3D-gedruckte Rahmen
Die beste Altersprüfung nützt nichts, wenn der Kunde nicht weiß, wohin er schauen und wo er den Ausweis hinlegen soll. Kamera, Leser und Zahlterminal müssen genau dort sitzen, wo die Hand von selbst hingeht – und das in einer Automatentür, in der jeder Zentimeter zählt. Eine Halterung, die das kann, gibt es nicht zu kaufen. Also konstruieren wir sie selbst, flexibel für jeden Automaten und jedes Terminal – und haben dabei mehr über Magnetfelder gelernt, als uns lieb war.
Was in den Rahmen gehört
- Unser Prüfgerät, quer liegend, Kamera zum Kunden. Es macht die ganze Prüfung.
- Ein NFC-Leser für den Chip im Ausweis.
- Das Zahlterminal, das schon im Automaten sitzt und bleiben muss.
Der Rahmen hält alle drei in der Automatentür, fest, gerade und so, dass ein Kunde sofort sieht, wo er hinschauen und wo er den Ausweis hinlegen soll.
OpenSCAD: Der Code ist das Original
Wir konstruieren nicht mit der Maus, sondern in OpenSCAD – jedes Teil ist ein kleines Programm. Maße, Wandstärken, Winkel und Positionen sind Parameter. Die druckbare Datei wird daraus erzeugt, jederzeit neu. Das hat drei Vorteile:
- Ein anderes Handy, ein anderer Terminal-Typ, eine andere Leserposition: ein Wert ändert sich, nicht die ganze Zeichnung.
- Handyhalter und Leserfach liegen in einer gemeinsamen Bibliothek. Der Rahmen für das schlanke Terminal und die Station am Banknotenleser verwenden dieselben Bauteile.
- Jede Änderung ist nachvollziehbar wie Software – wer, wann, warum.
Für Feinarbeit am Bildschirm gibt es einen Umweg über FreeCAD: Dort darf man Teile verschieben, die Zahlen fließen zurück in eine Parameterdatei. Die Form selbst bleibt im Code.
Die Iterationen
Angefangen hat es mit Einzelteilen: ein Fach für den NFC-Leser mit 4-mm-Lippen und Platz für das Kabel, ein Halter für das Handy mit Aussparung für Kamera und Tasten. Dazu Probestücke für Schwalbenschwanz-Verbindungen, verschraubte Ecken und eine Aufhängung mit französischer Leiste.
Dann kam der kombinierte Rahmen um das Zahlterminal: Ring für das Terminal, Fach für den Leser, Halterung für das Handy, alles in einem. Der erste Entwurf passte nicht aufs Druckbett. Erst mit 30° Neigung passte er, später wurden es 20°, und der Rahmen wird heute in zwei Hälften gedruckt, unten und Deckel, auf einer Druckplatte. Das Druckbett mit 256 × 256 mm ist dabei eine harte Grenze, die jede Idee bestehen muss.
Für das schlanke Terminal gibt es einen eigenen Rahmen. Das Handy wird dort von links eingeschoben und von zwei Lippen an den Längsseiten gehalten. Alle Hohlräume öffnen sich in dieselbe Richtung, sodass das Teil flach liegend ohne Stützmaterial druckbar ist.
Das Problem mit der Stahltür
Im Juli wollte der Leser am Automaten plötzlich nicht mehr zuverlässig lesen. Er erkannte einen Ausweis, konnte den Chip aber nicht in Gang bringen. Im schlimmsten Lauf scheiterte er 18 Mal hintereinander und schaffte es erst im 19. von 20 Versuchen. Selbst dann dauerte das Lesen des Passfotos mit 5,8 Sekunden etwa doppelt so lange wie am Schreibtisch.
Der entscheidende Versuch war einfach: dieselbe Einheit aus Leser, Rahmen, Handy und Hub vom Automaten nehmen und auf den Tisch legen. Die Fehler verschwanden. Ursache war die Stahltür.
Ein NFC-Leser arbeitet mit einem Magnetfeld bei 13,56 MHz. Eine große Metallfläche in der Nähe macht zwei Dinge gleichzeitig: Im Stahl entstehen Wirbelströme, die dem Feld Energie entziehen, und die Antenne wird verstimmt, ihre Resonanz rutscht weg von 13,56 MHz. Den Abgleich des Lesers kann man nicht nachstellen. Beim Personalausweis reichte die Reserve meist nach ein, zwei Fehlversuchen, beim Reisepass mit dem Chip im Umschlag oft nicht.
Mitgespielt hat auch die Stromversorgung: Ein Leser, der zu wenig Strom bekommt, hat ein schwächeres Feld. Seitdem prüfen wir bei jedem Leseproblem zuerst, ob das Handy am Netz hängt.
Was Ferrit und Abstand bringen
Die Hersteller von NFC-Bauteilen sind sich in ihren Anwendungshinweisen einig: zwischen Antenne und Metall mindestens 10 mm Abstand, besser 15 bis 30. Wo das nicht geht, kommt eine Ferritfolie dazwischen – Nickel-Zink-Ferrit für 13,56 MHz, 0,3 bis 0,5 mm dick, durchgehend und auf jeder Seite mindestens 10 mm größer als die Antenne. Die Folie lenkt das Feld um, statt es in den Stahl laufen zu lassen. Die Reihenfolge ist fest: Ausweis, Antenne, ein kleiner Luftspalt, Ferrit, Stahl.
Genau dafür ist der Rahmen das richtige Werkzeug. Abstand ist eine Zahl in der Konstruktion, ein Fach für die Folie ist eine Aussparung im Code. Unser Feldsimulator rechnet für die zweilagige Folie unter dem Leser im schlanken Rahmen rund 5 dB Gewinn. Dieselbe Simulation hat auch bestimmt, wo der Leser im Rahmen sitzt – nachzulesen in Magnetfelder: der NFC-Leser neben dem Zahlterminal.
Warum gerade dieser Leser
Anfangs lief ein älteres Lesermodell. Der Wechsel auf den neuen Leser war fast nur eine Zeile Code – und ein großer Unterschied: Reisepass samt Foto in 2,8 statt rund 13 Sekunden, Personalausweis in 2,1 statt rund 15 Sekunden, gemessen am Schreibtisch. Der Gewinn kommt vor allem daher, dass der neue Leser längere Datenpakete am Stück überträgt. Umso ärgerlicher, wenn die Tür einen Teil davon wieder auffrisst. Deshalb gehört der Rahmen zur Prüfung genauso wie die Software.