Was ist ein Kühlkörper und wie funktioniert er?

Kühlkörper finden Sie an allen wichtigen Komponenten wie Ihrer CPU, Grafikkarte und einigen Teilen des Motherboards. Kühlkörper sind ein optionaler Bestandteil einiger Komponenten wie RAM und M.2-NVMe-Laufwerke, wo sie die Leistung und Stabilität leicht verbessern, indem sie diese Komponenten kühler halten. Da diese Speichergeräte jedoch von vornherein nicht viel Wärme erzeugen, sind Kühlkörper nicht wirklich notwendig. Budget-RAM-Module verzichten häufig auf Kühlkörper und geben die Einsparungen an Sie weiter.

Kühlkörper sind für CPUs, Grafikkarten und Motherboards unverzichtbar. Ohne Kühlkörper würde Ihr Computer nicht richtig funktionieren. Wenn Sie beispielsweise versuchen, einen Computer ohne CPU-Kühler zu betreiben, überhitzt dieser und schaltet sich innerhalb weniger Sekunden ab. Es könnte sogar durchbrennen und dauerhaft nicht mehr funktionieren; Es ist einfach nicht für den Betrieb ohne zumindest eine Art Kühlkörper ausgelegt.

Eine CPU verfügt über Milliarden winziger Transistoren, die den Elektronenfluss manipulieren, um das Verhalten elektrischer Signale zu steuern und so eine Menge zu erzeugen Hitze im Prozess. Was noch schlimmer ist, ist, dass sich die Wärme in einem winzigen Bereich namens CPU-Chip (dem Kern des Prozessors) konzentriert. Wenn die Wärme nirgendwo hingehen kann, beispielsweise zum Kühlkörper, überhitzt die CPU und schaltet sich ab.

Ein Motherboard muss über einen Kühlkörper auf dem Chipsatz verfügen, um die Gesamtstabilität des Systems zu gewährleisten – so gut wie jedes moderne Motherboard verfügt über einen Chipsatz-Kühlkörper. Viele Motherboards verfügen auch über Kühlkörper an den Spannungsreglermodulen (VRMs) und M.2 NVMe. Grafikkarten enthalten eine GPU, VRAM (Speicher) und VRMs. Diese Komponenten sind gemeinsam unter einem einzigen Kühlkörper untergebracht, der oft von einem oder mehreren Lüftern begleitet wird.

Unabhängig von der Komponente und dem Typ haben alle Kühlkörper den gleichen Zweck, nämlich die Wärme von der Komponente abzuleiten und zu verteilen über eine größere Fläche verteilt. Kühlkörper verbessern die Lebensdauer, Leistung und Stabilität der Komponenten, auf denen sie sitzen, erheblich.

Arten von Kühlkörpern

Kühlkörper gibt es in allen möglichen Formen, Größen, Materialien und Designs. Die einfachsten Kühlkörper sind flache, relativ dünne Metallstücke. Sie werden häufig bei RAM-Modulen verwendet, um eine bessere Wärmeableitung zu gewährleisten als bei einem bloßen RAM-Modul. Der gebräuchlichste Typ sind jedoch Lamellenkühlkörper, die dünne Rippen aufweisen, die Reihen ähneln. Das Metallquadrat rechts im folgenden Bild ist ein Beispiel für einen einfachen Kühlrippen-Kühlkörper auf einem Motherboard-Chip.

Jason Fitzpatrick/How-To Geek

Diese Art der Konstruktion vergrößert die Oberfläche des Kühlkörpers, was dessen Wärmeableitung deutlich verbessert. Sie finden Lamellenkühlkörper auf Ihrer CPU, Grafikkarte und Teilen des Motherboards. Bei Komponenten, die viel Wärme abgeben, sind Kühlkörper in der Regel mit einem Lüfter ausgestattet, der die Wärmeableitung unterstützt

Grigvovan/Shutterstock.com

Kühlkörper mit Lüftern werden üblicherweise als „aktive Kühlung“ bezeichnet. und diejenigen ohne Lüfter sind „passive Kühlung“. Wie Sie sich vorstellen können, sind aktive Kühllösungen deutlich effektiver, nehmen aber auch mehr Platz in Anspruch und sind daher normalerweise CPUs und Grafikkarten vorbehalten. Einige Motherboards, wie das Asus ROG Kühlkörper funktionieren

Alle Kühlkörper haben das gleiche allgemeine Funktionsprinzip: Eine Komponente erwärmt sich, die Wärme wird mithilfe eines thermischen Schnittstellenmaterials (TIM) auf den Kühlkörper übertragen und die Wärme wird allmählich im gesamten Kühlkörper verteilt. Der Kühlkörper gibt die Wärme entweder passiv oder mit Hilfe eines Lüfters an die Umgebungsluft ab. Alle diese Prozesse laufen gleichzeitig ab.

Die genaue Funktionsweise von Kühlkörpern ist jedoch mit einigen Feinheiten verbunden. Einige Computerteile verwenden Dampfkammern anstelle von Kühlkörpern oder sie sind integriert, um die Wärmeübertragung zwischen der heißen Komponente und dem Kühlkörper zu unterstützen. Flüssigkeitskühler verwenden eine Wärmeübertragungsflüssigkeit, um Wärme von der Komponente abzuleiten. Um die Funktionsweise von Kühlkörpern besser zu veranschaulichen, verwenden wir das Beispiel eines typischen Aftermarket-Luft-CPU-Kühlers.

Wärmeübertragung von Ihrer CPU auf die Grundplatte

Ein Kühlkörper hat auf einer Seite eine meist flache Oberfläche, die Kontakt mit der heißen Komponente, in diesem Fall der CPU, herstellt. Wir nennen diesen Teil des Kühlers die Grundplatte. Die Wärmeübertragung von der CPU auf den Kühlkörper erfolgt mithilfe der Wärmeleitpaste oder, seltener, eines Wärmeleitpads. Die Erklärung, warum Wärme auf einen Kühlkörper übertragen wird, wird im zweiten Hauptsatz der Thermodynamik erklärt, der besagt, dass Wärme auf natürliche Weise von einem wärmeren Objekt zu einem kühleren Objekt wandert.

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Wärmerohre übertragen die Wärme auf die Rippen

Aftermarket-CPU-Kühler verwenden häufig Heatpipes, um die Wärme schnell und effizient von der CPU abzuleiten. Wärmerohre bestehen normalerweise aus Kupfer oder Aluminium und enthalten eine Flüssigkeit. Die CPU erhitzt die Flüssigkeit im Inneren der Heatpipe, die wiederum verdampft und durch den Rest der Heatpipe wandert. Heatpipes stehen in direktem Kontakt mit den Kühlrippen und die Wärme wird langsam auf diese übertragen.

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Dabei kondensiert der Dampf im Inneren des Wärmerohrs und verwandelt sich wieder in eine Flüssigkeit. Es sammelt sich an den Innenwänden des Wärmerohrs und rieselt dank der Kapillarwirkung langsam zur Grundplatte. Die Flüssigkeit ist wieder bereit, den Zyklus zu wiederholen. Billigere CPU-Kühler, wie die der serienmäßigen AMD- und Intel-Kühler, verfügen nicht über Heatpipes zur Unterstützung der Wärmeübertragung. Stattdessen wird die Wärme langsam von der dicken Grundplatte auf die Lamellen übertragen.

Lüfter blasen Luft um die Lamellen und Wärmerohre kühl zu halten

Abhängig von Ihrem Setup können Sie unterschiedliche Lüfterkonfigurationen verwenden, um eine optimale Kühlleistung zu erzielen. Wenn Sie ein Einzellüfter-Setup haben, können Sie einen Abluftventilator verwenden, der heiße Luft vom Kühlkörper wegdrückt, oder Sie können einen Ansaugventilator verwenden, der kühle Luft über die Lamellen drückt. Oder Sie können es sich ausdenken, indem Sie zwei Lüfter kombinieren, um eine äußerst effektive Push-Pull-Konfiguration zu erhalten.

Ismar Hrnjicevic/How-To Geek

Faktoren, die die Wirksamkeit eines Kühlkörpers beeinflussen

Mehrere Faktoren können die Effizienz eines Kühlkörpers beeinflussen. Während ein 30-Dollar- und ein 60-Dollar-CPU-Kühler auf den ersten Blick ähnlich aussehen, könnte es einige große Unterschiede im Design geben, die sich auf die Leistung auswirken. Hier finden Sie eine Übersicht über die wichtigsten Faktoren, die die Leistung eines Kühlkörpers beeinflussen:

• Größe:Ein größerer Kühlkörper hat eine größere thermische Masse, sodass er mehr Wärme speichern kann, bevor die CPU heiß werden kann. Außerdem verfügt es im Allgemeinen über eine größere Oberfläche, um die Wärmeableitung zu verbessern.
• Material: Kupfer hat im Verhältnis zu seinem Gewicht eine größere thermische Masse als Aluminium, was bedeutet, dass es mehr Wärme speichern kann, aber es ist auch ein teureres Material. Es gibt auch deutliche Unterschiede in der thermischen Masse zwischen verschiedenen Aluminiumlegierungen.
• Wärmerohre:Je mehr Heatpipes und je größer sie sind, desto besser. Außerdem sind Kupfer-Heatpipes besser als Aluminium-Heatpipes.
• Lüfter: Die Qualität, Geschwindigkeit, Größe und Anzahl der Lüfter beeinflussen maßgeblich, wie schnell der Kühlkörper abkühlen kann. Denken Sie daran, dass schnellere Lüfter auch lautere Lüfter bedeuten. Entscheiden Sie sich daher stattdessen für Größe und Qualität.
• Wärmeschnittstellenmaterial:Je besser Ihr TIM ist, desto schneller kann es die Wärme von der CPU weg und auf den Kühlkörper übertragen. Dies kann eine Wärmeleitpaste, ein Flüssigmetall oder ein Wärmeleitpad sein. Wärmeleitfähigere Materialien liefern bessere Ergebnisse. Bedenken Sie, dass hier die Qualität eine große Rolle spielt. Suchen Sie daher am besten online nach Leistungsbenchmarks.
• Montagedruck: Der Kühlkörper sollte fest gegen die CPU drücken, um Mikrospalte zwischen Kühlkörper und CPU zu minimieren. Vermeiden Sie jedoch, zu viel Druck auszuüben, da sonst der CPU-Deckel platzen könnte.
• Umgebungstemperatur: Die Temperatur in Ihrem Gehäuse und Raum hat erheblichen Einfluss auf die Temperatur des Kühlkörpers und damit der CPU.

Ohne Kühlkörper hätten unsere CPUs eine schreckliche Leistung und müssten häufig ausgetauscht werden. Sie sind jedoch bei weitem nicht die einzige Methode zur Kühlung von PC-Teilen. Wenn Sie mehr über eine alternative Kühllösung mit Kältemitteln erfahren möchten, lesen Sie unseren Artikel über Peltier-Kühler.