Experimentelle passive Bauteilekühlung

Der chaotische Hauptfaden

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Torpert
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Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Torpert »

Das hier wollte ich immer schon ausprobieren:
IMG_20230519_073102.jpg
Die Idee ist, die zu kühlenden Bauteile mit einem Stoff zu umhüllen, der elektrisch isolierend, aber thermisch leitend ist. Hier ein Versuch mit Aluminiumoxid, das sah auf dem Papier passend aus. Laut Wikipedia liegt die elektrische Leitfähigkeit im Bereich mancher Metalle.

Der Versuch aus dem Bild ist mit einem Mini-PC, das Zeug habe ich auf den nackten Prozessor gekippt und angepresst.

Hat leider überhaupt nicht funktioniert, es gibt immer nach wenigen Sekunden einen kernel panic :(

was ist wahrscheinlicher? Dass das Zeug doch zu gut leitet und ich Kurzschlüsse produziert habe? Oder dass es die Wärme nicht gut genug wegbekommt?
daruel
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von daruel »

Die thermische Leitfähigkeit liegt bei ca. 1/10 von Kupfer, ist also recht wahrscheinlich, dass die Hitze nicht ausreichend abgeleitet wird.
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Raja_Kentut
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Raja_Kentut »

ich vermute das die Wärme nicht wegkommt wegen der Pulverform. Da haste warscheinlich mehr Luft als MateriAal.
Normalerweise wird das Zeug ja als Paste verwendet und dann auch nur als Interfacematerial zu einem Kühlkörper.
Aber, wenn du einen Haufen Mompe glatt draufschmierst wird die Wärme ja nur verteilt. Um sie weg zu bekommen hilft nur Fläche an der sich Konvektion ausbilden kann.
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Sterne
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Sterne »

Leider ist es so, dass die beweglichen Elektronen bei vielen Materialien für die gute Wärmeleitung sorgen. Dadurch sind gute Wärmeleiter automatisch auch Leiter für Strom. Da brauchst du bei der Materialsuche einen Glückstreffer. ;)
ALF2000
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von ALF2000 »

kuehlkoerper wieder drauf und ganzes mainboard im aquarium versenken voller trafooel :lol: :lol: achtung spruch beinhaltet viel ironie
Gernstel
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Gernstel »

Man könnte ja mal vorsichtig eine Pressung machen und in Reihe mit einer Kühlschrank-Glühbirne schalten, ob und welcher Strom fließt. Ggf. vorher mit dem Multimeter prüfen: Pulver zwischen zwei Blechstücke einspannen.

Ich fürchte auch, dass für die Wärmeableitung zu viel Luft im Pulver bleibt und zur Wärmeabgabe nicht wesentlich mehr Fläche zur Verfügung steht.
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Bastelbruder
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Bastelbruder »

Mit Pulver (Bröseln) aus "besser" Wärme leitendem Material kann man einen schlecht leitenden Schmotz oder Kleber strecken. Das Zinkoxidpulver in der Luftverdrängungspaste (und in jeder medizinischen Salbe) ist bloß ein Verdickungsmittel, damit die Brühe nicht so schnell davonläuft.

Diverse Overclocker hatten mit Ketchup die besten Erfolge.
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Hightech
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Hightech »

Die Luft MUSS raus, egal wie.
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Bastelbruder
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Bastelbruder »

Jaa, aber Schmotz oder Kleber leitet auch bloß ein Tausendstel von Metall! Luft ist bloß nochmal drei Nullen schlechter.

Und weil bei der direkten Berührung zwischen Halbleitergehäuse und Kühlkörper im Idealfall 30% Berührfläche ist (im Normalfall weniger als 10%), bringt das Eliminieren der Luftblasen überhaupt was. Früher gab's Wärmeleitscheiben aus hochgiftigem Blei, die haben sich beiden Oberflächenstrukturen angepaßt und waren unschlagbar.

Und immer dran denken, das Zeug heißt Luftverdrängungspaste, es darf die direkte Berührung der Metalle (auch Keramik- und Kunststoffgehäuse) nicht behindern, sonst geht der Schuß nach hinten los. Bei manchem schneller als er den Letzten hören kann.
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mrxyz
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von mrxyz »

Was ist denn genau das Ziel bzw. die Idee?

Die Wärmeübertragubgsfläche zu vergrößern?
Weil ein normaler Kühlkörper macht dies um jenachdem mehrere Größenordnungen. Die Verlustleistung muss ja an die Luft abgegeben werden.
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Torpert
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Torpert »

Der Kühlkörper liegt nur auf der CPU und evtl. noch ein paar anderen ICs auf. Die restlichen zu kühlenden Bauteile werden vom Luftstrom der Kühler mit gekühlt. Meine Idee ist, die Wärme ALLER Bauteile auf Kühlflächen abzuleiten. Wenn ich dann die Kühlfläche groß genug mache, komme ich ohne Lüfter aus.

So die Idee :P
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Alexander470815
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Alexander470815 »

Torpert hat geschrieben: Fr 19. Mai 2023, 14:56 Wenn ich dann die Kühlfläche groß genug mache, komme ich ohne Lüfter aus.
Wird dann eben wesentlich größer sein als der Laptop selber.
Passive Kühlung ist nur was für stationäre Sachen wo Gewicht und Abmessungen egal sind oder die zu kühlenden Leistungen gering.
Beides ist hier nicht der Fall.

Nicht ohne Grund sitzen da auf der CPU meist direkt Heatpipes um die Wärme abzuleiten, die sind nochmal um Größenordnungen besser als Metall.
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Smily
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Smily »

Wenns passiv sein soll, schau doch mal in richtung audioendstufen die in so manchem mc donaldsbomber verbaut werden.
Prinzipiell müsstest du die wärme erzeugenden bauteile so anordnen, dass diese auf einer geraden aluplatte anliegen.


Das wird bei manchen industriepcs gemacht.
Ich hab solch ein winziges teil hier rumliegen, aber mangels leistung nicht im einsatz.

Da ist das genau so gelöst.
Und das gehäuse ist gleichzeitig der Kühler in form von nem aluklotz mit aussparung fürs board.
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Torpert
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Torpert »

Alexander470815 hat geschrieben: Fr 19. Mai 2023, 15:27 ...
Wird dann eben wesentlich größer sein als der Laptop selber.
Passive Kühlung ist nur was für stationäre Sachen wo Gewicht und Abmessungen egal sind oder die zu kühlenden Leistungen gering.
...
Ich habe ja gar keinen konkreten Anwendungsfall, ich wollte nur immer schon wissen, ob das funktionieren würde. Die Hardware für meinen Probelauf ist ein ausrangierter Mini-PC, den zuletzt im "wer will's haben" keiner wollte :D
ch_ris
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von ch_ris »

fürs glas thermometer, das musste irgendwie eingegloddert werden damit's nicht klappert,
hab ich SiC+Heißkleber Mompe angespachtelt.
Scheint zu tun, leitet zumindest schneller als Heißkleber pur.
Aber Heatpipe geht anders glaub ich.
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Fritzler
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Fritzler »

Da sind eigentlich nurnoch die Spannungswandler FETs und eventuell die dazugehörigen Spulen zu kühlen.
Da misst man die Höhendifferenz zwischen CPU Oberfläche und der eben genannten Bauteile aus.
Dann nimmt man ne dicke Alu (oder Kupfer) Platte und bappt dann passend dicke Wärmeleitpads drauf.
Lieber 0,5-1mm dicker nehmen, das presst sich fest fürn besseren Kontakt.

Machen die Hersteller für übertriebene Gamingbretter auch nich anders:
Bild
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Torpert
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Torpert »

Mein Experiment beende ich jedenfalls an dieser Stelle. Ich habe noch einen Versuch gestartet, nachdem ich bei meinem Test-PC zufällig bemerkt habe, dass an der Unterseite des Boards noch ICs sind, die so heiß waren, dass ich mir die Finger verbrannt habe. Ich habe das Board dann hochkant in die Pampe gestellt und noch einmal probiert. Aber selbst bei idle-Betrieb gibt das Board nach 10 Minuten auf und resettet. Dabei wird der Pulverberg über der CPU nicht mal handwarm. Wahrscheinlich habe ich mit dem Zeug noch einen Hitzestau verursacht statt die Wärme abzuführen :D

Ich kann jetzt wieder ruhig schlafen, wo ich weiss, dass es nicht funktioniert :P
Gernstel
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Gernstel »

Ja, mein Weltbild passt dank Nachlesen auch wieder, Aluminiumoxid ist ein exzellenter Isolator mit einer Durchschlagsfestigkeit von 35 kV/mm und spezifischem Widerstand von 10^12 Ω m bei Raumtemperatur (Daten nach Wikipedia). Irgendwelche Experimente zur Stromleitfähigkeit erübrigen sich also, und über praktische Experimente zur Wärmeleitfähigkeit wissen wir jetzt auch alle mehr. Vielen Dank!
setiherz
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von setiherz »

Nimm doch Aluminiumnitrid statt Al2O3 ! Hat eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit . Wird gerne bei keramischen Leiterplatten eingesetzt. ( DCB / DBC )

Grüsse Steffen
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Desinfector
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Desinfector »

Ist die therm. Leitfähigkeit von AluOxid denn auch auf so ein Pulver bezogen oder auf nen
grossen durchgehenden Kristall?
Gewisse SchmuckSteine bestehen ja aus AluOxid..

Im Pulver haste ja haufenweise Luft.
Konsole
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Konsole »

In irgendeiner Schicht des Messikabinetts habe ich Al-Oxid-Isolierscheiben, ausgebaut mit 2N3055 aus einem längsgeregelten Lasernetzteil. Das Zeug ist natürlich gesintert. Kann man die nicht sogar noch kaufen?

Ich bin übrigens mal in die Verlegenheit gekommen, den Widerstand von (selbstproduziertem) Al2O3 messen zu müssen. Wollte der Prof so. HP hat da durchaus was im Angebot, weil man über den (natürlich extrem hohen) Widerstand wohl auf Verunreinigungen schließen kann. Details weiß ich nimmer, bin rechtzeitig von dort geflohen ;-)

Achja: Ich hätte noch Heatpipe-KK aus alten Thin Clients im Angebot. Die machen genau das, was der TO vorhatte.
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Desinfector
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Desinfector »

Aus welclher Keramik bestehen denn Keramik-Kühlkörper?
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Torpert
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Torpert »

Desinfector hat geschrieben: Fr 19. Mai 2023, 19:14 ...
Im Pulver haste ja haufenweise Luft.
Ja, das ist wohl einer der Gründe, warum das nicht funktioniert. Ich wollte halt wissen, ob es mit dem Pulver klappt und damit eine simple Frickellösung schaffen.

Aluminiumnitrid klingt gut. Wenn ich das auftreiben kann, wiederhole ich den Versuch. Wo bekommt man das?
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Desinfector
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Desinfector »

Vielleicht könnte man das Pulver in ein 2K Silicon geben, unter Vakuum setzen damit Luft raus kommt
und dann auf fragliche Bauteile applizieren.
Das kommt doch bestimmt diesen Wärmeleitgummis nahe
ch_ris
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von ch_ris »

wenn ich's erst besorgen müsste würde ich gleich Diamantpulver nehmen.
außer bei absurden Mengen/Preisen.
Das SiC hatte ich da.
Man braucht viel Pulver und wenig Matrix,
was da in der Bastel Praxis am besten funktioniert...?
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Fritzler
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Fritzler »

Wie oben schon erwähnt ist irgendeine Pampe draufschmieren nicht zielführend.
Sondern eine Wärmeleitende Platte mit Wärmeleitpads drunter.
Bei Grafikkarten wird so auch alles von einem Kühler abgeführt:
Bild
Gorbi
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Gorbi »

Ich finde die Fragestellung interessant, weil ich mal die Idee hatte, heiß werdende Solarwechselrichter durch eine dicke Ziegelwand kühlen zu lassen, aber keine sinnvolle thermische Verbindung fand...
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Torpert
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Torpert »

Nachdem hier im Verlauf der Begriff "sintern" gefallen ist, habe ich mal bei Wikipedia nachgelesen. Die Vermutung, die auch schon geäußert wurde, dass es an der Pulverform liegt, wird damit bekräftigt. Die Temperaturen, die für einen Sinterprozess aufgeführt werden, wären für die von mir gedachte Anwendung zu hoch.
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Raja_Kentut
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Raja_Kentut »

das mit der Ziegelwand habe ich auch schonmal im Kopf gehabt. Eine Leichtbauwand mit kleinem Abstand vor die Ziegelwand. Ansaugöffnung auf der vom Umrichter entfernten Wand, Kaltluftentnahme nah beim Umrichter.
Hab ich dann gelassen… den wirklichen Unterschied am Kühlkörper macht die Luftgeschwindigkeit. Also lieber diese erhöhen, als versuchen an 5 Grad kältere Luft zu kommen.
Irgendwann wirds dann aber zu Laut :?
Gorbi
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Gorbi »

Raja_Kentut hat geschrieben: Mo 22. Mai 2023, 21:27 das mit der Ziegelwand habe ich auch schonmal im Kopf gehabt. Eine Leichtbauwand mit kleinem Abstand vor die Ziegelwand. Ansaugöffnung auf der vom Umrichter entfernten Wand, Kaltluftentnahme nah beim Umrichter.
Hab ich dann gelassen… den wirklichen Unterschied am Kühlkörper macht die Luftgeschwindigkeit. Also lieber diese erhöhen, als versuchen an 5 Grad kältere Luft zu kommen.
Irgendwann wirds dann aber zu Laut :?
Ich dachte eher an eine direkte thermische Ankopplung, d. h. berührend, direkt angeschraubt, mit etwas Wärmeleitendem dazwischengeschmiert. :D Einen Lüfter kann man immer noch oben draufsetzen.
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Bastel-Onkel
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Re: Experimentelle passive Bauteilekühlung

Beitrag von Bastel-Onkel »

Bei passiv gekühlten Mini-PCs und ähnlicher Elektronik wird ja teilweise das Gehäuse als Kühlkörper verwendet. In der Firma hatte ich zuletzt einen im Schrott aufgeschraubt, dort hatte das Gehäuse aus Aluguß außen Rippen, war sehr dickwandig ausgeführt und hatte innen an passenden Stellen "Verdickungen", die dann über sehr dünne Wärmeleit-Silikon-Plättchen mit Prozessor und zwei weiteren Chips thermischen Kontakt hergestellt haben. Alle Steckverbinder waren seitlich oder auf der anderen Seite des Mainboards angebracht.
Wenn sich die Wärmemenge einigermaßen in Grenzen hält und die Topographie des Mainboards eine derartige Kühlmethode zulässt (meistens sind ja irgend welche "hohen" Komponenten im Weg), scheint zumindest das möglich zu sein.
Pulver zu Wärmeleitungszwecken kenne ich nur von der "Sandbad-Heizung" aus dem Labor, aber da sind andere Temperaturen im Spiel und der Wärmeleitwert dürfte angesichts der Heizleistung eher nicht so interessant sein.

Was ich auch schon gesehen habe, und wo ich den Sinn seinerzeit massivst bezweifelt habe, waren Komponenten mit einem Silikon-Wärmeleitpad oben drauf, aber ohne Kühlkörper. Die Kühlfläche wurde damit nicht wesentlich vergrößert und eine bessere Wärmeabgabe an die Umgebungsluft nur durch Aufkleben eines Wärmeleitpads kann ich mir nicht so recht vorstellen. Korrigiert mich, falls ich da falsch liege.
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