Auswertung

Materialien
Bezüglich diesen können drei verschiedene Fälle unterschieden werden:

1. Der gesamte Kühlblock besteht aus Aluminium (Arctic Cooing Super Silent 2000).

2. Der gesamte Kühlblock besteht aus Kupfer (CoolerMaster Aero7/8, GlobalWIN CAK-4 Thermalright SLK-947 U, Thermaltake Silent Boost, Thermaltake Volcano 11).

3. Der Kühlblock besteht aus einer Kombination der beiden Materialien (Alpha PAL 8045, Arctic Cooling Copper, Arctic Cooling Copper Rev. 2, CoolerMaster Jet, Swiftech MCX 462 A/V), wobei eine Kupfer- Grundplatte verwendet wird um die Abwärme von der CPU abzuführen und ein Aluminiumblock um diese an die Umwelt abzugeben.

In einem Fall wurde der Aluminium Kühlblock zusätzlich schwarz eloxiert. Dabei ist es wesentlich plausibler, dass dies auf Grund der Verbesserung des Aussehens gemacht wurde, als um die Kühlleistung zusätzlich zu steigern.


Geometrien
Hierbei können prinzipiell zwei Fälle unterschieden werden, welche wiederum in Unterkategorien unterteilt werden können:

1. Zur Vergrösserung der Oberfläche werden Lamellen verwendet (alle Kühlblöcke von Arctic Cooling, CoolerMaster und Thermaltake sowie dem GlobalWin CAK-4 und dem Thermalright SLK-947 U).

2. Die Lamellen stehen entweder senkrecht zur Grundplatte (Arctic Cooling Copper, Arctic Cooling Super Silent 2000, CoolerMaster Aero7/8, CoolerMaster Jet, Thermalright SLK-947 U, Thermaltake Silent Boost und Thermaltake Volcano 11) oder wurden leicht vertikal geneigt/geschwungen (Arctic Cooling Copper Rev. 2 und GlobalWin CAK-.

2. Zur Vergrösserung der Oberfläche werden Stäbe verwendet (Alpha PAL 8045, Swiftech MCX-462 A/V).

2.1. Die Stäbe stehen entweder senkrecht zur Grundplatte (Alpha PAL 8045 Swiftech MCX-462 A) oder wurden leicht vertikal geneigt (Swiftech MCX-462 V).

2.2. Die Stäbe wurden zusätzlich mit einer Oberflächen vergrössernden Struktur versehen, beispielsweise mit einer Schrauben-Struktur (Swiftech MCX-462 A/V).


Aufbau
In diesem Punkt unterscheiden sich die Kühlkörper der verschiedenen Hersteller meist in einigen Punkten, deshalb wird in der anschliessenden Besprechung nach Hersteller unterschieden.




Resultate

Die folgenden Werte wurden mittels der auf Seite 2 beschriebenen Peltier-Teststation eruiert. Untenstehende Tabelle beschreibt nun die Performance der verschiedenen Kühlkörper.






Auflistung nach Leistung, passiv/aktiv




3.5.2.2 Materialien/Aufbau
Kupfer, welches eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit von 393W/m*K aufweist, aufgrund der guten elektrischen Leitfähigkeit (an dieser Stelle ein Link in unser Forum, wo dies diskutiert wurde), ist daher prädestiniert um die Verlustleistung von der CPU effizient und schnell abzuführen.
Aluminium besitzt dabei lediglich eine Wärmeleitfähigkeit, welche 221W/m*K beträgt. Somit ist diese einiges tiefer angesiedelt als diejenige von Kupfer.

Wie die Praxis am Falle des Alpha PAL 8045 bestätigt, führt eine Kombination der beiden Materialien zu den besten Ergebnissen. Um dabei einen optimalen Wärmeübergang zu erhalten sollte die Verarbeitungsqualität möglichst hoch sein. Zudem erweist es sich als vorteilhaft, wenn eine Kupfer-Grundplatte nicht einfach auf einen Aluminium-Block aufgelötet wird (Arctic Cooling Copper/Copper Rev. 2), sondern in diesen eingelassen (Alpha PAL 8045).

Die Kombination von Aluminiumstäben, welche in eine Kupferplatte eingelassen wurden, führt auch zu sehr guten Ergebnissen, wie der Swiftech MCX-462 V dies deutlich aufzeigt. Bei diesem speziellen Kühlblock muss aber noch die Geometrie berücksichtigt werden.
Vollkupfer-Kühler leiten die Abwärme wohl sehr effizient von der CPU ab, da aber der Kühlblock aus sozusagen vielen einzelnen Bauteilen besteht - Lamellen - kommen zwangsläufig bei der Verarbeitung Übergänge zu Stande. Bildlich gesprochen bremsen diese Übergänge den Wärmetransport in einem Kühlkörper ab und somit sinkt die Performance.
Vergleicht man dies nun mit dem Aufbau eines Kühlers, welcher aus einer Kombination von Aluminium und Kupfer besteht, so stellt man fest, dass der Aluminium-Kühlblock aus einem einzigen Stück besteht und somit keine Wärmeübergänge aufweist.

Besteht ein Kühlblock komplett aus Aluminium, so stehen seine Chancen sehr schlecht gute Resultate zu erbringen. Aufgrund der relativ schlechten Wärmeleitfähigkeit, verglichen mit Kupfer, ist Aluminium nicht geeignet die Abwärme von der CPU abzuführen. Dieser Nachteil kann auch von der sehr guten spezifischen Wärmekapazität nicht mehr kompensiert werden. Diese kann dem Kühler nur einen Vorteil verschaffen, wenn versucht wird eine Wärmequelle passiv zu Kühlen, nicht aber, wenn noch ein Ventilator zum Einsatz kommt – aktive Kühlung. Alles in allem kann gesagt werden, dass reine Aluminiumblöcke mit Abmessungen von 80mm x 70mm x 35mm (L x B x H) nicht ausreichen um eine aktuelle CPU nicht mit Hilfe eines starken Lüfters zu kühlen. Aufgrund der Umdrehungsgeschwindigkeit von ca. 3000U/min bezüglich eines einzelnen Lüfterflügels entsteht ein subjektiv störendes Geräusch.


3.5.2.3 Geometrien
Passiv gekühlt, erbrachten mit einer Struktur versehene, radial angeordnete und geneigte Kühlstäbe die beste Leistung – Swiftech MCX-462 V. Aktiv hingegen konnte der Alpha PAL 8045 die besseren Resultate erbringen. Die Ursache für dieses Verhalten liegt beim verwendeten Lüfter. Da dieser pro Stunde lediglich 20m3 Luft umzuwälzen vermag und beim Swiftech MCX-462 V starke Luftverwirbelungen aufgrund der strukturierten Kühlstäbe auftreten, tritt der Konvektionseffekt in zu geringem Masse auf. Noch deutlicher wird dieses Verhalten beim Swiftech MCX-462 A, wobei bei diesem die Kühlstäbe nicht vertikal geneigt wurden. ein wesentlich stärkerer Ventilator verwendet, so stiege die Kühlleistung verglichen mit dem Alpha PAL 8045 wesentlich stärker, sprich die Beziehung zwischen Luftfördervolumen und Kühlleistung wäre beim Swiftech in Relation zum Alpha PAL 8045 nicht linear.

Werden anstelle von Kühlstäben Lamellen verwendet so empfiehlt es sich diese wiederum vertikal zu neigen. Mit dieser Neigung vergrössert man die Fläche an welcher die umgewälzte Luft direkt angreifen kann, sprich der Luftwiderstand ist grösser und es entstehen stärkere Verwirbelungen. Stehen die Lamellen rechtwinklig zum verwendeten Ventilator, so ist die erbrachte Kühlleistung aufgrund von geringen Luftverwirbelungen um einiges schlechter. Das beste Beispiel hier für stellen Arctic Cooling Copper (senkrecht stehende Lamellen) und Arctic Cooling Copper Rev. 2 (zur Horizontalen geneigte Lamellen) dar, wobei der Arctic Cooing Copper Rev. 2, relativ zur Zeit betrachtet, nahezu doppelt so gut performt.
Werden die Lamellen geschwungen, wie es beim GlobalWin CAK-4 der Fall ist, so fällt die Steigerung der Kühlleistung eher gering aus. Immerhin kann sich diese Konstruktion von den anderen Lamellenkühlern geringfügig absetzen, was aufgrund des Aufbaus und der verwendeten Materialien doch recht erstaunlich ist.


Fazit

Besonders gut konnten sich Kühler behaupten, welche:

1. eine Kupfer Grundplatte besitzen
2. einen Kühlköper aus Aluminium vorweisen können
3. viele feine Kühlstäbe aufweisen
4. deren Kühlstäbe vertikal geneigt sind
5. deren Kühlstäbe zusätzlich mit einer Struktur versehen wurden.

Nun drängt sich noch die Frage auf, möchte man einen möglichst leisen Kühler oder sollte dieser möglichst leistungsfähig sein. Würden die oben genannten fünf Punkte befolgt, so könnten sicherlich in beiden Fällen gute Resultate erzielt werden. Dabei zielt aber Punkt 5 im Speziellen auf den verwendeten Ventilator ab. Werden die Kühlstäbe zusätzlich mit einer Struktur versehen, so muss die Luftförderleistung des verwendeten Ventilators entsprechend bemessen sein. Ansonsten bestünde die Möglichkeit, dass die Konvektion nicht über den gesamten Kühlkörper gewährleistet ist und dass somit in der Nähe der Grundplatte – an der Stelle an der die Kühl-Fins in die Kupferplatte eingelassen wurden – so genannte Hot Spots entstünden, was auf jeden Fall verhindert werden sollte, da diese den gesamten Kühleffekt zu Nichte machen. Dem zu Folge sollte ein ’’Silent-Kühler’’ keine strukturierten Kühlstäbe/Lamellen aufweisen.


Verfasst von rewarder