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Mein neuer Computer

Wärmetauscher für die Wasserkühlung: Viel Verlustleistung, wenig Platz

(Hier geht's zu Teil 1, Teil 2 und Teil 4)

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Der Laufwerkskäfig (links) hat ausgedient, an seine Stelle tritt der Wärmetauscher

Abb. 1: Der Festplattenkäfig (links) hat ausgedient, an seine Stelle tritt der Wärmetauscher

Motivation

Natürlich braucht mein neuer, wasser- gekühlter Computer (dazu folgt ein späterer Bastelbericht) einen Wärmetauscher. Es gilt die Verlustleistung der Komponenten abzuführen, und zwar an die Umgebungsluft. Die Wärme im Wasser muss an die Luft abgegeben werden und letztere so schnell als möglich aus dem Computergehäuse raus. Der Wärmetauscher funktioniert genau wie beim Auto und besteht aus Radiatoren und einem Ventilatort. Die Luft wird (ungewöhnlicher- weise) vorne aus dem Computergehäuse ausgeblasen. Da ist nicht viel Platz, aber es muss reichen! Die ganze Rückwand des Gehäuses ist perforiert und lässt frische Luft nachströmen.

Hier über das Netzteil gehört er hin

Abb. 2: Hier über das Netzteil gehört er hin

Inspiriert vom Innovatek-Modul

Abb. 3: Inspiriert vom Innovatek-Modul

Konstruktives

Das Gehäuse (Lian Li PC-A06) ist äusserst kompakt und lässt wenig Optionen für Konstruktion und Plazierung des Wärmetauschers. Der einzige Platz ergibt sich an der Stelle über dem Netzteil, wo urspünglich der Festplattenkäfig drin war (meine Festplatte kommt in einen 5.25"- Schacht). Ich liess mich von einer Innovatek-Konstruktion -- dem Power-Komplettmo- dul (Abb. 3) -- inspirieren, musste aber eine wesentlich leistungsfähigere Lösung finden. Das Modul von Innovatek ist bloss für eine CPU-Kühlung gedacht (vermutlich Radiator/ Lüfter mit 92 mm), doch ich möchte mein komplettes System kühlen. Ich entschied mich dazu, Pumpe und Ausgleichsbehälter woanders zu installieren, so dass mehr Platz für die eigentliche Wärmetauschfunktion vor- handen ist.

Ich begann den zur Verfügung stehenden Platz genau auszumessen und konstruierte Wärmetauscherlösungen. Bald war klar, dass es ein Stapel aus 120 mm Radiatoren und 120 mm Lüfter werden soll. Von zuerst vier schlanken Radiatoren und einem dünnen Lüfter kam ich weg, um dann zum Schluss zwei sehr dicke Radiatoren und ebenfalls einen dicken Lüfter zu gelangen. Ich erwartete davon eine höhere Leistungsfähig- keit und zudem eine einfachere Konstruktion. Durchgehende Gewindestangen waren leider nicht möglich (die Radiatoren haben nicht durchgehende Löcher), so dass ich eine Blechkastenkonstruktion wählte. Erste Ver- suche, wie hier abgebildet, mit Karton.

Semimanueller-hochkreativer Konstruktionsvorgang

Abb. 4: Semimanueller-hochkreativer Konstruktionsvorgang

Mockup aus lackiertem Graukarton

Abb. 5: Mockup aus lackiertem Graukarton

Die Verlustleistung

Zur Dimensionierung muss die abzuführende Leistung bekannt sein:

Ptot = η-1 ⋅ (PCPU + PGraka + PX58CPU + PHDD + PPumpe + PRest)
= 0.83-1 ⋅(130 W + 182 W + 24 W + 10 W + 10 W + 20 W) = 453 W

Das ist der absolute Worstcase, gerechnet mit den TDP-Werten, aber so habe ich noch etwas Reserve, beispielsweise für Über- taktungsversuche.

Lüfter

Die maximale Temperaturdifferenz nehme ich als ΔT = 10 K an. Der Volumenstrom ergibt sich damit zu

dV/dt = ρ-1 dm/dt = P / (ΔT⋅cp⋅ρ)
= 453 W / (10 K ⋅ 1005 Ws/kg/K ⋅ 1.164 kg/m3) = 139 m3/h

Dies entspricht dem theoretischen Volumen- strom der notwendig ist, um bei 10 K Erwärmung diese Leistung abzuführen. Da ich nur einen einzigen 120 × 120 mm2- Lüfter einsetzen wollte, stand fest, welcher eingesetzt werden sollte: Ein SilenX iXtrema Pro 18dB(A) -- er sollte bei nur gerade 18 dB(A) und einer Drehzahl von 1400 rpm einen Volumenstrom von 153 m3/h erreichen. Durch die grössere Bauhöhe von 38 mm ergibt sich auch ein Potential für grösseren Druckaufbau (entsprechend nur kleiner Reduktion des Volumenstroms), wie das bei engmaschigen Radiatoren notwendig ist. Später hat sich dann herausgestellt, dass dies nicht reichen sollte, doch das ist Thema des Hauptartikels.

SilenX iXtrema Pro 18dB(A)

Abb. 6: SilenX iXtrema Pro 18dB(A)

Thermochill PA120.1

Abb. 7: Thermochill PA120.1

Radiator

Als Radiatoren nehme ich zwei Thermochill PA120.1 weil das einfach die besten sind. Diese können laut Hersteller bei sehr kräftiger Belüftung (2500 rpm; 176 m3/h) etwa 210 W abführen, mit zwei davon sollte es also ungefähr (etwas knapp) reichen. Da sie allerdings in Serie betrieben werden, also die Luft zweimal erwärmt wird, wird es also eher dann effektiv etwas weniger sein. Wir werden sehen.

Blechgehäuse

Im Prinzip, hätte ich auch mit dem Graukarton-Gehäuse (Mockup, Abb. 5) glücklich werden können. Aus feuertech- nischen Gründen entschied ich mich aber dazu, ein Gehäuse auch Blech zu bauen. Lässt sich ja leicht zuschneiden, abkanten und verlöten. Damit es richtig stabil wird, nahm ich 0.75 mm starkes Stahlblech. Es ist nicht rostfrei, d.h. ich muss danach die Oberfläche behandeln. Dafür lässt es sich leicht löten.

Zuschneiden des Stahlblechs

Abb. 8: Zuschneiden des Stahlblechs

Abkanten mit Holzhilfskonstruktion

Abb. 9: Abkanten mit Holzhilfskonstruktion

Diese Bretter (wer genau hinschaut, sieht vielleicht, wofür sie ursprünglich herhalten mussten) hatten exakt die richtige Breite, um als Abkantlehre eingesetzt zu werden. Mit wenigen Hammerschlägen nimmt das Ge- häuse Form an. Es geht alles so herrlich leicht, dass man sich fragt, ob es nicht doch besser 1 mm starkes Blech hätte sein sollen. Aber die Nachbarn werden mir dankbar gewesen sein, dass das Gehämmere nach kürzester Zeit verstummte. (Noch etwas netter wäre gewesen, hätte ich einen Klotz zwischen Hammer und Blech gehalten.)

Danach kommt das Schönste für jeden Pyromanen: Die Lötarbeit. Damals noch ohne Super Fire 3 sondern mit dem Schweiss- gerätlein. Damit alles so richtig schön stabil wird, entschied ich mich für Neusilber-Hartlot. Nachteilig ist, dass sich das Bleich verzieht und danach wieder gerichtet werden muss. Natürlich hätte ich auch Messingblech weichlöten können oder gleich alles mir Araldit kleben. Letzterer ist mir aber gerade aus- gegangen.

Frisch gelötet

Abb. 10: Frisch gelötet

Löcher und Schlitze

Abb. 11: Löcher und Schlitze

Hier schneide ich gerade Schlitze ins Blech. Das kommt daher, dass die Thermochills einen hervorstehenden Flansch an den Was- seranschlüssen aufweisen. Dann müssen aber auch noch all die Löcher ins Blech: Die Radiatoren möchte ich ja auch festschrauben. Dazu nutze ich die seitlichen Löcher und die beiligenden Blechschrauben.

Vom Löten bleibt erstens viel Flussmittel und zweitens Ablagerungen von der Flamme zurück. Mit der Drahtbürste und dem Akkuschrauber bürste ich die Flächen, um anschliessend mit Minibürste und Dremel bis in die kleinsten Ritzen und Ecken vorzu- dringen. Sandstrahlen wäre vielleicht noch etwas professioneller gewesen, doch was soll's...

Bürsten der Oberfläche, Entfernen der Flussmittelrückstände

Abb. 12: Bürsten der Oberfläche, Entfernen der Flussmittelrückstände

Pseudo-Verzinkung mit Spray

Abb. 13: Pseudo-Verzinkung mit Spray

Das unbehandelte Blech, zusätzlich aufge- rauht durch den Bürstvorgang, würde natürlich sofort vor sich hinrosten. Deshalb verpasse ich ihm eine Schutzschicht aus Zink. Sieht vielleicht nicht extrem schön aus, funktioniert aber prima. Zuerst wollte ich danach noch schwarz drüberlackieren, aber mir ist der Lack gerade ausgegangen (aufgebraucht für den Impeller). Vielleicht wird mausgrau bald Mode?

Die Montage

Als erstes wird die Schlauchverbindung zwischen beiden Radiatoren konfektioniert. Danach stecke ich die beiden vorbereiteten Aussenanschlüsse -- ich fand die Winkel- stücke in der Zoohandlung -- durch die Löcher und schiebe die miteinander ver- bundenen Radiatoren ins Gehäuse. Das Festschrauben der Anschlüsse ist ein wenig fummelig, geht aber schon. Schliesslich soll es ja so kompakt wie möglich werden.

Einbau der Radiatoren, Verschlauchung und Führungfilze

Abb. 14: Einbau der Radiatoren, Verschlauchung und Führungfilze

Resultat

Abb. 15: Resultat

Seitlich werden noch Filzstreifen angeklebt, damit der Lüfter fest und luftdicht (kein Nebenstrom) eingeklemmt werden kann. Zuletzt kommt der Lüfter reingeschoben und der Deckel drauf. In der definitiven Form wird der Deckel dann von Aluminium-Klebeband gehalten und gleichzeitig die Schlitze luftdicht versiegelt. Wir möchten ja nicht einen einzigen Kubikmeter Luft pro Stunde ver- schenken.

Anprobieren

Hier sitzt mein Wärmetauscher-Modul probehalber im Gehäuse. Enorm kompakt dafür, dass es über 400 W an Wärmeleistung abzutransportieren vermag, nicht wahr. Man darf es natürlich nicht mit einem Föhn vergleichen, das Temperaturniveau ist viel tiefer.

Wie gut sich der Wärmetauscher bewährt ist dann Thema des nächsten Bastelberichts.

Wärmetauscher im Computer eingebaut

Abb. 16: Wärmetauscher im Computer eingebaut

Lackierter Graukarton ist recht stabil!

Abb. 17: Lackierter Graukarton ist recht stabil!

Anschlüsse konfektioniert

Abb. 18: Anschlüsse konfektioniert

Skizze auf einem Fresszettel

Abb. 19: Skizze auf einem Fresszettel

Alles verblecht aber ungelötet

Abb. 20: Alles verblecht aber ungelötet

Einzeichnen der notwendigen Durchbrüche

Abb. 21: Einzeichnen der notwendigen Durchbrüche

Lüfter sitzt perfekt

Abb. 22: Lüfter sitzt perfekt

(Hier geht's zu Teil 1, Teil 2 und Teil 4)





Autor: info@lugra.ch
Datum: 9. Juli 2009
Minor Update: 15. August 2010