Computerhardware: Kühlung

Warum eigentlich muss der PC gekühlt werden? Müssen die lauten Lüfter wirklich sein?

• Halbleiter verändern ihre elektrischen Eigenschaften bei Temperaturänderungen sehr stark und hören auf, zu funktionieren.
• Die Reibung und der Verschleiß in den Kugel- und Gleitlagern wächst.
• Elektrolyt-Kondensatoren trocknen aus und dämpfen die Spannungsschwankungen nicht mehr.
• Isolationen im Netzteil werden weich und können versagen.

Lüfter sind die am schnellsten verschleißenden Teile eines Computers.

Zwei Probleme

Mit der Kühlung müssen zwei unterschiedliche Probleme gelöst werden:

1. Die Oberflächen einiger Komponenten werden sehr heiß, vor allem die Oberfläche des Prozessors. Die Wärme muss mit Kühlkörpern schnell abgeleitet werden.
2. Große und kleine lokale Wärmequellen heizen die Luft im Computer schnell auf. Die warme Luft muss zügig aus dem Gehäuse heraus befördert werden.

Lüfterarten

Viele Lüfter sind temperaturgeregelt. Es gibt zwei Arten der Regelung: Die einen drehen langsamer, wenn weniger Wärme entsteht. Die anderen Lüfter schalten je nach Temperatur zwischen Stillstand und voller Drehzahl hin und her. Diesen plötzlichen Wechsel des Geräuschpegels empfinden manche Benutzer als störend.

Gehäuse-Zusatzlüfter und Netzteillüfter gibt es in mehreren Bauformen. Bei Lüftern von Grafikkarten und vor allem bei Lüftern auf Chipsätzen ist die Anzahl der Bauformen und Befestigungsarten fast unüberschaubar. Weitere Unterschiede gibt es in der Anzahl der Anschlussadern (zwei, drei oder vier) und in der Bauform der Stecker.

Tipp:

• Wenn Sie einen Ersatzlüfter kaufen wollen, bauen Sie ihren alten Lüfter aus und nehmen Sie in als Muster zum Einkauf mit!

• Die meisten heutigen CPUs regeln den Takt herunter, wenn sie zu heiß werden. Wenn Ihr PC nach einigen Minuten Aufwärmzeit drastisch langsamer wird, haben Sie vielleicht ein Temperaturproblem. Dimensionieren Sie den CPU-Lüfter großzügig! Ein Lüfter, der auch für einen wesentlich stärkeren als Ihren Prozessor geeignet ist, regelt auf eine langsamere Drehzahl herunter und wird dadurch leiser. Außerdem haben Sie an heißen Tagen eine Sicherheitsreserve.
• Wenn man die Wahl hat zwischen Lüftern mit großem oder mit kleinem Durchmesser, sollte man den größeren wählen. Ein Lüfter mit doppeltem Durchmesser hat die vierfache Fläche und braucht daher eine wesentlich geringere Drehzahl, um die gleiche Luftmenge zu befördern. Das bedeutet längere Lebensdauer des Lüfters, weniger Motorengeräusch, und auch das Geräusch der Luftströmung verringert sich.
• Lüfter werden sowohl mit Kugellagern („ball bearing“, abgekürzt BB) als auch mit Gleitlagern („Sleeve bearing“) hergestellt. Gleitlager in einem Computerlüfter bedeutet: Im Plastegehäuse ist eine Bohrung, darin dreht sich eine Metallachse. Verschleiß und Geräuschpegel sind hoch. Der Preisunterschied zur Kugellagerausführung ist gering, der Unterschied in der Lebensdauer gewaltig. Wählen Sie immer die Kugellager-Ausführung!
• Auf billigen Grafikkarten und für Chipsatz-Kühler werden fast immer Lüfter verwendet, deren Achse nur auf einer Seite gelagert ist. Deshalb sind diese Grafikkarten-Lüfter recht kurzlebig. Wenn Sie einen verschlissenen Lüfter austauschen müssen, sollten Sie nach einem Lüfter mit beidseitigen Lagern suchen.

Luftströmungen

Die Luft tritt an der Unterseite des PC, zwischen Metallgehäuse und Vorderblende, in das Gehäuse ein. Meist gibt es im unteren Teil der Vorderseite, hinter der Plasteblende, noch weitere Öffnungen für den Lufteintritt. Die erwärmte Luft steigt nach oben und wird durch das Netzteil hindurch nach außen geblasen. Mit Zusatzlüftern im unteren Teil der Vorderwand und im oberen Teil der Rückwand kann die Luftströmung verstärkt werden. Mitunter gibt es eine zusätzliche Öffnung in der Seitenwand, um die Abluft des CPU-Kühlers auf dem kürzestem Weg aus dem Gehäuse hinauszubefördern.

In Internetforen wird leider oft geraten, das Gehäuse zu öffnen, wenn der PC zu heiß wird. Dadurch kehrt die warme Luft, die das Netzteil nach hinten ausbläst, auf kürzestem Wege wieder in das Gehäuse zurück. Statt durch das Gehäuse zu strömen, strömt die Luft nur um das Netzteil herum, gewissermaßen ein thermischer Kurzschluss. Folglich „steht“ die Luft in der Mitte des Gehäuses fast still. Das Gehäuse offen zu lassen ist also nur dann sinnvoll, wenn Sie mit einem Tischventilator für kräftige Luftbewegung sorgen.

Sorgen Sie also dafür, dass die Luft optimal strömt: Von vorn unten nach hinten oben. Ungenutzte Slotblenden sollten Sie zuschrauben oder zukleben. Ungenutzte Öffnungen für Zusatzlüfter an der Rückseite sollten Sie zukleben.

Man sollte einen PC nie in eine Ecke stellen! Weiter ist darauf zu achten, dass Lüftungsöffnungen nicht zugestellt oder zugehängt werden: 10 bis 40 cm Abstand sind empfehlenswert.

Computertische haben oft ein mehr oder weniger geschlossenes Fach für den PC, aus dem die Wärme schlecht entweichen kann. Wenn Sie den PC unbedingt in einem solchen Computertisch oder in einem Möbelstück unterbringen wollen, kontrollieren sie gut, ob er sich überhitzt!

Staub

Leider befindet sich die Luft-Hauptansaugöffnung an der Unterseite des PC. Wenn der PC auf einem Tisch steht, stört das nicht. Viele Benutzer stellen allerdings ihren PC auf den Fußboden, damit die Tischplatte frei bleibt. Dadurch befindet sich die Hauptansaugöffnung nur einen halben Zentimeter über dem Fußboden - nicht viel höher als die Düse des Staubsaugers. Zum Staubsauger gibt es aber zwei Unterschiede, mal abgesehen vom Preis:

• Der Staubsauger ist nur einige Minuten pro Tag in Betrieb, der PC saugt viele Stunden täglich.
• Der Staubsauger hat einen Filterbeutel, der regelmäßig gewechselt wird, der PC nicht.

Wie können Sie die Verschmutzung verringern?

Jeder Zentimeter Abstand vom Fußboden zählt. Fünfzehn Zentimeter Abstand vom Fußboden halbieren den Staubanfall. Vielleicht können Sie den PC unter der Schreibtischplatte aufhängen. Verstellbare Halterungen gibt es zu kaufen, das kostet nicht viel. Sie können auch einen niedrigen Hocker oder eine (stabile!) Kiste darunterstellen. Eine wackelige Standfläche für den PC muss aber vermieden werden. Im Sinne von „jeder Zentimeter zählt“ können Sie zumindest ein passend zugeschnittenes Brett darunterlegen. Bei einem Teppichboden wird der Luftstrom nicht mehr durch die Teppichfasern gebremst, und auf einem glatten Boden können sich die Fusseln nicht direkt unter dem PC ansammeln.

PC mit Wasserkühlung

Wasserkühlung

Wasserkühlungen haben eine hohe Kühlleistung bei geringer Geräuschentwicklung. Irgendwo am PC muss ein Radiator für die Ableitung der Wärme angebracht werden. So groß wie im Bild ist er nicht immer. Es gibt Bausätze für den Selbsteinbau. Es ist allerdings nicht einfach, die Schläuche dauerhaft dicht zu verlegen. Wenn man nicht äußerst präzise arbeitet, hat man irgendwann fließendes Wasser im PC, was ihn meistens in Schrott verwandelt.

Zusatzlüfter

Einfache Büro- und Home-PC kommen oft mit dem Lüfter im Netzteil aus. Leistungsfähigere PCs brauchen in der Regel ein bis drei Zusatzlüfter. Die Lüfter können im unteren Teil der Vorderfront oder im oberen Teil der Rückfront eingebaut werden. Zunehmend oft wird durch eine Öffnung in der Seitenwand über einen Trichter die Luft direkt auf den CPU-Kühler geleitet. Ein guter Platz für einen Zusatzlüfter ist an der Vorderseite, der Luft direkt auf die Festplatte bläst.

Handelsübliche Zusatzlüfter sind quadratisch und meist 80 x 80 mm groß, dazu passende Befestigungsbohrungen sind in den meisten Gehäusen vorhanden. Nichtbenutzte Lüfteröffnungen an der Gehäuserückseite sollten Sie zukleben, andernfalls wird ein Teil der von den Lüftern ausgestoßenen warmen Luft zurück in das Gehäuse gesaugt.

Die vorderen Lüfter saugen kalte Luft in das Gehäuse, die vom Netzteillüfter und weiteren Zusatzlüftern auf der Rückseite herausgeblasen wird. Kontrollieren Sie die Richtung, in die die Lüfter blasen. Warme Luft steigt nach oben. Es ist sinnlos, dagegen anzukämpfen.

Rundkabel? Besser nicht!

Die Laufwerke (Festplatte, DVD, Floppy) sind eventuell mit Flachbandkabeln angeschlossen. Gemeint sind damit nicht die schmalen SATA-Kabel, die praktisch nur noch anzutreffen sind, sondern Kabel mit einer Breite von bis zu 5 cm, die in aktuellen Rechnern nicht mehr verbaut werden.

Verlegen und befestigen Sie diese Kabel so, dass sie den Luftstrom möglichst wenig behindern. In Zeitschriften wurde mitunter empfohlen, sogenannte „Rundkabel“ zu verwenden. Solche Kabel werden hergestellt, indem das breite Flachbandkabel bis kurz vor die Stecker zusammengerollt oder -gefaltet und in einen Isolierschlauch gezwängt wird. Das ist ein unüberlegter, schlechter Ratschlag! Wieso?

Wenn zwei Leitungen dicht benachbart sind, erzeugt ein Stromfluss in der einen Leitung eine schwache „Kopie“ des Signals in den benachbarten Leitungen. Diesen Effekt nennt man „Übersprechen“. Die Bezeichnung kommt aus der alten, analogen Telefonie: Manchmal konnte man ein fremdes Gespräch leise mithören, das über einen benachbarten Draht geführt wurde. Beim Telefonieren störte das kaum. In einem Datenkabel darf Übersprechen nicht vorkommen.

Vor knapp zehn Jahren waren die Festplattenkabel noch 40-polig. Diese Leitungen erlaubten einen Datentransfer von maximal 33 Mb pro Sekunde. Höhere Übertragungsraten waren wegen der Gefahr des Übersprechens nicht möglich. Dann fiel den Ingenieuren ein Trick ein: Zwischen je zwei Datenleitungen wurde eine Masseleitung eingefügt, um das Übersprechen zu verringern. Die 40-poligen Kabel wurden durch 80-polige ersetzt, die Stecker sind 40-polig geblieben. Durch die zwischengeschalteten Masseleitungen verbessert sich die Abschirmung so weit, dass die Übertragungsgeschwindigkeit von und zur Festplatte von 33 auf 133 Mb/s angehoben werden konnte. Was passiert aber, wenn Sie die aufwändig durch Masseleitungen abgeschirmten Datenleitungen in Längsrichtung zusammenrollen und bündeln? Sie verringern die Abschirmung und erhöhen dadurch das Risiko von Störungen und Datenverlusten!

Gegen Rundkabel zum Floppy-Laufwerk ist wegen der geringen Datenübertragungsrate nichts einzuwenden.

Lüfterausfall

Der Ausfall eines Lüfters kann mehrere Probleme verursachen.

1. Jede Erhöhung der Betriebstemperatur beschleunigt die Alterung des Computers.
2. Durch Überhitzung können nach einiger Zeit Probleme beim Betrieb des Rechners auftreten. Das Betriebssystem kann abstürzen. Im schlimmsten Fall können Schäden an der Hardware die Folge sein, so könnte etwa das Netzteil durchbrennen. Während das Netzteil durchbrennt, erzeugt es vielleicht kurzzeitig zu hohe Spannungen, und weitere Schaltungen brennen durch. Wenn die Festplatte durchbrennt, verlieren Sie Ihre Daten.

Zum Glück kündigt sich ein bevorstehender Lüfterausfall fast immer durch einen höheren Geräuschpegel an. Wenn Sie dieses Warnzeichen ignorieren, wird der Lüfter irgendwann später erfreulich leise: Er bleibt stehen.

Wenn sich das Betriebsgeräusch Ihres PCs ändert, sollten Sie versuchen, die Ursache zu finden. Den Netzteillüfter sowie andere, von außen zugängliche Lüfter können Sie völlig gefahrlos überprüfen: Falten Sie ein Papierstück mehrmals zu einem Streifen. Schieben Sie das Streifchen von hinten durch das Schutzgitter ein Stückchen in das Netzteil hinein, bis Sie ein Geräusch hören (aber lassen Sie das Papier nicht vor Schreck los!). Wenn es kein Geräusch gibt, ist der Lüfter ausgefallen.

Die Drehzahl des Prozessorlüfters können Sie über das BIOS überwachen - lassen Sie sich vom Händler oder einem Freund zeigen, wie das geht (das ist bei jedem PC etwas anders). Notfalls müssen Sie das Gehäuse aufschrauben und nachsehen.

Achtung!

• Bewegen Sie den PC niemals im eingeschalteten Zustand!
• Entfernen Sie alle CDs und DVDs aus den Laufwerken, bevor Sie den PC auf die Seite legen!
• Drücken Sie niemals auf die Achse eines Lüfters - Sie beschädigen damit dessen Lager!

Wenn das Geräusch nur sporadisch auftritt, können Sie den PC notfalls auch mal einige Stunden oder sehr wenige Tage auf der Seite liegend betreiben, um die Lüfter besser beobachten zu können. Besonders der Lüfter der Grafikkarte ist kaum zu sehen, solange der PC senkrecht steht.

Achtung! Der Wechsel der Lage der Festplatte erhöht den Verschleiß sehr stark!