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Leise Hardware und lüfterlose Computer

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Dieses Thema hat 12 Antworten
und wurde 2.513 mal aufgerufen
 Fertige Systeme
Uwe Offline

Mitglied


Beiträge: 114

23.11.2008 21:19
Spielefähiger HTPC / Intel E8400, ATI HD3870 Zitat · antworten

Im Auftrag eines Bekannten sollte ein spielefähiger HTPC auf Basis des HFXmini von mCubed entstehen.
Als Hardware kam folgende Konfiguration in Betracht:
-Gigabyte GA-P35-DS4
-4GB RAM
-Intel E8400
-GeCube HD3870
-Hauppauge WinTV-Nova-HD-S2
Um erst einmal auszuloten, ob das Gehäuse überhaupt die insgesamt entstehende Abwärme auch kühlen kann, verließ ich mich nicht nur auf reine Rechnungen, sondern testet einfach nach Vorgabe des Bekannten. Das Gehäuse sollte bei Ihm zu allem Überfluß in einem beengten Rack Platz finden. Dazu wurde dieses Rack nachgestellt und mit Hilfe eines Lastwiderstandes entsprechend Wärme erzeugt.



Daraus ergab sich, daß bei 90°C immer noch eine Abwärme von ca. 80Watt möglich waren, was für die Grafikkarte zumindestens theoretisch reichen sollte. Auf der Seite anderen Seite, wo CPU und Chipsatz angebunden werden sollten, mußte es also ebenso ausreichen. Denn hier würden nur etwa 50Watt anliegen.

Zum Anfang erst einmal eine Übersicht, wie die ganzen Teile angeordnet werden sollten.



Da die Festplatte eine Dämmung erhalten sollte, war schnell klar, daß die dem Gehäuse beiliegenden Teile zum Einbau von DVD und Platte nicht verwendet werden konnten. Also muße eine Halterung für das DVD angefertigt werden.
Der ursprüngliche elektrisch ausgeführte Knopf zum Auswurf der DVD wurde durch eine mechanische Lösung ersetzt. Über einen Metallstreifen drückt dieser jetzt direkt auf den Auswurfknopf des Laufwerkes.



Die Festplatte fand ihren Platz direkt unter dem DVD, so daß der Rahmen des DVD auch gleichzeitig die Dämmbox mit verschließt.
Das Material der Box ist eine Mischung aus Latex und Edelkorund.
Sicherlich ist die Box keine Schönheit. Aber als erster Versuch und aufgrund der eher komplizierten Form doch recht gut gelungen. Immerhin ist die Box direkt in das Gehäuse gegossen und hat somit perfekten Kontakt zu Frontplatte und Boden. Innen ist sie schlicht und einfach und somit für alle 3,5"-Festplatten geeignet. Aufgrund des geringen Platzes beträgt die Wandstärke in Richtung Mainboard leider nur knappe 5mm. Völlig verstummen läßt das die Platte nicht, aber bei geschlossenen Gehäuse und aus 30cm Entfernung ist eine von Haus aus leise Festplatte nicht mehr zu hören.



Als nächstes wurde die Kühlung für Chipsatz und CPU angefertigt.
Die Heatpipes wurden, nicht wie bei mCubed gewöhnlich, nur in der Mitte an den Kühlkörper angebunden, sondern zur gleichmäßigeren Wärmeverteilung auch halbwegs gleichmäßig auf dessen gesamte Breite verteilt angebracht. Die Passungen sind, abgesehen von je einer vorhandenen Halbschale pro Kühlkörper, alle selbst angefertigt.
Der Kühler auf der CPU entstammt einem Shuttle-PC. Diesem wurden die ursprünglichen Kühlfinnen entfernt. Dadurch entstand recht billig eine CPU-Kühler mit vier Heatpipes. Besser und günstiger kann ich so was selbst nicht anfertigen. Der scheinbar schief sitzende Block auf der CPU sieht allerdings nur so aus, da dieser nicht symetrisch geformt ist. Die vier Heatpipes sitzen exakt in Mitte der CPU.
Die Spannungswandler des Boards werden von Haus aus nicht sehr warm. Hier konnte auf weitere Konstruktionen verzichtet werden und die boardeigenen Kühler reichen vollkommen aus. Die Verbindung zwischen diesen und dem Northbridgekühler wurde aufgetrennt. An dieses dann freie Ende wurde eine Heatpipe zur Verlängerung bis zum Kühlkörper angebracht.



Der Grafikkartenkühler besteht aus einer großen Kupferplatte und daran befestigter Passung für 5 Heatpipes. Damit können die GPU und die Speicher gekühlt werden. Die Platte wird mit sämtlichen in der Karte vorhanden Löchern verschraubt.
Die Spannungswandler erhielten einen Kühlkörper auf der Rückseite der Karte. Zwischen dem Kühlkörper und der Karte befindet sich ein selbst gegossenes 3mm dickes Wärmeleitpad.



Größtes Problem: Wie baut man etwas ein bzw formt Heatpipes, wenn man eigentlich nicht ran kommt?
Immerhin liegt der Kühler der Grafik im eingebauten Zustand unter der Karte.
Also wurde das Gehäuse komplett zerlegt und kopfüber auf den Tisch gespannt. Die Lage der Karte exakt vermessen und wie im Endzustand befestigt. So konnten die Heatpipes fast auf den Millimeter genau gebogen werden.
Zwei der Heatpipes konnten aufgrund ihrer Länge sogar doppelt genutzt werden. Somit ist die Grafik praktisch mit insgesamt 7 Heatpipes zum Kühlkörper verbunden.



Die größte Gefahr bestand beim frei liegenden Grafikchip. Noch kopfüber auf dem Tisch wurden erst die Heatpipes in richtiger Position fertig am Kühler befestigt und dann der Kühler mit der Karte verbunden. Die Karte ist somit praktiv gut geschützt und stabiel mit der massiven Kupferplatte verbunden. Anschließend erfolgte der komplette Zusammenbau des PC. Einige Heatpipes wurden zum Schutz anliegender Kabel noch mit einem Isolierschlauch ummantelt. Der Einbau gestaltete sich aufgrund des geringen Platzes sehr schwierig. Vorsichtig mußten Karte, Paste und Passungen an Ort und Stelle gebracht werden und die Schrauben fest gezogen werden.
Der Kühler besitzt ganz bewußt einen durchdachten und logischen Aufbau: Man kann die Grafikkarte und auch die Kupferplatte problemlos von oben entfernen, ohne Heatpipes oder Kartenpassung entfernen zu müssen. Es ist dadurch jederzeit möglich, recht schnell und einfach eine beliebige andere Grafikarte einzubauen. Dazu muß nur die Kupferplatte der Karte angepaßt werden, wird wieder aufgeschraubt und die neue Karte oben aufgesetzt. Theoretisch läßt sich auf die Weise auch das Mainboard wechseln, ohne den eigentlichen Grafikartenkühler entfernen zu müssen.



Da mir die Wandler der Grafik bzw der gesamte Bereich nicht zusagten, wurde nachgelegt.
Eine Heatpipe wurde abgeflacht und mit etwas Paste stramm zwischen die Rippen des Kühlkörpers gepreßt. Die Passung am Gehäusekühlkörper war bereits vorhanden. Immerhin wurde damit die Temperatur um 10k gesenkt. Für eine Passung an den Wandlern wäre eh kein Platz vorhanden. Der kleine Kühlkörper hat nur knapp 1,5cm Luft bis zum Deckel.



Das Netzteil ist ein EF28 von mCubed. Die kleine Platine des internen DC-DC Wandlers ist auf dem Boden verschraubt. Um Übergangswiderstände an Steckverbindungen und somit Wärmeentwicklung zu minimieren, wurden sämtliche Anschlüsse direkt am Netzteil verlötet und somit weitgehendst auf Adapter verzichtet. Lediglich die Festplatte und die Slot-Blende zu den eSATA-Anschlüssen besitzen eine lösbare Verbindung. Das Netzteil bietet original leider nur einen einzigen 3,5"-Anschluß neben dem ATX und dem 4poligen P4.



Zum Schluß noch ein paar Impressionen vom fertigen Gerät.
Ein Display, welches mCubed original vorsieht, fehlt noch, kann aber jederzeit nachgerüstet werden. Platz und Anschlüsse sind vorbereitet.
Einzelteile, wie zB CPU, Festplatte, DVD und Grafik (siehe oben) lassen sich mit wenigen Handgriffen einzeln und relativ leicht austauschen.




Natürlich dürfen auch die Endwerte im geschlossenen Zustand nicht fehlen. Die Raumtemperatur betrug dabei ca. 22°C.
Das Auslesen der CPU gestaltet sich eher schwierig, da es bisher keine auch nur annähernde Möglichkeit dazu gibt. Am ehesten dürften hier die Werte des von Gigabyte mitgelieferten Tools stimmen. Demnach liegt die Temperatur im Idle bei ca. 38°C und unter Last bei ca. 48°C. Der Block auf der CPU würd gefühlt nicht wärmer als eine offen auf dem Tisch liegende und laufende Festplatte.
Da der Chipsatz selbst keine Auslesemöglichkeit bietet, wurde hier ein Foliensensor so nah wie möglich am Chip platziert. Hier liegen die Werte bei 43°C im Idle und 47°C unter Last.
Durch den interen Sensor der Grafikkarte ergeben sich wenigstens hier halbwegs verläßliche Werte. So erreicht die Karte im Idle eine Temperatur von 45°C und unter Last (mit ATITool) 85°C. Die Grafik lief mit Originalkühler (mit Lüfter) bei ebenfalls 85°C!
Die Wandler der Grafik bzw der Bereich um die Wandler wurde wieder mit einem Foliensensor gemessen, welcher an dem Kühlkörper zwischen Pad und Kartenplatine geschoben wurde. Hier werden Temperaturen von 48°C im Idle und 70°C unter Last erreicht.
Für die Festplatte wurden die SMART-Werte herangezogen. Im Schnitt liegt die Temperatur bei etwa 38°C. Bedingt dadurch, daß sich der PC bei längerer stärkerer Belastung insgesamt aufheizt, steigt diese Temperatur nach 1stündiger Tortur mittels Orthos und ATITool gleichzeitig auf 42°C an. Das dürfte aber eher eine Seltenheit sein, da beide Tools eine höhere Auslastung erzeugen als man mit einem Spiel erreichen kann.
Der PC wurde außerdem auch unter den geforderten Bedingungen an seinen Standplatz (siehe oben) getestet. Dabei stiegen sämtliche Werte um ca. 1 bis 2k an. Der Kühlkörper auf der Grafikkartenseite erreicht, so gut sich das mit einem Foliensensor messen läßt, etwa 60°C an seinen Rippen. Also heiß genug, die Hand zurück zucken zu lassen, aber noch nicht so heiß, daß man sich tatsächlich daran die Finger verbrennen würde.
Bei kompletter Auslastung zeigt mir das Meßgerät an der Steckdose einen Verbrauch von 182Watt an. Wie hoch der Wirkungsgrad des Netzteiles ist, weiß ich nicht. Der reale Verbrauch dürfte irgend wo zwischen 160 und 170Watt liegen, die in dem Falle hier komplett lüfterlos gekühlt werden.
Ich wage mal zu behaupten, daß es somit um den "stärksten" HFXmini handelt, der in deutschen Wohnzimmern steht. Selbst der Hersteller mCubed bietet keinen PC in diesem Gehäuse mit dieser Leistung an.
Seit Mitte August 2008 erfreut sich sein Besitzer, Forenmitglied duerg, an dem Rechner.

Uwe

bloodwurst Offline

Mitglied

Beiträge: 25

04.12.2008 14:35
#2 RE: Spielefähiger HTPC Zitat · antworten

die Methode mit dem Lastwiderstand finde ich sehr praktisch - auf jeden fall eine sichere Alternative zu reinen Kalkulationen - wie stark spielt denn die konvektion mit bei länger andauernder Belastung?

Uwe Offline

Mitglied


Beiträge: 114

04.12.2008 20:30
#3 RE: Spielefähiger HTPC Zitat · antworten

Exakte Werte zu den Kühlkörper fehlten mir. Ich konnte zwar mit etwa gleich großen Kühlkörpern diverser Hersteller (zB Fischer) vergleichen, aber für die Bedingung mit dem Regal wären Berechnungen zu kompliziert bzw unmöglich geworden. Einfach testen bzw "trial and error" ist die einfachste und schnellste Methode.

In Antwort auf:
wie stark spielt denn die konvektion mit bei länger andauernder Belastung?

Was meinst Du damit?

Uwe

bloodwurst Offline

Mitglied

Beiträge: 25

04.12.2008 22:27
#4 RE: Spielefähiger HTPC Zitat · antworten

du hast ja angedeutet dass sich das Innere nach längerer Zeit aufheizt, sorgt die Öffnung im Deckel hier für merkliche Wärmeabgabe nach draußen?

Uwe Offline

Mitglied


Beiträge: 114

04.12.2008 23:02
#5 RE: Spielefähiger HTPC Zitat · antworten

Ja natürlich. Der einfache Handtest zeigt, daß man keine kalten Finger bekommt
Ohne diese Öffnung würde sich das Ganze wahrscheinlich bis ins nicht mehr Gesunde erhöhen.

Uwe

bloodwurst Offline

Mitglied

Beiträge: 25

05.12.2008 09:37
#6 RE: Spielefähiger HTPC Zitat · antworten

hast du eine ähnliche Konstruktion in Form eines (Midi)-Towers auch schonmal durchgetestet? möchte persönlich bei meinem aktuellen Fileserver-Bau auch den "Kamineffekt" nutzen

Uwe Offline

Mitglied


Beiträge: 114

05.12.2008 15:53
#7 RE: Spielefähiger HTPC Zitat · antworten

Schau Dir einfach meine weiteren Systeme an. Fast alle gängigen Gehäusebauformen und verschiedene Kühlmethoden sind gezeigt.

Uwe

bloodwurst Offline

Mitglied

Beiträge: 25

05.12.2008 20:19
#8 RE: Spielefähiger HTPC Zitat · antworten
da sind wirklich ne menge praktischer lösungswege :) hoffe das hier schläft nich ein ;)
duerg Offline

Mitglied

Beiträge: 2

23.12.2008 00:43
#9 RE: Spielefähiger HTPC Zitat · antworten

Hallo Uwe,

ich danke Dir für die Systemvorstellung und das ich sie eins zu eins übernehmen durfte fürs SHW/DV- Forum :)

Es klingt alles so einfach, jedoch: Uwe und ich hatten regelmäßig Kontakt....ähhh telefonisch :D

Nur weil z.B.ein Netzteil sagt, dass es 180W und mehr besitzt,heisst das noch lange nicht, dass es diesen PC überhaupt anspringen lässt.
Hier noch mal Hut ab vor den Komponenten von HFX!
Im gleichen Atemzug noch mal Danke für Uwes Enthusiasmus!

Ganz klar: passiver HTPC = HFX.
Selbstbau ist immer teurer, es sei denn, man hat nen CNC gestützten Fräser oder Laser bei sich stehen.

Hier in meinem Fall mit passivem externem Netzteil, preiswerter ggf. nur möglich mit internem NT, à la HFX Classic.

Lieben Gruß vom Duerg

Uwe Offline

Mitglied


Beiträge: 114

23.12.2008 12:21
#10 RE: Spielefähiger HTPC Zitat · antworten

Man muß ja zugeben, daß wir uns mit dem ersten Netzteil selbst ins Knie geschossen haben
Das war einfach zu schwach, weil es nicht genug Saft auf der 12V-Leitung lieferte. Da ist es egal, wenn es insgesamt auch mehr liefern könnte.

In Antwort auf:
Selbstbau ist immer teurer, es sei denn, man hat nen CNC gestützten Fräser oder Laser bei sich stehen.

Der HFXmini hat 240€ gekostet.
Ohne eigene Maschine würden die Einzelteile etwa kosten: Kühlkörper (allerdings nur einfach eckig) ca. 100€ und die Gehäuseteile bei SchäfferAG anfertigen lassen nochmals mindestens 200€. Inklusive Kleinmaterial hätte das sicherlich um die 400€ bei etwa gleicher Qualität und Design gekostet.

Uwe

futnat Offline

Mitglied

Beiträge: 2

21.09.2010 11:21
#11 RE: Spielefähiger HTPC Zitat · antworten

hi Uwe
erst mal grosses kompliment und danke für die hilfreichen beiträge!
das hat mir alles sehr geholfen und ich muss zugeben, ich werde mir das eine oder andere abschauen. ^^

aber etwas verstehe ich nicht. und zwar folgendes: "Daraus ergab sich, daß bei 90°C immer noch eine Abwärme von ca. 80Watt möglich waren"
also wenn direkt an den kühlrippen eine temperatur von 90°C herrscht, dann dürfte später am prozessor eine geschätzte temperatur von gut 100°C liegen, nicht?
beisst sich das nicht etwas mit den angaben, dass die meisten mainboards nur 60°C vertragen?

Uwe Offline

Mitglied


Beiträge: 114

21.09.2010 18:51
#12 RE: Spielefähiger HTPC Zitat · antworten

Hallo,

bei dem Test wurde die Wärme nur an einer Stelle in Mitte des Kühlkörpers zugeführt. Im späteren Aufbau dagegen über mehrere Heatpipe verteilt auf die Gesamtfläche. Der Kühlkörper konnte dadurch um einiges effizenter ausgenutzt werden. Obendrein sind es bei der Grafik immerhin 7 Heatpipes, die sie mit dem Kühlkörper verbinden, was den Wärmewiderstand extrem gering hält.
Auf der CPU-Seite, an der das Mainboard auch angebunden ist, liegen eh "nur" etwa 55Watt an. Der E8400 selbst bringt es real gemessen auf maximal 45Watt. Somit muß man da für das Mainbord nichts befürchten.

Ansonsten liegst Du mit Deiner Schätzung nicht falsch. Vom Chip bis zum Kühlkörper sollte man etwa 10k Unterschied für den Wärmewiderstand durch die Konstruktion bei Eigenbau in etwa einplanen. Bei den heutigen CPUs hat man 10k schon alleine zwischen Kern und Oberfläche des Heatspreaders, wenn man den internen Temperatursensoren glauben schenkt.

Uwe

futnat Offline

Mitglied

Beiträge: 2

22.09.2010 07:57
#13 RE: Spielefähiger HTPC Zitat · antworten

ok, danke.
ja stimmt, die berührungsfläche ist beim reinen lastwiderstand um einiges kleiner.
dann gleichen die 90°C das einfach wieder aus. du hast dich da vermutlich auf erfahrungswerte gestützt, aber das ist bei mir nicht möglich da ich ein noob bin. ;)
vermutlich werde ich das szenario so realistisch wie möglich nachstellen um die maximale leistungsabgabe zu ermitteln...

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