Warum eigentlich ein Kühlkörper aufm CPU?

[werrek]

Warum eigentlich ein Kühlkörper aufm CPU?

Ich frage mich beim Thema Luftkühlung, warum aufm CPU eigentlich ein Kühlkörper sitzt, auf dem der Lüfter ist! Warum nicht direkt den Lüfter unmittelbar über dem CPU platzieren? Durch den Kühlkörper (der ja eigentlich nicht kühlt, sondern nur die Wärme ableitet) hat die Wärme ja einen längeren Weg nach oben, weg vom CPU! Würde man nicht bessere Ergebnisse erzielen, wenn die Wärme, die vom CPU nach oben steigt sofort von einem Lüfter weggeblasen wird? Also wenn man den Lüfter direkt über dem CPU platzieren würde (vorrausgesetzt man findet einen hitzefesten Lüfter der dann nicht wegschmilzt)?

was meint ihr dazu

 

[Kindercola]

AW: Warum eigentlich ein Kühlkörper aufm CPU?

Glaub ich eher nicht. Den der Kühlkörper bewirkt ja eine Oberflächenvergrößerung die dann einfacher durch den kalten Luftstrom weggepustet werden kann

 

[werrek]

AW: Warum eigentlich ein Kühlkörper aufm CPU?

ich glaube ich probiere das mal mit einem test-system aus das juckt mich extrem in den fingern ^^

 

[Chemenu]

AW: Warum eigentlich ein Kühlkörper aufm CPU?

Ganz einfach:

Kühlkörper
Wärmeleitfähigkeit

Wärmeleitfähigkeit (jeweils in W/(m*K), also Watt je Kelvin und Meter) von
Luft: 0,0262
Kupfer: 401
Aluminium: 236

Ich hoffe Deine Test-CPU ist entbehrlich. Falls es sich um ein älteres Modell handelt wird sie den Test wahrscheinlich nicht überstehen.
Neuere CPUs haben ja Schutzmechanismen und sollten sich bei Überhitzung drosseln bzw. abschalten.

 

[Dr Bakterius]

AW: Warum eigentlich ein Kühlkörper aufm CPU?

Wie willst du die kleine Fläche schnell genug kühlen ohne das die CPU throttelt bzw. durchbrennt. Eine CPU erhitzt sich innerhalb weniger Augenblicke auf den kritischen Bereich, und selbst ein nur schiefaufsitzender Kühler reicht schon aus für Freezes, Abstürze usw.

 

[Chimera]

AW: Warum eigentlich ein Kühlkörper aufm CPU?

Wie willst du die kleine Fläche schnell genug kühlen ohne das die CPU throttelt bzw. durchbrennt.

Mit 6 Delta Lüfis mit min. 10000 U/min, alle auf einen Punkt des IHS konzentriert ausgerichtet Ob man den Lärm jedoch auch erträgt, ist ne andere Frage Oder hardcoremässig: den Rotor von nem Delta Lüfi auf nen 540-er Rc-Motor pappen, der mit 50000-70000 U/min dreht Glaub jedoch nicht, dass der Rotor dies überleben würd.

 

[Rotkaeppchen_online]

AW: Warum eigentlich ein Kühlkörper aufm CPU?

Ich frage mich beim Thema Luftkühlung, warum aufm CPU eigentlich ein Kühlkörper sitzt, auf dem der Lüfter ist! Warum nicht direkt den Lüfter unmittelbar über dem CPU platzieren? Durch den Kühlkörper (der ja eigentlich nicht kühlt, sondern nur die Wärme ableitet) hat die Wärme ja einen längeren Weg nach oben, weg vom CPU! Würde man nicht bessere Ergebnisse erzielen, wenn die Wärme, die vom CPU nach oben steigt sofort von einem Lüfter weggeblasen wird? Also wenn man den Lüfter direkt über dem CPU platzieren würde (vorrausgesetzt man findet einen hitzefesten Lüfter der dann nicht wegschmilzt)?

was meint ihr dazu

Dazu müßte man ein wenig in die Thermodynamik einsteigen, in der Schule heißt das Wärmelehre. Was passiert in der CPU?
Es entsteht eine Verlustleistung vom 5-150 W. Diese Leistung muss abgeführt werden. Die Fläche der CPU ist sehr begrenzt
und der Wärmeübergang von Luft auf eine Metalloberfläche ist auch begrenzt. Wenn die CPU heiß genug werden dürfte,
würde eine schwarze Oberfläche ausreichen. So als Größenordnung kann man sich merken, das 1m² Fläche bei 100°C ca.
1kW abstrahlt. Die Temperatur geht mit dem Faktor T^4 in die Gleichung ein, hohe Temperaturen sind darum viel besser,
wenn wir bei 60°C bleiben wollen, muss die Fläche 1,6 mal größer sein (immer in Kelvin rechnen) . Bei 150 W bräuchte man
für max. 100°C also 15*100cm Fläche. So groß ist ein Rechner, aber keine CPU.

Da Abstrahlung nicht reicht, musst die Wärme abgeleitet werden. Der Wärmeübergang von Luft zu Metall ist aber begrenzt.
Lies Dich hier ein: http://www.peter-junglas.de/fh/vorlesungen/skripte/thermodynamik3.pdf (S. 26 - S. 38)
Wenn man mit hoher Luftgeschwindigkeit nahe der Schallgeschwindigkeit arbeiten würde, könnte die CPU Fläche
ausreichen, ich müßte das man durchrechnen. Aber der Rechner müßte dann in einem schallgeschützen Raum stehen.

Es muss die Fläche vergrößert werden. Da die Wärmeleitung über Kupfer sehr gut ist, kann man die Oberfläche der CPU durch
den Kühler vergrößern. Wichtig ist erstens, dass die Wärme gut in den Kühler eingeleitet wird und das genügend Fläche in
den Wärmeleitungsbereichen vorhanden ist. Darum sind z.B. 4x8mm Leitungen viel besser als 6x6mm Leitungen. Dann muss
ein guter Übergang von den Leitungen zu Lamellen erfolgen. Darum sind gelötete Lamellen aufgestecken vorzuziehen.

Das System ist recht komplex mit vielen Übergangsstellen, unterschiedlichen Wärmeleitungen und unbekannten Strömungs-
verhältnissen um die Lamellen. Alleine schon unterschiedliche Kupferlegierungen haben stark wankende Leitfähigkeiten. Ein
Blick von außen auf ein System hilft darum wenig und man kann reichlich viel falsch machen, wenn man nicht versteht, was
an Grenzflächen passiert.

Alternativ würde es auch ausreichen, die CPU unter Wasser zu setzen, weil der Wärmeübergang von Metall zu Wasser erheblich
besser als zu Luft ist. Darum reicht Wasserkühlern die kleine Fläche der CPU aus. Aber auch hier wäre eine Flächenvergrößerung
hilfreich.

Wenn Dich das Thema umfassend interessiert, arbeite einfach dieses Skript durch und verstehe es. Es ist umfassend, aber man
braucht das quasi ständig im alltäglichen Leben. Sei es, um die Heizung richtig einzustellen, um eine gute Lüftung zu verstehen
oder zu wissen, warum eine Luftpumpe warm wird. Da geht es z.B um sich druckabhängig verändernde Wärmekapazitäten von
realen Gasen. Aber das ist nur das erste Semester Therma, es folgen dann noch tiefergehende Betrachtungen
http://www.gm.fh-koeln.de/~chfranke/Skript Thermodynamik 09.13.pdf

Viel Spaß beim Lesen

 

[X-CosmicBlue]

AW: Warum eigentlich ein Kühlkörper aufm CPU?

Man kann die Frage eigentlich ganz einfach beantworten: Die Fläche macht es.

Es wäre sicher kein Problem den Luftstrom des Lüfters auf den Heatspreader zu konzentrieren, dennoch wird dort soviel Wärme erzeugt, das man mit der Frischluft kaum oder garnicht hinterher käme.
Ein Kühlkörper hat eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, bringt die Wärme als erstmal weg von der CPU. Damit nun der Kühlkörper nicht zu heiß wird (und damit dann auch wieder irgendwann die CPU, denn es kommt auf die Temperaturdifferenz zwischen CPU und Kühlkörper an, je größer der Unterschied, desto schneller wird die Wärme abgeführt), kühlt man ihn mit Luft und damit das möglichst effektiv pasiert, versucht man dem Kühlkörper eine möglichst große Oberfläche zu verschaffen, die im Luftstrom des Lüfters liegt.

 

[Intel22nm]

AW: Warum eigentlich ein Kühlkörper aufm CPU?

Durch den Kühlkörper (der ja eigentlich nicht kühlt, sondern nur die Wärme ableitet) hat die Wärme ja einen längeren Weg nach oben, weg vom CPU! Würde man nicht bessere Ergebnisse erzielen, wenn die Wärme, die vom CPU nach oben steigt sofort von einem Lüfter weggeblasen wird? Also wenn man den Lüfter direkt über dem CPU platzieren würde (vorrausgesetzt man findet einen hitzefesten Lüfter der dann nicht wegschmilzt)?

was meint ihr dazu

Diesen hitzefesten Kühler könnte man ja aus Metall konstruieren.

Die Ableitung von Wärme verstehe ich bereits als Kühlung: die Temperaturen der CPU sinken. Was kühler macht kühlt, oder ?

Bereits bei Passivkühlung (ohne aktiven Lüfter) funktioniert das bereits so gut, dass ich diese Methode als "besser" und zielführender einschätze. Ein leichter Luftstrom reicht aus, um die über die Oberfläche gestreuten "Wärmepunkte" abzuführen.

Das bessere Ergebnis kann mit dieser altbackenen Methode sehr wohl erreicht werden:

• Kühler kosten keinen Strom, nutzen sich (idealisiert) nie ab.
• Lüfter können leiser laufen, langsamer laufen, länger laufen (Haltbarkeit der Drehlager).
• Die Kosten sinken.
• Der Wartungsaufwand sinkt.

Besser machen könnte man es sicherlich, aber die Chipproduktion anhand der Materialien erlaubt nur bewährte Materialien beim Übergang vom Die zur Umwelt bzw. Heatspreader. Da gibt es bereits genug Anwenderkritik bei den aktuell verwendeten Materialien, inbesondere beim Hersteller Intel.

Bei Mainboards bzw. Grafikkarten hat man schon früh Alternativen zur einseitigen Kühlung entwickelt, indem man auf die Rückseite von Board bzw. PCB Kühler sehr nah an den relevanten Bauteilen angebracht und so versucht hat, die vorhandenen Luftströme im Inneren der Gehäuse mit zu nutzen. Solche Konstruktionen wären auch für CPUs denkbar, indem man sie 3D mäßig zugänglich macht, statt sie platt nahe am PCB zu positionieren. Was umgekehrt die Befestigung (a) fest sitzender und (b) schwerer Kühlkonstruktionen unterstützt. Durch die Spannungsversorgungen auf Mainboards ist man jedoch meist angewiesen auf einen wie immer gearteten Luftstrom, der diese Wärmeemittenten mit versorgt.

P.S. Verwende für GPU und CPU aus Überzeugung gerne Kühler im - wenn man so möchte - Retro Design wie den Alukühler Cyclon II (Bild) von MSI und Zalman Vollkupferkühler (Bild), beide "fächern auf" und reduzieren die Notwendigkeit für starke/laute Lüfter.

 

[DrOwnz]

AW: Warum eigentlich ein Kühlkörper aufm CPU?

Alternativ würde es auch ausreichen, die CPU unter Wasser zu setzen, weil der Wärmeübergang von Metall zu Wasser erheblich
besser als zu Luft ist. Darum reicht Wasserkühlern die kleine Fläche der CPU aus. Aber auch hier wäre eine Flächenvergrößerung
hilfreich.

Auch dort findet eine massive Overflächenvergrößerung statt, nicht indem die Kühlfläche vergrößert wird, sondern indem man turbolenzen im wasser schafft (mikrokanäle usw.)

 

[Rotkaeppchen_online]

AW: Warum eigentlich ein Kühlkörper aufm CPU?

Auch dort findet eine massive Overflächenvergrößerung statt, nicht indem die Kühlfläche vergrößert wird, sondern indem man turbolenzen im wasser schafft (mikrokanäle usw.)

Die Fläche ist konstant, aber die Strömungsgeschwindigkeit beeinflußt den Wärmeübergang.
Wenn es keine geänderten Strömungsverhältnisse gibt, z.B. von laminar auf turbulent,
und Strömungen in Wasserkühlern sind immer turbulent, geht die Strömungsgeschwindigkeit
für die Wärmeübertragung an der Kontaktfläche mit Wurzel(v) ein. Also doppelte Geschwindig-
keit bedeutet 1,41facher - Wärmeübergang. Dazu kommt dann unter Umständen noch eine
größere Temperaturdifferenz, weil das Wasser eine höhere Fließgeschwindigkeit hat und damit
kälter ist.

Um abzuschätzen, welche Wärmemenge abtransportiert werden kann, gilt folgende Gleichung:
Q= Masse x Temperaturdifferenz x Wärmekapazität

Wasser hat eine erheblich höhere Dichte als Luft, ungefähr Faktor 1000, eine um 4 höhere
Wärmekapazität (4,19J/g x delta t zu 1.084 J/g x delta t) und einen erheblich besseren
Wärmeübergang. Trotzdem ist der "Kapitalfehler" heutiger Wasserkühlungen, das keine die
Oberfläche vergrößernder Kupferkern auf die CPU geschaubt wird. Ein einfacher geriffelter
Kegel, ca. 30mm hoch, würde Wunder wirken und jedes Overclocking ermöglichen.

Aber vielleicht gibt es das ja. Mir sind die letzten Tage nur Kompaktwasserkühler mit sehr
flachen Anschlüßen auf der CPU aufgefallen, die eben nicht mehr leisten als Luftkühler.
Das Begrenzende Glied wird der Übergang von der CPU zum Wasser sein und nicht der Kühler,
Hat schon mal jemand die Wassertemperatur im Kühlsystem im Verhältnis zur CPU-Temperatur
betrachtet?

Was ich zu diesem Thema schon alles lesen mußte. Da behaupten Leute, dass die Ausrichtung
der Heatpipes eine Rolle spielt, weil sie etwas schon Schwerkraft faseln. Die Schwerkraftwirkung
auf Elektronen ist Banane und selbst der Dichteverlust bei Erwärmung ist bei den Strömungs-
geschwindigkeiten der Lüfter völlig egal. Die Ausrichtung ist nur für die Strömungsverhältnisse
interessant und da lonht natürlich ein CPU-Kühlerlüfter mit guter Überdeckung zum Gehäuse-
lüfter.

 

[werrek]

AW: Warum eigentlich ein Kühlkörper aufm CPU?

hier lernt man echt an jeder ecke was dazu danke für die vielen kompetenten antworten ihr und das forum seit super!