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Die
vorliegende Erfindung betrifft Oszillatoren und insbesondere, jedoch
nicht ausschließlich Oszillatoren
für die
Verwendung in Geldprüfgeräten, besonders
Münzprüfgeräten.
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Es
ist bekannt, Münzen
mittels Induktivitäten in
der Form von Spulen zu prüfen,
die in der Nähe des
Wegs der Münze
angeordnet sind und von Oszillatoren angesteuert werden. Wenn die
Münze an
der Spule vorbeiläuft,
wird das Verhalten der Oszillatorschaltung überwacht, um die Auswirkungen
der Münze
festzustellen und damit einen Meßwert für die Eigenschaften der Münze zu erhalten.
Es kann der Einfluß der
Münze auf
die Frequenz, die Amplitude oder die Phase der Schwingungen überwacht
werden. Die Messung erfolgt normalerweise auf der Basis einer Änderung
der überwachten
Parameter, zum Beispiel dem Unterschied oder dem Verhältnis zwischen
den Parameterwerten, wenn keine Münze vorhanden ist und wenn
eine Münze
vorhanden ist.
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Der
Einfluß der
Münze auf
den gemessenen Parameter ist eine Funktion der Frequenz, siehe zum Beispiel
die GB-A-1 397 083. Es ist bekannt, auf die Münze zwei Schwingungen mit zwei
verschiedenen Frequenzen einwirken zu lassen und die Auswirkungen
auf die beiden Frequenzen zu messen, um weitere Informationen über die
Münze zu
erhalten. Dies ist besonders bei ummantelten Münzen von Nutzen (die z.B. durch
Aufwalzen eines Außenmaterials
auf ein Innenmaterial oder durch Beschichten des Innenmaterials
erhalten werden), da höhere
Frequenzen mehr vom Außenmaterial
und weniger vom Innenmaterial beeinflußt werden. Das Innenmaterial
einer umhüllten
Münze wird
manchmal als "Volumenmaterial" oder "Kernmaterial" bezeichnet.
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Die
GB-A-2 069 211 beschreibt einen Münzprüfer, bei dem eine Spule auf
der einen Seite des Münzweges
mit einer Kombination von zwei Frequenzen angesteuert wird und eine
Empfangsspule auf der anderen Seite des Münzweges mit einer Einrichtung
zum Erfassen des Einflusses einer Münze auf die Amplitude des erhaltenen
Signals bei den beiden verschiedenen Frequenzen verbunden ist. Über Filterschaltungen,
die die verschiedenen Frequenzen trennen, ist eine Überwachungseinrichtung
mit der Empfangsspule verbunden. Bei dieser Anordnung ist es jedoch
nicht möglich,
beim Vorhandensein einer Münze
eine Veränderung
der Oszillationsfrequenz zu erlauben. Außerdem ist die Verwendung einer
Sende/Empfangsanordnung oft nicht wünschenswert, da die erhaltene
Signalstärke
sehr stark schwankt, insbesondere bei magnetischen Münzen. Es
ist auch wünschenswert,
den Gebrauch von Filtern zu vermeiden.
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Die
Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den beiliegenden Patentansprüchen genannt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt arbeiten zwei selbsterregte Oszillatoren bei verschiedenen
Frequenzen und teilen sich wenigstens eine gemeinsame Induktivität. Eine
solche Anordnung kann in einem Münzprüfer zum
Prüfen
einer Münze
verwendet werden, in dem der Wert der Induktivität durch die zu prüfende Münze beeinflußt wird.
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Es
ist bekannt, zum Bestimmen des Materialgehalts einer Münze zwei
Spulen zu verwenden. Wenn ein Oszillator mit beiden Spulen verbunden wird,
ist wegen der wechselseitigen Induktivität zwischen den Spulen bei dieser
Anordnung der Gewinn wesentlich höher als mit einer Spule allein.
Da die beiden Spulen jedoch mit der gleichen Frequenz betrieben
werden, erfolgt dabei nur eine einzige Materialmessung.
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Gemäß einem
bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung teilen sich die beiden
selbsterregten Oszillatoren zwei Spulen, die jeweils auf einer Seite
des Münzweges
angeordnet sind. Das gleichzeitige Betreiben der beiden Spulen mit
verschiedenen Frequenzen ist beim Bestimmen des Materialgehalts
der Münze
in verschiedenen Tiefen innerhalb der Münze von besonderem Nutzen.
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Das Übersprechen
zwischen den Oszillatoren kann durch geeignete Filterschaltungen
verhindert werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
sind jedoch die Oszillatoren so aufgebaut, daß die Schwingungen der einzelnen
Frequenzen jeweils an einem Knoten erscheinen, der für die andere Frequenz
ein Nullsignal liefert. Dadurch werden die Frequenzen voneinander
getrennt, ohne daß zusätzliche
Filterschaltungen erforderlich sind.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
wird das Nullsignal für
eine Frequenz dadurch erzeugt, daß bei dieser Frequenz die Wechselstromimpedanz zur
Wechselstromerde sehr klein ist. Das Nullsignal für die andere
Frequenz wird dadurch erzeugt, daß die andere Frequenz in gleichen
und entgegengesetzten Ausmaßen
an den Knoten angelegt wird.
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Beispielhaft
werden nun erfindungsgemäße Anordnungen
anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 die
Anordnung der Spulen in einem Münzprüfer gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Darstellung eines erfindungsgemäßen Oszillators;
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3 schematisch
eine Induktivität
bei einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung; und
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4 eine
Darstellung einer Oszillatorschaltung bei der alternativen Ausführungsform.
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In
der Darstellung der 1 gelangen Münzen, etwa die mit 2 bezeichnete
Münze, über einen Einwurfschacht
(nicht gezeigt) in den Münzprüfer 4, fallen
in der Richtung des Pfeiles A auf ein energieabsorbierendes Element 6 und
rollen dann eine Rampe 8 hinunter, bevor sie einen Ausgang 10 erreichen.
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Beim
Hinunterrollen der Rampe 8 durchlaufen die Münzen einen
Prüfbereich 12.
In diesem Prüfbereich
gibt es eine Anzahl von induktiven Sensoren, etwa die bei 14 und 16 gezeigten
Sensoren. Der Sensor 14 umfaßt zwei Spulen, die schematisch
bei L1 und L2 gezeigt sind. Die Spule L1 ist an der Grundplatte
des Münzprüfers und
die Spule L2 an dessen Deckel (nicht gezeigt) angebracht. Die Spulen
L1 und L2 sind von ähnlichem
Aufbau und von ähnlicher Größe und sind
direkt einander gegenüberliegend angebracht.
Sie sind in einem geeigneten Abstand von der Oberfläche der
Rampe 8 angeordnet, vorzugs weise derart, daß sie von
jeder Münze,
zu deren Prüfung
der Münzprüfer vorgesehen
ist, vollständig abgedeckt
werden.
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Die
Spulen L1 und L2 befinden sich jeweils hinter einer Membran, die
die Vorderseite der Spule von der Oberfläche der Grundplatte bzw. des
Deckels trennt. Zur klareren Darstellung sind diese Membranen in
der Zeichnung nicht gezeigt. Die Grundplatte ist so ausgerichtet,
daß die
Münzen
die Spule L2 in unmittelbarer Nähe
passieren und von der gegenüberliegenden
Spule L1 einen Abstand haben, der von der Dicke der Münze abhängt.
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Wie
in der 2 gezeigt, ist der Sensor 14 mit einer
Oszillatorschaltung 200 mit einem Inverter U1 mit einer
Rückkoppelschleife
mit einem Widerstand R1 und den Spulen L1 und L2 verbunden. Diese
Spulen sind in Reihe geschaltet. In der Verbindungsleitung zwischen
den Spulen befindet sich der Knoten A. Das dem Knoten A entgegengesetzte Ende
der Spule L1 ist am Knoten B mit einem Kondensator C1 verbunden,
dessen anderes Ende auf Masse liegt. Das dem Knoten A entgegengesetzte Ende
der Spule L2 ist am Knoten C mit einem Kondensator C2 verbunden,
dessen anderes Ende auf Masse liegt. Es ist dies eine Standardkonfiguration für einen
Oszillator, wobei die Frequenz dieses ersten Oszillators durch den
Resonanzkreis bestimmt wird, der durch die Komponenten L1, L2, C1
und C2 gebildet wird. Die Frequenz kann zum Beispiel unter 200 kHz
liegen und zum Beispiel 40 kHz betragen.
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Die
Oszillatorschaltung umfaßt
auch einen zweiten Oszillator mit einem Transistor Q1 (dessen Basis
von einer Quelle, die der klareren Darstellung wegen weggelassen
wurde, mit einer festen Gleichstrom-Vorspannung beaufschlagt wird),
einem Widerstand R2, Kondensatoren C3 und C4 und den Spulen L1 und
L2. Dieser zweite Oszillator arbeitet mit einer ziemlich hohen Frequenz,
die durch den Resonanzkreis bestimmt wird, der durch die Komponenten
L1 und L2 und die Reihenschaltung von C3 und C4 gebildet wird. Bei
dieser hohen Frequenz (die größer ist
als 200 kHz und vorzugsweise um 530 kHz liegt) sind die Kondensatoren
C1 und C2 effektiv kurzgeschlossen. Dementsprechend sind die Spulen L1
und L2 effektiv über
die Reihenschaltung der Kondensatoren C3 und C4 parallel geschaltet.
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Das
niederfrequente Ausgangssignal des ersten Oszillators wird am Knoten
C abgenommen, der mit dem Eingang des Inverters U1 verbunden ist. Da
der Knoten auch über
C2 mit Masse verbunden ist und C2 für die hochfrequenten Schwingungen
effektiv kurzgeschlossen ist, stellt der Knoten C für die hohen
Frequenzen effektiv eine virtuelle Erde dar (d.h. es erscheinen
an diesem Knoten im wesentlichen keine Komponenten dieser Frequenz),
so daß das niederfrequente
Signal abgenommen werden kann, ohne daß es durch die hohen Frequenzen
wesentlich beeinflußt
ist.
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Wegen
des Inverters U1 verändert
sich die Spannung bei der niedrigen Frequenz am Knoten B, der mit
dem Inverterausgang verbunden ist, auf eine Weise, die im wesentlichen
gleich und entgegengesetzt zu den Veränderungen am Knoten C ist,
der am Eingang des Inverters liegt. Da L1 gleich L2 und C1 gleich
C2 sind, ergeben diese entgegengesetzten und gleich großen Veränderungen
für die
niedrige Frequenz am Knoten A ein Nullsi gnal. Demgemäß können die
hochfrequenten Schwingungen an diesem Knoten abgenommen werden,
ohne daß sie durch
die niederfrequenten Signale wesentlich beeinflußt sind. (Auch wenn L1 ≠ L2 ist, werden ähnliche Effekte
erhalten, wenn L1·C1
= L2·C2
ist.) Wenn sich die Münze 2 zwischen
den Spulen L1 und L2 hindurch bewegt, verschieben sich die Amplituden
der Schwingungen in einem Ausmaß,
das vom Materialgehalt der Münze
abhängt.
Das hochfrequente Ausgangssignal wird vor allem durch das Material
an der Außenseite
der Münze
beeinflußt
und das niederfrequente Ausgangssignal sowohl vom Außenmaterial als
auch dem Innenmaterial. In einer ummantelten Münze übt das innere oder Kernmaterial
einen wesentlichen Einfluß aus.
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Die
Veränderungen
in den Amplituden der Ausgangssignale bei den beiden Frequenzen
an den Knoten A und C werden überwacht,
und der Spitzenwert der Veränderung
wird jeweils als Meßwert
verwendet. Vorzugsweise beruhen die Messungen auf der Beziehung
zwischen den Spitzenwerten und den Werten beim Nichtvorhandensein
einer Münze
(zum Beispiel dem Unterschied oder dem Verhältnis zwischen dem Spitzenwert
und dem Leerlaufwert). Die beiden Messungen werden mit Akzeptanzkriterien
für die
jeweiligen Nennwerte verglichen. Es können auch weitere Messungen
unter Verwendung der gleichen oder anderer Sensoren erfolgen. Zum
Beispiel können
zusätzlich
zu den oder anstelle der Amplitudenänderungen die Frequenzänderungen
eines oder beider Oszillatoren in der Oszillatorschaltung der 2 überwacht
werden. Diese und andere Sensoren können auch dazu verwendet werden,
um Meßwerte
zu erhalten, die vor allem von der Dicke und dem Durchmesser der
Münze abhängen.
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Da
die Oszillatorschaltung der 2 den Einfluß der Münze auf
zwei verschiedene Frequenzen feststellt, ist sie besonders dafür geeignet,
zwischen homogenen und ummantelten Münzen zu unterscheiden. Dadurch,
daß die
gleichen Spulen gleichzeitig für
beide Frequenzen verwendet werden, ergibt sich eine besonders empfindliche
und kompakte Anordnung.
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Die 3 und 4 zeigen
eine Modifikation der oben beschriebenen Ausführungsform, wobei gleiche Bezugszeichen
entsprechende Größen bezeichnen.
In dieser alternativen Ausführungsform
befindet sich statt einer einzigen Spule auf jeder Seite des Münzweges
ein Spulenpaar. Zum Beispiel befindet sich, wie in der 3 gezeigt,
auf der Plattenseite des Münzprüfers neben
der Spule L1 eine weitere Spule L3. In der vorliegenden Ausführungsform
ist die Spule L3 innerhalb der Spule L1 angeordnet. Beide befinden
sich auf dem gleichen Ferritkern 300, von dem sich ein
Teil in den Ringspalt zwischen den beiden Spulen erstreckt, um die
Spulen zu isolieren, wobei die Techniken der EP-A-489 041 angewendet werden.
Der Aufbau der Spulen auf der Deckelseite des Münzprüfers ist entsprechend, er umfaßt eine äußere Spule
L2 und eine innere Spule L4.
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Wie
in der 4 gezeigt, sind bei dem Oszillator, der den Inverter
U1 umfaßt,
die Spulen wie in der 2 in einer Rückkoppelschleife verbunden,
im vorliegenden Fall sind jedoch die Spulen L1 und L3 in Reihe geschaltet,
und auch die Spulen L2 und L4 sind in Reihe geschaltet, wobei die
reihengeschalteten Spulen L1 und L3 parallel zu den reihengeschalteten
Spulen L2 und L4 geschaltet sind.
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Der
Oszillator mit dem Transistor Q1 und den Kondensatoren C3 und C4
ist in diesem Fall mit dem Knoten A' zwischen den Spulen L1 und L3 verbunden,
so daß der
Resonanzkreis durch die Induktivitäten L1 und L3 gebildet wird,
die (da die Knoten B und C wie in der 2 effektiv
virtuelle Erden sind) miteinander und mit den reihengeschalteten
Kondensatoren C3 und C4 parallel geschaltet sind. Durch einen Transistor
Q2, Kondensatoren C5 und C6 und einen Widerstand R3 wird ein weiterer
Oszillator von ähnlichem
Aufbau gebildet, der mit dem Knoten A'' zwischen
den Induktivitäten
L2 und L4 verbunden ist. Es gibt daher einen weiteren Resonanzkreis,
der durch die parallelgeschalteten Induktivitäten L2 und L4 gebildet wird,
die zu den reihengeschalteten Kondensatoren C5 und C6 parallel geschaltet
sind.
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Die
beiden Oszillatoren mit den Transistoren Q1 und Q2 arbeiten mit
relativ hohen, unterschiedlichen Frequenzen, so daß die Kondensatoren
C1 und C2 effektiv kurzgeschlossen sind. Diese Kurzschlüsse halten
die hohen Frequenzen vom niederfrequenten Ausgangssignal am Knoten
C fern. Da L2 = L4, L1 = L3 und C1 = C2 ist, tritt die niedrige
Frequenz des Oszillators, der den Inverter U1 umfaßt, an den Knoten
A' und A'' nicht in Erscheinung.
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Die
Schaltung der 4 kann daher Münzen mittels
drei verschiedenen Frequenzen prüfen
und drei getrennte Ausgangssignale erzeugen. In diesem Fall sind
im Gegensatz zur Anordnung der 2 die Spulen
auf den gegenüberliegenden
Seiten des Münzweges
für den
niederfrequenten Oszillator parallel geschaltet.
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Gegebenenfalls
kann der dritte Oszillator mit dem Transistor Q2 und den Kondensatoren
C5 und C6 und dem Widerstand R3 weggelassen werden, wobei dann der
Oszillator mit dem Transistor Q1 mit den beiden Knoten A' und A'' verbunden wird.
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Die
Inhalte der WO-A-93/22747, der EP-A-17370, der US-A-S 337 877 und
der EP-A-489041 werden hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen.
Insbesondere können
die Techniken zum Verarbeiten der Ausgangssignale der Spulen und
zum Überprüfen dieser
Ausgangssignale, ob sie echte Münzen
anzeigen, verwendet werden, die in diesen Druckschriften beschrieben
oder an sich allgemein bekannt sind. Zum Beispiel ist es allgemein bekannt,
Meßwerte
für Münzen zu
ermitteln und Akzeptanzprüfungen
vorzunehmen, die normalerweise auf gespeicherten Akzeptanzdaten
beruhen. Eine übliche
Technik (siehe z.B. die GB-A-1 452 740) umfaßt das Speichern von "Fenstern", d.h. oberen und unteren
Grenzwerten, für
jede Prüfung.
Wenn die Meßwerte
für eine
Münze innerhalb
des jeweiligen Satzes von oberen und unteren Grenzwerten liegen, wird
angenommen, daß die
Münze eine
akzeptable Münze
mit einem bestimmten Nennwert ist. Die Akzeptanzdaten können statt
dessen auch einen vorgegebenen Wert wie einen Mittelwert darstellen,
wobei dann geprüft
wird, ob die Meßwerte
innerhalb eines vorgegebenen Bereichs um diesen Wert liegen. Alternativ
können
die Akzeptanzdaten dazu verwendet werden, jeden Meßwert zu
modifizieren, wobei die Prüfung
dann den Vergleich des modifizierten Ergebnisses mit einem festen
Wert oder einem Fenster umfaßt.
Alternativ können
die Akzeptanzdaten eine Tabelle darstellen, auf die mit den Meßwerten
zugegriffen wird, wobei dann das Ausgangssignal anzeigt, ob die
Meßwerte
für einen
bestimmten Nennwert passen (siehe z.B. die EP-A-O 480 736 und die
US-A-4 951 799). Anstelle von eigenen Akzeptanzkriterien für jede Prüfung können die
Meßwerte
auch kombiniert und das Ergebnis mit gespeicherten Akzeptanzdaten
verglichen werden (vgl. die GB-A-2 238 152 und die GB-A-2 254 949). Alternativ
können
einige dieser Techniken kombiniert werden, z.B. durch Verwenden
der Akzeptanzdaten als Koeffizienten (die z.B. mittels eines neuronalen
Netzes abgeleitet werden) zur Kombination der Meßwerte und möglicherweise
zum Ausführen
eines Tests am Ergebnis. Eine weitere Möglichkeit ist es, die Akzeptanzdaten
zur Definition der Bedingungen zu verwenden, unter denen eine Prüfung erfolgt
(z.B. wie in der US-A-4
625 852).
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Der
vorliegende Bezug auf durch den Münzprüfer "zu prüfende" Münzen
betrifft hier Münzen
eines bestimmten Nennwerts, die in der Masse mittlere Eigenschaften-Meßwerte zeigen,
die in die Bereiche fallen, von denen der Münzprüfer annimmt, daß sie einen
bestimmten Münztyp
darstellen.
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Die
Erfindung wurde vorliegend in Verbindung mit Münzprüfern beschrieben, es ist jedoch
anzumerken, daß die
Bezeichnung "Münze" jede Münze (gültig oder
gefälscht),
Wertmarke, Falschmünze, Unterlegscheibe
und andere metallische Objekte oder Gegenstände umfassen soll und insbesondere jedes
metallische Objekt und jeden metallischen Gegenstand, das bzw. der
dazu verwendet werden kann, eine Münzvorrichtung oder ein Münzsystem
zu betätigen.
Eine "gültige Münze" ist eine authentische Münze, eine
authentische Wertmarke und dergleichen und insbesondere eine authentische
Münze eines
Währungssystems
oder eines Systems, in dem oder mit dem eine Münzvorrichtung oder ein Münzsystem
betätigt
werden soll, wobei die Münze
oder Wertmarke einen Nennwert hat, den die Münzvorrichtung oder das Münzsystem
selektiv aufnimmt und als Wertgegenstand behandelt.
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Auch
wenn die Erfindung vorliegend hauptsächlich in Verbindung mit Münzprüfern beschrieben wurde,
kann sie auch auf Geldprüfer
allgemein angewendet werden, zum Beispiel in einem Banknotenprüfer, wobei
die Oszillatoren dazu verwendet werden können, magnetische Farben und/oder
magnetische Fäden
zu erfassen.
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Der
erfindungsgemäße Oszillator
kann auch in anderen Bereichen verwendet werden.