Wasserkuehlung

Ein Notebook-Wasserkühler aus dem 3D-Drucker (2. Update)

Bereits mehrfach hat Roman Hartung alias der8auer versucht, die Kühlung eines Notebooks weiter zu optimieren – bisher allerdings ohne Erfolg. Das Auftragen von Flüssigmetall und das Tuning der Lüftersteuerung wirken sich natürlich positiv aus, allerdings sollte das Projekt nur wenige Prozentpunkte an Leistungsgewinn aufzeigen.

Vorläufiger Höhepunkt ist das Drucken eines Wasserkühlers für das Notebook. Bei diesem handelt es sich um ein Acer Predator mit Intel Core i9-9980HK und einer GeForce RTX 2080 Max-Q. Acer kühlt die beiden Komponenten nebst Spannungsversorgung über eine aufwändige Heatpipe-Konstruktion, bei der fünf Heatpipes dafür sorgen, dass die Abwärme zu den Kühlblöcken mit ihren Kühlfinnen geleitet wird, wo dann zwei, für ein Gaming-Notebook typische Radiallüfter, für die notwendige Frischluft sorgen. Doch thermisch läuft man mit einer solchen Konstruktion natürlich dennoch schnell an gewisse Limits.

Aus diesem Grund hat sich Roman an die Firma Parare gewendet, die 3D-Verfahren entwickelt hat, die auch komplexe Bauteile aus Metall ermöglichen. Die Drucker selbst stammen natürlich von anderen Herstellern, Parare hat sich jedoch eine gewisse Expertise im Metall-3D-Druck aufgebaut, welche unter anderem in der Automobilindustrie Anwendung findet. Ein solches Verfahren kann unter anderem dann zum Einsatz kommen, wenn ein destruktives Verfahren (Zerspanen, Fräsen, etc.) nicht möglich ist, da die Komplexität eines Bauteils eine solche Bearbeitung einfach nicht ermöglicht.

Bei Parare wurde dann ein Wasserkühler gebaut, der im Notebook zum Einsatz kommen soll. Dieser wurde aus Aluminium 3D-gedruckt und besitzt natürlich in etwa die Bauform des ursprünglichen Luftkühlers mit seinen Heatpipes, da er ja auch wieder ins Notebook passen soll. Die beiden Lüfters sollen weiterhin verwendet werden, aber der Kühler besitzt natürlich die für eine Wasserkühlung notwendigen Anschlüsse.

Im Inneren im Bereich von CPU und GPU gibt es natürlich einige Strukturen, welche die Aufnahme der Abwärme optimieren sollen. In dieser Art von flacher Bauform wäre es nicht möglich gewesen, einen solchen Kühler auf die klassische Art und Weise zu bauen. Für einen CNC-gefrästen Kühler nebst Abdeckung und O-Ringen fehlt einfach der Platz und selbst die Montage wäre kaum möglich gewesen. Insofern bietet der 3D-Druck die Möglichkeit, dies realisieren zu können.

In einem weiteren Video wird es dann auch die Ergebnisse zum Einsatz der Wasserkühlung im Gaming-Notebook geben. Wir werden die Meldung entsprechend aktualisieren.

1. Update: Erste Ergebnisse

Roman hat den Wasserkühler inzwischen ins Notebook verbaut und liefert erste Ergebnisse. Etwas genauer erläutert wird zudem, dass es auch ohne Verwendung der externen Anschlüsse einen internen Wasserkühlungskreislauf gibt, der über eine kleine Pumpe betrieben wird. Diese Pumpe arbeitet mit 5 V und kann intern im Notebook angeschlossen werden. Die beiden Lüfter kühlen diesen internen Kreislauf. Im stationären Betrieb gibt es Quick-Connect-Anschlüsse, über die der Kühler dann extern betrieben wird. Das Notebook bleibt also im mobilen Einsatz vollständig eigenständig.

2.500 bis 3.000 Euro hat der 3D-gedruckte Kühler in dieser Form gekostet bzw. würde in etwa kosten. Es handelt sich dabei um einen Prototyp, also ein zunächst einzigartiges Projekt.

Die ersten Messungen zeigen einen recht hohen Boost-Takt im Single-Threaded-Betrieb, was sich in entsprechenden Cinebench-Punkten äußert. Waren es bisher 454 Punkte, sind es nun 473 Punkte. Im Multi-Threaded-Test steigen die Temperaturen dann zwar auch wieder auf 90 °C an, dafür aber werden offenbar deutlich höhere Boost-Taktraten erreicht, so dass das Cinebench-Ergebnis um 600 bis 700 Punkte (2.889 Punkte zuvor und nun 3.521 Punkte) höher ausfällt. Die Leistungssteigerung im Bereich der Prozessor-Leistung ist also schon einmal recht ordentlich.

Offenbar aber hat der Kühler noch so seine Schwierigkeiten mit der Kühlung der GPU. Im Time-Spy-Test wurden zuvor 9.225 Punkte für den Grafiktest erreicht, mit dem 3D gedruckten Wasserkühler sind es nur noch 5.195 Punkte. Die GPU wird auch um gut 10 °C wärmer als zuvor.

Im nächsten Video sollen dann auch Tests mit der externen Versorgung der Wasserkühlung folgen.

2. Update: Ergebnisse mit externem Kreislauf

Nun hat Roman auch die Ergebnisse mit angeschlossenem externen Kreislauf nachgeliefert. Durch weitere Optimierungen des Power-Limits konnte das Ergebnis im Multi-Threaded-Test des Cinebench R23 auf 3.997 Punkte gesteigert werden. Aus 2.889 Punkten mit dem Standard-Kühler wurden 3.521 Punkte mit dem internen Kreislauf bei geöffnetem Notebook-Gehäuse und nun eben fast 4.000 Punkte mit der externen Wasserkühlung.

Da nun auch die Temperaturen für die GPU stimmten (allerdings musste Roman hier noch die Menge der Wärmeleitpaste anpassen), konnte auch die 3D-Leistung ausgehend von 9.225 Punkten auf 9.551 Punkte gesteigert werden.

Am Ende rechtfertigt das Leistungsplus sicherlich nicht den Aufwand und schon gar nicht die Kosten. Aber das ist bei einem solchen Projekt eigentlich immer so und wie viel Aufwand man investieren möchte, bleibt schließlich auch jedem selbst überlassen.