UV-Bestrahlungskammer-Simulation: Bestrahlungsstärke berechnen

Mit der Opsytec Bestrahlungskammer-Simulation lässt sich die räumliche Bestrahlungsstärke in UV- und UV-LED-Bestrahlungskammern berechnen. Die Simulation zeigt Bestrahlungsstärkeverteilung, Homogenität und UV-Dosis in Abhängigkeit von Kammer, Spektralbereich, Leistung und Position der Messebene. Sie umfasst die UV-Bestrahlungskammern der BS-Serie mit Hg-Niederdrucklampen für UVA, UVB und UVC sowie die UV-LED-Bestrahlungskammern der BSL-Serie mit Wellenlängen von 365 bis 450 nm.

Für jede Kammer wird die Bestrahlungsstärke auf einer höhenverstellbaren Messebene berechnet — vom Kammerboden bis kurz unter die Lampen- bzw. LED-Ebene. Die Bestrahlungsstärkeverteilung wird als Falschfarbenbild und als Schnittprofile dargestellt; Kennzahlen wie Maximum und Mittelwert machen die Homogenität der Ausleuchtung direkt vergleichbar. Aus der mittleren Bestrahlungsstärke berechnet die Simulation zudem die UV-Dosis und die erforderliche Bestrahlungszeit bis zu einer Ziel-Dosis — einschließlich des Einschaltverhaltens der Lampen und LEDs. Eigene Proben und Bauteile können als STEP- oder STL-Datei geladen werden; die Simulation berücksichtigt deren Abschattung auf der Messebene. Alle Ergebnisse lassen sich als CSV-Datei oder als PDF-Simulationsbericht exportieren. Die Berechnung erfolgt vollständig im Browser.

So lässt sich schon vor dem Kauf oder vor einem Versuch abschätzen, welche UV-Bestrahlungskammer die geforderte Bestrahlungsstärke und Homogenität erreicht — und mit welcher Bestrahlungszeit die gewünschte UV-Dosis erzielt wird. Die Simulation eignet sich für Anwendungen von der UV-Härtung über Degradations- und Alterungstests bis zur Desinfektion sowie zur Bestrahlung von Zell-Kulturen.

Bestrahlungskammer

Optionale Abschwächer für die Bestrahlungsstärke von Zell-Kulturen:

Messebene

Zielobjekt (optional)

Berechnung & Anzeige

Kammer-Ansicht

Ziehen: Ansicht drehen · Mausrad: Zoom · Farbfläche: Messebene

Bestrahlungsstärke auf der Messebene

x/y sind Koordinaten in der Messebene (Kammermitte = 0/0) · Tür unten
Kurzer Klick auf die Heatmap setzt einen Messpunkt.

Kennzahlen (Messebene)

Schnittprofile durch die Kammermitte

Profil entlang x (y = 0)

Profil entlang y (x = 0)

Dosis- & Zeitkontrolle

Einbrennverhalten beim Einschalten — Lampen (BS): Start bei 45 %, Maximum 110 % nach 15 s, Absinken auf 100 % in 2 min · LEDs (BSL): Einschalten mit 115 %, nach 2 s bei 110 %, Absinken auf 100 % in 20 s. Die Dosis ist das Zeitintegral der mittleren Bestrahlungsstärke der Messebene; abgeschaltet wird beim Erreichen der Ziel-Dosis.

Datenexport

Modellbeschreibung

Erklärung des Simulationsmodells anzeigen

Grundprinzip

Die Bestrahlungskammern werden mit ihren Innenmaßen von der Opsytec-Homepage nachgebildet.

Berechnung der Bestrahlungsstärke

Für jeden Punkt der Messebene (höhenverschiebbar vom Boden bis kurz unter die Quellenebene) wird über alle Quellpunkte und alle Spiegelbilder summiert:

E(P) = k · Σ ρ^n · I(θ_Quelle) · cos(θ_Einfall) / r²

mit n = Anzahl der Wandreflexionen des jeweiligen Spiegelbilds und k als Kalibrierfaktor. Beim CAD-Modell wird E pro Dreieck am Flächenschwerpunkt berechnet (Normale aus den Eckpunkten, Rückseiten erhalten E = 0).

Was berücksichtigt wird

  • Innenmaße und Quellenebenen der Kammern BS-02/03/04/05 und BSL-01i/02/03/04
  • Abstrahlcharakteristik: isotrope T8-Oberflächenstrahler (BS) bzw. gemessene LED-Modelle je Wellenlänge (BSL)
  • Spiegelung an allen 4 Seitenwänden mit wandabhängigem Reflexionsgrad (an gemessene Verteilungen angepasst)
  • Wahlweise zwei Lampengruppen bzw. LED-Wellenlängen: je halbe Bestückung, abwechselnd platziert, getrennte Leistungsregler
  • Dimmkennlinie: BS linear von 10 % Soll = 30 % Strahlungsfluss bis 100 % = 100 %; BSL linear 1:1 (2–100 %)
  • Quadratisches Abstandsgesetz und Einfallswinkel (cos θ)
  • Beidseitige Bestrahlung der BS-05 (getrennt kalibriert, Anzeige oben/unten/Summe)
  • Schatten des CAD-Modells auf der Messebene: das Modell gilt als opak, steht immer auf der Messebene (Höhenverschiebung über deren Regler; die Modell-Oberkante bleibt mindestens 4 cm unter den Quellen) und blockiert den Direktanteil strahlgenau (konvexe Silhouetten-Näherung); die wand-/decken- reflektierten Anteile werden über den vom Modell verdeckten Raumwinkel (Sichtfaktor) ebenfalls absorbiert; unter der Grundfläche ist die Bestrahlung von oben exakt null
  • Dosis- & Zeitkontrolle: Einbrennverhalten (Lampen: Start 45 %, Maximum 110 % nach 15 s, 100 % nach 2 min; LEDs: Einschalten mit 115 %, 110 % nach 2 s, 100 % nach 20 s), Abschaltung bei Erreichen der Ziel-Dosis

Was nicht berücksichtigt wird

  • Diffuse Reflexionsanteile der Wände sowie Reflexionen am Boden (Probe absorbiert)
  • Reflexionen vom Modell auf die Messebene (das Modell absorbiert, strahlt aber nicht zurück)
  • Fresnel-Verluste an der Zieloberfläche, spektrale Effekte, Alterung der Quellen
  • Die tatsächliche (interne) Lampen-/LED-Anordnung — sie ist vereinfacht und kalibriert

Einheiten

Alle Maße in cm, Ergebnis in mW/cm² (Umschaltung auf W/m²: 1 mW/cm² = 10 W/m²). Das Simulationsergebnis liefert orientierende Daten — ohne Gewähr.

Funktionsweise der UV-Bestrahlungskammer-Simulation

Die Simulation bildet jede UV-Bestrahlungskammer mit ihren realen Innenmaßen nach. Lampen bzw. LEDs werden als Strahlungsquellen modelliert; die Reflexionen an den verspiegelten Seitenwänden gehen über die Bildquellen-Methode in die Berechnung ein. Für jeden Punkt der Messebene summiert die Simulation die Beiträge aller Quellen und ihrer Spiegelbilder und liefert so die räumliche Bestrahlungsstärkeverteilung in der Kammer.

Bestrahlungsstärke in der UV-Kammer berechnen

Nach Auswahl von Kammer, Spektralbereich (UVA, UVA+, UVB oder UVC bei den BS-Kammern, LED-Wellenlänge 365–450 nm bei den BSL-Kammern) und Leistung berechnet die Simulation die Bestrahlungsstärke in mW/cm² oder W/m². Optional lassen sich zwei Lampengruppen bzw. LED-Wellenlängen mit getrennten Leistungsreglern kombinieren — etwa für eine Mischbestrahlung aus UVA und UVB.

Bestrahlungsstärkeverteilung und Homogenität

Die Bestrahlungsstärkeverteilung auf der Messebene wird als Falschfarbenbild dargestellt, ergänzt um relative Schnittprofile durch die Kammermitte. Kennzahlen wie E maximal und E Mittelwert quantifizieren die Homogenität der Ausleuchtung. Per Klick auf die Heatmap lassen sich Messpunkte setzen, um die Bestrahlungsstärke an einzelnen Positionen — etwa an Probenorten — direkt abzulesen.

Einfluss von Abstand und Probenhöhe

Die Höhe der Messebene ist frei einstellbar — vom Kammerboden bis kurz unter die Quellen. Mit kleinerem Abstand zu Lampen oder LEDs steigt die Bestrahlungsstärke nach dem Abstandsquadratgesetz, gleichzeitig nimmt die Homogenität in der Regel ab. Die Simulation macht diesen Zusammenhang sichtbar und hilft, die passende Probenhöhe für eine gleichmäßige Bestrahlung zu finden.

UV-Dosis und Bestrahlungszeit berechnen

Aus der mittleren Bestrahlungsstärke der Messebene berechnet die Simulation die UV-Dosis als Zeitintegral. Nach Eingabe einer Ziel-Dosis in mJ/cm² zeigt sie den Verlauf der Bestrahlungsstärke über der Zeit und den Abschaltzeitpunkt — einschließlich des Einschaltverhaltens: Hg-Niederdrucklampen brennen langsam ein, UV-LEDs erreichen ihre Leistung innerhalb weniger Sekunden.

Simulation von Proben und Bauteilen mit STEP- und STL-Dateien

Eigene Proben und Bauteile lassen sich als STEP- oder STL-Datei in die Kammer laden. Das Modell steht mittig auf der Messebene, gilt als opak und wirft einen Schatten; auch die von Wänden und Decke reflektierten Anteile werden entsprechend reduziert. Die Dateien werden ausschließlich lokal im Browser verarbeitet — sie werden weder hochgeladen noch gespeichert.

Einfluss von Reflexionen und Einfallswinkel

Die verspiegelten Seitenwände der Bestrahlungskammern erhöhen Bestrahlungsstärke und Homogenität deutlich; die Simulation bildet sie über die Bildquellen-Methode mit wandabhängigen Reflexionsgraden nach — Tür und Decke reflektieren schwächer als die Seitenwände. Zusätzlich berücksichtigt die Berechnung den Einfallswinkel der Strahlung (cos θ) und das Abstandsquadratgesetz für jeden Quellbeitrag.

Lampen- und LED-Modelle in der Simulation

Die BS-Serie arbeitet mit T8-Hg-Niederdrucklampen, die als isotrope Linienquellen analytisch integriert werden — für UVA, UVA+, UVB und UVC. Die BSL-Serie nutzt UV-LED-Raster; deren Abstrahlcharakteristik stammt aus gemessenen LED-Modellen für Wellenlängen von 365 bis 450 nm. Die beidseitig bestrahlende BS-05 wird mit oberer und unterer Lampengruppe getrennt simuliert.

Annahmen und Grenzen des Simulationsmodells

Die interne Quellanordnung ist vereinfacht; diffuse Reflexionsanteile, Reflexionen am Boden, Fresnel-Verluste an der Zieloberfläche, spektrale Effekte und die Alterung der Quellen bleiben unberücksichtigt. Details enthält die Modellbeschreibung oberhalb. Die Ergebnisse sind orientierende Daten für Planung und Vergleich — sie ersetzen keine Messung und sind ohne Gewähr.

Auswahl und Vergleich geeigneter UV-Bestrahlungskammern

Die BS-Serie deckt mit BS-02 bis BS-05 Kammern von kompakt bis großvolumig ab; die BS-05 bestrahlt beidseitig. Die BSL-Serie bietet mit BSL-01i bis BSL-04 UV-LED-Kammern in mehreren Größen und Leistungsklassen (HO, ECO, ECO+). Die Simulation erleichtert den direkten Vergleich; technische Daten und Zubehör finden Sie auf der Produktseite der Opsytec-Bestrahlungskammern.

Häufige Fragen zur Bestrahlungskammer-Simulation

Welche Bestrahlungskammer eignet sich für welche Anwendung — BS oder BSL?

Die BS-Serie mit Hg-Niederdrucklampen deckt die klassischen Spektralbereiche UVA, UVA+, UVB und UVC ab und eignet sich für Bewitterungs-, Desinfektions- und Alterungstests. Die BSL-Serie mit UV-LEDs (365–450 nm) schaltet verzögerungsfrei, ist fein dimmbar und liefert hohe Bestrahlungsstärken — ideal für UV-Härtung und reproduzierbare Dosisversuche. Die Simulation macht beide direkt vergleichbar.

Wie genau sind die berechneten Bestrahlungsstärken?

Die Simulation liefert orientierende Daten: Die Quellanordnung ist vereinfacht und das Reflexionsmodell an gemessene Verteilungen angepasst. Verbindlich ist die Messung in der realen Kammer, etwa mit einem Radiometer von Opsytec.

Wie bestimme ich die Bestrahlungszeit für eine Ziel-Dosis?

Geben Sie in der Dosis- & Zeitkontrolle die Ziel-Dosis in mJ/cm² ein. Die Simulation integriert die mittlere Bestrahlungsstärke über die Zeit — einschließlich des Einschaltverhaltens der Lampen bzw. LEDs — und zeigt den Abschaltzeitpunkt sowie den zeitlichen Verlauf der Bestrahlungsstärke an.

Kann ich eigene Proben oder Bauteile in der Kammer simulieren?

Ja — laden Sie ein STEP- oder STL-Modell; es steht mittig auf der Messebene und wirft einen Schatten, auch die wand- und deckenreflektierten Anteile werden reduziert. Die Datei wird ausschließlich lokal im Browser verarbeitet und weder hochgeladen noch gespeichert.