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Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine, insbesondere Baumaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Arbeitsmaschine ist beispielsweise ein Radlader oder ein anderes Baufahrzeug oder ein anderes angetriebenes Arbeitsgerät.
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Eine Arbeitsmaschine bzw. Baumaschine ist aus
DE 20 2011 105 189 U1 bekannt. Diese bekannte Arbeitsmaschine weist ein Antriebsaggregat, beispielsweise in Form eines Verbrennungsmotors, auf, welches eine Fahrpumpe und eine Arbeitspumpe antreibt. Die Fahrpumpe treibt hydraulisch einen Fahrantrieb mit einem Fahrmotor der Arbeitsmaschine an. Die Arbeitspumpe treibt eine Arbeitshydraulik wie beispielsweise Hub- oder Baggereinrichtungen der Arbeitsmaschine an. Hierfür wandelt die Arbeitspumpe vom Antriebsaggregat bereitgestellte Antriebsenergie in hydraulische Energie um. Die hydraulische Energie kann ferner in einem als Hochdruckspeicher ausgebildeten Hydraulikspeicher gespeichert werden und steht nachfolgend zur Verfügung, um mittels einer Startfunktion der Arbeitspumpe hydraulisch das Antriebsaggregat zu starten.
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Aus
WO 2008/133805 A2 ist ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug bekannt. Der Antriebsstrang weist ein Antriebsaggregat und zwei mechanisch mit dem Antriebsaggregat gekoppelte Hydraulikaggregate auf, die jeweils eine Pumpfunktion und eine Motorfunktion bereitstellen und die beide mit einem Hydraulikspeicher hydraulisch verbunden sind. Wenn der Hydraulikspeicher vollständig geladen ist, wird das Antriebsaggregat abgeschaltet und wird der Antriebsstrang mittels hydraulischer Energie aus dem Hydraulikspeicher über die Motorfunktion der Hydraulikaggregate betrieben. Insbesondere bei Bremsvorgängen werden die Hydraulikaggregate als Pumpen zum Aufladen des Hydraulikspeichers betrieben.
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Aus
US 2009/0105028 A1 sind mehrere als Pumpe und als Motor betreibbare Hydraulikaggregate in Kombination mit einem Planetengetriebe bekannt.
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DE 28 17 405 A1 offenbart ein Hydraulik-Mehrstufengetriebesystem mit Hydraulikaggregaten, die als Motor zum Antrieb eines Fahrzeugs betrieben werden können. Eine Hydropumpe und ein Hydraulikspeicher stellen hydraulische Energie für die als Motor betriebenen Hydraulikaggregate bereit. Von der Hydraulikpumpe bereitgestellte und nicht benötigte hydraulische Energie wird im Hydraulikspeicher gespeichert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Arbeitsmaschine die Nutzung von Antriebsenergie zu optimieren.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einer Arbeitsmaschine nach Anspruch 1. Bei einer Arbeitsmaschine, insbesondere Baumaschine, aufweisend ein Antriebsenergie bereitstellendes Antriebsaggregat, ein Antriebsenergie übertragend mit dem Antriebsaggregat gekoppeltes erstes Hydraulikaggregat mit einer Pumpfunktion zum Umwandeln von Antriebsenergie in hydraulische Energie, einer Hydraulikleitung, in der die hydraulische Energie bereitgestellt werden kann, einen mit der Hydraulikleitung hydraulisch verbundenen Hydraulikspeicher zum Speichern der hydraulischen Energie und ein Antriebsenergie übertragend mit dem Antriebsaggregat gekoppeltes und hydraulisch mit dem Hydraulikspeicher verbundenes zweites Hydraulikaggregat mit einer Pumpfunktion zum Umwandeln von Antriebsenergie in hydraulische Energie, die in der Hydraulikleitung bereitgestellt wird, und mit einer Motorfunktion zum Umwandeln von in der Hydraulikleitung bereitgestellter hydraulischer Energie in Antriebsenergie ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Arbeitsmaschine dazu ausgebildet ist, das Antriebsaggregat mit hydraulischer Energie aus dem Hydraulikspeicher mittels der Motorfunktion des zweiten Hydraulikaggregates zu stützen, wenn vom ersten Hydraulikaggregat Leistungsspitzen für die Pumpfunktion des ersten Hydraulikaggregates abgerufen werden.
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Die Arbeitsmaschine bzw. Baumaschine ist beispielsweise ein Baumaschinenfahrzeug, ein landwirtschaftliches Fahrzeug, ein Flurförderfahrzeug, ein Radlader oder eine Walze. Das Antriebsaggregat ist vorzugsweise ein Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor.
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Mittels der Motorfunktion des zweiten Hydraulikaggregates ermöglicht die Erfindung eine Boost-Funktion bzw. temporäre Leistungssteigerung für das Antriebsaggregat bzw. eine Stützung des Antriebsaggregates, wenn eine hohe Leistung vom ersten Hydraulikaggregat, beispielsweise einer Arbeitspumpe, oder von einem weiteren Hydraulikaggregat, beispielsweise einer Fahrpumpe, abverlangt wird.
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Der Hydraulikspeicher ist insbesondere ein Hochdruckspeicher, der eine Speicherkammer und ein variierende Drücke übertragendes Trennmittel aufweist, welches die Speicherkammer in wenigstens zwei Bereiche unterteilt. Dabei ist insbesondere ein von einem Druckspeichereinlass durch das Trennmittel abgetrennter Bereich mit einem kompressiblen Medium eines vorbestimmten Druckes gefüllt. Damit kann ein vorteilhaft gleichmäßiger Fluidstrom über einen relativ langen Zeitraum bei einem relativ hohen Druckniveau gewährleistet werden.
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Hydraulische Energie wird dem Hydraulikspeicher erfindungsgemäß sowohl mittels des ersten Hydraulikaggregates als auch mittels des zweiten Hydraulikaggregates bereitgestellt. Damit kann der Hydraulikspeicher in sehr kurzer Zeit aufgeladen werden, so dass nach einem Einsatz der Motorfunktion bzw. Boost-Funktion des zweiten Hydraulikaggregates diese Motorfunktion bzw. Boost-Funktion immer wieder schnell zur Verfügung steht. Ferner kann in kurzer Zeit viel überschüssige Antriebsenergie, die beispielsweise beim Abbremsen der Arbeitsmaschine anfällt, in hydraulische Energie umgewandelt und im Hydraulikspeicher gespeichert werden. Insbesondere erfolgt eine Rekuperation von Energie mittels des ersten Hydraulikaggregates und mittels des zweiten Hydraulikaggregates.
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Das zweite Hydraulikaggregat ist vorzugsweise kleiner dimensioniert als das erste Hydraulikaggregat. Mit Hilfe des ersten Hydraulikaggregates kann daher der Hydraulikspeicher in signifikant kürzerer Zeit gefüllt werden kann, als ein Hydraulikspeicher allein durch das zweite Hydraulikaggregat gefüllt werden könnte.
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Die Erfindung ermöglicht die effiziente Nutzung von Energie aus Bremsvorgängen durch die Rekuparation mittels des ersten Hydraulikaggregates und des zweites Hydraulikaggregates. Ferner ermöglicht die Erfindung einen Betrieb des Antriebsaggregates, in einem Drehzahlbereich, in dem das Antriebsaggregat besonders umweltschonend bei geringem Kraftstoffverbrauch betrieben werden kann. Einem unnötigen Hochdrehen des Antriebsaggregates kann mittels des ersten Hydraulikaggregates und des zweiten Hydraulikaggregates effizient entgegen gewirkt werden. Die überschüssige Energie wird gespeichert und kann im Bedarfsfall eine Leistungssteigerung des Antriebsaggregates ermöglichen. Insgesamt ermöglicht die Erfindung eine optimierte Nutzung von Antriebsenergie, die vom Antriebsaggregat oder aus Bremsvorgängen bereitgestellt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Arbeitsmaschine derart ausgebildet, dass die vom zweiten Hydraulikaggregat aus Antriebsenergie bereitgestellte hydraulische Energie während der Bereitstellung durch das zweite Hydraulikaggregat ausschließlich der Hydraulikleitung und dem Hydraulikspeicher bereitstellbar ist. Die mittels der Pumpfunktion des zweiten Hydraulikaggregates bereitgestellte hydraulische Energie wird somit keinen weiteren Einrichtungen bereitgestellt und steht daher für die nachfolgende Nutzung durch die Motorfunktion des zweiten Hydraulikaggregates zur Verfügung. Das zweite Hydraulikaggregat ist daher von Hydraulikaggregaten bzw. Pumpen zu unterscheiden, die unmittelbar andere Einrichtungen antreiben.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Arbeitsmaschine derart ausgebildet, dass dem zweiten Hydraulikaggregat hydraulische Energie zur Umwandlung in Antriebsenergie während der Umwandlung durch das zweite Hydraulikaggregat ausschließlich aus der Hydraulikleitung und dem Hydraulikspeicher bereitstellbar ist. Die für die Motorfunktion bereitgestellte hydraulische Energie ist somit ausschließlich gespeicherte hydraulische Energie.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Antriebsenergie übertragend mit dem Antriebsaggregat gekoppelter Arbeitshydraulikkreis und eine hydraulisch mittels des Arbeitshydraulikkreises antreibbare Arbeitshydraulik vorgesehen. Mit der Motorfunktion des zweiten Hydraulikaggregates kann das Antriebsaggregat somit bei hoher Leistungsanforderung durch die Arbeitshydraulik gestützt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Hydraulikaggregat dem Arbeitshydraulikkreis zugeordnet, wobei der Arbeitshydraulikkreis hydraulisch mit der Hydraulikleitung verbunden und die Arbeitshydraulik mittels der bereitgestellten hydraulischen Energie antreibbar ist. Das erste Hydraulikaggregat ist somit eine Arbeitspumpe für den Arbeitshydraulikkreis. Wenn die Arbeitshydraulik nicht betrieben wird oder nur einen Teil der von der Arbeitspumpe gelieferten hydraulischen Energie benötigt, kann weitere von der Arbeitspumpe bzw. vom ersten Hydraulikaggregat bereitgestellte hydraulische Energie zum Aufladen des Hydraulikspeichers verwendet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein erstes Stellglied zum Freigeben und Sperren einer hydraulischen Verbindung zwischen dem Arbeitshydraulikkreis und der Arbeitshydraulik vorgesehen. Das erste Stellglied ist insbesondere ein Arbeitshydraulik-Steuerblock mit mindestens einem Ventil. Durch Sperren der hydraulischen Verbindung zwischen dem Arbeitshydraulikkreis und der Arbeitshydraulik kann die vom ersten Hydraulikaggregat bereitgestellte hydraulische Energie vollständig zum Aufladen des Hydraulikspeichers verwendet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Antriebsenergie übertragend mit dem Antriebsaggregat gekoppelter Fahrhydraulikkreis und ein hydraulisch mittels des Fahrhydraulikkreises antreibbarer Fahrmotor zur Fortbewegung der Arbeitsmaschine vorgesehen. Die Motorfunktion bzw. Boost-Funktion des zweiten Hydraulikaggregates kann somit auch für eine hohe Leistungsanforderung durch den Fahrmotor verwendet werden, beispielsweise um die Arbeitsmaschine stark zu beschleunigen. Dies ist insbesondere für Arbeitsmaschinen mit einer großen Masse, wie beispielsweise Walzen oder andere Baumaschinen, vorteilhaft.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein drittes Hydraulikaggregat vorgesehen, das dem Fahrhydraulikkreis zugeordnet ist und eine Pumpfunktion zur Umwandlung von Antriebsenergie in hydraulische Energie des Fahrhydraulikkreises aufweist, mittels welcher der Fahrmotor hydraulisch antreibbar ist. Somit sind insgesamt mindestens drei Hydraulikaggregate vorgesehen. Die Motorfunktion des zweiten Hydraulikaggregates kann somit das Antriebsaggregat sowohl bei einer Leistungsanforderung durch das erste Hydraulikaggregat als auch bei einer Leistungsanforderung durch das dritte Hydraulikaggregat stützen.
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Vorzugsweise weist das dritte Hydraulikaggregat auch eine Motorfunktion zum Umwandeln von Energie aus Bremsvorgängen in Antriebsenergie auf. Der Hydraulikspeicher wird dabei sowohl mittels des ersten Hydraulikaggregates als auch mittels des zweiten Hydraulikaggregates aufgeladen. Einem Hochdrehen des Antriebsaggregates bei Bremsvorgängen kann damit wirkungsvoll entgegen gewirkt werden. Es können starke Verzögerungen der Arbeitsmaschine erreicht werden. Die Energie aus den Bremsvorgängen wird dabei besonders effizient genutzt.
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Das zweite Hydraulikaggregat ist vorzugsweise an einem Nebenantrieb des Antriebsaggregates angeordnet. Alternativ ist das zweite Antriebsaggregat zusammen mit dem ersten Antriebsaggregat und ggf. dem dritten Antriebsaggregat zusammen in einem Antriebsstrang am Antriebsaggregat angeordnet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist das erste Hydraulikaggregat eine Motorfunktion zum Umwandeln von in der Hydraulikleitung bereitgestellter hydraulischer Energie in Antriebsenergie auf. Damit kann das erste Hydraulikaggregat die Boost-Funktion des zweiten Hydraulikaggregates unterstützen. Insbesondere ist in Bezug auf ihre Leistungsdimensionierung das zweite Hydraulikaggregat bzw. die Boost-Pumpe kleiner als das erste Hydraulikaggregat bzw. die Arbeitspumpe, die wiederum kleiner als das dritte Hydraulikaggregat bzw. die Fahrpumpe ist. Wenn im Fahrbetrieb der Arbeitsmaschine die Arbeitshydraulik nicht benötigt wird, kann durch Zuschalten der Motorfunktion des ersten Hydraulikaggregates somit die Motorfunktion des zweiten Hydraulikaggregates wirkungsvoll unterstützt werden, um eine hohe Pumpleistung am dritten Hydraulikaggregat und damit eine hohe Beschleunigung der Arbeitsmaschine zu erreichen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Hydraulikaggregat eine Startfunktion zum hydraulischen Starten des Antriebsaggregates mittels der in der Hydraulikleitung bereitgestellten hydraulischen Energie auf. Die Startfunktion ist ähnlich der Motorfunktion des ersten Hydraulikaggregates. Jedoch wird für die Startfunktion nur für einen kurzen Zeitpunkt ein hoher hydraulischer Druck benötigt, um das Antriebsaggregat zu starten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein zweites Stellglied zum Freigeben und Sperren einer hydraulischen Verbindung zwischen dem zweiten Hydraulikaggregat und der Hydraulikleitung vorgesehen. Damit kann beispielsweise zum Starten des Antriebsaggregates hydraulische Energie aus dem Hydraulikspeicher allein dem ersten Hydraulikaggregat zugeführt werden, wobei das zweite Hydraulikaggregat davon abgekoppelt bleibt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Stellglied auch zum, insbesondere separaten, Freigeben und Sperren einer hydraulischen Verbindung zwischen dem ersten Hydraulikaggregat und der Hydraulikleitung ausgebildet. Dadurch kann der Hydraulikspeicher unabhängig vom Betrieb der Arbeitshydraulik durch das erste Hydraulikaggregat vom zweiten Hydraulikaggregat aufgeladen werden. Ferner kann dadurch mittels des Hydraulikspeichers gespeicherte hydraulische Energie für die Motorfunktion des zweiten Antriebsaggregates verwendet werden, um das Antriebsaggregat zu stützen bzw. zu boosten, wenn die Arbeitshydraulik mittels des ersten Antriebsaggregates betrieben wird.
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Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus dem anhand der Zeichnung nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine stark vereinfachte, schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine.
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Mit 1 ist eine Arbeitsmaschine bezeichnet, von der, zumindest einen Antrieb betreffende, Teile schematisch dargestellt sind. Die Arbeitsmaschine 1 weist ein Antriebsaggregat 2 auf, das über einen Antriebsstrang 3 mit einem Fahrantrieb 4 und mit einer Arbeitshydraulik 5 gekoppelt ist.
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Das Antriebsaggregat 2 ist beispielsweise ein Dieselmotor, der mechanische Antriebsenergie bereitstellt. Diese Antriebsenergie wird mittels eines im Antriebsstrang 3 angeordneten ersten Hydraulikaggregates 6, mittels eines an einem Nebenantrieb des Antriebsaggregates 2 angeordneten zweiten Hydraulikaggregates 7 und mittels eines im Antriebsstrang 3 angeordneten dritten Hydraulikaggregates 8 in hydraulische Energie umgewandelt. Das zweite Hydraulikaggregat 7 weist vorzugsweise eine kleinere Leistung als das erste Hydraulikaggregat 6 auf, welches wiederum eine kleinere Leistung als das dritte Hydraulikaggregat 8 aufweist. Das dritte Hydraulikaggregat 8 weist eine Pumpfunktion auf, um einen Fahrmotor 9 des Fahrantriebes 4 hydraulisch anzutreiben. Der Fahrmotor 9 treibt Antriebsräder 10 und 11 der Arbeitsmaschine 1 an. Ferner wird Energie aus Bremsvorgängen über den Fahrmotor 9 hydraulisch dem dritten Hydraulikaggregat 8 zugeführt, welches eine Motorfunktion aufweist und damit Antriebsenergie im Antriebsstrang 3 bereitstellt. Das dritte Hydraulikaggregat 8 ist einem Fahrhydraulikkreis 12 zugeordnet, welcher hydraulisch die Energie zwischen dem dritten Hydraulikaggregat 8 und dem Fahrmotor 9 überträgt.
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Das erste Hydraulikaggregat 6 ist einem Antriebshydraulikkreis 13 zugeordnet und treibt über ein als Arbeitshydraulik-Steuerblock ausgebildetes erstes Stellglied 14 die Arbeitshydraulik 5 an. Mittels des ersten Stellgliedes 14 kann eine hydraulische Verbindung zwischen dem ersten Hydraulikaggregat 6 und der Arbeitshydraulik 5 freigegeben oder gesperrt werden. Ferner ist ein als Start-Stopp-Steuerblock ausgebildetes zweites Stellglied 15 vorgesehen, welches eine hydraulische Verbindung zwischen dem Arbeitshydraulikkreis 13 und einer Hydraulikleitung 16 freigeben oder sperren kann. Die Hydraulikleitung 16 verbindet hydraulisch das zweite Stellglied 15 mit einem als Hochdruckspeicher ausgebildeten Hydraulikspeicher 17.
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Das erste Hydraulikaggregat 6 weist eine Pumpfunktion zum Umwandeln von Antriebsenergie in hydraulische Energie des Arbeitshydraulikkreises 13 auf. Diese hydraulische Energie kann im Hydraulikspeicher 17 gespeichert bzw. zum Aufladen des Hydraulikspeichers 17 sowie alternativ oder zusätzlich zum Antreiben der Arbeitshydraulik 5 verwendet werden. Ferner weist das erste Hydraulikaggregat 6 eine Start-Funktion auf, um das Antriebsaggregat 2 hydraulisch mittels hydraulischer Energie aus dem Hydraulikspeicher 17 zu starten.
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Weiter weist das erste Hydraulikaggregat 6 optional auch eine Motorfunktion auf, mit der gespeicherte hydraulische Energie aus dem Hydraulikspeicher 17 durch Umwandlung in Antriebsenergie zur Stützung des Antriebsaggregates 2 verwendet werden kann.
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Das zweite Hydraulikaggregat 7 weist sowohl eine Pumpfunktion als auch eine Motorfunktion auf. Das zweite Hydraulikaggregat 7 ist über das zweite Stellglied 15 mit der Hydraulikleitung 16 und dem Hydraulikspeicher 17 hydraulisch verbunden. Das zweite Stellglied 15 kann diese Verbindung freigeben oder sperren. Somit kann der Hydraulikspeicher 17 auch vom zweiten Hydraulikaggregat 7 aufgeladen werden und zu einem anderen Zeitpunkt die gespeicherte hydraulische Energie an das zweite Hydraulikaggregat 7 abgeben, um das Antriebsaggregat 2 zu stützen, wenn Leistungsspitzen durch das dritte Hydraulikaggregat 8 und/oder das erste Hydraulikaggregat 6 abgerufen werden.
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Eine Steuereinheit 18 steuert zumindest das zweite Stellglied 15 an. Zur Steuerung verarbeitet die Steuereinheit 18 Signale von einem Gaspedal 19, von einem Joystick 20, von einem Lenkrad 21 und von einem Sitzkontakt 22, mittels dem erfassbar ist, ob ein Fahrersitz der Arbeitsmaschine 1 besetzt ist. Ferner verarbeitet die Steuereinheit 18 vorzugsweise Signale eines hier nicht dargestellten Sensors, der den Speicherladedruck am Hydraulikspeicher 17 bzw. am ersten Hydraulikaggregat 6 misst.
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Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
