Münzprüfer: Falschmünzen erkennen und ihren Weg verfolgen

Eine Münze durchläuft fünf Prüfstellen

Wirft man eine Münze in einen Getränkeautomaten, scheint etwa eine Sekunde lang nichts zu geschehen. Dann klappert es leise, die Anzeige ändert sich und die Münze wird gezählt, oder sie rasselt direkt hinunter in die Rückgabeschale. In dieser Sekunde hat der Automat die Münze auf mehrere Arten gemessen und jedes Ergebnis mit dem verglichen, was eine echte Münze liefern müsste. Das Bild auf der Vorderseite sieht er nie an. Er prüft Größe, Gewicht und Metall.

Die Ausstellung beginnt an einer Straßenecke mit sieben Maschinen. In der Mitte steht ein Münzprüfer der Bauart, die Benjamin Fry von National Slug Rejectors 1942 patentieren ließ, in 3,5-facher Größe in einem klaren Gehäuse auf einem Sockel. Daneben steht ein Dosenautomat in Originalgröße, 183 cm hoch, mit durchsichtiger rechter Seite, sodass man seine Dosensäulen sehen kann. Weiter hinten folgen ein elektronischer Münzprüfer, ein Banknotenprüfer, Heros Münzgefäß für Wasser aus Alexandria, eine gusseiserne Postkartensäule nach Art der 1880er-Jahre und ein Snackautomat mit Glasfront und Spiralen. Die Figur ist in Ihrer Körpergröße gezeichnet.

Beim Öffnen der Seite fallen zwei koreanische 500-Won-Münzen in den Prüfer. Jede fällt durch den Schlitz, wird von einer Lehre vermessen, auf einer kleinen Wippe gewogen, rollt eine Rampe hinab, läuft zwischen den Polen eines Magneten hindurch und fliegt von einer Kante in die Münzkasse. Nach der zweiten Münze beträgt das Guthaben 1000 Won, und eine Dose rollt aus dem Automaten. Dann kommt eine Stahl-Unterlegscheibe, die nie über den ersten Magneten hinauskommt. Die gelben Zahlen 1 bis 5 auf der Rückseite des Prüfers markieren die fünf Prüfstellen. Diese Seite erklärt jede Prüfstelle, woher die Zahlen stammen und welche Teile ein Modell statt einer Messung sind.

Sie können 23 verschiedene Münzen und Falschstücke einwerfen: koreanische, japanische und amerikanische Münzen, eine Stahl-Unterlegscheibe, Scheiben aus Aluminium und Kupfer, eine Messingmarke, eine Neusilbermarke, eine angebohrte 500-Won-Münze und eine Messingmedaille. Sie können einstellen, für welche Münzen der Automat gebaut ist, wie stark der Magnet ist, wie hoch die Rampe liegt und wie breit das Gewichtsfenster ist, und beobachten, wo jede Münze stehen bleibt. Die Tabelle unter den Reglern schickt alle Münzen auf einmal durch den Prüfer, sodass eine einzige Änderung ihre Wirkung auf alle 23 zeigt.

Mit einer Münze mitfahren

Eine Münze wartet auf einem kleinen Tablett neben dem Prüfer, gelb umrandet. Ziehen Sie sie in den Schlitz oder tippen Sie sie an. Ist Münze verfolgen aktiv, fährt die Kamera neben der Münze her, 4-mal langsamer als in Echtzeit. Ein Streifen am Fuß der Bühne leuchtet die Prüfstellen der Reihe nach auf: den Schlitz, den Eisenmagneten, den Durchmesser, das Gewicht, die Geschwindigkeit nach dem Magneten und zuletzt die Münzkasse oder die Rückgabeschale. Jedes Feld zeigt, was die Prüfstelle gemessen hat, etwa 26,50 mm gegenüber einem Schlitz von 27,00 mm bei einer 500-Won-Münze oder 5,42 g auf der Wippe bei einer 100-Won-Münze. Ein Falschstück bleibt mit einem roten Feld an der Prüfstelle stehen, die es erkannt hat, und die Kamera fliegt zurück zur ganzen Maschine, sobald die Münze gelandet ist.

Was eine Maschine an Münzen messen kann

Eine Münze hat nur wenige Eigenschaften, die eine Maschine schnell und günstig lesen kann. Durchmesser und Dicke entscheiden, ob sie in einen Kanal passt. Ihre Masse entscheidet, ob sie eine Waage kippen kann. Ihr Metall entscheidet, wie sie sich in der Nähe eines Magneten oder einer Spule verhält. Die Bank of Korea erklärt, dass Münzbilder urheberrechtlich geschützt sind. Da Maschinen der hier gezeigten Art das Bild nie lesen, zeichnet die Ausstellung glatte Flächen und behält nur den Rand.

Die Bank of Korea führt die vier gültigen Münzen auf: Die 10 Won haben 18,00 mm und 1,22 g aus kupferplattiertem Aluminium; die 50 Won haben 21,60 mm und 4,16 g aus Neusilber (Cu 70, Zn 18, Ni 12); die 100 Won haben 24,00 mm und 5,42 g aus Kupfernickel (Cu 75, Ni 25); die 500 Won haben 26,50 mm und 7,70 g aus demselben Kupfernickel. Die 500 Won tragen 120 Riffelungen am Rand, die 100 Won 110 und die 50 Won 109; der Rand der 10 Won ist glatt.

Die Japan Mint nennt 20 mm und 1 g für das 1-Yen-Stück aus Aluminium, 22 mm und 3,75 g für die 5 Yen aus Messing mit einem Loch von 5 mm, 23,5 mm und 4,5 g für die 10 Yen aus Bronze, 21 mm und 4 g für die 50 Yen aus Kupfernickel mit einem Loch von 4 mm, 22,6 mm und 4,8 g für die 100 Yen aus Kupfernickel sowie 26,5 mm und 7,1 g für die 500 Yen von 2021. Die US Mint nennt 19,05 mm und 2,50 g für den Cent, 21,21 mm und 5,00 g für den Nickel, 17,91 mm und 2,268 g für den Dime und 24,26 mm und 5,67 g für den Quarter.

Zwei davon sind enge Verwandte. Der US-Quarter ist 0,26 mm breiter und 0,25 g schwerer als die koreanischen 100 Won. Beide bestehen aus Kupfer und Nickel, doch der Quarter ist ein Sandwich: Außenschichten aus Kupfernickel sind mit einem Kern aus reinem Kupfer verbunden, weshalb die US Mint seine Zusammensetzung insgesamt mit 8,33 % Nickel statt 25 % angibt. Die 100 Won bestehen durch und durch aus Kupfernickel. Eine Maschine, die nur Größe und Gewicht misst, hätte Mühe, die beiden auseinanderzuhalten; eine Maschine, die das Metall liest, kann es.

Die Prägestätten geben Durchmesser und Masse an, aber nicht die mittlere Dicke, also rechnet die Ausstellung sie aus: Dicke = Masse ÷ (Dichte × Fläche). Für die 100 Won ergibt das 5,42 g ÷ (8,94 g/cm³ × 4,52 cm²) = 1,34 mm. Diese Zahl ist ein Modellwert. Eine echte Münze ist am Rand dicker und im Bildfeld dünner.

Erste Prüfung: der Schlitz

Der Schlitz ist der billigste aller Tests. Im Modell ist er nur einen halben Millimeter breiter als die größte Münze, die der Satz aufnimmt, beim koreanischen Satz also 27,0 mm. Eine Messingmedaille von 30 mm bleibt oben auf der Schlitzplatte liegen und wird zurückgegeben. Die Mechanik erreicht sie nie. Wählen Sie den Satz der Vereinigten Staaten, verengt sich der Schlitz auf 24,76 mm, weil der Quarter die größte Münze dieses Satzes ist, und nun wird auch die koreanische 500-Won-Münze schon am Schlitz abgewiesen.

Ein echter Prüfer kann zusätzlich die Dicke testen, damit eine verbogene Münze oder zwei dünne, zusammengeklebte Scheiben nicht hineingelangen. Das Modell prüft nur den Durchmesser.

Zweite Prüfung: Eisen und der erste Magnet

Die meisten Münzen bestehen aus Metallen, die ein Magnet nicht anzieht: Kupfer, Neusilber, Kupfernickel, Messing, Bronze, Aluminium. Unterlegscheiben und viele Marken sind dagegen aus Stahl. Der erste Magnet tut also das Naheliegende. Ein kleiner Permanentmagnet sitzt neben der Rinne, alles Eisenhaltige wird gegen ihn gezogen und bleibt dort hängen, während die guten Münzen vorbeifallen.

Die Idee ist alt. Im US-Patent 1,764,579, das Nels Petersen 1926 anmeldete und das 1930 erteilt wurde, sitzt ein Permanentmagnet über der Münzbahn, und eine eigene Rinne darunter fängt „Falschstücke mit magnetischen Eigenschaften“ auf. Das Problem eines Magneten, der Eisen festhält, ist, dass das Eisen dann die Rinne blockiert. Maschinen haben deshalb einen Rückgabehebel. Bei Frys Münzprüfer von 1942 öffnet eine einzige Bewegung die Sperre und macht alle Münzwege frei, was auch das Eisen vom Magneten streift. In der Ausstellung tut der Knopf Rückgabehebel dasselbe.

Dritte Prüfung: Größenlehre und Bahnen

Eine Maschine, die mehrere Münzen annimmt, sortiert sie zuerst nach dem Durchmesser. Fry beschreibt das direkt: Die Münzen werden aufgenommen und nach ihren üblichen Merkmalen des Nennwerts sortiert, bevor sie anderweitig geprüft werden, sodass jeder Nennwert nur Tests durchläuft, die allein für diesen Nennwert gemacht sind. Im Modell hat jede Münze des Satzes ihre eigene Bahn, und eine Münze geht auf die Bahn, deren Durchmesser sie auf 0,35 mm genau entspricht. Passt eine Münze zu keiner Bahn, fällt sie durch eine Klappe in die Abweisrinne.

Beim koreanischen Satz haben die Bahnen 21,60 mm, 24,00 mm und 26,50 mm. Ein japanisches 100-Yen-Stück mit 22,6 mm passt zu keiner davon und fällt durch. Ebenso die koreanischen 10 Won mit 18,00 mm, denn der Modellautomat nimmt sie nicht an. Eine Münze mit richtigem Durchmesser, aber falschem Wert, etwa der US-Quarter mit 24,26 mm, kommt auf die Bahn der 100 Won und muss erst später erkannt werden.

Vierte Prüfung: die Wägewippe

Auf ihrer Bahn rollt die Münze auf eine Wippe: ein kurzes Schienenstück auf einem Lager, auf dessen anderer Seite ein Gegengewicht sitzt. Eine ausreichend schwere Münze kippt die Wippe und rollt weiter. Eine zu leichte Münze tut das nicht und wird zurückgestoßen. Frys Prüfer verwendet Wippen dieser Art mit Gegengewichten, und seine Ansprüche sprechen davon, „zu leichte Falschmünzen“ zu sperren. Im Modell prüft die Wippe ein Fenster, standardmäßig ±4 % der Masse der echten Münze, sodass auch eine zu schwere Münze abgewiesen wird.

Das Fenster ist wichtig. Eine Aluminiumscheibe von 24 mm wiegt 2,2 g, weit unter 5,42 g, und wird zurückgestoßen. Die japanischen 500 Yen von 1982 wiegen 7,20 g, das sind 6,5 % weniger als die 7,70 g der 500 Won, also weist ein koreanischer Automat sie ab. Umgekehrt weist ein japanischer Automat, der auf die Münze von 1982 eingestellt ist, die 500 Won als 6,9 % zu schwer ab. Eine 500-Won-Münze, aus der so viel Metall herausgebohrt wurde, dass sie 7,2 g wiegt, besteht die Wippe dieses Automaten. Mit dem Regler Gewichtsfenster können Sie das Fenster bis auf 12 % erweitern und sehen, welche Fälschungen dann durchrutschen.

Die Rampe hinabrollen

Nach dem Wiegen wird die Münze oben auf einer Rampe losgelassen und rollt hinunter zum Magneten. Ein Detail dieser Rampe übersieht man leicht. Eine Scheibe, die ohne Rutschen rollt, erreicht aus derselben Höhe dieselbe Geschwindigkeit, ganz gleich, wie schwer oder groß sie ist. Die Energie ergibt m g h = ½ m v² + ½ I ω², und für eine volle Scheibe gilt I = ½ m R² und ω = v ÷ R, also v = √(2 g h ÷ 1,5). Masse und Radius kürzen sich heraus. Aus 30 mm Höhe beträgt die Geschwindigkeit √(2 × 9,81 × 0,03 ÷ 1,5) = 0,63 m/s, bei den 100 Won, den 500 Won und der Kupferscheibe gleichermaßen.

Eine Münze mit Loch rollt etwas langsamer, weil mehr von ihrer Masse weit von der Mitte entfernt liegt: Für einen Ring gilt I = ½ m (R² + r²). Die 5 Yen verlassen die Rampe etwas langsamer als die 10 Yen. Der Regler Rampenhöhe ändert die Fallhöhe zwischen 10 und 50 mm; die Geschwindigkeit wächst mit der Quadratwurzel der Höhe.

Da jede Münze mit derselben Geschwindigkeit am Magneten ankommt, geht jeder Unterschied in der Geschwindigkeit nach dem Magneten allein auf das Metall zurück. Das nutzt die nächste Prüfstelle.

Fünfte Prüfung: der bremsende Magnet

Die 100-Won-Münze wird von einem Magneten nicht angezogen. Halten Sie eine in die Nähe eines Kühlschrankmagneten, und nichts geschieht. Dennoch ist es in einem mechanischen Prüfer ein Magnet, der die 100 Won von einer Kupferscheibe gleicher Größe und gleichen Gewichts trennt.

Der Grund ist die Induktion. Bewegt sich eine Metallscheibe zwischen den Polen eines Magneten, erlebt jeder Teil der Scheibe, der in das Feld eintritt, eine Änderung des Felds, und ein elektrisches Feld treibt im Metall Ströme in Schleifen an. Das sind Wirbelströme. Ihre Dichte ist J = σ (v × B), wobei σ die elektrische Leitfähigkeit ist, v die Geschwindigkeit und B das Feld. Die Ströme selbst befinden sich im Magnetfeld, spüren also eine Kraft, und nach der Lenzschen Regel wirkt diese Kraft der Bewegung entgegen. Das Ergebnis ist eine Bremse, die ohne Berührung auskommt und proportional zur Geschwindigkeit ist.

Vidaurre und Kollegen von der Polytechnic University of Valencia schrieben diese Bremswirkung als F = −m α v, wobei α proportional zu σ mal dem Quadrat des Felds mal dem Volumen unter dem Magneten ist. Für eine Münze der Dicke t, die an einem Pol der Fläche A vorbeiläuft, beträgt die Kraft ungefähr F = k σ B² v t A, und die Masse der Münze ist m = ρ t A_coin, wobei ρ die Dichte ist. Die Dicke kürzt sich heraus, und die Verzögerung ist

a = −v ÷ τ, mit 1/τ = (σ ÷ ρ) × B² × k × (A_pole ÷ A_coin) ÷ (1 + k_roll).

Der letzte Faktor, 1 + k_roll = 1,5, steht dort, weil der Magnet neben der Bewegung auch die Drehung der Münze abbremsen muss. Daraus folgen zwei Dinge. Erstens hängt die Bremswirkung von σ ÷ ρ ab, der Leitfähigkeit je Dichte, ein leichtes, sehr gut leitendes Metall bremst also am stärksten. Zweitens sinkt die Geschwindigkeit wegen a = −v ÷ τ über jeden Millimeter um denselben Betrag: dv/dx = a ÷ v = −1/τ. Nach einer Länge L unter dem Magneten beträgt die Geschwindigkeit v₁ = v₀ − L ÷ τ.

Die Copper Development Association gibt die Leitfähigkeiten an. Reines Kupfer (Legierung C11000) hat 101 % IACS bei einer Dichte von 8,91. Kupfernickel mit 30 % Nickel (C71500), die Legierung in ihren Tabellen, die den 25 % der Münzen am nächsten kommt, hat nur 4,6 % IACS bei 8,94. Neusilber (C75700) hat 8 %, Gelbmessing (C27000) 27 %, handelsübliche Bronze (C22000) 44 %. Hundert Prozent IACS sind 5,8 × 10⁷ Siemens pro Meter. Kupfer leitet also bei gleicher Dichte etwa 22-mal besser als Kupfernickel.

Im Modell beträgt das Magnetfeld 0,30 T, die Pole messen 10 × 10 mm, und die Münze durchläuft unter ihnen 20 mm Laufbahn; k ist 0,5. Für die 100 Won ist 1/τ = (2,67 × 10⁶ ÷ 8940) × 0,09 × 0,5 × (100 ÷ 452) ÷ 1,5 = 1,98 pro Sekunde. Über 0,02 m sinkt die Geschwindigkeit um 0,02 × 1,98 = 0,040 m/s, von 0,63 auf 0,59 m/s. Bei der Kupferscheibe ist 1/τ gleich 43,6 pro Sekunde, und die Geschwindigkeit, die sie verlieren würde, 0,87 m/s, ist größer als die, die sie hat: Sie kriecht bis ans Ende der Laufbahn. Eine Messingmarke fällt auf 0,38 m/s. Diese Werte stammen aus der angenommenen Geometrie des Modells; die Vergleiche zwischen den Metallen stammen aus den Legierungsdaten.

Über die Kante und die Prüfschneide

Am Ende der Magnetbahn verlässt die Münze eine Kante und fliegt. Der Fall über 40 mm dauert √(2 × 0,04 ÷ 9,81) = 0,090 s, und in dieser Zeit bewegt sich eine Münze mit 0,59 m/s um 53,0 mm nach vorn. Unter der Kante steht die Prüfschneide, eine scharfe Kante, und dahinter ein Ablenker. Eine Münze, die dazwischen landet, fällt in die Münzkasse. Eine Münze, die zu kurz landet, fällt vor der Schneide in die Abweisrinne. Eine Münze, die zu weit fliegt, trifft den Ablenker und wird ebenfalls abgewiesen.

Frys Patent beschreibt genau den Fall zu kurzer Münzen: Falsche Quarter mit unzulässiger Zusammensetzung und zu hoher elektrischer Leitfähigkeit, etwa aus Kupfer, erhalten Wirbelströme, die die Münze „so stark abbremsen, dass sie praktisch senkrecht von der Kante fällt“. Im Modell werden die Fenster aus der echten Münze jeder Bahn bestimmt. Bei den koreanischen 100 Won landet die Münze bei 53,0 mm, und das Fenster reicht von 49,0 bis 57,0 mm. Die Kupferscheibe landet bei 0 mm und die Messingmarke bei 34,4 mm, beide zu kurz.

Der Graph auf der Bühne zeigt die Fenster des Satzes als grüne Bänder und die letzten Münzen als Punkte. Das Diagramm unter den Reglern zeichnet für jede Münze, wo sie landet, wenn sich der Magnet ändert.

Den Magneten abstimmen

Ein Prüfer wird im Werk abgestimmt, und seine Fenster sind fest. Verstellt man den Magneten gegenüber dieser Einstellung, wandern auch die echten Münzen aus ihren Fenstern. Der Regler Magnet zeigt das Feld als Anteil des Kalibrierwerts des Satzes.

Dreht man ihn auf null, verschwindet die Wirbelstromprüfung. Jede nichteisenhaltige Münze verlässt dann die Kante mit 0,63 m/s und landet bei 56,6 mm, innerhalb des Fensters der 100 Won, sodass die Kupferscheibe gleicher Größe und gleichen Gewichts angenommen wird. Bei so schwachem Magneten haftet auch Eisen nicht mehr, und die Stahl-Unterlegscheibe geht ebenfalls durch.

Dreht man ihn auf, werden die Kupfernickelmünzen etwas stärker gebremst, Münzen aus besser leitenden Metallen aber viel stärker. Eine Neusilbermarke mit Größe und Gewicht einer 100-Won-Münze landet bei der Werkseinstellung bei 50,2 mm, innerhalb des Fensters. Neusilber leitet nur 8 % IACS, bremst also kaum stärker als Kupfernickel. Im Modell nimmt jeder Magnet zwischen 109 % und 145 % des Werkswerts die 100 Won und die 500 Won weiterhin an, lässt aber die Marke zu kurz fallen. Die Aufgabe Magnet abstimmen verlangt, diesen Bereich zu finden. Er ist schmal, weil das Metall der Marke dem der Münze nahekommt.

Warum eine Prüfung nie genügt

Jede Prüfstelle fängt andere Falschstücke ab. Beim koreanischen Satz und den Werkseinstellungen bleibt die Messingmedaille am Schlitz stehen, die Stahl-Unterlegscheibe am ersten Magneten, die japanischen 100 Yen an der Größenlehre, die Aluminiumscheibe an der Wippe und die Kupferscheibe sowie die Messingmarke am Geschwindigkeitstest. Die Neusilbermarke besteht alle fünf. Die Tabelle unter den Reglern listet alle 23 Münzen mit der Prüfstelle, an der jede stehen bleibt, und aktualisiert sich bei jeder Änderung eines Reglers.

Der Quarter zeigt, warum die Prüfstellen zusammenwirken. Sein Durchmesser liegt innerhalb von 0,35 mm der 100 Won, also schickt ihn die Lehre auf die Bahn der 100 Won. Seine Masse liegt 4,6 % darüber, also weist ihn die Wippe beim Fenster von ±4 % ab. Erweitern Sie das Fenster auf 12 %, besteht der Quarter die Wippe, bremst aber wegen seines Kupferkerns unter dem Magneten zu stark: Er landet bei 4,1 mm und wird abgewiesen.

Die 500 Won und die 500 Yen

Die Japan Mint erklärt, dass die 500-Yen-Münze 1982 die 500-Yen-Note ersetzte, „als Antwort auf den Bedarf an einer Münze höheren Werts für den Einsatz in Verkaufsautomaten“. Das Finanzministerium Japans führt diese erste Münze als Kupfernickel (Cu 75, Ni 25), 26,5 mm und 7,20 g, ausgegeben von 1982 bis 1999. Die Bank of Korea weist darauf hin, dass die koreanischen 500 Won zuerst kamen, ausgegeben am 12. Juni 1982, und dass die beiden Münzen Metall und Durchmesser von 26,5 mm zufällig teilen.

Die Bank of Korea beschreibt auch, was danach geschah. Um 1999 wurden 500-Won-Münzen abgeschliffen oder angebohrt, damit japanische Automaten sie als 500 Yen annahmen. Die 500 Won sind etwas schwerer, sodass das Entfernen von Metall sie ins Gewichtsfenster brachte. Mit den veränderten Münzen konnte man Waren kaufen, und der Druck auf den Rückgabehebel konnte sogar eine echte 500-Yen-Münze zurückgeben. Japanische Automatenhersteller mussten Maschinen einbauen, die Münzen genauer beurteilten.

Im Jahr 2000 wechselte die 500-Yen-Münze zu Nickelmessing (Cu 72, Zn 20, Ni 8), behielt 26,5 mm und wiegt 7,00 g. 2021 änderte sie sich erneut zu einer zweifarbigen plattierten Münze von 7,1 g: ein Kern aus Kupfer zwischen Kupfernickelschichten, eingesetzt in einen Ring aus Nickelmessing. Die Japan Mint sagt, dass die Verwendung mehrerer verschiedener Materialien eine genauere Echtheitsprüfung erlaubt, und fügt eine schräge Riffelung unregelmäßiger Form, Mikroschrift und ein verstecktes Bild hinzu, das unter bestimmten Winkeln erscheint.

In der Ausstellung besteht die angebohrte 500-Won-Münze den Satz Japan 1999 des mechanischen Prüfers, weil ihr Metall und ihr Durchmesser denen der Münze von 1982 entsprechen und das Anbohren sie auf 7,2 g gebracht hat. Am elektronischen Prüfer mit dem Satz Japan 2021 wird sie abgewiesen, weil Kupfernickel ganz anders misst als Nickelmessing oder die plattierte Münze. Die Aufgabe Der Trick von 1999 verlangt, beides zu zeigen.

Elektronisch: Spulen und zwei Frequenzen

In einem elektronischen Prüfer rollt die Münze weiterhin eine Bahn hinab, aber statt an Magnet und Schneide läuft sie an Spulen vorbei, die mit Wechselstrom betrieben werden. Die Wirbelströme der Münze verändern Induktivität und Widerstand der Spule, und eine Schaltung misst die Änderung.

Patente zeigen, wie die Idee wuchs. Das Patent von UMC Industries von 1982 ergänzt neben der Echtheitsspule eines elektronischen Prüfers eine zweite Spule, um Kupferfalschstücke zu erfassen, die die erste Spule für echte Münzen halten könnte. Ein 1985 erteiltes Mars-Patent setzt die Münze zwischen eine Sende- und eine Empfangsspule und vergleicht die Phasenverschiebung bei einer überwachten niedrigen Frequenz mit der einer akzeptablen Münze. Ein Mars-Patent von 1994 behandelt Annahmefenster, die von echten Münzen lernen und sonst zu einem Falschstück hin driften könnten, das immer wieder eingeworfen wird. Ein 2009 erteiltes Patent von Scan Coin misst die Wirbelströme bei zwei Frequenzen, was nach seinen Angaben bei Münzen hilft, die einen Metallkern unter einer Schicht eines anderen Metalls haben.

Zwei Frequenzen helfen wegen des Skineffekts. Wechselströme drängen sich zur Oberfläche eines Leiters, innerhalb einer Eindringtiefe δ = √(2 ÷ (ω μ σ)). Bei 1 kHz beträgt δ in Kupfernickel etwa 9,7 mm, weit mehr als die Münze dick ist, sodass die Spule die ganze Münze sieht. Bei 200 kHz beträgt δ in Kupfernickel 0,69 mm und in Kupfer 0,15 mm, sodass die Spule hauptsächlich die Oberfläche sieht.

Der Prüfer im Modell liest drei Dinge: den Durchmesser über eine Lichtschranke sowie die Leitfähigkeit bei 1 kHz und bei 200 kHz. Die 100 Won messen bei beiden Frequenzen 2,7 MS/m, weil sie durchgehend aus demselben Metall bestehen. Der Quarter misst bei 200 kHz 3,7 MS/m, nahe an den 100 Won, weil seine Oberfläche aus Kupfernickel besteht, aber bei 1 kHz 34,5 MS/m, weil der Strom dann durch seinen Kupferkern fließt. Sein Punkt im Diagramm liegt weit vom Kasten der 100 Won entfernt, und die Klappe bleibt zu. Der Annahmekasten einer Münze beträgt im Modell ±12 % bei jeder Frequenz.

Banknoten: Licht, Magnetismus und Rückzugssperre

Banknoten werden in ähnlichem Sinn mit anderen Sensoren geprüft. Die Bank of Korea gibt die Maße der gültigen Noten an: 136 × 68 mm für 1000 Won, 142 × 68 mm für 5000 Won, 148 × 68 mm für 10.000 Won und 154 × 68 mm für 50.000 Won. Alle vier haben dieselbe Breite und unterscheiden sich um 6 mm in der Länge. Breitenführungen am Einzug weisen deshalb eine breitere ausländische Note ab, im Modell etwa eine japanische 1000-Yen-Note mit 76 mm Breite, und die Länge verrät den Wert.

Ein 1995 erteiltes Patent von Japan Cash Machine beschreibt einen Banknotenprüfer mit einem Magnetkopf, der an festen Stellen aufgedruckte Eisenfarbe erkennt, und mit Optokopplern, die das Muster des durch die Note dringenden Infrarotlichts lesen. Ein Patent von 1971 für einen Fälschungsdetektor stellt fest, dass echtes US-Papiergeld unter gefiltertem ultraviolettem Licht fast nicht leuchtet, während die meisten Fälschungen blau leuchten, und dass die schwarze Farbe echter Noten ein magnetisches Pigment enthält. Ein 2006 erteiltes Patent von Innovative Technology für einen Banknotenprüfer verbindet einen Magnetsensor, einen optischen Sensor und eine Rückzugssperre.

Das Modell prüft in dieser Reihenfolge: Breite, Länge, Infrarotmuster, Magnetfarbe und UV-Leuchten, dann die Einwegsperre. Eine Farbkopie hat das richtige Format und ein aufgedrucktes Muster, das im Modell die Infrarotprüfung besteht, aber keine Magnetfarbe, also bleibt sie am Magnetkopf stehen und wird wieder hinausgeschoben. Eine auf 136 mm zugeschnittene 10.000-Won-Note misst der Länge nach wie 1000 Won, hat aber das falsche Muster. Eine Note an einem Faden geht hinein, wird angenommen und dann gegen die Sperre zurückgezogen, die sie festhält. Die Reihenfolge der Sensoren und die Durchlassregeln sind ein Modell nach diesen Patenten, nicht die Beschreibung eines bestimmten Produkts.

Eine Dose nach der anderen

Im Dosenautomaten liegen hinter der durchsichtigen rechten Seite fünf Säulen mit Dosen auf der Seite, auf Rampen, die abwechselnd in die eine und die andere Richtung geneigt sind, sodass jede Säule eine lange Reihe von Dosen in einen hohen, schmalen Raum faltet. Ein Patent, das Elmer Johnson 1965 für die Vendo Company anmeldete und das 1967 erteilt wurde, wird von späteren Patenten als Verkaufsautomat mit Serpentinenstapel für Artikel zitiert. Ein Vendo-Patent von 1968 weist auf ein Problem hin, das nur Dosen haben: Ihre beiden Ränder können sich auf dem Weg nach unten mit den Rändern der nächsten Dose verhaken, weshalb es die Rinne so formt, dass das verhindert wird.

Am Fuß jeder Säule sitzt das Teil, das genau eine Dose verkauft. Das Patent von Fuji Electric von 1985 erklärt, dass Sternradausgaben, angetrieben von einem Hubmagneten, der billiger, haltbarer und zuverlässiger ist als ein Motor, bei Dosen und Flaschen am weitesten verbreitet waren. Das Rad dreht sich einmal, lässt die unterste Dose los und hält die nächste an. In der Ausstellung fällt die Dose durch eine Rinne ins Ausgabefach, und die ganze Säule rollt um einen Platz nach unten.

Snackautomaten nutzen eine andere Idee. Das Patent von Seeburg von 1969 beschreibt einen Verkaufsautomaten mit schraubenförmiger Förderspirale: Der Artikel sitzt zwischen den Windungen einer Spirale, und eine Windung der Spirale schiebt einen Artikel vorn herunter. Die siebte Maschine an der Straße ist eine solche, in Originalgröße (siehe unten).

Wechselgeld: größte Münze zuerst

Nach einem Verkauf behalten der Dosenautomat und der Snackautomat den Rest Ihres Geldes als Guthaben. Drücken Sie den Rückgabehebel, zahlt der Automat es aus seinen Wechselgeldröhren aus, eine Röhre für jede Münzsorte, beginnend mit der größten Münze, die passt. In der Ausstellung beginnen die koreanischen Röhren mit 6 Münzen zu 500 Won, 12 zu 100, 8 zu 50 und 20 zu 10 (Modellwerte). Eingeworfene Münzen fallen in ihre Röhren, und wenn eine Röhre leer wird, zeigt der Automat, dass er diesen Betrag nicht zahlen kann.

Größte zuerst heißt Greedy-Regel. Für koreanische Münzen zu 10, 50, 100 und 500 Won, japanische Münzen zu 1, 5, 10, 50, 100 und 500 Yen und US-Münzen zu 1, 5, 10 und 25 Cent liefert sie immer die wenigsten Münzen; die Prüfung hinter der Ausstellung probiert jeden Betrag bis 2000 durch. Für jeden Münzsatz gilt das nicht. David Pearsons Aufsatz von 2005 zum Wechselgeldproblem nennt die britischen Münzen vor 1971 zu 1, 3, 6, 12, 24 und 30 Pence: Größte zuerst zahlt 48 Pence als 30 + 12 + 6 aus, drei Münzen, während zwei Florins zu 24 Pence mit zwei auskommen. Dexter Kozen und Shmuel Zaks bewiesen 1994: Wenn „größte zuerst“ bei einem Münzsatz überhaupt versagt, liegt der kleinste Fehlbetrag unter der Summe der beiden größten Münzen, und Pearson gab einen Test an, der in polynomieller Zeit läuft.

Münzsätze lassen sich auch danach vergleichen, wie viele Münzen Wechselgeld im Durchschnitt braucht. Mit US-Münzen braucht Wechselgeld von 0 bis 99 Cent durchschnittlich 4,70 Münzen; Jeffrey Shallit zeigte 2003, dass Münzen zu 1, 5, 18 und 25 Cent den Wert auf 3,89 senken würden. Bei koreanischen Münzen ist der schlechteste Betrag unter 1000 Won die 990 Won: 500 + 4 × 100 + 50 + 4 × 10, zehn Münzen. Der Laborabschnitt Wechselgeld vergleicht „größte zuerst“ mit den wenigsten Münzen für jeden Betrag in den vier Sätzen.

Der Laborabschnitt Mein Geldbeutel dreht das um. Sie geben die Münzen aus Ihrem eigenen Geldbeutel ein und bezahlen ein Getränk so, dass nach dem Wechselgeld möglichst wenige Münzen übrig bleiben. Eine zusätzliche Münze kann helfen: Bei einem Getränk zu 1160 Won bringt die Zahlung von 1210 Won eine einzelne 50-Won-Münze zurück, während die Zahlung von 1200 Won vier 10-Won-Münzen zurückbringt.

Spirale und Lichtvorhang

Die siebte Maschine an der Straße ist ein Snackautomat mit Glasfront in Originalgröße. Jedes seiner 12 Fächer ist eine Drahtspirale, die von vorn nach hinten auf einem Tablett liegt, mit Packungen zwischen den Windungen. Wählen Sie ein Fach (A1 oben links, C4 unten rechts), und eine Windung der Spirale schiebt jede Packung um eine Windung vor und stößt die vorderste herunter. Das Patent von Seeburg von 1969 beschreibt diese schraubenförmige Förderspirale. Im Modell haben die Spiralen eine Steigung von 68 mm und fassen 7 Packungen, und die Tabletts kosten 1150, 1300 und 1650 Won (Modellwerte).

Eine Packung fällt nicht immer: Sie kann sich am Ende der Spirale verfangen und hängen bleiben. Automaten mit Glasfront überwachen deshalb den Fall. Ein Patent von James Hair und Kyriakos Spentzos von 2002 lässt die Spirale weiterdrehen, bis ein optischer Strahl quer über den Fallweg das herabfallende Produkt sieht oder eine Zeitgrenze abläuft, und ein Patent von Crane Merchandising Systems von 2013 beschreibt Reihen von Lichtsendern und Detektoren zwischen den untersten Tabletts und dem Ausgabefach, wobei der Automat die Ausgabe erneut versucht, wenn nichts zu sehen ist. In der Ausstellung hängt absichtlich jeder vierte Verkauf: Der Lichtvorhang sieht nichts, die Spirale dreht weiter, und dann fällt die Packung.

Kalt und warm im selben Schrank

Viele japanische Dosenautomaten verkaufen warme und kalte Getränke aus einem Schrank. Fuji Electric beschreibt drei Fächer hinter gedämmten Wänden. Das rechte kühlt immer; im Sommer kühlen alle drei, im Frühling und Herbst heizt das linke, und im Winter heizen das linke und das mittlere. Seine Ingenieure nehmen 90 Tage im Jahr für den Sommerbetrieb an, 185 für den Frühlings- und Herbstbetrieb und 90 für den Winterbetrieb und geben 5 °C für ein kaltes Fach und 55 °C für ein warmes an.

Ein Getränk zu kühlen heißt, ihm Wärme zu entziehen, und eine Wärmepumpe kann diese Wärme in die warmen Getränke nebenan leiten, statt sie wegzuwerfen. Fuji Electric brachte 2011 Hybrid-Wärmepumpenautomaten heraus, die zusätzlich Wärme aus der Außenluft ziehen. In seinem Diagramm eines früheren Automaten im Winterbetrieb gingen 48 % der Leistung an den elektrischen Heizer, 38 % an den Kompressor, 6 % an Lüfter und Pumpen und 8 % an die Steuerung. Der Hybrid ZERO von 2015 heizt jedes warme Fach mit der Wärmepumpe und hat keinen elektrischen Heizer; im Winterbetrieb brauchte er 45 % der Leistung des früheren Automaten und über das Jahr 15 % weniger. Ein CO2-Automat mit Ejektorkreislauf, im selben Jahr beschrieben, brauchte 25 % weniger Leistung als die früheren.

Schalten Sie Wärme am Dosenautomaten ein, verschwindet die Tür: Die Fächer färben sich je nach Jahreszeit blau oder rot, und Pfeile tragen Wärme von der kalten Seite durch den Kompressor zur warmen Seite oder im Sommer durch den Verflüssiger nach außen. Die Pfeile und Farben sind ein Modell; die Zahlen stammen von Fuji Electric.

Heros Münzwassergefäß

Die älteste Münzmaschine, die aus einer schriftlichen Beschreibung bekannt ist, steht in der Pneumatica des Hero von Alexandria. Bennet Woodcrofts englische Ausgabe von 1851 führt sie als Nummer 21: „Opfergefäß, das nur fließt, wenn Geld eingeworfen wird“. Eine Münze zu fünf Drachmen wird durch die Öffnung einer Truhe geworfen. Im Inneren dreht sich ein Hebel auf einem senkrechten Stab. An einem Ende verbreitert sich der Hebel zu einem Teller unter der Öffnung; am anderen Ende hängt ein Deckel, der einen kleinen Kasten verschließt, von dem ein Rohr aus der Truhe führt. Der Deckel „muss schwerer sein als der Teller R, aber leichter als Teller und Münze zusammen“. Die Münze fällt auf den Teller, kippt den Hebel, hebt den Deckel und lässt Wasser fließen; rutscht die Münze vom Teller, fällt der Deckel zu, und der Fluss hört auf.

Dieser Satz ist eine Regel, die ein Modell prüfen kann. Bei gleichen Armen und einem Teller von 30 g muss der Deckel zwischen 30 g und der Summe aus Teller und Münze liegen. Nach dem attischen Standard wiegt eine Drachme etwa 4,3 g: Eine silberne Vier-Drachmen-Münze aus Athen im Getty Museum wiegt 17,2 g. Fünf Drachmen wären etwa 21,5 g, also muss der Deckel zwischen 30 und 51,5 g wiegen. Welchen Standard Hero meinte, ist nicht bekannt, die Masse der Münze ist also eine Schätzung.

In der Ausstellung stellen Sie den Deckel mit einem Regler ein und werfen eine Münze. Unter 30 g ist der Deckel leichter als der Teller, der Hebel steht schon geneigt, und Wasser läuft ganz ohne Münze. Über 51,5 g kann die Münze den Hebel nicht kippen, und nichts geschieht; eine zweite Münze auf dem Teller könnte ihn kippen. Dazwischen funktioniert das Gefäß, und die Wassermenge hängt vom Deckel ab. Bei 40 g schwingt der Hebel schnell bis zum Anschlag, die Münze rutscht innerhalb eines Sekundenbruchteils ab, und das Ventil ist etwa 0,79 s offen, was etwa 21 mL ergibt. Nahe 51 g bewegt sich der Hebel langsam, die Münze braucht länger zum Abrutschen, und das Ventil bleibt etwa 1,8 s offen, was etwa 44 mL ergibt. Der Fluss selbst stammt aus einem Rohr von 6 mm unter 15 cm Wasser, etwa 29 mL pro Sekunde bei voller Öffnung. Alle diese Maße sind Modellwerte; nur die Regel stammt von Hero.

Wann Hero lebte, war lange umstritten, und die Frage hat bis heute einen Namen. Woodcrofts Einleitung von 1851 nennt den Zeitraum „einen umstrittenen Punkt“ und folgt Autoren, die ihn ins zweite Jahrhundert v. Chr. setzten. Francesco Grillos kritische Ausgabe von Heros Automata von 2019, eine Doktorarbeit an der University of Glasgow, nennt das erste Jahrhundert n. Chr. und behandelt die Datierung als „heronische Frage“.

Postkarten für einen Penny

Der Münzautomat wurde in den 1880er-Jahren verbreitet. Die Science Museum Group hält fest, dass Bahnhöfe die Orte der ersten Verkaufsautomaten in Großbritannien waren und dass Percival Everitt einen Automaten für Postkarten und frankierte Umschläge ersann, der 1884 in Bahnhöfen erschien. Maschinen für Süßigkeiten, Tabak und Kölnisch Wasser folgten bald.

Die Postkartensäule in der Ausstellung ist ein Modell dieser Bauart, mit geschätzten Maßen. Ein Penny fällt auf einen Waagearm. Wiegt er mehr als eine Feder, gibt ein Riegel die Schublade für einen Zug frei, und eine Karte kommt heraus. Großbritannien hatte seine großen Kupferpennys 1860 laut dem Royal Mint Museum durch kleinere aus Bronze ersetzt, und ein bronzener Probe-Penny von 1868 in der Sammlung des Royal Mint Museum wiegt 9,38 g. Der Riegel im Modell braucht 8 g. Das Gewicht ist der einzige Test, also gibt auch eine schwere Messingmedaille die Schublade frei, die leichte Aluminiumscheibe dagegen nicht. Diese Schwäche ist der Grund, warum die späteren Maschinen an dieser Straße auch Größe und Metall messen.

Wie viele Verkaufsautomaten gibt es?

Japans Herstellerverband zählt jedes Jahr die Automaten im Betrieb. Ende 2024 zählte die Japan Vending System Manufacturers Association 2.614.400 Verkaufsautomaten, 99,0 % des Vorjahrs. Davon verkauften 2.199.600 Getränke, und 1.976.200 verkauften alkoholfreie Getränke in Dosen und Flaschen. Es gab 81.200 Lebensmittelautomaten, 63.500 Fahrkartenautomaten und 204.200 Automaten für Waren des täglichen Bedarfs. Tabakautomaten gab es 65.900, das sind 87,5 % der 75.300 vom Vorjahr, der steilste Rückgang aller Arten. Rechnet man 1.295.900 Serviceautomaten wie Wechselautomaten, Parkscheinautomaten und Münzschließfächer hinzu, ergeben sich insgesamt 3.910.300, eine Gesamtzahl nahe vier Millionen zählt diese Serviceautomaten also mit.

Das Statistikamt Japans bezifferte die Bevölkerung am 1. Oktober 2024 auf 123.802.000. Geteilt durch 2.614.400 Verkaufsautomaten ergibt das einen Automaten auf 47 Menschen.

Korea hat keine amtliche Zählung der Automaten. Das Ministerium für Lebensmittel- und Arzneimittelsicherheit zählt Betriebe, die für den Verkauf von Lebensmitteln aus Automaten registriert sind: 39.074 Ende 2025, gegenüber 51.524 Ende 2011. Seine Definition schließt Automaten aus, die nur Fertigprodukte mit einer Haltbarkeit von einem Monat oder mehr enthalten, was die meisten Dosengetränke einschließt. Die koreanische Zahl zählt also etwas anderes als die japanische, und beide sollten nicht direkt verglichen werden.

Unterschiede zu echten Maschinen

Der Münzprüfer folgt der Logik von Frys Patent von 1942, nicht seinem Aufbau. Fry führt jeden Nennwert durch einen eigenen Prüfweg; das Modell nutzt eine Laufbahn und verschiebt Schneide und Ablenker auf das Fenster der Bahn der Münze. Das Magnetfeld, die Polgröße, die 20 mm unter dem Magneten, der Fall von 40 mm, der Faktor k und das Gewichtsfenster von ±4 % sind Modellwerte, so gewählt, dass echte Münzen in der Mitte ihrer Fenster landen. Die Leitfähigkeit des Kupfernickels der Münzen mit 25 % wurde der Legierung mit 30 % in den Tabellen der Copper Development Association entnommen, und die Leitfähigkeiten von Bronze, Aluminium, Nickelmessing, Zink und Stahl sind Schätzungen.

Der elektronische Prüfer liest drei Zahlen; die Patente beschreiben Prüfer, die mehr lesen. Seine Kästen von ±12 % sind Modellwerte. Der Satz Japan 2021 im Modell nimmt nur die zwei 500-Yen-Münzen an, die seit 2000 geprägt wurden, und lässt die Kupfernickelmünze von 1982 aus. Der Banknotenprüfer hat fünf Prüfungen mit einfachen Ja-oder-Nein-Antworten. Heros Gefäß und die Postkartensäule sind nach Beschreibungen gebaut, mit geschätzten Maßen. Der Dosenautomat zeigt das Prinzip einer Serpentinensäule und eines Sternrads; seine Dosen liegen auf Rampen von 8°. Preise sind Modellwerte.

Auch der Snackautomat, die Wechselgeldröhren und die Wärmeansicht sind vereinfacht: Röhreninhalte, Preise, die Spiralsteigung, der eine hängende Verkauf von vier und die Größe der Wärmepfeile sind Modellwerte.