ВРЕМЕННЫЙ НАКОПИТЕЛЬ И СИСТЕМА ДЛЯ ПРИЕМА БАНКНОТ
TEMPORARY ACCUMULATOR AND SYSTEM FOR RECEIVING BANKNOTES

Изобретение относится к технике для автоматизированного приема банкнот. Машины для приема банкнот широко применяются при приеме наличных денег у организаций и частных лиц. Пользователь, сдающий банкноты, идентифицирует себя при помощи банковской пластиковой карты, пароля и/или биометрических параметров своего организма. Затем машина посредством пользовательского интерфейса просит поместить банкноты в приемный карман или в приемную щель, затем перемещает их внутрь своего корпуса, проверяет их на платежеспособность, и далее складирует в накопитель для принятых денег. Банкнота или несколько банкнот, признанных неплатежеспособными, возвращаются пользователю либо через приемный карман или щель, либо через специальный карман, либо щель для отбракованных банкнот. Информация о банкнотах, принятых от пользователя и помещенных в накопитель, передается машиной в процессинговый датацентр, обслуживающий данную машину. В результате, средства, принятые от пользователя и помещенные в накопитель для принятых денег, зачисляются на банковский счет пользователя, либо засчитываются в качестве оплаты за какую-либо услугу или товар.
По принципу приема банкнот, такие машины разделяются на машины с покупюрным приемом, либо с пачечным приемом. В машинах с покушорным приемом, в приемную щель можно поместить только одну банкноту, которая далее обрабатывается машиной, и лишь после ее обработки пользователь может сдать следующую банкноту. В машинах с пачечным приемом, в приемный карман либо щель вкладывается пачка банкнот. Затем, машина разделяет пачку на одиночные банкноты, которые далее обрабатывает по отдельности. Машины с пачечным приемом обладают более высокой производительностью, и применяются там, где пользователю необходимо сдавать большое количество банкнот.
При применении машин для приема банкнот сложилась устойчивая практика в отношении трактовки права собственности на сдаваемые банкноты. Банкноты, находящиеся во всех частях машины, кроме накопителя для принятых денег, считаются принадлежащими пользователю. Банкноты, переданные в накопитель для принятых денег, принадлежат банку либо иной финансовой организации, которая является оператором машины и несет за нее ответственность. Процесс приема банкнот, таким образом, трактуется, как переход права собственности на банкноты от пользователя к организации-оператору машины, который сопровождается одновременной передачей безналичных средств в той же самой сумме от организации-оператора к пользователю. При разнообразных сбоях в работе машины стараются сразу же вернуть пользователю все банкноты, находящиеся в машине вне накопителя для принятых денег, чтобы избежать финансовых претензий. Очевидно, что наиболее важной операцией с точки зрения передачи прав собственности на банкноты оказывается механический перенос банкнот внутрь накопителя для принятых денег. Финансовая надежность машины в значительной степени определяется отсутствием сбоев при выполнении этой критической операции.
С точки зрения составных частей, машины для приема банкнот обычно относятся к системам, поскольку в них накопитель для принятых денег, как правило, имеет съемную емкость в виде кассеты или мешка. Такая емкость наполняется банкнотами по мере работы машины, а затем, в ходе инкассации, извлекается из нее и заменяется на пустую емкость того же типа. Заполненная емкость транспортируется в расчетно-кассовый центр, где банкноты из нее извлекают и пересчитывают. Опустошенная емкость повторно используется в машине. В патентной литературе часто не обращают внимания на съемный характер этой емкости, и называют описанную машину устройством для приема банкнот.
Накопитель для принятых денег может содержать более десяти тысяч банкнот, что привлекает преступников. Как правило, сам накопитель заключен в сейф с высокой степенью защиты, взлом которого требует значительного времени и специальных технических средств. Однако, в стенке сейфа всегда имеется слабо защищенное отверстие, через которое банкноты перемещаются в накопитель. Если это отверстие имеет большие размеры, то преступникам удается в короткое время похитить через него значительные количества банкнот, не взламывая сейф. Поэтому, уменьшение размера отверстия в сейфе является важной технической задачей. Идеальным видом отверстия можно считать щель, настолько узкую, чтобы через нее еще можно было бы пропустить банкноту в накопитель, но было бы затруднительно извлечь из накопителя через эту щель существенный объем банкнот. В реальности, с учетом размеров необходимых элементов банкнотопроводного тракта, можно говорить о минимально достижимой ширине щели, равной одному или нескольким миллиметрам. Такая щель обеспечивает полистное перемещение банкнот. Через нее, даже с использованием специальных приспособлений, преступник может доставать банкноты лишь полистно, что резко снижает финансовую привлекательность атаки.
В машинах для приема банкнот, обычно бывает необходимым реализовать возврат банкноты или нескольких банкнот по требованию пользователя, до их передачи в накопитель для принятых банкнот. Эта функция реализуется при помощи, так называемого, временного накопителя, который в международной терминологии принято называть «escrow». Во временный накопитель банкноты помещаются после успешного завершения машиной проверки их платежеспособности. Из временного накопителя банкноты могут быть либо перемещены машиной в накопитель для принятых денег, либо же машина должна вернуть их пользователю. Таким образом, критическая операция перехода собственности на банкноты выполняется как, перемещение банкнот из временного накопителя в накопитель для принятых денег.
Изобретение касается устройства временного накопителя, предназначенного для использования в машинах с пачечным приемом банкнот. Все известные конструкции временных накопителей можно условно разделить на накопители с возможностью непосредственного доступа пользователя, и внутренние накопители, к которым доступ пользователя не предусмотрен. Чаще всего, применяют внутренние накопители. Внутренний временный накопитель встраивается в банкнотопроводный тракт машины и обеспечивает два вида действия: прием банкноты из тракта в накопитель, и выдачу банкноты из накопителя в тракт. По своей конструкции, внутренние временные накопители практически идентичны кассетам для приема и выдачи банкнот, которые применяются в банкоматах с оборотом наличности (рециркулирующих банкоматах). Широко применяются два принципа: рулонный накопитель и пачечный накопитель.
Пример рулонного накопителя можно найти в патенте RU 2491642, 27.08.2013Ю МПК G07D 11/00. В этом накопителе, банкноты принимаются из тракта и зажимаются между двумя слоями тонкой полимерной ленты, которые наматываются на барабан в виде рулона. Для выдачи банкнот слои ленты сматывают с барабана, в результате чего находящиеся между ними банкноты последовательно освобождаются из рулона и выводятся из накопителя в тракт.
Примером пачечного накопителя является устройство, описанное в патенте RU 2638133, 11.12.2017, МПК G07D 11/00. В нем имеется единый порт для приема и для выдачи банкнот, и ящик для накопления пачки с моторизованным приводом подвижного дна. Принимаемые банкноты вводятся через порт параллельно поверхности дна, и присоединяются к пачке при помощи колеса с гибкими лопастями. Это колесо обеспечивает скользящее движение банкноты по пачке, так что она не имеет возможности упереться торцом в уже находящиеся в пачке другие банкноты, и застрять. Для выдачи используется фрикционный слистывающий механизм, направляющий крайнюю банкноту в пачке в порт и блокирующий движение остальных банкнот. Подвижное дно перемещается с изменением количества банкнот в пачке, обеспечивая необходимый свободный зазор крайней банкноты в пачке при приеме банкноты, и необходимое усилие прижатия пачки к фрикционному слистывающему механизму при выдаче. Пачечные устройства обеспечивают большую емкость и малые габариты, но имеют сложный механизм и алгоритмы управления.
Рассмотрим более подробно устройство и работу слистывающего механизма. Он предназначен для отделения банкнот от пачки и полистной подачи их в банкнотопроводный тракт. Слистывающие механизмы широко применяются в различных машинах для обработки банкнот. Так, в счетчиках и сортировщиках слистывающий механизм полистно отправляет банкноты из пачки, находящейся во входном кармане, к блоку детекции, который сканирует банкноту, определяет ее валюту и номинал, а также проверяет подлинность. В банкоматах слистывающий механизм используют для выдачи в тракт одиночных банкнот из стопы, находящейся в кассете. Кроме того, если банкомат реализует функцию пачечного приема, то слистывающий механизм применяется для разделения пачки, помещенной пользователем в приемный карман, на одиночные банкноты. В целом, слистывающие механизмы применяются в технике для обработки разнообразных листов, которая включает в себя не только устройства для обработки банкнот, но также полиграфические машины, принтеры и копировальные аппараты. По физическому принципу работы, большинство применяемых слистывающих механизмов являются фрикционными, то есть, они используют силу трения для перемещения и разделения банкнот. Некоторые слистывающие механизмы используют вакуум, они используются редко и здесь рассматриваться не будут.
Фрикционный слистывающий механизм содержит продвигающие поверхности, а также задерживающие элементы. Продвигающая поверхность, находящаяся в движении, прижимается к крайней банкноте в пачке и, за счет возникшей силы трения, сдвигает эту банкноту из пачки в сторону банкнотопроводного тракта. Благодаря силе трения между листами в пачке, крайняя банкнота увлекает за собой одну или несколько соседних банкнот, которые мы далее будем называть присоединенными. Чтобы обеспечить полистную подачу, присоединенным банкнотам нельзя дать возможности выйти в банкнотопроводный тракт. Для этого располагают задерживающий элемент напротив продвигающей поверхности, так чтобы банкнота проходила между ними. Задерживающий элемент вступает в контакт с крайней банкнотой или присоединенной банкнотой, если она имеется. За счет силы трения, задерживающий элемент останавливает дальнейшее продвижение присоединенной банкноты, но он не должен помешать продвигающей поверхности вывести крайнюю банкноту в тракт. Для этого обеспечивают, чтобы сила трения между банкнотой и продвигающими поверхностями была выше силы трения между банкнотой и задерживающими элементами, и обе эти силы были бы больше силы трения между банкнотами. Когда крайняя банкнота оказывается зажатой между продвигающими поверхностями и задерживающими элементами, суммарная сила продвигает банкноту в направлении банкнотопроводного тракта. Когда между продвигающими поверхностями и задерживающими элементами оказывается зажатым пакет из крайней и присоединенной банкноты, то крайняя банкнота движется вместе с продвигающими поверхностями, присоединенная банкнота останавливается трением об задерживающие элементы, а между крайней и присоединенной банкнотой возникает скольжение. Конфигурацию задерживающего элемента подбирают таким образом, чтобы он касался кромок банкнот и мог остановить не только одну, но и несколько присоединенных банкнот в пакете.
Известно множество конструктивных решений слистывающего механизма. В некоторых из них используется неподвижный задерживающий элемент. Как правило, различие в силах трения, нужное для задержки присоединенной банкноты, достигается за счет различных коэффициентах трения по бумаге для материалов, из которых изготовлена продвигающая поверхность и задерживающий элемент. Например, в патенте США US 5,102,116, 07.04.1992, МПК В65Н 3/52 применяется продвигающая поверхность вращающегося обрезиненного колеса, и неподвижный задерживающий элемент вогнутой формы. Между задерживающим элементом и продвигающей поверхностью создается небольшое усилие прижима за счет веса задерживающего элемента. В патенте США US 5,335,899, 14.04.1994, МПК В65Н 1/02 для продвижения листа используются как поверхность обрезиненного колеса, так и поверхность ремня. Задерживающим элементом является неподвижный выступ тракта, напротив которого располагается натянутый ремень. Усилие прижима обеспечивается за счет прогиба ремня, но сам ремень не вступает в контакт с задерживающим элементом. В патенте RU 2171769, 10.08.2001, МПК В65Н 3/00, также используется продвигающая поверхность в виде ремня, а задерживающими элементами являются неподвижные ролики. Между продвигающим ремнем и задерживающими роликами нет контакта, а усилие прижатия их поверхностей к бумаге достигается за счет упругости деформированного листа. В описанных решениях, задерживающий элемент может касаться продвигающей поверхности (как в US 5,102,116), либо же контакт между задерживающим элементом и продвигающей поверхностью исключается (как в US 5,335,899, RU 2171769).
Имеются также решения, в которых задерживающий элемент выполняется в виде подвижной поверхности, создающей нормированное усилие, приложенное к листу и направленное на возврат присоединенной банкноты в пачку. Это усилие создается при помощи ремня, как в патенте США US 4,978,114, 18.12.1990, МПК В65Н 3/04, либо при помощи ролика, как в патенте США US 5006903, 09.04.1991, МПК В65Н 3/04, приводимых в действие от отдельного тормозного двигателя. Задерживающая сила здесь определяется не коэффициентом трения, а нормированным вращающим моментом тормозного двигателя. Подобные решения не предполагают проскальзывания задерживающего элемента относительно поверхности листа. При прохождении одиночной банкноты через узел слистывания, тормозной двигатель вращается в направлении, противоположном его крутящему моменту.
В слистывающих механизмах, которые применяются в временных накопителях пачечного типа, используют моторизованный прижим пачки к продвигающей поверхности. Этим добиваются работы слистывающего механизма при оптимальных значениях сил трения, чтобы исключить подачу сдвоенных банкнот либо задержку слистывания. Однако, в других видах машин для обработки банкнот, таких, как счетчики и сортировщики, моторизованный прижим пачки применяют очень редко. Как правило, в этих машинах качественное слистывание достигается за счет прижима банкноты к продвигающему элементу весом самой банкноты или пачки банкнот.
Можно условно разделить слистывающие механизмы на непрерывные и периодические. Если продвигающая поверхность однородная и движется непрерывно, то такой слистывающий механизм подает банкноты непрерывно, с постоянной скоростью и почти без зазоров. Примеры непрерывного механизма приведены в US 5,102,116. Расчетная производительность непрерывного механизма, в банкнотах в секунду, можно получить делением линейной скорости продвигающей поверхности на размер банкноты в направлении слистывания. В патенте RU 2484001, 10.06.2013, МПК В65Н 7/06 описан пример слистывающего механизма, где продвигающая поверхность имеет вид секторных фрикционных накладок на вращающемся слистывающем ролике. Этот слистывающий механизм подает банкноты периодически, один раз за оборот ролика, когда фрикционная накладка входит в соприкосновение с банкнотой. Расчетная производительность периодического слистывающего механизма равна числу оборотов слистывающего ролика. Реальная производительность слистывающего механизма обычно несколько ниже расчетной, так как иногда продвигающей поверхности не удается сразу подать банкноту, и возникает пропуск слистывания.
Выдача банкноты из внутреннего накопителя в тракт применяется как при перемещении банкнот в накопитель для принятых банкнот, так и при ее возврате пользователю. Такая организация работы машины предопределяет высокую сложность банкнотопроводного тракта и всего механизма в целом. Для того, чтобы реализовать оба типа операции (перемещение в накопитель для принятых денег либо возврат пользователю), требуется разветвленный тракт, оснащенный электромеханическим перенаправляющим элементом. Возврат пользователю пачки банкнот требует дополнительного, достаточно сложного узла формирования и/или выдачи пачки из машины. Использование внутреннего временного накопителя не только приводит к высокой сложности и стоимости машины, но также увеличивает вероятность замятия банкноты при движении через разветвленный тракт и при формировании пачки для возврата. То есть, возрастает вероятность сбоя во время выполнения критической операции перехода собственности на банкноты, что снижает надежность машины и влечет дополнительные сложности как для пользователя, так и для организации-оператора.
Для решения этой проблемы еще более усложняют конструкцию машины, чтобы снизить вероятность сбоя на каждом из узлов. Примером является машина для обработки банкнот, описанная в патенте США US 7,487,874, 10.02.2009, МПК В07С 5/00. В ней применяется пачечный временный накопитель, отдельные карманы для приема и выдачи банкнот пачкой, сложный банкнотопроводный тракт с закольцованной структурой и множеством перенаправляющих элементов, и несколько кассетных накопителей для принятых банкнот. Благодаря закольцованной структуре и резервированию использования накопителей, машина сохраняет работоспособность даже при некоторых замятиях в банкнотопроводном тракте. Машина также обеспечивает функцию выдачи банкнот из определенных кассетных накопителей. Область применения подобных машин, в связи с их сложностью, ограничена местами расположения с большими объемами суточной обработки банкнот.
В качестве альтернативы внутреннему временному накопителю, в уровне техники известны накопители с непосредственным доступом. Такой накопитель объединяет в себе функции как временного накопителя, так и узла формирования и выдачи возвращаемой пачки. Ключевым элементом накопителя с непосредственным доступом является формирователь пачки. Когда необходимо принять банкноту во временный накопитель, формирователь присоединяет ее к пачке, образующейся внутри накопителя. Когда необходимо вернуть пользователю пачку из накопителя, то к пачке открывается доступ пользователя извне машины. Для этого открывают преграду, ранее скрывавшую накопитель от пользователя. Этот подход обладает простотой и надежностью, поскольку не требует каких-либо действий механизма над банкнотами для их возврата. После открытия преграды, пользователю только остается вручную изъять пачку банкнот из накопителя. Собственно, название «накопитель с непосредственным доступом» передает тот факт, что, при открытии преграды пользователь получает полный визуальный и тактильный доступ к пачке и может ее самостоятельно забрать из машины.
Перемещение банкнот в накопитель для принятых денег является единственным видом перемещения из временного накопителя с непосредственным доступом, которое должно реализовываться механизмом машины. Поэтому, здесь не требуется разветвление пути перемещения банкнот, а сам этот путь может иметь простую конструкцию с малым количеством элементов. В данном описании, мы будем использовать термин «транспортировочный путь» для обозначения пути передачи банкнот из временного накопителя с непосредственным доступом в накопитель для принятых денег. Таким образом, транспортировочный путь отличается от банкнотопроводного тракта, который обеспечивает перемещения банкнот между остальными узлами машины для приема банкнот.
Исторически, в первых известных накопителях с непосредственным доступом для перемещения банкнот используется свободное падение банкнот под собственным весом. В качестве формирователя пачки в них применяется механизм укладки с колесом, оснащенным изогнутыми лопастями, который целиком заимствовался от счетчика банкнот. Пример подобного механизма укладки приведен, например, в патенте США US 9,695,005, 02.04.2015, МПК В65Н 33/00. Пачка в таком укладчике формируется из банкнот, находящихся в вертикальном или близком к вертикальному положении. Толщина пачки ограничивается шириной кармана накопителя, причем, механизм укладки работоспособен только тогда, когда между банкнотами в пачке нет заметного сжатия. Из-за отсутствия сжатия, и неплоскостности реальных банкнот, ширина пачки оказывается значительно больше, чем можно было бы получить умножением толщины банкноты на количество банкнот. Поэтому, конструктивная ширина кармана накопителя обычно равна нескольким десяткам миллиметров.
Рассмотрим, каким образом в указанном выше патенте реализован транспортировочный путь. Для перемещения банкнот в накопитель для принятых денег, дно кармана, на которое торцом опирается пачка, выполняется подвижным и может сдвигаться за пределы кармана электрическим приводом. Непосредственно под сдвигающимся дном располагается отверстие, ведущее в накопитель для принятых денег. Этот накопитель выполняется в виде так называемого мешка свободного падения (free fall bag) или ящика свободного падения (free fall box), размещенного в сейфе. Банкноты перемещаются в накопитель для принятых денег под собственным весом. Мы будем называть такой тип накопителя гравитационным. Описанная конструкция отличается простотой и высоким быстродействием, поскольку, даже в случае большой пачки банкнот, процесс падения завершается за несколько секунд. Доступ пользователя к карману временного накопителя, необходимый для возврата пачки банкнот, ограничивается сдвижной дверцей с моторизованным приводом, такой, какая описана в упомянутом выше патенте US 9,695,005. Эта дверца располагается со стороны передней стенки кармана, обращенной к пользователю.
Приведенная здесь конструкция временного накопителя свободного падения, в различных вариантах, представлена продукцией многих производителей и может считаться общеизвестной. Насколько удалось установить авторам, она относится к публичной области и не является предметом патентной защиты.
Главным недостатком описанной конструкции является необходимость в большом входном отверстии накопителя принятых денег. Чтобы гарантировать падение всех банкнот внутрь накопителя без застревания, приходится делать ширину этого отверстия равной ширине кармана, то есть нескольким десяткам миллиметров. Из-за столь большого размера отверстия, машины подобной конструкции часто становятся мишенью грабителей, которые могут доставать банкноты из сейфа в короткое время и без сложных приспособлений. В качестве меры защиты, отверстие в сейфе иногда закрывают дополнительной сдвижной дверцей из относительно тонкого металла. Однако, как показал опыт, эту дверцу можно быстро удалить с применением простейшего инструмента. В качестве другой меры защиты, предпринимались попытки установить, непосредственно за входным отверстием, лабиринтное заграждение, препятствующее прямолинейному доступу к содержимому накопителя для принятых денег. К сожалению, такое лабиринтное заграждение часто забивается свободно падающими банкнотами, и машина выходит из строя.
Описанный здесь временный накопитель рассчитан на работу с гравитационными накопителями для принятых денег, работающими по принципу свободного падения, причем, падение банкнот в накопитель происходит в вертикальной ориентации или близкой к ней. Главным недостатком данного вида гравитационного накопителя является малая плотность укладки банкнот, обусловленная хаотическим расположением банкнот в нем. При малой плотности укладки накопитель требует очень большого габарита для обеспечения высокой емкости.
Известна специальная комбинация временного накопителя и гравитационного накопителя для принятых денег, лишенная такого недостатка. Она описана, например, в патенте Японии JP 3868677, 16.03.2001, МПК G07D 11/00. Как во временном накопителе, так и в накопителе для принятых денег, банкноты в горизонтальной ориентации складывают в стопу. При перемещении из временного накопителя, стопа банкнот, без изменения ориентации, падает в накопитель для принятых денег и присоединяется к стопе, уже находящейся в нем. Эта специальная комбинация имеет два недостатка. Во-первых, свободное падение одной стопы банкнот на другую при сохранении горизонтальной ориентации возможно только для жестких банкнот, почти не имеющих износа и сохранивших высокую степень плоскостности. Подобное состояние банкнот, находящихся в обороте, характерно для Японии, и больше в мире почти нигде не встречается. Если банкноты не обладают жесткостью и плоскостностью, то при падении стопы она часто поворачивается и/или рассыпается, что приводит к сбоям в работе устройства. Другой недостаток связан с очень большим размером отверстия, через которое банкноты подаются в накопитель для принятых денег. Такое отверстие должно иметь размер, несколько превышающий размер самой крупной банкноты. Это делает проникновение в накопитель через отверстие очень удобным и привлекательным для преступников. Поэтому, на практике, описанная специальная комбинация почти не применяется, а в гравитационных накопителях используют падение банкнот в вертикальной или близкой к ней ориентации.
В уровне техники известны различные накопители для принятых денег, в которых банкноты принудительно, лист за листом, укладываются в стопу с помощью специального механизма укладки. В сравнении с гравитационными накопителями с падением банкнот в вертикальной ориентации, они обеспечивают высокую плотность размещения банкнот благодаря упорядоченному расположению и малым зазорам между листами. В отличие от указанной выше специальной комбинации, накопитель с принудительной полистной укладкой в стопу может надежно укладывать банкноты почти любого качества. Такой накопитель описан, например, в патентной заявке США US 2018137712, 16.05.2018, МПК В65Н 29/50. В нем банкноты направляются в кассетный накопитель по одной, и входят в зазоры между изогнутыми лопастями колеса укладки. При вращении колеса укладки они упираются в неподвижный выталкиватель и выталкиваются из зазоров, а затем ложатся в стопу, накапливающуюся на подвижном дне накопителя. Дно имеет моторизованный привод, который отодвигает его от колеса укладки по мере роста стопы.
Для принудительной полистной укладки в стопу требуется подавать банкноты по одной. Поэтому, накопители для принятых денег с принудительной полистной укладкой банкнот в стопу применяются вместе с временными накопителями пачечного или рулонного типа, которые были кратко описаны выше. Это ограничивает их использование машинами для приема банкнот, обладающими повышенной сложностью. В более простых машинах для пачечного приема банкнот применяются гравитационные накопители с падением банкнот в вертикальной ориентации, что предопределяет низкую плотность размещения банкнот и увеличенные габариты этих устройств.
В патенте США US 9,311,765, 12.05.2011, МПК G07D 9/00 для перемещения банкнот из временного накопителя в накопитель для принятых денег, вместо принципа свободного падения используется специальный транспортный механизм. Он представляет собой захват, который плотно сжимает пачку, сформированную во временном накопителе, и проталкивает ее через входное отверстие накопителя для принятых денег. Дальнейшее движение пачки в этом накопителе уже идет под собственным весом. За счет того, что пачка проталкивается через отверстие в плотно сжатом виде, ширину отверстия удалось значительно уменьшить. Эта ширина, как показывает опыт, должна быть не менее 15 миллиметров на каждые 100 банкнот проталкиваемой пачки. Так, для пачки 200 банкнот, нужно иметь отверстие шириной не менее 30 мм. Это оказывается существенным улучшением защиты от преступного доступа к банкнотам, в сравнении с теми машинами, где используется только свободное падение. Тем не менее, ширина отверстия 15-30 мм оставляет преступникам возможность для захвата и вытаскивания небольших пачек банкнот при помощи специально выполненных приспособлений. Как уже говорилось, оптимальным с точки зрения безопасности можно считать полистное перемещение банкнот в накопитель через щель шириной один миллиметр или же несколько миллиметров.
Еще один недостаток вышеупомянутого временного накопителя состоит в повышенной вероятности сбоя при передаче пачки банкнот в накопитель для принятых денег. Дело в том, что формирование пачки в накопителе происходит под действием силы тяжести. После выталкивания из зазора между лопастями колеса укладки, движение банкноты происходит исключительно под собственным весом или под воздействием других банкнот в пачке. В силу разных причин, иногда возникает неправильная работа колеса укладки, когда банкнота входит в пачку не полностью либо вообще не входит в пачку (например, ложится сверху на кромку пачки). Это часто происходит из-за входа банкноты в колесо укладчика со значительным перекосом, либо при потере банкнотой жесткости и/или плоскостности из-за износа. Захват пачки правильно работает, когда банкноты в пачке уложены ровно. Когда пачка имеет неправильную форму, при ее перемещении в накопитель для принятых денег может произойти застревание или повреждение банкноты. Банкнота, не присоединенная к пачке, после перемещения пачки может остаться в кармане временного накопителя. В конструкции временного накопителя предусмотрена система технического зрения, которая позволяет заметить неправильное формирование пачки. Это усложняет устройство и позволяет избежать критического сбоя, но, однако, не может обеспечить перемещение неправильно сформированной пачки.
Банкноты в упомянутом устройстве падают в гравитационный накопитель для принятых денег в виде плотно сжатой пачки, в ориентации, близкой к вертикальной. По мере падения, пачка рассыпается на отдельные банкноты, которые хаотически укладываются в нижней части накопителя. Поэтому, описанное устройство отличается малой плотностью банкнот в накопителе для принятых денег, что требует увеличения объема этого накопителя. Этот недостаток, как уже указывалось выше, характерен для всех решений, где банкноты падают в гравитационный накопитель в вертикальной ориентации.
Патент US 9,311,765 был выбран в качестве прототипа заявленного изобретения. Техническим результатом заявленного изобретения является более безопасное, с точки зрения защиты от преступного доступа, сопряжение временного накопителя с накопителем для принятых денег. Дополнительным техническим результатом является более высокая надежность передачи банкнот из временного накопителя в накопитель для принятых денег.
Эти результаты достигаются за счет того, что временный накопитель банкнот содержит карман для временного хранения банкнот, формируемый передней стенкой, задней стенкой и дном, дверцу со стороны передней стенки для предотвращения доступа к карману извне, колесо укладки банкнот, оснащенное изогнутыми лопастями, неподвижный выталкиватель банкнот, обеспечивающий выталкивание банкноты из зазора между лопастями колеса укладки по мере вращения колеса, и транспортировочный путь для передачи банкнот из кармана временного хранения в накопитель для принятых банкнот, причем вход в транспортировочный путь размещен между задней стенкой и дном кармана, и на входе в транспортировочный путь размещен слистывающий механизм, содержащий по меньшей мере одну продвигающую поверхность, и по меньшей мере один задерживающий элемент, расположенный со стороны транспортировочного пути, обращенной к задней стенке кармана, при этом указанная, по меньшей мере, одна продвигающая поверхность размещена в дне кармана с возможностью движения в направлении от передней стенки к задней стенке кармана и выполнена с обеспечением выступания из дна кармана на всем протяжении дна от передней стенки до задней стенки, при этом задняя стенка кармана проходит ниже местоположения кромки банкноты при выходе ее из зазора между лопастями колеса укладки, и выполнена с возможностью обеспечить, чтобы при падении под собственным весом одиночной банкноты, вышедшей из зазора между лопастями вращающегося колеса для укладки банкнот, эта банкнота касалась продвигающей поверхности в положении, в котором ее кромка была обращена ко входу в слистывающий механизм, а передняя стенка выполнена с возможностью обеспечить наклон указанной банкноты, необходимый для продвижения банкнот слистывающим механизмом в транспортировочный путь.
В заявленном изобретении банкноты слистываются слистывающим механизмом и полистно передаются в накопитель для принятых денег через транспортировочный путь. Поэтому, транспортировочный путь для полистной транспортировки должен иметь ширину, лишь немного превосходящую толщину банкноты. В отличие от прототипа, для этого требуется небольшая ширина отверстия в накопителе для принятых денег, равная одному либо нескольким миллиметрам. Таким образом, полистная передача банкнот в накопитель для принятых денег позволяет выполнить сопряжение этого накопителя с временным накопителем более безопасным. Безопасность повышается, так как малая ширина транспортировочного тракта и, соответственно, отверстия для его прохождения затрудняет преступное проникновение в накопитель для принятых денег.
При накоплении пачки в кармане, первая банкнота ложится под наклоном, опираясь на продвигающую поверхность и на переднюю стенку кармана таким образом, что ее нижняя кромка оказывается около входа в слистывающий механизм. Фактически, она покрывает собой все дно вместе с продвигающей поверхностью, и прижимается к этой поверхности под собственным весом. Следующие за ней банкноты ложатся в пачку на первую банкноту. Кромки банкнот в пачке обращены к передней и задней стенкам, в отличие от прототипа, в котором кромки обращены ко дну кармана. Вес банкнот в пачке прикладывается к первой банкноте и дополнительно прижимает ее поверхность к продвигающей поверхности, тем самым увеличивая силу трения между этими поверхностями. Когда слистывающий механизм начинает движение, то первая банкнота подается в транспортировочный путь. Продвигающая поверхность, находящаяся в контакте с ней, за счет силы трения продвигает банкноту к входу в транспортировочный путь, а задерживающий элемент не позволяет нескольким банкнотам входить в транспортировочный путь вместе с ней. Банкноты, лежащие в пачке на первой банкноте, по порядку подаются в транспортировочный путь вслед за ней. Таким образом, за счет ориентации банкнот в кармане, сила тяжести обеспечивает создание силы трения между продвигающей поверхностью и одиночной банкнотой, либо самой нижней банкнотой в пачке, что обеспечивает надежное слистывание.
Возможен случай, когда пачка сформирована неправильно и какая-либо банкнота частично вышла за ее пределы, либо банкнота с самого начала оказалась вне пачки из-за неправильной укладки. По мере опустошения кармана, банкнота под действием силы тяжести опустится в сторону дна до касания продвигающих поверхностей, поскольку эти поверхности выступают из дна на всем протяжении от передней стенки кармана до задней. Движение продвигающих поверхностей увлечет банкноту к слистывающему механизму, и она будет подана в транспортировочный путь. Можно сделать вывод, что конфигурация элементов кармана обеспечивает, чтобы у банкноты не было возможности избежать контакта с продвигающей поверхностью и затягивания в транспортировочный путь. Таким образом, в отличие от прототипа, заявленное изобретение обеспечивает перемещение банкноты в накопитель для принятых денег, даже в случае, когда банкнота вошла в пачку лишь частично либо легла поверх пачки.
Заявленное изобретение не ограничивает выбор технической реализации слистывающего механизма. Может быть использован любой подходящий тип слистывающего механизма, неполный список примеров которых был приведен выше в данном описании. Однако, слистывающий механизм должен быть так ориентирован относительно первой банкноты, чтобы слистывание этой банкноты было возможным. Поэтому, конфигурация передней стенки должна обеспечить наклон этой банкноты, необходимый для подачи банкноты слистывающим механизмом в транспортировочный путь. Для каждого типа слистывающего механизма есть определенный диапазон допустимых углов наклона банкноты, кромка которой находится у входа в слистывающий механизм, в котором этот механизм обеспечивает надежную подачу банкноты в транспортировочный путь. Речь идет здесь как о подаче одиночной банкноты, так и о подаче банкноты, на которой сверху лежит пачка других банкнот. Если угол наклона находится вне допустимого диапазона, подача банкноты становится ненадежной либо невозможной. Точный расчет этого угла представляет собой достаточно сложную задачу и, как правило, требует компьютерного моделирования. Однако, на практике легко проверить, является ли определенный угол наклона банкнот допустимым для определенного типа слистывателя. Если банкнота, кромка которой находится у входа в слистывающий механизм, расположена под определенным углом наклона и при этом надежно слистывается при любом допустимом количестве банкнот, лежащих в пачке на ней, то этот угол является допустимым для данного механизма. Под надежным слистыванием понимается подача банкнот в транспортировочный путь без заклинивания и без существенного снижения реальной производительности по отношению к расчетной производительности слистывателя. Для определенности, можно условно считать, что снижение производительности слистывания по отношению к расчетной величине менее чем на 50% является допустимым.
Слистывающие механизмы, как правило, применяются в машинах для обработки банкнот для решения задачи подачи банкнот строго по одному листу. Например, когда банкноты из пачки подаются к блоку датчиков для проверки подлинности, то не допускается подача сдвоенных банкнот, либо нескольких банкнот, перемещающихся с частичным перекрытием (в виде цепочки). Кроме того, как правило, не допускаются существенные перекосы банкнот, превышающие 7-10 градусов. Поэтому, в обычной практике, слистывающие механизмы требуют тщательной настройки и являются источниками ряда ошибок работы машины, таких, как ошибка сдвоенности, ошибка цепочечной подачи или ошибка перекоса. Однако, в заявленном изобретении подача сдвоенных банкнот, подача банкнот с перекрытием, а также существенный перекос банкноты не нарушают работу транспортировочного пути и являются вполне допустимыми. Поэтому, к слистывающему механизму здесь не предъявляются столь жесткие требования, и он крайне редко может вызвать какой-либо сбой в транспортировке банкнот. То есть, применение слистывающего механизма не ведет к снижению надежности передачи банкнот из временного накопителя в накопитель для принятых денег. С другой стороны, использование гравитационного прижатия банкноты к продвигающей поверхности, и расположение такой поверхности или поверхностей на всем протяжении от передней стенки кармана до задней, приводят к повышению надежности передачи банкнот.
В качестве продвигающей поверхности может быть применена как наружная поверхность колеса, установленного с возможностью вращения на оси, размещенной продольно вдоль дна кармана, так и поверхность ремня, установленного с возможностью продольного перемещения.
Продвигающая поверхность на колесе может быть выполнена из эластомерного материала и оснащена насечками. Это обеспечивает повышенную силу трения между продвигающей поверхностью и банкнотой, что улучшает работу слистывающего механизма.
В одной из возможных реализаций используется задерживающий элемент, выполненный из эластомерного материала и отделенный зазором от продвигающей поверхности. Применение эластомерного материала позволяет получить достаточно большую силу трения, такую, чтобы она превысила силу трения между листами бумаги, проходящими через вышеназванный зазор. Получаемое соотношение сил трения позволяет отделять присоединенные листы бумаги и не давать им пройти в транспортировочный путь. Известно, что коэффициентом трения эластомерного материала можно управлять в широких пределах за счет изменения рецептурного состава. В частности, можно подобрать коэффициент трения, необходимый для правильной работы слистывающего механизма, при котором сила трения между продвигающими поверхностями и банкнотой будет выше, чем сила трения между задерживающими элементами и банкнотой. Критерии подбора характеристик эластомерных материалов для деталей слистывающего механизма хорошо известны специалистам, занимающимся конструированием машин для обработки банкнот.
Для улучшения работы разделительного механизма, в этот механизм может быть введена дополнительная неподвижная упорная поверхность, выполненная из гладкого металла и размещенная в непосредственной близости от задерживающего элемента, таким образом, чтобы обеспечить ее касание банкнотой, находящейся в зазоре. Дополнительная неподвижная упорная поверхность берет на себя часть усилия, которое в ее отсутствие поверхность банкноты прикладывает к задерживающему элементу. Гладкая металлическая поверхность имеет небольшой коэффициент трения, который существенно меньше коэффициента трения эластомерного материала. За счет этого, при введении дополнительной неподвижной упорной поверхности, уменьшается суммарная задерживающая сила трения, действующая на банкноту. Таким образом, удается управлять силой трения в более широких пределах, чем это возможно за счет изменения рецептуры эластомерного материала.
Могут быть использованы несколько продвигающих колес, размещенных на общем продвигающем валу. Это обеспечивает более надежное перемещение банкноты за счет приложения продвигающего усилия во многих точках по всей ширине банкноты.
К этой конструкции могут быть добавлены дополнительные продвигающие колеса, размещенные на дополнительном валу, который связан передачей с продвигающим валом. Использование продвигающих колес, размещенных на нескольких валах, позволяет обеспечить выступание продвигающих поверхностей из дна кармана на всем протяжении дна от передней стенки до задней стенки, в случае необходимости увеличить протяженность дна.
В некоторых реализациях изобретения, дополнительно предусматривается возможность движения продвигающей поверхности в направлении от задней стенки к передней. Движение в этом направлении может использоваться для двух целей. Во-первых, при возникновении заклинивания пакета из нескольких банкнот в механизме слистывания, продвигающая поверхность может быть возвращена на небольшое расстояние назад для устранения заклинивания, после чего попытка перемещения банкнот в накопитель для принятых денег может быть повторена. Заклинивание пакета из нескольких банкнот является очень редким событием и обычно связано с чрезмерным износом или повреждением какой-либо банкноты. Во-вторых, перемещение продвигающей поверхности назад на величину протяженности дна переводит пачку банкнот из наклонного положение в вертикальное. При этом, кромки банкнот, ранее выровненные по задней стенке, устанавливаются на продвигающую поверхность, а самая нижняя банкнота в пачке упирается своей поверхностью в переднюю стенку. Такое положение, в случае возврата банкнот, создает удобство пользователю для изъятия пачки из кармана.
Преимущества временного накопителя согласно заявленному изобретению реализуются в системе для приема банкнот, содержащей входной карман для приема банкнот от пользователя в виде пачки, карман отбраковки для возврата отбракованных банкнот пользователю, валидатор банкнот, временный накопитель банкнот, выполненный вышеописанным образом, и выполненный с возможностью обеспечить укладку банкнот в виде пачки, и содержащий дверцу, предназначенную для предотвращения доступа пользователя к пачке банкнот, находящейся во временном накопителе, банкнотопроводный тракт, обеспечивающий перемещение банкнот из входного кармана в валидатор, из валидатора в карман отбраковки, и из валидатора во временный накопитель, а также накопитель для принятых банкнот, и транспортировочный путь для перемещения банкнот из временного накопителя в накопитель для принятых банкнот, а накопитель для принятых банкнот содержит съемную кассету, выполненную с возможностью полистной укладки банкнот в стопу.
Съемное выполнение кассеты в накопителе для принятых денег необходимо для реализации разгрузки системы от принятых ею денег с использованием общепринятой технологии инкассации. В этой общепринятой технологии, инкассаторы изымают кассету с деньгами из машины для приема банкнот и доставляют ее в расчетно-кассовый центр, а вместо нее устанавливают в машину пустую кассету. В расчетно-кассовом центре банкноты извлекают из кассеты и пересчитывают. Общепринятая технология инкассации предполагает отсутствие непосредственного доступа инкассаторов к банкнотам.
Применение слистывающего механизма обеспечивает полистную подачу банкнот в транспортировочный путь, что дает возможность сопряжения временного накопителя, выполненного согласно заявленному изобретению, с накопителем для принятых денег, в котором используется принудительное полистное формирование стопы. Отметим, что прототип использует накопитель для принятых денег, работающий по принципу свободного падения, и не допускает использования накопителя с полистной укладкой банкнот в стопу. За счет использования накопителя с принудительным полистным формированием стопы можно достигнуть более высокой плотности размещения банкнот и уменьшить размеры всей машины для приема банкнот. Кроме того, при разгрузке содержимого накопителя для принятых денег хаотично лежащие банкноты в гравитационном накопителе требуют значительно больших трудозатрат персонала расчетно-кассового центра, чем банкноты, сложенные в стопу. Указанные здесь преимущества, то есть повышенная плотность укладки банкнот и удобство обслуживания накопителя для принятых денег, являются техническим результатом системы согласно заявленному изобретению. Вместе с этим, в системе реализуются все изложенные выше технические результаты, присущие временному накопителю согласно заявленному изобретению.
Практическая реализация заявленного изобретения показана на рисунках Фиг. 1 - Фиг. 10.
На Фиг. 1 изображен временный накопитель в момент начала накопления пачки.
На Фиг. 2 показан момент завершения накопления пачки.
На Фиг. 3 изображен временный накопитель с дверцей, открытой для возврата банкнот пользователю.
На Фиг. 4 показана передача банкноты в транспортировочный путь из пачки в накопителе.
На Фиг. 5 изображен процесс слистывания банкноты для различных углов наклона банкнот.
На Фиг. 6 показан слистывающий механизм.
На Фиг. 7 показана подача банкноты, которая не была правильным образом размещена в пачке.
На Фиг. 8 изображен процесс изменения положения пачки для более удобного возврата пользователю.
На Фиг. 9 показана реализация временного накопителя с продвигающими колесами, находящимися на дополнительном валу.
На Фиг. 10 изображено сопряжение временного накопителя с накопителем для принятых денег, в котором применяется принудительное формирование стопы.
Как показано на Фиг. 1, временный накопитель содержит входной порт 1, колесо укладки 2 с изогнутыми лопастями, неподвижный выталкиватель 3 банкнот, переднюю стенку 4 кармана, выполненную из полированной нержавеющей стали, и дно 5 кармана. Входной порт 1 представляет собой щелевидное отверстие, через которое банкноты подаются в накопитель из банкнотопроводного тракта, с определенной скоростью и в определенном направлении. Из дна 5 выступает продвигающая поверхность продвигающего колеса 6, расположенного на продвигающем валу 7, вытянутом по направлению ширины кармана. В устройстве используется несколько одинаковых колес 6, размещенных через равные интервалы на продвигающем валу 7 по ширине кармана (на рисунке не показано). Наружная поверхность колеса 6 имеет насечку и выполнена из мягкой резины, имеющей очень высокий коэффициент трения по бумаге. Предпочтительно использовать специальные сорта резины, имеющие коэффициент трения по бумаге, примерно равный единице.
Карман также ограничен задней стенкой 8, на которой размещен задерживающий элемент 9, изготовленный из твердой резины с более низким коэффициентом трения, и неподвижная упорная поверхность 10, выполненная из полированной нержавеющей стали. Задерживающий элемент 9 отделен от колеса 6 узким зазором, причем, в месте наибольшего сближения с колесом в задерживающем элементе выполнена выемка. Более детально, конфигурация слистывающего механизма, образованного задней стенкой 8, задерживающим элементом 9 и неподвижной упорной поверхностью 10 и колесом 6, показана на Фиг. 6. Клиновидное свободное пространство между продвигающей поверхностью колеса 6 и упорной поверхностью 10 образуют вход в слистывающий механизм. Задняя стенка 8 и продолжение дна кармана 5 формируют транспортировочный путь 11, ведущий от слистывающего механизма ко входу в накопитель 12 для принятых банкнот.
Со стороны передней стенки, доступ к карману закрыт подвижной дверцей 18, которая может перемещаться из верхнего положения в нижнее для открытия доступа. Сверху карман закрыт от доступа пользователя неподвижной стенкой 19.
Банкнотопроводный тракт машины для приема банкнот подает банкноты 13 во временный накопитель через входной порт 1 (направление подачи показано стрелкой). Колесо 2 укладки приводится во вращение (направление показано стрелкой). Скорость вращения колеса 2 укладки, скорость движения банкнот 13 при входе во входной порт 1, и их частота подачи взаимно согласованы таким образом, чтобы в зазор между каждой парой лопастей колеса 2 укладки, проходящей мимо входного порта 1, входила бы одна банкнота из банкнотопроводного тракта. При вращении колеса 2, между его лопастями удерживаются несколько банкнот 14, ранее вошедших в зазоры между указанными лопастями. Удерживаемые банкноты 14 перемещаются в направлении задней стенки 8. Их кромки упираются в выталкиватель 3, так что удерживаемые банкноты 14 постепенно выдвигаются из зазора между лопастями колеса 2 укладки. В точке 15, находящейся вблизи места сопряжения выталкивателя 3 и задней стенки 8, банкнота, обозначенная поз. 16 (далее, вытолкнутая банкнота), полностью выталкивается из колеса укладки и начинает свободное падение под собственным весом (направление показано стрелкой).
Удерживаемые банкноты 14, по мере их движения, к моменту полного выталкивания из колеса 2 укладки, занимают наклонное положение, которое сохраняется у вытолкнутой банкноты 16 и сразу после выталкивания. Под действием сопротивления воздуха, действующего во время падения на нижнюю поверхность вытолкнутой банкноты 16, нижняя кромка этой банкноты прижимается к неподвижной упорной поверхности 10.
Опорная банкнота 17 была подана в накопитель первой и ранее опустилась до касания с продвигающей поверхностью колеса 6, причем ее нижняя кромка остановилась у входа в слистывающий механизм. Верхняя часть опорной банкноты 17 опирается на переднюю стенку 4, так что высота передней стенки 4 задает угол наклона опорной банкноты 17. Конфигурация передней стенки 4 выбрана так, что точка касания опорной банкноты 17 и передней стенки 4 находится вблизи края опорной банкноты 17, поэтому, вес банкноты распределен между колесом 6 и передней стенкой 4 примерно поровну.
Как показано на Фиг. 2, при дальнейшей подаче банкнот в накопитель 12 принятых банкнот, они продолжают выходить из колеса 2 укладки и падать вниз вдоль задней стенки 8, аналогично вытолкнутой банкноте 16. При этом, они формируют пачку 20, в основании которой лежит опорная банкнота 17. Пачка 20 сохраняет тот же угол наклона, который был у опорной банкноты 17 в момент завершения падения. Нижние кромки банкнот в пачке 20 выровнены по неподвижной упорной поверхности 10.
По завершении подачи банкнот, как показано на Фиг. 3, все банкноты из колеса 2 укладки укладываются в пачку 20, и привод колеса 2 укладки выключается. В этот момент, машина, в соответствии со сценарием обслуживания, может дать возможность пользователю забрать пачку 20 банкнот из кармана. Для этого она опускает дверцу 18 (привод дверцы на рисунке не показан).
Если же пользователь подтверждает машине необходимость передачи пачки 20 в накопитель 12 для принятых денег, дверца 18 остается закрытой, и наступает процесс передачи банкнот из пачки 20 в этот накопитель 12 (см. Фиг. 4). Машина включает привод вала 7 (на рисунке не показан) для вращения против часовой стрелки. Нижняя опорная банкнота 17 в пачке 20, под действием силы трения между ее поверхностью и поверхностью колеса 6, увлекается в направлении неподвижной упорной поверхности 10. Нижняя кромка опорной банкноты 17 упирается в неподвижную упорную поверхность 10 и отгибается вниз. При дальнейшем движении опорной банкноты 17 эта кромка входит в зазор между колесом 6 и задерживающим элементом 9. Одна и та же прижимающая сила, перпендикулярная поверхности опорной банкноты 17, действует между банкнотой и колесом 6, а также банкнотой и задерживающим элементом 9. Эта сила порождает силы трения в парах «опорная банкнота 17 -колесо 6» и «опорная банкнота 17 - задерживающий элемент 9», пропорциональные соответствующим коэффициентам трения. Материал колеса 6 имеет более высокий коэффициент трения, чем материал задерживающего элемента 9, поэтому, продвигающая сила трения со стороны колеса 6 оказывается больше, чем задерживающая сила трения со стороны элемента 9. В результате такого соотношения сил, опорная банкнота 17 продвигается в сторону транспортировочного пути 11 и выводится в накопитель 12 для принятых банкнот.
Присоединенная банкнота 21, лежащая в пачке следующей за опорной банкнотой 17, увлекается вместе с ней к задерживающему элементу 9 силой трения между этими двумя банкнотами. На поверхность этой присоединенной банкноты 21, находящейся в зазоре между колесом 6 и задерживающим элементом 9, действует одна и та же прижимающая сила, действующая по нормали. Она порождает силы трения в парах «опорная банкнота 17 - присоединенная банкнота 21» и «присоединенная банкнота 21 задерживающий элемент 9», пропорциональные соответствующим коэффициентам трения. В этом случае, коэффициент трения бумаги по бумаге оказывается значительно ниже коэффициента трения бумаги по резине. Поэтому, опорная банкнота 17 не может далее увлекать присоединенную банкноту 21, и эта банкнота останавливается на входе в слистывающий механизм. Однако, как только опорная банкнота 17 полностью выйдет из зазора в транспортировочный путь 11, присоединенная банкнота 21 вступит в контакт с колесом 6. После этого, сила трения в паре «присоединенная банкнота 21 - колесо 6» превысит силу трения «присоединенная банкнота 21 задерживающий элемент 9», и присоединенная банкнота 21 двинется вслед за опорной банкнотой 17 в транспортный путь 11.
Таким образом, слистывающий механизм обеспечивает непрерывную подачу банкнот из пачки 20 в транспортировочный путь 11. Привод продвигающего вала 7 вращает вал до тех пор, пока пачка 20 не будет полностью передана в транспортировочный путь 11, а затем выключается. Выключение привода происходит по сигналу оптического датчика опустошения кармана (на рисунке не показан).
Устройство слистывающего механизма более детально показано на Фиг. 6. На этом рисунке, в стереометрической проекции, для лучшей наглядности показано только одно колесо 6. На самом деле, как уже говорилось, на продвигающем валу 7 находится несколько таких колес, причем, напротив каждого колеса, в задерживающем элементе 9 имеется вырез. Таким образом, опорная банкнота 17 при прохождении зазора деформируется колесом 6 и частично погружается в указанный вырез. Деформация приводит к увеличению прижимающей силы, а, значит, и сил трения, которые определяют движение банкноты в зазоре слистывающего механизма. Это увеличение сил трения благоприятно действует на качество слистывания, так как уменьшает паразитное влияние других сил трения, действующих на опорную банкноту 17 и присоединяемую банкноту 21 вне зазора - в самой пачке 20 и в месте касания опорной банкноты 17 и передней стенки 4. Заметим, что между колесом 6 и задерживающим элементом 9 нет непосредственного контакта, что объясняет малый износ фрикционных элементов механизма и малое энергопотребление привода продвигающего вала 7.
Неподвижная упорная поверхность 10 имеет двойную функцию в слистывающем механизме. Во-первых, она берет на себя часть прижимающей силы при прохождении банкноты через зазор. Поэтому, часть задерживающей силы трения создается трением о задерживающий элемент 9, а часть - за счет трения о неподвижную упорную поверхность 10. Так как неподвижная упорная поверхность 10 выполнена из полированной нержавеющей стали, то она имеет очень небольшой коэффициент трения по бумаге. Поэтому, распределение силы прижатия приводит к снижению задерживающей силы трения. Это позволяет, за счет изменения геометрических параметров задерживающего элемента 9 и неподвижной упорной поверхности 10, установить оптимальное соотношение между продвигающей и задерживающей силами трения в зазоре слистывающего механизма.
Вторая функция неподвижной упорной поверхности 10 связана с формированием изгиба нижней кромки опорной банкноты 17. Для того, чтобы зайти в зазор слистывающего механизма, банкнота должна изогнуться. На Фиг. 5А и 5В при помощи чисел 24-26 показаны различные положения, которые могла бы принимать опорная банкнота в зависимости от угла а между опорной банкнотой и упорной поверхностью 10. Банкнота 26 далее называется продвигаемой, поскольку соответствующий ей угол а, как будет показано далее, создает необходимые условия для продвижения в транспортировочный путь.
Продвигаемая банкнота 26, под действием начальной продвигающей силы трения со стороны поверхности колеса 6, упирается в упорную поверхность 10. В начальном положении 26А, продвигаемая банкнота не изогнута. Далее, она начинает изгибаться, и за счет деформации бумаги возникает сила, приложенная к кромке банкноты.
w
a
dv
w
0
W
0
Рассмотрим более подробно возникающие при этом силы, как показано на Фиг. 5В. Продвигаемая банкнота 26 лежит на вращающемся колесе 6, так что в точке касания имеется нормальная компонента веса банкноты Р. Коэффициент трения банкноты по колесу равен K, за счет чего до момента касания кромки банкноты 26 и упорной поверхности 10 существует продвигающая сила, равная F=PK и направленная тангенциально (вдоль банкноты). На продвигаемую банкноту 26 действует сила F, также направленная тангенциально, которая объединяет в себе дополнительные факторы, действующие на банкноту и не показанные на Фиг. 5В: тангенциальную компоненту веса банкноты, которая является продвигающей; силу трения о переднюю стенку 4, которая тормозит банкноту, и тормозящую силу трения о пачку 20 банкнот, лежащих сверху (когда пачка 20 имеется). Передняя стенка 4 выполнена из полированной нержавеющей стали, имеющей очень малый коэффициент трения, а полный вес банкноты или пачки распределен между точками касания колеса 6 и передней стенки 4 примерно поровну. Поэтому, сумма сил PK+F является, в целом, продвигающей, поскольку сила трения между продвигаемой банкнотой 26 и колесом 6 больше силы трения о переднюю стенку 4. Если на продвигаемой банкноте 26 сверху лежит пачка банкнот 20, то добавляется тормозящая сила трения с банкнотами пачки. Однако, эта сила трения, все равно, оказывается недостаточной, чтобы заблокировать продвижение, поскольку коэффициент трения в паре «бумага - бумага» существенно меньше коэффициента трения «продвигаемая банкнота 26 - колесо 6». Таким образом, до момента касания упорной поверхности 10, продвигаемая банкнота 26 уверенно продвигается за счет вращения колеса 6.
r
r
r
a
dv
r
w
r
s
C
После момента касания возникает реакция Fупорной поверхности, 10 направленная по нормали к этой поверхности. Она создает тангенциальную компоненту Fsinα действующую против продвигающей силы, и нормальную компоненту Fcosα, отгибающую банкноту от упорной поверхности 10. Эта нормальная компонента создает пару сил вместе с Р, в результате чего увеличивается продвигающая сила: F=(Р+Fcosα)K. С другой стороны, при касании возникает сила трения продвигаемой банкноты 26 об упорную поверхность 10 , проекция которой FKcosα на направление банкноты затормаживает ее продвижение. Таким образом, после касания упорной поверхности 10 на банкноту начинают действовать дополнительно возникшая сила F, складывающаяся из продвигающих и тормозящих компонентов:
C
r
w
r
s
r
r
w
s
F=FcosαK-FKcosα-Fsinα=F((K-K)cosα-sinα)
0
0
w
s
C
C
C
Эта сила может, в целом, быть как продвигающей, так и тормозящей, и пропорциональна реакции упорной поверхности 10. Она является продвигающей при углах α<α, где tgα=(K-K). Когда на продвигаемой банкноте 26 сверху находится еще пачка из многих банкнот 20, то продвигающее усилие, в целом, пропорциональное весу пачки, оказывается очень большим в сравнении с F, и обеспечивает надежное продвижение банкноты вне зависимости от F. Наиболее важно влияние F, когда продвигаемая банкнота 26 не имеет над собой пачки 20 из многих банкнот.
C
s
C
C
w
0
МАХ
0
0
r
Таким образом, чтобы увеличить F и тем самым улучшить продвижение банкноты, нужно уменьшать угол между банкнотой и упорной поверхностью 10, а также обеспечить минимальный коэффициент трения K между банкнотой и упорной поверхностью 10. Этим обуславливается выбор полированной стали в качестве материала для упорной поверхности 10. Уменьшение угла приводит к увеличению продвигающего компонента силы и уменьшению тормозящего компонента. Даже если F оказывается отрицательной, продвижение банкноты еще возможно до тех пор, пока F+PK+F>0 (1), хотя и с уменьшением продвигающей силы. Этим объясняется тот факт, что банкнота может продвигаться и при α≥α≥α. При α<α касание банкнотой упорной поверхности 10 приводит к росту продвигающего усилия вместе с ростом реакции F упорной поверхности 10.
По мере дальнейшего продвижения из начального положения 26А, продвигаемая банкнота продолжает изгибаться в первом положении 26В и втором положении 26С. В третьем положении 26D кромка продвигаемой банкноты входит в зазор между колесом 6 и задерживающим элементом 9. Превышение продвигающей силы над задерживающей при нахождении банкноты в зазоре уже было описано выше. В последующих четвертом 26Е и пятом 26F положениях продолжается движение в зазоре, сопровождаемое погружением продвигаемой банкноты в вырез, ее деформацией и увеличением прижимающей силы. Далее, кромка продвигаемой банкноты 26 выходит в транспортировочный путь 11, и банкнота продолжает движение под действием, главным образом, продвигающей силы в зазоре. Таким образом, только если продвигаемая банкнота 26 дойдет до зазора, она будет подхвачена продвигающей силой в зазоре и сможет выйти в транспортировочный путь.
Когда на опорной банкноте 17 сверху находится пачка из множества других банкнот, вес этой пачки, как уже указано выше, определяет достаточно большую величину начальной продвигающей силы. Как правило, ее хватает, чтобы согнуть банкноту даже при большой величине угла между банкнотой и упорной поверхностью 10, и довести банкноту до зазора. Наибольшую важность названный угол имеет для случая одиночной опорной банкноты 17, начальная продвигающая сила которой мала, поскольку эта сила возникает только из-за собственного веса банкноты. Если угол между опорной банкнотой 17 и упорной поверхностью 10 таков, что при упирании банкноты 17 в упорную поверхность 10 тормозящий компонент силы превышает продвигающий, то банкнота может не изогнуться в нужной мере и не дойти до зазора.
C
C
C
r
w
0
МАХ
МАХ
МАХ
0
0
МАХ
Рассмотрим возможные варианты нежелательного расположения опорной банкноты, при которых устойчивое продвижение нельзя гарантировать. Первая нежелательно расположенная банкнота 24 и вторая нежелательно расположенная банкнота 25 отличаются от продвигаемой банкноты 26 величиной угла α. Для нежелательно расположенных банкнот 24 и 25 на Фиг. 5 из-за большого угла α выполняется условие F<0, то есть F оказывает тормозящее действие. Первая нежелательно расположенная банкнота 24 направлена к поверхности 10 под столь большим углом, что она практически не может изогнуться, и сразу же останавливается. Вторая нежелательно расположенная банкнота 25 образует несколько меньший угол с поверхностью 10 и в положении 25В образует небольшой изгиб. Однако, при попытке дальнейшего продвижения, тормозящая сила F возрастает вместе с реакцией F и полностью компенсирует продвигающую силу PK+F, действовавшую на банкноту до касания упорной поверхности 10, так что вторая нежелательно расположенная банкнота 25 останавливается. Только продвигаемая банкнота 26, образующая максимальный допустимый угол α, может дойти в положении 26D до зазора. При углах, меньших α, банкнота также доходит до зазора. Угол α несколько превышает α в силу соотношения (1). В практических экспериментах, было найдено, что α равен 35-45 градусов в зависимости от типа применяемой резины на поверхности колеса 6, а асоставляет примерно 55 градусов. Величина наклона опорной банкноты 17, которая определяется конфигурацией передней стенки 4 кармана, должна выбираться с некоторым дополнительным запасом от этого значения, чтобы гарантировать продвижение до зазора даже одиночной банкноты.
Данные нами расчеты являются упрощенными, они не учитывают многих факторов, таких, как жесткость банкноты при изгибе. Цель этих расчетов состоит в том, чтобы показать ключевые соотношения, указывающие на возможность продвижения опорной банкноты через слистывающий механизм. Для банкнот, обладающих большой жесткостью, изгиб вблизи передней кромки приводит к тому, что противоположная кромка одиночной банкноты начинает приподниматься над точкой контакта с передней стенкой 4, и вес банкноты в полной мере переносится с задней стенки на точку контакта с продвигающим колесом 6. Это еще больше увеличивает продвигающую силу за счет роста силы трения между колесом 6 и продвигаемой банкнотой 26. На рисунке Фиг. 5А показано возможное положение противоположной кромки 26G продвигаемой банкноты 26. Эта банкнота, вследствие большой жесткости, после захода передней кромки в зазор слистывающего механизма, распрямляется силой упругости и принимает положение, близкое к вертикальному.
Приведенные здесь рассуждения показывают, каким образом выбирается угол наклона, необходимый для подачи банкнот слистывающим механизмом в транспортировочный путь. Описанная конструкция слистывающего механизма отличается простотой, не требует точной регулировки и обеспечивает надежное затягивание банкноты в зазор между продвигающей поверхностью и задерживающим элементом. Возможные реализации изобретения не ограничиваются описанной конструкцией слистывающего механизма.
На Фиг. 7 показано слистывание одиночной банкноты 27, которая не была уложена в пачку 20 вследствие какого-либо сбоя в работе колеса укладки 2. Это могло произойти, например, если одиночная банкнота 27 вошла во входной порт 1 с большим перекосом и не была надежно зафиксирована в зазоре между лопастями колеса 2 укладки. Такая одиночная банкнота 27, до момента завершения слистывания всех банкнот пачки 20 будет оставаться внутри временного накопителя, и сдвигаться в направлении дна 5 под действием силы тяжести. Конструкция временного накопителя выполнена таким образом, чтобы не создавать препятствий к такому опусканию. В частности, передняя стенка 4 и задняя стенка 8 ориентированы под большим углом к горизонтали, так что банкнота соскальзывает по ним в направлении дна 5, пока не коснется, в положении 27А, продвигающей поверхности колеса 6. За счет касания движущейся продвигающей поверхности, она силой трения об эту поверхность увлекается в направлении входа в слистывающий механизм, в положение 27В. Конфигурация передней стенки 4 обеспечивает угол наклона, необходимый для подачи банкнот слистывающим механизмом в транспортировочный путь 11. Банкнота 27 входит в зазор слистывающего механизма и далее, через транспортировочный путь 11 направляется в накопитель 12 для принятых банкнот.
Из приведенного описания, становится очевидным, что при конструировании внутренних элементов временного накопителя необходимо избегать формирования участков поверхностей, за которые банкнота могла бы случайно зацепиться и избежать падения на продвигающие поверхности. Кроме того, желательно обеспечить вращение колеса 2 укладки во время вращения продвигающего колеса 6, чтобы исключить и без того маловероятное застревание банкноты в верхней части временного накопителя.
Опустошение кармана, как было указано выше, контролируется оптическим датчиком. Если, после включения привода колеса 6, в течение длительного времени опустошение не наступает, то машина прекращает работу, и выдает сообщение о неисправности.
Если пользователь желает забрать банкноты из временного накопителя вместо их передачи в накопитель 12 для принятых банкнот, то ему необходимо взять пачку 20 из накопителя пальцами руки. За счет движения колеса 6 в направлении, противоположном направлению слистывания, имеется возможность изменить наклонное положение пачки 20 на близкое к вертикальному, которое более удобно для изъятия пользователем из временного накопителя, как показано на Фиг. 8. После принятия пользователем решения о необходимости возврата банкнот из временного накопителя, привод колеса 6 запускают для вращения в направлении против часовой стрелки. Нижние кромки банкнот в пачке 20 последовательно, начиная с нижней банкноты, приходят в касание с оребренной поверхностью колеса 6, и продвигаются в сторону передней стенки 4. При этом, они меняют ориентацию и выстраиваются параллельно стенке 4 в виде возвращаемой пачки 28. Колесо 6 проскальзывает относительно кромок банкнот, уже занявших свое положение в возвращаемой пачке 28. Привод колеса 6 выключают после того, как поверхность колеса 6 совершит прокручивание против часовой стрелки, достаточное для полного формирования возвращаемой пачки 28. Затем, опускают дверцу 18 и дают возможность пользователю забрать возвращаемую пачку 28.
Если необходимо обеспечить возможность накопления пачки с увеличенным числом банкнот, более предпочтительным является применение двух групп продвигающих колес 6 и 6', расположенных на продвигающем валу 7 и дополнительном валу 7', как показано на Фиг. 9. Группы колес 6 и 6' расположены с перекрытием, так что их поверхности полностью покрывают всю протяженность дна 5 от передней стенки 4 до задней стенки 8. Валы 7 и 7' связаны ременной передачей (на рисунке не показана), таким образом, что поверхности колес 6 и 6' движутся с одинаковой скоростью. Покрытие всей протяженности дна 5 продвигающими поверхностями обеспечивает гарантию того, что любая банкнота, оказавшаяся в кармане, будет продвинута до входа в слистывающий механизм и далее в транспортировочный путь 11. Колеса 6 и 6' имеют уменьшенный размер, что видно при сравнении конфигураций карманов на Фиг. 1 и Фиг. 9. За счет этого, увеличивается глубина кармана и доступная высота задней стенки 8, вдоль которой формируется пачка 29 увеличенного размера. Увеличенная протяженность дна 5 позволяет разместить на дне пачку 29 увеличенного размера в положении, близком к вертикальному, что важно для удобного возврата банкнот пользователю. Для перевода пачки в это положение необходимо провернуть колеса 6 и 6' против часовой стрелки.
На Фиг. 10 показана часть системы для приема банкнот, состоящая из временного накопителя и накопителя для принятых денег. На рисунке не показаны: входной карман для приема банкнот от пользователя в виде пачки, карман отбраковки для возврата отбракованных банкнот пользователю, валидатор банкнот, и банкнотопроводный тракт, обеспечивающий перемещение банкнот из входного кармана в валидатор, из валидатора в карман отбраковки, и из валидатора во временный накопитель. Эти элементы имеют общепринятую конструкцию, хорошо известную специалистам и описанную, например, в прототипе заявленного изобретения.
Транспортировочный путь 11 ведет ко входной щели 41 в кассете 40, расположенной в накопителе 12 для принятых денег, выполненном в виде сейфа. Сразу же за щелью 41 банкнота 36, выходящая из транспортировочного пути 11, проходит между прижатыми друг к другу транспортировочным роликом 31 и прижимным роликом 32. При передаче пачки банкнот 20 из временного накопителя в накопитель 12 для принятых денег, общий привод (на рисунке не показан) используется для вращения продвигающего колеса 6, транспортировочного ролика 31 и колеса укладки 33. Вращение транспортировочного ролика 31 синхронизировано с вращением продвигающего колеса 6, таким образом, что линейные скорости движения поверхностей этих колес совпадают. Транспортировочный ролик 31 вдвигает банкноту 36 в зазор между лепестками колеса укладки 33, расположенного в кассете 40. Скорость вращения колеса 33 синхронизована с вращением колеса 6 и ролика 31 таким образом, что за время прохода одной банкноты между роликами 32 и 31 колесо 33 поворачивается на угол, несколько превышающий шаг лепестков этого колеса. За счет этого, обеспечивается размещение по одной банкноте 37-38 в зазоре между лепестками, причем, зазор между лепестками иногда остается незаполненным. Банкноты 37 движутся вместе с колесом 33 и неподвижны относительно этого колеса. Банкноты 38, вошедшие в колесо ранее банкнот 37, приходят в контакт с выталкивателем 34.
Неподвижный выталкиватель 34 обеспечивает выталкивание банкнот 38 из колеса укладки 33 при вращении колеса. Банкноты 38 выталкиваются поверх пачки 39 банкнот, находящейся на подвижном столе 35. Лопасти колеса укладки защищает кромки банкнот 38 от упирания в кромки банкнот в пачке 39. Стол 35 имеет моторизованный привод (на рисунке не показан), который опускает стол 35 и с ним пачку 39 по мере поступления новых банкнот 36 в кассету.
Когда стол 35 достигает нижнего положения, выдается сигнал о заполнении кассеты 40, и работа системы временно прекращается. Затем, кассета 40 извлекается инкассаторами из сейфа 12, а вместо нее вставляется идентичная пустая кассета, у которой стол 35 находится в начальном, самом верхнем положении. После этого, система вновь готова к приему банкнот в кассету 40. Заполненная кассета доставляется инкассаторами в расчетно-кассовый центр, где банкноты извлекают и пересчитывают, а стол 35 поднимают в начальное положение. После этого, опустошенная кассета 40 вновь может быть установлена в систему.
Движение банкнот в кассету контролируется оптическими датчиками (на рисунке не показаны). Эти датчики позволяют обнаружить застревание банкнот на пути от продвигающего колеса 6 до пары роликов 31,32. В случае застревания, машина прекращает прием банкнот, и выдает сообщение о неисправности.
Отметим, что описанный механизм принудительной укладки в стопу в кассете 40 остается работоспособным, если через транспортировочный путь 11 выходит сдвоенная банкнота либо перекошенная банкнота, либо же когда банкноты идут с перекрытием. Ширины зазора между лепестками колеса 33 хватает для размещения, в крайнем случае, нескольких банкнот, что решает проблему сдвоенной подачи. При движении пары банкнот с перекрытием, в связи с расположением продвигающего колеса 6 с правой стороны (здесь и далее указано условное расположение на рисунке Фиг. 10) транспортировочного пути 11, отстающая банкнота в этой паре затормаживается задерживающим элементом 9, и оказывается с левой стороны транспортировочного пути 11. Соответственно, при ее проходе в зазор между лепестками колеса 33 укладки, она оказывается защищенной от выпадения из зазора между лепестками, за счет тех банкнот 37, которые до этого уже вошли в колесо 33 и оказались справа. Так или иначе, отстающая банкнота будет вставлена роликами 31, 32 в какой-либо из зазоров между лепестками колеса 33. То же самое относится и к перекошенной банкноте. Поэтому, к работе слистывателя не предъявляется жесткого требования полистной подачи, а подача им сдвоенных, перекошенных или перекрывающихся банкнот допускается без уменьшения надежности укладки в стопу.
При конструировании слистывающего механизма, всегда существует компромиссный выбор между надежностью разделения листов и надежностью подхвата листов на входе в механизм. Этот компромисс решается за счет эффективности работы задерживающего элемента. Например, увеличение зазора между продвигающей поверхностью и задерживающим элементом увеличивает надежность подхвата листов на входе, за счет чего, резко снижается вероятность холостой работы слистывателя без подхвата листов. Обратной стороной этого явления оказывается повышенная частота подачи сдвоенных, перекрывающихся или перекошенных банкнот. Обычно, компромисс выбирается в сторону увеличения эффективности задерживающего элемента, чтобы снизить вероятность подачи сдвоенных, перекрывающихся или перекошенных банкнот. Однако, при реализации заявленного изобретения, имеет смысл несколько снизить эффективность задерживающего элемента, чтобы гарантировать подхват всех банкнот, находящихся во временном накопителе. Сопутствующее увеличение количества сдвоенных, перекрывающихся или перекошенных банкнот, как уже было указано, не приведет к снижению надежности работы всей системы либо устройства для приема банкнот.