Damit nichts heiß läuft: Kühlkörper zum Selbsteinbau

Mag ich anklicken, wenn dieser Ratgeber hilfreich war
Damit nichts heiß läuft: Kühlkörper zum Selbsteinbau

Hitze: Feind des Kühlkörpers

Alles in unserer Welt erzeugt Hitze. Jede Reaktion, jedes Gerät, jeder Mensch und auch jede Pflanze erzeugt Wärme. Diese Wärme ist oft nicht weiter schlimm, da sie gerade bei Tieren, Pflanzen und Menschen auf natürliche Weise abgeführt wird: zum Beispiel über Transpiration.

Hitze entsteht aber auch bei Maschinen – und das nicht zu knapp. Sie kennen es ebenso wie jeder andere Mensch: die Abwärme des Kühlschranks, die des Föns oder des Ofens oder die des heimischen Rechners. Gerade hier muss mit enormen Hitzestaus gerechnet werden: So gesehen erzeugt ein Prozessor pro Quadratzentimeter nämlich mehr Hitze als eine durchschnittliche Herdplatte. Wird diese Wärme nicht rechtzeitig abgeleitet, entsteht ein Hitzestau und der Prozessor geht kaputt. Dabei kann die Kerntemperatur eines Prozessors trotz allem bei 100 °C liegen, ohne dessen Funktion gravierend zu beeinflussen. Bei über 100 °C ist jedoch langsam Schluss. Klar ist, dass Prozessoren schneller ihren Geist aufgeben, je wärmer sie sind. Ein kalter Prozessor hält also am längsten – obwohl dies bei der akuten Weiterentwicklung in der Computerindustrie zu vernachlässigen ist. Ein kleine Ausnahme stellt die mechanische Festplatte (HDD) dar. Sie arbeitet nicht kalten Temperaturen am besten, sondern bei einer Betriebstemperatur von etwa 40 °Celsius.

Lösung des Problems

Gerade im PC wird zum Teil viel Wärme auf kleinem Raum erzeugt. Sorgen Sie dafür, dass diese Hitze abgeleitet wird. Angenommen, es handelt sich dabei um einen Gaming-PC der oberen Mittelklasse, müssen ca. 600 Watt Wärmeleistung abgeführt werden.

Passive Kühlung

Die passive Kühlung ist die gängigste Art, Bauteile zu kühlen. Dazu benötigen Sie einen Kühlkörper – meist aus Aluminium oder Kupfer, da diese Metalle über eine hohe Wärmekapazität verfügen und die Hitze so schnell ableiten. Diese Kühlkörper sind aus einem Materialblock gefräst, sie haben weiterhin Rillen und Löcher, um die Wärme schnellstmöglich an die Umgebung weiterzugeben – also an die umgebende Luft. Denn da muss die Wärme letztendlich hin. Eine passive Kühlung beziehungsweise ein passiver Kühlkörper macht letztendlich also nichts anderes, als sowohl die Wärme schnell vom Bauteil wegzuleiten als auch schnell an die Luft abzugeben. Dieser Effekt wird durch eine Oberflächenvergrößerung des Körpers verstärkt. Genau wie bei der Heizung ermöglicht eine größere Kontaktoberfläche mit der Luft einen schnelleren Wärmeabtransport.

Aktive Kühlung

Die aktive Kühlung baut prinzipiell auf der Passiven auf: Im Grunde wird der Kühlkörper um einen Ventilator erweitert. Dieser sogenannte Lüfter kann in radialer oder axialer Bauweise vorliegen und ist auf dem Kühlkörper so montiert, dass der Luftstrom die Kühlrippen durchzieht. Die Folgereaktion: Der Wärmeabtransport wird wiederum gesteigert, da die erwärmte Luft sofort abtransportiert wird. Diese Art der Kühlung wird auch Luftkühlung genannt.

Wasserkühlung (WaKü)

Die Wasserkühlung gehört streng genommen auch zur aktiven Kühlung, allerdings ist hier das Medium, welches die Wärme aufnimmt, ein anderes als Luft, nämlich Wasser. Da Wasser eine um ein Vielfaches höhere Wärmekapazität besitzt als Luft, ist es viel besser als Kühlmittel geeignet. Allerdings gibt es ein Problem: Elektronik und Wasser – das passt nicht so recht zusammen. Deshalb muss ein ausgeklügeltes System die Garantie übernehmen, dass das Wasser auch wirklich nur die Kühlflächen des zu kühlenden Objektes berührt. Letztendlich übernehmen Sie als Käufer nämlich einen Teil der Verantwortung dafür. Ist dies der Fall, nimmt das Wasser die Wärme auf und transportiert sie zu einem Kühler, dessen Kühlrippen es durchfließt. Diese wiederum werden mit Luft gekühlt, das Ganze funktioniert also wie bei einem Autokühler. Das nun wieder kältere Wasser wird zurück in den Kreislauf geleitet und alles beginnt von vorne.

Kühlkörper bei High-End-PCs unterschiedlich

High-End-PCs verfügen seltener auch noch über ein Peltier-Element zwischen den Kühlkontaktflächen des Kühlers und des Bauteils. Dieses wirkt wie eine Wärmepumpe: An eine Stromquelle angeschlossen wirkt es sich so aus, dass die eine Seite gekühlt, während die andere Seite gewärmt wird. Somit ist das Bauteil noch schneller gekühlt und würde das verbaute Teil keine Hitze erzeugen, wäre rein theoretisch eine Kühlung auf unter Raumtemperatur möglich. Der Nachteil eines Peltier-Elementes ist aber der extrem hohe Stromverbrauch und folglich die Belastung für Ihren Geldbeutel. Es gibt jedoch durchaus günstigere Tricks als die des Peltier-Elementes oder der WaKü: Heatpipes.

Heatpipes

Eine sogenannte Heatpipe ist ein Hitzeleiter – wie eine Pipeline leitet sie die Hitze dabei schnell von der erwärmten Stelle ab. Heatpipes sind aus einem Weichmetall hergestellt und lassen sich sehr leicht verbiegen. Es sollte daher Vorsicht geboten sein, denn beim Einbau beziehungsweise dem Zurechtbiegen der Pipe kann es unter Umständen schnell zu Verbiegungen kommen. Diese Heatpipe leitet die Hitze allerdings viel besser ab als es ein vergleichbarer Stab aus Metall macht. Wieso? Nun, Tatsache ist, dass die Heatpipe hohl ist. In ihr befindet sich ein Medium, beispielsweise Wasser oder Methan (je nach Betriebstemperatur), welches durch Hitze verdunstet und auf der kälteren Seite wieder kondensiert und die Wärmeenergie abgibt – eine Heatpipe ist sozusagen eine kontrollierte Transpiration. Diese kann dazu verwendet werden, die Hitze noch schneller vom Bauteil wegzubekommen, oder um zwei Kühlkörper hinsichtlich ihrer Temperatur auszugleichen. Es ergeben sich zudem Situationen in der Konstruktion, die es möglich machen, die effektive Kühlfläche zu erhöhen: Zwei Bauteile beispielsweise können lediglich dann funktionieren, wenn immer nur eines davon Hitze erzeugt. Ergo ist es hilfreich, die beiden Kühlkörper mit einer Heatpipe zu verbinden. So wird der effektive Kühlkörper pro Bauteil größer beziehungsweise die Kühlkörper können kleiner dimensioniert werden. Ob sich das lohnt, sollten Sie von einem Berater oder Experten einschätzen lassen, denn so besteht die Möglichkeit, bei einer höheren Effizienz auch noch Kosten zu sparen. Eine Heatpipe macht es also möglich, ähnlich einer WaKü, die Hitze schnell abzuleiten und an andere Orte zu transportieren. Heutzutage sind die meisten Prozessorkühler eine Art Kombination aus Heatpipe und Kühlblechen mit einem Lüfter. Dies ist letztendlich auch der Optik sehr zuträglich.

Zwar hören sich Kühlsysteme dieser Art alles andere als simpel an, jedoch sind sie sehr einfach in jegliche Konstruktionen einzubauen: Der PC hat beispielsweise genormte Prozessorsockel und ermöglicht so den unkomplizierten Einbau ohne viel handwerkliches Geschick. Ein Beispiel zeigt, wie wichtig die Hitzeableitung ist und welche Rolle sie nicht nur für Sie, sondern auch für Firmen spielt.

Der Samsung Sync Master 305 T

Der Samsung Sync Master 305 T ist ein 30 Zoll großer Monitor mit WQXGA Auflösung (2560 x 1600 Pixel) und Super IPS Plus Panel aus dem Jahr 2009. Die Technik war damals sehr überragend und selbst heute kostet der 305 T etwas über 1000 Euro, allerdings ist er nur noch gebraucht erhältlich. Eine Recherche im Internet eröffnet allerdings einige Macken des sonst so hochgepriesenen High End Bildschirms: Unzählige Fehlermeldungen lassen sich finden, fast immer ist von einem Bildflackern und Farbabnormalitäten die Rede. Nach weiteren Bemühungen wird man schnell fündig: Das Problem ist in der Tat ein Hitzeproblem. Die Bildschirmsteuerung, besser gesagt ihr Chip, erzeugt einen so großen Hitzeunterschied, dass das für dessen Kontaktierung verwendete Lötzinn dieser Beanspruchung nicht mehr standhalten kann. Erstaunlicherweise ereignen sich die meisten Reklamationen ca. zwei Jahre nach Kauf – was zufälligerweise auch der von Samsung offerierten Garantiezeit entspricht. Ob nun mit Vorsatz oder ohne: Samsung hat einen gravierenden Fehler in der Konstruktion des Bildschirms hinterlassen, der dessen Funktion in einer Weise beeinträchtigt, sodass folglich der Bildschirm nicht mehr zu verwenden ist. Das Problem kann auf verschiedene Weise gelöst werden. Im Folgenden eine Anekdote.

Kühlkörper mit Autounfall im Vergleich

Ereignete sich früher ein Autounfall, waren die Verletzungen schwer. Die Problemlösung ist zum einen natürlich die des medizinischen Fortschritts, doch um dauerhaft gegen derartige Komplikationen vorzugehen, erfand ein Arzt in der Notaufnahme schließlich den Anschnallgurt.

Samsung Sync Master 305 T mit Luftkühlung

Ähnlich dieser Anekdote können Sie als Hobbybastler versuchen, den Samsung 305 T aufzurüsten um so der Entkontaktierung präventiv entgegenzuwirken: mithilfe eines Kühlkörpers. Wenn Sie die hintere Gehäuseabdeckung abschrauben, eröffnet sich im oberen Bereich eine Platine, etwa 20 x 10 cm nur groß und doch ungemein wertvoll, etwa 250 Euro muss man für dieses Ersatzteil hinlegen – obgleich der Fabrikverkaufswert in China bei etwa 25 Dollar liegt. Dennoch lohnt sich entgegen der allgemein geläufigen Einstellung der sogenannten „Wegwerf“-Gesellschaft bei einem derart teuren Bildschirm die Reparatur.

Gerade der Einbau einer neuen Platine kann ein Anlass dazu sein, zugleich einen Kühlkörper zu integrieren, denn der Chip lässt durch seine Metalloberfläche unschwer erkennen, dass er eigentlich auch für einen solchen konzipiert ist. Zur Befestigung des Kühlkörpers dient die gelochte Metallabdeckung der Platine, die sich leicht zerschneiden und verlöten lässt. Am Ende müssen Sie nur noch eine Aussparung ins Kunststoffgehäuse einfügen und schon sind Sie fertig. Eine aktive Kühlung ist bei einem kleinen Kühlkörper weiterhin ratsam, und ist zudem ein Alleinstellungsmerkmal, denn wer hat schon einen luftgekühlten Bildschirm?

Kühlkörper auch für andere Devices sinnvoll

Ähnlich dem eben statuierten Exempel ist es selbstredend möglich, auch andere Geräte mit einem Kühlkörper auszustatten. Beispielsweise ist es kein Problem, neben dem PC und diversen Klein- oder Großgeräten auch komplett selbst gebaute Geräte sowie deren Bauteile zu kühlen. Inwiefern, hängt stark vom Bauteil und dessen Verlustleistung ab. So sollte errechnet werden, wie viel Leistung an dem Bauteil abfällt, beispielsweise an einem Widerstand oder einem Transistor respektive Triac, oder auch an einem Chip. Denn diese ist letztendlich die Energie, die in Wärme verpufft und abgeleitet werden muss.

Wie dies geschieht, liegt einzig und allein in Ihrer Hand, wobei auch in diesem Fall eine professionelle Beratung sinnvoll erscheint. Es ist dabei ganz gleich, ob aktive oder passive Kühlung, WaKü oder Heatpipe Verwendung findet. Wichtig ist, dass die Funktion erfüllt wird, und zwar hinreichend.

Möchten Sie Ihr Wissen weitergeben? Erstellen Sie Ihren eigenen Ratgeber… Verfassen Sie einen Ratgeber
Weitere Ratgeber erkunden