Packungsdichte

Nach W. Tilch gilt - unter der Annahme eines Kornhaufwerkes mit Körnern gleichen Durchmessers und gleicher Kugelgestalt - dasss sich für die räumliche Anordnung der Körner zueinander theoretisch die in Bild 1a gezeigten Möglichkeiten ergeben.

Eine solche Anordnung kann durch die Lage der Kornmittelpunkte und deren Verbindungslinien sowie einen von ihnen eingeschlossenen Winkel charakterisiert werden. Die Verbindungslinien begrenzen ein Körpervolumen, welches Korn- und Porenteile enthält. Daraus lassen sich theoretische Werte für die Porosität (εP) und Packungsdichte (ρP) ableiten. Unter Berücksichtigung der Rohdichte (ρ) unterschiedlicher Materialien sind nach der Beziehung (Glg.1)

Glg.1:
ho_P = ho (1 - varepsilon_P)lbrack g/cm^3 brack

entsprechende Grenzwerte zu berechnen (s. Tabelle 1).

Für das „Kugelhaufwerk“ mit einheitlichem Korndurchmesser ist mit einer Packungsdichte von 1,963 g/cm3 der geringste Porositätswert zu erwarten. Im Zusammenhang mit der Metallpenetration (s. Penetration) und den Auswirkungen auf die Gussoberfläche spielt nicht das Gesamtporenvolumen, sondern die Größe der einzelnen Poren eine Rolle.

Für ein reales Kornhaufwerk beeinflussen vorhandene unterschiedliche Kornformen und Korngrößen mit verschiedenen Mengenanteilen der einzelnen Kornfraktionen Porosität und Packungsdichte. Es ergeben sich Auswirkungen auf die Binde- und Durchlässigkeitseigenschaften. Unterschiedliche Korngrößen können in einem bestimmten Mengenverhältnis zu einem Porositätsminimum, d. h. zu einer hohen Packungsdichte führen (Bild 1b). Dies trifft zu, so lange feinere Kornfraktionen in die Porenräume der Grobfraktion eingelagert werden können, ohne deren Abstand zu verändern. Eine weitere Erhöhung der Feinkornanteile führt dann zu einer „Aufweitung“ der Kornabstände der groben Fraktion, die Porosität steigt.

Es besteht die Möglichkeit, für Korngemische die Anteile verschiedener Kornfraktionen zu berechnen, mit denen ein Minimalwert der Porosität erzielt werden kann. Damit kann auf Veränderungen in der Oberflächenqualität am Gussteil bzw. auf auftretende Fehlererscheinungen reagiert werden.

Körnungsgemische mit einem breiten Kornspektrum, welches etwa einer logarithmischen Normalverteilung entspricht, können sich, von der Korngröße, der Kornverteilung und weiteren Faktoren beeinflusst (Binder- und Feinkornanteile), in der Ausbildung der Körnungsstruktur sehr unterschiedlich verhalten. Die Wirkungen veränderter Körnungsmerkmale auf die Packungsdichte und damit auch auf technologische Formstoffeigenschaften sind nicht immer erkennbar.

Die Einbeziehung weiterer Merkmale. wie z. B. die spezifische Oberfläche des Kornhaufwerkes (s. Theoretische spezifische Kornoberfläche), lassen Zusammenhänge deutlicher werden. Sowohl zu den Festigkeitseigenschaften (Bild 1c) und zur Gasdurchlässigkeit (Bild 1a) ist ein signifikanter Einfluss feststellbar. Hohe Festigkeitswerte sind bei einer bestimmten spezifischen Oberfläche an die Ausbildung einer optimalen Kontaktfläche und Binderschichtstärke gebunden.

Aus der Korngröße eines Formgrundstoff lassen sich Aussagen zur Gasdurchlässigkeit des Formstoffes und zu der zu erwartenden Gussoberfläche ableiten.

Theoretische Packungsdichte für unterschiedliche Raumanordnungen und Materialien (KOZ = Koordinationszahl, entspricht der Zahl der möglichen Berührungspunkte)

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