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CPU-Kühler: Alles, was ihr über Kühler wissen müsst

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Mai
10

Unser Special erklärt euch im Detail, wie genau die Kühlung von PC-Bauteilen, vor allem der CPU, mit einem normalen Luftkühler, aber auch mit einer Wasserkühlung funktioniert. Ebenso werfen wir einen Blick darauf, wie in einem PC ein guter Luftstrom aussehen sollte. Wer einen neuen CPU-Kühler sucht, wird zudem bei unserer gut 50 Modelle umfassenden Marktübersicht fündig.

In unserem heutigen Special geht es hauptsächlich um CPU-Kühler, aber auch um die Frage, wie die Luft in einem Gehäuse am besten zirkuliert. Wir erklären auch im Detail, wie die Kühlung von PC-Bauteilen prinzipiell funktioniert: Kühlkörper, Kühlrippen, Lüfter, passive und aktive Luftkühlung und auch Wasserkühlung sind die Themen. Wir haben zudem eine Marktübersicht mit über 50 CPU-Kühlern mit dem Luftkühlungs-Prinzip zusammengestellt.

Luftstrom im Gehäuse

Bei modernen elektronischen Geräten gibt es zahlreiche Chips und Bauteile, durch die Strom fließt. Dadurch entsteht auch Wärme, und zu große Hitze kann Chips zerstören, weswegen man die Temperaturen im Griff haben muss. Bei vielen Dingen ist diese Wärme so gering, dass man keine besondere Kühlung braucht – zum Beispiel bei einem Taschenrechner. Ebenso gibt es viele Dinge, bei denen es ausreicht, dass genug Luft um das Gerät herum vorhanden ist – zum Beispiel bei Smartphones oder einem Fernseher, wobei hier intern durchaus auch kühlende Bauteile verwendet werden, die die Wärme in andere Bereiche weiterleiten, wo sie besser an die Umgebungsluft gelangen kann.

Luftzirkulation

Dies ist bereits ein eher aufwändiger Luftstrom am Beispiel eines Thermaltake Versa H35-Gehäuses. Die oberen Lüfter sind in aller Regel nicht nötig, die Luft von unten wird allein durch den Druckunterschied angesaugt.

Wir kümmern uns heute aber natürlich um Gaming-PCs und beginnen mit der Belüftung eines Gehäuses. Die typische Bauweise und Anordnung, die sich seit viele Jahren bewährt hat, ist: ein oder zwei Lüfter vorne saugen die Luft an, ein Lüfter hinten bläst sie heraus. Links auf dem Bild seht ihr bereits eine erweiterte Belüftung mit auch oben sitzenden Lüftern – bei einem typischen Gehäuse für einen Spiele-PC reicht aber folgendes völlig aus: Vorne lassen sich bei Gehäusen meist zwei Lüfter einbauen, und zwar mit einer Rahmenbreite von 120mm, oft auch 140mm. Letzteres ist besser, da größere Lüfter für den gleichen Luftstrom-Effekt langsamer drehen können als 120mm-Lüfter und daher leiser arbeiten, zumindest wenn die 140mm-Lüfter keine hohe Mindestdrehzahl haben, mit der sie betrieben werden müssen. Doch zurück zum Luftstrom im Gehäuse: Die vorderen Lüfter saugen frische Luft an und initiieren den Luftstrom. Der Lüfter hinten, eher oben im Gehäuse bläst die Luft wiederum heraus und misst meist 120mm in der Rahmenbreite. Der Luftstrom, der entsteht, geht also von vorne quer durch das Gehäuse nach hinten, wobei er durch den eher oben platzierten hinteren Lüfter eher nach oben gelenkt wird, also ein wenig diagonal durch das Gehäuse verläuft.

Auf dem Weg kommt die Luft an den Laufwerken und RAM-Riegeln vorbei, aber vor allem auch an der CPU. Eine vorhandene Grafikkarte profitiert ebenfalls vom Luftstrom. Da die CPU in aller Regel einen eigenen Kühler mit Lüfter hat, wird der Luftstrom zusätzlich unterstützt. Teile der warmen Luft, die sich eher unten im Gehäuse befindet, bringt das Netzteil (bei dem sich seit vielen Jahren die Positionierung hinten unten im Gehäuse bewährt hat) mit seinen eigenen Lüftern hinten aus dem Gehäuse heraus. Sofern man keine Hitzköpfe im PC hat, kann man sogar völlig auf die Lüfter vorne verzichten, da durch den hinteren Gehäuselüfter, das Netzteil und den CPU-Lüfter ein ausreichender Luftzug entsteht, der frische Luft durch die vorne vorhandenen kleinen Öffnungen des Gehäuses einsaugt. Obgleich viele Gehäuse auch Lüfter-Montageplätze oben und teils auch unten bieten, sollte man dabei zurückhaltend sein. Zu viele Lüfter können die Ströme derart stören, dass der PC am Ende lauter arbeitet als mit nur zwei Gehäuselüftern insgesamt. Wer die Lüfter korrekt verwendet, kann wiederum die zahlreichen Lüfter sehr langsam drehen lassen, was je nach dem, welche Lüfter man verwendet, die leisere Variante sein kann. Doch wie genau arbeiten die eigentlichen Kühler, und was unterscheidet Luft- und Wasserkühlung? Dies erfahrt ihr ab der nächsten Seite.

Passive und aktive Luftkühlung

Prinzipiell spielen bei einem PC drei Kühlungsarten eine Rolle: passive Luftkühlung, aktive Luftkühlung und Wasserkühlung. Letztere besprechen wir erst auf der nächsten Seite. Eine passive Luftkühlung bedeutet, dass ein Kühlkörper die Wärme eines Bauteils (zum Beispiel von Chips auf dem Mainboard, dem RAM oder auch einer CPU oder GPU) aufnimmt und einfach nur an seine Umgebungsluft abgibt, da sich sein Material durch das arbeitende PC-Bauteil erwärmt. Es ist aber kein Lüfter mit im Spiel, der die warme Luft wegbefördert, wie auch beispielsweise bei Smartphones oder Tablets – daher redet man von passiv. Auch die Bauteile bei modernen Mainboards werden stets passiv gekühlt mit Ausnahme der meisten AMD AM4-Mainboards mit X570-Chipsatz, bei denen ein kleiner Lüfter mithilft.

Bläst ein direkt am oder auf dem Kühlkörper sitzender Lüfter die Luft weg, ist es wiederum eine aktive Luftkühlung.

Grafikkarten lüfter

Passiv gekühlte Grafikkarten sind fast immer für Spiele ungeeignet – das aktuell bei weitem stärkste Modell ist die einzige passiv gekühlte Nvidia GeForce GTX 1650, die KalmX von Palit – sie reicht für niedrige Details bei modernen Spielen gerade so aus.

Dabei kann es auch Mischformen geben: viele RAM-Riegel haben beispielsweise Kühlkörper, aber keinen eigenen Lüfter. Trotzdem sind es die Lüfter im Gehäuse, die am Ende die Luft auch von den RAM-Riegeln wegbewegen. Die Riegel selbst sind also passiv gekühlt, der ganze PC aber aktiv. Bei CPU-Kühlern wird so gut wie immer mindestens ein Lüfter am Kühlkörper angebracht, daher ist es hier ganz klar eine aktive Luftkühlung. Es gibt auch CPU-Kühler ohne eigenen Lüfter – hier kann es bei CPUs, die keine große Abwärme erzeugen, ausreichen, dass ein vom Gehäuselüfter erzeugter Luftstrom die Luft wegbefördert. Die CPU wird dann also passiv gekühlt, aber insgesamt bleibt es eine aktive Kühlung. Bei Grafikkarten ist es ähnlich: es sitzt auf der Platine stets ein Kühlkörper, und bis auf einige wenige leistungsschwache passive Modelle sorgen ein bis drei Lüfter für einen Luftstrom, der die warme Luft wegbewegt. Da, wo die Grafikkarte hinten am PC ihre Anschlüsse für Monitore hat, werdet ihr auch Lüftungsöffnungen sehen. Dort kommen große Teil der warmen Luft heraus und belasten somit nicht die Luft im inneren des PCs – da die Kühlung im Laufe der Jahre immer aufwändiger wurde, sind Gamer-Grafikkarten seit langer Zeit mindestens zwei PCI-Slots dick, manche auch drei Slots (Triple-Slot). Das heißt, dass ihr Slotblech hinten am PC drei Slotplätze in der Höhe belegt.

Prinzipiell gilt bei allen Kühlkörpern: je größer, desto besser die Kühlung. Denn durch die Größe bietet ein Kühler auch mehr Fläche und somit mehr direkten Kontakt zur Luft, um Wärme abgeben zu können. Da man aber nicht unbegrenzt viel Platz hat, haben Kühlkörper zahlreiche Kühlrippen. Diese vergrößern die Fläche des Kühlers enorm, ohne dass die Außenmaße erhöht werden – die Kühlung ist deutlich effizienter, als wenn man auf dem gleichen Raum einen massiven Metallblock einsetzen würde.

Hinzu kommt, dass ein vorhandener Lüfter die Luft natürlich dank der Rippen durch den Kühlkörper hindurch wegblasen kann – dies wäre bei einem massiven Kühlblock gar nicht möglich. Dies alles gilt für GPU- und CPU-Kühlungen im gleichen Maße. Vor allem bei CPU-Kühlern gibt es noch einen weiteren typischen Punkt bei der Bauweise: die Heatpipes. Auf der CPU sitzt zunächst eine Kühlfläche des Kühlkörpers, aber damit sich die Wärme optimal verteilt, sorgen Heatpipes wie eine Art Rohrsystem dafür, dass die Wärme auch schnell in die oberen Bereiche des Kühlkörpers gelangen kann. Links auf dem Bild seht ihr einen Kühler mit fünf Heatpipes, die jeweils an zwei Seiten des Kühlers nach oben führen, so dass nicht fünf, sondern 10 kleine Rohre nach oben zu führen scheinen. Lediglich bei CPU-Kühlern, die für Mini-Gehäuse gedacht und daher sehr flach sind, weichen die Bauweisen zum Teil ab. In einem halbwegs normalen Gehäuse ist aber die Tower-Bauweise die beste und auch am weitaus häufigsten genutzte Methode: Kühlfläche, Heatpipes, ein “Block” mit vielen Kühlrippen und ein Lüfter, der vor dem Kühler montiert wird und die Luft aus dem vorderen Bereich des Gehäuses (also von den RAM-Riegeln kommen) ansaugt und dann durch die Kühlrippen nach hinten ins Gehäuse bläst. Doch es gibt, wie schon oben gesagt, eine dritte wichtige Kühlungsart ist die Wasserkühlung. Diese beschreiben wir auf der nächsten Seite genauer.

Wasserkühlung als CPU-Kühler

Eine Wasserkühlung funktioniert im Grunde genommen fast genauso wie eine aktive Luftkühlung – mit einem entscheidenden Unterschied: Das Bauteil, was die Wärme an die Luft abgibt und an dem die Lüfter angebracht sind, ist kein auf der CPU sitzender Kühler, sondern ein Radiator, der an der Innenseite einer PC-Gehäuseseite montiert wird – meist an der hinteren Gehäusewand oder oben in der Decke des Gehäuses. Die Wärme der CPU gelangt über Schläuche zum Radiator, in denen Wasser durch eine kleine Pumpe angetrieben fließt.

Hierzu nimmt ein vergleichsweise kleiner Kühlblock die Wärme der CPU auf und gibt sie an das Wasser weiter, das durch den Kühlblock fließt. Das Wasser gelangt in den Radiator, dessen Inneres hohl ist.

Das Wasser gibt seine Wärme wiederum an den Radiator ab, der die Wärme an seine Umgebungsluft weiterleitet. Der Radiator hat – wie auch ein CPU-Luftkühler – zahlreiche Kühlrippen oder auch Lamellen, um die Fläche mit Luftkontakt zu vergrößern. Ein oder mehrere Lüfter, die am Radiator montiert sind, befördern die warme Luft dann weg. In der Regel blasen sie die Luft durch die Rippen des Radiators und Öffnungen im Gehäuse an der Stelle, an der der Radiator sitzt, aus dem Gehäuse heraus. Eine Wasserkühlung kann theoretisch auch eine passive Kühlung ermöglichen – dazu braucht es dann allerdings mehrere große Radiatoren, gegebenenfalls sogar außerhalb des PC-Gehäuses als eine Art übergroßer Kühlblock platziert. In der Praxis stellt man sich aber eine Wasserkühlung mit zwei oder drei internen Radiatoren zusammen, um CPU und Grafikkarte zu kühlen; wer will kann sogar RAM und Mainboardteile ebenfalls wasserkühlen. Zwei oder drei Radiatoren reichen aus, um die an den Radiatoren angebrachten Lüfter so langsam drehen zu lassen, dass man sie praktisch nicht hören kann. Solche Zusammenstellungen sind allerdings enorm kostspielig, wie ihr auch in einigen unserer Specials erfahren konntet. Vor allem die Kühlung der Grafikkarte ist meist sehr teuer und auch kompliziert, was die Auswahl eines exakt passenden Wasser-Kühlkörpers angeht.

Selbst wer sich nur für die CPU eine Wasserkühlung selbst zusammenstellt, muss viel Geld ausgeben – Abhilfe schaffen AiO-Wasserkühlungen.

Das AiO steht für “All in One”, denn es handelt sich um komplett fertige, in sich geschlossene Systeme bestehend aus einem Kühlblock, Pumpe, Schläuchen und einem Radiator. Manche Modelle sind theoretisch auch erweiterbar, wobei die Leistung der Pumpe eine Grenze darstellt. Der Sinn einer AiO-Kühlung ist aber eher, den PC etwas leiser als per Luftkühlung zu kühlen, ohne dass der Käufer eine komplizierte Planung durchführen muss – günstiger als eine richtige Wasserkühlung sind die eher als Massenprodukt angebotenen AiO-Wasserkühlungen zudem auch noch. Vor allem wenn der Radiator klein ist und nur einen einzigen Lüfter nutzt, kann ein guter und immer noch günstigerer Luftkühler allerdings genau so leise oder sogar leiser sein. Ab Radiatorengrößen von 240mm (zwei Lüfter zu je 120mm) macht es bezüglich eines leisen Betriebs schon mehr Sinn – es kostet aber entsprechend viel Geld. Da Luftkühlung seit einigen Jahren immer effizienter geworden ist, empfehlen wir eher einen guten Luftkühler. Nur wer sehr stark übertaktet, kann sich wiederum am Ende durchaus auch bei AiO-Lösungen umschauen, dann aber eher bei hochpreisigeren Modellen. Natürlich kann man aber auch aus rein optischen Gründen eine AiO-Wasserkühlung anschaffen. Auf der folgenden Seite haben wir noch ein paar Tipps zur Auswahl und dem Einbau von CPU-Kühlern für euch vorbereitet, danach folgt noch eine weitere Seite mit einer Marktübersicht, bei der der Schwerpunkt auf Luftkühlern liegt.

Tipps vor dem Kauf von CPU-Kühler

Vor dem Kauf eines CPU-Kühlers solltet ihr einige Dinge beachten. Die Wahl, ob es ein Luftkühler (LuKü) oder ein AiO-Wasserkühler (AiO-WaKü) sein soll, liegt natürlich bei euch. Rein passive Kühlungen spielen bei Gaming-PCs keinerlei Rolle, außer für Enthusiasten, die beispielsweise eine große Wasserkühlung mit externen Radiatoren aufziehen möchten. Abseits von einer solchen Idee haben wir aber stichpunktartig zusammengefasst, was ihr allgemein bei CPU-Kühlern beachten müsst, denn manchmal vergisst man möglicherweise den ein oder anderen Punkt.

Bei Dingen, die speziell nur LuKü oder nur AiO-WaKü betreffen, weisen wir jeweils darauf hin. Hier nun unsere Tipps, die auch quasi als eine Art Checkliste dienen:

  • Kompatibilität: Die Montagelöcher für die Kühlerhalterungen sind nicht bei jedem CPU-Sockel identisch. Daher achtet darauf, dass der Kühler für den Sockel geeignet ist, den euer Mainboard und eure CPU nutzen. Die meisten modernen Kühler sind zu den Mainstreamsockeln AMD AM4 (sowie auch ältere AM-Sockel) und Intel 1151 (sowie auch den 115x-Vorgängern) kompatibel.
  • Bauhöhe bei LuKü: Da Luftkühler unterschiedlich hoch sein können, beachtet bitte die Höhe inklusive Lüfter. Viele PC-Gehäuse kommen mit Höhen bis 160mm klar, manche aber haben weniger Platz – wieder andere mehr. Wer ein besonders kleines oder schmales Gehäuse nutzt, muss eventuell auf einen Tower-Kühler verzichten und die “Top-Blow”-Bauweise nehmen, bei der der Lüfter über dem Kühler, also parallel zur CPU-Fläche sitzt.
  • Bauform bei LuKü: Obgleich die Hersteller von CPU-Kühlern meistens das Design des Kühlblocks so anpassen, dass die RAM-Slots nicht gestört werden, kann es vor allem dann, wenn euer RAM höhere eigene Kühlkörper besitzt, zu Konflikten kommen – zumindest wenn es um den RAM-Slot geht, der der CPU am nächsten ist. Prüft dies vor dem Kauf.
  • Lüfter-Anschluss: Die meisten mitgelieferten Lüfter haben einen 4-Pin-PWM-Anschluss, der bei halbwegs modernen Mainboard Standard ist. Manche Lüfter haben nur einen 3-Pin-Stecker – dieser funktioniert trotzdem auch bei 4-Pin-Buchsen. Wir empfehlen 4-Pin-PWM.
  • Pumpen-Anschluss: bei AiO-WaKü kann es sein, dass die Pumpe einen eigenen Stromanschluss braucht. Viele moderne Mainboards haben einen Anschluss, der hierfür reserviert ist – es funktioniert aber in aller Regel auch ein normaler Anschluss für Gehäuselüfter auf dem Mainboard.
  • Einbau des Kühlers: Haltet euch genau an die Anleitung des Herstellers. In der Regel wird eine Halterung um den Sockel herum verschraubt. Das Mainboard muss dafür nicht ausgebaut werden. Denn wenn ihr auch das (von vorne gesehen) rechte Gehäuse-Seitenteil abnehmt, dann werdet ihr eine Art Durchreiche sehen, die euch den Zugang zu dem Bereich unterhalb des Sockels gewährt.
  • Spezialfall AiO-WaKü: achtet bei einer AiO-Wakü darauf, dass der Radiator auch wirklich ins Gehäuse passt. Da die Radiatoren recht dick sein können und durch den Lüfter noch dicker werden, ist vor allem bei einem vorne eingebauten Radiator eventuell zu wenig Platz. Manche Gehäuse haben sogar überhaupt keine Möglichkeit, einen Radiator sinnvoll einzubauen, außer hinten im Gehäuse, wo typischerweise der 120mm-Gehäuselüfter sitzt.
  • Wärmeleitpaste: Bei einem fabrikneuen Kühler ist stets passende Paste dabei. Wer die Paste auffrischen will oder seine CPU oder das Mainboard wechselt, nimmt am besten eine kleine Tube bewährter Paste wie beispielsweise die Arctic MX-4 (4g etwa 5 Euro). Benötigt wird nur ein kleiner Tropfen, es soll nur eine hauchdünne Schicht Paste auf der CPU-Fläche verteilt werden – so eine 4g-Tube reicht daher für viele Anwendungen. Bei sehr zähflüssiger Paste kann man die Tube kurz vor dem Auftragen der Paste ein wenig erwärmen, so dass sie sich leichter verteilen lässt.

Um euch einen groben Leitfaden für die Preise zu geben: ab etwa 20 Euro ist eine leise CPU-Kühlung möglich, Modelle für 30 bis 40 Euro sind auch bei Last in aller Regel sehr leise. Wer mehr ausgibt, der kann seine CPU auch übertakten, ohne dass die Lüftung zu laut wird. Je mehr man ausgibt, desto stärker kann man trotz leiser Kühlung übertakten. Mehr als 60 Euro auszugeben lohnt sich unserer Ansicht nach aber nur für Nutzer, die die letzten Megahertz aus der CPU herauskitzeln wollen. Auf der nächsten Seite findet ihr noch unsere Marktübersicht mit 53 CPU-Luftkühlern.

Marktübersicht: 53 CPU-Kühler mit Luftkühlungsprinzip

Wir kommen nun zu unserer Marktübersicht mit CPU-Kühlern. Dabei haben wir darauf geachtet, dass alle Modelle für die beiden Mainstream-Sockel von AMD und Intel geeignet sind, also AMD AM4 und Intel 1151 sowie 1151 v2. Bei Intel bedeutet dies, dass die Kühler auch zu allen anderen 115x-Sockeln kompatibel sind. Viele der Kühler sind auch für die Intel 2000er-Sockel oder AMDs Sockel AM2 bis AM3+ und FM-Sockel passend – falls ihr eine solche CPU habt, dann schaut beispielsweise beim Preisvergleich der Hardware nach, ob euer Sockel mit bei den von uns genannten Kühlern ist.

Sehr wenig Auswahl haben leider die Nutzer von Threadripper-CPUs für AMDs Enthusiasten-Sockel TR4. Unsere Auswahl an Kühlern für die Mainstream-Sockel hingegen bedient sich aus gut 200 Modellen, davon über 170 für Preis ab 20 Euro. Günstigere Kühler möchten wir nicht in die Auswahl hineinnehmen, obgleich auch unter 20 Euro einige Kühler dabei sind, die leiser und effizienter kühlen als die bei den CPUs mitgelieferten Standardkühler. Verteilt haben wie die Übersicht auf zwei Tabellen. Zum einen sind es 43 Tower-Kühler mit einer Höhe ab 140mm für gängige PC-Gehäuse, zum anderen 10 besonders flache Kühler für kompakte Gehäuse. Alle Kühler nutzen Lüfter mit 4-Pin-PWM-Stecker für die Stromversorgung. Hier nun unsere erste Tabelle mit 43 Tower-Kühlern. Wegen des Umfangs umfasst die Tabelle mehrere Seiten mit je maximal 10 Kühlern pro Seite. Die Kühler sind nach ihrem Preis geordnet. Durch die Sortierbarkeit der Tabelle könnt ihr auch zum Beispiel nach der Höhe des Kühlers neu ordnen.

ModellLüfterHöheGewichtPreis ab
Alpenföhn Ben Nevis120 mm140 mm670 g24 Euro
LC-Power Cosmo Cool 120 RGB120 mm152 mm583 g24 Euro
Arctic Freezer 34120 mm157 mm605 g25 Euro
Alpenföhn Ben Nevis Advanced130 mm159 mm630 g27 Euro
Arctic Freezer 34 CO120 mm157 mm603 g27 Euro
Arctic Freezer 34 eSports120 mm157 mm627 g28 Euro
Xilence M704120 mm160 mm426 g29 Euro
Thermaltake Contac 12 Silent120 mm153 mm700 g29 Euro
Zalman CNPS9X Optima120 mm156 mm740 g30 Euro
Raijintek Leto RGB120 mm155 mm765 g30 Euro

Für kleinere Gehäuse, zum Beispiel im Mini-ITX-Format, benötigt man häufig flachere Kühler – wir haben 10 Modelle herausgesucht, die bis auf einen maximal 80 Millimeter hoch sind. Ein Modell von be quiet! hat eine Höhe von 112 Millimetern. Dies sind unsere 10 Kandidaten:

ModellLüfterHöheGewichtPreis ab
Scythe Shuriken 292 mm58 mm350 g33 Euro
Cooler Master MasterAir G100M100 mm75 mm320 g34 Euro
be quiet! Shadow Rock LP120 mm76 mm390 g35 Euro
Cooler Master MasterAir G200P92 mm39 mm390 g37 Euro
Scythe Bug Shuriken 3122 mm69 mm475 g38 Euro
Phanteks PH-TC12LS120 mm80 mm500 g40 Euro
Alpenföhn Black Rigde92 mm47 mm407 g40 Euro
Noctua NH-L9x6592 mm65 mm413 g45 Euro
be quiet! Shadow Rock TF 2135 mm112 mm680 g48 Euro
Cryorig C1 (CR-C1A)140 mm74 mm628 g65 Euro

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