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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrostatische Sensoranordnung, die an zwei Gegenständen angeordnet ist, die unterschiedliche räumliche Anordnungen zueinander einnehmen können und zwischen denen ein Körper eines Lebewesens anordbar ist, und mittels der erfassbar ist, ob zwischen dem einen und dem anderen Gegenstand ein solcher Körper angeordnet ist.
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Die
DE 10 2009 019 948 A1 zeigt eine Sensoranordnung zur Erfassung eines Objekts, die kapazitiv arbeitet. Zu der Sensoranordnung gehören zwei Elektroden, von denen eine einen anpassbaren Parameter aufweist. Des Weiteren hat die Sensoranordnung eine Steuerung, mittels der Strompfade modellierbar sind, die dadurch gebildet werden, dass ein Objekt in das zwischen den beiden Elektroden vorhandene elektrische Feld gerät. Mittels dieser Steuerung ist der an einer Elektrode vorgesehene anpassbare Parameter verstellbar.
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Die
DE 10 2005 057 806 A1 zeigt ebenfalls eine Sensoranordnung, mittels der beispielsweise die Besetzung eines Fahrzeugsitzes durch einen Fahrzeuginsassen erfassbar ist. Bei dieser Sensoranordnung sind ebenfalls zwei Elektroden vorgesehen, von denen eine im Sitzteil des Fahrzeugsitzes und die andere in der Kopfstütze des Fahrzeugsitzes angeordnet ist. Mittels eines zwischen den beiden Elektroden angelegten elektrischen Feldes wird eine elektrische Kopplungsgröße erfasst und dazu genutzt, eine einen Fahrzeuginsassen kennzeichnende Größe zu ermitteln.
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Aus der
AT 507 518 A1 ist eine Sensorvorrichtung zur Erfassung eines Objekts bekannt, zu der zumindest zwei stationär und zueinander ortsfest angeordnete Elektroden gehören. Zu der Sensoranordnung gehört eine Wechselspannungsquelle, mittels der die Elektroden angespeist werden. Des Weiteren hat die Sensoranordnung eine Mess- und Auswerteeinrichtung, mittels der der über die von den beiden Elektroden gebildete Kapazität fließende Strom erfassbar ist. Die Elektroden weisen einander zugewandte Elektrodenflächen auf und sind so beabstandet zueinander, dass der in der Mess- und Auswerteeinrichtung erfasste Stromwert von einem Objekt, das in den Bereich zwischen den beiden Elektroden gerät, beeinflusst wird.
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Aus der
DE 100 14 381 C1 ist eine Messanordnung zur Erfassung der Position eines Kraftfahrzeuginsassen bekannt, mittels der zur anforderungsgerechten und differenzierten Auslösung eines Airbags eine möglichst zuverlässige und störsichere Erfassung der Position eines Kraftfahrzeuginsassen vorgenommen werden soll. Mit dieser bekannten Sensor- bzw. Messanordnung soll eine Abstandsmessung realisiert werden, wobei ein mit dem Kraftfahrzeuginsassen in Berührungskontakt befindliches Gurtband einer Sicherheitsgurtanlage als aktive Referenzposition dient. Der Abstand zwischen dem Gurtband der Sicherheitsgurtanlage und innerhalb des Kraftfahrzeuginnenraums vorgegebenen festen und bekannten Punkten ermöglicht die korrekte Erfassung der räumlichen Anordnung des Gurtbands und darüber des Kraftfahrzeuginsassen. Die Abstandsmessung wird mittels Magnetfeld-Sende- und Empfangseinheiten realisiert, wobei die Magnetfeld-Sendeeinheit zweckmäßigerweise in das Gurtband der Sicherheitsgurtanlage integriert ist.
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Nachteilig bei dieser aus der
DE 100 14 381 C1 bekannten Mess- bzw. Sensoranordnung ist, dass der Körper eines Lebewesens, dessen räumliche Lage mittels Erfassung der räumlichen Lage des Gurtbands erfasst werden soll, magnetische Felder kaum absorbiert. Mittels der bekannten Messanordnung sind daher Abstandsmessungen durchführbar, jedoch kann mit dieser Messanordnung keine Unterscheidung dahingehend getroffen werden, ob Berührungskontakt zwischen dem Gurtband und dem Körper eines Lebewesens oder zwischen dem Gurtband und einem anderen Gegenstand vorliegt. Außerdem sind mit dem Ausbringen von Magnetfeldern im Thorax-Bereich gewisse Nachteile und Risiken einhergehend. Eine Beeinflussung bzw. Störung etwaig vorhandener Herzschrittmacher kann nicht ausgeschlossen werden; darüber hinaus könnten durch die Magnetfelder beispielsweise Magnetstreifen von EC- od.dgl. Karten, die üblicherweise in Brusttaschen von von Kraftfahrzeuginsassen getragenen Kleidungsstücken aufbewahrt werden, gelöscht werden. Zudem benötigt ein gut erfassbares Magnetfeld entweder eine große Anzahl von Windungen oder einen hohen Strom. Das Einbringen von Windungen bzw. Leiterschleifen in ein Gewebe ist hierbei mit einem vergleichsweise großen technischen Aufwand einhergehend.
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Aus der
DE 10 2008 044 903 A1 ist eine Sensoranordnung zur Erfassung einer Positionsveränderung von Kraftfahrzeuginsassen bekannt, bei der mindestens eine in einem Fahrzeugsitz angeordnete Elektrode zum Senden eines Signals und mindestens eine weitere Elektrode zum Empfangen des Signals vorgesehen sind. Durch Differenzmessungen einzelner Elektrodensignale zu Referenzelektroden wird die Position des Kraftfahrzeuginsassen bestimmt. Bei dieser bekannten Sensoranordnung wird das Problem der schwankenden und im Wesentlichen nicht definierten Koppelfaktoren zwischen einer Sendeelektrode und dem Körper eines Lebewesens und dem nicht definierten Koppelfaktor zwischen einer Empfangselektrode und dem Körper eines Lebewesens gelöst. Daher wird eine Sensoranordnung mit einer Vielzahl von Empfangsantennen vorgesehen, wobei die Auswertung auf einem Vergleich der in den Empfangsantennen influierten Signalspannungen erfolgt. Nachteilig bei den aus der
DE 10 2008 044 903 A1 bekannten Mess- bzw. Sensoranordnungen ist, dass die Differenzen zwischen den in den Empfangsantennen influierten Signalen bewertet werden. Diese aber sind wiederum von den Koppelfaktoren abhängig.
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Aus der
EP 2 937 251 A1 ist eine Sensor- bzw. Messanordnung bekannt, mittels der erfasst werden soll, ob das Gurtband einer Sicherheitsgurtanlage an einem Fahrzeugsitz ordnungsgemäß angelegt ist. Hierbei ist eine Sensoreinheit in einem Abstand vom Sitz und einem Abstand vom Gurtband der Sicherheitsgurtanlage angeordnet. Durch diese räumliche Anordnung entsteht ein beträchtlicher Nachteil hinsichtlich Kraftfahrzeugen, da für diese Messanordnung eine unterschiedliche Domänen des Kraftfahrzeugs übergreifende Installation erforderlich ist. Außer der Domäne, die den Kraftfahrzeugsitz und die diesem zugeordnete Sicherheitsgurtanlage umfasst, müssen beispielsweise die Domäne für das Armaturenbrett und/oder den Dachhimmel in die beabsichtigte Installation der Mess- bzw. Sensoranordnung einbezogen werden. Darüber hinaus ist eine mit einem vergleichsweise geringen technisch-konstruktiven Aufwand einhergehende nachträgliche Installation der Mess- bzw. Sensoranordnung nicht möglich.
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Aus der
DE 103 27 753 A1 ist eine Mess- bzw. Sensoranordnung bekannt, die an einem Gurtband einer Sicherheitsgurtanlage angeordnet ist. Bei dieser Messanordnung sind elektrische Leiter zum Kontaktieren der Sensoreinheiten der Mess- bzw. Sensoranordnung in das Gurtband der Sicherheitsgurtanlage eingewebt.
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Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrostatische Sensoranordnung der eingangs geschilderten Gattung derart weiterzubilden, dass mit einem möglichst geringen technisch-konstruktiven Aufwand die Möglichkeit eröffnet wird, zuverlässig zu erkennen, ob sich zwischen zwei Gegenständen ein Körper eines Lebewesens befindet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass am einen Gegenstand eine Elektrode und am anderen Gegenstand zwei Elektroden angeordnet sind, dass die beiden am anderen Gegenstand angeordneten Elektroden zueinander versetzt sind und bei Vorhandensein eines Körpers am anderen Gegenstand eine gleich große Körperüberdeckung haben, dass die Elektrode am einen Gegenstand für den Fall, dass zwischen den beiden Gegenständen kein Körper vorhanden ist, zur ersten am anderen Gegenstand angeordneten Elektrode einen anderen Abstand als zur zweiten am anderen Gegenstand angeordneten Elektrode hat, dass die am einen Gegenstand angeordnete Elektrode oder die beiden am anderen Gegenstand angeordneten Elektroden eine elektrische Ladung trägt bzw. tragen, und dass die elektrostatische Sensoranordnung eine Messvorrichtung aufweist, mittels der ein Koppelfaktor zwischen der am einen Gegenstand angeordneten Elektrode und der ersten am anderen Gegenstand angeordneten Elektrode und ein Koppelfaktor zwischen der am einen Gegenstand angeordneten Elektrode und der zweiten am anderen Gegenstand angeordneten Elektrode erfassbar und die beiden Koppelfaktoren miteinander vergleichbar sind.
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Erfindungsgemäß wird eine auf elektrischen Feldern basierende elektrostatische Sensoranordnung geschaffen, mittels der zuverlässig erkennbar ist, ob zwischen zwei Gegenständen der Körper eines Lebewesens sich befindet oder nicht. Mit der Angabe „auf elektrischen Feldern basierend“ sind alle technischen Anordnungen gemeint, die sich die Eigenschaften von elektrischen Feldern zunutze machen, z.B. die Ausbreitung von elektrischen Feldern im Raum.
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Zwischen zwei Elektroden, von denen mindestens eine eine elektrische Ladung trägt, liegt immer eine elektrische Feld-Koppelung vor. Diese elektrische Feld-Koppelung in Kombination mit Abstand zwischen den beiden Elektroden, der Fläche und dem Dielektrikum bildet dann z.B. einen Kondensator. Die Kapazität des Kondensators kann elektrisch gemessen werden.
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Mittels eines hochohmigen Voltmeters kann aber auch die influierte Ladung auf einer Elektrode gemessen werden. Die Influenz oder elektrostatische Induktion bezeichnet die räumliche Verschiebung elektrischer Ladungen durch die Einwirkung eines elektrischen Felds.
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Für die erfindungsgemäße elektrostatische Sensoranordnung ist die Koppelung von Elektroden die Messgröße. Die Größe der Koppelung wird allgemein als Koppelfaktor bezeichnet.
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Der Koppelfaktor wird entweder als Kapazität ausgedrückt oder als das Verhältnis zwischen der Quellspannung auf der einen Elektrode und der influierten Spannung auf der zweiten Elektrode.
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Mit der erfindungsgemäßen elektrostatischen Sensoranordnung kann auf einfache Weise erkannt werden, ob ein Kraftfahrzeuginsasse die seinem Fahrzeugsitz zugeordnete Sicherheitsgurtanlage ordentlich angelegt hat.
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Die Überwachung der Betätigung des Gurtschlosskontaktes allein gibt hierbei keine ausreichende Sicherheit. Der entsprechende Gurtschlosskontakt kann einfach mit einem Dummy-Gurtschloss betätigt werden, ohne dass das Gurtband der Sicherheitsgurtanlage angelegt ist. Hier könnte eine Überwachung der Gurtbandausrolllänge zusätzliche Sicherheit schaffen, jedoch wird das Gurtband aber einfach ausgerollt und in das Gurtschloss verrastet, ohne dass der Gurt ordnungsgemäß angelegt würde. Er ist dann beispielsweise zwischen dem Körper und der Rückenlehne des Sitzes angeordnet.
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Mit der erfindungsgemäßen elektrostatischen Sensoranordnung wird mit einfachen Mitteln eine Möglichkeit eröffnet, eine derartige missbräuchliche Herstellung des Gurtschlosskontaktes zu erkennen.
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Im Falle der erfindungsgemäßen technischen Lösung wird eine wesentliche Eigenschaft des Körpers eines Lebewesens vorteilhaft genutzt. Wenn in den Körper eines Lebewesens eine Spannung influiert wird, z.B. durch ein elektrisches Feld, nimmt aufgrund der niedrigen Impedanz des Körpers eines Lebewesens die gesamte Hautoberfläche dasselbe Potential ein. Messungen haben erwiesen, dass es für das Hautpotential, z.B. der rechten Hand, völlig gleichgültig ist, ob die Einkopplung der Spannung am linken Fuß, am rechten Fuß oder sogar an der linken Hand erfolgt.
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Erfindungsgemäß sind für die Auswertung zumindest drei Elektroden vorgesehen, wobei sich eine Elektrode an dem einen Gegenstand und zwei Elektroden an dem anderen Gegenstand befinden. Die an dem anderen Gegenstand vorgesehenen zwei Elektroden sind räumlich versetzt zueinander angeordnet, wobei aber gewährleistet ist, dass im Falle des Vorhandenseins eines Körpers eines Lebewesens zwischen den beiden Gegenständen die beiden am anderen Gegenstand vorgesehenen Elektroden eine gleich oder nahezu gleich große Körperüberdeckung haben. Die an dem einen Gegenstand vorgesehene Elektrode ist so angeordnet, dass für den Fall, dass sich kein Körper eines Lebewesens zwischen den beiden Gegenständen befindet, der Abstand zu der ersten der beiden am anderen Gegenstand vorgesehenen Elektrode anders ist als der Abstand zur zweiten am anderen Gegenstand vorgesehenen Elektrode.
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In der Messvorrichtung wird der Koppelfaktor zwischen der am einen Gegenstand vorgesehenen Elektrode und der ersten der beiden am anderen Gegenstand vorgesehenen Elektroden bestimmt. Dann wird der Koppelfaktor zwischen der am einen Gegenstand vorgesehenen Elektrode und der zweiten der beiden am anderen Gegenstand vorgesehenen Elektroden bestimmt.
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Aufgrund der geometrischen Anordnung der drei Elektroden ergeben sich in dem Fall, dass sich kein Körper eines Lebewesens zwischen den beiden mit den Elektroden versehenen Gegenständen befindet, zwei unterschiedliche Koppelfaktoren.
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Befindet sich ein Körper eines Lebewesens zwischen den beiden die Elektroden aufweisenden Gegenständen, so stellt der Körper quasi einen Kurzschluss dar. Der unterschiedliche Abstand zwischen der einen Elektrode an dem einen Gegenstand und der ersten bzw. der zweiten Elektrode an dem anderen Gegenstand wird hierdurch egalisiert. Die beiden Koppelfaktoren sind gleich oder nahezu gleich.
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Vorteilhaft wird bei der Messvorrichtung für die Abweichung der beiden Koppelfaktoren voneinander ein Schwellwert vorgegeben, bei dessen Unterschreiten beide Koppelfaktoren als gleich groß erfasst werden.
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Besonders vorteilhaft kann die elektrostatische Sensoranordnung eingesetzt werden, wenn die beiden Gegenstände, an denen die Elektroden vorgesehen sind, ein Gurtband einer Sicherheitsgurtanlage und ein Fahrzeugsitz, z.B. dessen Rückenlehne sind.
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Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrostatischen Sensoranordnung sind am Gurtband der Sicherheitsgurtanlage zwei Elektroden angeordnet, die sich in Längsrichtung des Gurtbands erstrecken und in Breitenrichtung des Gurtbands zueinander versetzt sind, und ist an der Rückenlehne des Kraftfahrzeugsitzes eine Elektrode angeordnet.
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Hierbei können die beiden gurtbandseitigen Elektroden als Quellelektroden mit einem Wechselspannungssignal einer Frequenz zwischen vorzugsweise 40 kHz und 250 kHz beaufschlagt werden.
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Die Bestimmung der Koppelfaktoren kann im Zeit-Multiplex-Verfahren durchgeführt werden, wozu die erste und die zweite gurtbandseitige Elektrode zeitlich alternierend mit dem Wechselspannungssignal beaufschlagbar sind.
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Alternativ ist es möglich, die erste und die zweite gurtbandseitige Elektrode mit unterschiedlichen Wechselspannungssignalen zu beaufschlagen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist die rückenlehnenseitige Elektrode als Quellelektrode mit einem Wechselspannungssignal einer Frequenz zwischen vorzugsweise 40 kHz und 250 kHz beaufschlagbar, wobei die beiden gurtbandseitigen Elektroden als Empfangselektroden fungieren.
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Des Weiteren ist eine Ausführungsform vorteilhaft realisierbar, bei der an der Rückenlehne des Kraftfahrzeugsitzes zwei Elektroden zueinander versetzt angeordnet sind und am Gurtband der Sicherheitsgurtanlage eine Elektrode angeordnet ist.
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Hierbei kann die gurtbandseitige Elektrode als Quellelektrode mit einem Wechselspannungssignal einer Frequenz zwischen vorzugsweise 40 kHz und 250 kHz beaufschlagt werden.
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Alternativ können die beiden rückenlehnenseitigen Elektroden als Quellelektroden mit einem Wechselspannungssignal einer Frequenz zwischen vorzugsweise 40 kHz und 250 kHz beaufschlagt werden.
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Bei den beiden vorstehend genannten vorteilhaften Ausführungsformen sind dann die beiden rückenlehnenseitigen Elektroden bzw. die gurtbandseitige Elektrode Empfangselektroden.
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Falls die beiden rückenlehnenseitigen Elektroden als Quellelektroden fungieren, ist die Erfassung der Koppelfaktoren im Zeit-Multiplex-Verfahren möglich, wenn die erste und die zweite rückenlehnenseitige Elektrode zeitlich alternierend mit dem Wechselspannungssignal beaufschlagt werden.
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Alternativ können die erste und die zweite rückenlehnenseitige Elektrode mit unterschiedlichen Wechselspannungssignalen beaufschlagt werden.
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Um zu erreichen, dass sich bei zwei als Quellelektroden verwendeten Elektroden die Signale im Fernfeld im Wesentlichen aufheben und hierdurch die Störabstrahlung deutlich reduziert wird, ist es vorteilhaft, wenn die als Sende- und Quellelektroden fungierenden erste und zweite Elektrode mit einem zwischen den beiden Elektroden um 180° phasenverschobenen Wechselspannungssignal beaufschlagbar sind.
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Um mittels der erfindungsgemäßen elektrostatischen Sensoranordnung auch erkennen zu können, ob das Gurtband verdreht angelegt worden ist und dann einen entsprechenden Hinweis zu geben, ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der elektrostatischen Sensoranordnung vorgesehen, dass außer der einen als Empfangselektrode fungierenden Elektrode eine weitere Empfangselektrode vorgesehen ist, wobei die beiden Empfangselektroden in einem unterschiedlichen Abstand zu den als Sende- und Quellelektroden fungierenden ersten und zweiten Elektroden angeordnet sind und in die beiden als Empfangselektroden fungierenden Elektroden jeweils ein Summensignal einkoppelbar ist, und wobei sich die Phasenlage der beiden Summensignale unterscheidet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeugsitzes, der mit einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostatischen Sensoranordnung versehen ist;
- 2 eine 1 entsprechende Darstellung, wobei der Fahrzeugsitz von einer Person belegt ist;
- 3 eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeugsitzes mit einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostatischen Sensoranordnung;
- 4 eine 3 entsprechende Darstellung, wobei der Fahrzeugsitz von einer Person belegt ist;
- 5 eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeugsitzes mit einer dritten Ausführungsform der elektrostatischen Sensoranordnung; und
- 6 eine 5 entsprechende Darstellung, wobei der Fahrzeugsitz von einer Person belegt ist.
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Ein in 1 in einer Prinzipdarstellung gezeigter Kraftfahrzeugsitz 1 hat ein Sitzteil 2, eine Rückenlehne 3 und eine Kopfstütze 4, die am oberen Ende der Rückenlehne 3 angeordnet ist.
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Des Weiteren ist der Kraftfahrzeugsitz 1 mit einer Sicherheitsgurtanlage ausgerüstet, von der in 1 lediglich ein Gurtband 5 gezeigt ist.
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In 1 ist der Kraftfahrzeugsitz 1 unbelegt, in 2 derselbe Kraftfahrzeugsitz 1 belegt durch einen Fahrzeuginsassen gezeigt. Der Körper 6 des Fahrzeuginsassen ist, wie aus 2 hervorgeht, zwischen dem Gurtband 5 der im übrigen nicht gezeigten Gurtbandanlage und der Rückenlehne 3 des Kraftfahrzeugsitzes 1 angeordnet, wenn der Kraftfahrzeugsitz 1 ordnungsgemäß belegt und die Sicherheitsgurtanlage korrekt in Betrieb genommen ist.
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Um die ordnungsgemäße Inbetriebnahme der Sicherheitsgurtanlage des Kraftfahrzeugsitzes 1 mit hoher Zuverlässigkeit feststellen zu können, ist der Kraftfahrzeugsitz 1 mit einer im Folgenden näher geschilderten elektrostatischen Sensoranordnung 7 ausgerüstet.
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Zu dieser elektrostatischen Sensoranordnung 7 gehören bei deren in den 1 und 2 gezeigter Ausführungsform eine Elektrode 8, die, wie dies aus 1 hervorgeht, in der Rückenlehne 3 des Kraftfahrzeugsitzes 1 angeordnet ist.
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Des Weiteren gehören zu der elektrostatischen Sensoranordnung 7 zwei weitere Elektroden 9, 10, die am Gurtband 5 der im übrigen nicht dargestellten Sicherheitsgurtanlage um einen Abstand versetzt zueinander angeordnet sind.
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Die beiden gurtbandseitigen Elektroden 9, 10 sind, wie bereits erwähnt, in Gurtbreite parallel zueinander und um einen Abstand zueinander versetzt angeordnet und haben bei einer Belegung des Kraftfahrzeugsitzes 1 durch eine in 2 gezeigte Person eine gleich große Überdeckung durch den Körper 6 dieser Person.
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Der Abstand zwischen der rückenlehnenseitigen Elektrode 8 einerseits und der ersten gurtbandseitigen Elektrode 9 andererseits unterscheidet sich vom Abstand zwischen der rückenlehnenseitigen Elektrode 8 einerseits und der zweiten gurtbandseitigen Elektrode 10 andererseits, wenn der Kraftfahrzeugsitz 1 nicht durch die in 2 gezeigte Person belegt ist und entsprechend der Körper 6 dieser Person nicht zwischen dem Gurtband 5 und der Rückenlehne 3 des Kraftfahrzeugsitzes angeordnet ist.
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Bei der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform der elektrostatischen Sensoranordnung 7 werden die beiden Elektroden 9, 10, die am Gurtband 5 angeordnet sind, als Quellelektroden mit einem Wechselspannungssignal beaufschlagt. Die Frequenz dieses Wechselspannungssignals liegt bei dieser Ausführungsform in der Regel in einem Bereich zwischen 40 kHz und 250 kHz. Diese vergleichsweise niedrigen Frequenzen werden üblicherweise gelegt, da die hierfür benötigten Bauteile mit einem vergleichsweise geringen wirtschaftlichen Aufwand einhergehen. Des Weiteren existieren in einem Kraftfahrzeug üblicher Bauweise keine oder wenig elektrische Systeme, die durch diesen Frequenzbereich gestört werden könnten. Aufgrund der gewählten Wellenlänge finden die mit dem Betrieb der vorstehend geschilderten elektrostatischen Sensoranordnung 7 einhergehenden physikalischen Vorgänge sämtlich im Nahfeld statt.
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Zu der anhand der 1 und 2 erläuterten elektrostatischen Sensoranordnung gehört eine in den Figuren nicht gezeigte Messvorrichtung. Mittels dieser Messvorrichtung können Koppelfaktoren zwischen der rückenlehnenseitigen Elektrode 8 einerseits und der ersten gurtbandseitigen Elektrode 9 bzw. der zweiten gurtbandseitigen Elektrode 10 andererseits erfasst werden. Des Weiteren ist die in den Figuren nicht gezeigte Messvorrichtung so ausgestaltet, dass mittels ihr die beiden vorstehend genannten Koppelfaktoren verglichen werden können.
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Wie bereits erwähnt, sind bei dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der elektrostatischen Sensoranordnung 7 die rückenlehnenseitige Elektrode 8 als Empfangselektrode und die beiden gurtbandseitigen Elektroden 9, 10 als Quellelektroden ausgeführt. Die Bestimmung der beiden Koppelfaktoren, nämlich des Koppelfaktors zwischen der ersten gurtbandseitigen Elektrode 9 einerseits und der rückenlehnenseitigen Elektrode 8 andererseits sowie zwischen der zweiten gurtbandseitigen Elektrode 10 einerseits und der rückenlehnenseitigen Elektrode 3 andererseits kann im Zeit-Multiplex-Verfahren durchgeführt werden. In diesem Fall wird das vorstehend bereits erwähnte Wechselspannungssignal abwechselnd der ersten gurtbandseitigen Elektrode 9 und der zweiten gurtbandseitigen Elektrode 10 zugeführt.
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Während jedes der so entstehenden Zeitintervalle wird dann die in der einen rückenlehnenseitigen Elektrode 8 influierte Spannung gemessen bzw. erfasst. Die beiden gemessenen Spannungen bzw. die so ermittelten Koppelfaktoren werden verglichen.
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Sind die miteinander verglichenen Spannungen bzw. Koppelfaktoren im Rahmen der Messgenauigkeit der Messvorrichtung der elektrostatischen Sensoranordnung 7 gleich oder nahezu gleich, so befindet sich der Körper 6 der in 2 gezeigten Person zwischen dem Gurtband 5 der Sicherheitsgurtanlage und der Rückenlehne 3 des Kraftfahrzeugsitzes 1.
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Wenn sich die beiden genannten Spannungen bzw. Koppelfaktoren deutlich voneinander unterscheiden, so ist davon auszugehen, dass sich kein Körper eines Lebewesens zwischen dem Gurtband 5 der Sicherheitsgurtanlage einerseits und der Rückenlehne 3 des Kraftfahrzeugsitzes 1 andererseits befindet. Das Gurtband 5 ist entsprechend nicht ordnungsgemäß angelegt.
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Alternativ zu dem vorstehend geschilderten Zeit-Multiplex-Verfahren, bei dem das Wechselspannungssignal abwechselnd der ersten gurtbandseitigen Elektrode 9 und der zweiten gurtbandseitigen Elektrode 10 zugeführt wird, ist es möglich, die erste gurtbandseitige Elektrode 9 und die zweite gurtbandseitige Elektrode 10 mit unterschiedlichen Wechselspannungssignalen zu beaufschlagen. Dies erfordert dann jedoch, aus dem in der als Empfangselektrode wirkenden rückenlehnenseitigen Elektrode 8 influierten Spannungssignal bzw. dem darauf basierenden Koppelfaktor die Anteile der beiden Wechselspannungssignale zu extrahieren. Dem Vorteil der zeitgleichen Erfassung steht dann der Nachteil des höheren technischen Aufwands gegenüber.
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Ab welchem Spannungs- bzw. Koppelfaktorenverhältnis die Wechselspannungssignale als unterschiedlich bzw. gleich bewertet werden, wird mittels eines im Vorhinein festgelegten Schwellwertes entschieden. Der Schwellwert ist auslegungsabhängig und wird üblicherweise entsprechend dem an die elektrostatische Sensoranordnung 7 gestellten Anforderungsprofil experimentell ermittelt.
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Bei einer alternativen Ausgestaltung des in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels der elektrostatischen Sensoranordnung 7 ist vorgesehen, dass die rückenlehnenseitige Elektrode 8 als Quellelektrode mit dem Wechselspannungssignal beaufschlagt wird. Als Empfangselektroden fungieren dann die beiden gurtbandseitigen Elektroden 9, 10, an denen die jeweils influierte Spannung und somit die beiden Koppelfaktoren gemessen bzw. erfasst werden.
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Hinsichtlich der Auswertung der Koppelfaktoren in der Messvorrichtung wird in analoger Weise vorgegangen wie im Falle der zunächst geschilderten Ausgestaltung.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostatischen Sensoranordnung 7 ist in den 3 und 4 dargestellt, wobei 4 den Kraftfahrzeugsitz 1 mit der den Körper 6 aufweisenden Person als Fahrzeuginsassen zeigt.
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Bei der in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsform sind an der Rückenlehne 3 des Kraftfahrzeugsitzes 1 zwei Elektroden 9, 10 angeordnet. Die beiden Elektroden 9, 10 sind in bzw. an der Rückenlehne 3 des Kraftfahrzeugsitzes zueinander versetzt angeordnet, wie dies aus den 3 und 4 hervorgeht.
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Am Gurtband 5 der dem Kraftfahrzeugsitz 1 zugeordneten, im übrigen nicht dargestellten Sicherheitsgurtanlage ist eine Elektrode 8 vorgesehen, die sich in Längsrichtung des Gurtbands 5 erstreckt.
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In einer ersten Ausgestaltung fungiert die gurtbandseitige Elektrode 8 als Quellelektrode und wird mit dem Wechselspannungssignal beaufschlagt. Entsprechend fungieren die beiden rückenlehnenseitigen Elektroden 9, 10 als Empfangselektroden, an denen die jeweils influierte Spannung gemessen und der sich daraus ergebende Koppelfaktor erfasst werden. Die Auswertung erfolgt in analoger Weise zu dem bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel in der Messvorrichtung.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsform der elektrostatischen Sensoranordnung 7 sind die beiden rückenlehnenseitigen Elektroden 9, 10 als Quellelektroden ausgestaltet und werden im Zeit-Multiplex-Verfahren alternierend mit dem Wechselspannungssignal beaufschlagt. Alternativ können die beiden als Quellelektroden fungierenden rückenlehnenseitigen Elektroden 9, 10 auch mit zwei verschiedenen Wechselspannungssignalen beaufschlagt werden.
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An der gurtbandseitigen Elektrode 8 wird die jeweils influierte Spannung gemessen.
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Wie bei dem vorstehend geschilderten, mit zwei verschiedenen Wechselspannungssignalen realisierten Verfahren müssen die Signalanteile in der influierten Spannung mittels Filtern getrennt werden, wodurch sich ein erhöhter technischer Aufwand ergibt.
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Ansonsten erfolgt die Auswertung der mittels der Messvorrichtung erfassten Koppelfaktoren entsprechend den vorstehend erläuterten Ausführungsformen.
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Eine weitere, besonders bevorzugte Ausgestaltung der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostatischen Sensoranordnung mit der einen rückenlehnenseitigen Elektrode 8 und den beiden gurtbandseitigen Elektroden 9, 10 zeichnet sich dadurch aus, dass die beiden gurtbandseitigen Elektroden 9, 10 mit einem Wechselspannungssignal beaufschlagt werden, das zwischen den beiden als Quellelektroden fungierenden gurtbandseitigen Elektroden 9, 10 um 180° phasenverschoben ist.
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Hierdurch wird u.a. erreicht, dass sich die beiden Wechselspannungssignale im Fernfeld im Wesentlichen aufheben. Eine Störabstrahlung wird deutlich reduziert.
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Ein 180° phasenverschobenes Wechselspannungssignal ist elektrisch sehr einfach durch eine Signalinvertierung (Multiplikation mit -1) zu erzielen.
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An der einen rückenlehnenseitigen und als Empfangselektrode fungierenden Elektrode 8 muss dann lediglich die influierte Spannung gemessen werden. In dem Fall, dass sich der Körper 6 eines Lebewesens zwischen den beiden gurtbandseitigen, als Quellelektroden fungierenden Elektroden 9, 10 einerseits und der einen rückenlehnenseitigen und als Empfangselektrode fungierenden Elektrode 8 andererseits befindet, verschwindet das Signal aufgrund der Auslöschung durch Überlagerung nahezu vollständig.
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Für den Signalbereich, in dem eine Gleichheit des Signals festgestellt wird, sollte wiederum ein Schwellwert vorzugsweise experimentell ermittelt werden.
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Liegt die in der einen als Empfangselektrode fungierenden rückenlehnenseitigen Elektrode 8 influierte Spannung über dem vorstehend erwähnten Schwellwert, so lässt sich hieraus schließen, dass entweder die originale Wechselspannung oder die um 180° phasenverschobene Wechselspannung aufgrund unterschiedlicher Abstände zwischen den beiden als Quellelektroden fungierenden gurtbandseitigen Elektroden 9, 10 einerseits und der einen als Empfangselektrode fungierenden rückenlehnenseitigen Elektrode 8 andererseits überwiegt. Es findet keine Auslöschung statt.
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Bei dieser Ausgestaltung werden die beiden gurtbandseitigen Elektroden 9, 10 mit zueinander phasenverschobenen harmonischen Signalen beaufschlagt. Der Phasenverschiebungswinkel ist phi.
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Die erste gurtbandseitige Elektrode
9 wird mit dem Signal x1(t) beaufschlagt.
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Die zweite gurtbandseitige Elektrode
10 wird mit dem Signal x2(t) beaufschlagt.
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Eine Phasenverschiebung von 180° wird auch Phasenumkehr genannt. Schaltungstechnisch ist diese durch Invertierung des Referenzsignals besonders einfach zu erzeugen, wie vorstehend bereits angemerkt.
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Da die beiden Signale x1(t) und x2(t) von als Antennen fungierenden, räumlich an verschiedenen Orten angeordneten Elektroden 9, 10 abgestrahlt werden, gibt es ortsabhängige Überlagerungen.
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Sofern die beiden Elektroden
9,
10 von einer bzw. der als Antenne fungierenden rückenlehnenseitigen Elektrode
8 gleich weit entfernt sind, so wird dort ein Signal mit
empfangen.
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Bei unterschiedlichen Entfernungen zwischen den beiden gurtbandseitigen Elektroden 9, 10 einerseits und der einen rückenlehnenseitigen Elektrode 8 andererseits werden die in letzterer erfassten Koppelfaktoren unterschiedlich stark. Es muss dann nur noch mittels der Messvorrichtung festgestellt werden, welches der beiden Signale x1(t) und x2(t) in dem Summensignal überwiegt.
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Hierzu wird die Phasenverschiebung des in die rückenlehnenseitige Elektrode 8 eingekoppelten Signals in Bezug auf einen Phasenwinkörper eines Lebewesens von phi/2 bestimmt. Hat das empfangene Summensignal eine Phasenverschiebung < phi/2, so befindet sich die als Quellelektrode fungierende erste gurtbandseitige Elektrode 9 mit dem Signal x1(t) näher an der als Empfangselektrode fungierenden rückenlehnenseitigen Elektrode 8 als die weitere als Quellelektrode fungierende zweite gurtbandseitige Elektrode 10 mit dem Signal x2(t).
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Ist die Phasenverschiebung des Summensignals > phi/2, so ist der Abstand zwischen der als Empfangselektrode fungierenden rückenlehnenseitigen Elektrode 8 einerseits und der zweiten gurtbandseitigen und als Quellelektrode fungierenden Elektrode 10 mit dem Signal x2(t) andererseits kleiner als der Abstand zwischen der rückenlehnenseitigen Elektrode 8 einerseits und der ersten gurtbandseitigen Elektrode 9 andererseits.
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Ist die Phasenverschiebung des Summensignals = phi/2, so befinden sich die beiden als Quellelektroden fungierenden gurtbandseitigen Elektroden 9, 10 im gleichen Abstand zur als Empfangselektrode fungierenden rückenlehnenseitigen Elektrode 8.
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Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich die Besonderheit, dass bei gleichem Abstand das Summensignal zu Null wird, da gilt:
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Bei einer im Folgenden anhand der 5 und 6 beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrostatischen Sensoranordnung ist neben den beiden als Quellelektroden fungierenden gurtbandseitigen Elektroden 9, 10 und der einen als Empfangselektrode fungierenden rückenlehnenseitigen Elektrode 8 eine weitere, als Empfangselektrode fungierende rückenlehnenseitige Elektrode 11 vorgesehen. Die zweite rückenlehnenseitige Elektrode 11 ist, wie dies aus den 5 und 6 hervorgeht, versetzt zu der ersten rückenlehnenseitigen Elektrode 8 an der Rückenlehne 3 des Kraftfahrzeugsitzes 1 angeordnet. Die erste rückenlehnenseitige und als Empfangselektrode fungierende Elektrode 8 ist so angeordnet, dass ein vor der Rückenlehne 3 des Kraftfahrzeugsitzes 1 verlaufendes Gurtband 5 mittels der beiden in bzw. an ihm vorgesehenen, als Quellelektroden fungierenden Elektroden 9, 10 in die vorstehend erwähnte erste rückenlehnenseitige Elektrode 8 ein Summensignal mit der Phasenlage < phi/2 einkoppelt.
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Die vorstehend bereits erwähnte zweite als Empfangselektrode verwendete rückenlehnenseitige Elektrode 11 wird so angeordnet, dass das vor der Rückenlehne 3 des Kraftfahrzeugsitzes 1 verlaufende Gurtband 5 mit den beiden als Quellelektroden fungierenden Elektroden 9, 10 mit den oben bereits erwähnten Signalen x1(t) und x2(t) in diese zweite als Empfangselektrode fungierende rückenlehnenseitige Elektrode 11 ein Summensignal mit der Phasenlage > phi/2 einkoppelt.
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Wenn phi = 180° ist, ergibt sich die technische Besonderheit, dass unabhängig von den Koppelfaktoren nur Summensignale mit 0° Phasenwinkel oder 180° Phasenwinkel entstehen können.
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Werden, wie vorstehend geschildert, zwei als Empfangselektroden fungierende rückenlehnenseitige Elektroden 8, 11 verwendet, so ergibt sich das folgende Schema:
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Die Messvorrichtung bewertet die Phasenlage der beiden empfangenen Signale. Wenn diese beiden Signale zueinander um 180° versetzt sind, so befindet sich zwischen den als Quellelektroden fungierenden gurtbandseitigen Elektroden 9, 10 und den beiden als Empfangselektroden fungierenden rückenlehnenseitigen Elektroden 8, 11 kein Körper 6 eines Lebewesens.
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Befindet sich zwischen den beiden als Empfangselektroden fungierenden rückenlehnenseitigen Elektroden 8, 11 und den beiden als Quellelektroden fungierenden gurtbandseitigen Elektroden 9, 10 ein Körper 6, so werden die beiden Signale nahezu identisch in diesen Körper 6 eingekoppelt. Da die beiden Signale um 180° phasenverschoben sind, heben sie sich bei gleichen Einkoppelbedingungen im Körper 6 auf. Der Körper 6 hat dann ein gegen 0 Volt gehendes Oberflächenpotential.
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Aufgrund unterschiedlicher Einkoppelbedingungen zwischen dem Körper 6 und den beiden als Empfangselektroden fungierenden rückenlehnenseitigen Elektroden 8, 11 ist es möglich, dass sich die Empfangsamplituden in den beiden als Empfangselektroden fungierenden Elektroden 8, 11 unterscheiden, jedoch werden die beiden Empfangssignale immer dieselbe Phasenlage aufweisen.
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Es kann mittels dieser Ausgestaltung anhand der Phasenlage in den als Empfangselektroden fungierenden rückenlehnenseitigen Elektroden 8, 11 auch erkannt werden, ob das Gurtband verdreht angelegt worden ist, wobei für diesen Fall ein entsprechender Hinweis ausgebbar ist.
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Grundsätzlich ist es möglich, die vorstehend anhand diverser Ausführungsformen und Ausgestaltungen geschilderte elektrostatische Sensoranordnung für weitere Anwendungsfälle weiterzubilden. So ist es mit weiteren Elektroden, die z.B. an der Hinter- bzw. Rückwandung der Rückenlehne 3 verbaut werden, einfach möglich, zu erkennen, wenn das Gurtband 5 hinter der Rückenlehne 3 des Kraftfahrzeugsitzes 1 angeordnet ist. Auch in diesem Fall ist ein ordnungsgemäßer Betrieb der Sicherheitsgurtanlage des Kraftfahrzeugsitzes 1 nicht realisiert.
