Wer im heimischen PC auf eine Luftkühlung setzt, muss oftmals riesige Kühlkörper in Kauf nehmen und trotzdem noch den Kompromiss zwischen Lautstärke und Temperatur der Komponenten akzeptieren. Soll High-End-Hardware zum Einsatz kommen und womöglich noch übertaktet werden, führt der Weg an einer Wasserkühlung kaum vorbei. Mit gut ausgewählten Komponenten lässt sich die verbaute Hardware wesentlich besser kühlen und betreiben; Der verringerte Lautstärke gibt obendrein noch den schönsten "Nebeneffekt" ab. Um ein wenig Licht ins Dunkle zu bringen und auch Neueinsteigern den Weg zur ersten Wasserkühlung zu ermöglichen, werden wir eine Reihe von Artikeln präsentieren die sich intensiv mit dem Thema befassen. Gestartet wird dabei mit den Grundlagen sowie der Vorstellung der benötigten Komponenten eines Kühlkreislaufes.
Was ist eine Wasserkühlung und wie funktioniert sie?
Beginnen wir mit einer kurzen Erläuterung, was eine Wasserkühlung eigentlich ist. „Als Wasserkühlung bezeichnen wir ein Kühlsystem bei dem das Wasser als wärmeabführendes Kühlmittel eingesetzt wird. Dies wird beispielsweise bei Motoren in Kraftfahrzeugen, bei Kraftwerken oder bei Computern eingesetzt." Quelle
Dies ist eine Recht allgemeine, aber zutreffende Formulierung. Die Wasserkühlung, die bei uns im heimischen PC eingesetzt wird ist die eines KFZ sehr ähnlich. Ihr einziges Ziel: Die Temperaturen bei dem zu kühlenden Bauteilen stets niedrig zu halten. Netter Nebeneffekt: Beim PC geschieht das recht leise.
Klären wir aber erst, wie eine Wasserkühlung funktioniert. Jede typische Wasserkühlung besteht aus fünf Grundteilen. Der Pumpe, dem Wärmetauscher (oder auch Radiator), dem Kühlkörper, dem Ausgleichsbehälter und nicht zu vergessen der Kühlflüssigkeit. Die Pumpe befördert die Kühlflüssigkeit durch den, meist aus Kupfer bestehenden, Kühler, der die Wärme an die Kühlflüssigkeit abgibt. Im Radiator gibt die Kühlflüssigkeit die erzeugte Wärme durch die Lammelen an die Umgebung ab. Der Einsatz von Lüftern bestärkt diesen Effekt natürlich noch. Aus diesem Grund nennt man den Radiator Wärmetauscher. Zum Schluss kommt die Kühlflüssigkeit in den Ausgleichsbehälter. In diesem findet der durch die Temperaturunterschiede bedingte Druckausgleich statt.
Vor- und Nachteile einer Wasserkühlung
Wie fast alles hat auch eine Wasserkühlung ihre Vor- und Nachteile. Eine bessere Darstellung gibt die nachfolgende Pro- und Contra-Liste. Man sollte beachten, dass einige Aspekte nur in Abhängikeit mit einer guten Konfiguration tatsächlich umsetzbar sind.
Pro: | Contra: |
+ leise bis lautlos + gute Kühlleistung + längere Lebensdauer der Hardware + kann den PC optisch ansprechender machen | - wesentlich teurer als Luftkühlung - komplexer Aufbau - bei falschen Aufbau kann Flüssigkeit austreten und Komponenten beschädigen - für internen Aufbau oftmals große Gehäuse benötigt - höheres Gewicht des gesamten PCs |
Obwohl die nominelle Ausgangslage nicht gerade für die Flüssigkühlung spricht, gibt es inzwischen eine riesen Anhängerschaft. Wie bei fast jedem Hobby steht der Drang nach etwas neuem ziemlich weit oben in der Rangliste. Des Weiteren ist der Wunsch nach etwas Individuellem, mit dem man sich von der Masse abheben kann, weiterhin ungebrochen. Die Frage, ob man eine Wasserkühlung haben möchte oder nicht, muss jeder mit sich selbst beantworten, denn diese Entscheidung kann man ihm nicht abnehmen. Wir wollen noch einmal betonen, dass wir mit dieser FAQ einem die Angst vor einer Wasserkühlung nehmen und zum anderen auch die Möglichkeiten offenlegen wollen.
Die Kühlkörper
Nachdem wir nun schon die grobe Funktionsweise hinter uns gebracht haben, soll es nun im Detail mit den Bestandteilen eines Kühlkreislaufes weiter gehen. Den Anfang machen dabei die verschiedenen Kühlkörper. Denn ein weiterer Vorteil ist, dass eine gut konfigurierte Zusammenstellung zu jeder Zeit erweitert werden kann. Anders als bei All-in-One-Lösungen, können die CPU-Kühler meistens ausgetauscht oder mit der Zeit ergänzt werden. In diesem Teil wird es hauptsächlich um die verschiedenen Arten gehen, wie sie entwickelt und produziert werden. Die von uns abgebildeten Modelle zeigen mitunter auch schon "geschichtliche" Modelle, die auf dem Markt mitunter nicht mehr zu finden sind.
Zur besseren Ilustration haben wir alle möglichen Arten von Kühlern (bezieht sich auf Funktionsweise) als 3D-Modell aufbereitet. Die Basis dazu bildet immer eine quadratische Grundplatte:
Der Gleitschichtkühler
Hierbei handelt es sich um die einfachste Bauform eines Wasserkühlers. Das Wasser fließt einfach über eine Platte und nimmt dabei einen Teil der Wärme auf. Diese Variante ist nicht sehr Effizient, bremst aber den Durchfluss am wenigsten. Gleitschichtkühler werden heutzutage nur noch bei Kühlern für Komponenten mit einer geringen Abwärme, wie z.B. Arbeitsspeicher und Festplatten, verwendet.
Der Kanalkühler
Hat Ähnlichkeiten mit dem Gleitschichtkühler, denn es wird das Ursprungsprinzig aufgegriffen. Das Wasser fließt durch die Kanäle und nimmt dabei die Abwärme auf. Durch die Unterteilung mit Wänden wird ein gewisser Druck sowie eine Flussrichtung im Kühler erzeugt der es ermöglicht, dass mehr Wärme an das Wasser abgegeben und abtransportiert werden kann. Kanalkühler werden Heutzutage für Prozessoren und Grafikkarten verwendet.
Der Kernkühler
Wie der Name schon sagt umfließt bei diesem Kühler das Wasser einen Kern, der meistens aus Kupfer gefertigt wurde. Dieser Kern ist zylinderförmig und besitzt Einkerbungen um mehr Oberfläche zu schaffen. Den Fachbegriff Kernkühler gibt es an sich nicht, sondern es ist mehr umgangsprachlich angesiedelt. Diese Art von Kühler wurde früher vor allem bei Kühlern für Prozessoren eingesetzt. Heutzutage findet er garkeinen Gebrauch mehr, da er recht ineffizient ist und außerdem aus viel Material besteht, was den Kühler sehr teuer machen würde.
Der Feinstrukturkühler
Bei diesem Kühler werden sehr viele kleine Kanäle in die Bodenplatte eingelassen, damit die Oberfläche vergrößert wird. Diese Kühler haben eine hohe Wärmeabgabe, allerdings mindern sie den Durchfluss sehr, aufgrund der sehr schmalen Kanäle. Bei diesen Kühlern besteht die Gefahr, dass Partikel (z.B. von Farbzusätzen) den Kühler verstopfen können. Diese Kühlstruktur kommt vor allem bei Prozessorkühlern zum Einsatz.
Der Düsenkühler
Düsenkühler sind die am weitesten verbreiteten Kühler. Bei ihnen wird das Wasser durch eine spezielle Loch- oder Schlitzplatte auf sogenannte Finnen gedrückt. Bei diesem Kühler vergrößert sich der Durchfluss um Kühler, beim gesamten Kreislauf dagegen wird er gesenkt, allerdings nicht so stark wie bei Feinstrukturkühlern. Es besteht auch die "Gefahr", dass Partikel den Kühler verstopfen können. Dieser Kühler wird bei Prozessoren und Grafikkarten verwendet.
Dies sind die fünf bekanntesten Kühlerarten. Von ihnen gibt es noch viele weitere Abgewandelte Formen, allerdings wäre es zu speziell darauf einzugehen. Nachdem wir die einzelnen Konzepte von Kühlern angeschaut haben, wollen wir über den Tellerrand hinausblicken und erörtern was es für die anderen Komponenten im PC für Möglichkeiten der Kühlung gibt.
Beispielkühler für Komponenten
Nachfolgend gehen wir auf die einzelnen Kategorien ein. Inzwischen besteht für nahezu jede eklatante Hardware-Komponente die Möglichkeit, diese mit in den Wasserkreislauf einzubinden.
Der CPU-Kühler
Der Prozessor ist die wohl am häufigste per Wasser gekühlte Komponente im heimischen PC. Wie schon im Vorfeld erwähnt, werden vor allem Düsenkühler eingesetzt. Bei billigen Kühlern oder günstigen Komplettsets werden oftmals die in der Produktion und Entwicklung günstigeren Kanalkühler verwendet.
Bei der Auswahl der Kühler sollte man auch darauf achten, welchen CPU-Sockel man besitzt. Eventuell muss man nämlich ein Montagekit kaufen. Empfehlen kann man u.a. Kühler der Firmen Watercool, Aquacomputer, Phobya und EK-Waterblocks - um dabei nur einige zu nennen.
Der GPU-Kühler
Bei Kühlern für die Grafikschleuder unterscheidet man zwischen GPU-only- und Komplett-/Fullcover-Kühlern. Die Fullcover-Kühler halten neben dem Grafikchip auch die Spannungswandler, Controller, Brücken und Grafikspeicher kühl. Der GPU-only-Kühler dagegen nur den Grafikchip. Der Rest muss mit Hilfe von passiven Elementen gekühlt werden. Um diese Kühlung zu gewährleisten, benötigt man einen guten Luftstrom im Gehäuse. Fullcover-Kühler passen meistens nur auf eine Generation von Grafikkarten und nicht zuletzt auch nur auf das jeweilige Standardlayout der eigesetzten Generation. Beim Kauf einer neuen muss entweder ein Umrüstset, falls erhältlich, oder ein komplett neuer Kühler erworben werden.
Da die Kühler meistens komplett aus Kupfer bestehen sollte man das Gewicht dieser nicht unterschätzen. Aufgrund dieser massiven Bauform und des verwendeten Materials, schlagen die fertigen Produkte mit Preisen von über 100 Euro pro Stück zu Buche.
Chipsätze und Spannungswandler
Die so genannten "MOSFET`s", also die Spannungswandler welcher für die Stromversorgung der CPU bzw. des Mainboards zuständig sind, können ebenfalls mit kleinen Zusatzkühler ausgestattet werden. Aktuell Mainboard-Generationen verfügen bereits alle über gute Lösungen, die einen Einsatz von MOSFET-Kühlern kaum noch rechtfertigen, wie es vor einigen Jahren noch der Fall war.
In wenigen Fällen, u.a. wenn das Thema Overclocking im Raum steht, ist diese Methodik zwar nicht unverzichtbar, trägt aber sicher einen Teil zum Übertaktungs-Erfolg mit bei. Gleiches kann man fast schon auf den Chipsatz reproduzieren. Zuletzt steht noch der Aspekt der Langlebigkeit im Raum: Durch den Einsatz von Wasserkühlern auf besagten Komponenten kann die Langlebigkeit dieser erhöht werden, da sich durch die bessere Effizienz nicht ewig hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Schlussendlich ist dies aber alles eine idiologische Frage, die sich jeder selbst beantworten muss.
Die Pumpe
Die Pumpe ist in der Wasserkühlung zuständig das Wasser von A nach B zu transportieren. Dabei ist nicht die Förderleistung wichtig, sondern auch die Förderhöhe die den Druck angibt. Es gibt auch noch zwei verschiedene Arten von Pumpen. Pumpen die mit 12 Volt betrieben werden und somit ans Netzteil angeschlossen werden und die 230 Volt Geräte, welche mit einem Schucko-Stecker daherkommen.Wir empfehlen die 12 Volt Pumpen, da man dann erstens keine Hochspannung im System hat und man die Pumpe nicht extra einschalten muss.
Bei den Pumpen gibt es zwei große Hersteller, auf die die meisten Nutzer einer Wasserkühlung zurückgreifen. Die auf Eheim Modellen basierenden (Aqucomputer) Pumpen und die Pumpen der Firma Laing. Bevor wir auf die einzelnen Modelle eingehen, möchten wir euch noch eins auf den Weg geben. Wer an der Pumpe spart kauft meistens doppelt. Bei einer Erweiterung des Wasserkühlungskreislaufes durch weitere Kühler kann die günstigere Pumpe schnell überfordert werden.
Wer einmal ein Aquarium besaß oder es immer noch hat, müsste diesen Hersteller kennen. Eheim produzierte nämlich Ursprünglich Pumpen und Filter für Aquarien. Seitdem es Wasserkühlungen gibt werden diese verwendet. Seit einiger Zeit werden von anderen Herstellern solche Pumpen angeboten, die aber auf 12 Volt modifiziert wurden und mit einigen Features mehr trumpfen können. Dazu haben wir die wichtigsten zwei Zusammengefasst. Beim Kauf einer solchen Pumpe sollte man beachten, dass man Adapter für die gängigen Anschlüsse bei einer Wasserkühlung benötigt.
Aquacomputer Aquaststream XT
Auch diese Pumpe ist eine auch eine umgebaute Eheim 1046. Auch hier wurde die Pumpe auf 12 Volt umgebaut und hat eine USB-Schnittstelle verpasst bekommen. Zusätzlich kann man an die Pumpe drei Lüfter anschließen. Von dieser Pumpe gibt es drei Varianten, die sich lediglich bei der Software unterscheiden. Diese kann über die USB-Schnittstelle angepasst werden. Falls man am Anfang noch skeptisch gegenüber der Software stand, kann man sie später durch einen Key upgraden.
Laing DDC
Die Laing DDC ist die erste speziell für Wasserkühlungen gebaute und entwickelte Pumpe. Sie ist speziell auf die Anforderungen einer Wasserkühlung angepasst worden. Somit genoss sie von Anfang an große Aufmerksamkeit. Für diese Pumpe benötigt man sogenannte Deckel, um die Anschlüsse befestigen zu können.
Diese gibt es in sehr vielen Ausführungen, die durchaus die Pumpe optisch ansprechender gestalten können. Die Hersteller Koolance und Swiftech vertreiben die Pumpe unter ihrem eigenen Namen. Die Pumpe kann man mithilfe von für Wasserkühlungen entwickelten Steuerungen wie der Aquaero von Aquacomputer und der Heatmaster von Alphacool geregelt werden. Wichtig ist, dass man auch gleich etwas zur Entkopplung der Pumpen kauft, sodass die Vibrationen der Pumpe nicht weitergegeben werden.
Der Ausgleichsbehälter (AGB)
Der Ausgleichsbehälter, auch AGB genannt, hat im Wasserkühlungskreislauf drei Funktionen. Er ist einmal dazu gedacht um die Druckunterschiede im System auszugleichen, denn aus dem Physikunterricht ist bekannt, dass sich Wasser bei Wärmeentwicklung ausdehnt. Ein AGB ist auch da um das Befüllen des Wassers zu erleichtern. Auch ist er da um Luftblasen, die beim Befüllen entstehen aufzufangen. Man kann seinen AGB auch optisch durch Beleuchtung in Szene setzen und ihn zum Highlite der Wasserkühlung machen.
Röhren-Ausgleichsbehälter
Er ist der wohl bekannteste und typischste Ausgleichsbehälter. Er benötigt recht viel Platz im System und wird deshalb oftmals extern aufgebaut. Bei ihm ist es am leichtesten das System zu Befüllen und bei einem ausreichend hohen Füllstand fängt er die Luftblasen gut auf.
5,25 Zoll Ausgleichsbehälter
Dieser Ausgleichsbehälter wird im Laufwerkssschacht eingebaut. Bei einem ausreichenden Füllstand fängt auch er die Luftblasen auf, allerdings ist es oftmals umständlicher ihn zu Befüllen.
Pumpendeckel-Ausgleichsbehälter
Dieser Ausgleichsbehälter ist meistens ein Aufsatz für Pumpen wie eine Laing. Dieser ist nicht sehr zu empfehlen, da die Luftblasen aufgrund der geringen Größe oftmals nicht effizient aufgefangen werden und somit Luft in den Kreislauf gerät.
Der Radiator (Wärmetauscher)
Der Radiator ist da um die Wärme, die das Wasser aufgenommen hat, an die Umgebung zu geben und das Wasser somit zu kühlen. Er tauscht also die Wärme.Man unterscheidet zwischen zwei Arten von Radiatoren. Den aktiven und den passiven. Die aktiven werden mit Lüftern bestückt und können intern verbaut werden. Sie benötigen im Vergleich zu passiven eine kleinere Fläche. Die passiven Radiatoren müssen immer extern aufgestellt werden und benötigen eine wesentlich größere Fläche um die gleiche Kühlleistung zu erhalten. Man muss auch beachten, dass es schwer bis unmöglich ist High-End Systeme passiv zu kühlern.
Bei den für den aktiven Betrieb gedachten Radiatoren unterscheidet man noch einmal zwischen Normalen und Slim Radiatoren. Diese Slim Radiatoren sind wesentlich dünner und somit auch einfacher intern unterzubringen. Bei der Auswahl des Radiators muss man noch etwas beachten. Entweder man wählt den Radiator und danach die Lüfter oder erst die Lüfter und dann den Radiatoren. Dies hat einen Grund, denn Radiatoren mit großem Abstand zwischen den Finnen sind perfekt für langsam drehende Lüfter (~800rpm). Radiatoren mit einem kleinen Finnenabstand benötigen einen Lüfter, der die Luft mit mehr Druck durchpustet und somit schneller drehen muss (1000 – 1200rpm). Gute Radiatoren für den aktiven Gebrauch produzieren Magiccool, Phobya und XSPC. Gute passive Radiatoren stellt Aquacomputer her.
Die Lüfter
Wie schon gesagt wählt man die Lüfter nach dem Finnenabstand des Radiators. Aber auch danach sollte man nicht irgendwelche Lüfter wählen. Geeignete Lüfter stellen Scythe, Noiseblocker und Noctua her. Aber auch Lüfter von Phobya kann man gut für Wasserkühlungen benutzen, wenn man sie drosselt.
Oft wird auch gefragt, ob es etwas bringen würde Lüfter an beiden Seiten des Radiators anzubringen. Tatsächlich bringt es etwas, allerdings ist es so überschaubar, dass es die gestiegene Lautstärke nicht gerechtfertigt und somit nicht zu empfehlen ist.
Anschlüsse
Anschlüsse sind da um die Komponenten der Wasserkühlung mit den Schläuchen zu verbinden. Es gibt insgesamt drei verschiedene Arten von Anschlüssen.
- Tüllen: Das Aufziehen des Schlauches ist schwer. Das Abziehen ist sehr schwer. Diese Methode gilt als sicher.
- Schraubanschlüsse: Gängigste Anschlussart. Montage ist relativ einfach. Bei richtiger Montage am Sichersten.
- Push-In: Auf- und Abziehen der Schläuche ist einfach. Diese Lösung gilt als sicher.
Standardgrößen sind:
10/8, 11/8
13/10
16/10, 16/13
Gängige Gewinde sind G1/4“. Man Unterscheidet zwischen geraden Anschlüssen und Winkeln. Winkel helfen beim einfacheren verlegen der Schläuche.
Schläuche
Die Schläuche sind zuständig um das Wasser zu leiten. Es gibt sie in klarer und farbiger Ausführung in den verschiedensten Größen. Beim Biegen von engeren Radien kann es oftmals passieren, dass der Schlauch knickt. Dies sollte man vermeiden. Schlauchgrößen mit einem hohen Knickschutzfaktor sind 11/8er, 13/10er und 16/10er Schläuche.
Wir empfehlen Schläuche von Masterkleer, da diese relativ Knickresistent sind und sich kaum bis gar nicht verfärben. Nicht vergessen zu erwähnen sollte man, dass man nie verschiedene Schlauchdurchmesser in einem Kreislauf verwenden soll.
Wasserzusätze
Sie kämpfen gegen Algenbildung an und verhindern die Korrosion. Das sind die Hauptaufgaben von Wasserzusätzen. Diese werden mit destilliertem bzw. entionisiertem Wasser verwendet werden. Auf keinen Fall sollte man gewöhnliches Leitungswasser verwende, da dieses Salze enthält, welche eine Korrosion der Metalle beschleunigen kann, aber auch Verschmutzungen enthält, welche u.a. Düsenkühler verschmutzen kann.
Es gibt zwei verschiedene Arten von Wasserzusätzen. Konzentrate und Fertiggemische. Fertiggemische muss man nicht mehr mit destilliertem Wasser mischen, sondern kann es sofort verwenden. Wir empfehlen Fertiggemische von Innovatek. Konzentrate müssen erst mit destilliertem Wasser verdünnt werden. Auch hier empfehlen wir Konzentrate der Firma Innovatek. Wer sparen und ein wenig Farbe ins Spiel bringen möchte kann auch Korrosionsschutz von BASF verwenden, welcher an jeder Tankstelle erhältlich ist. Hier eine Auswahl welche man verwenden kann:
G05 = gelb
G30 = rotviolett
G33 = blaugrün
G34 = orange
G40 = rotviolett
G48 = grün
Oftmals werden auch Farbzusätze verwendet, die auch UV-aktiv sein können. Generell raten wir von ihnen ab, denn man kann auch farbige Schläuche verwenden und somit auf solche Zusätze verzichten. Wer trotzdem unbedingt einen solchen Zusatz verwenden möchte, dem raten wir zu Produkten von Aquacomputer und EK-Water Block.
Überwachung
Die Lüfter möchten geregelt, die Pumpe gedrosselt, die Wassertemperatur protokoliert und auch der Durchfluss möchte kontrolliert werden. Diese Aufgaben übernehmen keine gewöhnlichen Lüftersteuerungen, sondern hoch komplexe mit Microcontrollern ausgestatteten Steuerungen. Man sollte beachten, dass solche Steuerungen durchaus ins Budget fallen können, aus dem Grund sollte man erst bedenken, was man von der Steuerung erwartet. Soll es nicht allzu teuer sein, aber die wichtigsten Funktionen erfüllen, kann man getrost zur Heatmaster von Alphacool greifen. Sie erfüllt alle wichtigen Aufgaben einer solchen Steuerung.
Soll die Steuerung voller Funktionen und Gimmicks ausgestattet sein muss man wohl zur Aquaero von Aquacomputer greifen. Diese ist nämlich unangefochten die Nummer eins aller Steuerungen. Außerdem bekommt man bei Aquacomputer einen guten Support zu der Software. Diese erhält auch regelmäßig Updates.
Aquacomputer Aquaero 6 XT
Durchflusssensoren
Um Sachen wie den Durchfluss auszulesen reicht eine Steuerung allein nicht aus. Man benötigt auch einen Durchflusssensor. Gute Produkte dazu hat Aquacomputer im Angebot. Die günstige Produkte haben genauso Vor- und Nachteile wie andere Lösungen. Als großes Negativkreterium wird bzw. wurde immer die "Durchflussbremse" angeführt. In den Anfangsphasen der Wasserkühlung konnte noch auf keine weit entwickelte Elektronik zurückgegriffen werden, so dass man sich mit optischen Mitteln behalft und an Hand des kleinen Rädchens prüfte, ob der Wasserkreislauf in Bewegung ist.
Schlusswort
Nun sind wir auch schon beim Ende des Artikels angelegt. Wer diese Zeilen von Seite eins an bis hier gelesen hat, der ist einer Wasserkühlung würdig und hat seinen Bastelwillen unter Beweis gestellt. ;-)
Ddas bisher Zusammengetragene stellt jedoch nur ein Bruchteil der ganzen Thematik und soll wie schon mehrmals geschrieben, lediglich einen Überblick und Einstieg in die Flüssigkühlung geben. Ist man einmal im Thema drin wird man immer wieder etwas dazulernen und noch eine Menge erfahren. Es sind bereits weiteren Artikel zu diesem Bereich geplant, welche in naher Zukunft bei uns erscheinen werden. Aber auch Anleitungen und Testberichte werden in Kürze bei uns zu finden sein.
Wir würden uns über Feedback und Anregungen freuen und diesen Artikel und auch künfige besser gestalten zu können. Wer eine individuelle Kaufberatung wünscht, der eröffnet am besten ein Thema im passenden Unterforum.
Autoren: Sebastian Wochnik, Marcel Büttner
Bild: Sebastian Wochnik, Marc Armbruster, Marcel Büttner
Weiterführende Links:
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