Um einen Lüfter zu testen, kann man verschiedene Ansätze wählen. Man könnte den Probanden bspw. auf einem Kühler oder aber auch in einem Gehäuse verbauen und die Kühlleistung im Vergleich betrachten. Valide Ergebnisse erhält man natürlich nur dann, wenn man die Testumgebung konstant hält. Das gestaltet sich allerdings oft etwas schwierig. Der dritten Alternative haben wir uns angenommen: dem Bau einer eigenen Test-Station. Im folgenden stellen wir das V1.0 vor und gehen dabei auf verschiedene theoretische Aspekte ein.
Der Prüfstand verfolgt insgesamt das Ziel, dass die bewegte Luft des Lüfters kanalisiert wird. Misst man dann die Geschwindigkeit der Luftsäule und kennt deren Durchmesser, lässt sich der Volumenstrom berechnen, welchen die Hersteller immer gerne angeben um die Leistungsfähigkeit ihrer Produkte anzugeben. Zunächst braucht es also eine Idee, was man als Kanal einsetzen kann. Dabei ist zu beachten, dass der Querschnitt nicht größer als notwendig gewählt werden sollte, denn laut dem Kontinuitätsgesetz ist die Strömungsgeschwindigkeit proportional abhängig vom Durchmesser. Da diese erfahrungsgemäß in geringeren Drehzahlregionen generell nicht hoch ausfällt, sollte man tunlichst vermeiden diese weiter zu verringern, will man das komplette Drehzahlband abdecken.
Etwas Theorie
Idealerweise würde man im Kanal dafür sorgen, dass die Strömung laminarisiert bzw. beruhigt wird. Dies erreicht man, in dem man Siebe oder einen Gleichrichter einbringt oder eine Düse verbaut.
Ein Sieb würde dafür sorgen, dass die Strömung longitudinal angeglichen wird. Will man sich das Prinzip bildlich vorstellen, könnte man es so beschreiben, dass die Strömung vor dem Sieb aufgestaut wird, um die Öffnungen dann gleichmäßig zu passieren. Je höher der Widerstand des Siebes ist, desto besser das Ergebnis, theoretisch. Fehler in den Maschen werden allerdings mit großen Unterschieden in der mittleren Geschwindigkeit bestraft. Benutzt wurde daher einfaches Gitter aus Aluminium, da sich dieses leicht verarbeiten lässt und die Maschen maschinelle Gleichheit aufweisen. Die Effektivität ist hier natürlich durch die große Maschenweite nicht so hoch. Alternativ hätte man auch ein Fliegengitter verwenden können, dieses hätte allerdings eine deutlich geringere Porosität an den Tag gelegt.
Ein Gleichrichter kann man sich vorstellen wie viele nebeneinander angereihte kleinere Röhren. Diese haben den Effekt, dass Drehungen und allgemeine Turbulenzen der Strömung verringert werden. Ein optimaler Gleichrichter für Niedergeschwindigkeiten lässt sich sogar einfach berechnen und ist eigentlich nur vom Durchmesser des Kanals abhängig. Im vorliegenden Fall müsste der Rohrdurchmesser des Gleichrichters weniger als 2,4cm betragen und müsste bei diesem Wert 19,2cm Lang sein. Da man im Hobby-Bereich aber nun mal etwas Material gebunden ist, wurde hier zu Strohalmen gegriffen, welche einerseits sehr dünnwandig sind und andererseits leicht bearbeitet werden können. Mit einem Innendurchmesser von ~0,8mm ergab sich ihre ideale Länge zu 6,4cm.
Blick in das Strohalmcluster
Jetzt kommt aber das große ABER. Beide Elemente hatten bei den Testmessungen keine wirklich entscheidenden Vorteile gebracht, außer, dass die Strömungsgeschwindigkeit geringer ausfiel. Die Turbulenzen wurden einfach mittels Bindfaden-Methode überprüft, der Geschwindigkeitsquerschnitt mit Messungen an verschiedenen Positionen. Der beruhigende Effekt der Rohrlänge reicht also zunächst aus, um das gewünschte Verhalten zu erreichen bzw. eine konstante Strömungsgeschwindigkeit zu messen.
Eine weitere Methode für eine gleichmäßige Strömung ist der Einsatz einer Düse. Die ideale Form würde seitlich betrachtet einer Arcustangensfunktion gleichen. Von einem runden Ausgang ausgehend, nicht einfach umzusetzen. Bemüht werden soll für das Vorhaben daher ein 3D-Drucker, sodass Prüfstand V1.1 evtl. schon bald folgen könnte. Die CAD-Modelle für einen komplett neuen Prüfstand V2.0 sind allerdings auch schon vorhanden, sodass hier noch abgewägt werden muss. Der Vorteil wäre insgesamt, dass man den Luftstrom direkt auf die Größe des vorhandenen Anemometers reduziert werden könnte, was die beruhigenden Maßnahmen überflüssig machen würde. Zudem würde die Strömungsgeschwindigkeit am Ausgang beschleunigt werden, sodass auch geringere Drehzahlen besser beurteilt werden könnten. Die tatsächliche Geschwindigkeit würde man dann einfach über das Kontraktionsverhältnis bestimmen. Eine Düse wird also auf jeden Fall noch Einzug erhalten, allerdings evtl. nicht mehr bei der V1.0, das wird sich noch zeigen müssen.
Der Prüfstand
Bei der Wahl des Kanals ist man natürlich ebenfalls etwas materialgebunden. Über das Internet ließen sich bspw. Acryl-Rohre in verschiedenen Durchmessern ordern, allerdings fand sich im Baumarkt eine simplere Lösung. Genommen wurde kurzerhand ein Kanalgrundrohr DN 125, welches an der Muffe den idealen Durchmesser für 120mm Lüfter aufweist. Das Rohr verjüngt sich danach zwar etwas, das soll aber nicht weiter stören und auch der eigentliche Venturi-Effekt hierdurch soll vernachlässigt werden. Die Muffe wurde in der Nut durchsägt, wodurch eine gerade Kante zum Aufkleben der Trägerplatte ergeben hat. Für diese wurde zu 4mm dickem Acrylglas gegriffen, da sich dieses einfach verarbeiten ließ. Denn damit überhaupt Luft in das Rohr gelangen kann, braucht es natürlich eine Öffnung.
Diese wurde an einen alten Alphacool-Lüfter angepasst, da dieser aus dem gesamten Sammelsorium an Lüftern die größte Austrittsöffnung zeigte. Alle anderen Lüfter können somit komplett frei in das Rohr pusten. Ergeben sich Öffnungen zur Front, werden diese abgeklebt. Bei den Corsair QL120 RGB war das bspw. der Fall, bei der Corsair HD120 RGB nicht. Befestigt werden die Lüfter mit Schrauben und Rändelmuttern.
Für den "Drucktest" wurde ein Radiator vorbereitet. Da kein 120mm Modell vorrätig war, das bei montiertem Lüfter komplett abgeschlossen ist, wurde ein älterer Koolance 480mm Wärmetauscher auf ein passendes Maß gebracht und neu abgedichtet. Bei diesem ist der Rahmen wie ein Shroud, es geht also keine Luft an ihm vorbei.
Die Lautstärke-Messungen werden neben dem Rohr durchgeführt, da dieses selbst den Klang der Lüfter durch Resonanzen verfälschen könnte. Dazu wurde ein Aluminium-Profil am Kanal-Fuß befestigt. In dieses wurden dann passende Gewinde geschnitten und ein Ausschnitt vorgenommen, damit der jeweilige Lüfter auch hier komplett frei ansaugen kann. Verfügen die eingesetzten Probanden über Entkoppler, kommen diese auch hier zum Zuge. Der Messabstand wurde willkürlich auf 33cm festgelegt, da dies dem Abstand zum zweiten Fuß entspricht.
Angesteuert werden die Lüfter via Aquacomputer Aquaero 5 LT, welcher per DC und PWM beinahe stufenlos regeln kann. Um diesen außerhalb des PCs betreiben zu können, wurde eine Molex-Verlängerung sowie ein Adapter vom internen USB-Header zu Typ-A umgesetzt. Somit lässt sich der Prüfstand flexibel einsetzen und die Lüfter komfortabel via Aquasuite kontrollieren.
Gemessen wird mit einem AOPUTTRIVER AP-007 Flügelrad-Anemometer. Es handelt sich dabei um ein recht einfaches Gerät, mit nicht den besten Spezifikationen, allerdings kommt es bei allen Messungen zum Einsatz, sodass der evtl. vorhandene Fehler bei allen Lüftern vorzufinden ist. Vorteil bzw. Entscheidungsgrund für das Gerät war das vergleichsweise große Flügelrad, welches bereits viel Fläche des Rohausgangs einnimmt. Die Position wurde durch eine kleine Testreihe bestimmt, welche zu Tage brachte, dass sie beinahe egal ist, zumindest bei den eingesetzten Lüftern. Platziert wurde es also etwas vom Rand nach innen versetzt, um einerseits nicht im Abriss der Rohrkante und andererseits nicht im evtl. vorhandenen Totwasser der Nabe zu liegen.
Sollten Fragen zum Prinzip oder der Theorie aufkommen oder sogar Verbesserungsvorschläge, dürfen diese natürlich sehr gerne hervorgebracht werden. Jede Kritik ist gerne willkommen. Wir wollen zwar nicht die Ergebnisse bzw. Spezifikationen der Hersteller nachstellen, jedoch sollen valide Werte vorhanden sein, sodass ein Kauf evtl. einfacher entschieden werden kann.
