Sinusspass
Volt-Modder(in)
Das Wakü-Megatutorial
Die Wasserkühlung ist oft als das große Kühlungs-Mysterium bekannt, womit alles möglich ist, die überragend aussieht (oder auch nicht) und die aus allen möglichen Sachen besteht.
Um Licht in das große Dunkel zu bringen, wird die ganze Angelegenheit jetzt ausführlich erläutert.
Inhaltsverzeichnis
- Vorwort
- Anforderungen und Erwartungen
- Grundfunktion der Kühlung
- Die einzelnen Komponenten
- Hersteller, Shops und Empfehlungen
- Einbau, Problemlösung und Wartung
- Nachwort
1. Vorwort
Eine Wasserkühlung ist dazu da, um wesentlich effektiver Wärme von den eigentlichen Komponenten abzuführen. Dazu besteht ein Kreislauf aus Kühlblöcken zur Wärmeaufnahme, Radiatoren zur Wärmeabgabe, einer Pumpe zum Wassertransport, Schläuchen oder Rohren zur Verbindung, Anschlüssen, um die Schläuche vernünftig mit den Bestandteilen der Wasserkühlung zu verbinden und natürlich dem Kühlmittel.So schnell ist ein Wasserkühlungstutorial geschrieben. Das hilft natürlich niemandem weiter, weil man danach immer noch nicht schlauer ist als vorher.
Es gibt reichlich Wasserkühlungstutorials, die die Komponenten ansprechen und grob ihre Funktion beleuchten. Diese mögen zwar die einzelnen Komponenten genauer betrachten, aber es gibt immer noch sehr viele dunkle Ecken, die unklar bleiben.
Mein Ansatz ist daher, weit in die Tiefe zu gehen und gerade die Kleinigkeiten anzugehen. Ich muss öfters noch nicht geklärte Begriffe verwenden, um die Funktion einzelner Bauteile zu erläutern, das lässt sich leider nicht umgehen. Man muss das Tutorial vermutlich -ziemlich sicher sogar- mehrmals lesen, aber danach weiß man wenigstens, was man da macht und was möglich ist. So zumindest mein Plan...
In diesem Tutorial wird so ziemlich alles, was es zur Wasserkühlung gibt, behandelt. Von der grauen Theorie bis in die leuchtende Praxis gehe ich alles durch. Ich bitte beim Lesen um Geduld, Wasserkühlung ist ein sehr ausführliches Thema und wenn man wirklich in die Tiefe gehen und nicht nur an der Oberfläche kratzen will, ist Geduld angebracht. Ich werde es mit den Details nicht übertreiben, dafür gibt es andere Themen, die das sehr genau behandeln. Das alles in ein Thema zu schreiben, würde den Rahmen definitiv sprengen.
Dennoch ist es im Verhältnis zu anderen Wasserkühlungtutorials sehr lange, aber die kurzen gibt es auch wie Sand am Meer. Darum mal in ausführlicher.
Hier wären ein paar ausführliche Erklärungen meinerseits zu den angesprochenen Themen, diese werden sich angemessen zusammengefasst auch in diesem Tutorial finden.
- Druck, Durchsatz und Kennlinie bei Pumpen und Lüftern
- Vom Chip zum Kühler
- Der Durchfluss und seine Bedeutung
Außerdem erkläre ich direkt hier die wichtigsten Einheiten:
W = Watt, Einheit für die Leistung. Hardware setzt ihre elektrische Leistungsaufnahme nahezu vollständig in Wärme um, daher kann die elektrische Leistungsaufnahme auch hervorragend als Wert für die Abwärme herangezogen werden.
K = Kelvin, Einheit für Temperaturen. Die Skala beginnt beim absoluten physikalischen Nullpunkt bei -273,15°C, ist also als Angabe für absolute Temperaturen eher ungeeignet. Dafür aber umso besser für Temperaturunterschiede. Dabei entspricht 1K 1°C, eine Temperaturerhöhung um 1°C (was streng genommen falsch wäre) entspricht also auch einer Erhöhung um 1K.
°C = Grad Celsius, geläufige Einheit für Temperaturen. Der Wertebereich ist für den alltäglichen Gebrauch und für absolute Temperaturangaben sehr praktisch, weil sich jeder etwas darunter vorstellen kann. Bei Temperaturdifferenzen ist die Angabe in °C aber eigentlich falsch bzw. würde zu unsinnigen Ergebnissen führen. Daher sollte man bei Temperaturdifferenzen zu Kelvin greifen, auch wenn so ziemlich jeder auch mit den Angaben in °C was anfangen kann.
l/h = Liter pro Stunde, also die Menge an Flüssigkeit, die in einer Stunde einen Bereich passiert.
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2. Anforderungen und Erwartungen
Bevor ich jetzt auf technische Feinheiten eingehe und ewig lang erkläre, wie was genau funktioniert, komme ich erstmal zu den Erwartungen, die man an die Wasserkühlung bzw. deren Bau setzen sollte. Erstmal sollte man sich bewusst werden, dass Wasserkühlung mehr Hobby als wirklich notwendig ist. Natürlich kann der eigene PC davon profitieren und wird das üblicherweise auch tun, aber es ist keine Ultimativlösung, die alles möglich macht. Die eigene Hardware hat ihre Grenzen und mit der Wasserkühlung kann man nur das Temperaturlimit quasi aufheben oder eben auch nur verschieben. Damit kann man dann recht hemmungslos übertakten, den PC extrem leise betreiben und/oder eine tolle Optik genießen. Dennoch ist es zum überwiegenden Teil ein Hobby, das Spaß machen sollte, und keine (gefühlte) Pflicht. Wer also keine Lust hat, seine Freizeit zumindest teilweise oder eine Weile lang mit der Wasserkühlung zu füllen und alles schnell fertig bekommen will, sollte sich vielleicht überlegen, ob das wirklich eine gute Idee ist. Die wirklich beeindruckenden Wasserkühlungen und Builds sind nahezu alle von Leuten, die da einen erheblichen Aufwand, und sei es in der Erlangung der Fähigkeiten, reingesteckt haben.Grundsätzlich braucht man drei Dinge: Zeit, Geld und vor allem Geduld. Wer es den ganzen Weg durch das Tutorial schafft, der hat bereits zwei der Eigenschaften bewiesen, nämlich Zeit und Geduld. Ihr könnt euch glücklich schätzen, denn euer Wakü-Bau wird dann mit hoher Wahrscheinlichkeit glücken.
Man kann drei Dinge erreichen: Kühlleistung, Lautstärke und Optik. Je nach Aufwand sind problemlos auch zwei oder gar alle Ergebnisse möglich.
Kommen wir nun zu den einzelnen Punkten, einer nach dem anderen.
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2.1. Zeit
Klar kann das alles schnell gehen, grundsätzlich ist eine kleine Wakü in wenigen Stunden gebaut. Das wäre zumindest der Optimalfall. Davor gehen aber (sehr) viele Stunden mit dem Lesen und Schauen von Tutorials und Anleitungen drauf, dann müssen die richtigen Komponenten ausgesucht werden, die ganze Geschichte muss zusammengeschraubt werden und schließlich muss alles noch fehlerfrei laufen. Das dauert naturgemäß etwas länger und gerade die Vorbereitung und das Einlesen brauchen oft sehr lange. Es kommt durchaus vor, dass jemand sich ein ganzes Jahr und oft noch länger intensiv mit der Theorie beschäftigt, bis endlich der eigene Build erfolgt. Klar kann das alles schneller gehen und das Tutorial hier ist im Grunde auch dazu da, um zumindest in der Theorie teils mehr als fortgeschrittene Kenntnisse zu erlangen. Dennoch dauert es selbst auf die effiziente Weise eine ganze Weile, insbesondere, da die ersten Berührungspunkte mit Wasserkühlung oftmals recht optikbezogene Videos anstelle von Foren sind.Wenn die Vorbereitung durch und das ganze Zeug endlich bereit ist, ist der Bau meistens auch keine Angelegenheit, die mal eben so schnell-schnell erledigt ist. Klar, wenn man schon ein dutzend Wasserkühlungen gebaut hat und nur einen kleinen Loop vor sich hat, ist das kein Aufwand, aber das kommt eher selten vor. Bei jedem größeren Umbau muss wirklich der ganze PC zerlegt werden. Dann ist die Montage eines kompletten Wasserkreislaufs inklusive der Lüfter allein der Komplexität wegen wesentlich zeitaufwändiger als unter Luft und kann -je nach Kreislauf- viele Stunden dauern. Manche Builds haben auch schon Tage verschlungen, nicht umsonst gibt es Tagebücher zu wassergekühlten PCs. Keine Sorge, in der Regel sind das Enthusiasten, die da mit viel Herzblut und Aufwand herangehen, Änderungen am Case betreiben und teilweise auch improvisieren müssen. Dann kann man manchmal auch nicht den ganzen Tag arbeiten und so zieht es sich hin. Treten dann noch Probleme welcher Art auch immer auf, dauert es wirklich etwas länger. In der Regel reicht ein Tag aber aus, um auf Wasserkühlung umzubauen. Von extremen Kreisläufen mal abgesehen.
Und so wird eine weitere Voraussetzung deutlich: Geduld.
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2.2. Geduld
Geduld und Zeit hängen eng beieinander und man könnte alles auch unter einem Punkt zusammenfassen. Aber nur Zeit zuviel zu haben, reicht nicht aus. Es braucht auch die nötige Geduld, am Stück viele Stunden dieser Zeit in gefühlt fruchtloser Arbeit zu verbringen. Gerade am Anfang ist man erstmal völlig überfordert und weiß gar nicht, wovon da geredet wird und was das so alles ist. Auch kann es beim Bau durchaus Probleme geben. Wichtig ist, dann nicht gleich die Hoffnung oder Beherrschung zu verlieren, sondern sich ruhig hinzusetzen und weiterzumachen. Natürlich kann man es auch jederzeit sein lassen und aufhören, aber das Ziel ist schließlich ein kompletter Kreislauf. Da braucht es einfach Geduld, es ist noch kein Meister vom Himmel gefallen.Im Wasserkühlungsbereich und vor allem auch über den Wasserkühlungsbereich gibt es sehr viel Halbwissen und Falschinformation, Hörensagen und persönliche Meinungen. Sich da zurechtzufinden dauert eine Weile. Der Markt ist doch recht komplex und viele eigentlich sogar recht kompetente PCler wissen von custom Wasserkühlungen etwa so viel wie der Durchschnittsbürger von Hardware. Das ist nicht böse gemeint und soll auch kein Vorwurf sein, aber trifft leider oft genug zu und wer sich nicht zumindest eine Zeit lang intensiv mit dem Thema beschäftigt hat, kann auch keine zutreffende Aussage treffen. Allein um hier Wissen von Halbwissen und Unwissen zu trennen, braucht es die nötige Geduld.
Auch wenn man mit der Zeit schneller wird, sollte man auch beim Bau nichts überstürzen. Das ist der heikelste Schritt überhaupt, denn dann geht es wirklich ans Eingemachte. Bis zum Bau war alles nur Theoretisieren und Kaufen, den Bau kann man so gesehen auch als Prüfung betrachten. Es geht an die Praxis und all das, was davor so leicht geklungen hat wird auf einmal schwer - oder umgekehrt. Im Grunde ist es allerdings nicht schwer, eine Wasserkühlung zu bauen. Es gibt für fast alle Produkte Anleitungen und gerade die Arbeit mit Schlauch ist beinahe lächerlich einfach. Eine einfache Wasserkühlung zu bauen ist durchaus leichter, als einen PC zu bauen. Dennoch arbeitet man da an teilweise sehr teurer Hardware und sollte nicht schnell, schnell alles zusammenschrauben.
Lasst euch Zeit beim Einbau! Was ihr da an Mehraufwand reinsteckt, spart ihr nachher bei der Fehlersuche, weil weniger Fehler passieren.
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2.3. Geld
Geld ist immer eine kontroverse Angelegenheit, auch bei Wasserkühlungen. Sehr oft wird nach einer möglichst günstigen Zusammenstellung gefragt. Grundsätzlich spricht auch nichts dagegen, auf das Preis-Leistungsverhältnis zu achten und nicht blind teures Zeug zu kaufen, ganz im Gegenteil. Im Grunde kann man eine technisch ganz ordentliche Wasserkühlung auch mit einem wirklich günstigen Budget zusammenstellen, aber das sind dann in der Regel Bastellösungen. Diese müssen grundsätzlich nicht schlecht sein und funktionieren oft genug wunderbar. Es hat aber Gründe, warum man eher wenige Kreisläufe bestehend aus alten Gebrauchtkühlern, Aquarienpumpen und KFZ-Kühlern sieht, und das ist oftmals die Optik, die bei solchen Builds eher nicht mit der üblichen Zielgruppe übereinstimmt. Daher wird sich üblicherweise an Komponenten gehalten, die speziell für die Verwendung in Wasserkühlungen für Computer vermarktet werden. Da explodiert der Preis im Vergleich zu den Bastellösungen natürlich und entsprechend werden viele Budgets unsinnig.Auch wenn viele sich von einigen ganz nett aussehenden Builds inspirieren lassen, werden die Kosten dabei gerne außen vor gelassen. So viel sei gesagt: Es ist kein billiger Spaß. Ein richtiger Kreislauf kostet deutlich mehr als selbst die teuerste AiO (zumindest noch, wer weiß, was die Zukunft bringt), dafür bekommt man aber auch, was man wollte. Wer seiner Wasserkühlung wirklich ein festes Budget auferlegt, was nicht nur als Richtlinie da ist, sollte sich wirklich überlegen, ob der Kreislauf die richtige Wahl war. Im Allgemeinen lohnt sich eine Wasserkühlung aus reiner Leistungssicht erst mal so gut wie gar nicht, da kann man sein Geld eher in stärkere Hardware stecken. Langfristig mag die Sache anders aussehen können, aber eine komplette Neuanschaffung geht erst mal ordentlich ins Geld, wenn man es richtig macht. Gerne wird aus Kostengründen bei wichtigen Komponenten wie Radiatorfläche, Lüftern und der Pumpe gespart, während unnötig viel Geld in den Agb, die Beleuchtung und sonstiges gesteckt wird. Natürlich kann man das machen und Optik als Präferenz ist durchaus eine valide Begründung. Dabei komplett den eigentlichen Grundgedanken der Kühlung zu vergessen, ist jedoch eher weniger zielführend und jeder langjährige Wasserkühlungsnutzer kann sagen, dass eine gute Grundlage wichtiger ist und man daran nicht sparen sollte. Man muss sich eben klar machen, dass Wasserkühlung nach allem immer noch mehr Hobby als Notwendigkeit ist. Also von daher: Wenn das Geld knapp ist, sollte man sich auch keine Wasserkühlung leisten. Zudem mag es fragwürdig sein, eine Wasserkühlung bauen zu wollen und dabei nur einen knappen Betrag zur Verfügung zu haben und sich nicht mehr leisten zu können.
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2.4. Eigeninitiative, Fachwissen und handwerkliches Geschick
Im Grunde ist eine Custom Wasserkühlung keine schwere Sache. Jeder, der einen PC zusammengebaut bekommt, kann auch eine Wasserkühlung zusammenbauen, selbiges bei der Zusammenstellung der Komponenten. Habe ich hier ja schon mal geschrieben. "Ich will jetzt ne Wasserkühlung, könnt ihr mir was zusammenstellen?" ist eine der denkbar schlechtesten Ansätze, die man verfolgen kann. Wie in den vorigen Punkten wohl klar geworden sein sollte, sind Geduld und Zeitaufwand ein sehr wichtiger Faktor, erst recht, wenn dann nachher einige hundert Euro/Dollar/Franken/Kronen/was auch immer in eine Wasserkühlung für einen deutlich über tausend Euro/Dollar/Franken/.... teuren PC versenkt werden sollen. Im schlimmsten Fall läuft etwas schief und man zerstört noch seine Hardware. Nicht, weil man zu schnell basteln wollte, sondern weil man im Vorfeld und beim Bau planlos war. Denn das ist der entscheidende Punkt hinter Zeit und Geduld: Dass man beim Bau wirklich weiß, was man da verbaut, wofür es gut ist und was man tut.Zugegeben, so viel muss man nicht wissen. Keiner braucht für seine Wasserkühlung irgendwas groß über Thermodynamik und Strömungsmechnanik zu wissen, das ist was für Fachdiskussionen unter Enthusiasten und Entwicklern von Kühlern. Die Grundlagen sollte jeder aber mal gehört bzw. gelesen haben. Zudem macht es vieles gerade in der Planung erheblich einfacher. Dazu sollte man dann auch zumindest eine grobe Übersicht über den Markt und die einzelnen Komponenten haben. Keine Sorge, niemand muss für seinen Build das ganze Portfolio mehrerer Hersteller kennen, man sollte aber schon Grundlagen kennen wie dass ein Fullcover-Grafikkartenkühler nur zu Karten mit dem richtigen Pcb passt, wo die Vor- und Nachteile unterschiedlicher Radiatorpositionen, Lüfterbestückungen und -ausrichtungen sind, ebenso, wie man Schläuche oder Rohre be- und verarbeitet. Das alles wird man für den Build brauchen, wenn man nicht die halbe Bauzeit im Internet nachschauen und nachfragen will. Da bekommt man dann das Wissen indirekt vermittelt, welches man vorher auch schon hätte erwerben können. Mit dem Unterschied, dass man mit guter Vorbereitung wesentlich flüssiger und unbesorgter bauen kann.
Womit wir nun zum handwerklichen Geschick kommen. Ich habe es gefühlt schon ein Dutzend mal geschrieben, es ist nicht schwer. Wer einen PC bauen kann, kann auch eine Wasserkühlung bauen. Allgemein gibt es gerade für Kühler eigentlich immer eine Anleitung, ebenso für viele andere Komponenten. Hält man sich daran, kann jeder, der schon mal einen Schraubenzieher benutzt hat, die Kühler verbauen. Zugegeben, Grafikkartenkühler sind aufgrund der vielen Schrauben etwas komplizierter, aber auch da ist es mit Hilfe der Anleitung eigentlich nicht schwer. Lüfter und Radiatoren sowie viele Ausgleichsbehälter und Pumpen sind in der Montage quasi selbsterklärend, erst recht, wenn man mal das ein oder andere Build-Video gesehen hat. Verschlauchen und Befüllen ist quasi geschenkt, mehr dazu gibts dann unter dem entsprechenden Punkt.
Nun aber etwas Gegenwind, denn nicht immer ist es so einfach. Hardtubing erfordert einigermaßen Präzision und Gefühl bei der Dosierung der Hitze. Dazu braucht es oftmals Übung, aus dem Stand ohne Vorerfahrung wird das natürlich schwer. Ebenso sind für einige Builds Anpassungen am Gehäuse nötig, sei es funktionaler oder optischer Natur. Das kann man mit der Wahl der richtigen Komponenten im voraus weitgehend oder komplett meiden, man sollte sich jedoch darauf einstellen, dass man unter Umständen am Gehäuse werkeln muss. Das geht von Bohrungen für die Befestigung eines Ausgleichsbehälters (in der Vergangenheit wohl der Mod schlechthin) über Bohrungen für Gehäusedurchführungen in irgendwelchen Wänden des Gehäuses bis hin zu kompletter Entkernung, wo alle unnötigen Innereien des Gehäuses entfernt werden oder aber auch durch angepasste Halterungen für Radiatoren oder Abdeckungen beispielsweise ergänzt werden. Die Möglichkeiten sind enorm und am Ende kann man mit genug Aufwand aus quasi jedem Gehäuse ein taugliches machen. Da bleibt dann zwar nicht unbedingt viel vom ursprünglichen Gehäuse übrig, aber man bekommt seine Wasserkühlung rein. Moderne Gehäuse sind oftmals bereits mit vielen Möglichkeiten zur Montage von Wakü-Komponenten ausgestattet, sodass man in der Regel Bohrmaschine, Dremel, Flex und was noch nicht braucht, aber unter Umständen wird die Verwendung von Werkzeug und vor allem genaues Messen erforderlich sein. Von optisch aufwändigeren Builds mit Hardtubes, Abdeckplatten und Gehäusedurchführungen sollte man mit zwei linken Händen vielleicht die Finger lassen und doch besser beim Schlauch bleiben. Das schafft nämlich wirklich jeder.
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2.5. Temperaturen
Ich schreibe es klar: Ihr könnt was erwarten, aber erwartet nicht zu viel. Das alles basiert immer noch auf Physik und nicht auf Magie und daher sind auch da Grenzen gesetzt. Gerade bei Prozessoren werde die Erwartungen oft enttäuscht, denn oft werden hier erhebliche Sprünge erwartet. Grundsätzlich ist zwar ein gewisser Vorteil möglich, gerade wenn eine hohe Leistungsaufnahme anfällt. Man muss sich aber klar sein, dass da Grenzen gesetzt sind und die wichtigste ist die Wassertemperatur. Dazu befinden sich alle Komponenten in einem Kreislauf und verwenden alle das gleiche Wasser zum kühlen und heizen es auf. Wird das Wasser dank stromsaufender Grafikkarte ziemlich warm, sind wirklich gute Temperaturen bei der CPU also Wunschdenken. Derartige Wassertemperaturen hat man auch in AiOs, gerne sogar bessere. Daher sind je nach Kreislauf und voriger Kühlung sogar schlechtere Temperaturen bei der CPU zu erwarten. Bei der Grafikkarte ist es natürlich nicht ganz so schlimm, aber auch hier hat man nicht zwingend einen Mehrwert. Heutige Luftkühler können erstaunliche Leistungen vollbringen und selbst Karten mit hoher Leistungsaufnahme gut kühlen. Bauartbedingt hat die Heatpipe durchaus auch Vorteile gegenüber Wasserkühlern, der Hauptgrund liegt jedoch schlicht in der Lüfterdrehzahl der Grafikkartenlüfter und dem durch in der Regel allgemein höheren Lüfterdrehzahlen unter Luft besseren Airflow durch die Kühlelemente. Die Radiatoren haben nur eine beschränkte Leistungsfähigkeit, gerade wenn sie schlecht belüftet werden. In dem Fall kann die Wassertemperatur durchaus hohe Werte erreichen, sodass die Hardware am Ende nicht zwingend kühler als unter Luft sein muss.Nach der ganzen Schwarzmalerei komme ich nun aber zu den erfreulicheren Punkten bei der Temperatur: Gute Werte sind durchaus möglich, es ist jedoch ein gewisser Aufwand vonnöten. Natürlich kann man mit Gewalt (hohe Lüfterdrehzahlen) die Wassertemperatur senken, aber auch schlicht durch sehr viel Radiatorfläche, welche leicht durch Frischluft zu erreichen ist. Schlussendlich sind so Wassertemperaturen recht nahe bei der Raumtemperatur möglich, jedoch ist dafür so viel Radiatorfläche nötig, dass selbst Big Tower oftmals nicht ausreichen. In diesem Bereich beginnt dann auch der Durchfluss mitzuspielen, durch den auch noch weitere Kühlleistung zu erreichen ist. Zugegeben, das ist der Kampf um die letzten paar °C. Möglich sind sehr gute Temperaturen (für die anliegende Leistungsaufnahme) also durchaus, man muss nur an den richtigen Stellschrauben drehen. Das mag dann eben ein riesiger, teurer Kreislauf werden, aber es ist ein sehr starker Kreislauf mit gewaltiger Leistung. Dafür erhält man aber auch gerade bei Grafikkarten Traumwerte und ist somit in der Leistungsaufnahme und anderen Werten zumindest vonseiten der Kühlung nicht mehr limitiert.
Aber genau da liegt das Problem. Solche sehr guten Werte werden oftmals als "Werbung" für Wasserkühlung genommen und es wird damit angegeben (ich bekenne mich schuldig), aber die zugehörigen Kreisläufe sind auch kein Maßstab für die üblichen Wasserkühlungen, und so sind es die zugehörigen Werte auch nicht. Man muss sich also bewusst sein, dass man in der Regel zwar (teilweise deutlich) bessere Temperaturen als unter Luft bekommen kann, aber dennoch nicht unbedingt die angepriesenen Traumwerte erreichen wird.
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2.6. Lautstärke
Lautstärke ist ein sehr wichtiger Punkt, hier kann die Wasserkühlung glänzen und das wird sie üblicherweise auch. Um zu verstehen, wo die Vorteile liegen, muss man einen Blick auf die Luftkühlung werfen. Unter Luft haben alle wichtigen Komponenten ihre eigenen Kühler und Lüfter, auch wenn Sekundärkomponenten in der Regel passiv durch den allgemeinen Luftstrom im Gehäuse oder durch den Luftstrom anderer Lüfter mitgekühlt werden. Dennoch hat die Grafikkarte mit mehreren 100W ihren Kühler, der beschränkt groß ist und daher hohe Lüfterdrehzahlen benötigt, die CPU hat ihren eigenen Kühler, deren Lüfter dank oft genug semisinnvoller Lüfterkurve ordentlich Krach macht, schlussendlich ist irgendwas immer laut. Unter Wasser kann das anders aussehen. Muss es aber nicht. Natürlich kann man eine geringe Lautstärke für bessere Temperaturen opfern, das geht aber auch umgekehrt. Man hat schlicht die Möglichkeit, durch mehr Kühlfläche in Form von Radiatoren eine sehr niedrige Wassertemperatur zu erreichen, wo man dann problemlos ein paar °C für niedrigere Lautstärke hergeben kann. Natürlich kann man entsprechend übertreiben und so viel Radiatorfläche verbauen, dass es kaum Unterschiede zwischen den einzelnen Lastzuständen gibt, egal wie langsam die Lüfter drehen. In dem Fall kostet der Kreislauf aber wieder so viel wie der halbe restliche PC und mehr und wird auch entsprechend riesig. Aber keine Sorge, deutlich niedrigere Lautstärke als unter Luft ist auch mit kleineren Kreisläufen möglich. Teuer wird es dennoch, aber darum gehts in dem Punkt nicht. Entscheidend ist, dass es grundsätzlich möglich ist, bei (sehr) guten Temperaturen die Lüfter in subjektiv unhörbaren Bereich laufen zu lassen.Wo man Lüftergeräusche durch entsprechende Radiatorfläche loswird, bekommt man durch die Pumpe eine neue Geräuschquelle dazu. Die Pumpe ist in der Regel nicht so laut, die guten Modelle auf dem Markt können es mit leisen Lüftern aufnehmen, sind jedoch per se nicht unhörbar. Es gibt allerdings auch deutlich schlimmere Modelle, gerade im Niedrigpreissegment oder in Form von (abgewandelten) Aquarienpumpen. Dazu können natürlich Gegenmaßnahmen getroffen werden, abhängig von der Geräuschkulisse und den eigentlichen Problemen. Hier muss grundsätzlich zwischen dem Betriebsgeräusch und übertragenen Vibrationen unterschieden werden. In der Pumpe sind bewegliche Teile verbaut und das Wasser wird mit einer Kraft bewegt, die gerne die Kraft aller Lüfter zusammen übertrifft. Völlig geräuschfrei läuft sowas nicht ab, das hat Bewegung nun mal an sich. Die Pumpe erzeugt dabei ein für das jeweilige Modell charakteristisches Betriebsgeräusch. Wie stark das hörbar ist, hängt zu einen vom subjektiven Empfinden ab, so nehmen manche Personen tiefes Brummen nicht als störend war oder umgekehrt hohes Summen, andererseits aber auch vom verwendeten Gehäuse (der Pumpe, nicht des ganzen PC´s) bzw. dem verwendeten Deckel (und eventuell auch Bodenstück) ab. Dabei kommt es vor allem auf das Material und das Gewicht an. Das Material sollte grundsätzlich den Schall sehr schlecht leiten, andererseits aber auch möglichst schwer sein. Beides widerspricht sich gerne oder kommt mit den übrigen Anforderungen, die die Pumpe und der Kreislauf stellen, nicht zurecht. Als ideal hat sich also ein schwerer Metalldeckel erwiesen. Dieser leitet den Schall zwar gut, die Schwingung des Materials ist aber bedingt durch das bei weitem höhere Gewicht deutlich niedriger. Ein Bodenstück erfüllt einen vergleichbaren Zweck im unteren Bereich, wo es den Schall aufnimmt, aber nur schwach in Schwingungen versetzt wird. Einige Pumpen haben jedoch nicht die Möglichkeit, über Deckel und erst recht nicht Bodenstücke zu bestimmen, wie gut der Schall an die Umgebung abgegeben wird. In dem Fall und auch sonst ist Dämmung ebenfalls ein wirksames Mittel zur Geräuschreduktion. Möglich sind dabei mit Schaumstoff ausgekleidete zusätzliche Pumpengehäuse oder man verbaut die Pumpe schlicht in der tiefsten Ecke des Gehäuses, wo das Betriebsgeräusch durch möglichst viel Material im Weg abgedämpft wird.
All diese Maßnahmen zur Geräuschreduktion sind natürlich fruchtlos, wenn der Schall nicht ausschließlich über die Luft übertragen wird, sondern Vibrationen mitunter das ganze Gehäuse in Schwingungen versetzen. Das ist sehr deutlich zu erkennen, wenn man die Hand auf das Gehäuse legt. Dagegen hilft vor allem, dafür zu sorgen, dass die Pumpe keinen festen Kontakt zum Gehäuse hat, sondern über diverse Entkopplungsmethoden von gummierten Schrauben über Schaum- Schwamm- und Moosgummimatten bis hin zu einer Aufhängung im Gehäuse möglichst vom Gehäuse gelöst wird. Entscheidend ist hierbei, dass es keine guten Schall- und damit Schwingungsleiter zwischen Pumpe und Gehäuse gibt oder aber, dass das Gehäuse so stabil ist, dass es schlicht keine hörbaren Schwingungen gibt. Die dazu nötigen Materialstärken würden das Gewicht aber enorm erhöhen, sodass es in der Praxis quasi kein Gehäuse gibt, wo man bedenkenlos eine Pumpe direkt festschrauben kann.
Wozu aber das ganze, wenn man die Pumpe doch einfach drosseln kann? Nun, teilweise anders als bei Lüftern sind Pumpen bei niedrigerer Drehzahl nicht zwingend leiser. Das ist zwar oft so, aber es spielen mehrere Faktoren rein, sodass eine Pumpe bei höherer Drehzahl eine passende Resonanzfrequenz erzeugt und damit leiser wird. Allgemein ist eine langsamere Pumpe jedoch leiser, drosseln ist also durchaus eine valide Option. Zudem spielt der Durchfluss nicht den größten Einfluss, sodass eine Reduktion dort oft keinen nennenswerten Unterschied bei der Temperatur ausmacht. Für Temperaturenthusiasten zählt natürlich jedes °C, da muss die Pumpe selbstverständlich so viel Durchfluss liefern wie irgend möglich.
Was man auch nicht vergessen sollte und was im Zuge der Positionierung der Pumpe bereits angedeutet wurde, ist die Positionierung der ganzen Wasserkühlung. Umso weiter weg die Lärmquelle ist, umso leiser ist sie. Natürlich kann man nicht einfach den ganzen PC in einen anderen Raum stellen (also kann man schon, wenn man ihn nicht unbedingt in seiner Nähe haben will), aber man kann die externe Wasserkühlung mit externer Pumpe auf Abstand bringen. Schon wenige Meter bringen einen ordentlichen Mehrwert bei der Lautstärke. Da größere Schlauchlängen kein Problem darstellen, ist die entfernte Positionierung technisch problemlos möglich.
Allgemein gilt also, dass man zwar eine zusätzliche Lautstärkequelle in Form der Pumpe erhält, jedoch sowohl diese als auch die Lüfter wesentlich leiser betreiben kann. Dadurch tritt jedoch oft ein unangenehmes Nebenproblem auf: Durch das nun deutlich reduzierte oder gar nicht mehr vorhandene (in der Regel einigermaßen angenehme) Lüfterrauschen hört man andere Geräusche des PC´s umso deutlicher. So sind nun ratternde HDDs (wer sowas noch im PC hat), doch gar nicht so leise Netzteile und vor allem Spulenfiepen wesentlich leichter wahrzunehmen. Das muss man sich auch vor Augen halten. Gerade Spulenfiepen kann unter Wasser objektiv auch schlimmer ausfallen also unter Luft. Natürlich kann man diese unschönen Nebengeräusche zu Gunsten besserer Temperaturen mit luftkühlungsähnlichen Lüfterdrehzahlen überdecken, das widerspricht dann aber dem Grundsatz der leisen Kühlung.
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2.7. Optik
Der kontroverse Punkt schlechthin, Optik. Ich könnte jetzt einfach sagen, Geschmäcker sind verschieden, schaut euch bei der Bildersuche an, was man optisch machen kann.Natürlich wäre das zu einfach und nicht angemessen. Persönliche Präferenz mal außen vor gibt es nahezu unbegrenzte Möglichkeiten, seinen PC optisch zu gestalten und ein wahres Unikat zu bauen - oder aber einen von vielen nahezu identischen Builds im selben Gehäuse. Da kann natürlich jeder selbst entscheiden, was er will und es ist wirklich persönliche Präferenz.
Grob kann man sagen, es gibt unzählige Möglichkeiten, seinen PC bzw. die Wasserkühlung optisch anzupassen und aufzuhübschen. Manches ist mit der Wahl der geeigneten Komponenten erledigt, anderes erfordert größeren Aufwand und Anpassungen am Gehäuse. Sei es Hardtubing, RGB-beleuchtete Kühler, klare Schläuche, farbige Flüssigkeit oder sonst was. Möglichkeiten gibt es viele und leider (oder gehässig gesagt zum Glück) sind viele dieser Optionen mit funktionalen Nachteilen verbunden, Näheres findet sich in den jeweiligen Absätzen zu den entsprechenden Bauteilen im 4. Hauptpunkt. Natürlich kann man auch eine ganz andere Schiene einschlagen und eher auf einen metallischen Look setzen, mit verchromten Teilen und reflektierenden Oberflächen arbeiten oder die Optik ganz in den Wind schießen und (absichtlich oder nicht) nur auf reine Funktionalität setzen.
Leider kostet die gewünschte Optik auch etwas und gerade im beleuchteten Segment fällt die Komponentenwahl und der endgültige Build oft genug so aus, dass es sehr viele optisch sehr ähnliche Systeme gibt. Das ist natürlich völlig in Ordnung und man kann bauen was man will, aber es gibt viele taugliche Gehäuse und Komponenten, sodass man sehr leicht einen optisch herausstechenden PC bauen kann. Das muss nicht zwingend leuchten, sondern kann eher durch schlichte Eleganz bestechen oder durch irgendeine andere Herangehensweise. Ich befürchte, meine eigenen Präferenzen kommen hier deutlich durch.
Auch hier gilt oft genug der Spruch: Wer schön sein will, muss leiden. Wie gesagt haben viele (eigentlich alle) optischen Verbesserungen funktionale Nachteile, so groß oder klein diese sein mögen. Von wirklich unangenehmen Sachen wie Lüfterplätze blockierenden und durch die Pumpe rappelnden Distroplates über dank Pastelfarben zugesetze Kühler bei den Worst-Cases bis hin zu schwieriger Entlüftung oder leicht eingeschränktem Durchfluss dank unnötiger, rein der Optik geschuldeter Winkel und Wege als nun wirklich wenig problematische Beispiele gibt es alle unterschiedlichen Nachteile, und sei es im zeitlichen Aufwand - was für die Hobby-Bastler natürlich auch wieder ein Vorteil sein kann.
Am Ende kommt man immer wieder auf den gleichen Aspekt zurück: Die Wasserkühlung gibt euch unzählige Möglichkeiten, euer System optisch zu gestalten und für euch zu verbessern. Oft genug ist Optik der Hauptgrund für den Bau einer Wasserkühlung. Seid euch der Möglichkeiten in der Optik bewusst, wenn das zumindest teilweise euer Anspruch ist, aber denkt immer an die Risiken und Nachteile der entsprechenden Möglichkeiten. Damit werdet ihr leben müssen, je nachdem, wofür ihr euch entscheidet.
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3. Grundfunktion der Kühlung
So kompliziert ist die ganze Sache eigentlich nicht, eine Wasserkühlung ist keine Hexerei oder Sci-Fi. Es basiert alles auf physikalischen Grundlagen und unterscheidet sich daher nur bedingt von der Luftkühlung - genau genommen nur in einem einzigen Punkt, auf dem alle anderen technischen Unterschiede aufbauen. Keine Sorge, so kompliziert ist es nicht.Daher werde ich genau das in diesem Punkt beschreiben.
3.1. Arten der Wärmeübertragung
Der Grundansatz moderner Kühler basiert auf einer Beförderung des Kühlmittels als Wärmeträger. Dazu muss man sich erst die Grundlagen des Wärmetransports vor Augen führen. Es gibt grob drei Arten, wie Wärme von einem Ort zum anderen gelangt.Einmal durch Strahlung, das beste Beispiel dafür ist ein Feuer, welches auch aus etwas Entfernung noch wärmt. Für den Verwendungszweck der Kühlung im PC ist das nicht praktisch einsetzbar, wir können es also gleich ignorieren.
Dann gibt es die direkte Wärmeübertragung. Wärme fließt durch einen Stoff vom warmem zum kalten Bereich, die Temperaturen gleichen sich an. Entscheidend ist hierbei, dass sich der Stoff nicht bewegt, sondern nur die Wärme fließt, sonst wäre es -Spoiler- die dritte Art der Wärmeleitung. Diese zweite Art wird im PC sehr ausführlich verwendet, denn so strömt die Wärme vom Ort ihrer Entstehung, sprich den Leiterbahnen und Transistoren der Hardware überall hin, wo es kühler ist, also vor allem zum Kühlkörper, welcher sie dann schlussendlich an die Luft abgibt.
Da Luft im Vergleich zu Kupfer, Aluminium und anderen Metallen nicht gerade ein guter Wärmeträger und auch kein guter Wärmeleiter ist, waren mit steigender Leistungsaufnahme und damit Abwärme der Hardware immer größere Kühlkörper nötig. Da kam die direkte Wärmeleitung schließlich an ihre Grenzen. Schaut man sich ältere und schwächere Luftkühler (bspw. Boxed-Kühler) an, so sieht man, dass diese aus massivem Metall bestehen, welches zur Oberflächensteigerung in die Form vieler Kühlfinnen gebracht wurde. Solche Kühler sind aber nur begrenzt groß. Auch wenn Luft nicht gerade ein guter Wärmeträger ist, übertrifft die aktive Belüftung die direkte Wärmeleitung schon nach wenigen cm, sodass größere Luftkühler aus massivem Metall sich einfach nicht lohnen, der Materialaufwand wäre unverhältnismäßig hoch. Da kommt dann die dritte Art der Wärmeleitung ins Spiel, welche heutzutage bei allen Kühlern ab der unteren Mittelklasse verwendet wird.
Das ist die Wärmeleitung über einen Materietransport. Während die direkte Wärmeleitung durch die Eigenschaften des verwendeten Materials begrenzt ist und schon ab einer geringen Entfernung stark limitiert ist, kann man Materie über eine deutlich größere Entfernung recht einfach transportieren. Die Grundlage jeder modernen Kühlung ist also, einen geeigneten Stoff, in der Regel Wasser, möglichst nahe an die Wärmequelle zu bringen, wo der die Wärme aufnimmt und dann an einen Ort transportiert wird, wo er die Wärme wieder an die kühlere Umgebung abgibt. Bei der Luftkühlung wäre das die Heatpipe.
In einer Heatpipe hat man Flüssigkeit, die unter Unterdruck eingefüllt wurde, worauf die Heatpipe dann luftdicht versiegelt wurde. Durch den niedrigeren Druck siedet die Flüssigkeit schon bei niedrigen Temperaturen, dehnt sich dabei deutlich aus und sorgt für steigenden Druck. Auf diese Weise befindet sich in einer Heatpipe immer ein Gleichgewicht zwischen flüssigem und gasförmigem Kühlmittel, abhängig von der Temperatur. Es ist im Grunde ganz einfach: An der heißen Stelle, eben dem Kontaktbereich zur CPU, verdampft das Kühlmittel, dehnt sich dabei deutlich aus und strömt zu einem Bereich, wo weniger Dampf vorhanden ist. Dort ist es dann auch kälter, sodass der unter höherem Druck stehende Dampf wieder kondensiert, in dem Bereich weniger Dampf vorhanden ist und frischer Dampf nachströmen kann. Die kondensierte Flüssigkeit strömt dann durch den Kapillareffekt die Heatpipewände entlang zu dem Bereich, wo gerade Flüssigkeit verdampft und lässt so die Versorgung nicht abreißen. So sind deutlich größere Luftkühler möglich als mit massivem Metall. Die Heatpipe hat allerdings auch ihre Grenzen. Auch wenn der Phasenwechsel, sprich der Übergang von flüssig zu gasförmig und umgekehrt, extrem effizient ist und so enorme Mengen an Wärme sehr schnell aufgenommen bzw. abgegeben werden können, ist der Kapillareffekt in seinem Durchsatz und der Reichweite eingeschränkt. So sind auch Heatpipes nur auf kurzer Strecke effizient. Das ist mit ein Grund, warum es nicht wirklich Luftkühler im PC gibt, wo die Heatpipes länger als 20cm sind. Unter größerer Temperatur lässt sich die Reichweite zwar steigern, aber Hardware ist in ihrer maximalen Betriebstemperatur eingeschränkt, deswegen braucht sie ja Kühlung.
Der eine entscheidende Unterschied zur Luftkühlung bzw. Heatpipe ist, dass das Kühlmittel bei der Wasserkühlung aktiv transportiert wird. Zwar hat man keinen hocheffizienten Phasenwechsel mehr, aber Wasser ist als Wärmeträger derart viel besser als Luft, dass im Verhältnis zu Luftkühlern lächerlich kleine Kühlstrukturen die Wärme nahezu verlustfrei an das Wasser übergeben können. Diese Wärme muss dann nur noch wegtransportiert werden, wofür die Pumpe verantwortlich ist. Eine Pumpe ist um ein Vielfaches wirksamer im Materietransport als irgendwelche Kapillareffekte oder Strömungen aufgrund von temperaturabhängigen Dichteunterschieden - deshalb werden bei der Luftkühlung ja auch Lüfter verwendet.
Das Wasser kann in der Wasserkühlung nun wesentlich weiter transportiert werden, es sind problemlos mehrere m Reichweite möglich. In dem Bereich findet sich Platz für viel Kühlfläche, um die Wärme dann schließlich an die Umgebungsluft abzugeben. Und da kommt dann der Radiator ins Spiel. Über diesen wird die Wärme dann an die Luft weitergegeben; durch den aktiven Materietransport oder eben auf gut deutsch durch die Pumpe kann man so viel Fläche verbauen, wie man will, da sind quasi keine Grenzen gesetzt. Im Vergleich zu den Radiatoren einer Wasserkühlung sehen Luftkühler geradezu winzig aus.
Das da ist ein vollwertiges ATX-Board, ein EVGA Z270 FTW K, um genau zu sein. Dahinter befindet sich ein Watercool Mora 3 420. Nun stelle man sich einen Towerkühler dazu vor. Süß, oder?
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3.2. Die Limitierungen in der Kühlleistung
Das liest sich ja jetzt alles ganz toll von wegen aktiver Kühlmitteltransport, meterweise Reichweite und nahezu unbegrenzter Radiatorfläche. Wenn es denn nur so überragend wäre - nun, je nach Komponente ist es das, aber eben nicht immer.Grundsätzlich muss man sich eine ganz wichtige Sache vor Augen behalten. Das ist immer noch ein normaler Wärmestrom, da fließt Wärme von warm nach kalt. In der (normalen) Wasserkühlung (und auch in der Luftkühlung) kann die Wärme nur zum niedrigsten Wärmepotenzial fließen, was in dem Fall eben die Luft wäre, mit dem beides am Ende kühlt. Niedriger als Lufttemperatur geht nicht, auch wenn es da ein paar Ausnahmen gibt von wegen Kompressor, Peltierelement oder zeitlicher Verzögerung bei der Erwärmung, aber das sind Sonderfälle, die normalerweise nicht gelten und um die es hier auch nicht geht. Sprich, die Wärme strömt immer von der Wärmequelle als heißestem Punkt über das Material des Kühlers in das Wasser und von dort aus über den Radiator an die Luft. Darum ist alles in der Wasserkühlung wärmer als Luft, die Kühler wärmer als Wasser und die eigentliche Hardware wärmer als ihre Kühler. Beeinflussen kann man davon grob die Hälfte.
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3.2.1. Vom Chip zum Wasser
Um das zu erklären, habe ich eine Grafik erstellt.Hier sieht man groß eingezeichnet den Temperaturverlauf. Die Zahlen sind rein fiktiv und weichen in der Praxis teils ein gutes Stück ab. Gerade unter dem Die findet sich oftmals ein Hotspot, jedoch nicht in ihrer Relation zueinander. Ausgegangen bin ich dabei von 20°C Wassertemperatur.
Wie man sieht, ist der Die, sprich der eigentliche Chip und damit die Wärmequelle 80°C warm. Von dort aus strömt die Wärme durch die verschiedenen Schichten bis zur Oberfläche des Kühlers. Bis dahin hat die ganze Wasserkühlung überhaupt keinen Einfluss auf den Wärmestrom, denn der setzt erst ein, wenn die Wärme zum Wasser kommt, sprich ab der Oberfläche der Kühlstruktur. Bis dahin ist es einfach nur ein Wärmestrom durch Metall und Wärmeleitpaste. In diesem Beispiel ist die CPU mit 80°C zu 20°C Wassertemperatur genau 60K wärmer als das Wasser. Das wird sich auch nicht groß ändern. So hat man bei 30°C Wassertemperatur immer noch 60K Differenz und damit einen 90°C heißen Prozessor, ebenso wie man bei 10°C (wie auch immer man die erreicht) Wassertemperatur einen 70°C heißen Prozessor hätte. Natürlich gibt es da Unterschiede, so wird der Prozessor bei immer höherer Wassertemperatur irgendwann drosseln und dadurch wird die Temperaturdifferenz fallen, ebenso ist Hardware bei niedrigerer Temperatur etwas effizienter und so ist die Differenz auch etwas kleiner, aber das fällt nicht groß ins Gewicht.
Wie groß der Unterschied zwischen Wasser und Chip ist, kommt auf viele Faktoren an. Dazu zählen in geringem Maße der Durchfluss, welcher teilweise den Übergang der Wärme von der Kühleroberfläche zum Wasser bestimmt, in etwas höherem Maße der Aufbau des Kühlers, dann sämtliche Wärmewiderstände auf dem Weg, was genau alles zwischen Wasser und Wärmequelle wäre, sprich, der Weg durch das Kupfer von Kühler und Heatspreader, mehrere Wärmeleitpasten und schließlich die Isolationsschicht des Siliziums. Wird da der Widerstand reduziert, verbessert sich der Übergang und die Temperaturdifferenz und damit die Chiptemperatur verbessert sich mit. So sind eben Methoden wie das Köpfen von CPUs, das Abschleifen von Kühler und Die und auch Direct Die entstanden, weil alle diese den gewünschten Effekt haben. CPUs sind da besonders betroffen, weil sie eben im Vergleich zu anderen Komponenten eine sehr hohe Temperaturdifferenz zum Wasser aufweisen. Das liegt nicht nur an den ganzen Schichten, sondern auch zum guten Teil an der enormen Energiedichte. So können moderne CPUs auf 100mm² Chipfläche, sprich 1cm² oder etwa ein Fingernagel Fläche weit über 100W verheizen, wenn man sie lässt. Deswegen ist der Übergang bei CPUs so problematisch. Bei anderer Hardware ist er üblicherweise deutlich geringer und beläuft sich auf wenige K über der Wassertemperatur bis allenfalls 20K zur Wassertemperatur. Apropos Wassertemperatur.....
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3.2.2. Die Wassertemperatur
Der wichtigste Wert überhaupt in der ganzen Wasserkühlung ist die Wassertemperatur. Das Wasser ist Transportmedium für sämtliche Wärme, die durch die Wasserkühlung abtransportiert wird. Jedes W der wassergekühlten Hardware geht erst in das Wasser, bevor es an die Luft abgeführt wird.Und genau hier liegt der Punkt. Die Kühlung funktioniert nur gut, wenn man das Wasser gut gekühlt bekommt. Mit heißen Wasser kann man sich die Wakü auch schenken, das bringt in der Regel nichts. Für den vollen Vorteil muss das Wasser kühl sein, das erreicht man durch die Radiatoren. Wie viele man davon verbaut und wie gut man sie mit kühler Luft versorgt, bestimmt, wie kühl das Wasser ist und wie gut die Wakü kühlt. Da man seinen Kreislauf selbst plant, ist es die eigene Entscheidung, welche Wassertemperatur man haben will und damit, wie kühl die Hardware denn sein soll (utopische Wünsche mal außen vor, man hat immer noch die Differenz vom Chip zum Wasser). Es ist also die Sache, die man am leichtesten und am besten beeinflussen kann.
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3.3. Zusammenfassen der Grundlagen
Was ist also jetzt klar geworden? Wasserkühlung ist keine Hexerei, sondern folgt simplen physikalischen Gesetzen. Das mag auf den ersten Blick zwar alles andere als simpel erscheinen, aber an sich basiert alles auf Wärmeströmen und ist überhaupt nicht kompliziert. Wärme fließt von warm nach kalt, Grundlage der Kühlung erledigt, Tutorial zu Ende.....Natürlich nicht. Bis jetzt wissen wir um die grundlegenden Komponenten der Wasserkühlung: Kühlblock, Pumpe, Radiator.
Diese und zusätzliche, wichtige Komponenten werden wir im Folgenden genauer beleuchten.
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4. Die einzelnen Komponenten
Bis jetzt wissen wir um die grundlegenden Komponenten der Wasserkühlung: Kühlblock, Pumpe, Radiator.Diese und zusätzliche, wichtige Komponenten inklusive ihrer Mythen werde ich im Folgenden genauer beleuchten. Dabei gehe ich eher technisch und grundlegend vor, statt auf spezifische Produkte einzugehen
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4.1. Kühlblöcke
Der Kühlblock ist das Bauteil, was die Wärme von der Hardware aufnimmt und ans Wasser übergibt. Klingt trivial, ist es für den Endanwender in der Theorie auch, in der Praxis, nun ja, nicht wirklich. Es ist auch für erfahrene Nutzer immer noch eines der größten Probleme, und das aus einem Grund: Mechanische Kompatibilität.zum Inhaltsverzeichnis
4.1.1. Die unterschiedlichen Kühler
Es gibt Wasserkühler für alles mögliche, genauer gesagt, für alles, wo auch irgendein Luftkühler, und sei es ein Stück Alu mit Lamellen, befestigt werden kann. Sprich, man kann seine CPU, seine Grafikkarte (die zwei häufigsten "Opfer" der Wakü) oder auch die einzelnen Bauteile auf der Grafikkarte einzeln, die Spannungswandler, den Chipsatz, irgendwelche Zusatzcontroller auf dem Board, den RAM, irgendwelche Controllerkarten, das PCB an sich, die M.2-SSD, HDDs und eigentlich alles kühlen. Was bei der CPU noch recht einfach ist, so reicht es eigentlich schon, wenn man sich bei der Auswahl an Sockelkompatibilität hält (schon hat man das Problem mit sehr viel Auswahl), wird bei anderen Komponenten schon schwieriger.Aber nichts überstürzen, fangen wir mit dem Aufbau der Kühler an.
Historisch bedingt hat es ganz einfach angefangen. Eine Kupferplatte mit irgendeinem Deckel drauf und dazwischen ein Dichtring, dass es nicht ausläuft, dazu die Anschlussöffnungen im Deckel, fertig war der Wasserkühler. Einfacher gehts nicht, aber thermisch ist das nicht gerade die tollste Lösung. Man hat eben nur die Oberfläche des Kupfers zur Wärmeabfuhr, bauartbedingt ist die eben so groß wie die Oberfläche des Kühlers. Entsprechend schlecht ist der Wärmeübergang, allerdings waren die Kosten minimal und man braucht noch nicht mal eine Fräse dazu. Solche Kühler kann eigentlich jeder fertigen, der mit dem üblichen Werkzeug, welches sich in einem handwerks-affinen Haushalt findet, umgehen kann. Allerdings ist die Kühlleistung eben nicht sonderlich gut. Was bei Komponenten mit wenig Verbrauch egal ist, wurde bei CPUs mit steigender Leistungsaufnahme zum Problem.
Und so standen die Hersteller vor dem Problem, besser Kühler zu bauen, schließlich konnten die Luftkühlungshersteller das mit Hilfe von Heatpipes auch. So entstanden dann die ersten Kühlstrukturen. Das waren noch einfache, grobe Kanäle, die das Wasser entweder durch einen langen Kanal oder eben durch mehrere parallele schickten. Eine Verbesserung war es, durch die Kanalwände war die Oberfläche des Kühlers, die mit dem Wasser in Kontakt kam, deutlich größer.
Beispiel für die Struktur eines Kanalkühlers (Quelle)
Das war aber nicht genug, so folgten feinere Strukturen. Umso mehr Kühlfinnen man auf der zu kühlenden Fläche unterbringen kann, umso mehr Oberfläche hat man, die Kontakt zum Wasser hat und umso besser ist der Wärmeübergang. Dass nebenbei die Kanäle schmaler wurden, sodass die Fließgeschwindigkeit und die Turbulenz stiegen, war ein netter Nebeneffekt.
Schließlich kam noch die Jetplate dazu, welche den Wasserstrom fokussiert auf einen schmalen Bereich in die Kühlstruktur einströmen lässt und somit lokal für maximale Turbulenz und insgesamt für optimale Durchströmung sorgt.
Beispiel für die Struktur eines Feinstrukturkühlers (Quelle)
Diese Arten von Kühlern finden sich in unterschiedlichen Kombinationen auf dem heutigen Markt, jeweils dem Zweck angepasst.
So hat man Feinstrukturen (mit Jetplate oder ohne) da, wo es auf möglichst gute Kühlleistung ankommt, also bei CPU und GPU. Diese beiden Komponenten haben heutzutage immer einen integrierten Temperatursensor und es wird oft viel Wind um nichts gemacht, wenn die Temperatur ungewöhnlich hoch ist. Zudem fällt bei diesen Komponenten mit Abstand die meiste Abwärme sowohl insgesamt, als auch auf besonders kleinem Raum an, der Vorteil durch möglichst gute Kühler ist also durchaus gegeben.
Im Gegenzug gibt es jedoch Komponenten, die weniger auf eine möglichst ideale Kühlstruktur angewiesen sind, sei es wegen ihrer weit niedrigeren Energiedichte oder aber weil ihre Temperaturen sowieso recht egal sind und sie nur nicht überhitzen sollen. Das wären dann so ziemlich alle anderen Komponenten. Temperaturkritisch sind sie alle nicht wirklich, es ist egal, ob 50 oder 80°C anliegen. Nun mag man sich über die Lebensdauer streiten, aber bei Komponenten, die mit einem normalen Kupferblech -bestenfalls mit sehr groben Kanälen- gekühlt werden, ist die Temperatur oft wirklich irrelevant und der Vorteil der komplizierten Lösung aufgrund der niedrigen Energiedichte extrem gering. M.2-SSDs brauchen sogar eine gewisse Temperatur, damit der Flashspeicher optimal arbeitet, der Einsatz eines Wasserkühlers ist dort unter Umständen sogar kontraproduktiv. Im Gegenzug kann RAM bei Overclocking durchaus von besserer Kühlung profitieren.
Nun gibt es aber noch Kühler, die mehrere Kühlstrukturen vereinen. Was sich erstmal total toll anhört, ist im Prinzip nichts anderes, als dass lokal eben zu einer besseren Kühlstruktur gegriffen wird als anderswo zu einer einfachen. Das hat zum großen Teil fertigungstechnische Gründe, denn eine Feinstruktur ist viel aufwändiger in der Herstellung, außerdem bremst sie den Durchfluss stärker ein. Das beste Beispiel dafür sind Monoblöcke und Fullcover-Kühler.
Beispiel für einen Fullcover-Grafikkartenkühler (Quelle)
Hier sieht man sehr gut, wie im Bereich der GPU zu einer Feinstruktur mit Jetplate gegriffen wird, um lokal aufgrund der hohen Energiedichte die beste Kühlleistung zu erzielen, im Gegenzug aber abseits davon nur einfache Kanäle und Flächen vorhanden sind, um die dort entstehende Abwärme (Spannungswandler,...) einfach nur abzuführen, ohne besonders auf möglichst niedrige Temperaturen zu achten.
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4.1.2. Kompatibilität
Man kann Wasserkühler nur da montieren, wo sie auch passen. Klingt logisch, ist es auch, sorgt aber in der Praxis immer wieder für paar Probleme.Auf der CPU allein ist das recht einfach, es gibt ein paar verschiedene Sockel. Für jeden eine eigene Montagehalterung anzubieten ist selbst in einem Nischenmarkt wie Wasserkühlung kein allzu großer Aufwand.
Schwieriger wird es dann, wenn mehr als nur die CPU eingebunden wird. Was wäre z.B. mit den Spannungswandlern? In der Praxis kommt das nicht so häufig vor, ist aber nicht irrelevant. Es gibt für Spannungswandler von vielen Herstellern Universalkühler.
Hier mal ein Beispiel dazu (Quelle).
Das ist im Prinzip nur eine einzelne kleine Kupferplatte mit paar Bohrlöchern, wo der Deckel befestigt und der Kühler ans Board geschraubt werden kann. Auch wenn solche Kühler prinzipiell sinnvoll sind, sind die Mainboards oft das Problem. So variiert der Abstand der Bohrungen für die Spannungswandlerkühlung oft, sodass man für viele Boards keine passenden Kühler bekommt. Da könnte man sich prinzipiell allerdings mit DIY-Kühlern zum selber bohren Abhilfe schaffen. Oft befinden sich aber noch weitere Bauteile im Weg. So hat man nicht nur einseitig der Spannungswandler Spulen und Kondensatoren, sondern oft auch vereinzelte auf der anderen Seite. Dadurch ist kein Platz, um die Wasserkühler zu montieren. Eine Lösung vonseiten mancher Hersteller war dann der Monoblock. In diesem wird der CPU-Kühler um zusätzliche Kühlung der Spannungsversorgung erweitert.
Dazu ein Beispiel (Quelle).
Wie man sieht, ist die eigentliche Kühlplatte erweitert worden, um Wasserkanäle für die Spannungswandlerkühlung zu schaffen. Die höhere Fläche sorgt für einen höheren Materialeinsatz und damit auch einen höheren Preis. Zudem muss ein solcher Block für jedes Board bzw. eine Gruppe von Boards eigens entwickelt werden, da die Bohrlöcher für die Spannungswandlerkühlung, die genaue Position der Spannungswandler und die verwendeten Bauteile teils stark variieren.
Die Chipsatzkühlung ist ein weiteres Feld, wo sich seit langem Universalkühler halten.
Ein weiteres Beispiel (Quelle).
Das sind oftmals auch einfach nur flache Kühler, aber auch Kanalkühler oder für die heutige Zeit recht grobe Strukturen sind nicht unüblich. Diese Kühler stammen vor allem aus der Zeit, als auf Mainboards noch eine stromhungrige Northbridge verbaut war, welche unter Luft oftmals sehr warm wurde, dementsprechend angestaubt ist das Sortiment auf dem derzeitigen Markt. Prinzipiell sind die Kühler aber weiterhin funktional und verrichten ihren Dienst auch auf Chipsätzen aktueller Boards, sofern die Bohrungen passend sind. Nicht selten findet man daher Kühler mit Langlöchern und variablen Armen.
Es gibt für manche Mainboards auch Kühlersets mit Kühlern für Chipsatz und Spannungswandler, sodass gleich das ganze Mainboard ausgestattet ist.
Recht selten wird auch alles kombiniert und ein Fullcover-Kühler für das ganze Mainboard angeboten, meist ist dieser bereits dem Mainboard beigelegt und als Kühlung vorgesehen.
Hier ein Beispiel (Quelle).
Bei solchen Mainboards die Verwendung von Luftkühlung nicht ohne weiteres möglich, sie müssen mit der Wasserkühlung betrieben werden. Bei einem solchen Board werden alle Komponenten mit Wasser gekühlt, sprich CPU, Spannungswandler, Chipsatz und sogar m.2-SSDs. Entsprechend hoch ist der Materialaufwand, der Arbeitsaufwand des entwickelnden Ingenieurs und damit auch der Preis.
Um vom Mainboard und was da alles dranzuschrauben ist wegzukommen, wechseln wir zur Grafikkarte.
Das Grundprinzip verbleibt, nur haben sich die Produkte etwas anders entwickelt. Auch für Grafikkarten gibt es Kühler, die nur die GPU kühlen und sonst nichts.
Noch ein Beispiel (Quelle).
Direkt hier auf dem Beispielbild zeigt sich bereits das große Problem der GPU-only-Lösungen. Es wird eben nur die GPU gekühlt, und das ist das Problem. Auf der Grafikkarte befinden sich weitere Komponenten, die auch Kühlung benötigen, insbesondere VRAM und Spannungsversorgung. Während der Luftkühler diese abdeckt und an seine Kühlstruktur anbindet (so dies nötig ist, bei schwächeren Karten reicht oftmals der Luftstrom der Lüfter aus), bleiben sie unter Wasser erstmal völlig ungekühlt. Luftstrom ist auch nicht viel vorhanden, sodass man sich Gedanken zur weiteren Kühlung dieser Bauteile machen muss. Universalwasserkühler passen fast immer nicht oder würden sehr viel Aufwand bedeuten und mit Wärmeleitkleber versehene kleine Luftkühlkörper erzielen oft nicht ganz gewünschte Ergebnis. Zudem ist die Optik fragwürdig und die Bohrungen um das Package variieren von Generation zu Generation.
Daher haben sich bei Grafikkarten Fullcover-Kühler durchgesetzt.
Dieses Beispiel ist ja bereits bekannt.
Diese Kühler decken die ganze Karte oder wenigstens alle zu kühlenden Bauteile ab und sind für die richtige Karte maßgefertigt. Dementsprechend kann man solche Fullcoverkühler auch nur auf der vorgesehenen Karte montieren. Kompatibilität kann beim Hersteller des Kühlers anhand von Kompatibilitätslisten oder Konfiguratoren geprüft werden, beim Kauf einer Grafikkarte empfiehlt es sich, nach verfügbaren Kühlern zu kaufen, da man sonst leer ausgehen und die Grafikkarte nicht mit Wasser gekühlt werden kann. Üblicherweise hat man die größte Auswahl bei Verwendung des Referenzdesigns bzw. seiner Nachbauten mit baugleicher Platine, gefolgt von populären Custom-Designs.
Weiterhin kann auch der RAM gekühlt werden. Dies ist in Zeiten aufkommenden RAM-OCs und temperaturkritischen Verhaltens mancher Chips wieder ein relevanter Bereich, auch wenn der eine lange Zeit völlig unbedeutend war. RAM-Kühler bestehen grundsätzlich aus zwei Baugruppen, einmal den eigentlichen RAM-Kühlern und dem zugehörigen Wasserblock.
Ein Beispiel für den montierten Kühler (Quelle).
Dieser ersetzt den (wenn vorhanden) werksseitigen Kühler der Module und bildet eine gute Auflagefläche für den eigentlichen Wasserblock.
So würde dann das Ganze aussehen (Quelle).Der Wasserblock wird auf die Module aufgeschraubt und deckt den ganzen Bereich der Slots ab. Es gibt Wasserkühler für 2, 4 und 6 Slots, die meiste Auswahl hat man bei 4-Slot-Kühlern. Zu beachten ist, dass sich die Kühler zwar herstellerübergreifend ähneln, aber die vorhandenen Bohrungen nicht zwingend passend sind. Auch wenn man sie separat kaufen kann, sollte man immer Kühler und Block vom gleichen Hersteller bzw. Baureihe kaufen.
Auch Speichermedien können mit Wasser gekühlt werden. Im Falle der HDD ist das entweder ein großer Plattenkühler, der die Festplatte einseitig kühlt, oder gleich ein ganzer Kasten für mehrere Festplatten, in dem die Platten gleichzeitig gedämmt werden.
Im Falle der SSD trifft Wasserkühlung nur auf Modelle mit hohem Temperaturaufkommen. Die Kühlung einer normalen SSD im 2,5"-Format macht schlicht gar keinen Sinn, bei m.2-SSDs mit sehr heißem Controller ist eine bessere Kühlung jedoch durchaus sinnvoll. Der Einsatz einer Wasserkühlung jedoch ist nicht zielführend, da der Flashspeicher bei etwas höherer Temperatur die Daten besser speichert bzw. die Ladung der Zellen stärker ist und die Zellen somit länger ohne Refresh auskommen bzw. es nicht zu Datenverlust nach längerer Betriebspause kommt. Da eignet sich ein einfacher Luftkühler in der Regel eher, da dieser zwar die Überhitzung des Controllers verhindert, aber gleichzeitig den Speicher nicht zu gut kühlt. Außerdem gibt es auch Kühler für vereinzelte PCIe-SSDs im Steckkartenformat.
Natürlich kann auch alles andere mit Wasser gekühlt werden, in der Regel geschieht das aber nie und wenn, dann werden Universalkühler verwendet.
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4.1.3. Sinnhaftigkeit
Nun ist das ja schön und gut, dass man alles mögliche mit Wasser kühlen kann, die Frage ist eher, ob es Sinn macht. Dazu werde ich die zu kühlenden Komponenten in der Reihenfolge der Sinnhaftigkeit auflisten und das genauer erläutern. Man beachte, dass das eine Momentaufnahme ist und sich durch Änderungen in der Hardwarewelt auch wieder ändern kann. Außerdem gehe ich primär auf die Kühlleistung ein und behandle Optik eher sekundär, Lautstärke spreche ich nur an, auch wenn sie in die Bewertung einfließt. Schließlich wird diese unter Wasser durch die verbauten Lüfter und Pumpe(n) bestimmt und fällt nicht für jedes Bauteil einzeln an. Dementsprechend ist auch das Ranking.Den mit Abstand größten Benefit hat die Grafikkarte als Bauteil mit der höchsten Leistungsaufnahme. Setzt man es richtig um, ist man alle Limits abseits der im Grafikkartenbios vorgegebenen und der Chipqualität los und kann nach Lust und Laune übertakten. Die GPU wird durch den Wasserblock sehr effizient gekühlt, üblich sind je nach GPU, Block, Leistungsaufnahme und Durchfluss 7-30K zur Wassertemperatur, Hotspots in den Tiefen des Chips natürlich außen vor gelassen, da diese in ihrer Differenz zur Wassertemperatur eigentlich nur von der Bauweise der GPU und der Leistungsaufnahme bestimmt werden und zudem nicht immer auslesbar sind.
Durch den Fullcover-Kühler werden zudem noch Spannungswandler und VRAM durch das Wasser mitgekühlt. Diese haben eine deutlich niedrigere Energiedichte, daher wird dort nur flaches Kupfer statt einer Mikrostruktur verwendet. Dennoch müssen sich die Temperaturen keineswegs hinter denen der GPU verstecken, so ist die Temperatur der VRAM-Module oft nur etwas höher als die der GPU. Intern können höhere Hotspots anliegen, aber mit halbwegs kühlem Wasser ist man damit immer noch sehr weit von irgendwelchen thermischen Limitierungen entfernt. Die Spannungsversorgung ist etwas zweischneidig. Zum einen ist die erreichbare Temperatur zwar sehr gut und liegt allenfalls 30K über der Wassertemperatur, zum anderen neigen kältere Spulen stärker zum Spulenfiepen.
Dementsprechend sind die thermischen Limitierungen so weit entfernt, dass eine Erhöhung der Leistungsaufnahme problemlos umsetzbar ist. Der Block bekommt auch >500W mühelos an das Wasser abgeführt, danach entscheidet nur noch die verbaute Radiatorfläche.
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Lautstärke. Wo bei richtiger Lüftereinstellung in einem luftgekühlten Gaming-PC die Grafikkarte das eindeutig lauteste Bauteil ist, ist unter Wasser bis auf eventuell auftretendes Spulenfiepen Ruhe.
Optik ist natürlich Geschmackssache, aber der Markt bietet eigentlich für viele Geschmäcker etwas. So gibt es Kühler mit Acryldeckel und RGB-Beleuchtung, schlichtem Acetaldeckel und auch Metallverkleidungen. Wie so ein Kühler aussieht, kann man sich im Internet zu Genüge ansehen.
Ein weiterer großer Profiteur ist die CPU. Auch wenn die Leistungsaufnahme im Gamingbetrieb üblicherweise eher gering ist und weder die CPU besonders heiß noch der Luftkühler laut wird, ist der Vorteil gerade bei starkem Overclocking und bei produktiver Tätigkeit, sprich doch wieder hoher Leistungsaufnahme und entsprechender Wärmeentwicklung, definitiv vorhanden. Auch wenn die interne Temperatur der CPU selbst unter Wasser das Limit erreichen kann, so wird sie das erst bei deutlich höherer Leistungsaufnahme und läuft bei gleicher Leistung deutlich kühler. Wie groß genau der Unterschied zwischen CPU und Wasser ist, ist dank enormer Fertigungsunterschiede, Boosts und Lasten nicht wirklich zu nennen, mit entsprechender Last bekommt man fast alles ins Temperaturlimit. Da helfen dann auch keine 20°C Wasser mehr, wenn die CPU 80K drüber liegt. Allgemein ist für das Limit aber mehr nötig als unter Luft, wie gesagt, sodass bei den persönlichen Bios-Einstellungen in der Regel keine Drosselung aufgrund der Temperatur auftritt.
Um damit zur Lautstärke überzugehen, die ist auch mal wieder lastabhängig. Die meisten modernen CPUs entwickeln im Gamingbetrieb keine hohe Leistungsaufnahme, entsprechend sind unter Last auch keine hohen Lüfterdrehzahlen nötig. Nutzt man entsprechende Anwendungen und eine CPU, die sich mit entspannter Lüfterkurve eben nicht betreiben lässt, ist der Mehrwert durchaus vorhanden.
Optisch ist ein Wasserkühler ganz anders als ein Luftkühler. Während gerade große Luftkühler das halbe Mainboard verdecken, so sind Wasserkühler sehr klein. Zudem sind sie auch in allen erdenklichen Designs verfügbar, sodass für jeden etwas dabei ist. Die Auswahl unter CPU-Kühlern ist mit Abstand die größte im ganzen Wasserkühlungsmarkt.
Nun musste ich etwas nachdenken, um eine Reihenfolge einzuhalten und bin schließlich zu dem Schluss gekommen, dass Spannungswandler, Chipsatz und RAM gleich viel von Wasser profitieren, nämlich immer nur unter bestimmten Bedingungen.
Bei den Spannungswandlern ist die Sache einfach. Sie überhitzen und drosseln oder eben nicht. Solange sie es nicht tun, kann die Wasserkühlung zwar die Lebensdauer verlängern, aber sonst nichts. Wenn die Abwärme aber zu groß wird und die Spannungswandler drosseln, lässt sich das durch die Wasserkühlung vermeiden und man kann munter weiter übertakten. Außerdem gibt es Mainboards mit kleinen Lüftern auf der Spannungswandlerkühlung, welche bei hoher Last ein Überhitzen verhindern, allerdings für eine störende Geräuschkulisse sorgen. Gerade bei einer Wasserkühlung auf der CPU fehlt der Luftstrom des Luftkühlers und die CPU ist in der Regel deutlich stärker übertaktet, sodass die Spannungswandler durchaus von einer Einbindung profitieren können. Die dort verbauten einfachen Wasserkühler reichen dafür aus, auch wenn die Spannungswandler immer noch etwas warm werden. Sie müssen ja nur nicht ihre Leistung drosseln.
Beim Chipsatz ist es wieder anders. Der kann zum Stand dieses Tutorials eigentlich nicht mehr drosseln oder gar abschalten, denn die Mainboardhersteller müssen sicherstellen, dass das nicht geschieht und verbauen somit ausreichend dimensionierte Kühllösungen. Im Zuge dessen kann es bei leistungshungrigeren Chipsätzen allerdings zu aktiver Kühlung durch einen extra dafür vorgesehenen Lüfter kommen, welcher leicht das lauteste Bauteil des PCs werden kann, sofern die restliche Kühlung ausreichend auf geringe Laustärke getrimmt wurde. In diesem Fall macht eine Wasserkühlung für den Chipsatz wieder Sinn.
Der RAM ist nur unter noch spezifischeren Fällen relevant. Während überhitzende Spannungswandler bei stärkeren OC durchaus vorkommen können und Chipsatzlüfter eine Unsitte eines bestimmten Chipsatzes sind, bringt eine Wasserkühlung beim RAM wirklich nur bei starkem RAM-OC und/oder bei bestimmten Chips einen Mehrwert. Üblicherweise wird RAM nicht sonderlich warm und wird über den Airflow im Gehäuse ausreichend gekühlt (übrigens gibt es kaum Unterschiede zwischen Modellen mit und ohne Kühlkörpern). Für den Fall, dass man jedoch sich ernsthaft mit RAM-OC auseinander setzt, können die Module durchaus sehr warm werden und reagieren nicht selten temperatursensitiv. Da kann zwar ein dedizierter Lüfter sinnvoll sein, die besten Ergebnisse erreicht man aber unter Wasser. Thermische Probleme entfallen, der RAM ist unter Wasser bei Last kaum wärmer als unter Luft.
Unnötig hingegen ist die Wasserkühlung bei allen anderen Komponenten. Seien es m.2-SSDs, HDDs oder Zusatzcontroller/-steckkarten.
m.2-SSDs haben zwar grundsätzlich einen sehr warmen Controllerchip, wodurch sie komplett ungekühlt oft überhitzen, allerdings profitiert der Flashspeicher von den höheren Temperaturen, wie weiter oben bereits erläutert. Ein einfacher Luftkühler oder ein mainboardseitig vorhandener Kühler sind da die deutlich bessere Lösung. Ausnahmen bestätigen die Regel.
HDDs selbst können zwar warm werden, abseits von wirklich schlechtem Airflow werden sie aber niemals zu heiß. Probleme können eher als Folge von starker Dämmung auftreten, wenn die HDD eben wirklich gar keinen Airflow mehr erhält. Gute Schalldämmung wirkt oft auch als gute Wärmedämmung, da ist das Problem. In dieser Verbindung kann es dann durchaus zu Überhitzung kommen. Vorhandene Wasserkühler haben allerdings allesamt Probleme mit schlechten Montagemöglichkeiten im Gehäuse und stellen oftmals keine ausreichende Schalldämmung sicher.
Zusatzkarten sind schlussendlich der letzte Punkt. Üblicherweise sind dort gar keine Kühlkörper verbaut, weil die Leistungsaufnahme nie ausreicht, um in zu hoher Temperatur zu resultieren. Im Fall der Fälle sind dann kleine Luftkühler montiert, die im passiven Betrieb oder mit minimalem Airflow ausreichen. Ausnahmen stellen nur sehr schnelle Netzwerkkarten im Dauerbetrieb dar. Diese sind oftmals für Server mit ihrem wesentlich stärkeren Airflow konzipiert und besitzen eine Leistungsaufnahme, die die thermischen Kapazitäten des Luftkühlers ohne starke Belüftung sprengen kann, sofern ihre volle Leistung dauerhaft abgerufen wird.
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4.2. Radiatoren
Radiatoren oder auch Wärmetauscher sind dafür da, Wärme an die Luft abzugeben. Es gibt viele Unterscheidungen, grob kann man aber immer sagen: Mehr ist besser. Luft ist ein recht schlechter Wärmeleiter und -träger, dementsprechend ist es wichtig, den Übergang und die Luftmenge so einfach wie möglich zu gestalten. Dazu sind Radiatoren da.zum Inhaltsverzeichnis
4.2.1. Unterscheidungen
Es gibt einige Kriterien, nach denen sich Radiatoren unterscheiden lassen. Ob dick oder dünn, Netz- oder Rohrradiator, Kupfer oder Alu -um nur ein paar zu nennen-, Radiatoren lassen sich nach vielen Kriterien unterscheiden. Grundsätzlich hat die Geschichte der im PC üblichen Radiatoren im Fahrzeugbau begonnen, so waren die ersten Radiatoren leicht modifizierte Autokühler. Bei manchen Radiatoren ist die Ähnlichkeit auch heute noch verblüffend. Dabei arbeiten alle gleich. Es gilt, die im Wasser vorhandene Wärme gut auf möglichst viel Oberfläche zu verteilen. Der einfachste Weg ist Größe. Ein größerer Radiator kann prinzipiell mehr Wärme abgeben, da er zu einem baugleichen kleineren mehr Fläche bietet. Dazu später mehr.Zur Verteilung und Aufnahme der Wärme werden Rohre, Kanäle und Lamellen bzw. Finnen genutzt. Das Grundprinzip ist einfach. Das warme Wasser durchströmt die Rohre oder Kanäle, dabei wird die Abwärme an diese abgegeben (sofern sie kühler als das Wasser sind, was in der Regel auch der Fall ist). Die Lamellen sind dann an die Rohre oder Kanäle gelötet oder gepresst, dadurch können sie die Wärme aufnehmen, welche dann auf ihre Oberfläche verteilt wird. Bei einem Radiator, der Einfachheit halber ein Rohrradiator mit 50x50cm Fläche und 10cm Dicke -rein fiktiv, versteht sich- und 5 Finnen pro cm (zugegeben, das ist nicht wenig) käme man so auf eine Finnenfläche von theoretischen 125000cm², das sind 12,5m². Im Vergleich dazu wäre eine Platte mit den Abmessungen 50x50cm nur schlappe 2500cm², also 0,25m² groß. Zur Einordnung, 12,5m² sind in etwa so viel wie eine Wand in einem Raum. 0,25m² Hingegen umfasst etwas mehr als eine große Fliese auf dem Boden. Der Radiator bietet also um den Faktor 50 mehr Fläche! Das waren natürlich rein fiktive Werte, in der Praxis variieren Finnendichte und Radiatordicke, ebenso die Radiatorabmessungen, aber selbst bei dünnen Radiatoren ist ein Faktor in der Größenordnung 20 durchaus realistisch.
Um jetzt auf die Bauweise einzugehen, ich habe ja bereits Rohre und Kanäle erwähnt. So können Radiatoren unterschieden werden, nämlich in Rohr- und Netzradiatoren. Rohrradiatoren verwenden dabei lange Rohre, die einmal den Radiator entlanglaufen und dann in einer gemeinsamen Kammer enden oder umgebogen werden und zurücklaufen, oftmals mehrfach. Das sieht dann so aus
Man sieht sehr gut die Rohre mit den aufgepressten Finnen.
Die andere und häufigere Bauweise wäre der Netzradiator. Dabei werden statt Rohren flache Kanäle verwendet, an welche seitlich die Lamellen angelötet werden. Dabei werden intern auch mehrere dieser Kanäle parallel verbunden. Das würde dann so aussehen
Man sieht vertikal verlaufend die Kanäle und horizontal die verbindenden Lamellen.
Durch die größere Oberfläche der flachen Kanäle und der durch den immer gleichen geringen Abstand der Kanäle zueinander gleich langen Lamellen ist die Kühlleistung von Netzradiatoren in der Regel besser als die von Rohrradiatoren gleicher Fläche.
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist das Material. Es gibt Radiatoren aus Kupfer, Messing und Aluminium. Während Kupfer was Wärmeleitfähigkeit angeht grundsätzlich das beste Material der dreien ist und im üblichen Kreislauf über gute Eigenschaften verfügt, ist es auch das teuerste Material. Messing ist deutlich günstiger und besitzt eine wesentlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit, verfügt aber über gute Eigenschaften im Bezug auf Korrosion. Alu hingegen ist im Verhältnis zu Messing umgekehrt. Während die Wärmeleitfähigkeit recht gut ist (auch wenn sie noch weit von der des Kupfers entfernt ist), sind die chemischen Eigenschaften im Kreislauf mit anderen Metallen ein großes Problem und können nur durch Korrosionsschutz kompensiert werden.
Häufig sieht man Kombinationen aus diesen Metallen. So werden aufgrund der Kosten viele Radiatoren mit Gehäusen aus Messing versehen, sprich, die Anschlussterminals und die Verkleidungen mit den Gewinden zur Lüftermontage werden aus diesem Material gefertigt. Außerdem werden bei Rohrradiatoren oftmals die Lamellen aus Alu gefertigt. Der Verlust an Kühlleistung ist überschaubar, so gibt es kaum Unterschiede zwischen Kupfer- und Alulamellen, dafür ist die Energiedichte schlicht zu gering. Außerdem kann eine Aluminiumoberfläche Wärme geringfügig besser an Luft übertragen als eine Kupferoberfläche, was den Vorteil der etwas schlechteren Wärmeleitung auch teilweise ausgleicht.
Die deutlichste Unterscheidung aber findet nach der Fläche bzw. den Abmessungen statt. Von rein passiven Radiatoren, die auch ein eher unübliches Design haben, mal abgesehen werden Radiatoren vor allem nach Fläche unterteilt. Dabei wird sich an gängige Lüftergrößen gehalten, da diese schließlich auch auf den Radiatoren montiert werden. Üblich sind dabei 120er und 140er Größen, auch wenn andere Lüftergrößen durchaus vorkommen. Ebenso werden oft Vielfache der Lüftergrößen verwendet, so werden aus 120ern 240er, 360er und 480er und aus 140ern 280er, 420er und 560er, ebenso bei den ungewöhnlichen Lüftergrößen. Alternativ ist auch die Bezeichnung nach einem Vielfachen der verwendeten Lüftergröße, so kann man einen 360er auch als 3 x 120er Radiator bezeichnen. Des weiteren kann ein 360er Radiator nicht nur ein dreifacher 120er sein, sondern auch ein doppelter 180er. Das kommt auch vor, ist aber sehr selten. Wie ich bereits erwähnte, gängig sind 120er und 140er Lüfter, während andere Formate eher selten vorkommen. In der Forenwelt hat sich zudem die Nomenklatur nach 240er, 360er, 420er usw. etabliert. Die Anordnung ist dabei in der Regel linear, sodass am Ende ein langer Radiator rauskommt. Es gibt aber auch Radiatoren, die als Quadrat ausgelegt sind, wo dann beispielsweise 3x3 Lüfterplätze vorhanden sind, schlussendlich also 9. Ein solcher Radiator mit bspw. 9 140er Lüftern kann dann als 420er Radiator bezeichnet werden (so wie der Mora 3 420) oder aber als 1260er (Wie der Supernova 1260). Beide Bezeichnungen sind gängig. Die vergleichsweise geringe Anzahl an solchen Radiatoren macht eine Verwechselung schwer möglich. Weitere Kombinationen sind möglich, wenn auch zu ungewöhnlich, um Beachtung zu finden.
Dementsprechend findet die Nomenklatur auch bei den Herstellern statt. Oft wird dabei die Länge als Zahl im Namen angegeben, anhand derer sich der Nutzer denken kann, welche und wie viele Lüfter darauf Platz finden. Die Dicke versteckt sich oft hinter kryptischen Bezeichnungen aus der Marketingabteilung, ist aber allgemein dem Datenblatt bzw. der Beschreibung zu entnehmen. So kann man sich den gewünschten Radiator heraussuschen.
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4.2.2. Dick ist besser als dünn oder doch nicht?
Die Antwort auf diese Frage ist ja und nein, wie so oft. Selbst bei gleicher Lüfterfläche gibt es noch weitere wichtige Parameter abseits der Dicke, am bedeutendsten ist die Finnendichte (FPI). Mit einer höheren Finnendichte und auch mit einem dickeren Radiator lässt sich die Oberfläche maximieren, somit sollte es die beste Lösung sein. Leider falsch!Das Problem hierbei ist der Luftstrom. Radiatoren müssen aktiv belüftet sein, ein stärkerer Luftstrom ist dabei immer besser. Im Gegenzug stellt ein dicker Radiator mit hoher FPI einen enormen Luftwiderstand gegenüber den Lüftern dar, sodass der Luftstrom erheblich eingeschränkt wird. Am Ende kann die Luft aber nur so lange Wärme aufnehmen, wie sie kälter als das Wasser bzw. die Lamellenoberfläche des Radiators ist. Bei sich annähernden Temperaturen nimmt die Wärmeübertragung deutlich ab. Es lässt sich bei niedriger Drehzahl bereits bei dünnen Radiatoren eine Lufttemperatur der austretenden Luft nahe an der Wassertemperatur beobachten. Für dicke Radiatoren heißt das, dass bei geringem Luftdurchsatz die kühle Luft in den Radiator eindringt, erwärmt wird und nach wenigen cm so warm ist, dass kaum noch weitere Wärme abgeführt werden kann. Der ganze Rest der Dicke ist quasi sinnlos und arbeitet nur als Widerstand, sodass weniger Luft durch den Radiator strömt und die Abwärme nur bei höherer Temperaturdifferenz abgegeben werden kann, sprich, bei wärmerem Wasser. Wärmeres Wasser ist aber genau das, was man nicht will, das soll ja kalt sein. Durch den höheren Widerstand werden dicke Radiatoren bei niedrigem Lüfterdruck (resultierend aus niedriger Drehzahl oder ungeeigneten Lüftern) meist von dünnen Radiatoren geschlagen, da diese in diesem Druckbereich keinen so großen Widerstand bieten und mehr kühle Luft durchlassen, sodass die selbe Wärmemenge bei niedrigerer Temperaturdifferenz übertragen wird.
Die Hersteller versuchen, mit geringer FPI gegen dagegen zu wirken, da arbeitet aber der Luftstrom der Lüfter gegen. Die Luft nach dem Lüfter ist recht stark verwirbelt, trifft also auf die Wände der Lamellen und nimmt dort die Wärme auf. Das ist an sich auch besser als ein gerader Strom, weil dann die Luft in der Mitte zwischen den Lamellen keine Kühlwirkung hätte, sorgt aber für einen höheren Widerstand. Umso weiter also der Weg durch den Radiator, umso stärker wird der Luftstrom gebremst.
Die ideale Lösung für niedrige Lüfterdrehzahl ist daher ein dünner Radiator mit recht hoher FPI, da dort die Luft schnell und ohne so großen Widerstand die Wärme aufnimmt. Dafür allerdings fällt bei diesen Radiatoren bei größerem Luftdurchsatz die Mehrleistung geringer aus. So holen dicke Radiatoren mit geringerer FPI mit steigender Drehzahl auf, bis sie schließlich die dünnen überholen und schlussendlich bei sehr hoher Lüfterdrehzahl von den dicken mit hoher FPI abgeschlagen werden. Diese haben jedoch umgekehrt bei niedriger Drehzahl die schlechteste Kühlleistung.
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4.2.3. Intern vs. extern
In der Regel kennt man von den Wakü-Builds, die man im Internet sieht, nur interne Radiatoren, sprich im Gehäuse verbaute Radiatoren. Das muss nicht so sein, ein Radiator kann auch außerhalb des Gehäuses platziert werden, sofern die Anbindung an den Wasserkreislauf machbar ist.Der Externe Aufbau hat viele Vorteile gegenüber dem internen Aufbau. So kann die Radiatorfläche beliebig groß gewählt werden, da man nicht an das Gehäuse und seine Beschränkungen gebunden ist. Radiatoren weit größer als das verwendete Gehäuse sind daher möglich, die Fläche und damit Kühlleistung ist enorm. Außerdem erhalten diese Radiatoren ungehindert Frischluft aus dem Raum, sofern sie so positioniert sind. Da ist es wie beim luftgekühlten PC, er sollte nicht im geschlossenen Schrank stehen. Im Gegenzug jedoch bringen externe Radiatoren den Aufwand der Verschlauchung und Verkabelung mit; über den ästhetischen Aspekt lässt sich auch streiten, die kühltechnischen, teilweise gewaltigen Vorteile lassen sich jedoch nicht von der Hand weisen.
Bei internen Radiatoren muss deutlich auf das Gehäuse geachtet werden. Ohne das richtige Gehäuse keine richtige Wasserkühlung, denn die Komponenten brauchen Platz, und viel Radiatorfläche braucht viel Platz. So sind taugliche Gehäuse oft Big-Tower oder noch größer, wenn man wirklich viel Radiatorfläche für eine möglichst gute Kühlung verbauen will. Auch in Midi-Towern lassen sich gute Wasserkühlungen verbauen, gar keine Frage, jedoch ist man bei der Radiatorfläche potenziell stärker eingeschränkt als in großen Gehäusen. Zu beachten sind also Gehäuse mit Montagemöglichkeiten für möglichst viel Fläche.
Weiterhin wichtig ist, wie gut Luft an die Radiatoren kommt. Geschlossene Blech- oder Glasfronten blockieren den Luftstrom ziemlich gut, entsprechend schlecht ist die Versorgung der Radiatoren mit Frischluft, was sich natürlich auf die Temperaturen auswirkt. Daher sind Gehäuse mit gutem Airflow vorzuziehen. Das lässt sich leicht an großzügigen Meshflächen oder breite, offene Spalten neben geschlossenen Fronten erkennen. Grobes Mesh ist dabei mit die beste Lösung, da es den Luftstrom nahezu gar nicht blockiert. Zudem muss man auf die Staubfilter achten. Auch diese blockieren den Luftstrom, auch wenn sie ihrer Funktion gerecht werden. Wer die beste Kühlleistung mit internen Radiatoren will, muss also auf Staubfilter verzichten und öfter reinigen. Entsprechend sind die besten Wakü-Gehäuse riesige, schwere Gehäuse mit viel Mesh.
Zusammenfassend gilt also: Externe Radiatoren kühlen bei gleicher Fläche besser und man ist nicht an das Gehäuse gebunden, haben aber ihre Probleme im Bezug auf Optik und Aufstellmöglichkeiten sowie Anbindung.
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4.2.4. Lüfter und Airflow
Eigentlich sind sie kein essenzieller Bestandteil der Wasserkühlung, dennoch haben sie ihre Daseinsberechtigung. Man kann durchaus sich das Geld sparen und eine Wasserkühlung ohne Lüfter bauen, dann kann man aber mal locker das Doppelte für Radiatoren ausgeben, was man sonst für Lüfter und Radiatoren ausgibt. Natürlich gibt es auch einige Radiatoren, die speziell auf passiven Betrieb und Konvektion ausgelegt sind und viele sehr große Radiatoren und Wasserkreisläufe würde auch passiv laufen, ohne dass die Hardware überhitzt; es würde lediglich das Wasser wärmer. Da kleine Kreisläufe aber keine ausreichenden Kapazitäten bieten und große Kreisläufe in der Regel mit dem Ziel guter Temperaturen, oft bei unhörbarem Betrieb (was mit den richtigen Lüftern möglich ist), gebaut werden, machen Lüfter eigentlich immer Sinn.Da Radiatoren in der Regel Platz für mehrere Lüfter bieten und man meistens auch mehrere verbaut, hat ein wassergekühlter PC eigentlich immer (deutlich) mehr Lüfter als ein luftgekühlter. Eine zweistellige Zahl ist eher Regel als Ausnahme, es kommen auch durchaus mittlere zweistellige Zahlen vor.
Die Drehzahl hingegen ist keine so einfache Sache. Radiatorfläche ist an und für sich nahezu unbegrenzt erweiterbar und wird ausschließlich durch den Nutzer begrenzt. Entsprechend sind für gute Wassertemperaturen keine hohen Lüfterdrehzahlen nötig, das geht auch mit sehr geringen Werten. Beachten muss man dabei jedoch, dass eine niedrigere Drehzahl immer schlechtere Temperaturen nach sich zieht. Wo mit niedrigen Drehzahlen 10K über der Raumtemperatur drin sind, sind es mit hohen nur noch 5K. Das wäre allerdings bereits ein sehr guter Wert, 10K zwischen Luft und Wasser ist bei einem leistungsstarken PC gar nicht mal so leicht zu erreichen. In dem Bereich sind 5K bessere Hardware-Temperaturen zwar ein Mehrwert, aber den meisten Nutzern ist es den Lärm nicht wert. Genauer gesagt, den Unterschied zwischen einem hörbaren und einem nicht hörbaren PC. Das lässt sich auch alles durch mehr Radiatorfläche ausgleichen, wohlgemerkt.
Im Gegenzug jedoch wird es deutlicher. Wo mit hohen Drehzahlen 20K Wassertemperatur zur Raumtemperatur wären, wären es mit niedrigen ganze 40K. Damit hätte man bei 20°C Raumtemperatur 60°C Wasser, worauf dann noch die Temperaturunterschiede der Hardware zum Wasser kommen. Schon überhitzt die CPU unter Last und drosselt und die GPU freut sich auch nicht gerade über ihre Temperatur. Da muss man dann einfach zu höheren Drehzahlen greifen.
Im Idealfall hat man so viel Radiatorfläche, dass man ohne große thermische Nachteile niedrigere Drehzahlen fahren kann und damit den (Achtung, persönliche Meinung!) größten Vorteil der Wasserkühlung nutzen kann, nämlich den unhörbaren PC.
Ein Weg, bessere Temperaturen ohne Erhöhung von Lautstärke oder Radiatorfläche zu erhalten, ist der Push-Pull-Betrieb.
Viele Radiatoren können beidseitig mit Lüftern bestückt werden, dabei ist, wenn möglich, der Push-Betrieb, sprich die Lüfter blasen die Luft durch den Radiator, dem Pull-Betrieb, sprich die Lüfter saugen durch den Radiator, vorzuziehen. Die Unterschiede sind jedoch sehr klein, sodass man keine wirklich beachtenswerten Nachteile durch Pull erhält. Verbaut man jedoch beidseitig Lüfter, kann man den Luftdurchsatz durch den Radiator steigern und so die Temperaturen verbessern. Der Vorteil ist aber mit üblicherweise 10-20% recht gering und lohnt sich daher nur bei limitierten Möglichkeiten bei der Radiatorfläche in Verbindung mit für die verwendete Lüfterdrehzahl restriktiven Radiatoren, sprich bei dicken Radiatoren und/oder bei sehr niedrigen Drehzahlen, wo der aufgebaute Druck der Lüfter etwas schwach ist. Im Gegenzug jedoch entsprechen diese 10-20% Kühlleistung jedoch 20-30% Drehzahl, sodass man durchaus niedrigere Drehzahlen nutzen kann.
Weiterhin können zusätzliche Gehäuselüfter die Radiatorlüfter entlasten. Wenn diese nicht Luft durch die Radiatoren schaffen müssen, sondern auch noch für den Airflow im Gehäuse zuständig sind, verlieren die Radiatorlüfter an Leistung. Gehäuselüfter nehmen diese zusätzliche Last weg, sodass die Radiatorlüfter nur ihrem eigentlichen Zweck nachgehen müssen.
Der wichtigste Punkt aber ist die Frischluftversorgung. Dies ist der entscheidende Punkt, welcher externe Radiatoren den internen meist überlegen und im (für die internen Radiatoren) besten Fall ebenbürtig macht sowie der Hauptgrund gegen viele von der zu verbauenden Radiatorfläche eigentlich gute Gehäuse ist. Zur Überlegenheit externer Radiatoren habe ich bereits etwas geschrieben, aber auch im idealen Gehäuse sind leicht Fehler zu machen. Dabei sind zwei Aspekte gegeneinander abzuwägen: Airflow und Frischluft selbst.
Prinzipiell ist es immer am besten, die Radiatoren mit möglichst kühler Luft zu versorgen. Der Hintergrund ist ganz einfach, die Wassertemperatur ist ein Wert oberhalb der Lufttemperatur. Bekommen die Radiatoren kühlere Luft, ist das Wasser auch kühler. Wenn ein Radiator jedoch vorgewärmte Luft eines anderen oder aber einer Komponente erhält, wie es eigentlich immer bei aus dem Gehäuse ausblasenden der Fall ist, ist die Kühlleistung schlechter. Falls das der einzige Radiator im Kreislauf ist, ist das Wasser dann direkt deutlich wärmer. Wenn bei 20K Wasser zu Luft die Luft 40 statt 20°C warm ist, ist das Wasser dann 60 statt 40°C warm, entsprechend wird die gekühlte Komponente drunter leiden. Wenn es mehrere Radiatoren im Kreislauf gibt, wird der mit warmer Luft versorgte einen schlechteren Wirkungsgrad zu dem mit der kühleren Luft haben, weil die Temperaturdifferenz und damit ein wesentlicher Faktor bei der Wärmeabgabe zwischen Wasser und durchgeblasener Luft viel niedriger ist. Daher sollten Radiatoren im Optimalfall immer kühle Frischluft von außerhalb des Gehäuses erhalten.
Dem entgegen spricht oft der Airflow. Blasen alle Radiatorlüfter ein und es werden nur wenige Gehäuselüfter verwendet, kommt der Aufwand, die warme Abluft wieder weg zu schaffen, auf die Radiatorlüfter. Dadurch verlieren diese an Leistung,... das selbe Schema wie etwas weiter oben. Daher kann es unter Umständen auch Sinn machen, einen Radiator doch die warme Abluft eines anderen ansaugen zu lassen, um so den Airflow durch beide zu steigern und eben doch bessere Temperaturen als mit komplett einblasenden Lüftern zu erhalten. Es kann sogar so weit gehen, dass das Weglassen eines Radiators mit ausblasenden Lüftern und nur ausblasende Lüfter an dieser Stelle keinen Temperaturnachteil mit sich zieht. In der Regel tritt das aber nur auf, wenn man mehrere einblasende Radiatoren hat, die über einen Radiator entlüftet werden.
Es ist immer ein Abwägen gegeneinander und es gibt keine Musterlösung, welcher Einbau der beste ist. Ideal wäre es, wenn alle Radiatoren ausschließlich frische Luft erhalten und diese über Gehäuselüfter abgeführt wird, aber da, wo ein Lüfter Platz findet, kann oft auch ein Radiator montiert werden. Die Musterlösung kann letztendlich doch nur bei externen Radiatoren stattfinden.
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4.3. Pumpen und Durchfluss
Die Pumpe und damit verbunden der Durchfluss zählen zu den größten Streitthemen und nirgendwo sonst gibt es so viele Mythen in der Wasserkühlung. Eins vorweg: Pumpen sind - Überraschung - dazu da, um das Wasser durch den Kreislauf zu befördern. Und solange das Wasser fließt, funktioniert die Wakü.zum Inhaltsverzeichnis
4.3.1 Die Kreiselpumpe
Es gibt eine ganze Menge unterschiedlicher Methoden, wie eine Pumpe arbeiten kann. Sie alle haben ihre Vor- und Nachteile. In der Wasserkühlung hat sich die Kreiselpumpe durchgesetzt. Diese kann recht leise arbeiten und dabei konstant Wasser in Bewegung halten. Außerdem ist der maximale Druck begrenzt. Eine Kreiselpumpe kann auch bei hohem Widerstand ohne größeren Aufwand arbeiten. Das liegt im Funktionsprinzip begründet. Kreiselpumpen beschleunigen Wasser durch eine Drehbewegung und erzeugen so einen Wasserfluss. Das Grundprinzip ist ziemlich einfach. Ein Rotor, oft auch Impeller genannt, dreht sich. Durch die Drehbewegung entstehen Fliehkräfte und das Wasser wird nach außen beschleunigt.Ich veranschauliche das hier mal anhand des Rotors einer ganz normalen Eheim-Pumpe. Der Einlass liegt in Richtung der Welle, sodass das Wasser mittig auftrifft. In Bewegung gesetzt wird es erst im äußeren Bereich. Der Rotor dreht sich, bewegt das Wasser mit und befördert es dann mit hoher Geschwindigkeit in den Auslass an der Seite. Das ist das Grundprinzip, nachdem alle Kreiselpumpen arbeiten, und so haben diese immer einen Einlass mittig auf dem Rotor und einen Auslass seitig.
Um den Druck zu verbessern, werden bei vielen im Wakü-Bereich üblichen Pumpen die Schaufeln angeschrägt, weil so das Wasser stärker nach außen gedrückt wird, was wiederum den Druck der Pumpe erhöht.
Hier mal anhand einer Alphacool DC-LT (Quelle). Die eignet sich besonders gut für die Darstellung, weil man den Rotor einfach sehen kann. Viele Pumpen mit vergleichbarem Rotoraufbau haben eine Abdeckung über den Schaufeln, welche zwar technische Vorteile bietet, aber natürlich den Blick enorm erschwert.
Man sieht hier, wie das Wasser nahe des Zentrums vor allem in die Drehbewegung versetzt wird, außen aber durch die schrägen Schaufeln der Druck zur Außenwand stark erhöht wird, bis das Wasser schließlich durch den Auslass abfließt.
Durch dieses Funktionsprinzip ist der Druck von solchen Wasserpumpen begrenzt. Einerseits kann zwar ein beachtlicher Druck erzielt werden, andererseits kann dieser - anders als bei einer Kolbenpumpe z.B. - kein Übermaß annehmen. Außerdem hat man eine konstante Strömung.
Zudem ermöglicht eine gut gelagerte Pumpe einen leisen Betrieb, weil sie sehr gleichmäßig läuft und keine Unwuchten hat.
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4.3.2 Druck, Durchfluss und die Kennlinie
So, jetzt wirds wieder technisch. Aber erstmal ganz von vorne. Schaut man in den gängigen Wakü-Shops nach Pumpen, findet man sehr oft Angaben zu Druck und Durchfluss. Wichtig ist hier zu wissen, dass das alles theoretische Werte sind, mit denen man in der Praxis für sich genommen erstmal wenig anfangen kann. Da stehen dann auf einmal 3,7m Förderhöhe oder 0,37 Bar oder 1500l/h Durchfluss und all das und da stellen sich natürlich Fragen. Erstmal zur groben Begriffsklärung.Bar ist eine gängige Einheit für den Druck. 1 Bar ist dabei der Druck, den eine 10m hohe Wassersäule auf eine Fläche von 1 cm² auswirkt. Und da ist auch schon die Brücke zur Fördehöhe. Die gibt im Prinzip einfach an, wie hoch die Wassersäule wäre, die die Pumpe erzeugen kann. Für den einen mag die eine Einheit passender sein, für den anderen die andere. Sie sagen aber alle das gleiche aus, nämlich, wie viel Druck die Pumpe maximal erzeugen kann, wenn sie gegen einen Widerstand arbeitet und gar kein Wasser fließt.
Die Durchflussangabe ist genau andersrum. Da hat man eine Angabe zum maximal möglichen Durchfluss, wenn die Pumpe genau gar keinen Widerstand zu überwinden hat und das Wasser frei befördern kann. Dementsprechend kommen dann dort Werte wie 600l/h, 900 l/h oder gar 1500l/h raus.
Praxisrelevant ist nichts davon. Beides sind absolute Maximalangaben, auch wenn der Druck doch als guter Anhaltspunkt für die Leistung einer Pumpe zu gebrauchen ist. Wer sich etwas über Wasserkühlungen informiert, wird schnell herausfinden, dass viele Nutzer Durchflüsse im Bereich 30, 50, 80, 120, 150, oder auch 200l/h haben, obwohl die verwendete(n) Pumpe(n) laut Datenblatt weit mehr schafft/schaffen. Der Grund dafür ist, dass PC-Wasserkreisläufe durch die recht feinen Kanäle in Kühlern und Radiatoren, durch die Schläuche, Anschlüsse und einfach alles einen Gegendruck erzeugen. Der hängt weitesgehend davon ab, wie schnell das Wasser durch den Kreislauf strömt. Umso höher der Durchfluss, umso höher der Gegendruck. Um den Durchfluss zu steigern, muss also mehr Gegendruck überwunden werden. Die Pumpe braucht mehr Druck.
Ich habe das mal etwas veranschaulicht.
Man sieht dort die Kennlinien zweier DDC-Varianten, einmal der normalen DDC 1T und der DDC 1T+. Dazu habe ich noch eine Linie für den Gegendruck eingezeichnet. Die wäre in der Praxis niemals gerade, aber zur Veranschaulichung reicht es. Hier sieht man, dass die Gegendrucklinie die Kennlinie der normalen 1T bei ca. 0,34 Bar und 60l/h schneidet. Für einen angenommenen Kreislauf mit diesem Aufbau würde das bedeuten, die Pumpe erzeugt in dem Moment 60l/h Durchfluss und benötigt dabei 0,34 Bar. Man hat also weder die maximalen 0,37 Bar, die die Pumpe theoretisch schafft, noch die angegebenen 450 l/h.
Darüber hat man dann die Kennlinie der 1T+. Theoretisch 0,47 Bar und 500l/h, aber praktisch 0,45 Bar und 75l/h Durchfluss.
Man sieht also sehr deutlich, dass ein höherer Druck der Pumpe in mehr Durchfluss resultiert. Weiterhin kann man den zu erreichenden Durchfluss gut anhand der Druckangabe der Pumpe abschätzen. Eine Pumpe mit höherem maximalem Druck wird in den meisten Fällen mehr Durchfluss als eine mit niedrigerem schaffen, schlicht weil die Kennlinie höher verläuft. In der Praxis gibt es allerdings durchaus Beispiele, dass eine zuerst druckschwächere Pumpe mit steigendem Durchfluss weniger Druckverlust hat und somit mehr Durchfluss erzielt. Ein gutes Beispiel sind da die beiden populärsten Pumpen, die D5 und die DDC. Während die DDC 1T+ mit 0,47 Bar gegenüber den 0,37 Bar der D5 erstmal deutlich stärker erscheint, hält die D5 den Druck viel besser, während die DDC sehr schnell starke Verluste hinnehmen muss. Ab ca. 300l/h wendet sich dann das Blatt und die D5 leistet mehr. Dieses Extrembeispiel sagt genug darüber aus, dass die Angaben für sich genommen nicht unbedingt aussagekräftig sind. Es sind lediglich Anhaltspunkte.
Nun, was passiert mit mehreren Pumpen? An sich muss man dazu nur die Kennlinien addieren. Verbaut man Pumpen seriell, so addiert sich der Druck. Verbaut man sie parallel, addiert sich der Durchfluss. Zwei D5-Pumpen können so also seriell einen maximalen Druck von 0,74 statt 0,37Bar erreichen, während der maximale Durchfluss bei 1500l/h bleibt. Oder aber, wenn man sie parallel verbaut, erreichen sie immer noch 0,37Bar, aber maximal 3000l/h. Man sieht es schon an den Werten, wie sinnvoll der parallele Betrieb ist. Dennoch habe ich noch zwei Grafiken parat.
Man sieht sofort, was realistisch besser ist. Der deutlich gesteigerte Druck des seriellen Gespanns lässt es einen deutlich höheren Gegendruck überwinden, wodurch der reale Durchfluss deutlich höher liegt. Der parallele Betrieb hingegen würde erst irgendwo ab 800l/h Vorteile bringen und das sind Durchflussbereiche, die man niemals erreichen wird. Das verhält sich bei anderen Pumpen natürlich anders und bei der DDC liegt der Punkt schon bei niedrigerem Durchfluss, aber auch da spricht man immer noch von ca. 500l/h. Das sind alles Bereiche, die man schlicht nicht erreichen wird.
Der Grund dafür ist der Gegendruck. Der Einfachheit halber habe ich ihn mit einer Gerade dargestellt. Tatsächlich sieht die Sache etwas anders aus. Der Gegendruck steigt quadratisch an. Bedeutet, bei doppeltem Durchfluss hat man den vierfachen Gegendruck und braucht damit den vierfachen Pumpendruck. Für eine Verdoppelung des Durchflusses ist also eine Vervierfachung des Durchflusses nötig. Das ist ein enormer Aufwand.
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4.3.3 Der Sinn des Durchflusses
Nun kommen wir dazu, was der ganze Durchfluss denn bringt. Das Grundprinzip ist einfach. Das Wasser nimmt die Wärme am Kühler auf, transportiert sie und gibt sie am Radiator wieder ab. Das verhält sich so, völlig egal wie der aktuelle Durchfluss ist. Ist der nun bedeutungslos? Nein. Der Durchfluss bestimmt, wie viel Wärme auf wie viel Wasser verteilt wird, wie leicht die Wärme an einem Kühler aufgenommen und wie leicht sie an einem Radiator wieder abgegeben wird. Der Durchfluss hat also durchaus einen Einfluss. Sieht man sich Grafiken über Durchflussskalierung an, erkennt man natürlich enorme Schwankungen. Das ist so, weil sich relevante Änderungen am besten in großen Bereichen zeigen lassen. In der Praxis wird man, sofern man es nicht drauf anlegt, keine größeren Änderungen erzielen. Eine zusätzliche Pumpe bringt in der Regel ca. 50% mehr Durchfluss. Das sind natürlich Bereiche, in denen sich etwas tut, aber nichts Weltbewegendes. Allgemein kann man sagen, der Einfluss durch den Durchfluss ist recht gering. Als Optimierungsmaßnahme bei großen Kreisläufen macht es einen Unterschied, aber bei gewöhnlichen Kreisläufen eher weniger.
Aber dröseln wir das mal von vorne auf. Wichtig ist beim Durchfluss die spezifische Wärmekapazität des Wassers. Diese liegt bei 4,19 J/(g*K). Das bedeutet, um 1g Wasser um 1K zu erwärmen, benötigt man 4,19J. Der Einfachheit halber und weil die meisten Zusätze die Wärmekapazität ohnehin etwas reduzieren, rechnen wir mit 4. Nehmen wir uns also einen Testkreislauf. Angenommen, wir haben 60l/h Durchfluss und 1l Wasser. Der Radiator fasst 500ml, der Kühler 50ml. Nun heizt die Hardware mit 400W. Was passiert mit dem Wasser? Überraschung, es erwärmt sich im Kühler und kühlt im Radiator wieder ab. Das kann man aber berechnen.
Nehmen wir einfach mal die angenommenen Zahlen. 60l/h sind 1l/min. Unser Kühler fasst 50ml. Um das Wasser im Kühler einmal auszutauschen, braucht es also 3s Zeit. In der Realität fassen die meisten Kühler übrigens weniger Wasser, aber wir rechnen dennoch mit diesen Werten. Nun hat die angenommene CPU darunter 400W. In 3 Sekunden wären das also 1200Ws oder 1200J. Nun denken wir wieder an die Gleichung. 4J/(g*K). Rechnen wir jetzt mal mit den Werten unseres Kreislaufs. Stellt man die Einheiten etwas um und setzt die Zahlen ein, kommt man auf 6K, um die sich das Wasser erwärmt, wenn es den Kühler passiert.
Nun wird es weitertransportiert zum Radiator und gibt die Wärme dort wieder ab. Wie gut das funktioniert, kommt einfach gesagt auf die Wärmeabgabe des Radiators und daher auf die Temperaturdifferenz zwischen Wasser und Luft an. In einem eingependelten Kreislauf entspricht die Wärmeabgabe am Radiator der Wärmeaufnahme am Kühler. Das Wasser wird im Radiator also 6K kühler. Ist das Wasser zu kalt, gibt es weniger Wärme ab. Es verringert seine Temperatur nicht um diese 6K, sondern beispielsweise nur um 4K. Bedeutet, wenn das Wasser zum nächsten Mal den Kühler erreicht, ist es 2K wärmer als beim vorigen Durchlauf. Das Wasser wird also von Durchlauf zu Durchlauf wärmer, bis der Radiator es schafft, bei einem Durchlauf das Wasser um diese 6K abzukühlen.
Nun, welchen Einfluss hat denn jetzt der Durchfluss? Ändern wir ihn mal. 120l/h, der doppelte Wert. Setzen wir die Zahlen ein, kommen wir am Ende auf 3K, die sich das Wasser erwärmt. Toll, oder? Das Wasser wird weniger warm, der Radiator hat weniger zu tun.
Weit gefehlt. Der Radiator hat nun nur die Hälfte der Zeit, um das Wasser wieder abzukühlen. Groß an der Funktion des Kreislaufs ändert sich so nichts.
Das ist aber nur die halbe Wahrheit. Zum einen verliert der Radiator mit sinkender Temperatur an Wirkunsgrad. Das Wasser kann nicht unendlich abgekühlt werden und bei Raumtemperatur ist Schluss. Erreicht das Wasser im Radiator also nahe Raumtemperatur, gibt es keine Wärme mehr ab. Eine Erhöhung des Durchflusses sorgt dafür, dass sich das Wasser bei einem Durchlauf nicht so sehr abkühlt und über den ganzen Radiator gekühlt wird. Da es sich dabei gleichzeitig nicht so sehr aufwärmt, erhält der Radiator auch kühleres Wasser zum Abkühlen. Dazu kommen noch Strömungseffekte, welche díe Wärmeabgabe bei steigendem Durchfluss begünstigen.
Dazu habe ich eine Grafik angefertigt.
Hier seht ihr Messwerte, die ich selbst ermittelt habe. In Blau ist die kreislaufinterne Differenz zu sehen, sprich das, was in unserem Beispiel 6K war. Man sieht, wie dieser Wert über steigenden Durchfluss immer weiter fällt. In Orange und Gelb sind dann die jeweiligen Messpunkte am wärmsten und am kältesten Punkt im Kreislauf zu sehen. Diese nähern sich immer weiter an. Dabei fällt der Hochpunkt mehr als der Tiefpunkt steigt. Das habe ich in Grün dargestellt, welches den Durchschnitt beider Werte darstellt. Man sieht, wie dieser mit steigendem Durchfluss langsam fällt. Je nach Kreislauf mögen sich die Werte unterscheiden, das grundlegende Verhalten bleibt jedoch bestehen.
Nun, wie wirkt sich nun der Durchfluss bei Kühlern aus? Kreislaufintern und beim Radiator tut sich ja was, wie machen das Kühler? Die Antwort ist, dass moderne Kühler sehr gut auf Durchflussänderungen ansprechen. Mein Testsubjekt hier ist eine RTX 2080ti bzw. deren GPU, schlicht weil diese, anders als eine moderne CPU, keine unsinnigen Sprünge in der Temperatur hinlegt, egal was man macht.
Die Durchflussskalierung ist durchaus vorhanden. Gerade im Vergleich zum Einlasswasser fällt die Temperatur mit steigendem Durchfluss deutlich. Das ist die blaue Kurve. In Orange sieht man, wie die GPU sich zum Auslasswasser verhält. Der Fall ist ebenfalls vorhanden, allerdings weniger stark. Das liegt daran, dass das Auslasswasser als wärmste Stelle des Kreislaufs ebenso stark an Temperatur verliert. Man sehe zurück auf die vorige Grafik, wo das Auslasswasser des Kühlers ebenfalls orange dargestellt war. Zusätzlich ist in der Grafik die reale Temperatur der GPU im Vergleich zur Raumtemperatur zu sehen. Auch hier sieht man, wie die Temperatur kontinuierlich fällt, wenn der Durchfluss steigt. Eine Steigerung des Durchflusses ist also in jedem Fall zweckmäßig.
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4.3.4 Seriell, Parallel und die Reihenfolge
In einem Kreislauf finden sich meist nicht nur ein Kühler und ein Radiator. Die meisten Kreisläufe umfassen CPU, Grafikkarte und mehrere Radiatoren. Gerade bei den Kühlern gibt es mehrere Möglichkeiten, diese zu verbauen. Seriell, also ein Kühler nach dem anderen, oder aber parallel. Dazu muss man den Kreislauf aufteilen und die Komponenten einzeln mit Wasser versorgen. Im Anschluss werden die Teilkreisläufe wieder zusammengeführt. Man hat also definitiv einen Mehraufwand. Ob das was bringt, sehen wir nun.In dieser Grafik habe ich also 2 2080ti abgebildet. Einmal im seriellen Aufbau, dann im parallelen. Am seriellen Aufbau kann man auch gleich den Einfluss der Position im Kreislauf erkennen. Man sieht, dass die Kurve der zweiten Komponente deutlich steiler verläuft und sie anscheinend deutlich stärker von steigendem Durchfluss profitiert. Das liegt daran, dass sie einerseits so wie die erste Komponente mit steigendem Durchfluss ein niedrigeres Delta zum Wasser aufweist, sondern andererseits auch noch weniger stark vorgewärmtes Wasser erhält. Die erste Komponente hingegen erhält bei niedrigem Durchfluss sogar kühleres Wasser. Dieser Vorteil wird zwar durch die besseren strömungstechnischen Eigenschaften bei höherem Durchfluss mehr als wett gemacht, aber spielt dennoch mit hinein, während er bei den folgenden Komponenten ein Nachteil ist. Dieser Nachteil sorgt dafür, dass bei niedrigem Durchfluss der parallele Aufbau minimal besser ausfällt, aber daraufhin diesen Vorteil sehr deutlich verliert. An die Temperaturen der ersten Komponente im seriellen Aufbau kommt der parallele Aufbau nie heran.
Und hier ist die Krux. Das waren beides baugleiche Karten bzw. Kühler. In der Realität jedoch benutzen nur die wenigsten Leute zwei Grafikkarten, haben aber meist noch eine CPU oder weitere Komponenten im Kreislauf. Hier verhält es sich dann etwas speziell. Kühler haben unterschiedliche Durchflusswiderstände, je nach Bauweise. Im parallelen Aufbau würde das dann bedeuten, dass ein größerer Teil des Wassers durch den Kühler fließt, der einen geringeren Widerstand aufweist und der andere Kühler nur wenig Durchfluss hat. Generell sind die Einzeldurchflüsse im parallelen Betrieb nie so hoch wie im seriellen Betrieb, schlicht weil der Durchfluss prinzipbedingt geteilt wird. Nun wird der Durchfluss für den restriktiven Kühler nochmals deutlich reduziert, wo er ohnehin schon geringer ist. Alles für etwas kühleres Einlasswasser. Der Gesamtdurchfluss mag so höher sein, die Teildurchflüsse sind es nicht. Das sorgt dafür, dass die Temperaturen im parallelen Betrieb nahezu immer schlechter sind. Unterschiedliche Kühlerbauweisen versorgen einzelne Kühler nicht ausreichend mit Wasser. Im seriellen Betrieb hingegen wird jeder Kühler zwangsweise durchströmt. Das reduziert natürlich den Gesamtdurchfluss, weil so mehr Widerstände nacheinander im Kreislauf sind. Genau wie beim elektrischen Strom. Allerdings erhält so jeder Kühler den maximalen Durchfluss. Dafür jedoch spielt die Reihenfolge ihre Rolle. Gerade bei niedrigem Durchfluss erkennt man größere Unterschiede bei der Wassertemperatur, je nachdem, wo man im Kreislauf misst. Das kann man sich zunutze machen, um manche Kühler gezielt mit kühlerem oder wärmerem Wasser zu versorgen. Peilt man beste Temperaturen an, muss man jedoch bedenken, dass das Wasser nach jeder Komponente wärmer ist. Diesen Effekt kann man nur durch die Leistung der Pumpe abschwächen, aber nie auslöschen. Man sieht, welchen großen Einfluss die Pumpe bzw. ihre Leistung und damit der Durchfluss auf die Wakü hat und wie wichtig sie deshalb ist.
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4.3.5 Montage, Betriebsgeräusche und Entkopplung
Schlussendlich muss so eine Pumpe ja auch irgendwie montiert werden und sollte nicht lose im Gehäuse rumfliegen. Spätestens Schlauch und Verkabelung sorgen für eine halbwegs feste Position.Außerdem ist die Pumpe das Bauteil, was mit Abstand am meisten mechanische Energie im PC umsetzt, da kommt es immer zu Geräuschen, sowohl hörbar als auch nicht hörbar.
Grundsätzlich gibt es da zwei Arten der Montage bzw. der Pumpen. Einmal Pumpen, die ab Werk bereits über ein vollständiges Gehäuse verfügen und nur noch in den Kreislauf eingebunden werden müssen, und dann welche, die zwingend einen Deckel benötigen. Letztere haben sich in den letzten Jahren durchgesetzt, da durch die unterschiedlichen Deckel eine weitaus größere Auswahl und mehr Individualisierungsmöglichkeiten bestehen. Zudem sind solche Pumpen oft leiser als ihre oft dem Aquarienbereich entstammenden Gegenspieler.
Bei den Deckeln muss beachtet werden, dass er auch für das entsprechende Modell geeignet ist. Eine mechanisch inkompatible Pumpe kann man nicht mit dem falschen Deckel verschrauben, das wird nichts. Meistens ist der Name der jeweils kompatiblen Pumpe im Namen des Pumpendeckels enthalten. Einige Hersteller bieten die Pumpen auch bereits vormontiert mit Deckel und sogar Agb an.
Komplette Pumpen kann man also direkt in den Kreislauf einbinden, bei den offenen braucht man einen Deckel. Diese Deckel gibt es von vielen verschiedenen Herstellern und auch in unterschiedlichen Ausführungen und Materialien. So gibt es Deckel aus durchsichtigem Material, oft Acryl, manchmal auch Nylon, und welche aus undurchsichtigem Material, sei es Acetal/POM oder Metall, meist Messing. Die Kunststoffdeckel sind dabei allesamt recht leicht und durchsichtige Deckel lassen sich mit der richtigen Beleuchtung und/oder farbiger Kühlflüssigkeit gut in Szene setzen. Zudem ist der Preis nicht allzu hoch. Akustisch sind Acryldeckel eher schlecht, zudem ist Acryl nicht gerade das stabilste Material. Bei Unachtsamkeit kann es leicht zu Rissen kommen, wenn man Schrauben oder Anschlüsse zu fest anschraubt. Acetal ist da weit praktischer, weil es quasi nicht zerreißt. Irgendwann ist zwar das Gewinde weg, aber der Deckel wird wenigstens nicht komplett undicht.
Am besten sind allerdings Metalldeckel. Diese sind zwar in der Regel teurer, aber sehr stabil und schwer (das wird bei den Geräuschen noch wichtig). Kaputt bekommt man sie kaum, allerdings neigen manche Hersteller zu billigem Lack auf der Innenseite oder anderweitigen minderwertigen Beschichtungen, welche sich im Betrieb ablösen können und sich dann im Kreislauf verteilen. Bei korrekter Behandlung ist das zwar kein Problem, spricht aber nicht für den Hersteller.
Hier ein Beispiel für einen montierten Metalldeckel auf einer Laing DDC (Quelle).
Die derzeit populärste Möglichkeit ist die direkte Einbindung des Deckels in den Ausgleichsbehälter. Dabei wird der Deckel als Teil des Ausgleichsbehälters in die Form gebracht, dass er als Deckel für die Pumpe fungiert. Dabei wird in der Regel aber nur zu Acetal oder Acryl gegriffen, Metalldeckel als Boden eines Ausgleichsbehälters gibt es (noch) nicht.
Weit wichtiger ist der Deckel im Fall von Geräuschen. Die Pumpe ist das stärkste mechanische Bauteil im ganzen PC und bewegt eine ganze Menge Wasser, ohne Geräusche kommt man da nicht aus. Dementsprechend fällt in der Regel ein Betriebsgeräusch an. Zudem laufen solche Pumpen nicht perfekt rund und das beschleunigte Wasser hat auch seine Auswirkungen, sodass alle Pumpen in mehr oder minder starke Schwingungen geraten. Diese Schwingungen bzw. Vibrationen will man natürlich nicht auf sein Gehäuse übertragen. Man muss daher also ganz eindeutig unterscheiden zwischen dem Laufgeräusch und den Vibrationen.
Ersteres ist ein -je nach Ansicht- leichter und auch schwerer Gegner. Schall wird dabei durch den Deckel und das Gehäuse übertragen, gelangt durch die Luft, durch die Gehäusewand,... Mit steigendem Abstand verliert er natürlich an Kraft, außerdem ist der Materialübergang immer ein guter Weg, um Betriebsgeräusche abzumildern. Der einfachste Weg ist daher, die Pumpe möglichst tief im Gehäuse zu verbergen, wo so viel Material wie möglich im Weg ist. Vom Betriebsgeräusch bleibt dann nicht mehr viel übrig. Das geht natürlich nicht in jedem Gehäuse. Einfacher ist es, einen schweren Metalldeckel zu verwenden. Metall selbst ist zwar ein guter Schallleiter aufgrund seiner festen und starren Struktur, aber durch sein Gewicht gibt es den Schall eher schlecht an die Umwelt ab. Das Metall kann durch sein hohes Gewicht schlicht nicht in so starke Schwingungen versetzt werden, dass es starke Schallwellen an die Luft weitergibt. So wird bereits viel vom Betriebsgeräusch abgedämpft. Ein vollständiges Metallgehäuse, wie es das für einige Pumpen gibt, und nicht nur ein Deckel verbessern das zusätzlich. Der beste Weg ist aber schlicht und einfach das Drosseln der Pumpe.
Das wäre auch der Übergang zu den Vibrationen. Wo weniger Leistung umgesetzt wird, ist der Betrieb auch leiser. Das ist der einfachste Weg, um die Pumpe leise bzw. unhörbar zu bekommen (daher auch der Richtwert beim Durchfluss). Eine gedrosselte Pumpe schafft natürlich nicht so hohen Durchfluss, manchmal lässt sie sich auch nicht einfach so drosseln. Vibrationen fallen jedoch immer an, bei stärkerem Betrieb in der Regel auch deutlich stärker als bei schwachem. Bei starrer Montage, sprich den Deckel bzw. die Pumpe direkt ans Gehäuse angeschraubt, werden diese auch auf das Gehäuse übertragen, Folge ist, dass das Gehäuse und alles da drin vibriert. Manches stark, manches schwächer. Mit Pech treffen die Vibrationen auch die Resonanzfrequenz eines Bauteils, sodass es wesentlich stärker vibriert. Zudem kommt es auch auf die verwendeten Materialien an, die bei den Vibrationen aufeinandertreffen. Langer Rede kurzer Sinn, Vibrationen will man nicht haben, sie fallen aber an, wenn die Pumpe arbeitet. Mit Glück erwischt man die Drehzahl der Pumpe, mit der sich die Schallwellen der unterschiedlichen Beschleunigungen ausgleichen, sodass keine Vibrationen anfallen, dafür ist aber viel Glück und eine genaue Feinjustierung erforderlich, bei der es auch sehr auf Fertigungstoleranzen und damit einhergehend feine Unterschiede ankommt.
Wesentlich einfacher ist es, die Vibrationen einfach abzufangen, sodass nur die Pumpe inklusive Deckel vibriert. Dazu gibt es einige Möglichkeiten. Wichtig ist aber, dass jeder Kontakt zur Außenwelt richtig abgefangen wird. Es bringt nichts, die Pumpenbefestigung sehr gut zu entkoppeln, wenn man die Pumpe über Rohre irgendwo anbindet. Diese sind ein wesentlich besserer Schallleiter als Schlauch, sodass so leicht Vibrationen übertragen werden können. Auch Schlauch sollte immer eine gewisse Länge haben und wenn möglich recht weich sein, sodass er eben nicht die Vibrationen weiterleitet wie ein Rohr, sondern sie in seiner eigenen Elastizität abfängt. Dabei habe ich sogar schon den anderen Bereich der Entkopplung angesprochen: Die Pumpenbefestigung. Irgendwie muss die ja fest sitzen, aber direkte Schrauben sind unschön. Dazu gibt es viele Möglichkeiten über dicke und dünne Gummiunterlegscheiben, über Gummistücke entkoppelte Schrauben und zu guter letzt komplette Schaumgummischwämme. Diese bieten die beste Entkopplung, da sie sämtliche Vibrationen mühelos abfangen können. Die Pumpe kann so frei schwingen, was zwar die Vibrationen über den Schlauch verstärkt, diese werden aber bereits abgefangen. Damit das alles auch so funktioniert, muss auch sichergestellt werden, dass die Pumpe nicht ungewollt Kontakt zu anderen Teilen der Wasserkühlung oder des Gehäuses hat. Es nützt nichts, wenn die Pumpe auf einem Schwamm steht, aber oben gegen eine Zwischendecke des Gehäuses stößt und ihre Vibrationen ausschließlich darauf überträgt.
Das ist zumindest die graue Theorie. In der Praxis ist es oft so, dass solche Maßnahmen teilweise deutlich übertrieben sind. Viele populäre Pumpen erzeugen recht wenige Schwingungen, sodass schon eine einfache Entkopplung des Deckels bzw. des AGBs ausreichen und sogar Hardtubes möglich sind. Außerdem sind langjährige Wasserkühlungsnutzer oft etwas überempfindlich und übertreiben es in ihrem Streben nach Stille soweit, dass selbst das kleinste Geräusch des PCs subjektiv als störend empfunden wird.
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