Schnell und einfach zur eigenen Profi Wasserkühlung!

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Wir hatten schon lange den Plan einen PC auf Wasserkühlung umzubauen. Da in diesem Winter so gut wie keine guten Spiele auf den Markt kamen nutzten wir die Zeit für die Planung des Projektes Black and Blue so wie für die Umsetzung. Auf Grund dessen, dass wir weder online noch in Printmedien eine passende Anleitung gefunden haben, haben wir uns dies zum Anlass genommen für euch eine ausführliche Dokumentation unseres Projektes zu erstellen. Damit auch Einsteiger eine Idee davon bekommen wie sie selbst eine Wasserkühlung für ihren PC umsetzen können.

 

[1] Planung der Wasserkühlung

Was soll gekühlt werden?

Unser Projekt fokussiert sich auf die wesentlichen Komponenten und deren störungsfreie Funktion um die Leistung des PCs unter allen Bedingungen stabil zu halten. Dabei beschränken wir uns bei den zu kühlenden Komponenten auf die CPU und die Grafikkarte. Diese Bauteile erzeugen die meiste Abwärme im PC  und sind somit hauptverantwortlich für die Wärmeentwicklung. Prinzipiell können alle Bauteile die im Betrieb warm werden mit Wasser gekühlt werden wie z.B. RAM-Riegel, Chipsatz, Spannungswandler, Netzteil und Festplatten.

Bei der Zusammenstellung der Bauteile unsere Wasserkühlung haben wir versucht einen Mittelweg zwischen Preis/Leistung und Lautstärke zu finden. Hierbei müssen zuerst die TDP (Thermal Design Power) ermittelt werden. Sie gibt an wie viel Abwärme das zu kühlende Bauteil unter Vollast abgibt.

Unsere zu kühlenden Komponenten:

[2] Auswahl der Bauteile

Die Wahl des richtigen Radiators (Wärmetauscher)

In unserem Fall ergibt sich also eine maximale Wärmeabgabe von 270 Watt. Auf dieser Grundlage wählen wir unseren Radiator (Wärmetauscher) aus. Im Normalfall kann die Grundfläche eines 120mm Lüfters eine Kühl-Leistung von 100-120 Watt bei einem preisgünstigerem System kann auch von 150 Watt und bei einem Silent-System von 80 Watt übertragen werden. Um so geringer die Drehzahl der Lüfter und damit die Leistung des Radiators um so größer muss dieser ausfallen.

Prinzipiell sollte der größtmögliche Wärmetauscher genutzt werden denn bei diesem Kühlsystem gibt es nicht „zu viel Radiator“. Die einzigsten Faktoren auf die geachtet werden müssen sind das Platzangebot im Gehäuse und die Leistung der Pumpe.  Das Nachrüsten eines zusätzlichen Wärmetausches ist aufwendig und teuer, darum sollte nach Möglichkeit nicht an diesem Bauteil gespart werden.

Anmerkung: Es ist jedoch nicht empfehlenswert immer den dicksten Wärmetauscher (60mm) zu nutzen da bei dieser Stärke die Luftleistung der Ventilatoren wieder sinkt. Das heißt, um die gleiche Kühlleistung wie bei einem 45mm Wärmetauscher zu erreichen müssen sich die Ventilatoren etwas schneller drehen.

Für unser Projekt hat uns BitFenix das Shinobi XL zur Verfügung gestellt welches durch sein Platzangebot ideal für Wasserkühlungen geeignet ist. Als Radiator nutzen wir einen NexXxos XT 45 von Alphacool, in der 360mm Variante.

Wasserkühlung - Radiator Gehäuse 1 Wasserkühlung - Radiator Gehäuse 2

 

Die Wahl der Pumpe und des Ausgleichsbehälters (AGB)

Aufgrund des Platzangebotes und dem Aufbau des Gehäuses haben wir uns auch aus Gründen der Lautstärke für eine Laing DDC-1T entschieden. Durch ihre kleine Bauform ist sie perfekt für unsere Anwendung geeignet. Mit einer max. Förderleistung von 420L/h und dabei niedrigen Betriebsgeräuschen ist sie in der Lage in unserem System einen ausreichenden Durchfluss zu gewährleisten. Zudem hat man bei dieser Pumpe die Möglichkeit den benötigten Ausgleichsbehälter direkt auf die Pumpe zu schrauben was einen Platzgewinn im Gehäuse darstellt und den Montageaufwand reduziert.

Sollte der Ausgleichsbehälter getrennt von der Pumpe eingebaut werden ist bei leistungsstarken Pumpen darauf zu achten dass der Behälter nicht zu klein gewählt wird da sonst durch den Sog ein Strudel entstehen könnte. Dieser würde zur Folge haben dass ständig Luft mit in den Wasserkreislauf gezogen wird. Im Zweifelsfall lieber eine Nummer größer wählen.

Wasserkühlung - Pumpe und AGB Wasserkühlung - Pumpe und AGB 2

 

Die Wahl des CPU-Kühlers

Bei Auswahl des CPU-Kühlers sollte der Anwendungsbereich berücksichtigt werden. Wer seinen PC zum Spielen oder Arbeiten nutzen möchte kann sich bei seiner Wahl auf das Design konzentrieren. Wer hingegen seine CPU stark übertakten möchte sollte seinen Fokus auf einen leistungsstarken Kühler richten, da es hierbei zu stärkerer Hitzeentwicklung kommt.

Beim Kauf des Kühlers ist es ebenso empfehlenswert die separat erhältliche Backplate für den passenden Sockel mit zu bestellen, da er den Druck auf das Mainboard gleichmäßiger verteilt und die Bruchgefahr bei zu starkem anziehen der Befestigungsschrauben mindert.

Wir haben uns für den Phobya UC-2 Plexi Edition entschieden da er eine gute Kombination aus Design und Leistung bietet. Zudem besteht dank vorgebohrter Öffnungen die Möglichkeit den Kühlkörper optional mittels vier LEDs zu beleuchten. Für die Befestigung haben wir uns für eine Backplate entschieden welche alle Intel Sockel unterstützt.

Wasserkühlung - CPU Kühler und Backplate Wasserkühlung - CPU Kühler

 

Die Wahl des Grafikkarten Kühlers

Bevor man sich einen Grafikkarten Kühler für sein Modell aussucht sollte sichergestellt sein dass es sich um das Standardlayout der Grafikkarte handelt. Einige Hersteller ändern die Anordnung der Bauteile auf der Karte was die Auswahl der möglichen Kühler stark einschränkt. Bei einem Standartlayout sollte immer ein „Fullcover-Kühlkörper“ verwendet werden. Dieser deckt die gesamte Grafikkarte inkl. der RAM-Bausteine und Spannungswandler ab. Dadurch wird die Grafikkarte vor möglicher Überhitzung durch den nun fehlenden Luftstrom geschützt.

Neben den „Fullcover-Kühlkörper“ gibt es noch Kühlkörper die nur den Grafikchip (GPU) kühlen. Dieser ist empfehlenswert für alle Grafikkarten die kein Standartlayout haben. Das Problem ist aber, wie schon erwähnt, dass die RAM-Bausteine und Spannungswandler nicht aktiv gekühlt werden. In diesem Fall muss der Luftstrom im Gehäuse ausreichend sein um die Bauteile zu kühlen.

Aus optischen Gründen haben wir uns bei unserer Grafikkarte für einen „Fullcover-Kühlkörper“ von EK-Waterblocks inkl. der passenden Backplate entschieden.

Wasserkühlung - Komponennten Grafikkarte und WaKü Wasserkühlung - Grafikkartenkühler

 

Das passende Zubehör

Bei der Auswahl der Schläuche viel die Wahl auf transparente Schläuche von Masterkleer in der Größe 11/8mm. Die Dimension des Schlauches erlaubt kleine Biegeradien ohne zu knicken was bei dem verwendeten Gehäuse von Vorteil ist. Optisch wäre der 13/10mm Schlauch eine Alternative gewesen. Dieser ist aber durch seine Beschaffenheit weniger biegsam ohne zu knicken. Durch den etwas dünneren Schlauch wird unsere Durchflussleistung der Pumpe leicht gedrosselt was in der Praxis aber kaum feststellbar ist.

Vom Durchmesser des Schlauches ausgehend kommen Schlauchadapter (Schraubfittinge) in schwarz-matt zum Einsatz. Aus Sicherheitsgründen benutzen wir Adapter mit zusätzlicher Schlauchsicherung um das Lösen des Schlauches zu verhindern. Da bei der Planung nicht immer alles 100% berücksichtigt werden kann sollte man immer ausreichend viele Adapter mit den gängigen Winkeln (90°, 45° und Gerade) zur Verfügung haben.

Für den Kühlkreislauf der Wasserkühlung benutzen wir eine vorgefertigte Mischung von Aquacomputer. Der Vorteil gegenüber einer selbst hergestellten Mischung ist neben dem Preis auch die optimale Abstimmung der Wasserzusätze auf die Menge der Flüssigkeit.

Wasserkühlung - Komponennten Wakü

 

[3] Vorbereitung von CPU und Grafikkarte

Bevor wir mit dem eigentlichen Zusammenbau der Wasserkühlung anfangen können sollten alle Bauteile des Kühlkreislaufs zusammengebaut und vorbereitet werden.

Vorbereitung der CPU

Im ersten Schritt wird der alte CPU-Kühler demontiert und die restliche Wärmeleitpaste, die sich noch auf der CPU befindet, gründlich mit einem Mikrofasertuch entfernt. Zur Not kann aber auch ein Taschentuch verwendet werden. Als Nächstes wird geprüft wie der neue Kühler am besten eingebaut werden muss und ob genügend Abstand zu den Bauteilen rund um den CPU-Sockel besteht.

Wasserkühlung - CPU Reinigen Wasserkühlung - CPU Kühler Test

Sobald die Einbauposition festgelegt ist können zusammen mit der Backplate die neuen CPU-Halter angeschraubt werden. Beim anziehen der Muttern ist darauf zu achten dies mit viel Gefühl zu tun denn bei zu starkem andrehen kann es passieren, dass durch die hohe Kraft das Mainboard bricht. Auch sollten die Kunststoff-Unterlegscheiben auf keinen Fall vergessen werden da sonst die Metallmuttern direkt auf dem Mainboard aufliegen und im schlimmsten Fall ein Kurzschluss verursachen.

Wasserkühlung - CPU Kühler Halter anschrauben Wasserkühlung - CPU Kühler Halter

Wenn alle Halter sorgfältig angeschraubt sind kann die neue Wärmeleitpaste auf die CPU aufgetragen werden. Wir empfehlen die Wärmeleitpaste beim auftragen gleichmäßig mit z.B. einer Scheckkarte auf der CPU zu verteilen um somit eine durchgehend dünne Schicht auf der CPU zu erhalten. Beim auftragen muss drauf geachtet werden dass nicht zu viel Paste verwendet wird, da sie sonst den Wärmetransport behindert, anstatt zu verbessern. Zudem würde beim anziehen des Kühlers die überschüssige Paste in den CPU-Sockel gedrückt werden.

Abschließend wird der CPU-Kühler auf die vorbereiteten Halter gesetzt und sofort verschraubt. Wie bei den Haltern ist dringend darauf zu achten die Schrauben nicht zu fest an zu ziehen da auch hier Bruchgefahr des Mainboards besteht.

Wasserkühlung - CPU Kühler Leiterpaste Wasserkühlung - CPU Kühler montieren

 

Vorbereitung der Grafikkarte

Als zweiter Schritt wird der Luftkühler der Grafikkarte demontiert und gegen den Wasserkühler getauscht. Wir weißen darauf hin dass dadurch die werksseitige Gewährleistung verloren geht!

Beim entfernen des originalen Kühlkörpers müssen zuerst alle Befestigungsschrauben entfernt werden. Bei einigen Grafikkarten-Modellen ist es auch möglich dass der Kühler auch durch Schrauben vom Slotblech gehalten wird. Nachdem man sichergestellt hat dass wirklich alle Schrauben entfernt sind kann der Kühlkörper vorsichtig mit leichtem Zug abgenommen werden. Es kann trotzdem sein dass der Kühlkörper bedingt durch die Wärmeleitpaste noch stark an dem Grafikchip (GPU) „festklebt“.

Wasserkühlung - GPU Kühler entfernen Wasserkühlung - GPU Kühler entfernen 2

Wie bei der CPU muss nach der Demontage des Kühlkörpers die Wärmeleitpaste gründlich entfernt werden. Zusätzlich muss die Stromverbindung für den Lüfter abgesteckt werden und die Kühlrippen der Spannungswandler abmontiert werden. Dies ist je nach Grafikkartenmodell unterschiedlich.

Bevor der neue „Fullcover-Kühlkörper“ montiert werden kann ist in jedem Fall die Kompatibilität mit der Grafikkarte zu überprüfen damit beim anschrauben kein Schaden entsteht.

Wasserkühlung - GPU Kühler entfernen 3 Wasserkühlung - GPU Kühler entfernen 4

Anschließend werden die Spannungswandler und RAM-Bausteine mit den mitgelieferten Wärmeleitpads bedeckt. Diese müssen zuvor auf die richtige Größe zugeschnitten werden. Ebenfalls von der CPU Kühlermontage bekannt, muss auf den Grafikchip in der gleichen Weise, Wärmeleitpaste aufgetragen werden.

Wasserkühlung - GPU Kühlerpads Wasserkühlung - GPU Kühlerpaste

Im letzten Schritt wird der neue Kühlkörper auf die zuvor vorbereitete Grafikkarte vorsichtig aufgesetzt und gleichmäßig mit viel Gefühl angeschraubt. Auch hierbei ist es wichtig die Kunststoffunterlegscheiben zu verwenden.

Wasserkühlung - GPU Kühler montage 2 Wasserkühlung - GPU Kühler montage

Die Grafikkarte wäre nun fertig zum Einbau. Aus optischen Gründen haben wir uns bei unserem System dazu entschlossen zusätzlich eine Backplate an der Grafikkarte anzubringen.

Bevor diese angebracht werden kann müssen – wie bei der Frontplatte auch – die RAM-Bausteine mit Wärmeleitpads versehen werden. Zur Befestigung müssen nur vier Schrauben der Frontplatte entfernt werden und diese durch die bei der Backplate mitgelieferten Schrauben ersetzt werden.

Wasserkühlung - GPU Kühler montage Backplate 2 Wasserkühlung - GPU Kühler montage Backplate

 

[4] Einbau und Anschließen der Wasserkühlung

Bevor die Wasserkühlung vervollständigt werden kann muss noch festgelegt werden wie und wo der Wärmetauscher (Radiator) eingebaut wird. In unserem Fall war die einzige Einbaumöglichkeit für den 360mm Wärmetauscher unterhalb des Gehäusedeckels.

Zum einfacheren anschließen, sowie für eine unsichtbare Leitungsführung zum Wärmetauscher, legten wir die Anschlüsse auf die Rückseite des Gehäuses.

Bei den beleuchteten 120mm Lüftern, von BitFenix entschieden wir uns für eine Montage auf der Unterseite des Wärmetauschers. Eine Montage zwischen Wärmetauscher und Gehäusedeckel wäre ebenfalls möglich gewesen da es leitungsmäßig keinen Unterschied macht.

Wasserkühlung - Radiator montage 2 Wasserkühlung - Radiator montage

Das letzte Bauteil in unserem Wasserkreislauf ist das Herzstück; die Pumpe. Um einen leisen Betrieb sicher zu stellen haben wir unterhalb der Pumpe noch ein sogenanntes „Shoggy-Sandwich“ angebracht. Es sorgt dafür dass die Vibrationen der Pumpe effektiv vom Gehäuse getrennt werden.

Im nächsten Schritt werden die zusätzlichen Gehäuselüfter sowie das vorbereitete Mainboard und die Grafikkarte in dem Gehäuse angebracht.

Wasserkühlung - Vormontage

Da nun alle Bauteile und Komponenten des Kühlkreislaufs an Ort und Stelle sind können wir nun mit der Verlegung der Schläuche beginnen. Als erstes Teilstück verlegten wir die Verbindung zwischen Pumpe und Wärmetauscher.
In diese Leitung haben wir noch einen Abgang für ein Ablassventil eingebaut welches ein einfacheres wechseln der Kühlflüssigkeit ermöglicht.

Wasserkühlung - Schlauchmontage Wasserkühlung - Schlauchmontage - Ablassventil

Als nächstes können wir Stück für Stück die Komponenten des Kühlkreislaufs verbinden. Als erstes werden die passenden Kupplungen auf CPU- und Grafikkartenkühler aufgeschraubt. Die Schläuche werden vom Wärmetauscher aus zuerst an dem CPU-Kühler angebracht und von dort aus zum Grafikkartenkühler geführt.

Wasserkühlung - Schlauchmontage 1 Wasserkühlung - Schlauchmontage 2

Anschließend wird der Kühlkreislauf geschlossen indem der Schlauch vom Grafikkartenkühler zurück zur Pumpe geführt wird.

Wasserkühlung - Schlauchmontage 3 Wasserkühlung - Schlauchmontage 4

Als letzten Schritt vor der Inbetriebnahme schließen wir die Wasserpumpe an.

Wasserkühlung - Schlauchmontage 5

 

[5] In Betriebnahme der Wasserkühlung

Um Schäden an der Hardware beim befüllen des Systems zu vermeiden überbrücken wir das Netzteil und schließen nur die Pumpe an. Falls nun eine undichte Stelle im Kreislauf ist und versehentlich Wasser auf z.B. Grafikkarte oder Mainboard tropft kommt es zu keinem Kurzschluss.

Wasserkühlung - Inbetriebnahme 1 Wasserkühlung - Inbetriebnahme 2

Bevor man die Pumpe nun zum ersten Mal startet muss zuerst der Ausgleichsbehälter mit der Kühlflüssigkeit gefüllt werden.

Zum Befüllen gibt es zwei Möglichkeiten. Zum einen kann man mit einem Stück Restschlauch und einer Kupplung eine Verlängerung des Einfüllstutzens bauen. Zum anderen ist es auch möglich die Flüssigkeit mit Hilfe einer Laborflasche in den Ausgleichsbehälter zu füllen. Der Vorteil dieser Methode liegt darin dass durchgehend Flüssigkeit nachgefüllt werden kann ohne die Pumpe mehrmals neu zu starten.

Wasserkühlung - Inbetriebnahme 3 Wasserkühlung - Inbetriebnahme 4

Nachdem im System ausreichend Flüssigkeit eingefüllt wurde und der Ausgleichsbehälter mindestens zur Hälfte befüllt ist sollte die Pumpe mindestens für ein bis zwei Stunden durchgehend laufen. Dadurch können Undichtigkeiten im System frühzeitig bemerkt werden und gleichzeitig wird ein Großteil der Luft aus dem System gedrückt. Deshalb muss in den ersten 10 Minuten in denen die Pumpe läuft der Ausgleichsbehälter regelmäßig mit Kühlflüssigkeit nachgefüllt werden um zu verhindern das die Pumpe wieder Luft ansaugt.

Nachdem die Wasserkühlung die Dichtigkeitsprüfung erfolgreich bestanden hat kann der Ausgleichsbehälter bis kurz unterhalb des Einfüllstutzens gefüllt werden um genügend Reserven im System zu haben.

Da nun der Wasserkreislauf vollständig ist können wir die verbleibenden Komponenten wie Laufwerke und Netzteil einbauen sowie die komplette Verkablung des Systems vornehmen.

 

Impressionen des Projektes „HoG – Black and Blue“