UV-LED Punktstrahler: Bestrahlungsstärke simulieren
Mit der UV-LED Punktstrahler-Simulation von Opsytec Dr. Gröbel berechnen Sie das Strahlprofil und die Bestrahlungsstärke (mW/cm²) der UV-LED-Punktlichtquellen solo P, Spot P und Spot P short direkt im Browser. Wählen Sie Produkt und Optik (Standard, High Power oder Parallel Beam), stellen Sie Wellenlänge (365–450 nm) und Arbeitsabstand ein und erhalten Sie sofort die Verteilung als Heatmap, 3D-Ansicht und Schnittprofile.
Die Rechnung ist eine Strahlungstransportrechnung durch die Optik (Rückwärts-Raytracing) mit vereinfachten Annahmen, kalibriert auf die Bestrahlungsstärkeprofile der Produktdatenblätter. Ergebnisse lassen sich als CSV-Datei und als PDF-Simulationsbericht exportieren. Die berechneten Werte sind orientierende Daten für die Produktauswahl; verbindliche Bestrahlungsstärken bestimmen Sie durch Messung, z. B. mit einem Opsytec-Radiometer.
Modell: deterministische Strahlungstransportrechnung durch die Optik (Rückwärts-Raytracing, E = Σ L·cosθ·dΩ) mit vereinfachten Annahmen, kalibriert auf die Bestrahlungsstärkeprofile der Produktdatenblätter (385 nm). Die Zielebene steht senkrecht zur Strahlachse im Arbeitsabstand ab Gehäusefront; die Gesamtfläche liegt eben bei z = 0. Transmissionsverluste der Optik sind pauschal enthalten; Fertigungstoleranzen, LED-Streuung und Temperatureffekte nicht – orientierende Werte, keine Messwerte.
Modell und Annahmen der Punktstrahler-Simulation
Die Punktstrahler werden mit einer deterministischen Strahlungstransportrechnung durch die Optik gerechnet: Für jeden Punkt der Zielebene wird die Bestrahlungsstärke als Integral der Strahldichte über die Austrittsöffnung der Optik bestimmt,
Formel: E = Σ L(u, θ) · T · cos θ · ΔΩ
Die „Sichtlinien" werden dabei rückwärts durch die Optik verfolgt. Das Verfahren ist rauschfrei und exakt reproduzierbar; die Rotationssymmetrie der Optik wird ausgenutzt (Rechnung auf Radien, Synthese des Rasters).
Der Strahlengang jeder Optik (Standard, High Power, Parallel Beam) wird durch ein vereinfachtes Modell mit idealisierten optischen Flächen abgebildet; die LED geht als ausgedehnte Quelle mit vereinfachter Orts- und Winkelverteilung ein. Das Modell ist auf die Bestrahlungsstärkeprofile der Produktdatenblätter kalibriert (385 nm) und rechnet andere Wellenlängen über die Dispersion der Optik um. Transmissionsverluste der Optik sind pauschal enthalten. Der Strahlungsfluss je Wellenlänge stammt aus der LED-Parametrierung; UV-LED solo P rechnet mit reduzierter LED-Leistung, Spot P short ist optisch identisch zu Spot P (kürzeres Gehäuse).
- Orientierende Simulation – Fertigungstoleranzen, LED-Streuung/Binning und Temperatureffekte sind nicht enthalten
- Reflexionen an der Rohrwand werden spiegelnd mit pauschalem Reflexionsgrad (Standard 15 %, eloxiertes Aluminium bei steilen Winkeln) bis zur dritten Reflexion mitgerechnet; diffuse Streuung nicht
- Mehrspot-Anordnungen: alle Spots identisch (Produkt, Optik, Leistung), Drehpunkt der Kippung = Frontflächen-Mitte, keine gegenseitige Verschattung; Summation über ein vorberechnetes Einzelspot-Feld
- Zielebene senkrecht zur Strahlachse (rotationssymmetrische Rechnung); beim CAD-Modell wird die Einfallsrichtung je Fläche berücksichtigt, Abschattungen nicht
Häufige Fragen zur Punktstrahler-Simulation
Die Simulation rechnet deterministisch: eine Strahlungstransportrechnung durch die Optik, kalibriert auf die Bestrahlungsstärkeprofile der Produktdatenblätter bei 385 nm. Sie liefert orientierende Werte für Produktauswahl und Auslegung. Fertigungstoleranzen, LED-Streuung und Binning, Temperatureffekte und diffuse Streuung sind nicht enthalten. Verbindliche Bestrahlungsstärken bestimmen Sie durch Messung mit einem kalibrierten UV-Radiometer.
Die Optik Standard bündelt die LED-Strahlung auf einen Spot von wenigen Millimetern mit Bestfokus bei etwa 15–20 mm Arbeitsabstand. High Power fokussiert enger und näher an der Frontfläche (etwa 4–8 mm) und erreicht die höchste Bestrahlungsstärke. Parallel Beam liefert ein nahezu paralleles Bündel mit geringerer Bestrahlungsstärke, aber großer Tiefenschärfe für Arbeitsabstände ab etwa 30 mm. Die Karten „Strahlprofil“ und „Schnittansicht“ zeigen den Vergleich wie im Datenblatt.
Der Arbeitsabstand wird ab der Frontfläche des Gehäuses bis zur Zielebene gemessen; die Zielebene steht senkrecht zur Strahlachse. Bei STEP- oder STL-Modellen gilt der Abstand bis zur Oberkante des Modells. Über den Schieberegler lässt sich der Abstand durchfahren; die Kennzahlen zeigen Bestrahlungsstärke im Mittelpunkt, Mittelwert, Maximum und Spotdurchmesser.
Ja. Im Abschnitt „Anordnung“ lassen sich bis zu 16 Spots in Reihe, Quadrat oder Ring mit einstellbarem Abstand anordnen und kippen (senkrecht, auf das Zentrum, auf einen Zielpunkt oder individuell). Nach „Berechnen“ wird die Bestrahlungsstärke aller Spots summiert; der Optimierer verbessert die Gleichmäßigkeit über Kippwinkel, Abstand und Arbeitsabstand. Die Geometrie lässt sich als Tabelle, bemaßte Draufsicht (PNG) und DXF exportieren.
Ja. Laden Sie ein STEP- oder STL-Modell; die Bestrahlungsstärke wird je Außenfläche mit dem lokalen Einfallswinkel berechnet, von den Spots abgewandte Flächen erhalten den Wert null, Abschattungen werden nicht berücksichtigt. Die Datei wird ausschließlich lokal in Ihrem Browser verarbeitet und nicht übertragen.
Die Simulation deckt 365, 385, 395, 405 und 450 nm ab. Der typische Strahlungsfluss der LED ist je Wellenlänge hinterlegt und geht direkt in die Rechnung ein; die Optik wird über ihre Dispersion auf die gewählte Wellenlänge umgerechnet.
Autor: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia ist Geschäftsführer der Opsytec Dr. Gröbel GmbH in Ettlingen und leitet das akkreditierte Kalibrierlabor. Nach seiner Forschung zu gepulsten Xenon-Excimer-Entladungen am Lichttechnischen Institut des KIT gilt sein Schwerpunkt heute der optischen Strahlungsmesstechnik. Er ist stellvertretender Obmann im DIN-Normungsausschuss FNL 7 „Optische Strahlung" und Mitglied im DVGW-Projektkreis UV-Desinfektion.