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Technisches
Sachgebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Münzen-Prüfvorrichtung des Typs, der
eine erste und zweite Spule so besitzt, um Wirbelströme in einem äußeren Ring
und einer inneren Scheibe, jeweils, einer bimetallischen Münze zu erfassen,
wobei eine Speichervorrichtung so angepasst ist, um Münzen-Referenzdaten
zu speichern, und eine logische Vorrichtung so angepasst ist, um
eine Identität
der Münze
durch Vergleichen der Münzen-Referenzdaten
mit Daten, erhalten von den erfassten Wirbelströmen und einer in Bezug stehenden
Leitfähigkeit
der Münze,
zu identifizieren.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Identifizieren
einer bimetallischen Münze
und auf eine Münzen-Verarbeitungsmaschine,
die eine Münzen-Prüfvorrichtung
des vorstehenden Typs umfasst.
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Beschreibung des in Bezug
stehenden Stands der Technik
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Münzen-Prüfeinrichtungen,
die so aufgebaut sind, um die elektrischen Charakteristika, z.B.
den Widerstand oder die Leitfähigkeit,
einer Münze
zu erfassen, indem diese einem elektrischen Impuls ausgesetzt wird
und der Abfall von Wirbelströmen,
induziert in der Münze,
erfasst wird, sind allgemein auf dem technischen Sachgebiet bekannt.
Solche Münzen-Prüfvorrichtungen
werden in einer Vielfalt von Münzen-Verarbeitungsmaschinen,
wie beispielsweise Münzen-Zählmaschinen,
Münzen-Sortiermaschinen,
Münzen-Validierungs-Einrichtungen
für Verkaufs-
und Spielmaschinen, usw., verwendet. Zuvor bekannte Münzen-Verarbeitungsmaschinen
sind zum Beispiel in der WO 97/07485 und der WO 87/07742 offenbart.
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Die
Art und Weise, in der solche Münzen-Prüfvorrichtungen
arbeiten, ist in, z.B. der EP-B-0 119 000 beschrieben, in der eine
Münzen-Testanordnung
eine Senderspule, die mit einem Rechteck-Spannungsimpuls gepulst
wird, um so einen magnetischen Impuls zu erzeugen, der in einer Münz induziert
wird, wenn sie hinter die Senderspule entlang einer Münzen-Schiene
bewegt wird, aufweist. Die Wirbelströme, die so in der Spule erzeugt sind,
ergeben ein magnetisches Feld, das durch eine Emp fängerspule überwacht
oder erfasst wird. Die Empfängerspule
kann eine separate Spule sein oder kann alternativ durch die Senderspule
aufgebaut sein, die zwei Betriebsmoden besitzt. Durch Überwachen
des Abfalls der Wirbelströme,
induziert in der Spule, kann ein Wert oder eine Lesedarstellung
der Münzen-Leitfähigkeit
erhalten werden, da die Rate des Abfalls eine Funktion davon ist.
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Eine
Ausführungsform
der EP-B-0 119 000 verwendet zwei Senderspulen mit unterschiedlichen, effektiven
Querschnittsbereichen. Die große
Spule ist größer als
die größte, annehmbare
Münze,
wogegen die kleine Spule kleiner als die kleinste Münze ist.
Die Position der kleinen Münze
ist so, dass der effektive Querschnittsbereich davon durch die kleinste
Münze abgedeckt
wird, wenn sie entlang der Münzen-Schiene vorbei führt.
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Der
Zweck der kleinen Spule ist derjenige, ein Problem zu lösen, das
nur dann auftreten kann, wenn eine große Spule verwendet wurde. Die
Erfassungen von der großen
Spule sind eine Funktion der Leitfähigkeit und des Durchmessers
der Münze.
Ein großer
Durchmesser und eine hohe Leitfähigkeit
erzeugen beide große
Münzen-Auslesungen. Demzufolge
ist dabei ein Problem dahingehend vorhanden, dass Münzen mit
unterschiedlichem Durchmesser und unterschiedlicher Leitfähigkeit
identische Auslesungen erzeugen können. Zum Beispiel erzeugen eine
britische 2p Kupfermünze
und ein Aluminium-Token mit einem 2 mm kleineren Durchmesser identische
Auslesungen von der großen
Spule. Die kleine Spule erzeugt ein Signal, das von der Leitfähigkeit
abhängt,
ist allerdings von dem Durchmesser unabhängig. Demzufolge können Aluminium
und Kupfer durch die kleine Spule differenziert werden. Die kleine
Spule kann nicht alleine verwendet werden, da Münzen desselben Materials, allerdings
mit unterschiedlichem Durchmesser, dieselben Auslesungen ergeben.
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Eine
andere Münzen-Prüfeinrichtung
nach dem Stand der Technik ist in der EP-B-0 300 781 offenbart.
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Während die
vorstehenden Münzen-Prüfeinrichtungen
oftmals für
traditionelle, homogene Münzen,
hergestellt aus einem Einzelmetall oder einer Metalllegierung, ausreichend
sind, sind die Prüfeinrichtungen
nach dem Stand der Technik weniger nützlich für ein erfolgreiches Prüfen auch
von anderen, bimetallischen Münzen,
wie dies kurz nachfolgend angegeben wird.
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In
den vergangenen Jahren sind bimetallische Münzen in unterschiedlichen Ländern herausgegeben
worden. Gut bekannte Beispiele von bimetallischen Münzen sind
die französischen
10 F, die britischen £2,
die kanadischen $2 und die 1 und 2 Euro Münzen.
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Bimetallische
Münzen
werden wie folgt hergestellt. Äußere Ringe
und zentrale Scheiben werden aus Blechen (auch bekannt als Rohlinge)
der zwei Metalle oder Metalllegierungen gestanzt, aus denen die
bimetallische Münze
hergestellt werden soll. Die Scheibe wird dann in dem Ring eingepasst befestigt
und die Münze
wird geprägt.
Ein Prägen
besteht aus einem Pressen der Münze
zwischen zwei gehärteten
Prägeplatten.
Die Prägeplatten
stempeln den Kopf und das Rückseitenmuster
auf die Münzen und
drücken
auch die Scheibe und den Ring zusammen. Die Verbindung zwischen
der Scheibe und dem Ring wird als eine Bindung bezeichnet.
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Wenn
eine bimetallische Münze
identifiziert wird, sind drei Leitfähigkeiten vorhanden, die zu
berücksichtigen
sind: die innere Scheiben, der äußere Ring
und die Bindung dazwischen. Die Leitfähigkeiten der inneren Scheibe
und des äußeren Rings
hängen
von den Metallen, die verwendet sind, ab, und ändern sich nicht. Die Leitfähigkeit
der Bindung zwischen den zwei Metallen kann allerdings in einem großen Umfang
variieren. Die Bindung kann ein perfekter Leiter sein, falls neu
geschnittene Metalloberflächen
fest zusammengedrückt
werden (molekulares Verschweißen).
Wenn allerdings die innere Scheibe und der äußere Ring in eine Oxidschicht
eingehüllt
sind, bevor sie miteinander verbunden werden, wird die Bindung weniger
gut leiten. In Extremfällen,
mit einer dicken Oxidschicht, wird die Bindung insgesamt nicht leiten.
Zusätzlich
ist eine Bindungs-Leitfähigkeit
noch komplexer, da sie von der Spannung der Wirbelströme, induziert
für die
Messung, abhängt.
Eine große
Messspannung wird die Oxidschicht „durchstanzen" und eine höhere Leitfähigkeit
als eine niedrige Spannung anzeigen. In Münzen-Prüfeinrichtungen sind die Spannungen über die Bindung
klein und diese nicht linearen Effekte sind signifikant.
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Als
eine Folge verursacht die schlecht definierte Bindungs-Leitfähigkeit
in bimetallischen Münzen
Probleme bei vielen existierenden Münzen-Prüfeinrichtungen. Bei bimetallischen
Münzen
verursacht die Variabilität
der Bindung unterschiedliche Auslesungen von Münzen desselben Typs, was dadurch eine
positive Identifizierung der Münze
insgesamt noch schwieriger gestaltet. Zum Beispiel ist in der Dual- Senderspulen-Anordnung
der vorstehend angegebenen EP-B-0 119 000 die kleine Spule nahe
zu der Münzen-Schiene
angeordnet (um so sehr kleine monometallische Münzen abzudecken), um dadurch Wirbelströme in einer
bimetallischen Münze
zu erzeugen, die die Bindung durchqueren werden und eine große Unsicherheit
in Bezug auf die Auslesung der Leitfähigkeit verursachen werden.
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Die
GB-A-2 323 200 offenbart eine Münzen-Validitierungseinrichtung
für bimetallische
Münzen.
Ein oval geformter Sensor 16 induziert Wirbelströme, die
auf den äußeren Ring
der bimetallischen Münze
beschränkt
sind. Diese Wirbelströme
werden erfasst und für
eine Messung der elektrischen Leitfähigkeit des äußeren Rings
verwendet. Eine getrennte, kleinere Spule 14 wird zum Messen
der Leitfähigkeit
der zentralen Scheibe der bimetallischen Münze verwendet.
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Die
US-A-5 119 916 offenbart einen Magnetfeld-Sensor zum Erfassen von
Token. Ein magnetischer Sensor wird dazu verwendet, eine Messung von
magnetischen Ansprech-Charakteristika zu liefern, wenn der Token
einem magnetischen Feld, erzeugt durch einen Permanentmagneten,
ausgesetzt wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Münzen-Prüfeinrichtung
zum Identifizieren von bimetallischen Münzen zu schaffen. Weiterhin
ist es eine Aufgabe der Erfindung, zu ermöglichen, dass die Münzen-Prüfeinrichtung
mittels einer Anzahl von Komponenten ausgeführt werden kann.
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Die
vorstehenden Aufgaben werden durch eine Münzen-Prüfeinrichtung und ein Verfahren
zum Identifizieren einer bimetallischen Münze gemäß den beigefügten, unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
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Andere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind
Gegenstand von abhängigen
Ansprüchen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nun im weiteren Detail beschrieben werden, wobei
Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
genommen wird, in denen:
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1 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht einer Münzen-Prüfvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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2 zeigt
eine schematische Seitenansicht der Anordnung der 1,
und
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3 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm einer Münzen-Verarbeitungsmaschine gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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Wie
in den 1 und 2 dargestellt ist, weist die
Münzen-Prüfeinrichtung
eine große
Spule 10 und eine kleine Spule 20 auf, wobei beide
an einem Trageelement 80 befestigt sind. Die Spulen 10 und 20 sind
mit einer elektrischen Vorrichtung (nicht dargestellt) zum Zuführen von
Spannungsimpulsen dorthin verbunden.
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Die
bimetallische Münze 30 weist
einen Ring 40 aus einem ersten Metall oder einer Legierung
und eine Scheibe 50 aus einem zweiten Metall oder einer Legierung
auf. Eine Bindung zwischen der Scheibe und dem Ring ist mit 90 bezeichnet.
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Die
Spulen 10, 20 wirken als Senderspulen zum Aussetzen
der bimetallischen Münze 30,
die hinter die Münzen-Prüfvorrichtung
entlang einer Münzen-Schiene 70 bewegt
wird, einem jeweiligen, magnetischen Impuls, was Wirbelströme in dem äußeren Ring 40 und
der inneren Scheibe 50 der Münze 30 hervorruft.
Weiterhin wirken die Spulen 10, 20 als Empfängerspulen
zum Erfassen der Variationen des magnetischen Felds, erzeugt durch
die Wirbelströme in
dem äußeren Ring 40 und
der inneren Scheibe 50 und zum Umwandeln davon in entsprechende
Spannungssignale. Die Spannungssignale werden zu einem Detektor
(nicht dargestellt) zugeführt,
der so angeordnet ist, um die Abnahme der Signale zu bestimmen und
in Abhängigkeit
einen jeweiligen Wert der Leitfähigkeit
des äußeren Rings 40 und
der inneren Scheibe 50 zu bestimmen. Die bestimmten Leitfähigkeits-Werte
werden darauf folgend zum Identifizieren der Münze 30 verwendet.
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Die
Münzen-Prüfvorrichtung
ist so angeordnet, um die Leitfähigkeits-Messungen dann auszuführen, wenn
die Mitte der Münze 30 zu
der Mitte der Spulen 10, 20 ausgerichtet ist,
d.h. wenn die Münze so
angeordnet ist, wie dies in 2 gezeigt
ist. Wie in 2 dargestellt ist, ist die kleine
Spule 20 relativ hoch oberhalb der Münzen-Schiene 70 befestigt,
um dadurch sicherzustellen, dass die induzierten Wirbelströme im Wesentlichen
ausschließlich
in der Scheibe 50 ohne Kreuzen der Bindung 90 fließen werden. Umgekehrt
werden die Wirbelströme,
induziert durch die große
Spule 10, im Wesentlichen durch den Ring 40 fließen, wiederum
ohne Kreuzen der Bindung 90. Demzufolge fließen die
Wirbelströme,
induziert innerhalb der Münze,
in konzentrischen Kreisen um die Mitte der Spule herum, und nichts
von den Wirbel strömen
kreuzt die Bindung 90 in der bimetallischen Münze. Demzufolge
ist die Leitfähigkeit,
die gemessen ist, von der Bindung unabhängig.
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Die
Dauer und die Wellenform der Spannungsimpulse, zugeführt durch
die elektrische Vorrichtung zu den Spulen 10, 20,
kann entsprechend der tatsächlichen
Anwendung ausgewählt
werden, wie dies leicht durch einen Fachmann auf dem betreffenden
Sachgebiet realisiert wird.
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Für eine weiterhin
verbesserte Genauigkeit ist die erfindungsgemäße Münzen-Prüfvorrichtung mit
einem magnetischen Sensorelement 60, vorzugsweise einem
Hall-Element, versehen.
Das Hall-Element 60 ist so angeordnet, um die magnetische
Permeabilität
des äußeren Rings 40 und
der inneren Scheibe 50 der Münze 30 zu messen.
Auf diese Art und Weise können
Münzen
mit identischen, elektrischen Eigenschaften (z.B. Leitfähigkeit),
allerdings mit unterschiedlichen, magnetischen Eigenschaften (z.B.
Permeabilität),
differenziert werden.
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Die
Spulen 10, 20 werden so angesteuert, um ein entsprechendes,
magnetisches Feld zu erzeugen, dem der äußere Ring 40 und die
innere Scheibe 50 ausgesetzt werden. In Abhängigkeit
von den magnetischen Eigenschaften des Rings 40 und der
Scheibe 50 werden die magnetischen Felder in einem unterschiedlichen
Umfang beeinflusst werden. Das Hall-Element misst die Amplitude
der magnetischen Felder, erzeugt durch die Spulen. Die Amplitude
des magnetischen Felds von der großen Spule 10 zeigt
die Permeabilität
des äußeren Rings 40 der
bimetallischen Münze 30 an. Ähnlich misst
die kleine Spule 20 die Permeabilität der inneren Scheibe 50.
In der bevorzugten Ausführungsform
muss, da zwei Messungen von dem Hall-Element erhalten werden, eine
bestimmte Form eines Multiplexing verwendet werden, entweder ein
Frequenz-Teilungs-Multiplexing oder ein Zeit-Teilungs-Multiplexing.
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Beim
Frequenz-Teilungs-Multiplexing werden die großen und kleinen Spulen durch
Sinuswellen unterschiedlicher Frequenzen angesteuert. Für typische
Münzen
würden
Frequenzen von 9 kHz und 7 kHz geeignet sein. Der Ausgang von dem
Hall-Element ist
eine Wellenform, die beide Frequenzen enthält. Unter Verwendung von geeigneten
Elektroniken, z.B. einer synchronen Erfassung, können die Amplituden der zwei
Frequenzen gemessen werden.
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Beim
Zeit-Teilungs-Multiplexing wird nur eine der Spulen zu einem Zeitpunkt
angesteuert. Zum Beispiel kann die kleine Spule 20 zuerst
angesteuert werden und der Ausgang des Hall-Elements kann gemessen
werden. Dann wird die große
Spule 10 angesteuert und die zweite Messung von dem Hall-Element
wird vorgenommen. Welches Verfahren eines Multiplexing auch immer
verwendet wird, so sind die Ergebnisse äquivalent.
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Für die Permeabilitäts-Messung
ist es nicht erforderlich, dass die Münze exakt konzentrisch zu den
Spulen liegt.
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In
einigen Anwendungen kann es ausreichend sein, die Permeabilität nur entweder
des äußeren Rings
oder der zentralen Scheibe der bimetallischen Münze zu messen.
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In 3 nun
ist eine Münzen-Verarbeitungsmaschine 100 gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt. In einem beispielhaften,
allerdings nicht einschränkenden,
Sinne ist die Münzen-Verarbeitungsmaschine 100 der 3 ausgewählt, um
eine Münzen-Sortiereinrichtung
zu sein. Die Menge der Münzen,
die durch die Maschine 100 sortiert werden soll, wird in
einen Münzen-Einlass 110 eingegeben.
Die Münzen
werden durch eine Münzen-Zuführeinrichtung 120,
wie beispielsweise einen Trichter und/oder ein Endlosband, zu der
Münzen-Prüfeinrichtung 130 zugeführt, die
vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben
worden ist. Die Münzen-Prüfeinrichtung 130 ist
betriebsmäßig mit
einer logischen Vorrichtung 132 in der Form einer CPU verbunden,
die betriebsmäßig mit
einem Speicher 134, wie beispielsweise einem RAM, einem
ROM, einem EEPROM oder einem Flash-Memory, verbunden ist. Der Speicher 134 speichert
einen Satz von Münzen-Referenz-Daten, die durch
die logische Vorrichtung 132 dazu verwendet werden, unter
den Münzen,
aufgenommen über
den Münzen-Einlass 110,
zu diskriminieren. Genauer gesagt beziehen sich Münzen-Referenz-Daten
auf typische Werte einer Leitfähigkeit
und einer Permeabilität
für alle
unterschiedlichen Typen von Münzen,
die die Münzen-Verarbeitungsmaschine 100 verarbeiten kann.
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Die
logische Vorrichtung 132 ist so programmiert, um Messdaten,
erhalten durch die Spule 10, 20 und das magnetische
Sensor-Element 60, aufzunehmen, wobei sich die Daten auf
die Leitfähigkeit
des äußeren Rings 40 und
der inneren Scheibe 50, jeweils, ebenso wie auf die Permeabilität zumindest entweder
des äußeren Rings
oder der inneren Scheibe beziehen. Wenn diese Messdaten für eine Münze 30 empfangen
worden sind, wird die logische Vorrichtung 132 die Münzen-Referenz-Daten, gespeichert
in dem Speicher 134, lesen und nach irgendwelchen Anpassungen
suchen. Falls sowohl die Leitfähigkeit als
auch die Permeabilität,
gemessen durch die Münzen-Prüfvorrichtung 130,
einem spezifischen Münzen-Typ,
definiert durch die Münzen-Referenz-Daten,
entsprechen, dann ist der Typ der Münze 130 positiv identifiziert
worden. Ansonsten ist die Münze 30 von
einem unbekannten Typ, der durch eine Münzen-Zurückweisungs-Vorrichtung 140 gehandhabt wird,
die vorzugsweise die Münze über eine
externe Öffnung
in der Maschine 100 abgeben wird, so dass die Münze durch
einen Benutzer entfernt werden kann. Die Münzen-Typen, definiert durch
Münzen-Referenz-Daten
in dem Speicher 134, können sich
bevorzugt auf den Nennwert jedes unterschiedlichen Münzen-Typs,
der durch Münzen-Verarbeitungsmaschine 100 gehandhabt
werden kann, beziehen.
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Wenn
einmal der Typ oder die Identität
der Münze 30 durch
die Münzen-Prüfeinrichtung 130 und die
logische Vorrichtung 132 bestimmt worden ist, wird die
Münze 30 zu
einer Münzen-Sortiereinrichtung 150 zugeführt, die
den identifizierten Münzen-Typ
dazu verwendet, die Münze 30 in
einen spezifischen Münzen-Kasten,
usw., in einen Münzen-Speicher 160,
zu sortieren. Die Münzen-Kästen, usw.,
in dem Münzen-Speicher 160 sind
vorzugsweise von außen
für den
Benutzer der Maschine 100 zugänglich.
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Die
Erfindung ist vorstehend unter Bezugnahme auf ein paar Ausführungs-Beispiele beschrieben
worden. Allerdings sind Ausführungsformen,
andere als diejenigen, die vorstehend beschrieben sind, innerhalb
des Schutzumfangs der Erfindung, wie er durch die beigefügten, unabhängigen Patentansprüche definiert
ist, möglich.