FAQ - Physikalische Grundlagen
Folgende Fragen tauchen immer wieder auf, so dass wir versucht haben, sie in dieser Form festzuhalten und beantworten, damit Interessierte sich leicht einen kleinen Einblick in die physikalischen Grundlagen dieser Thematik verschaffen können.
Daher erheben auch die Antworten weder einen Anspruch auf Vollständigkeit, noch auf vollständige wissenschaftliche Exaktheit; sie sollen dem besseren Verständnis dienen.
Frage: Sind Wasserkühlungen besser als Luftkühler; wenn ja, warum?
Antwort: Wasserkühlungen benutzen das Wasser zur Übertragung der Wärme vom Prozessor an eine andere Stelle, wo die Wärme über größere Oberflächen leichter abgeführt werden kann, als das auf dem begrenzten Platz der Platine möglich wäre. Durch die großen Flächen sind Wasserkühlungen leistungsstärker als bisherige Luftkühler.
Frage: Ist das Wasser nicht gefährlich, wenn es ein Leck gibt? Kann man da nicht was nicht elektrisch Leitendes nehmen?
Antwort: Natürlich. Es gibt aber kein Medium, dass wirklich dauerhaft ungefährlich für den PC wäre, da jede Flüssigkeit irgendwann leitet, und sei es nur durch die wenigen Fremdatome, die über die überströmten Oberflächen des Kühlers aufgenommen werden. Völlige Isolation ließe sich nur bei permanenter, aufwendiger Aufbereitung der Flüssigkeit gewährleisten (auch angeblich völlig nichtleitende Transformatorenöle müssen deswegen nach gewisser Laufzeit ausgetauscht werden). Es ist also wichtig, die Verbindungen dicht zu halten und gegebenenfalls zu überprüfen. Unsere Kühler werden daher einzeln sorgfältig auf Dichtheit geprüft, bevor sie in den Verkauf gehen.
Frage: Sind Wasserkühlungen leiser als Luftkühlungen?
Antwort: Ja. Luftkühler müssen zur Abfuhr der selben Wärmemenge auch mindestens dieselbe Luftmenge durchsetzen, wie das eine Wasserkühlung tut (sei es im Kontakt des Wassers zur Umgebungsluft an einem Wassertank oder an einem Radiator), da physikalisch die maximale Wärmeaufnahme eines Stoffes unter selben Bedingungen konstant ist. Da aber die Oberflächen bei einer Wasserkühlung viel größer sind als ein normaler Lüfter, braucht die Luft nicht so schnell bewegt werden, was leiser ist. Hinzu kommt die Tatsache, dass größere Lüfter für den Durchsatz einer bestimmten Luftmenge mit entsprechend langsamerer Drehzahl rotieren müssen, als das ihre kleineren Gegenstücke auf den Luftkühlern tun, also auch das Laufgeräusch geringer ist.
Frage: Könnte man nicht z.B. mit anderen Kühlmitteln, stärkeren Pumpen usw. mehr Kühlleistung erreichen?
Antwort: Die Kühlleistung hängt von mehreren Faktoren ab. Wenn man die Oberflächen vernachlässigt (also nur ein und dieselbe Geometrie, sprich: selben Kühler benutzt), bleiben nur noch zwei Faktoren übrig. Zum einen: die Durchströmung. Je schneller das Kühlmedium umgewälzt wird, desto schneller kommt dasselbe Kühlmittel-Teilchen vom Prozessor zum Kühler und umgekehrt. Der Effekt ist, dass je schneller das passiert, umso mehr Wärme umgesetzt werden kann. Die Erklärung dafür ist nicht ganz einfach, aber man kann es sich in etwa so vereinfacht vorstellen: Im Idealfall ist das Teilchen gleichzeitig im Kühler und am Prozessor, so dass im Endeffekt der Prozessor seine gesamte Wärme sofort an das komplette Kühlmedium abgeben kann - und dieses wiederum sofort an den Kühler und damit an die Umgebung. Das gilt sowohl für die Abfuhr an die Umgebung als auch für das Kühlmedium. Grob gesagt: Je mehr Durchsatz an Wasser bzw. Luft, umso stärker der Kühleffekt (die ohnehin nur begrenzten Steigerungen sinken allerdings nach oben hin immer weiter gegen Null). Einzige Begrenzung hierbei ist die Leistung des Wärmetauschers, da ja nicht mehr Energie aus dem Kühlkreis abgeführt werden kann als er leistet. Der damit einhergehende zweite Faktor ist die Wärmekapazität des Kühlmediums. Die Wärmekapazität ist das Maß, wie viel Energie ein Teilchen maximal aufnehmen und transportieren kann. In folgender Tabelle sind einmal verschiedene mögliche Kühlmittel und ihre Wärmekapazität aufgelistet.
Stoff Wärmekapazität c in Kilojoule pro Kilogramm und °Kelvin
Aceton 2,16
Benzol 1,73
Essigsäure 2,05
Ethanol 2,43
Glycerin 2,39
Methanol 2,49
Olivenöl 1,97
Petroleum 2,14
Quecksilber 0,14
Silikonöl 1,45
Terpentinöl 1,80
Wasser 4,18
[Werte aus: Kuchling, Taschenbuch der Physik, 16.Auflage ]
Es gäbe sicher einige weitere Alternativen, wie z.B. Kühlung über flüssiges Quecksilber oder Gase, die aber aufgrund ihrer weiteren physikalischen Eigenschaften (wie Giftigkeit beim Quecksilber und starke Flüchtigkeit bei Gasen) auch ausscheiden.
Frage: Welche Temperaturen kann ich mit einer Wasserkühlung erreichen?
Antwort: Das hängt von der Konfiguration der Wasserkühlung ab. Je mehr Radiatorfläche, je mehr Luftdurchsatz und je besser die Komponenten, umso niedriger kann man die Temperatur bekommen. Prinzipiell sind allerdings nur Temperaturen über der Lufttemperatur erreichbar, da für das Unterbieten Kompressoren, Peltiers usw. nötig sind.
Frage: Worin besteht der große Unterschied zwischen Kupfer- und Aluminum-Wasserkühlern?
Antwort: Nun, Kupfer ist nicht nur als Halbedelmetall gegenüber Korrosion um Größenordnungen beständiger als Aluminium -das schon durch destilliertes Wasser ohne jeglichen Zusatz angegriffen wird-, es besitzt zudem eine der höchsten Wärmeleitfähigkeiten aller Materialien, die etwa 175% der von Aluminum beträgt, was die Wärmeübertragung natürlich stark begünstigt. Auch hier eine Tabelle zum Vergleich:
Stoff Wärmeleitfähigkeit in Watt pro Meter und °Kelvin
Aluminium (99% rein) 220,0
Duraluminium 165,0
Blei 34,8
Bronze 50,0
Chromnickel-Heizdraht (Fön) 11,6
Eisen 74,0
Glas 1,0
Gold 312,0
Graphit 169,0
Gusseisen 50,0
Kalk 2,2
Kupfer 384,0
Messing 111,0
Nickel 91,0
Platin 70,0
Silber 407,0
Stahl 45,0
Edelstahl 15,0
Titan 22,0
Wolfram 177,0
Zink 112,0
[Werte aus: Kuchling, Taschenbuch der Physik, 16.Auflage ]
Frage: Wie sieht es mit Korrosion aus?
Antwort: Korrosion in Wasserkühlungen kann praktisch nur aus drei Gründen entstehen: Der erste und häufigste Grund ist, daß Kombinationen von Metallen mit stark unterschiedlichem elektrochemischen Potential (edle/unedle Metalle) wie Kupfer + Aluminium in einem gemeinsamen Kreislauf verwendet werden. Dadurch ergibt sich eine sogenannte galvanische Spannung, die zur Korrosion des unedleren Metalls führt. Dieser Effekt läßt sich durch geeignete Korrosionsschutzmittel weitestgehend eindämmen (keine reinen Alu- oder Kupfer-Korrosionsschutzmittel einsetzen, sondern für die entsprechende Kombination abgestimmte Zusätze verwenden!). Der zweite Grund wäre die Wahl eines falschen oder falsch dosierten Wasserzusatzes. Wasserzusätze sind zumeist vom Hersteller auf die speziellen Gegebenheiten abgestimmt. Abweichende Verwendungen können -unter anderem- zu Korrosionsproblemen führen. Zum Beispiel ist in KFZ-Kühlersschutz als Frostschutz Glykol enthalten, der auf lange Sicht über das Kupfer katalysiert abgebaut wird, und dessen Abbauprodukte unerwünschte Reaktionen auslösen können. Der dritte und letzte Grund wäre ein sogenanntes Belüftungselement, das bei einer zu schnellen Flüssigkeitsströmung über ein Material entsteht. Hier erzeugt die Bewegung des Mediums eine Verschiebung der Reaktionspotentiale, so daß das Material ebenfalls geschädigt wird. Bei der Verwendung von Pumpen, die auch von uns mit unseren Systemen vertrieben werden (oder leistungsgleichen Modellen) besteht allerdings keine Gefahr.
Frage: Wie funktioniert ein Peltier und was bringt so was?
Antwort: Ein Peltier-Element ist eine elektrische Wärmepumpe. Dabei werden 2 unterschiedliche Metalle in Kontakt gebracht. Durch ihre unterschiedlichen Materialeigenschaften ist ihre Neigung, Elektronen bei einer bestimmten Temperatur abzugeben, unterschiedlich, so dass man eine charakteristische Spannung zwischen den beiden Platten abgreifen kann (der sog. Seebeck-Effekt). Ändert sich die Temperatur auf einer Seite, ändert sich auch die Spannung. Da dieser Prozeß umkehrbar ist, kann man also durch Anlegen einer elektrischen Spannung an diesem Element ein Temperaturgefälle erzeugen: Eine Seite wird heiß (emittiert die gepumpte Wärme + die Verlustleistung des Elements), eine wird kalt. Dieser Effekt wird zur Kühlung von Prozessoren verwendet. Mit einer solchen Kühlung lassen sich auch Temperaturen erreichen, die unter der eigentlichen Raumtemperatur liegen, was Vorteile beim Übertakten bringt, allerdings wegen der Kondensation der Luftfeuchtigkeit auch eine Isolation des Prozessors und des Peltiers erforderlich macht. Zu beachten ist dabei, dass der Peltier zum Halten einer Temperatur mindestens eine Leistung besitzen muß, die gleich der Prozessor-Abwärmeleistung + Kühlverluste an die Umgebung + eigene Verluste ist ! Will man also tiefe Temperaturen erreichen, so muß man schnell 100 Watt oder mehr an Leistung einsetzen, was Probleme mit der Leistungsfähigkeit mancher Netzteile bringen kann. Ebenso wichtig ist eine entsprechend leistungsfähige konventionelle Kühlung, um die größere Wärme die vom Peltier abgegeben wird, auch abführen zu können.
Frage: Manche Leute kühlen ihr Kühlwasser in einem Kühlschrank. Ist so was sinnvoll? Was gilt es zu beachten?
Antwort: Einen Kühlschrank zum Kühlen des Kühlwassers zu benutzen ist eine Alternative zur Verwendung eines Peltiers. Dem Vorteil der tieferen Temperaturen steht hier allerdings ein großer Aufwand und Kosten entgegen. Sinnvoller wären hier rein Kompressor-gekühlte PC-Cases. Zu beachten ist in jedem Fall eine gute Isolation des Kühlkreislaufs zusätzlich zum Prozessor, da dieser ja das unterkühlte Wasser transportiert. Beim Erreichen von Temperaturen unter 5-7°C empfiehlt sich der Zusatz von Frostschutzmitteln zum Kühlwasser.
Frage: Wenn ich mehrere Prozessoren oder zusätzlich meine Grafikkarte gleichzeitig mit Wasser kühlen will, was muß ich beachten? Brauche ich zwei Kreisläufe?
Antwort: Wenn man zwei Hitzequellen kühlen will, so kann man das grundsätzlich auch mit nur einem Kreislauf. Durch die verdoppelte Wärmeabgabe kommt es allerdings zu einer leicht erhöhten Wassertemperatur, da ja die Durchströmung und Kühlfläche des Radiators pro Prozessor ja effektiv geringer ist. Will man das nicht tolerieren, kann man eine leistungsstärkere Pumpe und/oder zwei hintereinandergeschaltete Wärmetauscher nutzen, um das zu kompensieren. Man kann die Kühler beruhigt einfach in Serie schalten, da das Wasser sich nur unwesentlich durch den ersten Kühler erwärmt hat, wenn es in den zweiten kommt; es ergeben sich im Regelfall lediglich Temperaturunterschiede von <1°C zwischen den beiden Kühlern, so daß eine Parallelschaltung keine entscheidenden Vorteile bietet.
Wissenswertes
Vorwort:
Eine gute Wasserkühlung hat eigentlich keinerlei große Probleme zu befürchten, außer zu starke Korrosion und/oder einen Befall der Kühlflüssigkeit mit Algen, Pilzen, Bakterien oder anderen Mikroorganismen. Je nach System muss man allerdings verschiedene Spezialfälle betrachten, für die man dann die geeignete Strategie wählt. Man muss bezüglich biologischer Kontamination zum einen eine Unterscheidung treffen in Systeme, die als geschlossener Kreislauf (meist mit Radiator) betrieben werden und jene, die mit einem zur Umgebung offenen Wassertank laufen. Des weiteren muß man aber ebenso das verwendete Material der Bauteile berücksichtigen, da das maßgeblich für Korrosionseffekte verantwortlich ist.
--------------------------------------------------------------------------------
1. Biologischer Befall
Biologische Verunreinigung lässt sich in einer üblichen Umgebung nicht völlig ausschließen, da ja sogar schon beim Öffnen einer Flasche mit destilliertem Wasser über die Luft mehr als ausreichend Keime in das Wasser gelangen, um ein fröhliches Wachstum zu ermöglichen. Verstärkend wirkt die bei Wasserkühlungen meist um die 35°C liegende Temperatur, die die Vermehrung noch zusätzlich fördert. Allerdings benötigen alle vermehrungsfähigen Lebewesen für ihren Fortbestand verschiedene Nährstoffe, die wiederum in einer Wasserkühlung nur spärlich vorhanden sind. Diese verschiedenen Parameter bestimmen die unterschiedlichen Strategien, um gegen diese kleinen unerwünschten "Mitbewohner" im PC vorzugehen.
1.1 Verschiedene Biozide
Je nach Typus reagieren Mikroorganismen auf unterschiedliche Gifte. Da aber aus sowohl Kostengründen wie auch aus Gründen der Toxizität vieler Stoffe nur wenige wirklich in Frage kommen, werde ich nur exemplarisch auf Einige eingehen, die preislich günstig und relativ unproblematisch sind.
- Trink-Alkohol (Ethanol)
- Kupfersulfat
- Spülmittel
- Frostschutz für Scheibenwaschanlagen
- Aluminiumsulfat
- Natronlauge
- Zitronensäure
- Essigsäure
- Propanol und höhere Alkohole
- Chlor
- Wasserstoffperoxid
- Silber
- Tenside
Nicht berücksichtigen werde ich solche Stoffe wie zum Beispiel Hydrazin, Chromverbindungen und andere, zum Teil stark giftige/ätzende/... Verbindungen. Ihr Vorteil der erhöhten Giftigkeit wird durch Gefahren beim Umgang und ihrer schwierigen Entsorgung mehr als zunichte gemacht!
1.2 Grobe Übersicht über die verschiedene Mikroorganismen
Algen:
Algen sind Lebewesen, die aufgrund der Tatsache, dass sie neben Wärme, Wasser und geringen Mengen an Nährsalzen lediglich Luft und Licht benötigen, um sich zu entwickeln, oft in Tanksystemen auftauchen. Sie sind daher in geschlossenen Kreisläufen üblicherweise kein Problem.
Wenn sie aber einmal anfangen zu wuchern, können sie sich in jedem Winkel des Systems festsetzen und damit neben dem Geruch auch Probleme an der Pumpe auslösen.
Pilze:
Pilze sind extrem widerstandfähig, und ihre Sporen mit einfachen Mitteln kaum zu zerstören. Pilze können sowohl schleim-/gelartig als auch in Faden- oder Flächenform auftreten und benötigen nicht notwendigerweise Sauerstoff, weswegen sie in jeglichem System beim Befall ein längerfristiges Problem werden können. Pilze können sogar (unter bestimmten Bedingungen) sowohl Korrosion an Metallen als auch an Kunststoffen auslösen; bei fadenförmigen Arten auch Ablagerungen an der Pumpe usw.
Bakterien und niedere Eukaryonten:
Diese Gruppe der Mikroorganismen ist sehr weitschichtig. Größere Probleme können nur wenige Vertreter machen, die keinen Sauerstoff benötigen, sondern von anderen Stoffen leben. Sie können sich sogar in geschlossenen Systemen so weit ausbreiten, wie es die "Nahrung" erlaubt.
Allen Organismen ist gemeinsam, dass sie in geschlossenen Systemen schlecht bzw. nur zeitweise gedeihen, da sie lediglich die im Kühlwasser vorhandenen Stoffe verbrauchen können und damit letztendlich zum Absterben verurteilt sind.
1.3 Wirkweisen verschiedener Biozide
Aluminium-/Kupfersulfat:
Diese Chemikalien beziehen ihre Wirkung aus den metallischen Ionen, die sie freisetzen, wenn sie sich in Wasser lösen. Aluminium bzw. Kupfer ist in ionischer Form für viele niedere Organismen ein starkes Zellgift, da die vor allem Kupferionen Störungen im Stoffwechsel verursachen (bei Tieren usw. aufgrund nur minimaler Resorption kaum Gefahr). Für alle Algen und Pilze sowie einen Großteil der Bakterien sind schon geringe Dosen im Wasser tödlich, es gibt aber auch einige wenige, die davon nicht betroffen sind. So z.B. tolerieren einige Stämme von Thiobacillus auch große Mengen Kupfer im Wasser und sind damit nicht zuverlässig abzutöten. Nebenbei haben diese Bakterien auch noch die Eigenschaft, Kupfer in Lösung zu bringen und damit evtl. Korrosion auszulösen.
Säuren:
Saure Medien sind für viele Mikroorganismen aufgrund des pH-Wertes nicht besiedelbar, da ihre Hülle entweder selbst diesen pH-Wert nicht überstehen, oder ihr Stoffwechsel nicht mehr funktioniert. Es gibt aber sowohl einige Ausnahmen von der Regel, die sich auch oder gerade in einer sauren Lösung wohlfühlen, wie auch verschiedene Arten, die sich durch Schleimhüllen oder Kapselung schützen können. (Thiobacillus z.B. hat sein Wachstumsoptimum bei pH 2-3 !)
Laugen:
Laugen als Gegenstück zu Säuren besitzen ähnliche Wirkungen wie Säuren, nur bei einem anderen pH. Auch hier gibt es sehr resistente Arten von Mikroorganismen.
Alkohole:
Alkohole wirken aufgrund ihrer nahen chemischen Verwandtheit mit gängigen Stoffwechselprodukten als starkes Zellgift, da sie leicht aufgenommen werden, aber schnell zu Stoffwechselstörungen im Organismus führen. Es gibt nur wenige Organismen, die Alkohole tolerieren, wie z.B. Bierhefe. Diese Toleranzen sind aber in ihrer Größenordnung sehr beschränkt, weswegen Alkohole sehr breitenwirksame Desinfektionsmittel sind.
Chlor:
Chlor wird üblicherweise über Verbindungen zugesetzt, die danach Chlor freisetzen; eine (noch) gängige Methode, um Schwimmbäder zu desinfizieren. Chlor hat als Radikalbildner und seine daraus resultierende starke Neigung, mit allem zu reagieren, was dazu in der Lage ist, eine verheerende Wirkung auf biologische Gewebe und ist ein allgemeines Zellgift, dem kein in üblichen Umgebungen angetroffener Mikroorganismus widerstehen kann. Chlor ist allerdings auch für den Menschen giftig und bildet evtl. in einer Wasserkühlung Gase. Auch sind unerwünschte Reaktionen wie Versprödung von Kunststoffleitungen oder Beschädigungen an Pumpen je nach Material möglich.
Wasserstoffperoxid:
Wasserstoffperoxid ist eine mittlerweile aufkommende Alternative zur Chlorung von Schwimmbädern. Es ist eine instabile "Variante" des Wassers, das im Überschuß Sauerstoff enthält und ihn leicht abgibt. Dieser Sauerstoff wirkt chemisch nicht nur als Bleichmittel wie beim Friseur, sondern auch ähnlich wie Chlor durch seine Reaktivität als Radikal stark desinfizierend. Auch hier sind Ausgasung und Nebenreaktionen möglich. Nicht zu verwechseln mit diesem Sauerstoff ist allerdings der normale Luftsauerstoff, der in Molekülform vorliegt und daher wesentlich ungefährlicher ist.
Silber:
Silber ist nicht nur Edelmetall, es hat auch stark desinfizierende Wirkung, ähnlich, aber stärker als Kupfer. Silber wird z.B. im Outdoor-Bereich als Desinfektionsmittel in Tablettenform für Wasser oder als Beschichtung keramischer Filterkartuschen verwendet.
Tenside:
Tenside sind größtenteils organische Verbindungen, die sich mittels reaktiven Stellen im Molekül an Schmutzteilchen anlagern und diese von Oberflächen entfernen sollen, zumeist werden sie in Wasch- oder Putzmitteln verwendet. Ihre toxische Wirkung ist nicht besonders hoch, aber als Beimengung zu Frostschutzmitteln und Spülmitteln sind sie für Wasserkühlungen relevant.
2. Korrosionsverhalten von Wasserkühlungen
2.1 Normale Korrosion von Aluminiumkühlern
Aluminum ist neben dem langsam mehr und mehr verwendeten Kupfer das gängigste Material, aus dem man Kühler herstellt. Aluminium ist leicht, gut zu verarbeiten und sehr gut wärmeleitend; zudem ist es recht preiswert.
Der große Nachteil des Aluminiums ist, dass es chemisch sehr reaktiv ist. Aluminium neigt stark zur Oxidation, gibt also gerne Elektronen ab und geht in die ionische Form über. An Umgebungsluft zeigt sich dabei über die Zeit lediglich eine weiße Aluminiumoxidschicht (Korund), die den Kontakt des darunterliegenden Aluminiums mit dem Luftsauerstoff verhindert und damit die Reaktion zum Erliegen bringt und damit das Metall schützt. In Wasser jedoch sieht diese Reaktion anders aus !
Das als Übergangsfom gebildete AlO(OH)2 ist amorph, gelartig und mischt sich sehr gut mit Wasser, da es keine stabile Schicht bildet (auch wenn es unlöslich ist), so dass es bei einer Wasserkühlung durch den Wasserstrom abgetragen wird und sich die schützende Oxidschicht gar nicht ausbilden kann. Im Wasserkreislauf erfolgt dann die Umsetzung ins ebenfalls nicht wasserlösliche Aluminiumoxid (Korund), dass als weißes Pulver ausfällt und durch die Wasserströmung einen ähnlichen Effekt zur Folge hat, wie z.B. ein Sandstrahler. Daraus resultiert, dass die einmal eingesetzte Beschädigung des Material stetig weiterläuft und damit starke Korrosionsschäden zu erwarten sind. Weiße "Ausblühungen", Lochfraß und Aufrauhung sind dafür typische Erscheinungsformen, wie sie schon an einigen Beispielen im Internet zu finden sind. Aus diesen Gründen werden praktisch alle Aluminiumkühler zum Schutz beschichtet oder Eloxiert, was nichts anderes bedeutet als die schützende Oxidschicht schon vor dem Einsatz im Wasser zu erzeugen. Einen besonderen Einfluß auf die Wärmeleitung stellen diese Schichten aufgrund ihrer guten Wärmeleitung und sehr geringen Dicke nicht dar.
2.2 Normale Korrosion von Kupferkühlern
Kupfer ist ein Halbedlemetall und sowohl schwerer, wie auch teurer als Aluminium. Jedoch durch seine chemische Beständigkeit und die fast doppelt so hohe Wärmeleitfähigkeit wie Aluminium gewinnt Kupfer in der PC-Kühlung zusehends an Boden.
Kupfer ist chemisch wesentlich stabiler als Aluminium, Eisen usw., es kommt sogar in der Natur bereits teilweise in metallischer Form vor, im Gegensatz zu Aluminium. Kupfer reagiert üblicherweise so, wie man es auch von Kupferdächern oder Regenrinnen her kennt - es wird dunkel.
Dabei bildet sich über das rote, wasserunlösliche Kupfer-I-Oxid (Cu2O) sehr rasch das schwarze Kupfer-II-Oxid (CuO), welches ebenfalls eine Schutzschicht für das darunterliegende Metall darstellt. Im Unterschied zum AlO(OH)2 jedoch ist Kupferoxid relativ stabil und geht zudem praktisch sofort ins Kupfer-II-Oxid über, so dass auch in einem Wasserstrom keinerlei Ablösungs- und Korrosionseffekte resultieren. Einen besonderen Einfluß auf die Wärmeleitung stellen diese Schichten aufgrund ihrer guten Wärmeleitung und sehr geringen Dicke nicht dar.
Die typische Grünfärbung (Grünspan oder Kupferlasur) von Regenrinnen allerdings tritt unter den Bedingungen einer Wasserkühlung nicht auf, da diese Kupferlasur zu einem großen Teil an Zusätzen von anderen Materialien zum Kupfer bzw. Kontakt mit anderen Stoffen aus der Umgebung resultiert, wie sie in einer Wasserkühlung ja auszuschließen sind! Kupferkühler benötigen daher eigentlich keine Oberflächenbeschichtung, sofern nicht andere Einflüsse auf das Metall einwirken - sie beschichten sich selbst.
2.3 Kombination verschiedener Metalle - galvanische Elemente
Kombiniert man unterschiedliche Metalle in einer Wasserkühlung, so verbindet man zwei unterschiedliche Metalle mit einem elektrisch leitfähigen Fluid. Das Ergebnis ist ein galvanisches Element, oder trivial gesprochen: eine Batterie.
Über das Fluid können Elektronen wandern; da aber Metalle charakteristischerweise beim Übergang zum Ion Elektronen abgeben, gehen sie als Ion in Lösung. Das fatale an diesem Effekt ist, dass bei einer Kombination von unterschiedlichen Metallen das Bestreben des unedleren Metalls, in Lösung zu gehen, stärker ist, als die des Edleren. Das unedlere Metall gibt also seine Elektronen ab und geht in Lösung, das edlere Metall nicht - und damit korrodiert die unedle Komponente verstärkt, nämlich so lange, bis kein unedles Metall mehr vorhanden ist, erst dann kann das edlere Metall beginnen, sich zu lösen. Dieser Effekt wird z.B. im Automobilbau genutzt, wo durch eine Zinkbeschichtung Karosserien aus Stahl gegen Durchrostung geschützt werden. Umgekehrt bedeutet dieser Effekt, dass bei einer Beschichtung mit einem edleren Metall auf einem unedleren bei einer noch so geringen Beschädigung der Schutzschicht das darunterliegende Material korrodiert (weil ja dann wieder ein galvanisches Element vorliegt) und damit ein extrem starker, lokaler Lochfraß und ein Abplatzen der Schutzschicht erfolgt.
Es empfiehlt sich daher generell, derartige Kombinationen von Materialien nach Möglichkeit zu vermeiden.
3. Empfehlungen für Aluminiumkühler
Allgemein korrodiert Aluminium - wie erwartet - leicht und ist daher weniger gut für Wasserkühlungen geeignet. Viele Zusätze können bei Aluminiumkühlern nicht eingesetzt werden, weswegen sich die Empfehlungen hier in Grenzen halten.
Sehr empfehlenswert sind allerdings starke und chemisch beständige Schutzbeschichtungen für das Aluminium, da sonst die Korrosion nur bedingt Freude am Kühler aufkommen lässt. Aber auch dann sollte man peinlichst genau darauf achten, dass man nicht aus Versehen diese Schichten beschädigt oder durch häufigen Wasserwechsel abträgt, da dann ihre Schutzwirkung schnell in Materialzersetzung umschlägt.
(Welche Zusätze dann evtl. zusätzlich in Frage kommen, ist von der Beschichtung abhängig)
3.1 Aluminiumkühler mit Wassertank
Aufgrund der größeren Wassermenge und dem zumeist vorkommenden Kontakt zur Außenluft kann man hier eigentlich nur höhere Alkohole wie Propanol oder tensidhaltige Mittel wie Spülmittel oder manche Frostschutz-Mischungen einsetzen. Ihre Schutzwirkung gegen Mikroben ist begrenzt, weswegen sich eine minimale Dosierung in der Größenordnung von ca. 1ml pro Liter empfiehlt. Da aber hier nicht hundertprozentig sicher ein Befall auzuschließen ist, empfehlen sich regelmäßige, kurzzeitige Spülungen mit hochprozentigem Alkohol; je nach Dosierung im Mittel alle 4-6 Monate. Beim Zusatz von Ethanol und einem zur Umluft offenen Behälter sollte man in regelmäßigen Intervallen darauf achten, ein wenig Alkohol nachzufüllen, da Ethanol oder auch Methanol bereits bei üblichen Zimmertemperaturen stark flüchtig sind; bei mehrwertigen und/oder schwereren Alkoholen (-diolen bzw. Propanol/Butanol usw.) ist es aufgrund der höheren Siedetemperatur ausreichend, nach den turnusmäßigen Spülungen aufzufüllen.
3.2 Aluminiumkühler mit Radiator
Da es sich hier um ein geschlossenes System handelt, dessen Kühlflüssigkeit praktisch nicht ausgetauscht wird, kann man hier auf Biozid-Zusätze getrost verzichten. Um aber eine Ausbildung von Korrosion zu verhindern, empfehlen sich geringe Mengen Tensidzusätze bzw. Alkohol, etwa in einer Dosierung bis 1ml/Liter.
4. Empfehlungen für Kupfer-Kühler
Kupfer ist im Einsatz als Wasserkühlung sehr beständig und erlaubt eine große Variation von Wasserzusätzen, ist also dem Aluminium bei weitem vorzuziehen. Beschichtungen zum Schutz sind großteils unnötig, da sie sich bildende Oxidschicht als Schutz genügt
4.1 Kupferkühler mit Wassertank
Auch hier ist eine erhöhte Biozid-Zugabe teilweise wünschenswert, allerdings bleiben fast alle Möglichkeiten der Desinfektion erhalten. Sofern man die schwarze Oxidschicht toleriert, kann man sowohl Wasserstoffperoxid, als auch Alkohole und Kupfersulfat als Zusatz empfehlen. Die Dosierungen liegen hierbei im Bereich um 0,1g/Liter beim Kupfersulfat, 10ml/Liter Alkohol und beim Peroxid bei 5-10ml/Liter. Hier benötigt man eigentlich keine Reinigungsintervalle, da die Biozid-Mischungen genügend Toxizität haben, um Keime auf Dauer von der Besiedelung des Wasserbehälters abzubringen.
Einziger beachtenswerter Punkt ist ein regelmäßiges Nachfüllen von flüchtigen Zusätzen wie Wasserstoffperoxid und leichten Alkoholen.
4.2 Kupferkühler mit Radiator
Das Optimum für eine Wasserkühlung im praktikablem Umfang stellt wohl ein geschlossener Kreis mit Kupferkühlung und Radiator dar. Hier lässt sich gefahrlos reines destilliertes Wasser verwenden, da alleine schon das beim Bilden der Oxidschicht angelöste Kupfer für die meisten Keime tödlich ist und der Rest sich in der nährstoffarmen Umgebung nicht entwickeln kann. Wer aber hundertprozentig sichergehen will, dass er keinerlei Keime in seinem System hat, der kann Wasserstoffperoxid, Alkohol und/oder Kupfer/Aluminiumsulfat in einer Dosierung um 0,01mg Sulfat, 1-4 ml Alkohol oder 2ml Peroxid pro Liter Wasser zugeben.
5. Probleme mit Schlauchmaterialien
Je nach Kühlmittel können auch die Schläuche des Systems über lange Zeiträume hinweg teilweise Veränderungen zeigen, vor allem bei häufigem Wasserwechsel. So neigen z.B. viele Kunststoffe unter UV-Licht zur Versprödung, teilweise auch unter verschiedenen Chemikalien, weswegen in Kürze hier noch eine Tabelle nachgeliefert werden wird, aus der man auch Anhaltspunkte über die Beständigkeit verschiedener Schlauchmaterialien entnehmen kann.
Bis dahin braucht sich aber kein Benutzer Sorgen um die Dichtigkeit seines Systems zu machen, da es sich bei dieser Materialermüdung um so geringe Größenordnungen handelt, dass bei unseren ausgelieferten Schläuchen aus PVC eine mehr als ausreichende Beständigkeit auf über mindestens ein Jahr hinaus bei praktisch allen Kühlmittel-Mischungen gegeben ist.
Anhang
Chemikalienbeständigkeit von Kunststoffen
Da auch die Schlauchleitungen in einem Kühlsystem wichtige Komponenten darstellen, sollte man sich beim Einsatz von Zusätzen zum Kühlwasser auch vergewissern, dass die verwendeten Materialien nicht möglicherweise gegen die Zusätze nicht beständig sind und sich daraus später Probleme ergeben können. Im Allgemeinen sind für Wasserkühlungen keine besonders hohen Ansprüche zu stellen, jedoch kann es in verschiedenen Fällen -z.B. bei einem System mit Tank und häufigem Wasserwechsel oder Peltiersystemen, bei denen die Wassertemperatur über 60°C steigen könnte- durchaus sinnvoll sein, ein Augenmerk auf die Schläuche zu haben, die man verwendet.
Da allerdings die Zahl der verwendeten Kunststoffmischungen extrem groß ist, sollte man immer daran denken, dass diese Werte lediglich Informationen über eine Kuststoffsorte im Allgemeinen und bezüglich Reinstoffen geben, nicht immer stimmen diese Angaben auch für jeden Spezialfall! So sind z.B. in einem geschlossenen System die Beständigkeiten teilweise sehr viel höher als in einem offenen Kreislauf, auch können spezielle einzelne Chemikalien Probleme machen, obwohl ihre chemische "Familie" das im Allgemeinen nicht macht; usw. usf.
Reinigungs - FAQ
Frage: Wann muß ich meinen Heatkiller-Kühler reinigen?
Antwort: Das hängt stark von der Behandlung des Blocks ab. Je schmutz- und salzhaltiger das Wasser, umso mehr Kalk und Schmutz können sich ablagern; das sollte aber eigentlich schon von vornherein vermieden werden. Wir empfehlen zum Einsatz mit unseren Produkten auf jeden Fall destilliertes bzw. demineralisiertes Wasser, evtl. mit geeigneten Zusätzen. Bisherige Erfahrungswerte zeigen, dass aber auch bei normalem Leitungswasser und einem offenen System, das Staub aus der Umgebung aufnehmen kann, eine Reinigung üblicherweise nicht öfter als alle 6-8 Monate durchgeführt werden muss. Bei der Verwendung eines Radiators und destilliertem Wasser sind daher problemlos auch Jahre möglich; eine Kontrolle dann und wann schadet aber nicht.
Frage: Bleibt dabei die Garantie erhalten?
Antwort: Die Garantie auf die Verarbeitung bleibt selbstverständlich in jedem Fall erhalten, die Dichtheitsgarantie erlischt allerdings beim Öffnen; wir können ja nicht garantieren, dass kein User beim Zusammenbau mal einen Fehler machen kann. Wird der Heatkiller hingegen zur Wartung an uns eingesandt (Anmerkung: dieser Service ist in Kürze verfügbar), so wird die Garantie automatisch erneuert, da ein Dichtigkeitstest im Service inbegriffen ist.
Frage: Welche Teile des Heatkiller sollten behandelt werden?
Antwort: Sowohl die Anschlüsse (egal ob Schlauchtüllen oder Steckverbinder) wie auch die Außenseite des Heatkiller-Kühlblocks sind wartungsfrei, benötigen also keine spezielle Pflege; lediglich der Kühlkanal und die Auflagefläche für den Prozessor sollte für optimale Kühlleistung gereinigt werden.
Frage: Mein Heatkiller zeigt dunkle Stellen/Grünspan - müssen/sollen sie entfernt werden?
Antwort: Dunkle Stellen (Kupferoxid) entstehen, wenn das Kupfer des Blocks mit gelöstem Sauerstoff aus dem Wasser reagiert. Dieser Vorgang erzeugt eine stabile und sehr dünne Schicht, die den Wärmeübergang normalerweise nicht behindert. Grünspan entsteht ähnlich, wobei aber Verunreinigungen dafür sorgen, dass nicht Kupferoxid sondern andere, weniger stabile Verbindungen entstehen. Eine Entfernung von Grünspan (entsteht normalerweise höchstens durch Verschmutzungen im Wasser bei Tanksystemen) ist ratsam, nachgedunkeltes Kupfer kann, muss aber nicht entfernt werden, um die Funktion zu gewährleisten. (Empfohlener Reinigungsvorgang: siehe Polieren)
Frage: Mein Heatkiller zeigt Kalkspuren - wie entferne ich sie?
Antwort: Kalk entsteht durch zu hartes bzw. nicht demineralisiertes Wasser und sollte vermieden werden! Kalk läßt sich jedoch leicht durch Einlegen des Heatkiller-Blocks in Säuren oder handelsübliche Entkalkerlösungen beseitigen. (Empfehlenswert sind: Essig, Essigessenz, Zitronensäure, Badreiniger)
Frage: Ich habe anhaftenden Schleim im/am Heatkiller - wie entferne ich diese Schmierschichten?
Antwort: Biologische Schmierfilme sind eine deutliche Leistungsminderung und können zudem im Einzelfall beschleunigend auf die Korrosion einwirken, weswegen eine gründliche Reinigung des gesamten Systems nötig ist. Diese Reinigung sollte zu allererst mechanisch erfolgen, um möglichst viel des Schleims von vornherein abzutragen. (Empfohlener Reinigungsvorgang: siehe Polieren) Danach kann man durch gründliches Spülen über 5-10 Minuten mit bakteriziden Mitteln (unbedingt auf Materialverträglichkeit prüfen; ggf. mit einer Liste der Inhaltsstoffe nachfragen) die Reste der Bakterien möglichst vollständig abtöten und durch sorgfältiges Nachspülen mit destilliertem Wasser weitestgehend beseitigen. (Empfohlene Reiniger: Kupfersulfatlösung mit >5 g/Liter Kupfersulfat, Aceton, Brennspiritus 94%ig, Quarternäre Ammoniumverbindungen)
Frage: Wie poliere ich das Kupfer auf den ursprünglichen Zustand?
Antwort: Man benötigt dazu etwas destilliertes Wasser, Schleif/Poliermittel, saubere Lappen/Tücher sowie Wattestäbchen (alternativ auch Pfeifenreiniger o.ä.). Vorgehensweise:
Heatkiller demontieren
zu polierende Stellen mit Poliermittel behandeln, kurz einwirken lassen und in kleinen, kreisenden Bewegungen mit wenig Druck in mehrfachen Bahnen über die zu polierende Stelle arbeiten
Gut mit destilliertem Wasser abspülen, trockenreiben
Sofern das Resultat noch nicht zufriedenstellend ist, Prozedur wiederholen. Für gröbere Kratzer o.ä. kann auch gröberes Schleifmittel, z.B. Naßschleifpapier mit Körnung >1200 oder Polierpasten etc. zur Vorbehandlung verwendet werden.
Es ist z.B. für die Entfernung von biologischen Schmierschichten auch möglich, das System kurzzeitig mit verdünntem Schleifmittel zu durchspülen, um die Schichten besser abzutragen. Diese Vorgehensweise schädigt aber - auf Dauer angewandt - in geringem Maße die Pumpe, daher übernehmen wir keine Garantie, dass die verwendeten Pumpen dadurch keine Fehlfunktionen/ vorzeitigen Verschleiß aufweisen können! (Empfohlene Poliermittel: Sidol, Stahl-Fix classic, Cera Clen)
Frage: Auch nach dem Polieren ist das Kupfer nicht wieder richtig hell geworden. Wie bekomme ich das wieder hin?
Antwort: Es kann durchaus sein, dass durch das Polieren nicht mehr der vollkommen blanke Zustand der Oberfläche erreicht wird. Eine weitere Verbesserung kann es bringen, wenn man den Kupferblock (ohne Dichtungen etc., wegen Versprödung!) übernacht in Salzwasser mit etwas Alufolie, Magnesiumband oder Zink einlegt. Auch mit Essig und Salzwasser werden gute Effekte erreicht. Wichtig! Nach dem Einlegen vor dem Wiedereinbau gut mit destilliertem Wasser spülen, nicht zu lange einlegen.
Frage: Der Dichtring meines Heatkillers scheint beschädigt zu sein. Wie kann ich ihn ersetzen?
Antwort: Die Dichtungen der Heatkiller-Serie sollten bei optisch erkennbaren Beschädigungen durch Hitze (z.B. längerer Pumpenausfall und resultierende Überhitzung) bzw. mechanische Belastungen (hauptsächlich fehlerhafter Einbau nach Reinigungen) sicherheitshalber getauscht werden. Am sichersten ist es, den Kühler an uns zur Wartung zu senden, da im Service eine Dichtheitsprüfung und damit eine Erneuerung der Dichtheitsgarantie inbegriffen ist. Für die Selbstmontage sind die passenden Dichtungen entsprechend des Kühlertyps im Online-Shop zu bestellen.
Frage: Wie steht es mit dem Radiator, der Pumpe usw.?
Antwort: Alle von uns gelieferten Radiatoren besitzen Kupferrohre, so dass sie prinzipiell wartungsfrei sind. Sollten doch Verkalkungen o.ä. auftreten, kann man sie wie die Heatkiller-Blöcke pflegen. Da aber die Lamellen teilweise in Aluminium ausgeführt sind, ist darauf zu achten, dass diese nicht beim Einlegen in Reinigungslösungen mit in die Lösung gelangen; es empfiehlt sich stattdessen ein Durchspülen der Rohre. Die Pumpen, die von uns verkauft werden, sind wartungsfrei, da die mediumsberührten Teile aus Kunststoff bestehen, an dem sich kein Kalk o.ä. absetzt.
