Coole Lösung für den Rechner

Kühleinheit - Ein Problem beim Einsatz moderner Hochleistungs- Mikroprozessoren ist die beachtliche Abwärme beim Betrieb, die sich mit Luft kaum mehr abführen lässt. Eine effiziente und geräuscharme Abhilfe verspricht jetzt eine neuartige Flüssigkeitskühlung.

11. Februar 2007

Die Kühlung von elektrischen oder elektronischen Bauteilen mit Flüssigkeiten ist im Grunde nichts Neues: Bereits in den 30er-Jahren des letzten Jahrhunderts wurden die Endstufen von Hochleistungssendern mit Wasser gekühlt, und noch heute kommt diese Technik zum Beispiel in der Hochspannungs-Gleichstromübertragung zum Einsatz. Auch moderne Personal Computer werden seit einigen Jahren gelegentlich mit Wasser gekühlt. Dennoch macht der hohe Aufwand für Installation und Wartung entsprechende Lösungen für die Praxis häufig uninteressant.

Der Kühlwürfel

Eine einbaufreundliche Lösung zur Kühlung von Hochleistungscomputern und Server-Systemen hat jetzt der Motoren- und Lüfterspezialist EBM-Papst aus St. Georgen im Schwarzwald vorgestellt: Dessen neues System AquaCube wurde speziell für den Einsatz als OEM-Komponente entwickelt und lässt sich durch seinen modularen Aufbau gut an unterschiedliche Applikationsanforderungen anpassen.

Herzstück der Lösung ist der würfelförmige LiquidCoolingCube, der in kompakter Form eine Kühlflüssigkeitspumpe sowie Wärmetauscher und Lüfter zusammenfasst. Die Pumpeneinheit arbeitet ohne durchgeführte Wellen und benötigt deshalb keine Dichtringe an der Antriebs-welle. Eines der größten Leckagerisiken bei Flüssigkühlsystemen ist damit beseitigt. Bei dem patentierten Konzept dient der kugelgelagerte Läufer des Lüfters zugleich zum Antreiben der Pumpe. Deren Rotor läuft in Hochleistungskeramiklagern, die vom Kühlmittel geschmiert werden. Miteinander verbunden sind Lüfter und Pumpe über eine Magnetkupplung, so dass beide Systeme hermetisch verschlossen bleiben.

Der Lüfter arbeitet mit der bewährten Winglet-Technologie von EBM-Papst, die einen besonders ruhigen Lauf mit hoher Luftleistung verbindet, und macht damit in vielen Anwendungen einen zusätzlichen PC-Gehäuselüfter unnötig. Die integrierte PWM-Schnittstelle ermöglicht eine temperatur- und lastabhängige Regelung des Kühlsystems. Durch die hohe Kühlleistung des Systems lassen sich an einer Lüfter Pumpeneinheit bei Bedarf auch mehrere Wärmeaufnehmer anschließen, z. B. eine weitere CPU oder die Prozessoren der Grafikkarte. OEM-Anwender bekommen auch in solchen Fällen das fertig konfektionierte System komplett befüllt und einbaufertig geliefert. Vor der Auslieferung wird jedes einzelne Flüssigkühlsystem elektronisch und mechanisch auf Herz und Nieren geprüft. Dabei ist beispielsweise ein Leckagetest mit Helium in der Endabnahme obligatorisch.

Als Wärmeaufnehmer dient eine dünne Kühlplatte aus reinem Kupfer, die direkt auf dem Prozessor sitzt. Auf der Flüssigkeitsseite der Platte vergrößert ein »Stachelfeld« die Oberfläche und verbessert so den Wärmeübergang. Die spezielle Geometrie der Zapfen und der Düsen, die die Kühlflüssigkeit in das Feld einbringen, gewährleisten eine gute Wärmeübertragung vom Prozessor auf das Kühlmittel und verbessert die Anströmung der Zapfen.

Zusammen reduzieren diese Maßnahmen den Wärmewiderstand des Aufnehmers von 0,06 Kelvin pro Watt. Für das Gesamtsystem beträgt der Wärmewiderstand lediglich etwa 0,12 K/W. Bei handelsüblichen Kühlkörpern für Prozessoren liegen typische Werte dagegen zwischen 1,5 und 2,0 K/W und erreichen auch mit einem zusätzlichen Lüfter immer noch 0,5 bis 0,8 K/W. Die Befestigungsplatte ermöglicht die einfache Montage des Wärmeaufnehmers auf allen aktuellen und auch zukünftigen CPUs. Bei Bedarf lässt sich die Befestigungsplatte zudem auch an spezielle Anforderungen anpassen.

Die Kühlmittelleitungen zwischen Wärmeaufnehmer und Wärmetauscher besitzen mehrschichtige Mäntel und sind deshalb absolut dicht. Die Kühlflüssigkeit verbleibt daher auch bei langen Betriebszeiten und hohen Temperaturen vollständig im Kühlsystem. Umgekehrt kann auch von außen keine Luft eindringen und allmählich die Kühlleistung verschlechtern. Die vergleichsweise kleinen möglichen Biegeradien der Kühlmittelleitungen erlauben eine flexible Anpassung an die jeweilige Anwendung.

Das leistungsfähige, wartungsfreie und langlebige System der Flüssigkeitskühlung erschließt damit viele Anwendungsbereiche bei Hochleistungs-Computern und empfiehlt sich als praxisgerechte Alternative in allen Fällen, bei denen die konventionelle Luftkühlung an ihre Grenzen stößt.

Wolfgang Laufer, ebm-papst

Fakten

-Das Flüssigkeits-Kühlsystem von Papst ist modular aufgebaut und passt sich

verschiedenen Einbausituationen an.

-Der geringe Wärmewiderstand ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad.

-Der Aufbau ohne durchgeführte Welle sowie die mehrschichtig aufgebauten

Kühlmittelleitungen beseitigen eines der größten Leckagerisiken.

Erschienen in Ausgabe: 01/2007