Hallo erstmal!

Die kalten Wintermonate stehen vor der Tür und die Zeit der großen Langeweile beginnt wieder. Aus hauptsächlich diesem Grund habe ich beschlossen ein neues Projekt in Angriff zu nehmen, welches um die Weihnachtszeit abgeschlossen sein soll. Ich hatte vor Jahren schon mal eine Wasserkühlung von Aquacomputer und war stets damit zufrieden. Jetzt packte mich der Ehrgeiz wieder. Als Hauptaugenmerk meines Projekts steht der Individualismus im Vordergrund. Eine neue Konstruktion muss geschaffen werden, denn schließlich wäre es ja viel zu langweilig sich die Komponenten einfach nur zu kaufen. Kurz bevor ich mit der Konstruktion eines neuen CPU Kühlers beginnen wollte, habe ich gesehen, dass die Komponenten für Spottpreise auf diversen Online-Auktionshäusern verkauft werden. Somit beschloss ich kurzerhand mir die Kühler zu kaufen und andere Komponenten selbst zu entwickeln.

Bei dem System, welches zur Kühlung galt, entschloss ich mich ein paar Komponenten zu verbauen, welche auch wirklich Kühlung vertragen können. Ich habe mich für 2 ATI 4870x2 im Crossfire entschieden. Hier macht schon eine Karte soviel Abwärme wie ein kleiner Heizlüfter was die optimalen Voraussetzungen für das Projekt sind. Als Mainboard kommt ein ASUS Extreme Striker und als CPU mein alter E8400 zum Einsatz. Dieser wird aber voraussichtlich noch durch einen QX9650 ersetzt. Als Radiator habe ich mich für einen MO-RA 2 Pro entschieden. Dieser gefällt mir einfach optisch besser als das Pendant von Aquacomputer. Er ist zwar mit seinen 26 Lines Kupferrohren welche 3 fach parallel verlaufen total überdimensioniert – aber was sein muss, muss sein… =) Warum überdimensioniert? Lest weiter…

Nun endlich zum Eigentlichen:

CPU-Kühler:

Bei der Kühlerauswahl habe ich mich für einen massiven Aquacomputer Cuplex EVO entschieden. Da ich von dieser Düsentechnik und dem Delerindeckel nicht viel halte ist dieser Kühler meine erste Wahl. Kupfer gilt als bester bezahlbarer Wärmeleiter überhaupt – d.h. viel Kupfer bringt viel. Um einen möglichst großen Wärmeaustausch mit dem Wasser gewährleisten zu können ist eine möglichst große Oberfläche zur Wärmeabstrahlung notwendig. Exakt diese Voraussetzungen erfüllt der EVO bestens. Der massive Kupferkern aus >99,9% reinem Kupfer hat schon alleine eine leitfähige Masse von 366g. Im Vergleich zu den anderen auf dem Markt erhältlichen Kühlern ist er ein richtiges Schwergewicht. Die wärmeabstrahlende Oberfläche des EVO beträgt mehr als 20000 mm². Dies setzt auch Maßstäbe und ist bei keinem anderen, mir wissentlichen, Wasserkühler vorhanden. Ich kann mir nur vorstellen, das die Produktion dieses Kühlers wegen den hohen Werkstoffkosten eingestellt worden ist. Ein anderer Grund macht für mich keinen Sinn.

Eine Sache machte mich an dem Kühler jedoch von Anfang an skeptisch. Hierbei handelt es sich um die 2 Bohrungen (An-/Ablauf), welche sich am oberen Ende des Kühlers befinden. Mein erster Gedanke diesbezüglich war, dass das Wasser, vergleichbar mit dem elektrischen Strom, den Weg des niedrigsten Widerstands verfolgen würde. Dies würde bedeuten, dass ein größerer Volumenstrom sich in den oberen „Bahnen“ bewegen würde und nach unten zur Wärmequelle hin, der Volumenstrom geringer wird. Dies halte ich allerdings für einen konstruktiven Fehler seitens Aquacomputer. Um meine Überlegung zu bestätigen, modellierte ich den Kühler mit original Maßen im CAD nach.

Hier ein paar Bilder – scheint recht gut gelungen zu sein.









Nun zum Wesentlichen. CAD Modell ist vorhanden, nun steht einer Strömungsanalyse nichts mehr im Weg.











Anhand der Farbverläufe kann eine Aussage über die Strömungsgeschwindigkeit gemacht werden. Wie man der Legende oben links entnehmen kann, fließt das Wasser schneller je heller die Farbe wird. D.h. meine Vermutung ist bestätigt. Dadurch, dass die Bohrungen ganz oben im Kühler angebracht sind, gibt es in den ersten Bahnen eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit, welche aber nach unten, Richtung Wärmequelle, stark abnimmt. Dies ist natürlich alles andere als optimal, da man die Wärme ja schnellstmöglich abgreifen möchte. Fließendes Wasser transportiert die Wärme nun einmal schneller ab als stehendes Wasser, ebenso ist es Wärmer wenn kein Wind geht, als wenn es windet.

Nach diesem Prinzip funktionieren auch die anderen Kühler mit Düsentechnik. Diese erfüllen eine Voraussetzung für einen schnellen Wärmetransfer, jedoch sind sie in anderen Bereichen erheblich schlechter.Was macht der findige angehende Ingenieur? Eine Optimierung des Kühlers muss her. Hierzu entschloss ich mich nach einigen weiteren Simulationen dafür, die Einlassbohrung bis nach unten zu verlängern, um kühles frisches Wasser direkt über den Kühlerboden strömen zu lassen und mit einer weiteren Querbohrung nach außen zu führen. Der Abfluss bleibt unverändert. In die vorhandene unnütze Bohrung weiter oben wird ein GEWAG Stopfen geknüppelt. Dieser verschließt die Bohrung absolut dicht und besteht aus einem nichtrostenden Stahl. Diese Optimierung „zwingt“ das Wasser nun als erstes über den Kupferboden des Kühlers in die unteren Bahnen und von dort aus über den kompletten Kühler zum Abfluss in den oberen Bahnen zu strömen.

Um nun noch einen Tick mehr rauskitzeln zu können entschloss ich mich des Weiteren die zusätzlichen Bohrungen nicht mit einem Ø5 mm, wie Aquacomputer es gemacht hat, sondern mit Ø4 mm zu bohren. Hierbei mache ich mir genauso wie bei der Düsentechnik den Venturi-Effekt zu nutzen. Auf den folgenden Bildern ist zu sehen, dass es mir durch diese Optimierung gelungen ist die hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Wassers näher an die Wärmequelle zu verlagern. Außerdem wurde die max. Strömungsgeschwindigkeit von 1,3 m/s auf 2,1 m/s erhöht und dies direkt auf dem Kühlerboden. Des Weiteren kann festgestellt werden, dass bis auf die Eintrittsstellen des Wassers sich über den kompletten Kühler hinweg eine laminare Strömung einstellt, was ein weiterer sehr wichtiger Faktor bei dem Wärmetransport ist. Optimaler geht es meiner Ansicht nach mit diesem Kühlkörper als Grundkonstruktion nicht mehr.

Grafikkarten Kühler:

Kurz und bündig - es kommen 2 verschiedene Kühler zum Einsatz. Einmal der aquagratix und der EK-FC4870 X2 V2. Warum 2 unterschiedliche? Zum Einen weil mich der Vergleich interessiert, sprich wie verhalten sich die Temperaturen der beiden Karten und die Übertaktbarkeit. Welches Grafikkartenkühlerdesign ist besser? Zum Anderen weil ich beide billig bei ebay schießen konnte… =)

Nun aber zu der eigentlich schönen Sache meiner Wasserkühlung, dem Ausgleichsbehälter



Ausgleichsbehälter:

Den Ausgleichsbehälter habe ich komplett selbst entworfen und werde ihn auch selbst fertigen. Er besteht aus einem Boden mit Stützring, einem Deckel und natürlich einem Rohr aus Acrylglas. Sämtliche Komponenten werden aus 42CrMo4 Stahl hergestellt. Anschließend werden sie noch verzinkt, was zum Einen ein Korrosionsschutz darstellt zum Anderen einfach schön aussieht. Das endgültige Erscheinungsbild dürfte handelsüblichem Besteck gleichen.

Hier mal ein paar Bilder als kleine Anregung.




















Der Boden stellt alle Anschlüsse zur Verfügung:

- An-/Ablauf

- Elektronik

- Luftanschlüsse



Anlauf: Realisierung sieht wie folgt aus. Das Wasser strömt aus dem Radiator über eine 3 m lange Leitung in diesen Boden (alle Anschlüsse G1/4). Von dort durch interne Bohrungen über 2 symmetrisch angeordnete Ø10 mm dicke Steigrohre nach oben in den Deckel und von dort aus „plätschert“ es herab. Dies hat zweierlei Sinn.

- Warme im Wasser steigt genau gleich wie bei der Luft durch die Thermik nach oben. Das Wasser im Ausgleichsbehälter bleibt somit länger kühl, wenn man oben „warmes“ Wasser einfüllt und es somit oben bleibt, anstatt den Anschluss nach unten zu legen, wo das warme Wasser beim Aufsteigen das Umgebene erwärmt.
- Es gut Aussieht… =D

Der Abfluss ist über eine einfache Bohrung realisiert mit einer Fase von 2x45°. Hierdurch soll die Pumpe entlastet werden. Da sich der Druck, welcher sich am Boden des Ausgleichsbehälters durch die Wassersäule aufbaut direkt in die Leitung geht. Die Fase soll die Oberfläche vergrößern und somit das Einströmen begünstigen. Mit Elektronik meine ich die Beleuchtung. Auf dem Bild ist in der Mitte des Ausgleichsbehälters eine kleine Acrylglasscheibe zu erkennen. Sie hat einen Durchmesser von 20 mm. Direkt darunter befindet sich eine UV-LED mit 4000 mcd und einem Abstrahlungswinkel von 30°. Diese LED soll die komplette Wassersäule beleuchten. Dies habe ich so konstruiert um einen möglichst modularen Aufbau zu gewährleisten. Würde die LED einfach nur in einer Passungsbohrung sitzen müsste bei einem Defekt dieser das komplette Wasser abgelassen werden. Dies möchte ich verhindern.

Luftanschlüsse – spinnt der jetzt? Bisschen vielleicht… *g* Ich habe eine Luftblasen Aquariumpumpe geschenkt bekommen, diese wird dafür sorgen, dass immer schöne Blubberblasen in der Wassersäule zu sehen sind. Die Austrittsbohrungen dieser Luftdüsen wurden so gewählt, dass sie einen ausreichenden Abstand zum Ablauf haben. Hiermit soll gewährleistet werden, dass die Luft nach oben steigt und nicht durch die Ablaufleitung Richtung Pumpe gedrückt wird. Luftauslässe befinden sich symmetrisch neben der LED. Auch hier soll gewährleistet sein, dass die Blasen von der LED angestrahlt werden. Es werden alle Anschlüsse an die Rückseite des Bodens gelegt. Hierzu wird an diesen eine plane Fläche angefräst auf der dann alle Anschlüsse in Reih und Glied Platz finden. Die zusätzliche Bohrung im Deckel ist durch eine Luftfilterschraube verschlossen. Diese dient zur Entlüftung des Ausgleichbehälters und zum einfacheren Befüllen.

Der Stützring ist als Sicherung gedacht. Er nimmt radiale Kräfte auf, welche aus einem Stoß oder einem sonstigen Ungeschick resultieren könnten. Das Rohr sitzt in einer Nut und wird dort abgedichtet. Der Stützring verhindert nun dass sich das Rohr aus dieser Nut löst und mein Teppich auf seine Saugfähigkeit hin getestet wird. Die Acrylglasscheibe der LED wird in eine Übergangspassung gedrückt und abgedichtet. Um sich nun das ganze etwas besser vorstellen zu können hier ein paar Daten:

- Boden Ø250x70 (kann jedoch noch nach oben hin variieren, je nachdem was für Reststücke im Geschäft vorhanden sind)

- Acrylglasrohr Ø150/144x1000 (kann auch noch variieren, spiele mit dem Gedanken Ø200x1000)

- Gewicht komplette Baugruppe 35 kg (ohne Wasser)

- Fassungsvermögen Ausgleichsbehälter bei aktuellem Rohr ca. 15 Liter


Als Pumpe für das System kommt eine Aquacomputer aquastream xt Ultra zum Einsatz. Außerdem möchte ich noch diverse Sensoren in den Kühlkreislauf integrieren. 3 Temperatursensoren sind geplant. Temperatur im Ausgleichsbehälter, nach der PC-Hardware sowie nach dem Radiator. Über das Auslesen dieser Sensoren habe ich mir bis jetzt noch keine Gedanken gemacht, sollte aber kein Problem darstellen. Der Ausgleichsbehälter wird über 4 Kugelhähne komplett vom restlichen PC getrennt werden können, ohne erheblichen Wasseraustritt. Als Gehäuse werde ich mir noch ein Zalman GS1000 anschaffen. Dort wird ein Teil der Seitentür durch unsere Nachbarfirma ausgelasert und ein Acrylglas als Sichtfenster eingesetzt. Auf die andere Seite des Gehäuses wird der Radiator montiert. Soweit der Plan.

Ich werde diesen Thread auf dem neuesten Stand halten und Bilder oder einen sonstigen Fortschritt durch Bearbeitung dieses Beitrags einfügen. Für Kommentare oder Verbesserungsvorschläge bin ich dankbar!

Gruß Martin

Zitat von »Tommy.Tompson«

Hast dir ja ordentlich Mühe gegeben bei den RenderBildern. Schaut gut aus! Nur bei deinem Evo haste nen leichtes Optik-Manko. Die Außenfläche(Mantelfläche der Stege bei den Kühlkanälen) von deinem Evo Kupferkern und der Innenfläche des PlexisRohr haben wohl den selben Durchmesser. Hatte zwar noch nie nen Evo in der Hand und kenne die Maße nicht, aber ich schätze ma das beide auf Durchmesser 44 liegen. Also die flächen genau auf der selben Position sind. Deswegen weiss Solid nicht welche Fläche es nun Anzeigen soll, deswegen haste diese Striche auf den flächen. Dein Bildqualität bzw. Kantenglättung wirst ja schon fürs Render auf max haben. Deswegen würde ich für die Optik die Durchmesser verändern Also den Inneren Durchmesser bissel kleiner machen also auf 43,999999999, dass müsste eigentlich reichen damit der Optikfehler weg ist oder halt 43,9 oder so. Aber is ja kein Muss ... aber meiner Meinung nach störrt es auf so schoenen RendernBildern. Vorallem deine AGB Bilder schauen top aus.

Dein AGB wird ja nen ganz schoener Koloss, Riesiges Gerät und vorallem schwer? Warum machst du die Teile aus 42CrMo4 , wäre Aluminium nicht angenehmer vom Gewicht her? Und du dichtest ueber die Stirnflächen soweit ich das richtig lese? Also Ring Nut , O-Ring rein , Rohr drauf?

Hey,

ok die Idee auf den Bildern den Durchmesser zu verkleinern ist natürlich schon gut... =) Hab eigenltich die Durchmesser extra auf Block gewählt, damit ich bei der Strömungssimulation keine "Fehlströme" erzeuge. Ich hab die Bilder extra auf 800*600 gerendert weil ich dachte im Forum würden die sonst zu groß angezeigt, dass die jetzt automatisch verkleinert werden wusste ich nicht... *g* Qualität auf max.? Ich hab die auf Qualitätsstufe 2/4 gemacht und selbst da gingen die Bilder, welche nah dran sind und viel Transparenz drin haben 6 h auf nem QX9650....

Ich bin Werksstudent bei einem Hydrauliksysteme Hersteller, da sind Durchmesser bis 2000mm keine Seltenheit. Allerdings nur Stahl in allen Variationen. Aluminium haben wir so gut wie keins. Es gibt aber noch einen Grund warum das unbedingt aus Stahl sein muss. Würde der Boden aus Aluminium sein, würde sich der Schwerpunkt der ganzen Sache extrem nach oben verlagern. Wenn man dann einmal dumm hinstößt, kippt das ganze Teil um.

Abdichten werde ich es unten wahrscheinlich mit Silikon, da kann ich die Alterung vom O-Ring ausschließen. Wenn der nämlich 2 Jahre top dicht ist und dann anfängt zu siffen hab ich ein riesiges Problem in meinem Zimmer... Ist ja schließlich nicht so wie bei so einem kleinen Kühler, alleine schon durch die Gewichtskraft des Wassers wirkt eine ständige Kraft auf den O-Ring.

Zitat von »Cryma«

wow ein wirklich tolles projekt hast du da wünsche dir viel glück und spaß beim fertigen
Jetzt habe ich aber noch ne frage an dich mit was oder wer kann dir das denn machen ? ich weiß du hast diese bestimmte datei damit kann jeder was anfangen oder so aber mit welchem gerät machst du das denn oder lässt es machen ?
nochma viel spaß bei dem geilen projekt
martin

Hi,

vielen Dank erst Mal!

Wie ich schon oben geschrieben hab bin ich Werksstudent. Ich habe in meinem Dualen Studium, während des Studiums, auch eine Ausbildung zum Industriemechaniker gemacht. D.h. ich werd mir von meinen CAD Teilen Technische Zeichnungen erstellen und dann die Teile bei uns im Betriebst selbst herstellen.

Zitat von »Jogibär«

Ich schätze er nimmt 42CrMo4 weil er auf die verzinkte Optik steht, Alu müsste ja dann eloxiert werden und sieht wieder komplett anders aus, wobei man das dann schön einfärben könnte. Wenn ich mich recht entsinne gehört 42CrMo4 zu den Vergütungsstählen? Sind die nicht sauteuer?

Aber finde ich klasse dein Projekt, weiter so!

Jup, 42CrMo4 ist ein legierter Vergütungsstahl. Billig sind die nicht, aber da liegen fast immer Reststücke rum mit denen keiner mehr was anfangen kann....

Zitat von »Jogibär«

Haha na dann

Dir ist aber klar dass wir mit ganz vielen Videos und Bildern von der Produktion versorgt werden wollen! Auch wenn die Kühlflüssigkeit das meiste dann verdecken wird, das ist egal.

Hehe alles klar...

Vielleicht mach ich es auch an der konventionellen, die CNC sind grad alle brutal ausgelastet...

Zitat von »palme|kex`«

Wir haben vor nicht alzulanger Zeit einen Kühler gebaut, mit dem Evo als optisches Vorbild und sind dabei natürlich über die selbe Problematik mit den Ein/Auslass-Bohrungen gekommen. Wir haben das typische Evo-Prinzip dann aber auch aus fertigungstechnischen Gründen übern Haufen geworfen.

Wir waren zum Schluss (bevor wir das Strömungsprinzip des Evos verabschiedet hatten) zu dem Entschluss gekommen, das Langlöcher für Ein- und Auslass der beste Kompromiss aus Kühlungs- und Optischer-Sicht sind.

Ähm du, ich weiss ja nicht was ihr da getrieben habt, aber ich hab die Idee mit den Langlöchern jetzt auch mal simuliert. Da kommen aber extrem schlechte Werte raus.





Du hast da unten grad mal 0,4 m/s Strömungsgeschwindigkeit und dann nimmt das extrem ab und steht fast. Selbst als Peak-Wert erreicht man mit Langlöchern gerade einmal 0,8 m/s und das an einer Stelle an der des kein Mensch braucht, am Auslass! Außerdem kann man auf dem zweiten Bild sehr schön sehen, ist die Strömung sowas von abartig turbulent, das taugt nichts!

Nene, ich bleib bei meiner Version. Da hab ich im Gegensatz zu den Langlöchern, genau dort wo ich es brauche, die 5-fache Strömungsgeschwindigkeit!

Gruß Martin

Zitat von »palme|kex`«

Der Optikfaktor war dort auch etwas größer, wie Leistungsfaktor. Die Leistungsoptimierung kannst du in dem Bereich halt schon mit nem Klacks zuviel wärmeleitpaste zerstören.

Mach du das ruhig so wie du dir das vorstellst. Ich bin gespannt.

Achso ok, alles klar!

Gruß bin jetzt mal im Fitness...

Zitat von »Tommy.Tompson«

Joar, wir haben estma nen anderes Innenleben wie der Evo und auch andere Dimension. .. unser Kühler is einiges größer als der Evo. Und desweitern behaupte ich ma dass die Strömungsgeschwindingkeit in der Einlassbohrung relativ egal ist bei diesem Kühlkonzept also bei nem Kanal- bzw. Kernkühler. Glaube dort is eher die Oberfläche entscheident.Von Vorteil ist es wahrscheinlich, wenn die Strömungsgeschwindigkeit so groß ist im Kompletten Kühler, dass man im Komplettenkühler im turbulenten Strömungsbereich ist, aber denke dies soltle gewährleistet sein.

Wenn ich das richtig sehe simulierst du auch nur mit FloXpress ? Und machst keine vollständige Flow Simulation bzw. ne richtige CFD ?

Auf welcher SolidWorks Version arbeitest du denn ?

Zum ersten Absatz denke ich hab ich oben schon einiges gesagt.

Ja leider, hab im Geschäft keine Lizenz und Zuhause "find" ich auch keine für Flowworks... ... Hast du was? Wäre natürlich super geil...

Also Zuhause hab ich die 2010 Premium 64 bit