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Die
Erfindung betrifft einen Kartenleser für Chipkarten nach dem Anspruch
1.
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Für die elektronische
Verwaltung von Dienstleistungssystemen, z. B. Sicherheitssystemen,
stationären
und mobilen Telefondiensten, Bank- und Gesundheitswesen finden seit
geraumer Zeit Plastikkarten Verwendung, auf denen ein Mikrochip
mit den veränderlichen
und unveränderlichen
Daten angeordnet ist (sog. Chipkarten). Mittels der gespeicherten
Daten wird bei jedem Zugangsversuch die Zugangsberechtigung und/oder
die Zulässigkeit
der angestrebten Handlung elektronisch geprüft. Dazu wird die Chipkarte
in einem Kartenleser so positioniert, daß die auf der Oberfläche der
Chipkarte angeordneten Kontakte des Mikrochips mit entsprechenden Kontakten
im Kartenleser elektrisch leitend verbunden sind und so der Austausch
von Daten ermöglicht wird.
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Die
Aktualisierung der Daten im Mikrochip setzt voraus, daß außer Lesevorgängen auch Schreibvorgänge stattfinden.
Viele Kartenleser, vor allem solche, bei denen variable Guthaben verwaltet werden,
weisen daher neben der Lesestation auch eine Schreibstation auf.
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Damit
die Chipkarte während
der Schreib- und Lesevorgänge
ortsunveränderlich
im Kartenleser verharrt, ist diese darin arretiert. Für diese
Arretierung sind mechanische und elektromechanische Lösungen bekannt.
Während
bei elektromechanischer Arretierung in einfacher Weise eine elektrische
Verriegelung für
die Dauer des Datenaustauschs zwischen dem Kartenleser und der Chipkarte
hergestellt werden kann, ist diese Möglichkeit bei rein mechanischer
Arretierung nicht ohne weiteres gegeben. Dafür entfällt bei letzterer jedoch der
Verbrauch an elektrischer Energie für den Betrieb der Magnete.
Insbesondere bei Mobilgeräten
ist die Nutzungsdauer bis zum notwendigen Aufladen oder Austausch
der verwendeten Akkumulatoren oder Batterien von entscheidender
Bedeutung für
die Wettbewerbsfähigkeit.
Es muß jedoch
auch bei rein mechanischer Arretierung sichergestellt sein, daß durch
willkürliches Entnehmen
der Chipkarte kein Schreibvorgang auf den Mikrochip unterbrochen
wird, da dies die teilweise Zerstörung der Daten und damit die
weitere Unbrauchbarkeit der Chipkarte nach sich zieht.
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Die
AT 49 073 B offenbart
einen Chipkartenleser, in dem zwei Schalter angeordnet sind, die durch
ihre räumlich
versetzte Anordnung voneinander verschiedene Positionen der Chipkarte
im Schacht des Kartenlesers erfassen. Diese Anordnung dient dazu,
einen Bereich zu definieren, innerhalb dessen die Chipkarte im Kartenschacht
verschoben werden kann, wobei eine Kontaktierung der Kontaktflächen der
Chipkarte durch Gegenkontakte des Kartenlesers sichergestellt ist.
Außerhalb
dieses Bereichs ist hingegen eine Kontaktierung der Kontaktflächen der
Chipkarte nicht sichergestellt.
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Die
DE 43 03 031 A1 offenbart
ebenfalls einen Chipkartenleser mit zwei Schaltern, wobei ein erster
Schalter als Endlagen-Schalter zur Definition einer Schreib- und
Leseposition und ein weiterer Schalter als Kartenanwesenheits-Schalter ausgebildet
ist. Der Endlagen-Schalter hat die Aufgabe, einen Lesevorgang erst
dann zuzulassen, wenn die Chipkarte innerhalb des Kartenlesers die
Kartenendstellung erreicht hat. Der Kartenanwesenheits-Schalter ist mit
dem Endlagen-Schalter in Reihe geschaltet. Die vorgesehene Schaltfolge
des Endlagen-Schalters und des Kartenanwesenheits-Schalters verhindert
eine vorzeitige Einleitung oder Unterbrechung des Lesevorgangs.
Damit soll sichergestellt werden, dass durch einen Kartenbenutzer
keine Manipulationen der Karte ausgeführt werden können, insbesondere
soll verhindert werden, dass Lesekontakte auf die Karte aufsetzen
und aktiviert werden, bevor eine Verriegelung in der Kartenendstellung
vorliegt.
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Die
DE 36 02 668 A1 offenbart
ebenfalls einen Chipkartenleser mit hier allerdings nur einem einzigen
Endlagen-Schalter.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kartenleser für Chipkarten
anzugeben, bei dem die Arretierung der Chipkarte im Kartenleser rein
mechanisch erfolgt und der ordungsgemäße Abschluß eines Schreibvorgangs auf
den Mikrochip auch beim willkürlichen
Entnehmen der Chipkarte gewährleistet
ist.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt mit den im Teil Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen.
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Der
erfindungsgemäße Kartenleser
für Chipkarten
mit einem Mikrochip und dessen Kontakten auf der Oberfläche, mit
einem Kartenschacht zur Aufnahme und mechanischen Arretierung
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einer
Chipkarte und mit Gegenkontakten zum mechanischen Zusammenwirken
mit den Kontakten des Mikrochips und zur elektrisch leitenden Verbindung
eines Rechners mit dem Mikrochip, mit einer ersten, auf die An-
oder Abwesenheit einer Chipkarte im Kartenschacht ansprechenden
Schaltanordnung, ist im einzelnen gekennzeichnet durch eine durch
die ordnungsgemäß arretierte
Chipkarte betätigbare
zweite Schaltanordnung, deren Schaltweg kürzer ist als der Schaltweg
der ersten Schaltanordnung.
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Durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergibt
sich der Vorteil, daß auch
bei rein mechanischer Arretierung der Chipkarte im Kartenleser beim Lösen der
Arretierung durch die zweite Schaltanordnung ein zeitlich vorlaufendes
Signal gewonnen wird, das dem Geräterechner den ordnungsgemäßen Abschluß von Interaktionen
mit dem Mikrochip auf der Chipkarte, insbesondere von Schreibvorgängen, vor dem
Entnehmen der Chipkarte ermöglicht.
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Ferner
ist vorteilhaft, daß der
erfindungsgemäße Kartenleser
auch bei tragbaren Geräten
mit Schreibstation eingesetzt werden kann, wobei für die Arretierung
kein zusätzlicher
Strom verbraucht wird.
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Die
erste Schaltanordnung kann auch ohne einen Schalter elektronisch
realisiert werden – beispielsweise
durch eine gegenüber
einem von der zweiten Schaltanordnung gegebenen Signal verzögerte Abschaltung
der Stromversorgung.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die zweite Schaltanordnung
durch die beim Einschieben in den Kartenschacht nachlaufende Kartenkante
betätigbar
ist. Dadurch findet ständig
eine Überwachung
der tatsächlichen Anwesenheit
der Chipkarte im Kartenschacht statt.
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Eine
andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Arretierung
der Chipkarte durch Anlage der beim Einschieben in den Kartenschacht nachlaufenden
Kartenkante nach Zurücklegen
eines Überhubs
an der Anlagekante erfolgt. Hierdurch läßt sich der Schaltweg der zweiten
Schaltanordnung weiter minimieren.
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Gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung sind die mit den Kontakten des
Mikrochips auf der Chipkarte zusammenwirkenden Gegenkontakte im
Kartenschacht derart ausgebildet sind, daß sie die Kontaktierung während der
Bewegung im Überhubbereich
aufrechterhalten.
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Diese
Ausführungsform
des Kartenlesers erlaubt eine besonders gedrängte Bauweise mit geringen
Schaltwegen der Schaltanordnungen und die Kommunikation des Geräterechners
auch noch zu Beginn des Entnahmevorgangs der Chipkarte aus dem Kartenschacht.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des Kartenlesers besteht darin, daß ein längsverschieblicher Schlitten
im Kartenschacht zur Aufnahme der Chipkarte vorgesehen ist, dessen
Verschiebeweg durch eine eingearbeitete Schaltkulisse mit Schaltherz
begrenzt wird, die mit einem im Kartenschacht angeordneten beweglichen,
die Schaltanordnungen betätigenden
Schalthebel zusammenwirkt. Dies erlaubt die Gruppierung beider Schaltanordnungen
nahe beieinander, wodurch sich der Aufwand für die Verdrahtung verringert.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung des Kartenlesers sieht vor, daß die Schaltkulisse
dreidimensional ausgeführt
ist und der Schalthebel Freiheitsgrade in zwei zueinander senkrechten
Ebenen aufweist, wobei er in der ersten Schaltebene auf die erste
Schaltanordnung und in der zweiten Schaltebene auf die zweite Schaltanordnung
einwirkt.
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Auf
diese Weise lassen sich beide Schaltanordnungen besonders raumsparend
um den Schalthebel anordnen und dabei die Chipkarte komfortabel in
den Kartenleser einführen.
Der Raumgewinn und die damit verbundene Gewichtsreduktion sind insbesondere
bei tragbaren Geräten
der Kommunikationstechnik von Vorteil.
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Eine
andere Weiterbildung sieht vor, daß die Schaltkulisse zweidimensional
ausgeführt
ist und der Schalthebel einen einzigen Schalter in nur einer Schaltebene
betätigt,
in welchem in aufeinanderfolgenden Schaltwegen beide Schaltanordnungen nacheinander
betätigbar
zusammengefaßt
sind. Dies bewirkt eine Verringerung der zu montierenden Bauteile
und damit eine Kostensenkung.
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Schließlich kann
vorteilhaft im Kartenschacht eine Reibungsdämpfungseinrichtung für die Einschub-/Auswurfbewegung
der Chipkarte angeordnet sein, durch die sich die Zeit zwischen
dem Beginn des Entnahmevorgangs der Chipkarte aus dem Kartenschacht
und dem Ende der Kommunikation zwischen Geräterechner und Chipkarte verlängert, so daß auch zeitaufwendigere
Interaktionen sicher beendet werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 eine
Ausführungsform
einer gebräuchlichen
Chipkarte,
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2 ein
Schaltschema im Zusammenhang mit der Erfindung,
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3 schematisch
einen Längsschnitt
durch den Kartenschacht einer ersten Ausführungsform eines Kartenlesers,
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4 vergrößert eine
Einzelheit aus 3,
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5 den
Kartenschacht aus 3 in Draufsicht,
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6 vergrößert eine
Einzelheit aus 5 bei arretierter Chipkarte,
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7 die
gleiche Einzelheit bei nicht arretierter Chipkarte,
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8 eine
Abwandlung des Kartenschachts nach 3, ebenfalls
im Längsschnitt,
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9 schematisch
eine zweite Ausführung eines
Kartenlesers nach der Erfindung im Längsschnitt,
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10 das
Arretierungsprinzip des Kartenlesers nach 9,
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11 das
Ablaufschema der Arretierung und des Lösens der Arretierung aus 10,
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12 vergrößert die
Arretiermechanik und deren Bewegungsablauf in Draufsicht und
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13 die
gleiche Arretiermechanik im Längsschnitt.
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Gleiche
Bauteile mit gleicher Funktion sind in der Zeichnung mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Die
in 1 dargestellte Chipkarte 1 weist im allgemeinen
beidseitig bedruckte Flächen
auf, die den Verwendungszweck der Karte charakterisieren und auch
Werbeaussagen zum Inhalt haben. Weiter können Registrierfelder 2 und
Unterschriftsfelder 3 und/oder (nicht dargestellt) ein
Fotofeld auf der Vorderseite der Chipkarte und Magnetstreifen 4 auf
der Rückseite
vorhanden sein. Immer aber enthält
die Karte einen Mikrochip 5, der elektrisch leitend mit
einer Anzahl Kontakten 6 auf der Oberfläche der Chipkarte 1 verbunden
ist und über
diese und entsprechende Gegenkontakte im Kartenschacht eines Gerätes gelesen
und beschrieben werden kann.
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Wie
bereits ausgeführt,
muß auch
bei rein mechanischer Arretierung der Chipkarte 1 unter
allen Umständen
ein Schreibvorgang von dem Gerät,
im folgenden Kartenleser genannt, in dessen Kartenschacht sich die
Chipkarte gerade befindet, auf den Mikrochip zu Ende gebracht werden,
bevor die Chipkarte entnommen wird, um Datenverlust zu vermeiden.
Der Schreibvorgang dauert maximal 50 Millisekunden.
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An
den Datenrechner 10 des erfindungsgemäßen Kartenlesers sind nach 2 zwei
Endschalter 11, 12 angeschlossen, die beide im
Kartenschacht angeordnet sind und mit der in den Kartenschacht eingeführten Chipkarte
in besonderer, nachfolgend genau beschriebener, Weise zusammenwirken.
Der Doppelpfeil 13 deutet den Datentransfer zwischen Chipkarte
und Datenrechner 10 an.
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Der
in den 3 bis 7 dargestellte Kartenschacht 20 eines
Kartenlesers weist eine flache rechteckige Seitenwand 21 auf,
der im Abstand der Dicke der Chipkarte 1 eine kürzere Seitenwand 22 gegenüberliegt.
Beide Seitenwände 21, 22 sind
an einer Schmalseite durch den Schachtboden 23 miteinander
verbunden. An der dem Schachtboden 23 gegenüberliegenden
Schmalseite ist die Seitenwand 21 aufgekantet und bildet
eine Anlagekante 24, die in einer zur Seitenwand 22 hin
vorspringenden Rastnase 25 endet. Im Schachtboden 23 ist
eine Druckfeder 26 so eingelassen, daß ihr freies Ende in den Kartenschacht
vorspringt. Die Seitenwand 22 weist zum Schachtinneren
zeigende federnde Kontakte Gegenkontakte 27 auf, deren
Konfiguration den Oberflächenkontakten 6 der
Chipkarte entspricht. In der Nähe
des Schachtbodens 23 ist eine Schaltanordung 11 vorgesehen,
die durch die Chipkarte 1 betätigt wird. Die Schaltanordung 11 kann
z. B. ein mechanischer Schalter oder eine Lichtschranke sein.
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Beide
Seitenwände 21, 22 erstrecken
sich einseitig über
die von der Chipkarte 1 eingenommene Fläche hinaus in einen Bereich 30.
Dieser Bereich 30 parallel zu einer Längskante der Chipkarte 1 weist nahe
der Anlagekante 24 eine weitere Schaltanordnung auf, die
durch einen mechanischen Schalter 12 realisiert ist. Der
mechanische Schalter 12 ist hier vom "Schließer"-Typ und wird durch die an der Anlagekante 24 anliegende
Kante der Chipkarte 1 in der Weise betätigt, daß bei eingelegter Chipkarte
der Schalter 12 geschlossen (6) und bei
herausgenommener Chipkarte offen ist (7).
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Beim
Gebrauch der Chipkarte 1 in dem erfindungsgemäßen Kartenleser
nach den 3 bis 7 wird die
Chipkarte 1 entsprechend der gestrichelt gezeichneten Darstellung
(3) in den Kartenschacht 20 in Richtung
des Pfeils 32 eingeschoben, bis die vorlaufende Kante der
Chipkarte 1 am Schachtboden 23 anschlägt und die
dort eingelassene Druckfeder 26 zusammendrückt. In
dieser Lage meldet die Schaltanordnung 11 die Anwesenheit
der Chipkarte 1 im Kartenschacht 20, jedoch resultiert daraus
noch keine Funktionsbereitschaft des Gerätes, in dem der Kartenleser 20 installiert
ist. Die Abmessungen der Seitenwand 21 des Kartenschachts 20 sind
so gewählt,
daß bei
am Schachtboden 23 anliegender Chipkarte 1 deren
nachlaufende Kante über
die Rastnase 25 gehoben werden kann. Beim Loslassen der
Chipkarte 1 drückt
die Druckfeder 26 die Chipkarte 1 gegen die Anlagekante 24.
Dabei werden gleichzeitig die Kontakte 27 in der Seitenwand 22 mit
den Kontakten 6 des Mikrochips 5 auf der Chipkarte 1 elektrisch
leitend verbunden und die Schaltanordnung 12 betätigt. Die
Schaltanordnung 12 meldet die korrekte Lage der Chipkarte 1 im
Kartenschacht 20. Damit kann der Dateninhalt des Mikrochips 5 gelesen
und auch durch Einschreiben neuer Daten geändert werden.
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Beim
Entnehmen der Chipkarte 1 aus dem Kartenschacht 20 wird
diese zunächst
gegen die Kraft der Druckfeder in Richtung des Pfeils 32 an
den Schachtboden 23 gedrückt und dabei die Schaltanordnung 12 freigegeben.
Der Schalter öffnet
und signalisiert damit dem Geräterechner 10,
daß in
Kürze keine
Kommunikation mit der Chipkarte 1 möglich sein wird. Eventuell
gerade ablaufende Interaktionen mit dem Mikrochip 5 auf
der Chipkarte 1 werden daher vom Rechner beendet, neue
Schreibvorgänge nicht
mehr gestartet. Zweckmäßigerweise
sind die Kontakte 27 in Einschubrichtung der Chipkarte 1 so weit
verlängert,
daß die
elektrische Verbindung mit den Kontakten 6 auf der Chipkarte 1 auch
dann noch aufrecht erhalten ist, wenn die Chipkarte 1 in
der beschriebenen Weise aus ihrer Benutzungslage entnommen zu werden
beginnt, die Schaltanordnung 12 mithin freigegeben ist,
die Schaltanordnung 11 aber noch die Anwesenheit der Chipkarte 1 im
Kartenschacht 20 registriert. Da ein Schreibvorgang im
allgemeinen maximal 50 Millisekunden dauert und die Manipulation
der Chipkarte 1 im allgemeinen eine Zeit dauert, die größer ist
als 50 Millisekunden, kann der Geräterechner 10 die Interaktionen
mit dem Mikrochip 5 auf der Chipkarte 1 ordnungsgemäß beenden.
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Der
Kartenschacht 40 (8) weist
zusätzlich
eine Ausschubdämpfung 41 auf,
die verhindert, daß die
Chipkarte 1 von der im Schachtboden eingelassenen Druckfeder
zu rasch ausgeworfen wird. Die Ausschubdämpfung 41 kann eine
mechanische, hydraulische oder pneumatische Reibungsdämpfung sein.
Mit dieser Ausschubdämpfung 41 ist
die Auswerfzeit deutlich größer als
50 Millisekunden, so daß Interaktionen
des Geräterechners 10 mit
der Chipkarte 1 sicher beendet werden, selbst wenn die
Chipkarte 1 im ungünstigsten
Zeitpunkt aus dem Gerät entnommen
wird.
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Bei
der Ausführungsform
des Kartenlesers 50 nach den 9 bis 13 sind
den Schaltanordnungen der vorbeschriebenen Ausführung entsprechende Schaltanordnungen
in einer Baugruppe zusammengefaßt.
Dazu weist der Kartenschacht 60 einen Schlitten 61 auf,
auf dem die Chipkarte 1 in die Leseposition im Kartenschacht
eingeschoben wird. Der Schlitten 61 enthält eine
dreidimensionale Schaltherz-Kulisse 62, die mit einem im
Kartenschacht 60 angeordneten, in zwei Freiheitsgraden beweglich
geführten
Schalthebel 63 zusammenwirkt. Derartige Kulissenanordnungen
sind von Einbau-Druckschaltern, beispielsweise der Fa. Schadow,
Typ NE 18, an sich bekannt.
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Zwei
Schaltanordnungen registrieren die Bewegungen des Schalthebels 63 in
zwei zueinander senkrechten Schaltebenen. Zur Unterscheidung werden
im folgenden die Schaltstellungen des Schalthebels 63 senkrecht
zur Schlittenoberfläche
mit "H" und "L", die Positionen in der Kulisse entlang
der Schlittenoberfläche
mit arabischen Ziffern bezeichnet.
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Beim
Einschieben der Chipkarte 1 auf dem Schlitten 61 in
den Kartenschacht 60 bewegt sich die Kulisse 65 auf
dem Schlitten unter dem Schalthebel 63, dieser gelangt
von der Position 100 zur Position 101. Der Nutgrund
der Kulisse 65 befindet sich auf dem gesamten Weg auf einer
solchen Höhe,
daß sich
der Schalthebel 63 auf H befindet. Nach dem Erreichen des
Anschlags 66 und Loslassen des Schlittens 61 rastet
der Schalthebel 63 in Position 102, wobei eine Steilstufe 67 im
Nutgrund in Abwärtsrichtung überfahren
wird, so daß sich
der Schalthebel 63 von H auf L senkt. Dieser Positionswechsel
betätigt
eine erste Schaltanordnung, welche die Anwesenheit der Chipkarte 1 im
Kartenschacht 60 an den Geräterechner 10 meldet
und die Kommunikation mit der Chipkarte freigibt.
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Wird
die Chipkarte 1 erneut in Richtung auf den Anschlag gedrückt, dann
bewegt sich der Schalthebel 63 von Position 102 nach
Position 103, weil er die Steilstufe 67 aufwärts nicht überwinden
kann. Die Position in der zweiten Schaltebene bleibt L, die Interaktionen
zwischen dem Geräterechner 10 und
der Chipkarte 1 können
daher fortgesetzt werden. Der Übergang
des Schalthebels 63 von Position 102 nach Position 103 betätigt jedoch
eine zweite Schaltanordnung mit der Folge, daß dem Geräterechner 10 die Information
zukommt, daß in
Kürze weitere
Interaktionen mit der Chipkarte 1 nicht mehr möglich sein
werden, daß also
die Kommunikation abgeschlossen werden muß, insbesondere kein neuer Schreibvorgang
begonnen werden darf. Auf dem Weg des Schalthebels 63 von
Position 103 nach Position 100 befindet sich eine
weitere Steilstufe 68 auf dem Nutgrund, die in Abwärtsrichtung überfahren wird.
Dazu muß der
Schalthebel 63 von der L-Lage bei Position 103 auf
mehr als H angehoben werden, was durch entsprechende Höhenführung des
Schalthebels 63 im Nutgrund geschieht. Die Kommunikation
des Geräterechners 10 mit
der Chipkarte wird dadurch unterbrochen. Dies ist auch sinnvoll,
weil beim weiteren Verschieben des Schlittens 61 mit der
darauf befindlichen Chipkarte 1 die Kontakte 27 von
den Kontakten 6 des Mikrochips 5 getrennt werden.
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Die
Funktionen der beiden Schaltanordnungen können auch durch eine einzige
Schaltanordnung mit drei Schaltstellungen verwirklicht sein, die bei
Erreichen der Position 102 einschaltet und bei der Bewegung
des Schalthebels von Position 102 nach Position 103 eine
zusätzliche
Einschaltfunktion aufweist. Beim Übergang von Position 103 nach
Position 100 wird diese Einschaltfunktion wieder aufgehoben.
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Selbstverständlich kann
die im Zusammenhang mit der Ausführungsform
des Kartenlesers gemäß 8 beschriebene
Reibungsdämpfung
der Kartenbewegung auch hier vorteilhaft eingesetzt werden.