"Meisterkühler" Wasserkühlkomponenten/Luftkühler Teststand 2.0 für die Community

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Einleitung

Mir hat die Grundidee sehr gefallen, deshalb möchte eine verbesserte Neuauflage bauen, die sich in Details doch unterscheiden wird. Die Messungen an einer CPU sind aber bezüglich Genauigkeit immer fraglich und für reine Kühlervergleiche, sei es Heatpipekühler oder Wasserkühler, doch eher nicht geeignet, da die Parameter nie identisch sind.
Das ganze möchte ich dann auch für die Community machen. D.h. ich würde ehrenamtlich in überschaubaren Rahmen Komponenten testen etc. und vielleicht auch den Teststand an einem eventuellen Interessenten veräußern, wenn sich Test sich nicht mehr Zeitlich umsetzen lassen oder ich die Lust verloren haben sollte. Und dieser Prüfstand soll sich nicht nur auf Wasserkühler für CPUs beziehen, sondern auch Fullcover GPU Kühler, CPU Heatpipekühler und andere Komponenten wie Radiatoren bzw. Durchflussensoren und Pumpen.


Umsetzung

Änderung zum Meisterkühlerprüfstand:

- deutlich erhöhte Genauigkeit der Temperatursensoren (+-0,2 °C) ->


Der Meisterkühlerprüfstand stützte sich auf DS18b20 Sensoren. Leider sind diese mit einer garantierten Grundgenauigkeit von +-0,5 °C für einen Referenzprüfstand nicht ausreichend. Außerdem haben diese Sensoren leider einen Temperaturdrift "Alterserscheinung" von +- 0,2 °C. Ohne eine regelmäßige Kalibrierung mit einem geeichten Temperaturmessgärät auf vierleiter PT100 Basis sind also die Sensoren nicht zu gebrauchen. Jetzt kann man wie bereits mit dem PT100 angekündig tausende Euro in die Temperaturmessung investieren, was mein Budget deutlich übersteigen würde. Um die Kosten in Grenzen zu halten habe ich mich für NTC 100 K (keine üblichen 10 K) entschieden. 50 K wären auch möglich gewesen, hatte aber "reichelt" nicht im Sortiment:

https://www.reichelt.de/ntc-thermistor-100-kohm-0-2--ntc-100k-0-2-p151256.html?&nbc=1

Was zeichnet diese Sensoren aus?

Diese haben eine Genauigkeit von bis zu +-0,1 °C. Reichelt hat aber nur die +-0,2 °C im Sortiment, was ausreichend ist und an die Grenzen des Ohmmeters stoßen wird. Datenblatt1 und Übersicht. Die 10 K Version wäre nicht ausreichend gewesen, weil hier das Ohmmeter limitieren würde.

10 K Version:

T in [°C]R in [ohm]dR in [Ohm]
20​
12493​
20.1​
12438​
55​
20.2​
12383​
55​
20.3​
12328​
55​
20.4​
12273​
55​
20.5​
12218​
55​

100 K Version:

T in [°C]R in [ohm]dR in [Ohm]
20​
126727​
20.1​
126134​
593​
20.2​
125541​
593​
20.3​
124949​
593​
20.4​
124356​
593​
20.5​
123763​
593​

Wie man schon erahnen kann geht es um die Differenz des Widerstandes zwischen den einzelnen Temperaturschritten. Bei einer Differenz 0,2 °C wäre die Schrittweite bei 10 K ledeglich 110 Ohm bei insgesamt über 12K Ohm. Bei der 100 K sind es ~ 1200 Ohm. Wenn man sich nun die typischen Messtoleranzen eines Ohmmeters mit ~ 1% anschaut. Das würde das Ohmmeter bei 10 k nur eine Differenz von 0,22 °C auflösen, während bei der 100 K Version exakt eine Differenz 0,2 °C in der Auflösung möglich wäre.

Mit 10 Euro pro Stück die Sensoren noch im Budget.

Zum Ohmmeter. Um hier ebenfalls die Kosten überschaubar zu halten kommt ein Arduino mit 0,1% Referenzwiderstand zum Einsatz. Es werden drei Kanäle mit diesen Sensoren belegt.

- Mitte Bodenplatte Kühler
- Einlass
- Auslass
- (Ersatzsensor für einen Heapipekühler)

Als Nebentemperatursensoren für die Umgebungsluft etc. kommen noch zwei DS18b20 Sensoren zum Einsatz, da der Arduino nur sechs Analoge Eingang hat.

Falls jemand so ein Grundaufbau eines Ohmmeters interessiert -> Ohmmeter.

Abgeglichen wird es dann mit einem Peaktech 4090. Das 4090 hat eine Genauigkeit von 0,1%. Ist kein Mehrkanalgerät und ziemlich das günstige auf den Markt und kostet schon über 200 Euro. Mann kann für Temperaturmessung also unheimlich viel Geld ausgeben. Aber die Genauigkeit von 0,1% ist ausreichend um das Arduino als Ohmmeter auf einer geforderten Toleranz von < 1% zu bringen und die +. -0,2 °C zu erreichen. Ebenso wird der Arduino an einer Konstantspannungsquelle betrieben werden.





- Erweiterung um einen Druckdifferenzmessgerät (+- 0,6 mbar)

Hier komm ein Peaktech 5144


zum Einsatz -> Datenblatt. Die Genauigkeit ist mit +-0,6 mbar mehr als ausreichend. Mit dem Messbereich von 200 mbar lassen sich so ziemlich alle Kühler bis max. 300 - 400 L/h vermessen. Wobei hier drei Messpunkte ausreichen ( 60 / 120 / 250 L/h) um den Druckchart zu erstellen. Ebenfalls hat das Messgerät eine USB Schnittstelle.





- Nun zum Herzstück und der teuersten Komponente, der Durchflusssensor (Ultraschallmessgerät)

Der Meisterkühlerprüfstand setzte hier auf einen üblichen Flügelradsensor. Sollen angeblich sehr genau sein, aber sicher kann man nicht sein. Außerdem kann man diesem Prüfstand auch Durchflusssenoren testen. Das Ultraschallmessgerät wird ein Keyence FD Q20C sein. Ist aktuell das Vorgängermodell und noch eins der günstigeren Messgeräte auf den Markt. Kostet aber immer noch eine hohe dreistellige Summe. Sicher könnte man streiten ob es sinnvoll ist. Aber Flügelradsensoren sind nicht immer genau und mit ~ 3 - 10% Messtoleranz bräuchte man auch keinen Temperatursensoren mit +- 0,2 °C





- Eine weitere Änderung zu Meisterkühlerprüfstand werden die Hochlastwiderstände sein.

Der Meisterkühlerprüfstand setzt auf FETs mit insgesamt 150 W. Das ist für heutige Verhältnisse nicht nur wenig, sondern auch halten FETs nicht so hohe Temperaturen wie die Hochlastwiderstände stand. Somit kommen vier solcher Hochlastwiderstände mit ingesamt bis zu 400 W zum Einatz:


Datenblatt



Gespeist werden die Hochlastwiderstände von einem regelbaren Labornetzgerät:


Datenblatt




- Auswertung

Um die Daten der Leistung neben den Temperatursensoren zeitlich auflösen werden die restlichen drei analogen Kanäle mit einem Stromsonsor:




Und einer Spannungsdifferenzmessung

Voltmeter


ausgesattet werden. Man stellt über das Labornetzgerät zwar eine feste Leistung ein, aber um den Temperatur abhängigen Leistungsdrift der Hochlastwiderstände herauszufiltern ist dies eben notwenig.



So jetzt habe ich genug Text geschrieben. Wenn ihr woll könnt ihr ja mal eure Meinung kundgeben. Bis zum nächsten Update, mit hoffentlich ein paar Impressionen (Dias) dann.


Nachtrag

Eine Kleinigkeit habe ich noch vergessen zu erwähnen. Eine weitere wesentliche Änderung wird die Montage sein. Der Meisterkühlerprüfstand setzt auf Schwerkraft in Form von Gewichten. Ich werde es mit einen Anzugsdrehmoment bei den M4 Schrauben belassen, das sollte für einen reproduzierbaren Anpressdruck ausreichend sein, denn der Reibwert der selben Schrauben wird sich nicht ändern, so das man eigentlich recht zuverlässig über das Drehmoment die Vorspannkraft und somit den Anpressdruck berechnen kann.



Impressionen

M1.jpg


M2.jpg


M3.jpg
 
Zuletzt bearbeitet:
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Zu den Halteschrauben:
Die Idee mit dem Gewicht bei MK ist schon ziemlich clever, weil die den Anpressdruck nicht indirekt über Schrauben einstellen. Im Endeffekt sollte aber beides funktionieren.

Schönes Projekt jedenfalls :)
 
Zu den Halteschrauben:
Die Idee mit dem Gewicht bei MK ist schon ziemlich clever, weil die den Anpressdruck nicht indirekt über Schrauben einstellen. Im Endeffekt sollte aber beides funktionieren.

Schönes Projekt jedenfalls :)

Danke

Ich fande vor allem das mit den Gewicht zu aufwendig, da müsste ich dann was fräsen und diese Mittel habe nicht. Werde aber Anpressdruck per FSR Sensor messen und so eine genaue Tabelle erstellen wie sich das Drehmoment zu den Anpressdruck verhält. Eine genaue Waage zum kalibrieren des FSR Sensor ist vorhanden.


Hier mal eine Kostenübersicht:

Material
54​
Kleinteile
194​
Anschlüsse
136​
Rohr/Schlauch
39​
Keyence
373​
Drehmomentschraubendreher
91​
Peak Tech Labor Netzteil
213​
Peak Tech Druckdifferenzm.
127​
Radiator 480 mm + Lüfter + DFM Highflow Next + Lüftersteuerung
254​
DDC 3.2
89​
1540​
 
Zuletzt bearbeitet:
Ihr könnt auch gerne Ideen und Anregungen posten. Optisch ansprechend wird er natürlich nicht, ich hoffe das stört keinen.
 
Der erste Messkopf ist schon mal zu 50% fertig. Es fehlt noch die Lochraster für LGA 78 - 80 mm; AM4 90x53 und GPU zzgl. M3 Schrauben.

4.jpg




5.jpg





Sowie die zwei anderen Messköpfe:


Messkopf 2

kleine Flächenlast mit einem Hochlastwiderstand zzg. dezentrale Verschiebung, dafür sind die Stahlliniale da. Man kann den Kühler in X und Y verschieben.



Messkopf 3

wie Messkopf 2 nur ohne "polierte" 3 mm CU Platte "direct Die".
 
Einmessung Teil1


Temperatursensor ~ 25 °C


Arduino: 101575 Ohm
PeakTech 4090: 102440 Ohm

----------------------------

Testwiderstand 0,1% 1 kohm

Arduino: 992 Ohm
PeakTech 4090: 1000 Ohm

------------------------------

Testwiderstand 0,1% 4,7 kohm

Arduino: 4663 Ohm
PeakTech 4090: 4700 Ohm

------------------------------

Testwiderstand 0,1% 10,4 kohm

Arduino: 10317 Ohm
PeakTech 4090: 10400 Ohm

------------------------------

Der Arduino erreicht die erforderliche Toleranz von handelsüblichen Handmultimeter mit 0,8 - 0,7% Abweichung.
Da die Werte linear nach unten abweichen kann man diese mit einen Offset leicht korrigieren/kalibrieren.

e1.jpg
 
Einmessung Teil2

Zum testen eignete sich der Luftkühler.


e2.jpg


Kalbrierung.jpg


Einmessung Kühler.jpg
 
Hi,

da ich ja auch mal einen Kühlerteststand betrieben habe, kann ich vielleicht etwas dazu beisteuern.



Die Grundidee ist es reproduzierbare Bedingungen zu schaffen. Und da genügen sehr wohl 150W aus, auch wenn sich die Spreu vom Weizen nicht so klar trennt als wenn es 400W wären die du anpeilst. Der MK Prüfstand könnte glaube ich maximal 200W. Die TDP kann mittels Spindeltrimmer eingestellt werden. Habe die selbe Elektronik noch vorliegen und über 10 Jahre genutzt.



Reproduzierbarkeit ist immer so eine Sache. Auf das Ausmaß kommt drauf an. Unterm Strich ist der MK Teststand nicht schlecht, auch teilweise mit etwas größeren Tolleranzen als bei deinen Prüfstand. ABER dadurch dass alle Kühler die selben Tolleranzen haben, kommt am Ende mehr oder weniger das selbe bei raus. Und ob es nun absolut 150L und 19K sind, oder 155L und 19.3K sind ist eigentlich egal. Die Tolleranzen werden auf alle Messwerte aufadiert/subtrahiert. So what… Die Genauigkeit die du anpeilst sind eher nötig wenn du die Absolutwerte ermitteln willst. Die werden für ein Kühlerranking aber nicht gebraucht. Ansonsten solltest du nach jeden Gerät einen KFE Hahn vorsehen damit du jede Komponente schnell und einfach tauschen kannst. Ausgleichsbehälter an oberster Stelle wo sich die Luft sammeln kann. Luft im Radi = schlechtere Kühlleistung.



Das Prinzip des MK Kühlerteststandes hat mich 10 Jahre gut durchs Leben geführt und auch Meisterkühler konnte damit aussagekräftige Messwerte liefern sodass ein Ranking möglich war/ist. Kein Plan ob die noch was machen…



Was so ein FET oder Widerstand nicht simulieren kann sind die Hotspots der CPU. Eine CPU ist eben kein FET aber egal. Unterm Strich ist wichtig wie viel W du da reproduzierbar reinschiebst.



Bei solchen Tests, ist der größte Störfaktor nicht irgendwelche Tolleranzen von kleiner 3%, sondern der Mensch. Es gibt sehr wohl deutliche Unterschiede wenn du den Kühler händisch befestigst. Das mit den Gewichten macht schon Sinn. Besonders wenn man dazu auch die mitgelieferte Halterung des Kühlers verwendet ( was MK glaube ich nicht macht [ ist nicht Clever da die Halterung zum Kühler dazugehört und mitgetestet werden muss. Es gibt unterschiede wenn man die Halterung verwendet, oder wenn zentrisch nur Druck von oben ausgeübt wird. Daher habe ich immer mit Halterung getestet und auch Druckfedern verwendet zur gleichmäßigen Druckverteilung)].



Wichtig ist auch über einen langen Zeitraum immer die selbe Paste zu haben ( selbe Charge) und auch das die Paste immer gleich aufgetragen wird. 1/10mm dickere Paste und der Messwert kann 0,5K am Endergebnis ausmachen. Was bei 150W schon ein Faktor sein kann. Bei 200W geht das noch und bei deinen 400W ist das dann kein Thema mehr da deine Ergebnisse um 35-45K betragen würden. Zwischen Platz 1 und Zwei hast dann eher so knapp 1K oder höher. Bei den Meisterkühlerprüfstand kann das Ranking schon mal um +- 0,2K verrutschen.



Für mich sind 400W völlig Overkill. Ich würde mit 250W arbeiten da mit dieser TDP schon deutliche Tendenzen sichtbar sind welcher Kühler nun besser performt. Eine reale CPU nachbilden ist völliger Nonsense. Die 200W TDP Teststandwatt liefern ein völlig anderes Ergebnis als 200W TDP CPU Watt. Und das Problem liegt nicht an den Centsensoren der CPU sondern an der Wärmeübertragen vom Ursprung der Wärmequelle ( CPU-> Silizium und Prüfstand der FET/Widerstand mit massig Kupfer dazwischen und ner Bohrung mit einen Temperatursensor). Das ist der Hauptgrund warum man keine CPU nachbilden wollen muss. Wattbezogen. Dummy bezogen ist es schon wichtig ( dazu mehr am Ende)



Einen CPU Kühlerteststand zu bauen, oder meinet wegen inkl. Pumpen und Raditeststand ist kein Problem. Aber mit Grafikkarten ist die Nummer rum. Du brauchst ja für jede Karte nen neuen Dummy. Das nervt ja schon bei der CPU. Nimmst du jetzt ne Intel CPU oder AMD? Wenn X dann welcher Sockel? Wenn welcher Sockel dann welcher Kern? Denn jeder DIE hat seine eigenen Abmessungen die wichtig bei der Wasserkühlerentwicklung der Hersteller sind. Der eine Entwickelt auf Intelplattformen, der andere auf AMD.



Kein Mensch macht sich die Arbeit mit 10 Dummies oder so herumzuwerkeln. Außerdem musst du auch erstmal an Dummies kommen. Dazu brauchst eine Fräse. Der Dummy sollte tunlichst auch einen vernickelten oder besser verchromten IHS haben. Poliertes Kupfert ist nach 100 Messungen nicht mehr so poliert und die Kratzer auf der Oberfläche, auch wenns nur 10µ sind verfälschen das Endergebnis um wenige Zehntel K @ 200W. Die du mit deinen Messequipment nicht willst. Sonst machen Geräte mit 1% Genauigkeit auch wenig Sinn. Also gute Hardware is schon nice, aber wenn der Faktor Mensch nicht mitspielt, dann ist das eine große Hürde deine Ansprüche zu erreichen. Ich habe bestimmt über 1000 Messungen durchgeführt und du bist gut beraten das eine oder andere zu übernehmen.



Ich denke da schießt du was den Aufwand betrifft über das Ziel hinaus. Als Bastler und Rentner mit Zugang zur Cnc der sonst nix zu tun hat… … für den wird das möglich sein… Für alle anderen ist das zu viel rumgefrickel und Aufwand. Zumal der Teststand ja auch repoduzierbar zurückgerüstet werden muss. Sitzt der Temperatursensor 1mm weiter weg von der Wärmequelle gibt es ganz andere Ergebnisse. Radi/Pumpe/ CPU Teststand mit einen Dummy ist zeitlich kein riesen Problem auch wenn man gut 1 Tag pro Kühler investieren muss.



Wenn du Zugang zur Cnc brauchst, schreib mich an. Ich fräse dir die Dummies kostenlos. Oder paar kleine Aluteile die du für Halterungen verwenden könntest. Konstruieren und Material müsstest aber du bereitstellen.



Der Aufbau sollte auch nicht zu restriktiv sein. Ich würde alles mit ½“ Schläuchen verschlauchen so wie ich es bei meinen Benchtable gemacht habe. Und vom Letzten Bauteil zum Kühler und Kühler zum anderen Bauteil dann 3/8“. Das hat den Hintergrund das nicht jeder Kühler ½“ Anschlüsse verträgt. Gibt kein Platz. 3/8“ können die aber eigentlich alle.

Anschlussgewinde bei allen Komponenten 3/8“ oder größer. Außer halt der Kühler selbst. Damit meine ich auch Pumpe, AGB und Radi. Das bedeutet Spezialanfertigung eines Pumpendeckels und das auffräsen des Anschlusses am Radi. Der Flaschenhals muss immer der Kühler sein und sonst nix im System.



Nochmal Faktor Mensch:

Ich habe damals jeden Kühler 5x getestet. Und das beste und das schlechteste Ergebnis aus der Wertung rausgenommen und dann einen Mittelwert gebildet. So etwas ist angeraten um den Faktor Mensch als Toleranz zu minimieren.



Das Projekt ist cool und ich möchte dich dabei bzgl. Brainstorming und auch mit meinen cnc Fräsen helfen. Ich könnte zwar auch testen, aber dafür habe ich keine Zeit mehr L Ich muss zusehen das ich schneller meine Kühler fräse.



Ich für meinen Teil finde den Genauigkeitswahn zu übertrieben da der Faktor Mensch genauso viel ausmacht. Wenn man aber die Kohle hat ist das natürlich ein schönes Extra auch wenn es die Rangliste der Kühler nicht beeinträchtigen wird.



PS: Kühler werden nicht immer auf die selbe CPU hinentwickelt. Du solltest dir entsprechend einen Dummy aussuchen der weit verbreitet ist bei der Kühlerentwicklung. Früher war das der Athlon XP Barton und danach der Q6600 Quadcore. Das war so die Hochzeit der Testerei. Danach kam nichts mehr.



Wenn du was brauchst schreib mir eine Mail: Info@liquidextasy.de



Anbei noch 2 Pix auch wenn die Pix schon fast 20 Jahre alt sind J

Mit wenig Geld ließ sich damals nicht so viel machen wie heute. Bis auf den Schlauchdurchmesser und die Anordnung des Ausgleichsbehälters fand ich das Teil schon nice. Auch wenn die Sensoren 3% Tolleranz hatten + - 0,5°C Auflösung und es kein Ultraschall Durchflussensor war. Was ich ändern würde habe ich ja schon beschrieben.
 

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