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Verfahren und Vorrichtung zum Sichten von Faserstoffsuspensionen
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geren Faserbündel, Splitter und Späne werden gewöhnlich durch Sieben entfernt.
Drei-Produktwirbelsortierer werden gewöhnlich zur Trennung von spezifisch leichteren Teilen oder zur Trennung von Teilchen verwendet, deren Niederschlagung langsamer vor sich geht. Derartige Sortierer werden in erster Linie zur Trennung von Gold oder Kohle aus Lösungen verwendet, in welchen anorganische Teile von ähnlicher Gestalt, aber von verschiedenem Gewicht vom nützlichen Material zu trennen sind. Die Teilchen, welche vom guten Material getrennt werden müssen, sind gewichtsmässig leichter und daher langsamer in der Niederschlagung. Sofern Drei-Produktwirbelsortierer Eingang bei der Herstellung von Papier gefunden haben, wurden sie mit einer Trennkammer versehen, die durch eine Trennplatte in zwei Teile geteilt ist und nur jene Anteile der Suspension entfernen kann, deren Teilchen spezifisch leichter oder schwerer als die nutzbaren Fasern sind.
Die Arbeitsweise aller Wirbelsortierer, die gegenwärtig zur Behandlung von Faserbrei verwendet werden, ist gleich. Ihre Bestandteile können jedoch keineswegs Verunreinigungen aus allen Arten von Lösungen entfernen, sondern können nur gewisse Arten von Verunreinigungen, jedoch nicht alles Fremdmaterial, aussortieren.
Es ist auch schon ein Verfahren zum Ausscheiden von Gasen und schweren Schmutzteilchen aus Flüssigkeitssuspensionen, insbesondere aus dem Stoffbrei für die Papierherstellung bekannt, bei welchen die Suspension in eine Wirbelbewegung versetzt wird, an deren Ende die Schmutzteilchen von unterschiedlichem spezifischem Gewicht abgeschieden werden. Die Richtung der Wirbelbewegung wird sodann umgekehrt, so dass im Inneren des ersten Wirbels ein zweiter Wirbel mit einem Luftkern entsteht. Aus dem Luftkern werden durch Evakuierung Gase abgezogen und am Ende des zweiten Wirbels wird der Gutstoff abgeführt.
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de des Gefässes abgezogenwerden können.
Die verbliebenen Verunreinigungen und die guten Fasern wer- den in einem zweiten schraubenlinienförmigen Weg bewegt, der vom erstgenannten schraubenlinienför- migen Weg umgeben ist. Während der Bewegung entlang des zweiten Weges werden die guten Fasern und die verbliebenen Verunreinigungen voneinander getrennt, wobei sich das brauchbare Material haupt- sächlich im äusseren Teil des zweiten schraubenlinienförmigen Weges und die verbliebenen Verunreini- gungen in seinen inneren Teil ansammeln, der einen Luftkern umgibt.
Diese verbliebenen Verunreini- gungen können von den guten Fasern durch konzentrische Austrittsrohre abgesondert werden, von wel- chen das innere und kleinere Austrittsrohr die faserartigen Verunreinigungen gemeinsam mit Luft vom Luftkern entfernt, während das äussere Austrittsrohr den Rest der Suspension entfernt, die hauptsächlich gute Fasern enthält.
Damit der beschriebene Vorgang zur Abtrennung der Verunreinigungen hinreichend wirkungsvoll ausgeführt wird, ist der Zusammenhang zwischen den Abmessungen der verschiedenen Teile wesentlich.
DieseAbmessungenwerden innerhalb gewisser Grenzen variieren, die von der Form und dem Durchmesser des Gefässes des Wirbelsortierers abhängen, d. h. davon, ob die Vorrichtung ein konisches, ein zum Teil konisches und zum Teil zylindrisches oder ein rein zylindrisches Gefäss aufweist.
Die wesentlichste Grösse ist die Länge des Gefässes, die mindestens das siebenfache des Maximaldurchmessers des Gefässes betragen muss, damit die entstehenden Strömungskräfte genügend Zeit haben, den gewünschten Trennvorgang auszuführen. Andere Masse liegen bevorzugt innerhalb der folgenden Bereiche : Der Einlass des Gefässes soll eine Querschnittsfläche aufweisen, die einem zylindrischen Einlass äquivalent ist, dessen Durchmesser zwischen dem 0, 15-fachen und dem 0,3-fachen einer Grösse d ist, die den Maximaldurchmesser des Gefässes angibt. Der Innendurchmesser des äusseren Austrittsrohres an seiner schmalsten Öffnung soll zwischen 0, 19 und 0, 35 d liegen. Der kleinste Innendurchmesser des in- neren Austrittsrohres soll zwischen 0,07 und 0,11 d liegen.
Der Durchmesser der Austrittsöffnung für die schwereren Verunreinigungen soll zwischen 0,03 und 0, 14 d liegen. Für ein rein konisches Gefäss betragen die korrespondierenden Abmessungen 0, 19 bis 0, 26 d ; 0, 19 bis 0, 26 d ; 0, 07 bis 0, 11 d ; 0, 04 bis 0,07 d und die bevorzugte Axiallänge des Gefässes beträgt 8 bis 10 d.
Die Suspension tritt bevorzugt in die Sammelkammer eines Gefässes einer ersten Stufe unter einem Druck ein, der den Druck am Auslass des äusseren Austrittsrohres um 2 bis 4 atm übersteigt. Für ein Gefäss einer allenfalls nachgeschalteten zweiten Stufe kann der Druck am Eintritt 0,4 bis 0,8 atm über dem Druck am Auslass liegen. Das Material, das aus dem inneren Austrittsrohr strömt, wird bevorzugt auf einem Druck gehalten, der 0,4 bis 0,8 atm unter dem am Auslass des äusseren Austrittsrohres herrschenden Druck liegt. Die Differenz zwischen den an den Auslässen der Austrittsrohre herrschenden Drücken wird bevorzugt durch ein Drosselorgan, z. B. ein Ventil oder eine andere die Strömung behindernde Einrichtung erzeugt, die in der Ableitung für die guten Fasern eingebaut sein kann.
Alternativ kann auch die Vorrichtung einer zweiten Stufe mit dem Auslass des äusseren Austrittsrohres der Vorrichtung einer ersten Stufe verbunden werden. Der erforderliche Differenzdruck wird dann durch den Druck
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am Einlass der Vorrichtung der zweiten Stufe erzeugt. Auf diese Weise wird ein enger Luftkern erhalten, und es ist dann möglich, eine sehr dünne Schicht der Suspension abzutrennen, die unmittelbar den Luftkern umgibt und sich mit hoher Axialgeschwindigkeit bewegt. Die vorangegangenen Schritte ergeben eine Abtrennung grossfaseriger Bündel, Späne u. dgl. für welche das Verhältnis Länge zu Durchmesser oder Länge zu Stärke 5 : 1 oder mehr beträgt.
Das spezifische Gewicht derartiger Verunreinigungen ist gleich demjenigen der guten Fasern und diese Verunreinigungen sind zur weiteren Behandlung und Verwendung in der Papierherstellung nicht geeignet.
Durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es möglich, die Reinigung und Trennung der Zellulose in einem einzigen Arbeitsschritt auszuführen, während gemäss den bekannten Verfahren zur Trennung in Wirbelsortierern entweder nur kugelförmige Teilchen oder Teilchen, die sich durch ihr spezifisches Gewicht von den gereinigten Fasern unterscheiden, abgeschieden werden konnten.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann entweder allein oder in verschiedenen Kombinationen je nach dem Anteil und den Eigenschaften der Verunreinigungen in der faserhaltigen Suspensionangewen- det werden.
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es möglich, einen Trennungseffekt zu erreichen, der über 95% für faserhaltige und 85% für kugelförmige Verunreinigungen beträgt. Während die schwereren Verunreinigungen durch die Wirkung der Zentrifugalkraft abgeschieden werden, wird die Abscheidung von faserigen Verunreinigungen zusätzlich durch die besonderen Strömungsverhältnisse in der erfindungsgemässen Vorrichtuns ermölicht.
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gential von diesem Teil in einem Niveau, das über der Trennwand --5-- liegt.
Zwischen der Stirnwand --4-- und der Trennwand --5-- wird solcherart eine Sammelkammer --10-- gebildet, der Ma- terial über das obere Ende des äusseren Austrittsrohres --6-- zugeleitet und dem Eintrittsende der Ableitung --9-- zugeführt wird.
Die Vorrichtung--A-- arbeitet wie folgt :
Die Lösungwird gewöhnlich in einer Konzentration von 0,3 bis 10/0 durch das Stoffeintrittsrohr-8mit erhöhtem Druck zugeführt und strömt tangential zum oberen Teil--3--, so dass eine Wirbelbewegung im unteren Teil oder der Trennkammer --10a-- des Gefässes --1-- hervorgerufen wird.
Dadurch, dass die Lösung entlang eines schraubenlinienförmigen Weges -11-- strömt, bildet sie einen äusseren Wirbel und bewegt sich gegen die Spitze des konischen Teiles-3a-. Kugelförmige Teilchen und Teilchen mit höherem spezifischem Gewicht werden durch die entlang des schraubenlinienförmigen Weges --11- wirksame Zentrifugalkraft abgesondert und erreichen die Innenfläche des konischen Teiles-Sa-.
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stes der Suspension um einen Winkel von 1800 umgekehrt, so dass die Suspension durch Bewegung ent-
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einesangeordnete Ableitung --9-- abgeführt werden, welches die Fasern der nächsten nicht dargestellten Station des Prozesses zuführt.
Durch Betätigen des Drosselventils --13-- kann der optimale Gegendruck eingestellt werden, um
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Richtung des oberen Teiles --3-- verstellt werden.
Faserige Verunreinigungen, die durch das innere Stoffaustrittsrohr --7-- entfernt werden, können einem Raffinationsprozess unterworfen werden. Kugelförmige und schwere Teilchen, welche durch die Austrittsöffnung --2-- abgezogen werden, werden entweder als Abfall weggespült oder einer weiteren Behandlung zugeführt, um irgendwelche noch enthaltenen guten Fasern zu gewinnen.
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--A 1- einstellen,Verunreinigungen enthält, ist mit -14-- bezeichnet und umgibt den inneren schraubenlinienförmigen Weg Das Material der Zone 14 bewegt sich mit hoher Axialgeschwindigkeit und tritt in das untere Ende des inneren Stoffaustrittsrohres --7'-- in Richtung des Pfeiles --14a-- ein.
Kugelförmige Teilchen --15-- werden durch die Wirkung der Zentrifugalkraft nach unten weggedrückt und gleiten entlang der inneren Fläche des konischen unteren Teiles --3a 1-- nach unten.
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Eine vierte Vorrichtung --D-- in Gestalt eines Wirbelsortierers ist in Fig. 4 dargestellt. Diese Vorrichtung weist ein längliches konisches Gefäss --101-- auf, das über seine ganze Länge bis an sein unteres Ende zusammenläuft. Das untere Ende ist mit einer Austrittsöffnung oder Düse-102-versehen.
Ein Stoffeintrittsrohr --108-- mündet tangential in den oberen Teil des Gefässes --101-- ein und an der Stirnseite ist das Gefäss durch eine Wand --104-- abgeschlossen. Das äussere Stoffaustrittsrohr --106--, durch das die guten Fasern abgeführt werden, ist koaxial zum Gefäss --101-- angeordnet und mit einem
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erreicht, kehrt sie ihre Bewegungsrichtung um und bildet durch Strömen entlang eines inneren schraubenlinienförmigen Weges --112--, der einen Luftkern umgibt, einen zweiten Wirbel. Faserige Verunreinigungen werden in einer engen zylindrischen Zone konzentriert, welche den Luftkern umgibt und gemeinsam mit Luft vom Luftkern durch das innere Stoffaustrittsroht --107-- abgezogen. Gute Fasern werden durch das äussere Stoffaustritsrohr --106-- abgezogen.
Das Ventil--113-- kann zur Regelung des Gegendruckes eingestellt werden, um optimale Strömungsbedingungen zu schaffen.
Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung --E--, die sich von der Vorrichtung --D-- dadurch unterscheidet, dass ihr Gefäss--201-- einen konischen Unterteil-203a-- und einen zylindrischen oberen Teil--203--
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dies jene Zone ist, wo sich die kugelförmigen Teilchen -15-- ansammeln. Am gegenüberliegenden
Ende, d. h. im Bereich des Punktes--X-in Fig. 7, ist die Reinheit ebenfalls gering, da dort faserige
Verunreinigungen vorhanden sind. Zwischen diesen beiden Punkten ist die Reinheit der Lösung veränder- lich, wie dies durch die Kurve-P-veranschaulicht wird. In einer gewissen Entfernung-S-vom Punkt-X-ist die Reinheit der Lösung am grössten.
Wie Fig. 7 zeigt, werden gute Fasern von der Zone des maximalen Reinheitsgrades durch den Ein- lass eines ringförmigen Stoffaustrittsrohres --27-- hindurch abgezogen. Dieses Austrittsrohr umgibt das innere Austrittsrohr -307-- mit Spiel und die Einlässe der beiden Stoffaustrittsrohre sind konzentrisch.
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--27- mündethandelt. Die Abmessungen der Vorrichtung waren wie folgt : Der Maximaldurchmesser-d-des Gefä- sses betrug 150 mm, der Durchmesser-d-des Stoffeintrittsrohres betrug 30 mm, der Durchmesser - des äusseren Stoffaustrittsrohres betrug 30 mm, der innere Durchmesser-d-des inneren Stoffaustrittsrohres betrug 12 mm, der Durchmesser-d-der Ableitung war 6 mm und die Länge-l-des Gefässes war 1400 mm.
Die Suspension enthielt kugelförmige Verunreinigungen mit Rückständen von Russ und Rinde und faserige Verunreinigungen aus ungekochten Teilen von Spänen. Die folgende Tabelle gibt die Ergebnisse der drei Versuche wieder.
Tabelle I :
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<tb>
<tb> Versuchsnummer
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP>
<tb> Konzentration <SEP> an <SEP> Feststoffen <SEP> in
<tb> der <SEP> Suspension <SEP> am <SEP> Eintritt <SEP> des
<tb> Gefässes <SEP> (in <SEP> 0/0) <SEP> 0, <SEP> 43 <SEP> 0, <SEP> 44 <SEP> 0, <SEP> 43 <SEP>
<tb> Druck <SEP> am <SEP> Eintritt <SEP> des <SEP> Gefässes
<tb> (atm. <SEP> Überdruck) <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP>
<tb> Gegendruck <SEP> am <SEP> Austritt <SEP> des
<tb> Gefässes <SEP> (atm. <SEP> Überdruck) <SEP> 0, <SEP> 6 <SEP> 0, <SEP> 6 <SEP> 0, <SEP> 6
<tb> Anzahl <SEP> der <SEP> kugelförmigen
<tb> Teilchen <SEP> in <SEP> der <SEP> Lösung <SEP> vor <SEP> der
<tb> Trennung <SEP> 2,350 <SEP> 2,350 <SEP> 2,350
<tb> Anzahl <SEP> der <SEP> faserigen <SEP> Verunreinigungen <SEP> in <SEP> Lösung <SEP> vor <SEP> der
<tb> Trennung <SEP> 1, <SEP> 420.
<SEP> 1, <SEP> 420 <SEP> 1,420
<tb> Anzahl <SEP> der <SEP> kugelförmigen
<tb> Teilchen <SEP> in <SEP> der <SEP> Lösung <SEP> nach
<tb> dem <SEP> Trennen <SEP> 558 <SEP> 549 <SEP> 551
<tb> Anzahl <SEP> der <SEP> faserigen <SEP> Verunreinigungen <SEP> in <SEP> Lösung <SEP> nach
<tb> dem <SEP> Trennen <SEP> 231 <SEP> 233 <SEP> 232
<tb> Wirkungsgrad <SEP> der <SEP> Trennung <SEP> der
<tb> kugelförmigen <SEP> Teilchen <SEP> (in <SEP> 0/0) <SEP> 76,3 <SEP> 76,7 <SEP> 76,6
<tb> Wirkungsgrad <SEP> der <SEP> Trennung <SEP> der
<tb> faserigen <SEP> Verunreinigungen
<tb> (in'%) <SEP> 83, <SEP> 8 <SEP> 83, <SEP> 6 <SEP> 83, <SEP> 7 <SEP>
<tb>
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Die Anzahl der Verunreinigungen vor und nach dem Trennen wurde für eine Fläche von 1 m2 und ein Gewicht von 500 g/1 m2/500 g berechnet.
Beispiel 2 : Dieselbe Vorrichtung mit den Abmessungen gemäss Fig. 1 wurde zur Behandlung von Holzbrei verwendet, der durch eine übliche, mit einem Drehsieb versehene Vorrichtung hindurchgeführt wurde, jedoch trotz dieser Behandlung noch einen hohen Anteil an faserigen Verunreinigungen enthielt.
Tabelle II :
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<tb>
<tb> Art <SEP> der <SEP> Vorrichtung
<tb> A <SEP> D <SEP> E <SEP>
<tb> Konzentration <SEP> an <SEP> Feststoffen <SEP> in
<tb> der <SEP> Suspension <SEP> am <SEP> Eintritt <SEP> des
<tb> Gefässes <SEP> (in <SEP> %) <SEP> 0. <SEP> 52 <SEP> 0, <SEP> 51 <SEP> 0, <SEP> 52 <SEP>
<tb> Druck <SEP> am <SEP> Eintritt <SEP> des <SEP> Gefässes
<tb> (atm. <SEP> Überdruck) <SEP> 2,7 <SEP> 2,7 <SEP> 2,7
<tb> Gegendruck <SEP> am <SEP> Austritt <SEP> des
<tb> Gefässes <SEP> (atm.
<SEP> Überdruck) <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Anzahl <SEP> der <SEP> kugelförmigen
<tb> Teilchen <SEP> in <SEP> Lösung <SEP> vor <SEP> der
<tb> Trennung <SEP> 1,635 <SEP> 1,635 <SEP> 1,635
<tb> Anzahl <SEP> der <SEP> faserigen <SEP> Verunreinigungen <SEP> in <SEP> Lösung <SEP> vor <SEP> der
<tb> Trennung <SEP> 2, <SEP> 560 <SEP> 2,560 <SEP> 2,560
<tb> Anzahl <SEP> der <SEP> kugelförmigen <SEP> Verunreinigungen <SEP> in <SEP> Lösung <SEP> nach
<tb> der <SEP> Trennung <SEP> 461 <SEP> 467 <SEP> 465
<tb> Anzahl <SEP> der <SEP> faserigen <SEP> Verunreinigungen <SEP> in <SEP> Lösung <SEP> nach <SEP> der
<tb> Trennung <SEP> 117 <SEP> 94 <SEP> 117
<tb> Wirkungsgrad <SEP> der <SEP> Trennung <SEP> der
<tb> kugelförmigen <SEP> Teilchen <SEP> (in <SEP> 0/0) <SEP> 72,01 <SEP> 71,4 <SEP> 71,
5
<tb> Wirkungsgrad <SEP> der <SEP> Trennung <SEP> der
<tb> faserigen <SEP> Verunreinigungen
<tb> (in <SEP> 0/0) <SEP> 95,4 <SEP> 96, <SEP> 3 <SEP> 95,4
<tb>
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3 :Tabelle III :
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<tb>
<tb> Vorrichtung <SEP> A <SEP> VorrichtungB
<tb> Anzahl <SEP> der <SEP> kugelförmigen <SEP> Teilchen
<tb> in <SEP> der <SEP> Lösung <SEP> vor <SEP> der <SEP> Trennung <SEP> 2, <SEP> 532 <SEP> 653
<tb> Anzahl <SEP> der <SEP> faserigen <SEP> Verunreinigungen <SEP> in <SEP> Lösung <SEP> vor <SEP> der <SEP> Trennung <SEP> 18, <SEP> 420 <SEP> 2, <SEP> 136 <SEP>
<tb> Anzahl <SEP> der <SEP> kugelförmigen <SEP> Verunreinigungen <SEP> nach <SEP> der <SEP> Trennung <SEP> 653 <SEP> 653
<tb> Anzahl <SEP> der <SEP> faserigen <SEP> Verunreinigungen <SEP> nach <SEP> der <SEP> Trennung <SEP> 2,
<SEP> 136 <SEP> 553
<tb> Wirkungsgrad <SEP> der <SEP> Trennung <SEP> der
<tb> kugelförmigen <SEP> Verunreinigungen
<tb> (in <SEP> go) <SEP> 74, <SEP> 2 <SEP>
<tb> Wirkungsgrad <SEP> der <SEP> Trennung <SEP> der
<tb> faserigen <SEP> Verunreinigungen <SEP> (in <SEP> 0/0) <SEP> 88, <SEP> 4 <SEP> 74, <SEP> 1 <SEP>
<tb>
Die GesamtzahlderVerunreinigungenin der Suspension, die von der Ableitung --9"-- der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung --B-- kam, betrug 1206 (pro m2/500 g).
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Sichten von Faserstoffsuspensionen, wobei Schmutzteilchen, die ein vom Gutstoff unterschiedliches spezifisches Gewicht haben, zugleich mit faserförmigen Schmutzteilchen mit demselben spezifischen Gewicht wie der Gutstoff, die sich nur durch ihre Form vom Gutstoff unterscheiden, abgeschieden werden, bei welchem die Suspension in eine Wirbelbewegung (Primärwirbel) versetzt wird, an deren Ende Schmutzteilchen von unterschiedlichem spezifischem Gewicht abgeschieden werden, worauf sich die Richtung des Wirbels (Primärwirbels) umdreht, so dass im Inneren der wirbeln- denSuspensionein zweiter Wirbel (Sekundärwirbel) mit einem Luftkern entsteht, dadurch gekenn- zeichnet,
dass durch Abstimmung des Eintrittsdruckes und des Austrittsgegendruckes auf eine Druckdifferenz von 2 bis 4 atm bzw. im Falle einer nochmaligen Sichtung in einer nachgeschalteten zweiten Stufe (Fig. 6) auf eine Druckdifferenz von 0,4 bis 0,8 atm in dieser zweiten Stufe sowie der Länge der Wirbel hydraulische Kräfte entstehen, welche die faserförmigen Schmutzteilchen an die Innenseite des Sekundärwirbels bringen, während der Gutstoff an der Aussenseite des Sekundärwirbels bleibt, und dass am Austritt des Sekundärwirbels der Gutstoff von der Aussenseite des Sekundärwirbels getrennt von dem faserhaltigen, auch Luft mitführenden Suspensionsstrom abgeleitet wird, wobei die Achslänge des Primärwirbels minimal das Siebenfache des Maximaldurchmessers dieses Wirbels beträgt und die Achslänge des Sekundärwirbels etwa gleich gross wie die des Primärwirbels ist.