Neueste Artikel

Kühlung

CPU-Kühler

 

Der CPU-Kühler führt die Hitze ab, die von der CPU im laufenden Betrieb erzeugt wird. Er besteht im Wesentlichen aus einem großen Kühlkörper und (in der aktiven Version) aus einem oder zwei Lüftern. Der Kühlkörper wiederum setzt sich zusammen aus vielen einzelnen Lamellen meist aus Aluminium, die Wärme an die Umgebung abgeben. Er ist über mehrere Wärmerohre (engl. heatpipes) mit einer Bodenplatte aus Kupfer verbunden. Diese sind mit einer wärmeleitenden Flüssigkeit gefüllt, die an der Wärmequelle verdampft und nach oben steigt, anschließend die Wärme an die Lamellen abgibt und dabei kondensiert. Damit die Wärme schnell abtransportiert werden kann, besitzen die meisten CPU-Kühler einen eigenen Lüfter.

Arten von CPU-Kühlern

Top-Blower

Bei einem Top-Blower, auch als Top-Down-Kühler bezeichnet, sind die Lamellen senkrecht zum Mainboard ausgerichtet. Sie haben in der Regel nur einen Lüfter, der sich direkt über den Lamellen befindet und parallel zum Mainboard ausgerichtet ist. Da der Lüfter die Luft von oben ansaugt, verteilt sich die erwärmte Luft auf dem Mainboard und gelangt zum Teil wieder zurück in den Kühlkreislauf. Die Kühlleistung ist deshalb im Vergleich zu Tower-Kühlern geringer. Top-Blower eignen sich dafür aufgrund ihrer flachen Bauweise hervorragend für den Einsatz in sehr kompakten Gehäusen (z.B. HTPC-oder Mini-Tower-Gehäuse). Bei den bei vielen CPUs bereits mitgelieferten Boxed-Kühlern handelt es sich um Top-Blower-Modelle. Deren Kühlleistung stellt zumindest einen stabilen Normalbetrieb der CPU sicher.

Tower

Die Ausrichtung von Lamellen und Lüfter ist bei Tower-Kühlern genau umgekehrt. Dadurch können auch mehrere Lüfter zum Einsatz kommen. Da die Lüfter senkrecht zum Mainboard ausgerichtet sind, können diese die kalte Luft von den Frontlüftern ansaugen und die Wärme direkt an den Hecklüfter abgeben. Tower-Lüfter sind deshalb viel effizienter als Top-Blower. Für High-End-Systeme sind sie die bessere Wahl. Beim Einsatz eines Tower-Kühlers muss allerdings darauf geachtet werden, dass das Gehäuse genug Platz (maximale Höhe des CPU-Kühlers) bietet.

Wichtige Merkmale

TDP (Thermal Design Power)

Diese Angabe steht für die maximale thermische Verlustleistung (Abwärme), die ein CPU-Kühler abführen kann. Achten Sie beim Kauf immer darauf, dass die auf dem Datenblatt der CPU angegebene TDP nicht höher ist als die maximale TDP, für die der CPU-Kühler ausgelegt ist.

Lamellendichte

Je höher die Lamellendichte, desto mehr Wärme kann der Kühlkörper ableiten. Allerdings muss der Lüfter dann auch einen höheren statischen Druck erzeugen, um genügend Luft durch die entsprechend schmaleren Schlitze pressen zu können. Deshalb kann eine hohe Lamellendichte je nach verbautem Lüftermodell zu einer höheren Lautstärke führen.

Anzahl der Wärmerohre (Heatpipes)

Auch die Anzahl der Heatpipes, welche die Bodenplatte mit dem Kühlkörper verbinden, hat einen Einfluss auf die Kühlleistung. Wenn mehr Heatpipes vorhanden sind, kann mehr Wärme an den Kühlkörper abgeleitet werden.

Die meisten CPU-Kühler sind mit einem oder zwei Lüftern ausgestattet. Wichtig sind deshalb auch hier die minimale/maximale Drehzahl, der Durchmesser und die damit verbundene Kühlleistung. Nähere Informationen dazu finden Sie im Lüfter-Ratgeber.

Maximale RAM-Modulhöhe

Da bei leistungsfähigen CPU-Kühlern der Kühlkörper meistens so groß ist, dass dieser die Steckplätze für den Arbeitsspeicher überlappt, muss bei der Auswahl eines geeigneten Kühles auch die Höhe der Speichermodule berücksichtigt werden. Speichermodule mit eigenem Kühlkörper und zusätzlicher RGB-Beleuchtung sind meistens höher als einfache Speicherriegel.

Lüfter

 

In einem modernen PC gehöhren Lüfter zur Standardausstattung. Die kleinen Ventilatoren sorgen für einen durchgängigen Luftstrom (engl. airflow), der verhindern soll, dass komplexere Bauteile wie CPU, Speichermodule, Chipsatz, Grafikchip oder SSDs zu heiß werden und deshalb ihren Dienst verweigern. Lüfter können so installiert werden, dass sie entweder kalte Luft ansaugen (Pull-Konfiguration, Pull = ziehen) oder warme Luft abtransportieren bzw. ausstoßen (Push-Konfiguration, Push = drücken). Im Normalfall saugen Front-Lüfter kalte Luft an und die Heck-Lüfter sowie die Deckel-Lüfter stoßen die erwärmte Luft aus. Gerade Deckel-Lüfter sind nicht zu unterschätzen, da sie den Kamineffekt (heiße Luft steigt nach oben) verstärken. Das kommt vor allem der Grafikkarte zugute.

Optimale Lüfteranzahl

 

Zwei bis drei Lüfter sind bei einer Standardkonfiguration vollkommen ausreichend. Am wichtigsten ist der Hecklüfter, da er den größten Teil der Wärme aus dem Gehäuse hinausbefördert. Zusätzlich sollte entweder ein Lüfter am Deckel oder an der Front installiert werden. Je mehr Gehäuselüfter eingesetzt werden, desto weniger muss der einzelne Lüfter leisten (geringere Drehzahl). Wer Wert auf ein leises System legt, sollte deshalb möglichst viele Gehäuselüfter installieren.
Bei der Montage des Wärmetauschers (Radiator) einer Wasserkühlung gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder am Deckel oder an der Front. Wenn der Radiator an der Front montiert wird, erhitzt sich zwar die Luft im Gehäuse stärker, dafür kommt mehr kühle Luft an den Radiator heran, wodurch sich die Kühlleistung der Wasserkühlung leicht verbessert. Wird der Radiator hingegen am Deckel befestigt, erwärmt sich die Temperatur im Gehäuse nicht zusätzlich, während die Kühlleistung verringert wird.

Anschlussarten

 

Moderne Lüfter können auf zweierlei Arten angesteuert werden: Entweder über die Spannung (DC) oder über ein separates PWM-Signal (PWM = Pulsweitenmodulation). Spannungsgesteuerte Lüfter besitzen 3 Pins bzw. Leitungen (v.l.n.r.): Pin 1 wird für Masse, Pin 2 für die Spannungsversorgung und Pin 3 für das Tachosignal (Drehzahl des Lüfters) verwendet. Die Drehzahl wird über die anliegende Spannung, die in der Regel zwischen 5 und 12 V liegt, geregelt. Liegt diese unter 5 V, steht der Lüfter still – bei 12 V läuft er mit maximaler Drehzahl.
Da PWM-gesteuerte Lüfter einen eigenen Drehzahlregler besitzen, benötigen sie 4 Pins bzw. Leitungen; das zusätzliche Pin wird für das PWM-Signal verwendet. An Pin 3 liegen in diesem Fall konstant 12 V an. Bei der Pulsweitenmodulation werden zwei diskrete Werte (Aus und Ein bzw. 0 und 12 V) auf ein analoges Signal abgebildet. Der Lüfter wird dabei nicht über die Frequenz (diese bleibt immer konstant), sondern über die Dauer der Ein-Impulse im Verhältnis zur (gleichbleibenden) Periodendauer, auch Tastgrad genannt, gesteuert. So erreicht der Lüfter z.B. bei einem Tastgrad von 0,5 etwa 50 Prozent seiner maximalen Leistung.
PWM-gesteuerte Lüfter sollten spannungsgesteuerten Lüftern gegenüber immer bevorzugt werden, da sie eine wesentlich genauere und feinere Drehzahlregelung ermöglichen und damit auch leiser sind. Allerdings muss diese Art der Ansteuerung explizit von der Hauptplatine unterstützt werden und PWM-gesteuerte Lüfter sind auch um einiges teurer als spannungsgesteuerte Lüfter.

Merkmale

Drehzahl

Die Drehzahl gibt die Anzahl der Umdrehungen pro Minute (U/Min. oder RPM – Rotations Per Minute) an. Je schneller sich ein Lüfter dreht, desto höher ist die Kühlleistung. Mit steigender Drehzahl nimmt aber auch die Lautstärke zu. Moderne Lüfter haben eine variable Drehzahl, die sich in der Regel nach der aktuell gemessenen Temperatur der CPU richtet.

Durchmesser

Der Durchmesser eines Lüfters wird in Millimetern (mm) gemessen und umfasst auch den Rahmen. Heutzutage übliche Lüfter haben einen Durchmesser zwischen 92 und 140 mm. Je größer der Durchmesser, desto höher die Kühlleistung. Beim Kauf der Lüfter muss darauf geachtet werden, ob das Gehäuse auch entsprechende Montageplätze zur Verfügung stellt.
Bei Wasserkühlungen werden die Durchmesser der einzelnen Lüfter addiert, um die Größe des Wärmetauschers bzw. Radiators anzugeben. Ein 360-mm-Radiator nimmt beispielsweise drei Lüfter mit einem Durchmesser von je 120 mm auf. Auch hier heißt die Devise: Je größer, desto besser. Vorher sollte man allerdings im Datenblatt des Gehäuses nachsehen, welche Größen bzw. Durchmesser maximal möglich sind. Die Lärmentwicklung hängt auch davon ab, welche Lagerart verbaut wurde, welche Grösse und Form die Lüfterblätter haben und ob der Rahmen gummiert ist.

Lautstärke

Grundsätzlich gilt: Je schneller ein Lüfter sich dreht, desto lauter ist er. Lüfter mit einem größeren Durchmesser erreichen bei geringerer Drehzahl und Lautstärke die gleiche Kühlleistung wie Lüfter mit kleinerem Durchmesser. Wer einen leisen PC möchte, sollte deshalb möglichst große Lüfter kaufen.

Kühlleistung

Die Kühlleistung eines Lüfters wird durch den Luftdurchsatz und den statischen Druck bestimmt. Der Luftdurchsatz gibt die maximale Menge an Luft an, die der Lüfter in einer bestimmten Zeit fördern kann und wird entweder in Kubikfuß pro Minute (cfm) oder in Kubikmeter pro Stunde (m³/h) angegeben (1 m³/h entspricht 0,58867 cfm). Der statische Druck hingegen bestimmt den maximalen Luftdruck, den ein Lüfter erzeugen kann und wird in Pascal (Pa) oder Zoll Wassersäule (inH2O) angegeben. Die Einheit Zoll Wassersäule ist definiert als der Druck, der auf eine Säule aus Wasser der Höhe 1 Zoll (engl. Inch) bei einer Temperatur von 4°C (weil Wasser bei dieser Temperatur die höchste Dichte hat) ausgeübt wird. 1 inH2O entspricht 249,082 Pa. Zwischen Luftdurchsatz und statischem Druck besteht ein direkter negativer Zusammenhang: Je höher der Luftdurchsatz, desto niedriger der statische Druck (und umgekehrt).
Es gibt sowohl Lüfter, die für hohen Luftdurchsatz (Airflow) optimiert sind, als auch Lüfter, die für hohen statischen Druck (Static Pressure) ausgelegt sind. Letztere sollten vor allem dort eingesetzt werden, wo Hindernisse (z.B. Lüftungsgitter, Kühlblöcke, Staubfilter) den Luftfluss behindern, also vor Radiatoren oder CPU-Kühler. Airflow-Lüfter sollten hingegen eher in offenen, freien Bereichen verwendet werden.

Quelle

Lagerarten

 

Gleitlager

Beim Gleitlager haben die sich relativ zueinander bewegenden Teile direkten Kontakt. Um den Reibungswiderstand zu minimieren, nutzen die im PC-Bereich eingesetzten Lüfter in der Regel Gleitlager mit Flüssigkeitsreibung. Die am häufigsten anzutreffenden Varianten sind das Spiralrillenlager (engl. Rifle Bearing), das hydrodynamische Lager (engl. Fluid Dynamic Bearing) und das selbst-stabilisierende Öldruck-Gleitlager (engl. SSO-bearing). Die Zuführung des Schmiermittels erfolgt bei Spiralrillenlagern über eine spiralförmige Nut. Das ermöglicht die horizontale Befestigung des Lüfters, ohne dass wie bei normalen Gleitlagern die Lebensdauer darunter leidet. Bei den hydrodynamischen Lagern von be quiet! werden Schalen mit V-förmigem Profil verwendet. Dadurch sind sie leiser und haben eine viel höhere Lebensdauer (bis zu 300.000 Betriebsstunden) als Spiralrillenlager. Beim SSO-Gleitlager von Noctua wird zur Stabilisierung des Rotors ein Magnet eingesetzt, um eine höhere Laufruhe zu erreichen.

Kugellager

Beim Kugellager werden anstelle eines Schmiermittels Kugeln eingesetzt, die zwischen zwei Ringen rotieren. Die meisten Lüfter sind doppelt kugelgelagert; d.h. sie besitzen zwei durch eine Federung getrennte Kugellager. Im Gegensatz zu herkömmlichen Gleitlager-Lüftern können doppelt kugelgelagerte Lüfter in jedem beliebigen Winkel montiert werden. Außerdem haben sie eine längere Lebensdauer und können auch bei höheren Temperaturen betrieben werden. Dafür sind doppelt kugelgelagerte Lüfter teurer und etwas lauter als gleitgelagerte Lüfter.

Quellen:
https://noctua.at/de/sso-bearing
https://www.jacob.de/page/silent-wings-2-120-mm-fluesterleise-34636/
https://www.cuidevices.com/blog/fan-bearing-types-weighing-the-pros-and-cons

Wasserkühlung

 

Luft- oder Wasserkühlung?

 

Am weitesten verbreitet sind nach wie vor PCs mit herkömmlicher Luftkühlung. Besonders im High-End-Bereich gibt es aber auch immer mehr Systeme mit Wasserkühlung. Auch einige Hochleistungsgrafikkarten sind mittlerweile mit Wasserkühlung erhältlich. Im Vergleich zur Luftkühlung ist diese zwar teurer, aber dafür sehr viel effizienter und leiser. Der Einsatz einer Wasserkühlung lohnt sich vor allem bei sehr schnellen Core-i9- oder Ryzen-9-CPUs, da diese ihre maximale Taktfrequenz (Intel Turbo Boost Max 3.0 bzw. AMD Precision Boost 2.0) nur bis zum Erreichen einer bestimmten Temperatur halten können.

Aufbau und Funktionsweise

 

Der Hauptunterschied zur Luftkühlung besteht darin, dass bei einer Wasserkühlung Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe räumlich voneinander getrennt sind. Dadurch kann eine viel größere Kühlfläche genutzt werden. Die Wärmeaufnahme erfolgt über einen Kühlkörper aus Kupfer, der an einen Kühlwasserkreislauf angeschlossen ist. Der Kühler ist über zwei Schläuche mit einem Wärmetauscher, auch Radiator genannt, verbunden. Der Radiator ist von vielen feinen Kanälen durchzogen, die mit Kupferlamellen verbunden sind, über welche die Wärme an die Außenluft abgegeben wird. Eine Pumpe sorgt dafür, dass das warme Wasser aus dem Kühler in den Radiator befördert, dort auf seinem Weg durch die feinen Kanäle abkühlt und schließlich wieder zum Kühler zurücktransportiert wird. Die vom Radiator abgegebene Wärme wird im Regelfall von einem oder mehreren Lüftern abgeführt.

Ausführungen

 

Die einfachste und kompakteste Ausführung ist die All-In-One-Wasserkühlung. Hierbei handelt es sich um ein geschlossenes, bereits mit Kühlflüssigkeit befülltes System aus Pumpe, Schläuchen und Radiator. Die AIO-Wasserkühlung lässt sich ohne großen Aufwand installieren, kann aber im Normalfall nicht neu befüllt werden. Im Laufe der Zeit können sich so Verunreinigungen ansammeln, welche der Pumpe zusetzen. Die AIO-Wasserkühlung hat deshalb nur eine geringe Lebensdauer.
Bei einer Custom-Wasserkühlung müssen die einzelnen Bauteile (Pumpe, Ausgleichsbehälter, Radiatoren, Kühler, Schläuche/Rohre, diverse Anschlüsse) erst zusammengebaut werden. Custom-Wasserkühlungen erfordern regelmäßige Wartung; so sollte z.B. einmal jährlich das Kühlmittel erneuert werden. Um das System zu befüllen, zu entlüften oder Füllstandsschwankungen auszugleichen, wird zusätzlich ein Ausgleichsbehälter benötigt. Die Installation ist sehr aufwendig, hat aber den Vorteil, dass mehrere Radiatoren und weitere zu kühlende Komponenten wie z.B. Grafikkarten, M.2-SSDs oder RAM in den Kühlkreislauf eingebunden werden können. Außerdem können Custom-Wasserkühlungen optisch ansprechender als AIO-Wasserkühlungen gestaltet werden, z.B. durch farbige Schläuche oder Wasserzusätze.

Merkmale

 

Größe des Radiators

Bei Wasserkühlungen werden die Durchmesser der einzelnen Lüfter addiert, um die Größe des Wärmetauschers bzw. Radiators anzugeben. Ein 360-mm-Radiator nimmt beispielsweise drei Lüfter mit einem Durchmesser von je 120 mm auf. Je größer der Radiator ist, desto höher ist die Kühlleistung der Wasserkühlung. Übliche Radiatorgrößen reichen von 120 mm bis 480 mm (4x 120 mm). Eine Wasserkühlung lohnt sich erst ab einer Größe von 240 mm, darunter ist die Kühlleistung oft geringer als bei einer Luftkühlung.

TDP (Thermal Design Power)

Bei All-In-One-Wasserkühlungen steht diese Angabe für die maximale thermische Verlustleistung (Abwärme), die diese abführen können. Achten Sie beim Kauf einer Pumpe deshalb immer darauf, dass die auf dem Datenblatt der CPU angegebene TDP nicht höher ist als die TDP, für die die Pumpe ausgelegt ist.