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[Article: IBM-8364-S20:HWKuehlung ]
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Contents

[Edit]Kühlung verbessern und Lautstärke verringern

Durch den zuvor beschriebenen Einbau einer Festplatte und der Aufrüstung des Prozessors steigt auch die erzeugte Wärme im Gehäuse, was die Lebensdauer der Komponenten verringert. Ausserdem ist der kleine, schnelldrehende CPU-Lüfter recht laut und kühlt im wesentlichen nur die CPU!

[Edit]Netzteillüfter

Bei meinen beiden Schätzen (8364-S20, 8364-EXX) ist bzw. war der Netzteillüfter der lautere Radaubruder. Der Netzteillüfter darf aber nicht entfernt werden. Auch im Stand-By-Betrieb (d.h. Netzschalter auf "1", aber grüne Front-LED aus) erzeugt das Netzteil genügend Eigenwärme, die abgeführt wird. Tut man das nicht, schaltet das Netzteil nach kurzer Zeit ab (thermischer Überlastschutz). Besser, man tauscht den Netzteillüfter gegen einen leiseren Lüfter aus oder lötet eine Z-Diode (2,7..3,3V) ein. Es ist aber darauf zu achten, dass man das Netzteil komplett vom Strom wegnimmt, einige Zeit wartet, bevor man sich dort zu schaffen macht! Man sollte auch einige Erfahrung auf dem Gebiet mit sich bringen, denn sonst macht man mehr kaputt als man abschätzen kann! Es muss halt sichergestellt sein, dass auch im Stand-By-Betrieb der Lüfter noch schwach läuft. Es ist nicht ratsam, einen TC-Lüfter (TC = Thermo Controlled, also Lüftersteuerung) zu verwenden, da das Netzteil bereits eine Lüftersteuerung besitzt und sich zwei Lüftersteuerungen nur behindern ...

[Edit]Begrenzen/Reduzieren der Wärmeabgabe

Zunächst kann man durch Auswahl einer leisen und nicht zu schnellen Festplatte (z.B. nur 5400 U/min oder eine 2,5"-Notebook-Festplatte) Lautstärke und Wärmeerzeugung direkt an der Quelle verhindern, auch das Absenken der Core-Spannung der CPU (also z.B. 1,8V statt 2,0V) verringert die Verlustleistung und damit die Wärmeabgabe!

[Edit]Austausch des CPU Lüfters

Führt das nicht zum gewünschten Ergebnis, kann man den kleinen, lauten CPU Lüfter ausbauen und gegen einen großen, langsam drehenden, temperaturgeregelten 60mm- oder 80mm-Lüfter (12V, max. 150mA/1,8W) austauschen. Dieser wird schräg vor der CPU eingebaut und z.B. mit Kabelbindern befestigt, sodass der Luftstrom durch den CPU-Kühlkörper zum Spannungsregler geht und auch noch die Festplatte mitkühlt! img_tg_400x385_5601.png

Bild: Lüftereinbau

Nach dem Aufrüsten einer NetworkStation mit einer schnelleren CPU, mehr Speicher, einer Festplatte, einer Ethernetkarte und einem leisen Lüfter erhält man einen fürs tägliche Arbeiten durchaus flotten Rechner der zudem noch leise und sparsam ist und für wenig Geld zu haben ist. Insbesondere OS/2 oder eComStation laufen sehr flott (Windows 98 übrigens auch, aber wer will das noch), aber auch Linux oder Windows 2000 sind schnell genug um damit verbreitete Officepakete zu benutzen oder im Internet zu surfen. Und als OS/2- oder Linux-Server ist die NetworkStation nach dem Aufrüsten schon fast überdimensioniert :-) img_tg_400x287_5557.png

Bild: Aufgerüstete NetworkStation

[Edit]Passive Kühlung der CPU, der Festplatte und weiterer Komponenten

Das Prinzip dieses Ansatzes ist, die Komponenten so kühl wie möglich zu betreiben, ohne dass Lüfter eingesetzt werden. Die Bauteile sollen maximal mit ihrer normalen Betriebstemperatur betrieben werden. Wenn sie an der oberen Grenze der zulässigen Betriebstemperatur betrieben werden, geht dies zu Lasten der Lebensdauer der Komponenten! Die Wärme wird von den Bauteilen abgeführt und über Kühlkörper an die Raumluft abgegeben. Das Gehäuse bietet sich als ein Kühlkörper an. Auch kann die Wärme innerhalb der Gehäuses an die Luft abgegeben werden und durch den vom Netzteillüfter erzeugten Luftstrom aus dem Gehäuse abgeführt werden. Ein Umbau des Netzteiles für einen lüfterlosen Betrieb ist nicht sinnvoll, der Luftstrom des Neztteillüfters muß integraler Bestandteil des Kühlkonzeptes bleiben.

[Edit]Passive Kühlung der CPU (Methode Stroebel)

Betrachten wir zunächst, was eine passive Kühlung der CPU zu leisten hat. Dazu die folgende List der Wärmeleistung der fraglichen Prozessoren und Ihre maximal zulässige Betriebstemperatur. Der Messpunkt für die Betriebstemperatur ist oben genau in der Mitte des Gehäuses des Prozessors.

  1. Intel Pentium 166 MMX PPGA 4,5 Watt 85 Grad Celsius
  2. Intel Pentium 200 MMX 15,7 Watt 70 Grad Celsius
  3. Intel Pentium 233 MMX 17,0 Watt 70 Grad Celsius
  4. Intel Pentium 266 MMX PPGA 7,5 Watt 85 Grad Celsius
  5. AMD K6-2+ 450 MHz 16,0 Watt 85 Grad Celsius
  6. AMD K6-2+ 450 MHz 16,0 Watt 85 Grad Celsius
  7. AMD K6-2+ 475 MHz 16,0 Watt 85 Grad Celsius
  8. AMD K6-2+ 500 MHz 16,0 Watt 85 Grad Celsius
  9. AMD K6-2+ 533 MHz 18,0 Watt 85 Grad Celsius
  10. AMD K6-2+ 550 MHz 19,0 Watt 85 Grad Celsius
  11. AMD K6-III+ 450 MHz 16,0 Watt 85 Grad Celsius
  12. AMD K6-III+ 475 MHz 16,0 Watt 85 Grad Celsius
  13. AMD K6-III+ 500 MHz 16,0 Watt 85 Grad Celsius

Die Taktfrequenzen über 400 MHz sind nur als Referenz aufgeführt. Ohne Übertaktung sind sie in einem Thin Client nicht nutzbar. Diese Werte erklären auch, warum das Modell 8364-S20 mit einem Pentium 233 MMX zusätzlich zum Kühlkörper mit einen CPU-Lüfter ausgestattet wurde. Es sind ca. 9,5 Watt mehr Wärmeleistung als bei einem 266 MMX Prozessor abzuführen. Beim Modell 8364-EXX mit einem Pentium 266 MMX reicht offensichtlich ein Kühlkörper ohne Lüfter zur Kühlung aus. Das Modell 8362-S20 kann also als Referensmodell für die passive CPU-Kühlung dienen. Der Prozessor 233 MMX hat die grösste Wärmeleistung ( 17 Watt ) bei der niederigsten maximalen Betriebstemperatur ( 70 Grad Celsius ).

Die Betriebstemperatur bei maximaler CPU Last ist abhängig von der Kühlleistung des Kühlsystems und der Umgebungstemperatur. Das heisst, die Betriebstemperatur wird bei steigender Umgebungstemperatur ( z.B. 20, 25, 30, 35 Grad ) steigen. Wird die maximale Betriebssystemperatur dabei erreicht, so ist meine Kühlleistung unterdimensioniert. Die erforderliche Kühlleistung wird also durch die maximale Umgebungstemperatur und die maximale Betriebstemperatur bei gegebener maximaler Wärmeleistung des Prozessor definiert.

Wie sieht unsere Messanordnung aus?
Wir messen die Temperatur des Prozessors nicht am Referenzpunkt. Dies würde einen noch grösseren messtechnichen Aufwand erfordern. Statt dessen positionieren wir einen Messfühler direkt am Rande des Prozessorgehäuses. Nach der mir vorliegenden Literatur ( siehe Literatur: Koolance ) ist die gemessene Temperatur hier etwa 3 bis 4 Grad weniger als am Referenzpunkt. img_st_tempmess_cpu_600x226.png

Bild: Positionierung der Messfühlers für die Messung der Betriebstemperatur am Prozessor

Es wird hier ein Thermometer mit einem sehr flachen Messfühler eingesetzt. Die beiden anderen Messfühler - siehe Bilder weiter untern - sind so hoch, das sie nicht zwischen Prozessorplatine und Kühlkörper geschoben werden können. img_st_tempmess_kabel_600x200.png

Bild: CDROM-/IDE-/Spannungsversorgungs- und Temperaturmesskabel werden über Slotaussparung nach aussen geführt

Ausserdem messen wir die Umgebungstemperatur und mit einem weiteren, frei positionierbaren Messfühler können wir gezielt die Temperatur an bestimmten Punkten ermitteln. img_st_tempmess_cpu_gehaeuse_startzeit_600x246.png

Bild: Messung der Temperaturen bei Start der Versuchsreihe

Das linke Thermometer zeigt die Prozessortemperatur und die Anzeige in der Mitte kann auf einen der beiden Messfühler T1 oder T2 geschaltet werden. Hier zeigt der Messfühler die Raumtemperatur zu beginn ein Messreihe an. Da der Computer gerade eingeschaltet wurde, zeigen CPU- und Raumtemperaturmessfühler in etwa gleiche Werte an. Während einer Versuchsreihe ist ein Messfühler an das Gehäuse gehalten worden. img_st_tempmess_gehaeuse_600x200.png

Bild: Messpunkt Gehäuse "direkt" über dem Prozessor

Und hier die dazugehöringen Messwerte aus eine Versuchsreihe. img_st_tempmess_cpu_gehaeuse_endezeit_600x173.png

Bild: Messung der Temperaturen CPU- und Gehäusetemperatur während einer Versuchsreihe

Links sehen wir die Anzeige des CPU (55,9 Grad Celsius) und in der Mitte die Temperatur am Gehäuse (34,1 Grad Celsius). Die Raumtemperatur lag zum Zeitpunkt dieser Messung bei 26,6 Grad. Um 7,5 Grad ist das Gehäuse durch die Abwärme des Prozessors erwärmt worden. Die Differenz zwischen CPU-und Gehäusetemperatur von 21,8 Grad ist ein Indikator, wie gut der Wärmetransport von Prozessor zum Gehäuse funktioniert. Der Höhe der CPU-Temperatur wird durch die Kühlleistung des Prototypen bestimmt. Die CPU Last in dieser Versuchsreihe ist mit dem Memory Test der Segeate "SeaTools Desktop V3.03.04en" erzeugt worden.

Projetstatus: Prototyping - Proof of Concept Modell ist erstellt und wird optimiert. (Stand: 20-09-2006) Sobald die Optimierungen in den nächsten Tagen erfolgt sind, werden hier Fotos veröffentlicht.
Eine Kleinserie ist vorgesehen.



Last changed: 08.04.2007 00:16 by RolandSchmalenberg - HomePage Reload page Download HTML Lock

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