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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lesegerät zur kontaktlosen Datenübertragung zu einem Kommunikationspartner sowie ein System zur kontaktlosen Datenübertragung. Lesegeräte zur kontaktlosen Datenübertragung, insbesondere zur digitalen Kommunikation, sind angesichts zunehmender digitaler Kommunikationswege weit verbreitet. Technologien wie RFID oder NFC lassen eine vielfältige Einsatzmöglichkeit der kontaktlosen Datenübertragung zwischen einer Kontaktloskarte und einem Kartenleser zu. Derartige Systeme können zur Authentisierung, beispielsweise als Zutrittskontrolle in gesicherten Bereichen, eingesetzt werden. Weiterhin können RFID- oder NFC-Systeme zur Bezahlung eingesetzt werden.
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Zur Kommunikation einer Kontaktloskarte mit einem Kartenleser wird die Kontaktloskarte auf eine Auflagefläche des Kartenlesers aufgelegt. Der Kartenleser weist dazu ein Gehäuse auf, in dem sich eine Lesegeräteantenne befindet. Die Lesegeräteantenne ist in der Regel eine Spule und legt durch ihre Windungen eine Spulenfläche der Spule der Lesegeräteantenne fest. Eine Spulenfläche ist die aus dem Durchschnitt von Windungsflächen gebildete Fläche. Die Spulenfläche der Lesegeräteantenne ist somit die aus dem Durchschnitt von Windungsflächen der Lesegeräteantenne Fläche.
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In einer Antenne der Kontaktloskarte wird durch die Lesegeräteantenne eine Spannung induziert. Der Betrag der induzierten Spannung nimmt mit zunehmender Neigung der Kontaktloskarte bzw. Spulenfläche der Antenne der Kontaktloskarte zur Spulenfläche der Lesegeräteantenne ab. Weiterhin nimmt die induzierte Spannung mit der Entfernung zwischen der Antenne der Kontaktloskarte und der Lesegeräteantenne ab.
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Zur Kommunikation liegt somit vorzugsweise die Kontaktloskarte über der Lesegeräteantenne und parallel zur Spulenfläche der Lesegeräteantenne auf der Auflagefläche auf. Aus diesem Grunde werden Lesegeräte zur kontaktlosen Datenübertragung derart ausgestaltet, dass die Auflagefläche zum Auflegen der Kontaktloskarte im Wesentlichen parallel zur Spulenfläche angeordnet ist. Zusätzlich ist die Auflagefläche derart ausgerichtet, dass deren geometrisches Zentrum über dem geometrischen Zentrum der Spulenfläche liegt.
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Eine Datenkommunikation zwischen dem Lesegerät und einer Kontaktloskarte findet jedoch nicht erst statt, wenn die Kontaktloskarte auf der Auflagefläche des Lesegeräts aufliegt. Vielmehr beginnt eine Kontaktloskarte bereits dann die Datenkommunikation mit einem Lesegerät, wenn die Kontaktloskarte erkennt, dass eine ausreichende Feldstärke für einen Start und Betrieb eines auf der Kontaktloskarte vorhandenen Betriebssystems verfügbar ist. Die Kontaktloskarte führt nach dem Start nicht nur energiesparende Berechnungsvorgänge zu erledigen hat, sondern auch energieaufwendige Schreibvorgänge. Deshalb kann es bereits am Anfang der Datenkommunikation zu einem Abbruch kommen. Der Abbruch kann zu Fehler in den nachfolgenden Transaktionen führen.
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Um der Kontaktloskarte durch den Kartenleser einen größtmöglichen Energieertrag zu ermöglichen, ist üblicherweise die Auflagefläche eines Kartenlesers parallel zur Spulenfläche ausgerichtet. Aufgrund dieser Ausgestaltung wird einem Benutzer nahegelegt, die Karte möglichst parallel zur Auflagefläche in das Leserfeld einzubringen. Die Energie beim Einbringen in das Leserfeld reicht unter Umständen noch nicht zur vollständigen Leistungsfähigkeit der Kontaktloskarte aus. Dies kann zu einem Funktionsabbruch innerhalb des Funktionsablaufs der Kontaktloskarte führen.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Lesegerät bereitzustellen, das die Probleme des Standes der Technik löst. Insbesondere soll eine Möglichkeit aufgezeigt werden, mit der einem Nutzer ermöglicht wird, eine Kontaktloskarte in das Leserfeld eines Kartenlesers einzubringen, so dass bei großer Distanz eine hohe Leistungsfähigkeit der Kontaktloskarte gegeben ist und das Risiko eines Abbruchs im Funktionsablauf der Kontaktloskarte beim Einbringen in das Leserfeld vermindert wird.
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Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Als Kontaktloskarten ist insbesondere ein Sicherheitselement zu verstehen, das mittels kontaktloser Verbindung, beispielsweise Funksignale, eine Datenübertragung zu einem Kommunikationspartner, nämlich einem Lesegerät, herstellt. Zur Funkübertragung kommen insbesondere NFC (Near Field Communication, Nahfeldkommunikation) oder RFID (Radio Frequency Identification) in Betracht. Die Kontaktloskarte kann als separates Bauteil bereitgestellt sein. Hierzu kommen insbesondere genormte Bauformen wie beispielsweise ID-0 oder ID-1 sowie freie Formen in Betracht. Eine Kontaktloskarte kann auch als eingebettetes Modul in einem Endgerät, beispielsweise als Trusted Platform Modul (TPM), M2M-Modul, Benutzeridentifikations-Modul oder als Dekodermodul vorliegen. Zum physikalischen Herstellen der Datenkommunikation zwischen Lesegerät und Kontaktloskarte ist unter anderem die Kommunikationsschnittstelle des Endgeräts von Bedeutung. Vorzugsweise weist die Kontaktloskarte einen Prozessor auf, auf dem ein Betriebssystem läuft oder lauffähig ist.
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Das Lesegerät kann als mobile Einheit, beispielsweise an einem Kassensystem, als Installationsgerät, insbesondere zur Zugangskontrolle, oder als integriertes System, beispielsweise in einem Notebook, Handy, Computer oder Tastatur, vorgehalten sein.
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Vorliegend wird der Einfachheit wegen in der Regel als Antenne eine Spule mit einer Windung beschrieben. Selbstverständlich kann eine Spule mehrere Windungen umfassen. Entsprechend werden durch die Windungen Windungsflächen gebildet. Wie bereits erwähnt bildet die durchschnittliche geometrische Fläche der Windungsflächen hinsichtlich Lage, Form und elektromagnetischer Eigenschaften eine Spulenfläche, welche mathematisch und physikalisch die mehreren Windungsflächen ersetzt. Als Spulenfläche ist somit als die Fläche festgelegt, die im Mittel durch eine oder mehrere Windungen aufgespannt ist. Die Spulenfläche legt eine Spulenachse fest, welche senkrecht durch das geometrische Zentrum verläuft und die mehreren Windungsflächenachsen ersetzt. Insbesondere kann eine Lesegeräteantenne als auch die Antenne einer Kontaktloskarte als Spule ausgeführt sein.
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Ein Lesegerät gemäß der Erfindung zur kontaktlosen Datenübertragung zu einem Kommunikationspartner umfasst ein Gehäuse und eine Lesegeräteantenne. Die Lesegeräteantenne umfasst wenigstens eine Windung, die eine Spulenfläche aufspannt. Die Spulenfläche definiert eine Spulenachse. Weiterhin weist das Gehäuse eine Auflagefläche auf. Eine Randbegrenzung legt die Randlinie der Auflagefläche fest und begrenzt die Auflagefläche. Weiterhin spannt die Randbegrenzung eine Randbegrenzungsdeckfläche auf. Die Spulenachse schneidet die Randbegrenzungsdeckfläche und/oder die Auflagefläche in einem Schnittpunkt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Schnittwinkel der Spulenachse mit der Randbegrenzungsdeckfläche und/oder der Auflagefläche größer als 0° und kleiner als 90° beträgt. Vorzugsweise ist die Randbegrenzungsdeckfläche derart ausgebildet, dass sie Punkte aufweist, deren geometrischer Abstand zur Spulenfläche kleiner ist als der geometrische Abstand zwischen dem Schnittpunkt und der Spulenfläche.
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Damit beim Zuführen ein Transaktionsabbruch wegen unzureichender Feldenergie verhindert wird, ist es notwendig, der Kontaktloskarte bei Eindringen in das Leserfeld eine schnellstmöglich ausreichend hohe Energie zur Verfügung zu stellen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Kontaktloskarte geneigt zur Spulenfläche zum Leserfeld zugeführt wird. Aufgrund der Neigung werden von der Kontaktloskarte gegenüber einer üblichen Zuführung früher und mehr Feldlinien geschnitten. Weiterhin ist zumindest beim Einbringen in das Leserfeld der Anstieg der der Kontaktloskarte zur Verfügung stehender Energie in Bezug auf die zurückgelegte Strecke bei einer zur Spulenfläche geneigten Kontaktloskarte größer als bei paralleler Ausrichtung.
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Der Benutzer kennt weder die Lage der Leserantenne noch die Ausprägung des elektromagnetischen Feldes. Deshalb richtet sich der Benutzer optisch an die Auflagefläche. Beim Zuführen einer Kontaktloskarte zum Lesegerät ist der Benutzer bestrebt, die Kontaktloskarte möglichst parallel zur Auflagefläche hin zu führen. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Lesegeräts wird einem Benutzer optisch nahegelegt, die Kontaktloskarte geneigt zur Spulenfläche des Lesegeräts dem Lesegerät zuzuführen. Durch das damit bewirkte Bewegungsprofil wird die Kontaktloskarte schräg in das Leserfeld geführt. Aufgrund des geneigten Eindringens der Kontaktloskarte in das Leserfeld erfährt sie einen schnellen Anstieg der zur Verfügung stehenden Feldenergie. Weiterhin ist insbesondere durch das schräge seitliche Zuführen eine höhere Felddurchflutung der Antenne der Kontaktloskarte zu erkennen.
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Der Kontaktloskarte ist somit ein sicherer und schneller Systemstart möglich. Aufgrund der hohen Felddurchflutung ist es darüber hinaus der Kontaktloskarte möglich, bereits zu Beginn der Kommunikation energieintensive Funktionen, wie zum Beispiel Schreibvorgänge, durchzuführen, selbst wenn die Kontaktloskarte noch nicht auf der Auflagefläche des Lesegeräts aufliegt. Erfindungsgemäß sind sowohl das Lesegerät als auch die Kontaktloskarte in ihrer Gesamtbetrachtung leistungsfähiger. Eine Kommunikation kann früher gestartet werden. Dementsprechend kann die Leistung des Lesegeräts gering dimensioniert werden, um im Vergleich mit einem Lesegerät des Standes der Technik eine gleiche Leistungsfähigkeit zu erzielen. In vorteilhafter Weise weisen zudem Transaktionen zwischen dem Lesegerät und der Kontaktloskarte eine geringere Abbruchquote und Fehlerquote auf. Auch das bisher bekannte Zero-Distance-Problem bei zentriertem Aufliegen der Kontaktloskarte auf der Lesegerätespule wird durch die im Wesentlichen schräge Anordnung der Kontaktloskarte zur Spulenfläche verhindert.
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In einer Variante beträgt der Schnittwinkel zwischen der Spulenachse und der Randbegrenzungsdeckfläche bzw. Auflagefläche zwischen 50° und 85°, vorzugsweise zwischen 70° und 80°. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass ein Eindringen der Kontaktloskarte in das Lesegerätefeld mit einem Winkel von 75° zwischen der Spulenachse und der Randbegrenzungsdeckfläche bzw. Auflagefläche eine besonders hohe Felddurchflutung bewirkt. In Anbetracht des Feldlinienverlaufs eines Lesegeräts werden bei einer Neigung von 75° mit einem Bewegungsprofil der Kontaktloskarte im Wesentlichen parallel oder senkrecht zur Lesegeräteantenne viele Feldlinien des Lesegerätefelds geschnitten. Der Kontaktloskarte ist ein schneller Anstieg der zur Verfügung stehender Energie verfügbar. Ein Kommunikationsabbruch oder Funktionsabbruch kann somit verhindert werden.
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Ist die Lesegeräteantenne im Lesegerät horizontal angeordnet, kann ein Schnittwinkel von 80° vorteilhaft sein. Besonders wenn aufgrund des Umfeldes des Lesegeräts und dessen Ausgestaltung der Benutzer die Kontaktloskarte mehr parallel zur Spulenfläche der Lesegeräteantenne denn senkrecht zur Spulenfläche der Lesegeräteantenne dem Lesegerät zuführt, wird dem Benutzer ein Bewegungsprofil mit einer entsprechenden Kartenneigung von 15° bis 25° zur Auflagefläche des Lesegeräts optische nahegelegt.
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Befindet sich beispielsweise das Lesegerät in Schulterhöhe des Benutzers, so wäre bei horizontaler Anordnung der Spulenfläche der Lesegeräteantenne ein Schnittwinkel von vorzugsweise 70° empfehlenswert. Bei einer Positionierung des Lesegeräts am Schreibtisch des Benutzers, würde dieser die Kontaktloskarte eher seitlich mit einem Neigungswinkel von ungefähr 40° gegenüber der Horizontalen zuführen. Durch Neigung der Spulenfläche der Lesegeräteantenne gegenüber der Auflagefläche und/oder Randbegrenzungsdeckfläche kann der Neigung der Kontaktloskarte gegenüber der Auflagefläche und/oder Randbegrenzungsdeckfläche entgegengewirkt werden.
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Wie zu erkennen ist, ist der optimale Schnittwinkel entsprechend den örtlichen Gegebenheiten bzw. dem Einsatzprofil anzupassen.
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Die Auflagefläche wird durch die Randbegrenzung aufgespannt. Die Randbegrenzung kann als die Auflagefläche umlaufende Randlinie ausgebildet sein. Alternativ könnte die Randbegrenzung durch wenigstens drei Punkte festgelegt sein. Die Randbegrenzung kann mit einer Umrandung versehen sein. Vorzugsweise ist die Umrandung gegenüber der Auflagefläche zumindest partiell hervorragend ausgebildet. Die Umrandung kann darüber hinaus als Funktionselement, beispielsweise ein Halteelement zum Halten und/oder Befestigen der Kontaktloskarte, ausgebildet sein. Weiterhin kann die Umrandung ein Anzeigeelement zur visuellen Kommunikation umfassen. Die Ausgestaltung der Randbegrenzung und der Randbegrenzungsdeckfläche kann das Bewegungsprofil der Kontaktloskarte beim Zuführen zum Lesegerät beeinflussen.
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Die Auflagefläche des Lesegeräts kann eben ausgebildet sein. Insbesondere für eine sichere Auflage der Kontaktloskarte ist eine ebene Fläche vorteilhaft. Besonders, wenn das Lesegerät auch zum Auflegen und Verweilen der Kontaktloskarte dient, könnte eine horizontale Ausrichtung der Auflagefläche vorteilhaft sein. Ein Benutzer kann somit die Kontaktloskarte flächig auf die Auflagefläche auflegen und die Kontaktloskarte dort liegen lassen, ohne dass die Kontaktloskarte verrutscht.
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Die Lesegeräteantenne kann als Spule, insbesondere als gewickelte, gedruckte oder gelegte Spule ausgebildet sein. Eine ebene Ausbildung der Spulenfläche bewirkt ein einfaches und kostengünstiges Herstellen der Spule. Der Winkel zwischen der mit der Lesegeräteantenne festgelegten Spulenachse zur Randbegrenzungsdeckfläche und/oder Auflagefläche kann einfach bestimmt werden. Darüber hinaus kann aus dem Zusammenhang zwischen Auflagefläche und Spulenfläche der Bewegungsablauf einer Kontaktloskarte zum Einbringen in das Lesegerätefeld optimiert festgelegt werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Auflagefläche des Lesegeräts gekrümmt ausgebildet ist. Insbesondere kann die Auflagefläche konkav verlaufen. Dies bedeutet, dass die Auflagefläche Flächenpunkte unterschiedlicher Steigung umfasst. Entsprechend einer bestimmt gekrümmten Form der Auflagefläche wird dem Benutzer einer Kontaktloskarte ein bestimmtes Bewegungsprofil zum Zuführen der Kontaktloskarte zum Lesegerät suggeriert.
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Grundsätzlich kann es sich auch um eine Freiformfläche handeln. Aufgrund des bestimmten Bewegungsprofils können die von der Antenne der Kontaktloskarte geschnittenen Feldlinien des Lesegeräts im Bezug zur Position der Kontaktloskarte maximiert und eine optimale Feldeinkopplung gewährleistet werden. Durch Ausgestaltung der Auflagefläche kann deshalb das Bewegungsprofil optimal angepasst werden. Vorzugsweise liegt bei der gekrümmten Form der Auflagefläche eine Ebene, die durch die Durchschnittliche Steigung der Auflagefläche aufgespannt wird, als Ersatz der gekrümmten Auflagefläche geneigt zur Spulenfläche der Lesegeräteantenne.
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Der Schnittpunkt der Spulenachse mit der Auflagefläche kann Bestandteil einer Symmetrieachse der Auflagefläche sein. Die Symmetrieachse erstreckt sich entlang der Auflagefläche. Die Auflagefläche kann zum Schnittpunkt mit der Spulenachse auch punktsymmetrisch ausgebildet sein. Anhand einer symmetrischen Ausgestaltung kann das Lesegerät einfach und schnell konstruiert werden. Weiterhin kann das Bewegungsprofil der Kontaktloskarte einfach bestimmt werden. Weiterhin könnte die Ausgestaltung der Randbegrenzungsdeckfläche einbezogen werden. Die Randbegrenzungsdeckfläche könnte einen vom Winkel zwischen Auflagefläche und Spulenachse unabhängigen Winkel mit der Spulenachse aufweisen. Diese Eigenschaft führt zu einer weiteren Beeinflussung des Bewegungsprofils und Lageprofils der Kontaktloskarte beim Zuführen zum Lesegerät. Beispielsweise könnte der Neigungswinkel Spulenachse – Randbegrenzungsdeckfläche einen Wert von beispielsweise 60° und der Neigungswinkel Spulenachse – Auflagefläche 80° aufweisen.
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Die Auflagefläche kann auch asymmetrisch ausgebildet sein. Beispielsweise könnte der Verlauf der Auflagefläche gegenüber dem Schnittpunkt eine Verzerrung umfassen. Darüber hinaus wäre auch eine Freiformfläche als Auflagefläche denkbar.
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Zur Auslegung des Schnittwinkels zwischen der Auflagefläche bzw. Randbegrenzungsdeckfläche und der Spulenachse kann vorgesehen sein, dass der Schnittwinkel indirekt proportional zur Spulenfläche ist. Dies bedeutet, dass sich mit größer werdender Spulenfläche der Schnittwinkel dem Wert von 90° annähert, den rechten Winkel aber nie erreicht. Umgekehrt bedeutet dies, dass bei kleiner werdender Spulenfläche der Schnittwinkel zwischen der Spulenachse und der Auflagefläche bzw. Randbegrenzungsdeckfläche sich von 90° entfernt. Zur Begrenzung des Schnittwinkels kann somit ein Intervall von ]90°; 0°[, vorzugsweise ]80°; 50°[, festgelegt werden. Zu bemerken ist, dass zur Bestimmung des Schnittwinkels und der Antennenfläche zusätzlich eine mathematische Funktion, insbesondere eine Winkelfunktion, und/oder ein Parameter hinzugefügt sind.
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Das Gehäuse des Lesegeräts kann modular aufgebaut sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse ein erstes und ein zweites Gehäuseteil umfasst. Das erste Gehäuseteil kann die Lesegeräteantenne umfassen, wobei das zweite Gehäuseteil die Auflagefläche umfasst. Somit ist es möglich, das Lesegerät entsprechend den Anforderungen, nämlich der Lage, dem Einsatzort und/oder dem Einsatzzweck den Kundenanforderungen gerecht bereitzustellen. Weiterhin ist es möglich, bei Änderungen in der Lage und Position des Lesegeräts die Lage der Auflagefläche gegenüber der Lesegeräteantenne optimal anzupassen.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Auflagefläche im Bezug zur Lesegeräteantenne neigbar ausgebildet ist. Beispielsweise kann ein Gehäuseteil, die Auflagefläche und/oder die Lesegeräteantenne neigbar am Lesegerät ausgebildet sein. Die Neigung könnte über eine Steuereinheit am Lesegerät eingestellt werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Lesegerät ein Zuführelement zum Zuführen der Kontaktloskarte aufweist. Das Zuführelement kann beispielsweise am Gehäuse oder an der Auflagefläche ausgebildet sein. Vorzugsweise kann das Zuführelement als Führungsnut und/oder Führungsstift ausgebildet sein.
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Weiterhin kann das Lesegerät ein Haltemittel zum Halten des Kommunikationspartners, insbesondere der Kontaktloskarte, umfassen. Das Haltemittel ist vorzugsweise am Gehäuse des Lesegeräts ausgebildet. Das Haltemittel kann mittels einer mechanischen Rastfunktion die Kontaktloskarte gegenüber der Auflagefläche fixieren. Es kann auch eine Rastnase verwendet werden. Mit der Rastnase könnte ein Herunterfallen oder ungewolltes Entfernen der Kontaktloskarte von der Auflagefläche verhindert werden. Die Rastnase kann mit einem Spiel zur Kontaktloskarte am Gehäuse ausgeführt sein. Weiterhin könnte die Rastnase mit einem Aufnahmekeil zum Einbringen der Kontaktloskarte ausgebildet sein. Die Kontaktloskarte wird am Kartenleser kraft- und formschlüssiges gehalten.
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Ein erfindungsgemäßes System umfasst ein Lesegerät und ein tragbares Sicherheitsmodul. Das Lesegerät weist ein Gehäuse auf, in dem eine Lesegeräteantenne angeordnet ist. Weiterhin weist das Gehäuse eine Auflagefläche auf. Die Auflagefläche ist zur Auflage des Sicherheitsmoduls ausgebildet. Die Lesegeräteantenne weist eine Windung auf. Durch die Windung wird eine Spulenfläche aufgespannt. Weiterhin ist das Sicherheitsmodul zur Auflage auf dem Lesegerät ausgebildet. Beim Auflegen des Sicherheitsmoduls auf der Auflageflache des Lesegeräts werden Berührpunkte zwischen dem Sicherheitsmodul und dem Lesegerät festgelegt. Diese Berührpunkte spannen eine Lagefläche auf.
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Senkrecht zur Spulenfläche und deren geometrischen Schwerpunkt erstreckt sich eine Spulenachse. Ein Schnittwinkel zwischen der Spulenachse und der Lagefläche ist größer als 0° und kleiner als 90°. Vorzugsweise beträgt der Schnittwinkel zwischen 70° und 80°. Üblicherweise liegt das Sicherheitsmodul auf der Auflagefläche auf. Ist die Auflagefläche als Ebene ausgebildet, liegt das Sicherheitsmodul vollflächig auf der Auflagefläche auf. Dies bedeutet, dass die durch die Berührpunkte aufgespannte Lagefläche ein Teilbereich der Auflagefläche ist. Der Neigungswinkel zwischen der Lagefläche und der Spulenachse ist dann gleich dem Neigungswinkel des Teilbereichs der Auflagefläche zur Spulenachse.
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Grundsätzlich wäre auch denkbar, dass das Lesegerät als Berührpunkte Unterlageelemente umfasst, die beispielsweise auf der Auflagefläche oder am Gehäuse des Lesegeräts ausgebildet sind. Diese Unterlageelemente können beispielsweise als wulstartige, stiftartige und/oder noppenartige Erhebungen ausgeführt sein. Die Unterlageelemente bilden schließlich punktuelle Berührpunkte. Die Unterlageelemente können unterschiedlich stark ausgeprägt sein, so dass bei Auflegen des Sicherheitsmoduls auf den Unterlageelementen das Sicherheitsmodul unterschiedlich weit von der Auflagefläche beabstandet ist. Die Lagefläche ist dann unterschiedlich zur Auflagefläche positioniert und ausgerichtet. Beispielsweise bei transparenter Ausgestaltung der Unterlageelemente und/oder grafischer Ausgestaltung werden dem Benutzer zur Festlegung des Bewegungsprofils zum Lesegerät optisch zwei „Zielflächen” bzw. zwei „Zielbereiche” zur Auflage des Sicherheitsmoduls vermittelt, nämlich die Auflagefläche und die Lagefläche.
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Weiterhin könnte auch vorgesehen sein, dass eine Normale der Lagefläche senkrecht zur Spulenfläche verläuft. Somit kann sichergestellt werden, dass beim Auflegen des Sicherheitsmoduls auf der Lagefläche das Sicherheitsmodul maximal von dem verfügbaren elektromagnetischen Feld durchflossen wird. Durch die gegenüber der Spulenfläche geneigte Auflagefläche wird einem Benutzer des Sicherheitsmoduls ein zur Spulenfläche geneigtes Zuführen des Sicherheitsmoduls zum Lesegerät nahegelegt. Sowohl beim Zuführen des Sicherheitsmoduls als auch beim Auflegen befindet sich das Sicherheitsmodul in seiner optimalen Lage.
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Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Lesegeräts kann in dem Sicherheitsmodul eine Antenne eingesetzt werden, deren aufgespannte Fläche größer ist als die Spulenfläche des Lesegeräts. Besonders geneigtem Auflegen des Sicherheitsmoduls auf die Lagefläche gegenüber der Spulenfläche des Lesegeräts kann die Antenne des Sicherheitsmoduls eine größere Anzahl an Feldlinien des Leserfeldes des Lesegeräts schneiden. Dem Sicherheitsmodul steht somit eine größere Energie zur Verfügung. Somit könnte das erfindungsgemäße System eine gegenüber dem Stand der Technik gleichbleibende Leistungsfähigkeit bei geringer Leistung des Lesegeräts erzielen. Umgekehrt ist dem Sicherheitsmodul bei gleicher Leistung des Lesegeräts eine höhere Leistungsfähigkeit möglich.
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Die Größe des Schnittwinkels zwischen der Spulenachse und der Lagefläche kann von der Fläche der Antenne des Sicherheitsmoduls abhängig sein. Im Besonderen ist der Schnittwinkel indirekt proportional zur Grundfläche der Sicherheitsmodulantenne abhängig. Bei größerer Antennenfläche des Sicherheitsmoduls kann ein kleinerer Schnittwinkel gewählt werden. Ist die Antennenfläche des Sicherheitsmoduls hingegen klein, ist entsprechend ein großer Schnittwinkel zu wählen. Somit bewegt sich der Schnittwinkel in einem Intervall von ]0°; 90°[, vorzugsweise in einem Intervall von ]70°; 80°[. Das Zuführen eines Sicherheitsmoduls mit einer kleinen Antennengrundfläche zum Lesegerät kann dann zu einem raschen Anstieg der aufgenommenen Feldenergie führen. Aufgrund der geneigten Lagefläche und/oder geneigten Auflagefläche wird einem Benutzer ein gezielt schräges Einbringen des Sicherheitsmoduls und somit der Sicherheitsmodulantenne in das elektromagnetische Feld des Lesegeräts intuitiv vermittelt. Die Neigung ist vorzugsweise entsprechend dem System, nämlich dem Sicherheitsmodul und dem Lesegerät angepasst.
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Das Lesegerät des erfindungsgemäßen Systems kann weiterhin mit einer Erkennungseinheit zum Detektieren eines Sicherheitsmoduls ausgebildet sein. Die Erkennungseinheit ermittelt, ob sich ein Sicherheitsmodul im Wirkkreis, d. h. im Leserfeld des Lesegeräts, befindet. Sobald ein Sicherheitsmodul in das Leserfeld eindringt und eine Kommunikation mit dem Lesegerät startet, erkennt die Erkennungseinheit das Sicherheitsmodul als neu in das Leserfeld eintretendes Objekt. Aus dieser Information veranlasst die Erkennungseinheit, dass die Auflagefläche und/oder die Lagefläche relativ zur Spulenfläche geneigt gelagert werden. Aufgrund weiterer Änderungen des Feldes des Lesegeräts kann die Erkennungseinheit die Lage und/oder Position des Sicherheitsmoduls detektieren. Weiterhin könnte dem Lesegerät ein Bewegungsprofil hinterlegt sein, das zusätzlich der Erkennungseinheit zur Verfügung gestellt wird. Mit diesen Informationen regelt die Erkennungseinheit die Neigung der Auflagefläche bzw. Lagefläche relativ zur Spulenfläche. Somit kann das Lesegerät eine Ruhephase aufweisen, in der beispielsweise keine Schwächung des Leserfeldes detektiert und kein Sicherheitsmodul detektiert wird. Die Auflagefläche und/oder Lagefläche ist dann beispielsweise um 15° geneigt zur Spulenfläche. Zur Kommunikationsphase hat die Erkennungseinheit die Anwesenheit des Sicherheitsmoduls ermittelt. Der Neigungswinkel zwischen der Lagefläche und/oder Auflagefläche gegenüber der Spulenfläche wird eingestellt. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Spulenachse die Auflagefläche und/oder Lagefläche unter einem Schnittwinkel von annähernd 90° schneidet, wenn das Sicherheitsmodul auf der Auflagefläche aufliegt.
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Typischerweise ordnet ein Benutzer intuitiv ein Sicherheitsmodul möglichst parallel zur Auflagefläche bzw. Lagefläche am Lesegerät an. Ist die Auflagefläche bzw. Lagefläche jedoch geneigt zur Spulenfläche, so wird das Sicherheitsmodul vom Benutzer auch in einem entsprechend dem Neigungswinkel gleichen Annäherungswinkel dem Lesegerät zugeführt. Je nach Lage und Position des Lesegeräts können weitere Determinanten betreffend das Umfeld des Lesegeräts zur Definition eines Bewegungsprofils berücksichtigt werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Darin zeigen:
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1a, 1b eine erste Ausführungsform gemäß der Erfindung;
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2a, 2b eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung;
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3 eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung; und
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4 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung.
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Die 1a und 1b zeigen schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung. In 1a eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Lesegeräts 100 mit einer Kontaktloskarte 200 dargestellt. 1b zeigt eine perspektivische Darstellung zur 1a. Das Lesegerät 100 weist ein quaderförmiges Gehäuse 150 auf. Das Gehäuse 150 umfasst eine Bodenwand 156. Von der Bodenwand 156 erstreckt sich zu jeder Seite eine Seitenwand 155. Gegenüberliegend zur Bodenwand 156 ist die obere Seite des Gehäuses 150 durch die Auflagefläche 151 festgelegt.
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Innerhalb des Gehäuses 150 ist zur Kommunikation mit der Kontaktloskarte 200 eine Lesegeräteantenne 120 angeordnet. Die Lesegeräteantenne 120 umfasst exemplarisch in dieser Ausführungsform eine Windung 121. Die Windung 121 spannt eine Spulenfläche 122 auf und begrenzt diese. Senkrecht zur Spulenfläche 122 durch deren geometrisches Zentrum verläuft eine Spulenachse 130. Die Spulenachse 130 schneidet die Auflagefläche 151 in einem Schnittwinkel α von 75°; die Spulenfläche 122 ist mithin gegenüber der Auflagefläche 151 um einen Winkel α von 15° geneigt.
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Zur Kommunikation zwischen dem Lesegerät 100 und der Kontaktloskarte 200 wird die Kontaktloskarte 200 in ein Leserfeld 123 des Lesegeräts 100 gebracht. In der 1a ist rein schematisch in vereinfachter Darstellung das Leserfeld 123 gezeigt. Die Kontaktloskarte 200 umfasst eine Kartenantenne 210. Die Kartenantenne 210 ist üblicherweise als gedruckte oder verlegte Antenne ausgebildet, so dass sich die Windungen der Kartenantenne 210 in einer Ebene erstrecken.
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Dem Lesegerät 100 ist eine Zuführrichtung (Pfeil) zugeordnet. Die Zuführrichtung beschreibt im Wesentlichen die Richtung, in der die Kontaktloskarte 200 zum Durchführen einer Transaktion an das Lesegerät 100 geführt wird. Beim Einbringen der Kontaktloskarte 200 in das Leserfeld wird durch Neigen der Lesegeräteantenne 120 gegenüber der Auflagefläche 151 und somit gegenüber der Ebene der Kartenantenne 210 eine größere Fläche der Kartenantenne 210 vom Leserfeld durchflutet. Dadurch erfährt die Kontaktloskarte 200 bereits ab Eindringen in das Leserfeld 210 eine hohe Felddurchflutung. Weiterhin ist ein großer Anstieg der Felddurchdringung durch die Kontaktloskarte 100 im Bezug zur Wegstrecke gewährleistet. Insgesamt steht der Kontaktloskarte schnell eine hohe Feldenergie zur Verfügung. Der Energiebedarf des Lesegeräts kann deshalb verringert werden. Außerdem deckt sich der Schnittpunkt der Spulenachse 130 des Lesegeräts 100 nicht mit dem geometrischen Zentrum der Kartenantenne 210. Ein sogenanntes „zero-distance-Problem” wird verhindert. Somit ist ein äußerst sicherer Systemstart und beständige Ausführbarkeit von Transaktionen bereits vor dem Aufliegen der Kontaktloskarte 200 auf der Auflagefläche 151 möglich. Ein Abbruch wegen unzureichend zur Verfügung stehender Energie wird verhindert.
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In den 2a und 2b ist eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung dargestellt. Die 2a zeigt dazu ein Lesegerät 100 mit einer Kontaktloskarte 200 in einer schematischen Seitenansicht, wogegen die 2b eine schematische perspektivische Darstellung der 2a vermittelt. Der Kartenleser 100 umfasst ein Gehäuse 150, das keilförmig ausgebildet ist. Die Bodenwand 156 des Gehäuses 150 ist zudem trapezförmig ausgebildet, so dass eine vordere Seite der trapezförmigen Bodenwand 156 kürzer als eine hintere Seite der Bodenwand 156 ist. Von der Bodenwand 156 erstrecken sich vier Seitenwände, nämlich eine vordere Seitenwand 155a, zwei seitliche Seitenwände 155b und eine hintere Seitenwand 155c. Aufgrund der keilförmigen Form des Gehäuses 150 ist die hintere Seitenwand 155c höher als die vordere Seitenwand 155a. Eine obere Begrenzung des Gehäuses 150 bildet die Auflagefläche 151. Die Auflagefläche 151 ist jedoch als Vertiefung am Gehäuse 150 ausgebildet, so dass zwischen der Auflagefläche 151 und den Seitenwänden 155c, 155b und 155c eine wulstartige Randbegrenzung 153 ausgebildet ist. Die Auflagefläche 151 ist somit vertieft ausgebildet. Die Randbegrenzung 153 spannt an der der Bodenwand 156 gegenüberliegenden Seite eine Randbegrenzungsdeckfläche 154 auf. Die Randbegrenzungsdeckfläche 154 ist hier eben ausgebildet.
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Innerhalb des Gehäuses 150 befindet sich eine Lesegeräteantenne 120. Die Lesegeräteantenne 120 umfasst drei Windungen 121 (vergleiche 2b). Die Windungen 121 bilden eine Spulenfläche 123. Senkrecht zur Spulenfläche 123 durch deren geometrisches Zentrum verläuft die Spulenachse 130. Die Spulenachse 130 schneidet die Randbegrenzungsdeckfläche 154 unter einem Neigungswinkel α. Der Neigungswinkel α beträgt in dieser zweiten Ausführungsform 80°. Weiterhin ist die Lesegeräteantenne 120 im Gehäuse 150 derart angeordnet, dass die Spulenfläche im Wesentlichen parallel zur Bodenwand 156 positioniert ist.
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Die Kontaktloskarte 200 weist zur Datenübertragung zwischen dem Kartenleser 100 und der Kontaktloskarte 200 eine Kartenantenne 210 auf. Die Kartenantenne 210 ist als gelegte Antenne in einer Ebene parallel zum flächigen Körper der Kontaktloskarte 200 ausgeführt.
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Aufgrund der geneigten Auflagefläche 151 wird ein Benutzer der Kontaktloskarte 200 diese intuitiv schräg, nämlich im Wesentlichen in paralleler Lage zur Auflagefläche 151 und in einer Bewegungsrichtung möglichst parallel oder senkrecht zur Auflagefläche 151 dem Lesegeräts 100 zuführen (vergleiche Pfeil 2a). Die vom Leserfeld 123 durchflutete Fläche der Kartenantenne 210 steigt im Verhältnis zur zurückgelegten Strecke der Kontaktloskarte 200 im Leserfeld rasch an. Der Kontaktloskarte 200 wird dadurch schlagartig eine relativ hohe Energie zur Verfügung gestellt. Ein sicherer Funktionsstart der Kontaktloskarte 200 kann auch bei energieaufwändigen Vorgängen sichergestellt werden. Ein Kommunikationsabbruch oder Funktionsabbruch der Kontaktloskarte 200 aufgrund erhöhten Energiebedarfs bei nicht ausreichender Energieversorgung wird verhindert. Darüber hinaus wird aufgrund der guten Feldabdeckung der Kontaktloskarte 200 eine hohe Energieaufnahme erzielt. Dies bewirkt, dass die Feldenergie des Lesegeräts 100 herabgesenkt werden kann.
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Die Auflagefläche 151 ist vertieft an der Oberseite des Gehäuses 150 ausgebildet. Die Auflagefläche 151 ist so dimensioniert, dass die Kontaktloskarte 200 innerhalb der Randbegrenzung 153 auf die Auflagefläche 151 aufgelegt werden kann. Somit dient die Randbegrenzung 153 als räumliche Begrenzung. Weiterhin wird durch die Randbegrenzung 153 ein Abrutschen der Kontaktloskarte 200 von der Auflagefläche 151 verhindert.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein Lesegerät 100 ist ähnlich dem Lesegerät 100 aus 2a und 2b ausgebildet. Jedoch ist der Grundkörper des Gehäuses 150 quaderförmig. Die Oberseite des Gehäuses 150 weist weiterhin eine Auflagefläche 151 (siehe Längsachse A1) auf. Die Auflagefläche 151 verläuft schräg vertiefend an der Oberseite und bildet zu einer Seitenwand des Gehäuses 150 eine abfallende Rampe. Seitlich ist die Auflagefläche 151 durch die Randbegrenzung 153 abgegrenzt. Die Randbegrenzung 153 erstreckt entlang der abfallenden Rampe der Auflagefläche 151 wulstartig zur Gehäuseoberseite. Die Randbegrenzung 153 kann als Führung zur Führung der Kontaktloskarte verwendet werden.
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Im Inneren des Gehäuses 150 befindet sich eine Lesegeräteantenne 121. Senkrecht zur Spulenfläche der Lesegeräteantenne und deren geometrisches Zentrum erstreckt sich die Spulenachse 130. Die Lesegeräteantenne ist im Gehäuse 150 parallel zur Bodenwand des Gehäuses 150 angeordnet. Die Randbegrenzung 153 der Auflagefläche 151 spannt an dem der Bodenwand gegenüberliegenden Ende eine Randbegrenzungsdeckfläche (siehe Längsachse A2) auf. Die Randbegrenzungsdeckfläche ist eben ausgebildet. Ein Schnittwinkel α zwischen der Spulenachse 130 und der Auflagefläche beträgt 75°. Ein Schnittwinkel β zwischen der Spulenachse 130 und der Randbegrenzungsdeckfläche beträgt 75°.
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Durch die geneigte Auflagefläche 151 zur Spulenfläche 123 wird einem Benutzer intuitiv nahegelegt, dass eine Kontaktloskarte ebenfalls geneigt zur Spulenfläche 123 entsprechend der Neigung der Auflagefläche 151 dem Lesegerät 100 zugeführt wird. Weiterhin bewirkt die Randbegrenzung 153 und die Randbegrenzungsdeckfläche eine Beeinflussung des Bewegungsprofils des Benutzers beim Zuführen und Entnehmen der Kontaktloskarte. Das Bewegungsprofil hängt somit in diesem Ausführungsbeispiel nicht nur von der Lage der Auflagefläche 151 sondern auch von der Randbegrenzung 153 ab. Konkret könnte der Benutzer zu einer kurvenförmiges Zuführbewegung mit veränderlicher Neigung der Kontaktloskarte gegenüber der Auflagefläche und somit gegenüber der Spulenfläche beeinflusst werden.
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Die Abmessungen der Antenne des Lesegeräts können entsprechend den Innenseiten der Randbegrenzung 153 ausgebildet sein. Eine Projektion der Innenseiten der Randbegrenzung 153 auf die Ebene der Spulenfläche deckt sich somit mit den Rand der Spulenfläche. Bei vollständiger Ausnutzung der Auflagefläche durch eine Kontaktloskarte und bei größtmöglicher Ausbildung einer Kartenantenne in der Kontaktloskarte wäre eine größtmögliche Abdeckung der Spulenfläche durch die Kontaktloskarte. Die Kontaktloskarte erfährt somit eine größtmögliche Felddurchflutung.
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In der 4 wird ein viertes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt. Ein Kartenleser 100 umfasst ein keilförmiges Gehäuse 150, ähnlich dem Gehäuse 150 aus 2b. Im Unterschied weist das Gehäuse der 4 eine konkav ausgebildete Auflagefläche 151 auf. Die Auflagefläche 151 wird seitlich von der Randbegrenzung 153 begrenzt. Im Inneren des Gehäuses 150 befindet sich eine Lesegeräteantenne 120. Die Lesegeräteantenne 120 ist in dieser Ausführungsform beispielhaft mit einer Windung 121 dargestellt. Die Windung 121 bildet eine Spulenfläche. Senkrecht zur Spulenfläche 123 durch deren geometrisches Zentrum erstreckt sich eine Spulenachse 130. Die Spulenachse 130 schneidet die Auflagefläche 151 im Schnittpunkt S mit einem Schnittwinkel α von 80°. Aufgrund der Keilform des Gehäuses 150 ist zu erkennen, dass die hintere Seitenwand (in der Ansicht linke Seite) höher ist als die vordere Seitenwand (in der Ansicht rechte Seite). Die Auflagefläche 151 erstreckt sich stetig mit einer Krümmung von links oben nach rechts unten. Der Schnittpunkt S liegt dabei zwischen dem linken oberen und dem rechten unteren Ende der Auflagefläche 151, so dass der Schnittpunkt S einen rechten und einen linken Abschnitt der Auflagefläche 151 bildet. Insbesondere ist zu bemerken, dass der linke Abschnitt Punkte aufweist, deren Abstand zur Spulenfläche 123 größer ist als der Abstand der Punkte des rechten Abstands zur Spulenfläche 123.
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In der Regel dient nicht die gesamte Auflagefläche 151 zum Aufliegen der Kontaktloskarte 200. Deshalb wird von einem Benutzer meist nur der tatsächlich zur Auflage der Kontaktloskarte 200 angedachte Bereich der Kontaktloskarte 200 berücksichtigt. Der Benutzer nimmt somit lediglich eine Lagefläche 157 wahr, die durch die Auflagepunkte A der Kontaktloskarte 200 gebildet wird. Die Auflagepunkte P sind hier Flächenpunkte der Auflagefläche 151. Damit der Benutzer die Kontaktloskarte 200 geneigt gegenüber der Spulenfläche dem Leserfeld zuführt, kann ein Schnittwinkel γ zwischen der durch die Auflagepunkte P aufgespannte Ebene und der Spulenachse 130 zwischen 0° und 90° sein. In diesem Beispiel beträgt der Winkel γ 70°. Weiterhin kann ein Schnittwinkel β zwischen der Spulenachse 130 und der Lagefläche 157 zwischen 0° und 90°, vorzugsweise 65°, sein.
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Am unteren Ende der Auflagefläche 151 (rechter) befindet sich eine Rastnase 159, um bei Auflegen der Kontaktloskarte 200 ein Herunterrutschen zu verhindern.
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Das Zuführen der Kontaktloskarte 200 in das Leserfeld 123 des Lesegeräts 100 ist durch den gestrichelten Pfeil sowie den gestrichelten Kontaktloskarten 200 dargestellt. Es hat sich gezeigt, dass ein Nutzer aufgrund der konkaven Form der Auflagefläche 151 die Kontaktloskarte 200 in einem bestimmten Bewegungsprofil dem Kartenleser 100 zuführt. Insbesondere wird bei der Ausgestaltung gemäß der 4 ein Benutzer die Kontaktloskarte 200 anfangs mit einem relativ großen Neigungswinkel zur Spulenfläche 123 hinzuführen. Bei Annäherung an die Auflagefläche 151 nimmt der Neigungswinkel der Kontaktloskarte 200 ab, bis schließlich die Kontaktloskarte 200 auf die Auflagefläche 151 aufgelegt wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es nicht zwingend erforderlich, dass während des Aufliegen der Kontaktloskarte 200 auf der Auflagefläche 151 die Kontaktloskarte 200 einen bestimmten Neigungswinkel zur Spulenfläche 123 aufweist. Vielmehr kann die Lagefläche 157 gegenüber der Spulenfläche 123 einen von Winkel 0° (β = 90°) aufweisen.
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Aus den dargestellten Ausführungsbeispielen ist erkennbar, dass aufgrund unterschiedlicher Ausgestaltung der Auflagefläche insbesondere gegenüber der Spulenfläche 123 einem Benutzer ein bestimmtes Bewegungsprofil beim Zuführen einer Kontaktloskarte 200 zum Lesegerät 100 nahegelegt wird. Entsprechend intuitiv erschließt sich einem Benutzer auch das Entfernen der Kontaktloskarte 200 vom Lesegerät 100.
