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Die
Erfindung betrifft eine Auslöseeinrichtung
für Kraftfahrzeuge,
beispielsweise zur Betätigung
eines Kraftfahrzeugtürverschlusses,
mit einer Betätigungseinheit,
ferner mit wenigstens einem ersten kapazitiv arbeitenden Sensor,
und mit einem zweiten Sensor, wobei beide Sensoren miteinander und
mit der Betätigungseinheit
verknüpft
sind. – Der Begriff "Verknüpfung" drückt aus,
dass die Signale beider Sensoren beispielsweise von einer Steueranlage
gemeinsam ausgewertet werden und in ein Ausgabesignal münden. Zusätzlich wird
dieses Ausgabesignal von der Betätigungseinheit
beeinflusst, deren Position, Auslenkung oder allgemein Berührung von
einem Bediener mit Hilfe einer oder beider Sensoren erfasst werden.
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Eine
Auslöseeinrichtung
der eingangs beschriebenen Ausführungsform
wird in der
DE 103
07 673 A1 vorgestellt. Hier sind zwei kapazitiv arbeitende
Sensoren realisiert, von denen der erste Sensor als Auslösesensor
ausgebildet ist, während
der zweite Sensor lediglich auf Umwelteinflüsse reagiert.
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Solche
Umwelteinflüsse
stören
insbesondere kapazitiv arbeitende Sensoren, wenn diese in einem
Außentürgriff als
Betätigungseinheit
angeordnet sind. Zu diesem Zweck schlägt die
DE 103 46 943 A1 vor, dass
eine Anzahl von Fehlauslösungen
des betreffenden Sensors eine schlüssellose Türöffnungsvorrichtung deaktiviert.
Das ist mit Komforteinbußen verbunden.
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Der
Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Auslöseeinrichtung
für Kraftfahrzeuge
der eingangs beschriebenen Gestaltung so weiter zu entwickeln, dass
die Funktionssicherheit erhöht wird
und insbesondere Komforteinbußen – auch bei störenden Umwelteinflüssen – nicht
hingenommen zu werden brauchen.
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Zur
Lösung
dieser technischen Problemstellung ist eine gattungsgemäße Auslöseeinrichtung
für Kraftfahrzeuge
im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der zweite
Sensor piezoelektrisch arbeitet.
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Solche
piezoelektrischen Sensoren an Betätigungseinheiten für Kraftfahrzeuge
sind zwar grundsätzlich
bekannt, wie beispielsweise die
DE 101 32 925 A1 belegt. Hier wird jedoch
das Piezoelement einzig und allein zum Erfassen einer Betätigung des Türaußengriffes
eingesetzt, findet also ein zusätzlich kapazitiv
arbeitender Sensor keine Berücksichtigung. Als
Folge hiervon wird eine Zugangsberechtigungsprüfung und ein damit verbundener
Frage-/Antwort-Dialog beim schlüssellosen
Zutritt (keyless entry) erst dann eingeleitet, wenn ein Bediener
die Baueinheit bzw. den Türaußengriff
tatsächlich
betätigt hat.
Das ist mit Nachteilen beim erwähnten
Stand der Technik verbunden, die man gerade durch die meistens berührungslos
arbeitenden und auf Annäherungen
eines Bedieners reagierenden kapazitiven Sensoren bereits überwunden
hat.
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Denn
die gleichsam vorgeschaltete Zugangsberechtigungsprüfung stellt
erfindungsgemäß sicher,
dass sich beispielsweise ein an die Auslöseeinrichtung angeschlossener
Kraftfahrzeugtürverschluss
bereits in seiner Stellung "entriegelt" befindet, und zwar
bevor der Bediener die Betätigungseinheit
bzw. einen Türaußengriff
beaufschlagt. Dagegen muss die Einnahme der Stellung "entriegelt" beim Stand der Technik
der
DE 101 32 925 zunächst abgewartet
werden, was insgesamt als unkomfortabel beurteilt wird. Nichts anderes
gilt für
die ähnlich
zu bewertende
DE 103
09 148 A1 .
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Im
Gegensatz dazu sind die beiden erfindungsgemäßen Sensoren miteinander verknüpft, und
zwar logisch und/oder zeitlich. Im erstgenannten Fall ist eine "ODER"-Verknüpfung dergestalt
denkbar, dass bei Betätigung
eines der beiden Sensoren ein entsprechendes Ausgabesignal erzeugt
wird. Meistens wird man jedoch ergänzend oder alternativ mit einer
zeitlichen Abfrage arbeiten. So wird ein Signal des üblicherweise
als Näherungssensor
ausgeführten
ersten Sensors in der Regel dahingehend interpretiert, dass der
bereits angesprochene Frage-/Antwort-Dialog im Rahmen einer Zugangsberechtigungsprüfung beim "keyless entry" eingeleitet wird.
Als Folge hiervon wird im Beispielfall der angeschlossene Kraftfahrzeugtürverschluss
in die Stellung "entriegelt" überführt.
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Sofern
innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne, beispielsweise 5 Sekunden
oder 10 Sekunden, ein Bediener die Betätigungseinheit beaufschlagt,
registriert dies der zweite Sensor, welcher üblicherweise als taktiler Sensor
zum Erfassen einer Berührung
und/oder Betätigung
der Betätigungseinheit
ausgestaltet ist. Wird das besagte Zeitfenster eingehalten, so kann
der Bediener den bereits entriegelten Kraftfahrzeugtürverschluss
unmittelbar öffnen.
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Kommt
es jedoch innerhalb der angegebenen Zeitspanne nicht zu dem zweiten
Signal vom dem zweiten bzw. piezoelektrisch arbeitenden Sensor,
so wird man in der Regel den zugehörigen Kraftfahrzeugtürverschluss
wieder in die Stellung "verriegelt" überführen (nachdem er zuvor die
Position "entriegelt" eingenommen hat). Ähnliches
geschieht, wenn der Näherungssensor
durch Umwelteinflüsse oder
dergleichen gestört
ist. Denn dann fehlt das zweite Signal des zweiten Sensors innerhalb
der angegebenen Zeitspanne, so dass der Kraftfahrzeugtürverschluss
(wieder) seine Position "verriegelt" einnimmt.
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Denkbar
ist es in diesem Zusammenhang zusätzlich, dass beispielsweise
bei ständig
wechselnden Umwelteinflüssen
bzw. wiederholten Fehlsignalen am ersten kapazitiv arbeitenden Sensor
dieser kapazitiv arbeitende Sensor beispielsweise für eine bestimmte
Zeit deaktiviert wird. Dann ist einzig und allein der zweite piezoelektrisch
arbeitende Sensor für
die Beaufschlagung des Kraftfahrzeugtürverschlusses verantwortlich.
Sofern als Folge eines von ihm erzeugten Ausgabesignals der angeschlossene Kraftfahrzeugtürverschluss
beispielsweise elektrisch geöffnet
wird, resultiert dieser Umstand nicht in Komfort einbußen, weil
beim elektrischen Öffnen
der Kraftfahrzeugtürverschluss
zuvor nicht entriegelt zu werden braucht. Auch wenn diese Funktion
nicht vorliegt, muss dennoch der Kraftfahrzeugtürverschluss nicht mechanisch
geöffnet
werden, sondern gelingt unverändert
ein schlüsselloser
Zugang – mit
allenfalls geringfügig
verzögerter Öffnung aufgrund
des erst durch den zweiten Sensor ausgelösten Frage-/Antwort-Dialoges.
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Üblicherweise
formen die beiden Sensoren eine Baueinheit und lassen sich dadurch
besonders kostengünstig
herstellen. Dabei hat es sich bewährt, wenn beide Sensoren auf
einem gemeinsamen Träger
angebracht sind. Dieser Träger
kann vorteilhaft aus Kunststoff gefertigt sein bzw. als Kunststofffolie ausgebildet
sein.
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Sofern
der kapazitive Sensor wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht
als Elektrode aufweist, lässt
sich diese elektrisch leitfähige
Schicht problemlos auf den vorerwähnten Träger bzw. die Kunststofffolie
oder Leiterbahnfolie aufbringen, nämlich durch Aufdrucken, Aufdampfen,
Aufkaschieren etc.. Auch der piezoelektrisch arbeitende Sensor liegt – wie der
kapazitive Sensor – als
Schichtsensor vor.
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In
diesem Fall kommt jedoch eine elektrisch isolierende Schicht mit
eingelagerten Piezokristallen bzw. piezoelektrischen Molekülen zum
Einsatz, die auch als Piezolack bezeichnet wird. Wenn an einen solchen
meistens als Polymerlack ausgebildeten Piezolack eine elektrische
Spannung angelegt wird, werden die eingelagerten Piezokristalle
polarisiert. Die zuvor statisch ausgerichteten piezoelektrischen Moleküle bzw.
Piezokristalle werden durch die angelegte Spannung folglich ausgerichtet.
Jede mechanische Einwirkung auf die Piezokristalle durch beispielsweise
Druck führt
nun dazu, dass sich die anliegende elektrische Spannung ändert und
folglich den ausgeübten
Druck bzw. die Berührung
sensiert.
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In
der Regel ist der piezoelektrische Sensor bzw. die hierzu gehörige elektrisch
isolierende Schicht mit den eingelagerten Piezokristallen zwischen
zwei elektrisch leitenden Schichten bzw. Elektroden angeordnet,
um die beschriebene Spannung an den Piezolack anlegen zu können bzw.
die gewünschte
Polarisation der Piezokristalle zu erreichen. Der Piezolack ist
zwischen den besagten Elektroden wie ein Elektrolyt zwischen Kondensatorflächen eingebettet. Ändert sich
die Polarisation des Elektrolyten durch die Druckbeaufschlagung,
so folgt die anliegende Spannung und ist damit ein Maß für die Beanspruchung.
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Beide
elektrische leitfähigen
Schichten bilden ferner zusammengenommen den kapazitiven Sensor.
Auf diese Weise kommt dem kapazitiven Sensor bzw. den zugehörigen beiden
elektrisch leitfähigen
Schichten oder Elektroden eine zweifache Funktion zu. Zunächst einmal
lassen sich mit ihrer Hilfe Annäherungen
einer Bedienperson erfassen, die gleichsam als Gegenelektrode wirkt.
Das heißt, die
Bedienperson und wenigstens eine oder beide der vorgenannten Elektroden
bilden zusammengenommen einen Kondensator, dessen Kapazität sich in
Abhängigkeit
vom Abstand der Bedienperson ändert.
Nähere
Details hierzu finden sich in der
EP 1 235 190 A1 , auf die ausdrücklich verwiesen
sei.
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Neben
dieser Funktion als Näherungssensor kommt
den beiden elektrisch leitfähigen
Schichten bzw. Elektroden des kapazitiven Sensors die weitere Funktion
zu, die zwischen ihnen befindliche elektrisch isolierende Schicht
mit den eingelagerten Piezokristallen im Hinblick auf Berührungen
oder Druckbeanspruchungen zu sensieren.
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Denn
die Elektroden sorgen für
die notwendige Polarisation der in die elektrisch isolierende Schicht
eingelagerten Piezokristalle. Wenn nun auf die Baueinheit aus den
beiden Sensoren bzw. die elektrisch isolierende Schicht mit den
ein gelagerten Piezokristallen bzw. den Piezolack ein Druck ausgeübt wird,
so kommt es zu einer Ladungsverschiebung der Piezokristalle, die
sich als (geringe) Ausgangsspannung bzw. Änderung der Ausgangsspannung
an den beiden Elektroden bemerkbar macht. Tatsächlich liegen die Änderungen
im Mikrovoltbereich, wobei bereits Kräfte von einem Newton oder weniger
erfasst werden.
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Die
beiden bzw. drei Schichten können
vorteilhaft übereinander
angeordnet auf dem gemeinsamen Träger angebracht werden. Da sich
die jeweiligen Schichtdicken deutlich unterhalb von 100 μm bewegen,
ist die Baueinheit insgesamt äußert kompakt aufgebaut
und verfügt über eine
gesamte Schichtdicke von in der Regel weniger als 1 mm. Auf diese Weise
lässt sich
der Träger
zusammen mit den Sensoren als quasi beschichtetes Kunststoff-Folienaggregat
problemlos im Innern einer Betätigungseinheit platzieren,
und zwar auch dann, wenn hier nur begrenzter Bauraum zur Verfügung steht.
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Dabei
empfiehlt es sich, die Baueinheit aus den beiden Sensoren in der
Betätigungseinheit
hermetisch abgeschlossen anzuordnen. Üblicherweise steht hierzu ein
Hohlraum in der Betätigungseinheit zur
Verfügung,
in welchen die Baueinheit eingebracht und mit einer Gießmasse vergossen
wird. Dadurch wird ein besonders zuverlässiger und langlebiger Betrieb
erreicht.
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Im
Ergebnis wird eine Auslöseeinrichtung
für Kraftfahrzeuge
zur Verfügung
gestellt, die besonders funktionssicher arbeitet. Dazu trägt die Kombination des
ersten kapazitiv arbeitenden Sensors mit dem zweiten piezoelektrisch
arbeitenden Sensor bei. Auf diese Weise werden auch kurzfristig
sich ändernde Umweltbedingungen
erfasst und führen
nicht zu gravierenden Komforteinbußen. Hierin sind die wesentlichen
Vorteile zu sehen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher
erläutert;
es zeigen:
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1 die
erfindungsgemäße Auslöseeinrichtung
schematisch und
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2 ein
Zeitdiagramm als Beispiel.
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In
den Figuren ist eine Auslöseeinrichtung
für Kraftfahrzeuge
dargestellt. Diese Auslöseeinrichtung dient
vorliegend dazu, einen Kraftfahrzeugtürverschluss 1 in einer
Kraftfahrzeugkarosserie bzw. in einem Kraftfahrzeug 2 zu
betätigen.
Hierbei handelt es sich jedoch ausdrücklich um einen nicht einschränkenden
Beispielfall. Denn die Auslöseeinrichtung kann
selbstverständlich
auch an völlig
anderer Stelle genutzt werden, beispielsweise dazu, den Motor zu starten
oder dergleichen.
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Die
Auslöseeinrichtung
setzt sich in ihrem grundsätzlichen
Aufbau aus einer Betätigungseinheit 3 sowie
zwei Sensoren 4, 5 zusammen. Bei der Betätigungseinheit 3 handelt
es sich – ebenfalls
nicht einschränkend – um einen
Türaußengriff 3,
welcher in der 1 im schematischen Längsschnitt
dargestellt ist. Bei dem ersten Sensor 4 handelt es sich
um einen kapazitiv arbeitenden Sensor, während der zweite Sensor 5 erfindungsgemäß piezoelektrisch
arbeitet, wie nachfolgend noch näher
erläutert
wird.
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Man
erkennt, dass beide Sensoren 4, 5 eine Baueinheit
formen, die insgesamt in einem Hohlraum 6 der Betätigungseinheit 3 Platz
findet. Damit die Sensoren 4, 5 bzw. die Baueinheit 4, 5 nicht
durch äußere Einflüsse gestört wird,
ist der Hohlraum 6 nach Einbringen der Baueinheit 4, 5 mit
einer angedeuteten Vergussmasse ausgefüllt worden. Die Vergussmasse
sorgt nicht nur für
einen feuchtigkeitsdichten Abschluss und eine elektrische Isolierung sondern
leitet auch Verformungen oder Betätigungskräfte an den piezoelektrischen
Sensor 5 weiter. Man erkennt, dass beide Sensoren 4, 5 auf
einem gemeinsamen Träger 7 angebracht
sind, bei dem es sich um einen Träger aus Kunststoff, beispielsweise
eine Kunststofffolie oder eine Leiterbahnfolie handelt.
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Im
Detail setzt sich der kapazitive Sensor 4 aus zwei elektrisch
leitfähigen
Schichten als Elektroden zusammen, die zwischen sich den piezoelektrischen
Sensor 5 aufnehmen. Der piezoelektrische Sensor 5 ist – wie die
kapazitiven Sensoren 4 – ebenfalls als Schichtsensor
ausgeführt
und greift auf eine elektrisch isolierende Schicht mit eingelagerten
Piezokristallen zurück.
Sämtliche
Schichten bzw. Schichtsensoren 4, 5 werden durch
Aufdrucken, Bedampfen, Auftragen, Aufrakeln, Aufkleben etc. auf den
gemeinsamen Träger 7 aufgebracht,
und zwar im Rahmen der Darstellung auf die Unterseite des Trägers 7,
was natürlich
nur beispielhaft gilt.
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Die
beiden Sensoren bzw. Schichten 4, 5 sind übereinander
angeordnet auf dem besagten Träger 7 aufgebracht,
wobei der piezoelektrisch arbeitende Sensor 5 von den beiden
Elektroden 4 des kapazitiven Sensors 4 eingeschlossen
wird. Dadurch können
die solchermaßen
gebildeten Elektroden 4 auf Annäherungen einer Hand 8 eines
Bedieners reagieren. Denn diese Hand 8 wirkt im Vergleich
zu den Elektroden 4 als Gegenelektrode und Annäherungen ändern die
Kapazität
des solchermaßen
gebildeten Kondensators 4, 8.
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Die
beschriebenen Kapazitätsänderungen werden
von einer über
einen Stecker 9 und eine Zuleitung 10 im Innern
der Kraftfahrzeugkarosserie befindliche Auswerteeinheit 11 erfasst.
Neben diesen Kapazitätsänderungen
sorgen die beiden Elektroden 4 und eine an ihnen anliegende
Spannung dafür, dass
die in die elektrisch isolierende Schicht eingelagerten und lediglich
angedeuteten Piezokristalle 12 des piezoelektrischen Sensors 5 polarisiert
werden. Das heißt,
die einzelnen Piezokristalle bzw. ihr Kristallgitter erfährt die
in der 1 angedeutete Polarisation. Falls nun auf den
piezoelektrischen Sensor 5 Druck aus geübt wird, so ändert sich
durch den piezoelektrischen Effekt diese Polarisation zusätzlich und führt zu einer
(geringfügigen)
Spannungsänderung an
den Elektroden 4, die von der Auswerteeinheit 11 als
Sensorauslösung
interpretiert wird.
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Eine
solche Auslösung
des piezoelektrischen Sensors 5 korrespondiert beispielsweise
dazu, dass die Bedienerhand 8 die Betätigungseinheit 3 berührt oder
umgriffen hat, um im Beispielfall den Kraftfahrzeugtürverschluss 1 zu öffnen. Dabei
mag jede noch so geringe Auslenkung der Betätigungseinheit 3 vom
dem piezoelektrischen Sensor 5 erfasst werden.
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Als
Folge hiervon kann der Kraftfahrzeugtürverschluss 1 (welcher
zuvor bereits in die Stellung "entriegelt" verbracht wurde)
durch eine lediglich angedeutete mechanische Verbindung 13 mit
Hilfe der Betätigungseinheit 3 bzw.
dem Türaußengriff
geöffnet
werden. Bei dieser mechanischen Verbindung mag es sich um einen
Bowdenzug, ein Gestänge usw.
handeln.
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Der
Träger 7 bildet
zusammen mit den Sensoren 4, 5 ein Kunststoff-Folienaggregat 4, 5, 7,
welches insgesamt in dem bereits angesprochenen Hohlraum 6 der
Betätigungseinheit 3 Platz
findet. Dabei ist der erste Sensor bzw. kapazitiv arbeitende Sensor 4 als
Näherungssensor
ausgebildet und leitet wie beschrieben einen Frage-/Antwort-Dialog
im Rahmen einer Zugangsberechtigungsprüfung eines Bedieners 8 ein.
Dagegen fungiert der zweite Sensor 5 als taktiler Sensor
und erfasst Berührungen und/oder
eine Betätigung
der Betätigungseinheit 3.
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Um
Fehlfunktionen der Betätigungseinheit 3 auszuschließen, kann
die in 2 angegebene Zeitabfrage vorgenommen werden. Dort
sind die beiden Signale der Sensoren 4, 5 in einer
zeitlichen Abfolge dargestellt. Man erkennt im oberen Teil der 2 das vom
kapazitiven ersten Sensor 4 erzeugte erste Signal und im
unteren Teil der 2 das zugehörige zweite Signal des zweiten
piezo elektrisch arbeitenden Sensors 5. Etwaige Umwelteinflüsse, welche
die Sensierung des kapazitiv arbeitenden Sensors 4 stören könnten, werden
nun dadurch erfasst und beherrscht, dass zwischen dem Auftreten
der beiden Sensorsignale ein bestimmter Zeitraum T gemessen wird.
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Liegt
dieser Zeitraum T innerhalb einer bestimmten Zeitspanne (beispielsweise
5 Sekunden oder 10 Sekunden), so wird die im Anschluss an eine erfolgreiche
Zugangsberechtigungsprüfung
bereits vorgenommene Entriegelung des Kraftfahrzeugtürverschlusses 1 im
Beispielfall beibehalten. Findet jedoch innerhalb des Zeitraumes
T keine Beaufschlagung der Betätigungseinheit 3 statt,
so dass das zweite Signal des zweiten Sensors 5 fehlt,
so wird der Kraftfahrzeugtürverschluss 1 wieder
in seine Stellung "verriegelt" überführt. Bei mehreren Fehlauslösungen des
kapazitiven ersten Sensors 4 kann dieser auch (für eine bestimmte
Zeit) deaktiviert werden. Dann sorgt einzig und allein der zweite
Sensor 5 dafür,
dass der Kraftfahrzeugtürverschluss 1 geöffnet wird,
und zwar nach dem durch ihn die Zugangsberechtigungsprüfung zunächst eingeleitet
worden ist. Beide Sensoren 4, 5 arbeiten insofern
also redundant.