10.06.2004   Kühlung mit Flüssigkeit ist bei den PCs schon recht bekannt, auch wenn es von den großen Herstellern noch keine Geräte aus Serienfertigung damit zu kaufen gibt. Aber es gibt zahlreiche Einbau-Kits, außerdem sind die kleinen Micro-Tower nicht selten serienmäßig damit bestückt. Dabei handelt es sich allerdings um sog. "Barebones" also PCs ohne Prozessor, Festplatten und was man sonst so braucht. Sie fallen vor allem durch eine Optik ähnlich einer HiFi-Anlage auf. Weil diese Geräte so klein und vollgepackt sind, sind sie oft sehr laut, weil eine elegante Luftführung (wie beim G5) nicht möglich ist. Hier ergab sich also ein dankbarer Markt für neue Kühltechnologien.

In manchen Foren liest man, dass eine Kühlung mit Flüssigkeit wartungsintensiv und riskant ist, weil regelmäßig Kühlflüssigkeit nachgefüllt werden muss und weil austropfende Flüssigkeit möglicherweise Kolben und Zylinder beschädigen könnte. Hier verweisen wir auf einen thematischen Unterschied zwischen GHz und km/h. Es ist nicht so, dass die PowerMacs neuerdings einen Kanister mit Kühlflüssigkeit eingebaut hätten.



Oben sieht man eine Kühlung, wie sie wohl auch im neuen PowerMac-Topmodell eingebaut ist. Es handelt sich jedoch um ein Exemplar aus der PC-Welt. Da Apple noch keine eigenen Bilder veröffentlicht hat, müssen diese Bilder zur Veranschaulichung der Wirkungsweise herhalten. Was sieht man auf dem Bild? Man sieht auf der rechten Seite eine kupferfarbene Kontaktfläche zum Prozessor. Das Gebilde wird also auf den Prozessor aufgesetzt. Das Teil in der linken Bildhälfte steht dann in der Luft und zeigt nach oben. Obwohl rechts auch ein Kühlkörper zu sehen ist, geht es doch vor allem darum, die silbernen Röhrchen zu erhitzen.

Die silbernen Röhrchen sollen dann die Wärme ableiten. Sie leiten sie zu einem zweiten Kühlkörper, nämlich dem Teil in der linken Bildhälfte.



In dem Bild oben sieht man, wie die Röhrchen den Kühlkörper durchlaufen. Dieser Kühlkörper war eben noch links im Bild zu sehen. Er nimmt die Wärme von den Röhrchen auf und kühlt sie somit ab. Der Kühlkörper wiederum wird von einem Ventilator angeblasen, der im Bild nicht zu sehen ist. Man kann aber erkennen, dass der Kühlkörper so konstruiert ist, dass Luft hindurchgeblasen werden kann.



Zum Thema "Blasen" liessen sich bei Google trotz intensiver Bemühungen nur wenige jugendfreie Bilder finden, aber ich denke, man kann mit etwas Phantasie das Wirkprinzip erahnen.

Interessant wird es nun, wenn man sich die Röhrchen genauer ansieht. Hierbei handelt es sich nicht nur um einfache Metallstangen, sondern sie haben ein komplexes Innenleben. Betrachten wir diese Grafik:



Zuerst muss man wissen, dass in dem Röhrchen eine Flüssigkeit arbeitet, die ab 30 oder 40 Grad verdampft. Das Röhrchen ist damit aber nicht vollständig gefüllt, sondern nur zum Teil. Der Rest ist leer, es herrscht also ein Vakuum. Weiterhin ist das Röhrchen gefüllt mit lauter kleinen Kapillaren, also winzig kleinen Röhrchen. Das Röhrchen ist also gefüllt mit Röhrchen. (Toller Artikel wird das...)

Wer zufällig gerade ein dünnes Glasröhrchen oder einen besonders dünnen Strohhalm zur Hand hat, kann diesen mit der Spitze ins Wasser tauchen. Was passiert? Das Wasser steigt ein Stück weit nach oben. Eine rätselhafte Kraft zieht das Wasser hoch. Man nennt das die Kapillarwirkung. Je feiner das Röhrchen ist, desto besser klappt das. Es gibt sicher Leser, die es besser erklären können, jedenfalls kann man diesen Effekt nutzen, um die Flüssigkeit ohne Pumpe zu bewegen. (Beispiel aus der Praxis: Volle Discos haben fast immer einen winzigen Eingang. Man wird von der Straße förmlich hineingesaugt. Daher kommt auch der Name, denn der Vorläufer der Disco war der Tanzboden, und dort spielte eine Kapelle. Aus "Kapellwirkung" hat sich dann das Wort "Kapillarwirkung" entwickelt. Dies nur für besonders interessierte Leser.)

Wie wir gesehen haben, wird das Rohr an einer Seite vom Prozessor erhitzt. Die Flüssigkeit verdampft dadurch. Dampf hat einen höheren Druck, er breitet sich aus und sucht sich seinen Weg nach oben. (In der Grafik ist das rot eingefärbt.) Weiter oben im Röhrchen ist es aber kühler als unten, weil oben der Kühlkörper mit dem Ventilator die Wärme abführt. Der Dampf wird oben so weit abgekühlt, dass er kondensiert, was bedeutet, dass aus dem Dampf wieder eine Flüssigkeit wird, die sich innerhalb des Röhrchens niederschlägt. Sie fliesst nun wieder nach unten. Dort kann sie sich erneut erhitzen, was bedeutet, dass sie Wärme vom Prozessor aufnimmt und diesen daher kühlt.



Eine wichtige Funktion hat ausserdem die Länge des Rohrs (bitte keine offensichtlichen Scherze). Die Distanz der beiden Enden ist sehr wichtig, denn es muss zwischen beiden Enden ein deutlicher Temperaturunterschied herrschen. Wenn beide Enden dicht beieinander lägen, dann wäre das kühle Ende bald genauso warm wie das warme Ende. Und dann würde der Dampf nicht mehr kondensieren, denn dazu muss er auf eine kühle Fläche treffen. Der Temperaturunterschied ist sozusagen der Motor der ganzen Aktion. Er bewirkt, dass Flüssigkeit und Dampf zirkulieren und damit die Wärme transportieren.

Die Kapillarwirkung sorgt auch dafür, dass die Zirkulation selbst dann funktioniert, wenn das ganze Konstrukt gekippt wird (also nicht genau senkrecht auf dem Tisch steht). Auch denn würden sich Dampf und Flüssigkeit brav in der vorgesehenen Bahn und Richtung bewegen. Vorausgesetzt, man stellt es nicht auf den Kopf.

Nun kann man sich fragen, warum man nicht den zweiten Kühlkörper (den mit dem Ventilator) nicht von Anfang an auf den Prozessor pappt, und warum man die Wärme erst umständlich in die Rohre leitet, um sie dann doch von einem ordinären Kühlkörper wegblasen zu lassen? Was soll dieser Zwischenschritt?

Möglicherweise ist es nur Kosmetik, aber möglicherweise kann man die Wärme auf diese Weise besser von einer kleinen Fläche (Chip) auf eine große Fläche (Kühlkörper) verteilen. So hatten wir den Vorteil in unserem gestrigen Artikel beschrieben.

Was es nun wirklich bringt, werden wir noch herausfinden müssen. Apple arbeitet ohnehin schon an der nächsten Generation der Kühlsysteme. Es ist ein Kühlsystem, welches den Kunden kühlt, sobald er die Preise sieht.