Zur Entwicklung angepaßter Ultraschallprüfköpfe für spezielle Anwendungen wird auch heute noch häufig das Brechungsgesetz verwendet. Die so optimierten Prüfköpfe besitzen dann teilweise große Abweichungen bzgl. des angestrebten Einschallwinkels bzw. der Fokuslage im Prüfkörper. Der vorliegende Beitrag ist eine Untersuchung zur Anwendbarkeit des Brechungsgesetzes sowie ebener Reflexions- bzw. Transmissionskoeffizienten zur Optimierung von Ultraschallprüfköpfen. Dazu erfolgt die Berechnung der Schallfelder von Winkelprüfköpfen mit der Separationsmethode, d.h. einer schrittweisen Berechnung des harmonischen Schallfeldes in jeder Schicht mit Hilfe von Greenschen Funktionen und einer Punktquellensynthese. Das Feld von Stoßwellen-Winkelprüfköpfen ergibt sich aus der Überlagerung der harmonischen Schallfelder bei den verschiedenen Frequenzen und Faltung mit der Zeitfunktion der Anregung des Wandlers. Sowohl für zeitharmonische als auch für transiente Anregung wird der Einfluß der Schwingergröße, der Frequenz bzw. Mittenfrequenz und der Zeitanregung des Wandlers auf den Brechungswinkel diskutiert. Anhand der berechneten Schallfelder wird gezeigt, daß das Brechungsgesetz für kleine Schwinger und im Bereich des Grenzwinkels der Totalreflexion bis zu 20° abweichende Brechungswinkel liefert. Programme zur Entwicklung angepaßter Wandler simulieren das Schallfeld im Prüfkörper, um durch Veränderung der Prüfkopfparameter ein besser angepaßtes Schallfeld bzgl. des Einschallwinkels und der Fokuslage zu erhalten. Viele dieser Verfahren verwenden ebene Reflexions- oder Transmissionskoeffizienten verbunden mit einer Diskretisierung der Quelle in einzelne Elementarpunktquellen. Mit solchen Methoden läßt sich das Schallfeld von Winkelprüfköpfen, von fokussierenden Prüfköpfen und Arrays berechnen. Da diese Verfahren aber ebene Reflexions- bzw. Transmissionskoeffizienten verwenden und somit auch von ebenen Wellen ausgehen, ist der Punktquellenabstand von entscheidender Bedeutung für ihre Genauigkeit. Es wird gezeigt, daß ein Punktquellenabstand von einer halben Wellenlänge nicht ausreicht. Für die Berechnung des Schallfeldes in mehrschichtigen Systemen ist ein Punktquellenabstand von 1/5 bis 1/7 der Wellenlänge erforderlich.
