Um den steigenden Anforderungen an Hochleistungsanwendungen in Bezug auf die Leistungsdichte gerecht zu werden, werden ständig neue Materiallegierungen und Wärmebehandlungsverfahren für Zahnräder entwickelt (Refs. 1–3). Die Untersuchung und Bewertung verschiedener Materialien und Wärmebehandlungen für Zahnräder erfolgt anhand von S-N-Kurven (Refs. 2,4,5). Allerdings wird bei der Erstellung von S-N-Kurven für die Zahnbiegefestigkeit der Einfluss von Abweichungen um die Zahnfußkontur oft nicht berücksichtigt oder nicht ausreichend genau erfasst, sodass für alle Varianten von einer identischen Zahnfußkontur ausgegangen wird (Refs. 2,4,5). Aufgrund des Fehlens eines einheitlichen Bewertungsstandards für den Zahnfußbereich wird die Qualität von Testrädern üblicherweise nur für den Zahnflankenbereich anhand von ISO 1328 1:2013 (Refs. 6–10) bewertet. Spannungserhöhende Effekte, wie z. B. Änderungen des Zahnfußradius aufgrund von Verformungen durch die Wärmebehandlung, werden daher nicht berücksichtigt (Refs. 2,4). Insbesondere bei der Prüfung von Zahnrädern mit ungeschliffenem Zahnfußbereich wirken sich Formabweichungen durch die Wärmebehandlung und Fertigungsabweichungen durch das Wälzfräsen um den Zahnfuß herum direkt auf die Prüfergebnisse aus. Diese Abweichungen führen zu einer Veränderung der auftretenden Zahnfußspannungen und beeinflussen die Zahnbiegefestigkeit (Refs. 8,11–16). In der folgenden Studie wird der Einfluss fertigungsbedingter Geometrieabweichungen rund um den Zahnfuß auf die Zahnbiegefestigkeit untersucht. Stand der Technik Eine ausreichende Belastbarkeit der Zahnflanke und des Zahnfußes ist eine Grundvoraussetzung für die Getriebekonstruktion, da Getriebeschäden im schlimmsten Fall zum Totalausfall des Getriebes führen können (Ref. 17). Aus diesem Grund sind umfassende Kenntnisse über die Materialfestigkeit, die Wärmebehandlungskombination und die auftretenden Belastungen in der Anwendung insbesondere im Konstruktionsprozess von Hochleistungszahnrädern von größter Bedeutung. Faktoren, die die Zahnbiegefestigkeit beeinflussen Die Zahnbiegefestigkeit von Zahnrädern wird durch Vergleich der Spannung und Belastbarkeit um den Zahnfuß herum ermittelt (Refs. 14,17). Sowohl die Beanspruchung als auch die Belastbarkeit werden von verschiedenen Parametern beeinflusst, die sich je nach Ausprägung positiv oder negativ auf die Zahnbiegefestigkeit auswirken können (Ref. 15). Einflussfaktoren auf die Zahnfußspannung Die Beanspruchung eines Zahnrads wird neben der Anwendung und der damit verbundenen Belastung durch die Gestaltung der Makro- und Mikrogeometrie sowie den Herstellungsprozess bestimmt (Ref. 14). Der Normaleingriffswinkel als makrogeometrischer Zahnradparameter beeinflusst sowohl die Länge des Biegemomentarms als auch die Länge der Zahnfußsehne (Ref. 14). Eine Vergrößerung des Normaleingriffswinkels führt zu einer Verringerung des Biegemomentarms sowie zu einer Vergrößerung der Zahnfußsehne (Ref. 14). Basierend auf der Biegebalkentheorie, mit der sich die Zahnfußspannung vereinfacht berechnen lässt, führt eine Reduzierung des Biegemomentenarms zu einer Reduzierung des Biegemoments und damit zu einer geringeren Zahnfußspannung (Ref. 17). Durch die Vergrößerung der Zahnfußsehne wird auch die Zahnfußspannung verringert, da dadurch das Flächenträgheitsmoment des kritischen Zahnfußabschnitts erhöht wird (Ref. 18). Die Fläche des kritischen Zahnfußabschnitts kann durch Erhöhen anderer makrogeometrischer Zahnradparameter, wie z. B. der Zahnbreite und des Normalmoduls, weiter vergrößert werden, um die Zahnfußspannung zu reduzieren (Refs. 14,18). Sowohl die Erhöhung des Normalmoduls bei ansonsten konstanten Zahnradparametern als auch die Vergrößerung der Zahnradbreite führten zu einer größeren Fläche des kritischen Zahnfußabschnitts und damit zu einer Reduzierung der Zahnfußspannung (Ref. 14,18). Ein weiterer geometrischer Faktor, der die Zahnfußspannung beeinflusst, ist die Zahnfußkontur (Ref. 14). Je kleiner der vorhandene Zahnfußradius am kritischen Abschnitt ist, desto größer ist die spannungssteigernde Kerbwirkung und damit die Belastung des Zahnfußes (Refs. 14,15). Unter Berücksichtigung dieses Zusammenhangs haben verschiedene Studien gezeigt, dass durch die Optimierung der Zahnfußgeometrie und bei ansonsten unveränderter Zahngeometrie eine Steigerung der Zahnbiegefestigkeit um 10–30 Prozent erreicht werden kann (Refs. 11,12,15,16,19). Das Optimierungspotenzial hängt vom Ausgangszustand der Zahnfußgeometrie und der verwendeten Optimierungsmethode ab (Refs. 11,12,15,16,19). Umgekehrt können Abweichungen von der vorgegebenen Zahnfußgeometrie aufgrund von Prozessschwankungen oder Herstellungsfehlern zu einer Verringerung der Zahnbiegefestigkeit führen (Refs. 13,20).