Der Kühlkörper in einer Wasserkühlung ist dafür zuständig, die Wärme von der CPU aufzunehmen und an die Kühlflüssigkeit abzugeben. Dazu sollte der Kühlkörper natürlich einen guten Kontakt zur CPU oder dem zu kühlenden Objekt haben. Das erreicht man einerseits durch gute Wärmeleitpaste und andererseits durch hohen Anpressdruck. (Aber Achtung! Nach fest kommt ab!)
Desweiteren, sollte die Kontaktoberfläche des Kühlkörpers zur Kühlflüssigkeit möglichst gross sein und zusätzlich eine möglichst grosse Durchflussgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit durch den Kühlkörper zulassen.
In erster Linie ist es mal gar nicht so wichtig, wie schnell das Wasser durch den Kreislauf im Computer fliesst, solange nur die Wärmekapazität des Wassers innerhalb des Kühlkörpers nicht zu sehr beansprucht wird. Denn je mehr Energie das Wasser aufnimmt, desto wärmer wird es natürlich auch selbst. Jedoch braucht es ein gewisses "Energiegefälle", damit der Prozessor überhaupt seine Wärme abgeben kann. Einfach ausgedrückt heisst das, der Prozessor, und damit auch der Kühlkörper, müssen immer etwas wärmer sein, als das Wasser, damit das Wasser wiederum Wärme aufnehmen kann.
Nun gesellt sich aber ein weiterer, strömungstechnischer, Effekt im Kühlkörper hinzu. Das Problem nennt sich "Laminare Strömung", was nicht viel anderes bedeutet, als dass das Wasser, innerhalb der Kühlkanäle, nicht überall gleich schnell fliesst, sondern an der Kontaktfläche zum Kupfer fast gar nicht, dafür in der Mitte des Kanals um so schneller. Diesen Effekt kann man duch mehrere Arten verringern:
A) Indem man einmal versucht, die Oberflächenspannung des Wassers aufzubrechen, wie es in modernen Düsenkühlern praktiziert wird.
B) Indem man, anstatt das Wasser "geradeaus" fliessen zu lassen, Wirbel erzeugt, wie man es in den Mikrostruktur-Kühlern macht.
C) Indem man die Kanäle so eng wie möglich baut, (was auch die Srömungsgeschwindigkeit erhöht,) wie es in Speed-Channel-Kühlern gemacht wird.
D) Indem man die Strömungsgeschwindigkeit mittels einer stärkeren Pumpe erhöht.
Die Kühlkörperarten:
Diese Effekte wurden natürlich nicht vom Anfang der Wasserkühlung an bedacht, und so entwickelten sich nach und nach folgende Kühlkörper-Arten: (Natürlich sind alle Zwischen- und Mischvarianten denk- und machbar.)
Der "One-hole-Kühler":
Die einfachste Art, einen Kühlkörper zu bauen: Man nehme ein Kupfer- oder Aluminium-Stück, bohre ein Loch mitten hindurch und schraube zwei Anschlüsse hinein, fertig.So dürften wohl die ersten Kühlkörper ausgesehen haben. Zu Pentium-I-Zeiten sicherlich vollkommen ausreichend, Heutzutage aber nur noch für Festplatten oder RAM brauchbar.
Der "U-hole-Kühler:
So sahen die ersten, kommerziell produzierten, Kühlkörper aus. Hierbei werden 3 Kanäle, einer längs als Verbindung, die anderen beiden quer, durch den Kühlblock gebohrt, dass sie eine U-Form bilden. Die nicht benötigten, offenen, Enden werden einfach verschlossen. Die Kontaktoberfläche, im Vergleich zum "One-hole" ist dadurch schon 3mal so gross. Diese Art von Kühler findet heutzutage jedoch kaum noch Verwendung. Dafür liegt der Durchflusswiderstand auf niedrigstem Niveau.
Der "Gleitschicht-Kühler":
Bei einem Gleitschicht-Kühler wird die Kühlflüssigkeit durch einen breiten, jedoch sehr flachen Kanal geführt. Dies erhöht zum einen die Kontaktfläche des Wassers zum Kühlkörper enorm, zum anderen wird, ab einer bestimmten Höhe, der Effekt der laminaren Strömung sehr stark reduziert, was die Wärmeabfuhr weiter steigert. Durch seine extrem flache Bauform eignet sich dieser Kühler besonders gut bei engen Platzverhältnissen und bietet dafür eine erstaunlich gute Kühlleistung.
Der "Struktur-Kühler":
Der Struktur-Kühler ähnelt am ehesten dem Gleitschicht-Kühler. Jedoch wird hier der Abstand zwischen Boden und Deckel grösser gewählt, was dem Durchfluss zu Gute kommt. Um aber wiederum eine gute Kühlleistung zu erreichen wird hier dem Kühlerboden eine Struktur gegeben, um der Kühlflüssigkeit mehr Kontaktfläche zum Kühler zu gewähren.
Der "Kern-Kühler":
Ein Kernkühler besteht aus einem, normalerweise runden Kern und einer Hülle. Die Kühlflüssigkeit umströmt dabei, innerhalb der Hülle, den Kühlerkern, entweder ring- oder spiralförmig. Dies sorgt für eine grosse Oberfläche auf recht kleinem Bauraum, gepaart mit geringem Durchflusswiderstand. Allerdings sind Kernkühler durch den massiven Kern und die grosse Bauhöhe auch recht schwer.
Der "Kanal-Kühler".
In diese Kategorie fallen alle Kühler, in denen die Kühlflüssigkeit durch ein nicht-paralleles System von Kanälen geführt wird. Auch dadurch wird die Kontaktoberfläche wiederum vergrössert, jedoch, im Vergleich zum Kernkühler, auf 2-dimensionaler Ebene. Je länger und dünner der Kanal ist, desto grösser wird die Kontaktoberfläche zur Kühlflüssigkeit, aber der Durchflusswiderstand steigt ebenso.
Der "Parallel-Kanal-Kühler":
Bei einem Parallel-Kanal-Kühler wird die Kühlflüssigkeit, wie der Name sagt, durch mehrere, sehr schmale Kanäle geführt. Dies hält den Durchflusswiderstand in Grenzen, sorgt jedoch für eine gute Wärmeübertragung.
Der "Speed-Channel-Kühler":
Der Speedchannel-Kühler ist ein Sonderfall des Parallel-Kanal-Kühlers, verdient aber meiner Meinung nach eine gesonderte Erwähnung. Er funktioniert im Grunde wie ein Parallel-Kanal-Kühler, jedoch sind hier die Kanäle meist gebohrt, noch schmaler und deutlich kürzer. Dadurch erhöht sich die Fliessgeschwindigkeit innerhalb der Kanäle erheblich, woher dieser Kühler seinen Namen hat.
1.2.1.2.9:
Düsenkühler
In einem Düsen-Kühler wird die Kühlflüssigkeit durch ein Düsenplättchen mit vielen feinen Bohrungen, hindurch auf eine feine Kanal-Struktur gepresst. Von der Oberfläche her vergleichbar mit den Parallel-Kanal-Kühler, bietet dieser Kühler den Vorteil, dass durch die Düsen die Oberflächenspannung des Wassers aufgebrochen, und die Fliessgeschwindigkeit erhöht wird. Diese Kühlerart gilt, wie der Speed-Channel-Kühler, als hoch effektiv, jedoch bieten beide auch einen ziemlich grossen Durchflusswiderstand.
Ob eine, und, wenn ja, welche Kühlerart jetzt der Weissheit letzter Schluss ist, kann man schlecht sagen. Jeder Kühler hat seine Vor- und Nachteile.
Eine One-hole- oder einfache Kanal-Konstruktion ist z.B. bei GraKa-RAM und Festplatten volkommen ausreichend, eine Düsen-Kühlung bei weitem übertrieben und böte zu viel Widerstand.
Bei einer CPU sollte man dagegen auf möglichst hohe Kühlleistung setzen.
Verfasst von Chainguy
Thema: Häufig gestellte Fragen zur Wasserkühlung. (Gelesen 25536 mal)