.
Münzmechanismus nach Anspruch 3 mit einem Münzen-Identifikationssensor (18, 20), den eine sich längs der Münzenspur (16) bewegende Münze passiert und der in Bewegungsrichtung unterhalb der Münzen-Pralldämpfungseinrichtung angeordnet ist.
Münzmechanismus nach Anspruch 3, wobei die Münzenspur eine obere Fläche aufweist und die obere Fläche der Münzen-Pralldämpfungseinrichtung (14) mit der oberen Fläche der Münzenspur (15) im wesentlichen fluchtet.
Münzmechanismus nach Anspruch 3 mit einem Deckel, wobei die Münzenspur (16) und die Münzen-Pralldämpfungseinrichtung (14) an einer ersten Seite des Deckels (26) angeordnet sind und ein Abschnitt des piezoelektrischen Sensors (22) sich an einer an der ersten Seite des Deckels befestigten Leiste (34) abstützt.
Münzmechanismus nach Anspruch 13, wobei der Sensor (22) mit piezoelektrischer Schicht und die Münzen-Pralldämpfungseinrichtung (14) an dem Deckel (26) befestigt sind.
Münzmechanismus nach Anspruch 4, wobei der piezoelektrische Sensor (22) und die Energieübertragungseinrichtung (14) im wesentlichen miteinander fluchtende Löcher (38, 48) zur Aufnahme eines Befestigungsstiftes (36) für die Befestigung des piezoelektrischen Sensors (22) und der Münzen-Pralldämpfungseinrichtung (14) an dem Deckel (26) aufweisen.
Münzmechanismus nach Anspruch 1 mit einer Steuerung (76), die ein Aufwecksignal empfängt, wenn das Ausgangssignal des piezoelektrischen Sensors (22) das Vorhandensein einer Münze in der Münzenbahn anzeigt, wobei die Steuerung (76) bei Auftreten des Aufwecksignals aus einem Niederenergiemodus in einen Leistungsmodus übergeht, um die Durchführung von Münzprüffunktionen zu ermöglichen.
Münzmechanismus nach Anspruch 16 mit einem Flip-Flop (72) mit einem gesetzten Zustand, in dem das Aufwecksignal der Steuerung (76) zugeführt wird, und einem zurückgesetzten Zustand, wobei die Steuerung bewirkt, dass das Flip-Flop (72) nach Vollendung der Münzprüffunktionen zurückgesetzt wird.
Münzmechanismus nach Anspruch 16 mit einer Energiequelle (74) zur Energieversorgung der Steuerung, wobei die Energiequelle (74) das Aufwecksignal empfangen kann und bei dessen Auftreten die Steuerung (76) mit Energie versorgt.