DE2104999A1

DE2104999A1 - Hydraulisches Servoventil

Info

Publication number: DE2104999A1
Application number: DE19712104999
Authority: DE
Inventors: Yohichi Yokohama Mohn (Japan)
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1970-02-03
Filing date: 1971-02-03
Publication date: 1971-08-12
Also published as: GB1325091A; DE2104999B2; US3702621A; FR2079203B1; FR2079203A1; JPS5131370B1

Description

PATENTANWÄLTE	2104999
Dipl-Chem. DlV D. ΤδίΟΙΓΙβΘΠ Dipl.-ing. H. Tl'edtke Dipi.-chem. G.BühSing Dipi.-ing.R.Kinne	MÖNCHEN 15 KAlSER-LUDWlQ-PtATZ β TEL· 0811/530211 530212 CABLES: THOPATENT TELEX: FOLGT
Dipi.-mg. W. WeS η ka uff	FRANKFURT (MAIN) 50 FUCHSHOHL 71 TEL. 0611/514666

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8000 München 15 3. Februar 1971

Nissan Motor Company, Limited Yokohama City (Japan)

Hydraulisches Servoventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Servoventil und insbesondere auf ein hydraulisches Servoventil zur elektrischen Steuerung eines Strömungsmitteldrucks

Das durch die Erfindung vorgeschlagene hydraulische Servoventil ist besonders zur Verwendung in einem hydraulischen Steuersystem für eine selbsttätige automatische Kraftübertragungsanlage geeignet. Das hydraulische Steuersystem enthält gewöhnlich ein Reglerventil zur Regulierung eines Leitungsdrucks auf einen optimalen Pegel zur Durchführung weichen Schaltens zwischen einer Anzahl an Übersetzungsverhältnissen. Zur Erzeugung eines geeigneten Leitungsdrucks ist das Reglerventil derart aufgebaut, daß es auf einen

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Steuerdruck anspricht, der in Übereinstimmung mit der Größenänderung eines elektrischen Signals erzeugt wird, das die Betriebsbedingungen eines Motors oder Fahrzustände eines Motorfahrzeuges darstellt; derartige Bedingungen können die fiotordrehzahl, einen Motoransaugrohrunterdruck, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, oder ein Ausgangsdrehmoment eines Drehmomentwandlers umfassen. Dabei ist es wünschenswert, den dem Reglerventil zugeführten Steuerdruck in strenger Übereinstimmung mit dem elektrischen Signal genau zu ändern. Es wurden bisher verschiedene Vorrichtungen vorgeschlagen, mit denen ein Steuerdruck erreicht werden sollte, der genau verschiedene sich ändernde Betriebsbedingungen darstellt. Diese bekannten Vorrichtungen bringen Schwierigkeiten nicht nur bei der genauen Änderung des Steuerdrucks in Übereinstimmung mit den Betriebsvariablen sondern auch bei der Bildung eines einfachen Aufbaus des Servoventils mit sich.

Durch die Erfindung wird ein hydraulisches Servoventil zur Änderung eines Strömungsmitteldrucks geschaffen, das einen Ventilkörper mit einer Steuerkammer und einer Rückführkammer besitzt, wobei die Rückführkammer mit der Steuerkammer in Verbindung steht und die Steuerkammer mit einer Ablauföffnung in Verbindung steht von der ein Strömungsmittelüberschuß zur Modulierung des Strömungsmitteldrucks zur Erzeugung eines verringerten Drucks in der Steuerkammer abgeführt wird, einen indem Ventilkörper gebildeten Strömungsmitteldruckzufuhrkanal, der

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mit der Steuerkammer in Verbindung steht, einen in der Steuerkammer verschiebbar aufgenommenen Ventilschieber zur Steuerung des Öffnungsgrades der Ablauföffnung, einen in der Rückführkammer verschiebbar aufgenommenen Rückführkolben und ein elektrisches Betätigungsorgan zur Steuerung der Bewegung des Ventilschiebers, wobei das Betätigungsorgan den Ventilschieber in eine Stellung zum Schließen der Ablauföffnung zur Erzeugung des verringerten Drucks in der Steuerkammer bewegt und der Rückführkolben in Abhängigkeit von dem verringerten Druck den Ventilschieber in eine andere Stellung zur öffnung des Ablauföffnung und damit zur Änderung des Strömungsmitteldrucks bewegt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen hydraulischen Servoventils;

Fig. 2 und 3 zeigen graphische Darstellungen des Steuerdrucks, der mit dem in Fig. 1 gezeigten hydraulischen Servoventil erhalten wird;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht einer abgeänderten Form des hydraulischen Servoventils;

Fig. 5 ist eine Schnittansicht einer v/eiteren Ausführungsform des hydraulischen Servoventils und

Fig. 6 ist eine graphische Darstellung des Steuerdrucks, der durch das in Fig. 5 gezeigte hydraulische Servoventil erhalten v/ird.

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Das in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße hydraulische Servoventil besitzt ein Betätigungsorgan 10 zur Steuerung des hydraulischen Servoventils und ein Steuerventil 11, das in einen hydraulischen Kreis eingesetzt ist und durch das Betätigungsorgan 10 zur Änderung eines dem Steuervetnil 11 zugeführten Strömungsmitteldrucks gesteuert wird, um einen Steuerdruck zu erzeugen. Der Steuerdruck wird einer geeigneten Einrichtung zugeführt, beispielsweise einem Reglerventil eines hydraulischen Steuersystems für eine selbsttätige (selbstschaltende) automatische Kraftübertragungsanlage.

Das Betätigungsorgan 10 besitzt ein Gehäuse 12 mit einer darin gebildeten Bohrung 13 und einer mit Zuleitungen verbundenen Bewegungsspule 14. Das Gehäuse 12 besteht aus magnetischem Material, um der Bewegungsspule 14 das Vor- und Zurückbewegen in der Bohrung 13 des Gehäuses 12 zu ermöglichen, wenn sie energiert und deenergiert wird. Die Bewegungsspule 14 ist auf einem Träger 16 angeordnet, der mit einer Membran 17 betrieblich verbunden ist. Die Membran 17 ist auf dem Gehäuse 12 angeordnet und schließt zur Staubabdichtung ein offenes Ende des Gehäuses.

Das Gehäuse 12 besitzt in seiner Bohrung 13 ein Führungsorgan 12a, das einstückig mit dem Gehäuse 12 gebildet ist. Das Führungsorgan 12a geht von dem geschlossenen Ende des Gehäuses aus und grenzt an dessen offenes Ende an. Ein Plunger ist mit der Membran 17 verbunden und nitzt verschiebbar in ei-

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nem Kanal 19, der sich innerhalb des Führungsorgans 12a erstreckt. Der Plunger 18 wird durch eine Feder 20 nach außen vorgespannt, die in einer Bohrung 21 angeordnet ist, welche sich in dem Gehäuse 12 befindet. Zur Einstellung der Kraft der Feder 20 und damit zur Änderung der auf den Plunger 18 ausgeübten Kraft ist eine Einstellschraube 22 vorgesehen.

Das Betätigungsorgan 10 ist derart konstruiert, daß die Bewegungsspule 14 und demgemäß der Plunger 18 axial nach innen oder aus dem Gehäuse 12 bewegt werden, wenn die Spule 14 energiert wird; die Größe dieser Bewegung entspricht der Stärke eines der Spule 14 zugeführten elektrischen Stroms. Der Plunger 18 ist dem Steuerventil 11 zur Bildung des Steuerdrucks zugeordnet.

Das Steuerventil 11 enthält einen Ventilkörper 23, der eine Steuerkammer 24 und eine Rückführkammer 25 aufweist. Das Steuerventil 11 besitzt ebenfalls einen Ventilschieber 26, und einen Rückführkolben 27, die verschiebbar in der Steuerkammer 24 bzw. der Rückführkammer 25 angeordnet sind. Der Ventilschieber 26 besitzt in Abstand befindliche Schultern 2 und 29 mit dem gleichen Durchmesser. Die Schulter 28 arbeitet mit dem Plunger 18 des Betätigungsorgans 10 zusammen, während die Schulter 29 mit dem Rückführkolben 27 zusammenarbeitet. Der Rückführkolben 27 und der Ventilschieber 26 sind axial zueinander

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ausgerichtet und zusammen bewegbar.

Der Ventilkörper 23 besitzt eine Anzahl an öffnungen 30, 31, 32 und 33. Die öffnung 3O ist eine Ablauföffnung, von der ein Strömungsmittelüberschuß abgeführt wird, um ein resultierendes Abfallen des Strömungsmitteldrucks in der Steuerkammer 24 herbeizuführen. Die öffnung 31 steht mit der öffnung über einen Rückführkanal 34 in Verbindung, um den abgesenkten Druck zur Rückführkammer 25 zurückzuführen, wodurch der Rückführkolben 27 dazu gebracht wird, auf die Schulter 29 des Ventilschiebers 26 einzuwirken, um diesen gegen die auf die Schulter 28 wirkende Gegenkraft zu bewegen und den Steuerdruck zu erzeugen. Die Öffnung 33 kann mit der Atmosphäre für die Schiebebewegungen des Ventilschiebers 26 und des Rückführkolbens 27 in Verbindung stehen.

Ein Strömungsmitteldruckzufuhrkanal 35, der eine Drosselstelle 35a aufweist, steht über den Rückführkanal 34 mit der öffnung 31 zur Zuführung des Strömungsmitteldrucks zur Steuerkammer 24 in Verbindung. Ein Steuerdruckzufuhrkanal 36 steht mit dem Kanal 34 zur Lieferung des Steuerdrucks an die geeignete Vorrichtung, beispielsweise ein Reglerventil (nicht dargestellt) , in Verbindung.

Zur Erläuterung der Erfindung ist zu bemerken, daß der

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Ventilschieber 26 anfänglich durch Wirkung des Plungers 18 des Betätigungsorgans 10 zur Änderung des Verbindungsgrades zwischen den öffnungen 33 und 31 und damit zur Erzeugung eines verringerten Drucks in der Steuerkammer 24 bewegt wird und dann durch Wirkung des Rückführkolbens 27 in Abhängigkeit von dem verringerten Druck, der der Rückführkammer 25 zur Bestimmung des Verbindungsgrades zwischen den öffnungen 3O und 31 und da- J mit zur Erzeugung des Steuerdrucks in der Steuerkammer 24 geliefert wird.

Zur Erleichterung des Verständnisses der Betriebsweise des erfindungsgemäßen hydraulischen Servoventils wird angenommen, daß die Kraft der Feder 20 durch Einstellung der Schraube 22 herabgesetzt ist und daß der Plunger 18 durch Wirkung der Bewegungsspule 14 bei Energierung nach außen bewegt ist. Es soll ferner angenommen werden, daß der Strömungsmitteldruck über den Kanal 35 der Steuerkammer 24 des Steuerventils 11 züge- ^ führt wird.

Wird das Betätigungsorgan 10 energiert, wird die Bewegungsspule 14 und demgemäß der Plunger 18 unter Einfluß des magnetischen Feldes in dem Gehäuse 12 nach außen bewegt. In diesem Augenblick wird der Ventilschieber 26 zum Schließen der Öffnung 3O und damit zur Erzeugung des verringerten Strömungsmitteldrucks in der Steuerkammer 24 nach außen bewegt. Der so verringerte Strömungsmitteldruck wird dann über den Kanal 34

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zurück zu der Öffnung 32 geführt, die zu der Rückführkammer 25 führt. Der Druck in der Rückführkammer 25 wirkt auf das Ende des Rückführkοlbens 27. Demzufolge wird der Rückführkolben 27 zum Herausragen gebracht, um den Ventilschieber 26 in der gleichen Richtung gegen die Kraft zu bewegen, die auf die Schulter des Ventilschiebers 26 wirkt.· Der Ventilschieber 26 nimmt dann die Stellung ein, in der die auf die Schulter 27 wirkende Kraft mit der auf die Schulter 28 v/irkenden Kraft ausbalanciert ist, und so wird ein Steuerdruck in der Steuerkammer 24 erzeugt. Der so erhaltene Steuerdruck wird einer zu steuernden geeigneten Vorrichtung (nicht dargestellt) zugeführt.

Ist der die Bewegungsspule 14 energierende elektrische Strom erhöht, nimmt die auf den Plunger 18 und demgemäß auf die Schulter 28 des Ventilschiebers 26 ausgeübte Kraft zu, so daß der Ventilschieber 26 in Richtung des Betätigungsorgans 10 gegen die auf die Schulter 29 wirkende Kraft bewegt wird. Dadann der Verbindungsgrad zwischen den Öffnungen 30 und 31 abnimmt, wird der Steuerdruck demgemäß erhöht.

Wird jedoch der elektrische Strom über einen vorbestimmten Wert i hinaus weiter erhöht, wird die Öffnung 30 durch die dem Plunger 18 zugeordnete Schulter 28 geschlossen, so daß der Steuerdruck P_ gleich dem zugeführten Strömungsmitteldruck P_ wird. So bleibt der Steuerdruck P_ konstant, wenn der elektrische Strom den vorbestimmten Viert erreicht, wie dies in dor graphischen Darstellung der Fig. 2 veranschau-

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licht ist.

Wird demgegenüber der die Bewegungsspule 14 energierende elektrische Strom verringert, wird die auf die Schulter 28 wirkende Kraft kleiner als die auf die Schulter 29 des Ventilschiebers 26 wirkende Kraft, so daß der Ventilschieber 26 in Richtung des Betätigungsorgans 10 bewegt wird und den f Verbindungsgrad zwischen den Öffnungen 30 und 31 vergrößert und damit den in der Steuerkammer 24 zu erhaltenden Steuerdruck verringert.

Ist es erwünscht, den Steuerdruck abzusenken, während der die Bewegungsspule 14 zugeführte elektrische Strom vergrößert wird, wird die Kraft der Feder 20 durch Einstellung der Schraube 22 größer gemacht als die Kraft, die auf den Rückführkolben 27 wirkt, und der elektrische Strom wird an i

die Bewegungsspule 14 angelegt, um die Spule 14 gegen die Kraft der Feder 20 in das Gehäuse 12 hineinzubewegen. In diesem Augenblick ändert sich der Steuerdruck in einer in der graphischen Darstellung der Fig. 3 dargestellten Weise.

Wird der Bewegungsspule 14 kein elektrischer Strom zugeführt, wie dies bei a gezeigt ist, wird der Plunger 18 durch die Kraft der Feder 20 bewegt und läßt dadurch den Ventilschieber 26 die Öffnung 30 schließen, und so wird der Steuerdruck P gleich dem zugcführten Druck P . Wird der elektrische Strom auf einem dem Punkt b in Fig. 3 entsprechenden

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Wert erhöht, ist die auf die Bewegungsspule 14 ausgeübte magnetische Kraft und die auf den Rückführkolben 27 ausgeübte Kraft mit der Kraft der Feder 20 in Balance. Wird der elektrische Strom zur Vergrößerung der auf die Bewegungsspule 14 ausgeübten magnetischen Kraft weiter erhöht, vergrößert sich der Verbindungsgrad zwischen den Öffnungen 30 und 31, wodurch der Steuerdruck P abnimmt. In diesem Augenblick ist die auf den Rückführkolben 27 ausgeübte Kraft entsprechend gemindert, jedoch kann der Ventilschieber die Stellung einnehmen, in der die auf den Rückführkolben 27 und den Plunger 18 ausgeübten Kräfte mit der Kraft der Feder 20 in Balance sind. So nimmt der Steuerdruck P_ linear mit dem Ansteigen des elektrischen Stroms ab und wird zu O, wenn der elektrische Strom den den Punkt c in Fig. 3 entsprechenden Wert erreicht. Wird der elektrische Strom über den dem Punkt c entsprechenden Wert hinaus erhöht, wird die öffnung 30 offengehalten, so daß in der Steuerkammer 24 kein Steuerdruck vorliegt.

Der Rückführkolben 27 muß derart ausgebildet sein, daß er einen geringeren Durchmesser besitzt, wo es erwünscht ist, über einen Steuerdruck mit einem höheren Pegel zu verfügen. Es ist jedoch schwierig, einen derartig kleinen Rückführkolben mit zufriedenstellender Präzision herzustellen. Zur Lösung dieses Problems sind Einrichtungen vorgesehen, wodurch der an das Ende des Rückführkolbens 27 anzulegende verringerte Druck niedriger als der Steuerdruck gemacht wird,

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um damit der Notwendigkeit eines Rückführkolbens mit kleinem Durchmesser zu begegnen. Eine abgeänderte Form des hydraulischen Servoventils mit solchen Einrichtungen ist teilweise in Fig. 4 veranschaulicht, wobei Fig. 1 entsprechende Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist die öffnung 32 mit einer Drosselstelle 35a versehen, und die Rückführkammer 25 steht mit einem Ablaufkanal 37 A mit einer Drosselstelle 37a in Verbindung, wodurch der der Rückführkammer 25 zu liefernde verringerte Druck in den Ablaufkanal 37 geführt wird, um den auf den Rückführkolben 27 wirkenden Strömungsmitteldruck P^r abzusenken. In diesem Augenblick ist der Strömungsmitteldruck P^ niedriger als der der Steuerkammer 24 zuzuführende Steuerdruck P , wobei sich der Strömungsmitteldruck P^ proportional zur Änderung des Steuerdrucks P ändert. So wird die Größe des Rückführkolbens 27 durch geeignete Auswahl der wirksamen Querschnittsflächen der Drosselstellen 32a und 37a bestimmt, um die Herstellung des Rückführkolbens zu ' erleichtern.

Eine abgeänderte Ausführungsform des hydraulischen Servoventils ist schematisch in Fig. 5 veranschaulicht, worin Fig. entsprechende Teile gleich beziffert sind. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß eine Drosselstelle 35b in dem Strömungsmitteldruckzufuhrkanal· 35 vorgesehen ist und daß der Steuerdruckzufuhrkanal 36 in den Strömungsmitteldruckzufuhrkanal 35 an einem Punkt 38

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zwischen den Drosselstellen 35a und 35b einmündet, um damit den Steuerdruck in Obereinstimmung mit zwei gegebenen Variablen zu ändern. Als Betriebs variable v/erden ein Ausgangsdrehmoment des Motors und die Drehzahl des Drehmomentwandlers verwendet, wenn ein hydraulisches Servoventil dieser Art in dem hydraulischen Steuersystem der selbsttätigen automatischen Kraftübertragungsanlage verwendet wird. Das Ausgangsdrehmoment des Motors v/ird in ein Drucksignal mittels eines geeigneten Modulatorventils (nicht dargestellt) umgewandelt, das durch den Unterdruck im Motoransaugrohr betätigt werden kann. Das so erhaltene Signal wird an den Zufuhrdruck P angelegt. Die Drehzahl des Drehmomentwandlers wird andererseits in ein elektrisches Signal umgewandelt, das an die Bewegungsspule 14 (vgl. Fig. 1) angelegt wird. So wird der Steuerdruck P in Übereinstimmung mit der Änderung der beiden Betriebsvariablen geändert.

Fig. 6' veranschaulicht graphisch die Beispiele der Änderungen des Steuerdrucks, der durch Verwendung des hydraulischen Servoventils nach Fig. 5 erhalten wird. Befindet sich der Zufuhrdruck P auf einem ausreichend hohen Pegel, wird der verringerte Druck P in dem Kanal 34 linear gegenüber der Stärke des elektrischen Stroms i nach der Kurve d-l-m in Fig. 6 in der im Vorhergehenden beschriebenen Weise geändert. Da dann der Steuerdruckzufuhrkanal 36 in den Ströraungsmitteldruckzufuhrkanal 35 an dem Punkt 38 zwischen den Drosselstellen 35a und 35b einmündet, wird der Steuerdruck P in dem Kanal 36 in

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einem Bereich zwischen den Strömungsmitteldrucken P und P geändert und nimmt einen Wert an, der der durch die Strömungswiderstände der Drosselstellen 35a und 35b bestimmt ist. Befindet sich der zugeführte Druck P auf einem ausreichend hohen Pegel, wie dies durch P„, in Fig. 6 gezeigt ist, ändert sich der Steuerdruck P in einer durch die Kurve d-e-f gezeigten Weise. Nimmt der zugeführte Druck P_g bis zu dem Pegel | ^Ps2 ^{ab/ fol}9^fc der Drude ρ der Kurve g-h, wenn der elektrische Strom i klein ist, und folgt der Kurve h-j-k, wenn der elektrische Strom einen vorbestimmten Wert erreicht hat. So wird der Steuerdruck P_ durch den zugeführten Druck P_ und den elektrischen Strom i bestimmt.

Das erfindungsgemäße hydraulische Servoventil wird durch das Betätigungsorgan und den diesem zugeordneten Rückführkolben in vorteilhafter Weise gesteuert, wodurch der Steuer- * druck in strenger Übereinstimmung mit der Änderung des elektrischen Stroms, mit dem das Betätigungsorgan energiert wird, geändert wird.

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Claims

Patentansprüche

I.j Hydraulisches Servoventil zur Änderung eines Strömungsmitteldrucks, gekennzeichnet durch einen Ventilkörper (23) mit einer Steuerkamner (24) und einer Rückführkammer (25), wobei die Rückführkammer (25) mit der Steuerkammer (24) in Verbindung steht und die Steuerkammer (24) mit - einer Ablauföffnung (30) in Verbindung steht, aus der ein Strömungsmittelüberschuß für Modulierung des Strömungsmitteldrucks zur Erzeugung eines verringerten Drucks in der Steuerkammer (24) abgezogen wird, einen Strömungsmitteldruckzufuhrkanal (35), der in dem Ventilkörper (23) gebildet ist und mit der Steuerkanmer (24) in Verbindung steht, einen Ventilschieber (26) , der in der Steuerkammer (24) zur Steuerung des Öffnungsgrades der Ablauföffnung (30) verschiebbar aufgenommen ist, einen Rückführkolben (27), der in der Rückführkammer (25) verschiebbar aufgenommen ist, und ein elektrisches Betätigungsorgan (10) zur Steuerung der Bewegung des Ventilschiebers (26), das den Ventilschieber (26) in eine Stellung zum Schließen der Ablauföffnung (30) zur Erzeugung des verringerten Drucks in der Steuerkammer (24) bewegt, wobei der Rückführkolben (27) in Abhängigkeit von dem verringerten Druck den Ventilschieber (26) in eine andere Stellung zum öffnen der Ablauföffnung (30) und damit zur Änderung des Stroraungsmitteldrucks bewegt.

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2. Hydraulisches Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (10) in einem sich ändernden Maß in Übereinstimmung mit einem elektrischen Strom energiert wird, um den Ventilschieber (26) in verschiedene Stellungen zur Steuerung des Öffnungsgrads der Ablauföffnung (30) entsprechend zu bewegen und den Pegel des der Rückführkammer (25) zugeführten verringerten Drucks zu regulieren und damit den Strömungsmitteldruck zu ändern.
3. Hydraulisches Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführkammer (25) mit einer mit der Steuerkammer (24) in Verbindung stehenden Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung in Verbindung steht ,die mit einem Ablaßkanal verbunden ist, wobei diese beiden Öffnungen entsprechende Drosselstellen zur Absenkung des verringerten Drucks besitzen, der an den Rückführkolben (27) anzulegen ist.
4. Hydraulisches Servoventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmitteldruckzufuhrkanal (35) zumindest zwei Drosselstellen aufweist, und in den Strömungsnitteldruckzufuhrkanal eine Zweigleitung an einer Stelle zwischen den Drosselstellen einmündet, wobei der in dem Zweikanal verfügbare Strömungsmitteldruck in Übereinstimmung mit den Änderungen des elektrischen Stroms und des dem Zufuhrkanal zuzuführenden Strömungsmitteldrucks geändert wird.

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