EP0694888A1 - Einrichtung zur Prüfung von Münzen oder flachen Gegenständen - Google Patents

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EP0694888A1
EP0694888A1 EP94111909A EP94111909A EP0694888A1 EP 0694888 A1 EP0694888 A1 EP 0694888A1 EP 94111909 A EP94111909 A EP 94111909A EP 94111909 A EP94111909 A EP 94111909A EP 0694888 A1 EP0694888 A1 EP 0694888A1
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EP
European Patent Office
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coin
time
light barrier
covering
acceleration
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Manuel Vasconcelos
Yves Weilenmann
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Electrowatt Technology Innovation AG
Original Assignee
Landis and Gyr Technology Innovation AG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G07CHECKING-DEVICES
    • G07DHANDLING OF COINS OR VALUABLE PAPERS, e.g. TESTING, SORTING BY DENOMINATIONS, COUNTING, DISPENSING, CHANGING OR DEPOSITING
    • G07D5/00Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of coins, e.g. for segregating coins which are unacceptable or alien to a currency
    • G07D5/02Testing the dimensions, e.g. thickness, diameter; Testing the deformation

Definitions

  • the invention relates to a device for checking the authenticity of coins or other flat objects of the type mentioned in the preamble of claim 1.
  • Such coin validators are suitable, for example, for the identification of coins in telephone sets, vending machines, payers for measuring energy, etc.
  • a coin validator of the type mentioned in the preamble of claim 1 is known from FR 1'605'182.
  • Two light barriers are provided along a coin channel, the time span that a coin needs to get from the first light barrier to the second light barrier and the time span during which the coin covers the second light barrier are compared with predetermined reference values. Such a measurement implicitly represents a determination of a chord length of the coin.
  • a pawl which can be actuated by a relay is necessary, which stops the inserted coin and then releases the coin channel for the coin.
  • a coin validator is known in which there is a pawl for opening the coin channel, a magnet braking the coin depending on its specific properties and two light barriers for determining the speed of the coin after passing the magnet.
  • the acceleration of the coin on the way from the first to the second light barrier is not taken into account.
  • two further light barriers are provided in front of the brake magnet, with which the speed of the coin can be determined before it enters the magnetic field of the magnet.
  • EP 119,936 A1 discloses a coin validator for determining the diameter of a coin by means of two light barriers. The coin rolls along a coin channel and is subject to constant acceleration. An average speed is calculated from the time periods during which the coin covers the two light barriers and is used to correct the influence of the acceleration on the determination of the diameter.
  • the invention is based on the object of proposing a coin validator in which the chord length of a coin to be tested can be determined in a simple and precise manner regardless of initial conditions.
  • the device has a coin channel K, two light barriers L1 and L2 and electronic means E for detecting and evaluating the electrical signals emitted by the light barriers L1 and L2.
  • the coin channel K is designed and provided with energy-absorbing elements in such a way that a jumping or jumping of the coin M between the two light barriers L1 and L2 is normally impossible.
  • the coin channel K is designed as an inclined plane SE, which is inclined by the angle ⁇ with respect to the horizontal H.
  • the coin M On the inclined plane SE between the two light barriers L1 and L2, the coin M now moves down with constant acceleration, which arises as a result of the gravitational force and frictional forces.
  • the movement can be rolling without sliding, sliding without rolling, or a combination of rolling and sliding.
  • the light barriers L1 and L2 are arranged above the inclined plane SE at a predetermined, identical height h and at a mutually predetermined distance L.
  • the distance traveled by the coin M on the level SE at time t is designated by the coordinate x (t).
  • the coin M has a mass m, a radius R and an moment of inertia I.
  • the moment of inertia I is related to the axis of rotation leading through the center of gravity of the coin M.
  • the length of the chord of the coin M running parallel to the inclined plane SE at the height h is denoted by B.
  • the center of gravity of the coin M moves with the speed v (t).
  • the rotation of the coin M around its center of gravity takes place with the angular velocity ⁇ (t).
  • the energy E of the coin M is composed of potential energy E pot , kinetic energy E kin of the center of gravity and rotational energy E rot with respect to its center of gravity:
  • the times t 1 denote the end of covering the first light barrier L1, t 2 the start of covering the second light barrier L2 and t 3 the end of covering the second light barrier L2, so that the following equations (6), (7), (8) surrender By solving this system of equations (6), (7), (8) one obtains
  • the formula (9) for determining the chord length B of the coin M does not contain any terms which depend on its initial velocity v0, its initial angular velocity ⁇ 0 or on any physical constants.
  • the times t1, t2 and t3 thus actually correspond to time differences.
  • the radius R of the coin M can be calculated from the chord length B and the height h
  • the acceleration of the coin M can also be calculated from the times t 1, t 2 and t 3.
  • the ratio of moment of inertia I to mass m of the coin M can be determined using formulas (4), (10) and (11):
  • the determination of the chord length B can still be determined by means of the formula (9) from the times t 1, t 2 and t 3.
  • chord length B is also valid for the case that the coin M rolls and slides, provided that the acceleration a of its center of gravity is approximately constant from the time t0 to the time t3, that is on the distance between the two light barriers L1 and L2.
  • the lines emitted by the light barriers L1 and L2 are fed to two inputs of a microprocessor, so that the distance L between the two light barriers L1 and L2 can be set as desired.
  • the distance L is chosen to be larger than the chord B of the largest coin to be measured. Then the two light barriers L1 and L2 are never covered at the same time, so that the output signals of both light barriers L1 and L2 can be fed to a common input of the microprocessor.
  • the microprocessor receives two pulses one after the other in both versions.
  • the other three edges of the two pulses then determine the three times t1, t2 and t3.
  • the microprocessor uses the formula (9), the microprocessor then calculates the chord length B of the coin M, which serves as at least one decision criterion for accepting or rejecting the coin M.
  • the specified formulas can of course be transformed or, if necessary, even replaced by an approximate formula, so that rounding errors can be avoided as far as possible when performing the calculation using a microprocessor.
  • the advantage of the device described is that neither the initial speed v0 nor the initial angular speed 0 also consider the effective acceleration a of the coin M on its way from the first to the second light barrier in determining the chord length B.
  • a stop device which can be actuated by means of a magnet, for example, in the coin channel in front of the first light barrier L1 is not required.
  • the chord length B of a coin M is of the formula (9) with a Accuracy can be determined, which is in the alcohol range.
  • the proposed coin validator is therefore particularly suitable for use in a device that is supposed to accept coins of different sizes and different currencies.
  • the moment of inertia I of the coin M depends on the type and number of alloys from which the coin M is formed. If the coin M consists of several alloys, the moment of inertia I also depends on the geometric arrangement of the different alloys within the coin M. The ratio of the moment of inertia to the mass I / m is therefore another variable that characterizes the coin M. If the coin M rolls in the coin channel without sliding, the ratio I / m can be used as a decision criterion for accepting or rejecting the coin M, which makes it unnecessary to install an inductive sensor for determining the alloy composition in the coin validator.
  • the device can also have other sensors for measuring other properties such as the thickness of the coins to be checked, which then also serve as a decision criterion for the acceptance or rejection of the coin M.

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Abstract

Eine Einrichtung zur Prüfung der Echtheit von Münzen, Jetons oder anderen flachen Gegenständen weist zwei Lichtschranken (L1, L2) auf welche auf einer gegenüber der Horizontalen (H) um einen Winkel Θ geneigten Bahn auf der gleichen Höhe (h) angeordnet sind und einen gegenseitigen Abstand (L) aufweisen. Die zu prüfende Münze (M) löst beim Beginn des Abdeckens der ersten Lichtschranke (L1) eine Zeitmessung aus. Aus den weiter gemessenen Zeitpunkten t1 beim Ende des Abdeckens der ersten Lichtschranke (L1), t2 beim Beginn des Abdeckens der zweiten Lichtschranke (L2) und t3 beim Ende des Abdeckens der zweiten Lichtschranke (L2) ist die Sehnenlänge (B) der Münze (M) bestimmbar unter der Voraussetzung, dass die Münze (M) vom Zeitpunkt t0 des Beginns des Abdeckens der ersten Lichtschranke (L1) bis zum Zeitpunkt t3 des Endes des Abdeckens der zweiten Lichtschranke (L2) einer annähernd konstanten Beschleunigung unterliegt. Dabei spielen die Anfangsgeschwindigkeit der Münze (M) und ihre anfängliche Winkelgeschwindigkeit keine Rolle. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Prüfung der Echtheit von Münzen oder anderen flachen Gegenstanden der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
  • Solche Münzprüfer eignen sich beispielsweise für die Identifizierung von Münzen bei Telefonapparaten, Verkaufsautomaten, Zahlern zur Messung von Energie etc.
  • Ein Münzprüfer der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der FR 1'605'182 bekannt. Entlang eines Münzkanals sind zwei Lichtschranken vorgesehen, wobei die Zeitspanne, welche eine Münze benötigt, um von der ersten Lichtschranke zur zweiten Lichtschranke zu gelangen, und die Zeitspanne, während der die Münze die zweite Lichtschranke abdeckt, mit vorgegebenen Referenzwerten verglichen werden. Eine solche Messung stellt implizit eine Ermittlung einer Sehnenlänge der Münze dar. Zur Vermeidung unterschiedlicher Anfangsgeschwindigkeiten ist eine von einem Relais betätigbare Klinke nötig, welche die eingeworfene Münze stoppt und anschliessend den Münzkanal für die Münze freigibt.
  • Aus der DE 2'015'058 C2 ist ein Münzprüfer bekannt, bei der eine Klinke zur Freigabe des Münzkanals, ein die Münze je nach ihren spezifischen Eigenschaften abbremsender Magnet sowie zwei Lichtschranken zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Münze nach dem Passieren des Magneten vorhanden sind. Eine Berücksichtigung der Beschleunigung der Münze auf dem Weg von der ersten zur zweiten Lichtschranke ist nicht vorgesehen. Zur weiteren Erhöhung der Zuverlässigkeit der Münzendetektion sind zwei weitere Lichtschranken vor dem Bremsmagneten vorgesehen, mit welchen die Geschwindigkeit der Münze vor dem Eintritt ins Magnetfeld des Magneten bestimmbar ist.
  • Aus der EP 119'936 A1 ist ein Münzprüfer bekannt zur Bestimmung des Durchmessers einer Münze mittels zweier Lichtschranken. Die Münze rollt entlang eines Münzkanals und unterliegt dabei einer konstanten Beschleunigung. Aus den Zeitspannen, während derer die Münze die beiden Lichtschranken bedeckt, wird eine mittlere Geschwindigkeit berechnet und zur Korrektur des Einflusses der Beschleunigung auf die Bestimmung des Durchmessers verwendet.
  • Aus der EP 483 451 A1 ist es bekannt, das arithmetische Mittel der Zeiten, während denen eine entlang eines Münzkanals rollende Münze zwei Lichtschranken bedeckt, zur Bestimmung der Sehnenlänge der Münze heranzuziehen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Münzprüfer vorzuschlagen, bei dem die Sehnenlänge einer zu prüfenden Münze unabhängig von Anfangsbedingungen auf einfache und genaue Weise bestimmbar ist.
  • Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt eine Einrichtung zur Prüfung der Echtheit von Münzen oder Jetons oder anderen flachen Gegenständen. Die Einrichtung weist in an sich bekannter Weise einen Münzkanal K, zwei Lichtschranken L1 und L2 sowie elektronische Mittel E zur Erfassung und Auswertung der von den Lichtschranken L1 und L2 abgegebenen elektrischen Signale auf. Im Bereich vom Münzeinlass bis zur ersten Lichtschranke L1 ist der Münzkanal K so ausgebildet und mit energieabsorbierenden Elementen versehen, dass ein Hüpfen oder Springen der Münze M zwischen den beiden Lichtschranken L1 und L2 im Normalfall ausgeschlossen ist. Im Bereich zwischen den beiden Lichtschranken L1 und L2 ist der Münzkanal K als schiefe Ebene SE ausgebildet, die gegenüber der Horizontalen H um den Winkel Θ geneigt ist. Auf der schiefen Ebene SE zwischen den beiden Lichtschranken L1 und L2 bewegt sich die Münze M nun bei konstanter Beschleunigung hinab, die sich als Folge der Gravitationskraft und von Reibungskräften einstellt. Die Bewegung kann ein Rollen ohne Gleiten, ein Gleiten ohne Rollen oder eine Kombination von Rollen und Gleiten sein. Die Lichtschranken L1 und L2 sind oberhalb der schiefen Ebene SE auf einer vorbestimmten, gleichen Höhe h und in einem gegenseitig vorbestimmten Abstand L angeordnet. Die von der Münze M auf der Ebene SE zur Zeit t zurückgelegte Wegstrecke ist mit der Koordinate x(t) bezeichnet. Die Nullpunkte x₀ und t₀ der Koordinatenachse x und der Zeit t sind so gewählt, dass x₀ = 0 bzw. t₀ = 0 ist, wenn die Münze M beginnt, die erste Lichtschranke L1 abzudecken.
  • Die Münze M weist eine Masse m, einen Radius R und ein Trägheitsmoment I auf. Das Trägheitsmoment I ist bezogen auf die durch den Schwerpunkt der Münze M führende Drehachse. Für eine homogene Münze gilt bekanntlich I=½mR 2
    Figure imgb0001
    . Die Länge der parallel zur schiefen Ebene SE verlaufenden Sehne der Münze M auf der Höhe h ist mit B bezeichnet. Der Schwerpunkt der Münze M bewegt sieh mit der Geschwindigkeit v(t). Die Drehung der Münze M um ihren Schwerpunkt erfolgt mit der Winkelgeschwindigkeit ω(t). Die Energie E der Münze M setzt sich zusammen aus potentieller Energie Epot, kinetischer Energie Ekin des Schwerpunktes und Rotationsenergie Erot bezüglich ihres Schwerpunktes: E = E pot + E kin + E rot = mg sin Θ (L + B -x) + ½mv 2 + ½Iω 2
    Figure imgb0002
    wobei g die Erdbeschleunigung bezeichnet.
  • Zum Zeitpunkt t₀ = 0 hat die Geschwindigkeit v der Münze M den Wert v₀, ihre Winkelgeschwindigkeit ω den Wert ω₀, so dass gilt
    Figure imgb0003

    Aus dem Gesetz der Energieerhaltung ergibt sich die Gleichung
    Figure imgb0004

    Für den Fall, dass die Münze rollt ohne zu gleiten, gilt v = Rω
    Figure imgb0005
    . Durch Differentiation der Gleichung (3) nach der Zeit t erhält man somit eine konstante Beschleunigung a₁
    Figure imgb0006

    Durch Integration ergibt sich
    Figure imgb0007

    Beim Rollen entlang des Münzkanals deckt die Münze M nacheinander die beiden Lichtschranken L1 und L2 ab. Es bezeichnen die Zeitpunkte t₁ das Ende des Abdeckens der ersten Lichtschranke L1, t₂ den Beginn des Abdeckens der zweiten Lichtschranke L2 und t₃ das Ende des Abdeckens der zweiten Lichtschranke L2, so dass sich folgende Gleichungen (6), (7), (8) ergeben
    Figure imgb0008

    Durch Auflösung dieses Gleichungssystems (6), (7), (8) erhält man
    Figure imgb0009

    Die Formel (9) zur Bestimmung der Sehnenlänge B der Münze M enthält keinerlei Terme, die von ihrer Anfangsgeschwindigkeit v₀, ihrer anfänglichen Winkelgeschwindigkeit ω₀ oder von irgendwelchen physikalischen Konstanten abhängen. Die Sehnenlänge B ergibt sich allein aus dem vorbestimmten Abstand L der beiden Lichtschranken L1 und L2 und den zu messenden Zeitpunkten t₁, t₂ und t₃, wobei die Zeitachse so zu wählen ist, dass t₀ = 0 gilt. Die Zeitpunkte t₁, t₂ und t₃ entsprechen somit eigentlich Zeitdifferenzen. Der Radius R der Münze M ist aus der Sehnenlänge B und der Höhe h berechenbar zu
    Figure imgb0010

    Mit der Formel (10) lässt sich die Beschleunigung der Münze M ebenfalls aus den Zeitpunkten t₁, t₂ und t₃ berechnen. Unter der Voraussetzung, dass die Münze M rollt ohne zu gleiten, ist mittels der Formeln (4), (10) und (11) das Verhältnis von Trägheitsmoment I zu Masse m der Münze M bestimmbar:
    Figure imgb0011

    Für den Fall, dass die Münze M gleitet ohne zu rollen, verschwindet ihre Rotationsenergie und es ergibt sich ebenfalls eine konstante Beschleunigung a₂ a 2 = dv dt = g sin Θ
    Figure imgb0012
    mit der Lösung x(t) = ½a 2 t 2 + v 0 t = ½g sin Θ t 2 + v 0 t
    Figure imgb0013
    Wie leicht zu sehen ist, ist die Bestimmung der Sehnenlänge B nach wie vor mittels der Formel (9) aus den Zeitpunkten t₁, t₂ und t₃ bestimmbar. Die Formel (9) zur Bestimmung der Sehnenlänge B ist weiter auch gültig für den Fall, dass die Münze M rollt und gleitet, unter der Voraussetzung, dass die Beschleunigung a ihres Schwerpunktes vom Zeitpunkt t₀ bis zum Zeitpunkt t₃ annähernd konstant ist, das ist auf der Strecke zwischen den beiden Lichtschranken L1 und L2.
  • Die Messung der Zeitpunkte t₀, t₁, t₂ und t₃ kann mit an sich bekannten Methoden mit hoher Genauigkeit erfolgen. Bei einer ersten Ausführung der Einrichtung zur Prüfung von Münzen sind die von den Lichtschranken L1 und L2 abgegebenen Signale aufgetrennten Leitungen auf zwei Eingänge eines Mikroprozessors zugeführt, so dass der Abstand L der beiden Lichtschranken L1 und L2 beliebig festlegbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausführung ist der Abstand L grösser als die Sehne B der grössten zu messenden Münze gewählt. Dann sind die beiden Lichtschranken L1 und L2 nie gleichzeitig abgedeckt, so dass die Ausgangssignale beider Lichtschranken L1 und L2 einem gemeinsamen Eingang des Mikroprozessors zuführbar sind. Bei der Passage einer Münze M an den Lichtschranken L1 und L2 vorbei treffen beim Mikroprozessor bei beiden Ausführungen nacheinander zwei Impulse ein. Die Anstiegsflanke des ersten Impulses startet beim Mikroprozessor eine Zeitmessung, setzt also t₀ = 0. Die anderen drei Flanken der beiden Impulse bestimmen dann die drei Zeitpunkte t₁, t₂ und t₃. Mittels der Formel (9) berechnet der Mikroprozessor anschliessend die Sehnenlänge B der Münze M, welche als wenigstens ein Entscheidungskriterium über die Annahme oder Zurückweisung der Münze M dient.
  • Die angegebenen Formeln können natürlich umgeformt werden oder allenfalls sogar durch eine Näherungsformel ersetzt werden, so dass bei der Durchführung der Berechnung mittels eines Mikroprozessors Rundungsfehler möglichst vermeidbar sind.
  • Der Vorteil der beschriebenen Einrichtung ist darin zu sehen, dass weder die Anfangsgeschwindigkeit v₀ noch die anfängliche Winkelgeschwindigkeit
    Figure imgb0014
    Figure imgb0014
    ₀ noch die effektive Beschleunigung a der Münze M auf ihrem Weg von der ersten zur zweiten Lichtschranke in die Bestimmung der Sehnenlänge B eingehen. Eine mittels beispielsweise eines Magneten betätigbare Stoppvorrichtung im Münzkanal vor der ersten Lichtschranke L1 ist nicht erforderlich. Die Sehnenlänge B einer Münze M ist mit der Formel (9) mit einer Genauigkeit bestimmbar, die im Promillebereich liegt. Der vorgeschlagene Münzprüfer eignet sich deshalb vorzüglich zur Verwendung in einem Gerät, das Münzen unterschiedlicher Grösse und verschiedener Währungen annehmen soll.
  • Das Trägheitsmoment I der Münze M hängt ab von Art und Anzahl der Legierungen, aus denen die Münze M gebildet ist. Falls die Münze M aus mehreren Legierungen besteht, hängt das Trägheitsmoment I auch von der geometrischen Anordnung der verschiedenen Legierungen innerhalb der Münze M ab. Das Verhältnis von Trägheitsmoment und Masse I/m ist deshalb eine weitere, die Münze M charakterisierende Grösse. Falls die Münze M im Münzkanal rollt ohne zu gleiten, ist das Verhältnis I/m als Entscheidungskriterium über die Annahme oder Zurückweisung der Münze M verwendbar, wodurch sich der Einbau eines induktiven Sensors zur Bestimmung der Legierungszusammensetzung in den Münzprüfer erübrigt.
  • Die Einrichtung kann auch weitere Sensoren aufweisen zur Messung anderer Eigenschaften wie z.B. der Dicke der zu prüfenden Münzen, welche dann ebenfalls als Entscheidungskriterium über die Annahme oder Zurückweisung der Münze M dienen.

Claims (7)

  1. Einrichtung zur Prüfung der Echtheit von Münzen (M), Jetons oder anderen flachen Gegenständen, mit einem Münzkanal (K) und mit elektronischen Mitteln (E), bei der die zu prüfende Münze (M) auf einer gegenüber der Horizontalen (H) um einen Winkel Θ geneigten Bahn zwei Lichtschranken (L1, L2) passiert, welche bezüglich der Bahn auf der gleichen Höhe h angeordnet sind und einen gegenseitigen Abstand L aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Mittel (E) beim Passieren der Münze (M) den Zeitpunkt t₀ des Beginns des Abdeckens der ersten Lichtschranke (L1), den Zeitpunkt t₁ des Endes des Abdeckens der ersten Lichtschranke (L1), den Zeitpunkt t₂ des Beginns des Abdeckens der zweiten Lichtschranke (L2) und den Zeitpunkt t₃ des Endes des Abdeckens der zweiten Lichtschranke (L2) erfassen und die Sehnenlänge B der Münze (M) aus diesen vier Zeitpunkten t₀, t₁, t₂, t₃ berechnen unter der Voraussetzung, dass die Münze (M) vom Zeitpunkt t₀ des Beginns des Abdeckens der ersten Lichtschranke (L1) bis zum Zeitpunkt t₃ des Endes des Abdeckens der zweiten Lichtschranke (L2) einer annähernd konstanten Beschleunigung a unterliegt, und dass die Sehnenlänge B als Entscheidungskriterium für die Annahme oder Zurückweisung der Münze (M) dient.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sehnenlänge B berechnet wird mit der Formel
    Figure imgb0016
    wobei der Nullpunkt der Zeitmessung als t₀ = 0 festgelegt ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung a bestimmt wird und als Entscheidungskriterium für die Annahme oder Zurückweisung der Münze (M) dient.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung a der Münze (M) bestimmt wird zu
    Figure imgb0017
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Trägheitsmoment I und Masse m der Münze (M) bestimmt wird und als Entscheidungskriterium für die Annahme oder Zurückweisung der Münze (M) dient.
  6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Trägheitsmoment I und Masse m der Münze (M) bestimmt wird mittels der Beziehung
    Figure imgb0018
    wobei
    Figure imgb0019
    ist, g die Erdbeschleunigung bezeichnet und die Beschleunigung a nach Anspruch 4 zu berechnen ist.
  7. Einrichtung zur Prüfung von Münzen (M) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie Münzen (M) verschiedener Währungen akzeptiert.
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