Versuchsaufbau zur Messung von Wärmeleitwerten

[MrUniverse]

Moin zusammen,

wie ihr sicher alle schon am eigenen Leib erfahren musstet, kann die Frage: "Was ist eigentlich die beste Wärmeleitpaste?" zu einem Kleinkrieg der Meinungen führen. Häufig kommen dabei Aussagen wie "Also bei mir läuft es seit dem 3°C kühler!" oder "Die Herstellerangaben stimmen nicht!" auf. 

Ich habe mir in den letzten zwei Wochen das Ziel gesetzt, mich mal wissenschaftlich mit dem Thema zu beschäftigen und, so hoffe ich, endlich Klarheit in diese Thematik zu bringen. 

Zunächst zu den oft gehörten und hier frei zitierten Aussagen: "Also bei mir läuft es seit dem 3°C kühler!" mag bei dem Autor stimmen, trägt aber keinerlei Aussagekraft für andere Systeme. Tatsächliche Abwärme, Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit, Nutzungsverhalten, Gehäuse, Kühloberfläche und Wärmeleitwege haben einen viel zu großen Einfluss. Selbst die Schlussfolgerung "besser als die alte Paste" ist mit Vorsicht zu genießen. Pasten altern viel zu unterschiedlich und auch die Temperatur, bei der sie getestet werden ist maßgeblich. Dazu aber im nächsten Absatz mehr. 

Sehr verwundert hat mich die Aussage: "Die Herstellerangaben stimmen nicht!". Ich konnte mir kaum vorstellen, dass die Hersteller auf ihren Verpackungen lügen. Viel zu groß ist die Gefahr sich damit selbst sein "Image-Grab" zu schaufeln. Bei der Recherche ist mir ein wesentlicher Punkt aufgefallen: Es steht nie dabei, in welchem Temperaturbereich der Wärmeleitwert gemessen wurde, oder bei welcher Schichtstärke. Die Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeiten (mit einem flüchtigen Bestandteil) nimmt mit steigender Temperatur ab. Das hängt mit dem Phasenverhalten der einzelnen Bestandteile der Paste zusammen. Wurde vom Hersteller also bei einer sehr geringen Temperatur gemessen, kann das die Wärmeleitfähigkeit positiv beeinflussen. Auch die Schichtdicke ist nicht uninteressant. Der Wärmeübergang an den Oberflächen der Paste ist schlechter als im Inneren. Also kann eine Dicke Schicht die Werte des Herstellers auch schönen. Aber Vorsicht! Das bedeutet nicht, dass eine dicke Schicht in PC besser ist. So oder so ist die Leitfähigkeit der Paste schlechter als die von Kupfer oder Aluminium. Daher sollte die Schicht natürlich IMMER so dünn wie möglich sein. 

Wie wir sehen konnten gibt es einige Möglichkeiten für die Hersteller die Ergebnisse zu beeinflussen. Doch wie bekommt man jetzt heraus welche Paste für welchen Anwendungsfall die beste ist? Zu diesem Zwecke habe ich mit einen Versuch überlegt. Wen nur die Ergebnisse interessieren, der kann weiter unten gucken. Für die technisch Interessierten unter euch (ich tippe auf die Mehrheit) habe ich versucht mein Vorgehen (hoffentlich verständlich) zusammen zu tragen.

 

Grundaufbau und Idee:

Der Versuch besteht aus einem leistungsstarken Labornetzteil, einem Steckbrett mit Arduino zur Datenverarbeitung, einem Laptop zur Anpassung der Prüfparameter, einem Lüfter zum schnelleren Abkühlen nach dem Versuch und....

dem eigentlichen Experiment. Das besteht aus zwei identischen Aluminiumkörpern mit Sensoren und Heizelementen. Beide Körper haben eine sehr ebene Prüffläche auf die die Wärmeleitpaste aufgetragen wird. Mit einer kräftigen Kunststoffklemme wird der Anpressdruck erzeugt. 

Die beiden Blöcke habe ich aus Aluminium gedreht und gefräst. Sie haben genau die gleichen Abmaße, was bei der Berechnung der thermischen Kapazität wichtig wird. Außerdem habe ich die Messoberfläche sehr fein geschlichtet, um eine spiegelnd glatte und Ebene Auftragsfläche für die Paste zu erzeugen. 

Anschließend habe ich den ersten Block mit zwei Keramikheizelementen ausgestattet. Diese eigenen sich besonders gut, da sie die Wärme über einen elektrischen Widerstand erzeugen und somit einen Wirkungsgrad von fast 100% haben. Jedes Element hat ca. 40W Wärmeleistung. Außerdem habe ich einen Temperaturfühler (NTC-Thermistor mit 100k) nur einen Millimeter hinter der Messfläche in der Mitte angebracht. Der zweite Block bekam nur einen Sensor und keine Heizelemente. 

Die Idee hinter dem Aufbau: Wenn der erste Block erwärmt wird beginnt ein Wärmestrom durch die Prüffläche und die Wärmeleitpaste in den zweiten Block zu fließen. Dieser Wärmestrom ist, in Abhängigkeit der Schichtdicke, der Auflagefläche und der Temperaturdifferenz, begrenzt durch den Wärmeleitwert zwischen den Prüfflächen. 

 

Thermodynamik 🤮

Ich muss zugeben, dass Thermodynamik nicht mein Lieblingsfach im Studium war. Jedoch ist das hier ein relativ einfacher Zusammenhang und somit nicht ganz so sauer, wie es meiner Überschrift aufstößt.  

Für die Berechnung des Wärmeleitwerts benötigen wir folgende Größen: 

• Den Wärmefluss Qp [W]
• Den Abstand zwischen den Messflächen l [m]
• Die Fläche der Messflächen A [m²]
• Die Temperaturdifferenz der Messflächen dT [°K]

Gesucht ist der Wärmeleitwert lamda [W/m*K] = [W*m/m²*K]. 

Nun ist leider die Wärmeleistung der Heizelemente nicht gleich dem Wärmefluss zwischen den Blöcken. Jeder kennt dieses Phänomen aus dem Alltag. Stellt man einen Topf auf den Herd, so dauert es eine Weile, bis er heiß genug zum kochen ist. Das liegt an der Wärmekapazität. Um das zu erklären ist es zunächst wichtig zu verstehen, dass Wärme und Temperatur nicht die gleichen Dinge sind. Wärme ist eine Energieform, weshalb ihre Einheit auch Joule oder Wattsekunde ist - daher auch der Wärmefluss in Watt! Die Temperatur gibt an, wie viel Energie in Abhängigkeit der Wärmekapazität ein einer bestimmten Menge eines bestimmten Stoffes enthalten ist. Das ist sehr kompliziert ausgedrückt, was im Grunde auch jeder von zuhause kennt. Man braucht mehr Energie um ein kg Wasser zu erhitzen als ein kg Luft. 

Die Einheit der Wärmekapazität ist J / kg * K (Joule pro Kilogramm mal Kelvin). Aluminium besitzt eine Wärmekapazität von 900 J/kg*K. Da ein Joule gleich einer Wattsekunde ist, kann man sagen, dass man 900W braucht um 1kg Alu um ein Grad Kelvin in einer Sekunde zu erwärmen. 

Werden nun beim Versuch die Blöcke erwärmt, kann man anhand dieses Zusammenhangs und der Heizdauer die Leistung berechnen, die in das Alu geflossen ist. Rechnet man die beiden Leistungen der Blöcke zusammen. Erhält man eine Leistung, die knapp unter der Elektrischen Leistung liegt. Die Differenz ist Wärme, die von den Blöcken an die Luft abgegeben wurde. Daraus wird ein Korrekturwert berechnet, der zusammen mit der Leistung des zweiten Blocks den Wärmestrom durch die Paste ergibt.

Ab hier ist es einfach. Der Anstand der Messflächen ergab sich als 0,05mm und die Oberfläche ist aus der Konstruktion bekannt. Somit kann der Wärmeleitwert berechnet werden. 

 

Versuchsdurchführung und Ergebnisse

Durch einen Druck auf einen kleinen Taster wir die Messung gestartet. Von der Raumtemperatur ausgehend habe ich auf 35°C, 50°C und 100°C erhitzt. Am Ende des Versuchs wurde mir das Messergebnis auf einem kleinen OLED angezeigt. Ich habe auch die Wärmeleitfähigkeit eines Motoröls gemessen, da diese dort sehr genau im Datenblatt angegeben wurde und konnte damit die Richtigkeit meiner Messergebnisse sehr gut belegen. Alle Werte lassen sich mit einer Genauigkeit von 0,02W/m*K reproduzieren. 

Ich habe folgende Pasten getestet:

• Thermal Grizzly Kryonaut
  • fast 5 Jahre alt aber noch sehr flüssig und nicht eingetrocknet
  • angegeben mit 12,5W/m*K
• Thermal Grizzly Kryonaut
  • 1g Packung (war bei meinem Kühlblock dabei)
  • kein Jahr alt aber schon ziemlich hart aber noch nicht trocken
  • angegeben mit 12,5W/m*K
• Industrielle Wärmeleitpaste
  • angegeben mit 1,73W/m*K

 

Wärmeleitmittel	20°C bis 35°C	20°C bis 50°C	20°C bis 100°C
Luftspalt (0,01mm)	0,17 W/m*K	X	X
Thermal Grizzly (0,05mm) alt	7,03 W/m*K	4,24 W/m*K	1,68 W/m*K
Thermal Grizzly (0,05mm) 1g Packung	2,40 W/m*K	1,48 W/m*K	1,48 W/m*K
Motoröl 15W40	0,48 W/m*K	0,38 W/m*K	0,24 W/m*K
Industriepaste	3,58 W/m*K	1,97 W/m*K	1,32 W/m*K

Alle Angaben mache ich nach bestem Wissen und Gewissen aber ich hafte natürlich nicht für etwaige Fehler, die mir bei der Messung unterlaufen sein könnten.

 

Als nächstes möchte ich gern von euch wissen, welche Pasten am interessantesten zum testen sind. Ich werde mir auf jeden Fall frische Thermal Grizzly Kryonaut und Arctic MX5 besorgen. Aber wenn ihr noch interessante Pasten für mich habt, lasst es mich gerne wissen. 

In Zukunft soll mein Prüfaufbau das Steckbrett verlassen. Ich werde eine Platine und ein eigenes Netzteil mit interner Leistungsmessung ergänzen um die Genauigkeit und die Bedienfreundlichkeit zu erhöhen. Falls ihr Ideen dazu habt auch immer her damit. Vielleicht hat ja sogar der eine oder andere an einem fertigen Produkt. 

Ich hoffe Ihr habt Spaß mit meinem kleinen Versuch und findet die Ergebnisse (die noch folgen werden) hilfreich. 

LG

Bearbeitet 28. Januar 2022 von MrUniverse
Anmerkung von captn.ko

[captn.ko]

Kleine Anmerkung: am besten in die Tabelle noch die Einheiten der Messwerte ergänzen. Trägt dann sehr der Verständlichkeit bei ☺️ 

Wenn du noch ein paar Durchläufe machen willst ein paar Ideen: 

- Frische Pasten testen damit man auch sieht wie die kaufbaren Pasten zueinander abschneiden. Alte oder trockene Pasten haben ja wenig Aussagekraft für den Käufer. 

- LM wäre interessant aber wird mit Alu nicht funktionieren, dafür bräuchtest du dann Testblöcke aus Kupfer

- Kryonaut wird nachgesagt das sie schnell altert. Vielleicht magst du das ja Mal testen indem du die Paste eine Zeit lang drauf lässt und in regelmäßigen Abständen den Test wiederholst. 

Bearbeitet 28. Januar 2022 von captn.ko

[SeanFernandez]

WOW ich bin BAFF genau das hab ich gesucht! Ich wende mich mal an dich und hoffe du kannst mir da helfen. Ich habe ein Alienware sowie ein Blade 17 2021 Mid mit der höchsten Ausstattung. Hast du da evtl. kurz Zeit für mich über PN oder soll ich das in die Gruppe posten? @captn.ko

[captn.ko]

vor 4 Minuten schrieb SeanFernandez:

WOW ich bin BAFF genau das hab ich gesucht! Ich wende mich mal an dich und hoffe du kannst mir da helfen. Ich habe ein Alienware sowie ein Blade 17 2021 Mid mit der höchsten Ausstattung. Hast du da evtl. kurz Zeit für mich über PN oder soll ich das in die Gruppe posten? @captn.ko

Wenn's von Intresse für die Allgemeinheit ist dann ein neuer Thread. Ansonsten geht auch ne PM. Oder falsch verlinkt und du meintest @MrUniverse?

Bearbeitet 28. Januar 2022 von captn.ko

[MrUniverse]

vor 5 Minuten schrieb captn.ko:

- Frische Pasten testen damit man auch sieht wie die kaufbaren Pasten zueinander abschneiden. Alte oder trockene Pasten haben ja wenig Aussagekraft für den Käufer.

Genau, das hatte ich ja schon geschrieben, dass ich mir von Thermal Grizzly und Arctic nochmal frische Pasten kaufen werde. 

vor 6 Minuten schrieb captn.ko:

- LM wäre interessant aber wird mit Alu nicht funktionieren, dafür bräuchtest du dann Testblöcke aus Kupfer

Das stimmt. Bei LM verwundert mich am meisten, dass reines Gallium eine Wärmeleitfähigkeit von 38 W/m*K hat und die LM's aber teilweise mit 73 W/m*K (Conductonaut) angegeben sind. Und das obwohl sie zu einem sehr großen Teil aus Gallium bestehen. Leider ist Kupfer zum einen nicht günstig und zum anderen habe ich noch keinen Shop gefunden, der Kupfer in solchen Durchmessern verkauft. (An Privat)

vor 10 Minuten schrieb captn.ko:

- Kryonaut wird nachgesagt das sie schnell altert. Vielleicht magst du das ja Mal testen indem du die Paste eine Zeit lang drauf lässt und in regelmäßigen Abständen den Test wiederholst. 

Das ist ein sehr guter Hinweis. Das werde ich mal machen, nachdem ich die anderen Pasten durch habe. Ich könnte ja monatlich messen und so einen Verlauf erstellen.  

vor 13 Minuten schrieb SeanFernandez:

Ich wende mich mal an dich und hoffe du kannst mir da helfen.

Kannst mir ja ne PN schreiben, worum es geht. Und wenn wir dann der Meinung sind, dass das alle interessiert, kannst du ja nochmal ein neues Thema aufmachen. 

[Norbert Bortels]

Respekt für den Aufbau.

Echt wahnsinn und auch viel Arbeit.

Meine Hochachtung 

[SeanFernandez]

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Bearbeitet 29. Januar 2022 von SeanFernandez

[Sk0b0ld]

Dann gebe ich mal meinen Senf dazu, da ich ja auch sehr viel teste bzw. getestet habe. Wärmeleitpads, Auswirkungen LM usw. Mach auch viel im Desktop-Bereich, das findet aber in anderen Foren statt. Das ein oder andere hatte ich aber auch hier schon mal gepostet. Auch zum Legion habe ich einiges gemacht (möglicherweise auch für AW Notebooks oder dich interessant), dazu aber später mehr.*2

Ich finde das, was du machst, echt super und unterstütze das voll. Ich will hier auch nichts madig reden, sondern lediglich eine kritische Sichtweise auf das ein oder andere Thema legen. Vielleicht hilft es dir auch bei deinen Ergebnissen.

 

vor 6 Minuten schrieb MrUniverse:

Das stimmt. Bei LM verwundert mich am meisten, dass reines Gallium eine Wärmeleitfähigkeit von 38 W/m*K hat und die LM's aber teilweise mit 73 W/m*K (Conductonaut) angegeben sind. Und das obwohl sie zu einem sehr großen Teil aus Gallium bestehen.

Ist das genaue Mischungsverhältnis bekannt? Ich frage, weil du schreibst, dass es zu "einem sehr großen Teil" aus Gallium besteht. Ist das deine Vermutung oder gibt's da konkrete Zahlen? LM ist ein reiner Marketingname, richtig heißt das Zeug eigentlich "Galinstein" und besteht aus Gallium (40,6 Wm/K), Indium (81,6 W/mK) und Zinn (67 W/mK). Je nach Mischungsverhältnis kann man den genannten W/mK-Wert erstmal behaupten. Ob's auch tatsächlich stimmt, ist ne andere Frage. Höchstwahrscheinlich wird's eh keiner überprüfen und selbst wenn, kann man ja erstmal gegenargumentieren a la: falsch getestet, falsche Bedingungen etc.

 

Mein Problem mit den W/mK-Werten allgemein:

1. Es gibt für WLPs und LM kein standardisiertes Messverfahren, welches von unabhängigen Institutionen durchgeführt wird. Jeder Hersteller kann das Messverfahren so gestalten, dass das eigene Produkt besonders gut abschneidet. Hab diesen Punkt auch schon bei den Wärmeleitpads angekreidet.

 

2. Ich finde den W/mK-Wert grundsätzlich nicht nutzlos, wird aber bei WLPs für Marketingzwecke ausgenutzt und viele lassen sich davon blenden. Mal einige Beispiele:

Arctic's alte MX-4 WLP ist mit 8,5 W/mK angegeben, TG Carbonaut Pad mit 62,5 W/mK. Sprich, über 7 mal leitfähiger, also besser. Im Testing (siehe YT z.B.) performt das Carbon-Pad aber kaum besser als die MX-4, tendenziell eher schlechter sogar. Jetzt kann man sich darüber streiten, ob der Vergleich fair ist. Für mich ja, weil Einsatzort und Einsatzzweck der gleiche ist. Der W/mK-Wert beim Carbonaut-Pad ist aus meiner Sicht daher kompletter Marketing-Bullshit und hat nichts mit irgendwelchen (für den Verbraucher nützlichen) Vergleichswerten zu tun. Immerhin hat TG das auch eingesehen und den Wert rausgenommen, aber das Internet vergisst ja bekanntlich nichts und weiterhin wird immer noch mit "Maximale Wärmeleitfähigkeit" geworben.

Kryonaut, Conductonaut gehen für mich da in die gleiche Richtung. Klar, LM ist deutlich leitfähiger und ist im Vergleich zu traditioneller WLP besser, (wobei da die Unterschiede auch nicht mehr so groß sind), aber die Behauptung von 73 W/mk entspricht ca. dem 9-fachen von MX4. Das hört sich natürlich ganz toll an, wenn etwas 9 mal besser ist, aber in der Realität kann man froh sein, wenn man überhaupt 10° rausholt. Bei meinem Legion 7 habe ich von der Stock WLP auf Conductonaut *entscheidende* 2-4° (im besten Fall) rausgeholt.

 

3. Und der für mich wichtigste Punkt: Langlebigkeit. Auch ein Grund, warum ich kein Kryonaut in Notebooks mehr verwende. Stichwort "Pump Out Effekt" (einfach mal googlen). Auch Roman hat in einem seiner Videos gesagt, dass Kryonaut nichts auf Dauer ist und man besser auf Hydronaut oder Aeronaut ausweichen sollte. Deswegen gibt's die Pasten auch. Gerade Notebooks sind nicht dafür gemacht, dass man Stecker, Flachbandkabel, WLAN-Antennenstecker (Klassiker), Schrauben etc. häufig lösen sollte.

Ich repaste häufig Geräte, an den schon vorher rumgefuscht wurde und jeder erneute Repaste birgt das Risiko, dass man Stecker X das letzte Mal löst. Auch beschädigte Stecker, Klammern oder Schrauben waren keine Seltenheit, muss ich zugeben. Im Fall Kryonaut, war es dann einige Mal so (aber nicht immer), dass sich der ein oder andere bei mir nach ca. 4 Monaten gemeldet hat und sich über wieder ansteigende Temperaturen beschwerte und ich dann letztendlich einen neuen Repaste durchgeführt habe. Diesmal dann aber mit Noctua, Arctic oder so.

Ich will damit nur sagen, dass dir die tollste WLP und W/mK-Werte nichts bringt, wenn du nach ein paar Monate wieder das ganze Ding zerlegen musst, weil die Paste ordentlich an Performance verliert. Gerade bei so Notebooks wie AW17 R4/5 oder so ziemlich alle Modelle mit invertiertem Mobo willst du das im Idealfall nicht mehr wie ein- bis max. zweimal machen. Da kannst du lieber eine Paste nehmen, die nen Tick schlechter performt, dafür aber zuverlässiger und langlebiger. Leider testet diesen Aspekt so gut wie keiner. Hier vertraue ich ganz klar auf meine Erfahrung. Manchmal hängt's auch gar nicht von der Paste ab, sondern liegt einfach vom Notebook.

 

vor 3 Stunden schrieb MrUniverse:

Daher sollte die Schicht natürlich IMMER so dünn wie möglich sein. 

Ja das ist richtig, aber als Benutzer, gerade im Notebook, hast du keinen großen Einfluss drauf. Der Anpressdruck und Abstand ist aufgrund mehrerer Faktoren vordefiniert. Man kann zwar deutlich zu viel Paste nehmen, drückt sich aber spätestens unter Last wieder raus, wenn nicht schon vorher. Wenn überhaupt, kannst nur einen negativen Effekt durch zu wenig Paste erreichen. GN und andere haben das alles getestet.

Anzumerken sei jedoch, dass dieser Punkt sehr deutlich wird, wenn man im Gerät falsche (meist zu dicke oder harte) Wärmeleitspads oder so tolle Mods wie Kupferplättchen einsetzt. Das drückt die Heatsink schön hoch und der Spalt zwischen IHS und DIE wird größer. WLP füllt diesen Spalt zwar aus, aber die Temperaturen werden deutlich schlechter ausfallen.

Was du sagst, ist vollkommen richtig, aber die Ursache kann auch an anderer Stelle liegen. Problematisch können in dem Zusammenhang auch konvexe und konkave Oberflächen sein, was man als Benutzer auch nicht wirklich beeinflussen kann. Vielleicht erinnerst du dich noch an meinen 5800X im Desktop-Thread. Da hat das Schleifen der Oberflächen sehr viel gebracht, beim 5900X dann nicht mehr so. Wobei auch die AIO-Coldplate sehr konvex (für Intel) war. Ein anderes sehr bekanntes Beispiel ist der AW17 R4 & R5. Der Intel DIE ist konvex und Dell hatte die tolle Idee die Heatsink mit einer Drei-Arm-Konstruktion zu befestigen. Logisch, dass das irgendwann zu einer Seite kippt bzw. die Paste sich zu einer Seite rausdrückt* und zwei Kerne beispielsweise besonders heiß laufen. War ja damals praktisch ein Dauerthema, völlig egal wie gut oder schlecht eine Paste war.

 

* Gerade dieses "Rausdrücken" der Paste oder auch Pump-Out ist bei Gaming Notebooks keine Seltenheit. Das Problem ist, dass Gaming Notebooks auf WLP eine deutlich höhere thermische Last ausüben und die Paste insgesamt mehr arbeitet. 100°C ist beim Gaming Notebook auch unter normalen Bedingungen (z.B. Gaming) nicht wirklich schwer zu erreichen. Je nach Paste läufst du dann in das Problem, dass es sich über Zeit rausdrückt. Die Viskosität der Paste spielt hierbei eine entscheidende Rolle. Das musste ich auch beim Legion 7 feststellen. Obwohl das Notebook fabrikneu war, klebte die Heatsink schon verdammt gut an den DIE's. Auch die Konsistenz war "gummiartig" würde ich sagen.

Zähe Paste drückt sich halt kaum raus. Soweit ich weiß, nutzt Lenovo Honeywell PTM7950SP oder so WLP-Plättchen (Honeywell PTM PCM TIM), die bei Nutzung schmelzen und sich mit IHS und DIE verbinden, was wahrscheinlich auch der Grund dafür ist, warum man mit LM nur noch so wenig rausholt, zumindest in diesem speziellen Fall. Auch MSI geht mit LM einen ähnlichen Weg. Die verwenden LM mit Bismut, welches einen höheren Schmelzpunkt besitzt. (Video ab 2:38).

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Deswegen sehe ich die reine Beurteilung der W/mK im Bezug auf die Performance kritisch, weil einfach so viele Faktoren noch mitreinspielen, die da auch noch ein Wörtchen mitzureden haben, gerade wenn es um Langzeiterfahrung geht. Bei LM kommt dann noch ggfs. die Sättigungsphase bei Kupfer hinzu usw. Da gibt's noch eine ganze Reihe mehr an Faktoren, die man berücksichtigen sollte, wenn eine Paste/ LM beurteilen möchte.

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*2

Noch ein kleiner OT-Beitrag, zu einem Projekt, an dem ich vor einiger Zeit gearbeitet habe, wo ich auch ein Arduino genutzt habe. Die Legion-Geräte haben inzwischen eine recht große Enthusiasten-Community, wo echt fähige Leute wie Software-Entwickler, Elektro-Ingenieure usw. drin sind und für die Geräte alles Mögliche bereitstellen und entwickeln. So auch die Lüfter-Steuerungssoftware, an der ich ein wenig mitgewirkt habe. Wenn sowas für AW Notebooks kommt, könnte das durchaus sehr hilfreich sein.

Das Problem ist, dass der Lüfter-EC keine RPM-Werte übermittelt. Das ist grundsätzlich nicht unbedingt ein Problem, da die Steuerung in % erfolgt (z.B. 34% Fan-Speed), aber genaue RPM-Werte sind dennoch wünschenswert. Für die Ermittlung der Drehzahlen habe mir deshalb ein Drehzahlmesser gebaut, der sehr genau misst. Die ganzen Baumarkt-Dinger von Amazon und Co. kannst du echt vergessen. Das ganze läuft über einen Näherungssensor mit IR-Signal.

Hier mal ein paar Ausschnitte der Testmessungen:

 

Um die Genauigkeit zu verifizieren, habe ich verschiedene Lüfter und Geschwindigkeiten vorher gemessen und am PC gegengeprüft. Zusätzlich habe ich die Messung mit 240fps aufgenommen, um später in Super Slo-Mo den Wert zu überprüfen. Genauigkeit war absolut wichtig in dem Fall. Deswegen habe ich meine Ergebnisse doppelt und dreifach gegengeprüft. Der Drehzahlmesser ist auf jeden Fall sehr genau. Über 5.000 rpm konnte ich problemlos messen.
 

Am Code hab ich ein Weilchen gesessen, funktioniert aber Top. Fall's den brauchst, sag einfach bescheid. Der Sensor kostet nur wenige Euros. Ich wollte da jetzt kein eigenen Thread für aufmachen, weil das Legion-Thema den Leuten hier schon ziemlich auf den Keks geht. Da du aber gerne bastelst (nehme ich an), könnte es für dich durchaus nützlich sein. Für Standbohrmaschine und andere Gerätschaften usw. ist das auch sehr praktisch.

[MrUniverse]

@Sk0b0ld Also erstmal vielen Dank für deinen Senf und die gewohnt konstruktive Kritik. 

vor 10 Stunden schrieb Sk0b0ld:

Ist das genaue Mischungsverhältnis bekannt? Ich frage, weil du schreibst, dass es zu "einem sehr großen Teil" aus Gallium besteht. Ist das deine Vermutung oder gibt's da konkrete Zahlen?

Nein das genaue Mischungsverhältnis kenne ich nicht. Das hat Roman mal ein einem seiner Videos so gesagt. Der steckt bei TG mit drin - daher habe ich das mal ohne genaue Zahlen zu kennen für bare Münze genommen.

vor 10 Stunden schrieb Sk0b0ld:

Gallium (40,6 Wm/K)

Da hast du natürlich recht. Notiz an mich: Finger weg von Wikipedia.

vor 10 Stunden schrieb Sk0b0ld:

1. Es gibt für WLPs und LM kein standardisiertes Messverfahren, welches von unabhängigen Institutionen durchgeführt wird. Jeder Hersteller kann das Messverfahren so gestalten, dass das eigene Produkt besonders gut abschneidet. Hab diesen Punkt auch schon bei den Wärmeleitpads angekreidet.

Genau! Das ist mit einer der Hauptgründe, wieso ich das mache. Grundsätzlich sind die Werte nicht das Problem. Ich habe alle Parameter meiner Messungen veröffentlicht. Somit sollten meine Werte einen verlässlichen Vergleich bieten, da ich alle Pasten gleich teste. 

vor 10 Stunden schrieb Sk0b0ld:

Arctic's alte MX-4 WLP ist mit 8,5 W/mK angegeben, TG Carbonaut Pad mit 62,5 W/mK

Ohne das zu überprüfen kann ich dir natürlich nicht sagen, ob die Angeben stimmen. Doch die Angaben könnten sehr gut passen. Ein Pad (auch so ein Carbon Ding) ist dicker als die WLP-Schicht. Denk an die Einheit: W/m*K oder auch W*m/m²*K -> Das bedeutet die Fläche wirkt sich positiv auf die Wärmeleitung aus, die Dicke der Schicht negativ! Also kann der spezifische Wärmeleitwert zwar höher sein, aber durch die höhere Schichtdicke ist die Bilanz des Wärmeübertrags bei der dünneren Paste höher. 

Und genau deshalb sind die W/m*K Werte nicht Sinnlos, sondern der Endverbraucher muss nur mit Ihnen umzugehen Wissen.

vor 10 Stunden schrieb Sk0b0ld:

3. Und der für mich wichtigste Punkt: Langlebigkeit.

Da bin ich ganz bei dir! In meinem PC habe ich, wie du weißt, eine Custom WaKü mit Hard Tubes. Da will ich auch nicht viel öfter ran als unbedingt nötig. Daher fand ich den Vorschlag von @captn.ko so gut, eine Probe einer guten Paste mal über eine längere Zeit stehen zu lassen und regelmäßig Test zu fahren. Aber mein Versuch soll auch nicht die "beste" WLP finden. Mir ist schon klar, dass da eine Reihe weiterer Faktoren reinspielen. Mit meinem Aufbau habe ich mir nur zum Ziel gesetzt, die Herstellerangaben der Wärmeleitfähigkeit in ein Verhältnis zueinander zu bringen. 

 

vor 10 Stunden schrieb Sk0b0ld:

Ja das ist richtig, aber als Benutzer, gerade im Notebook, hast du keinen großen Einfluss drauf. Der Anpressdruck und Abstand ist aufgrund mehrerer Faktoren vordefiniert.

Das stimmt. Meine diesbezügliche Bemerkung war aus rein technischer Sicht und nicht auf den praktischen Anwendungsfall bezogen. 

 

vor 10 Stunden schrieb Sk0b0ld:

Zähe Paste drückt sich halt kaum raus.

Leider lässt sich nur schwer sagen, ob die Schicht somit auch dicker wird. Die Messung eines so kleinen Spalts ist nicht so trivial. Ich habe auch mal gelesen, dass zu dünne Schichten von WLP auch schneller austrocknen und ihre Leitfähigkeit einbüßen. Klar hat der Anwender darauf auch keinen Einfluss, doch der Effekt ist schon interessant. 

 

vor 10 Stunden schrieb Sk0b0ld:

Noch ein kleiner OT-Beitrag

Cooles Thema auf jeden Fall. Dein Programm hätte vor ein paar Monaten tatsächlich geholfen.  Ich habe mit einem Hallsensor und umfänglich befestigten Magneten die Drehzahl meine Frässpindel gemessen. Funktioniert quasi genau so nur induktiv statt optisch.  

[Sk0b0ld]

vor 4 Stunden schrieb MrUniverse:

Leider lässt sich nur schwer sagen, ob die Schicht somit auch dicker wird.

Scheint beim L7 und L5P jedenfalls sehr gut zu funktionieren. Die geringe Verbesserung auf LM haben auch andere User bestätigt.

 

vor 4 Stunden schrieb MrUniverse:

Und genau deshalb sind die W/m*K Werte nicht Sinnlos, sondern der Endverbraucher muss nur mit Ihnen umzugehen Wissen.

und wie stellst du dir das genau vor? Nehmen wir mal drei WLPs mit drei unterschiedlichen Wm/K-Werten. Die werden am Ende relativ nah beieinander performen, obwohl die angepriesenen Wm/K-Werte sich deutlich unterscheiden. Du kannst das hier in gewisser Weise einheitlich testen, die Hersteller testen jedoch für sich und nur darauf kann sich der Verbraucher erstmal stützen.

Außerdem gehen immer mehr Hersteller den Weg, dass sie KEINE W/mK-Werte mehr für ihre Produkte angeben, weil genau das für den Endverbraucher nicht nützlich ist und die Hersteller sich da gegenseitig nur überbieten. Siehe Noctua, siehe Arctic. Statement Arctic zu der Thematik:

 

 

Wie gesagt, ich kritisiere nicht deine Arbeit, sondern lediglich die Angaben der Hersteller UND dass W/mK-Werte für den Verbraucher nicht wirklich nützlich sind. Zumindest nicht, solange es kein standardisiertes Verfahren gibt, an dem sich jeder Hersteller halten müsste, damit überhaupt die Grundlage geschaffen wird, sinnvolle Vergleiche anzustellen. Du testest unter immer den gleichen Bedingungen verschiedene Pasten. Ähnlich wie Arctic. Das ist dann schon was ganz anderes, deutlich aussagekräftiger. Einziges Problem wäre mich nur das Thema Langlebigkeit dabei.

 

vor 4 Stunden schrieb MrUniverse:

Nein das genaue Mischungsverhältnis kenne ich nicht. Das hat Roman mal ein einem seiner Videos so gesagt. Der steckt bei TG mit drin - daher habe ich das mal ohne genaue Zahlen zu kennen für bare Münze genommen.

und hier kommen wir wieder zu meinem eingangs erwähnten Problem mit den Wm/K-Werten. Also die, auf die sich der Verbraucher verlässt. Roman könnte Recht haben und der Gallium-Anteil überwiegt, aber dann würde der beworbene W/mK-Wert nicht hinhauen. Aus meiner Sicht ist das wieder reines Marketing von TG, weil es in dem Bereich auch Konkurrenzprodukte gibt, die auch einen hohen W/mK-Wert aufweisen. TG wirbt jedoch mit dem höchsten. Ist doch logisch, welches Produkt man tendenziell eher kauft.

 

vor 4 Stunden schrieb MrUniverse:

Denk an die Einheit: W/m*K oder auch W*m/m²*K -> Das bedeutet die Fläche wirkt sich positiv auf die Wärmeleitung aus, die Dicke der Schicht negativ! Also kann der spezifische Wärmeleitwert zwar höher sein, aber durch die höhere Schichtdicke ist die Bilanz des Wärmeübertrags bei der dünneren Paste höher. 

Mir ist das schon klar. Das war ein Beispiel, wie mit Zahlen geworben wird, obwohl andere Faktoren genau so entscheidend sein können. Deswegen hab ich dazu ergänzt, dass man sich darüber streiten kann, ob der Vergleich fair ist. Für mich persönlich aus den genannten Gründen schon. Viel dünner kannst du das Pad auch nicht machen, weil die Oberflächen im Allgemeinen viel zu uneben dafür sind. Einen gewissen Puffer als Toleranz brauchst du immer. Gibt ja auch noch andere Pads, die dann dicker und weicher sind.

[MrUniverse]

vor 44 Minuten schrieb Sk0b0ld:

und wie stellst du dir das genau vor?

Ich glaube wir reden ein bisschen aneinander vorbei. Ich beziehe mich nicht auf die Angaben der Hersteller. Das ich von den nicht viel halte habe ich eingangs schon erwähnt. Und ein Wert allein trifft auch keine ausreichende Aussage. 

Ich denke jedoch, dass man bei Angabe aller Messparameter und drei Messbereichen (so wie ich meinen Versuch aufgebaut habe) schon eine Unterscheidung der Leistungsfähigkeit der verschiedenen Pasten treffen kann UND diese auch in W/m*K angeben kann. Angaben in so und so viel °C weniger zu treffen ist in jedem Fall ungenauer. 

vor 53 Minuten schrieb Sk0b0ld:

Du testest unter immer den gleichen Bedingungen verschiedene Pasten. Ähnlich wie Arctic. Das ist dann schon was ganz anderes, deutlich aussagekräftiger. Einziges Problem wäre mich nur das Thema Langlebigkeit dabei.

Genau. Das Thema der Langlebigkeit ist natürlich wichtig. Was bringen einem die besten (gemessenen) Leitwerte, wenn sie ein paar Wochen später schon wieder ganz anders aussehen. Auch das altern der Paste in der Verpackung würde mich interessieren. Bin schon gespannt, wenn die neue TG Paste kommt, wie die sich von der älteren Paste unterscheidet. 

 

Ich bestreite nicht, dass die W/m*K Angaben verwirrend sein können. Doch wenn man verlässliche Werte aus einem unabhängigen Test zum Vergleich nutzt und auch auf die Schichtdicke achtet (also Pasten mit Pasten und Pads mit Pads vergleicht), können diese Werte eine gute Hilfe bei der Wahl der richtigen Paste geben. Für eine fundierte Entscheidung für die "beste" Alltagspaste kommen natürlich noch Punkte wie Haltbarkeit und Preis hinzu. Ich habe mir mit meinem Test (vorerst) nur die reine Leistungsfähigkeit der Pasten vorgenommen. Was auch nicht uninteressant ist um die beste Leistung für z.B. Benchmarks herauszuholen. 

[Sk0b0ld]

vor 1 Stunde schrieb MrUniverse:

Ich beziehe mich nicht auf die Angaben der Hersteller. Das ich von den nicht viel halte habe ich eingangs schon erwähnt.

Ok, dann habe ich das in deinem Statement: "Und genau deshalb sind die W/m*K Werte nicht Sinnlos, sondern der Endverbraucher muss nur mit Ihnen umzugehen Wissen." wohl falsch interpretiert, weil ich davon ausging, dass du im Bezug auf den Endverbraucher, die Daten der Hersteller meinst. Sprich, an welchen Daten sich der Endverbraucher orientiert.

[Sk0b0ld]

@MrUniverse ist ja aktuell Thema bei dir:

 

Igor's Lab  - Untersuchung Wärmeleitpaste

 

[MrUniverse]

Moin zusammen,

nachdem Arctic ja eine Weile Lieferprobleme mit der MX-5-Paste zu haben schien, konnte ich mir vor ein paar Wochen endlich eine Tube kaufen. Heute habe ich dann auch endlich mal die Zeit gefunden sie zu testen.

Vorweg: Ich habe nach den letzten Tests die Paste von TG die am besten abgeschnitten hat, wieder in dem Prüfstand aufgetragen und bis heute drauf gelassen. Zusätzlich habe ich die Paste jeden Tag (außer letzte Woche, da war ich im Urlaub) auf 100°C hochgeheizt und wieder abkühlen lassen, um den Betrieb im PC zu simulieren. Dabei habe ich natürlich gemessen. Am 25.03. war es dann so weit, dass die Paste angefangen hat schlechter zu leiten. Da habe ich zum ersten Mal Werte gemessen, die nicht mehr mit der Messtoleranz erklärbar waren. Und seit dem 17.05. tut sich da nicht mehr viel. Ich hätte die Paste gern noch länger drauf gelassen, aber ich wollte die Arctic MX-5 ja noch testen. 

Wärmeleitmittel	20°C bis 35°C	20°C bis 50°C	20°C bis 100°C
Luftspalt (0,01mm)	0,17 W/m*K	X	X
Thermal Grizzly (0,05mm) alt aber noch flüssig	7,03 W/m*K	4,24 W/m*K	1,68 W/m*K
Thermal Grizzly (0,05mm) alt nach 5 Monaten	3,71 W/m*K	1,51 W/m*K	1,49 W/m*K
Thermal Grizzly (0,05mm) neu aber hart	2,40 W/m*K	1,48 W/m*K	1,48 W/m*K
Motoröl 15W40	0,48 W/m*K	0,38 W/m*K	0,24 W/m*K
Industriepaste	3,58 W/m*K	1,97 W/m*K	1,32 W/m*K
Arctic MX-5	6,51 W/m*K	2,18W/m*K	1,39 W/m*K

Zur Erinnerung: TG habe ich zwei mal getestet. Einmal eine ältere, dafür noch sehr flüssige Paste und eine, die relativ neu war aber aus irgendwelchen Gründen schon sehr verhärtet. Die alte, flüssigere Paste hatte damals deutlich besser abgeschnitten. 

Jetzt kann man bei der Messung der Paste sehen, dass sich die Wärmeleitfähigkeit schon stark verschlechtert hat und ist schon bald vergleichbar mit der neueren aber harten Paste. 

Die Arctic MX-5 siedelt sich etwas unter der guten TG an, was ich auch so erwartet habe. Jetzt bin ich sehr gespannt, wie sich die Paste nach fünf Monaten schlägt. Ich lasse sie jetzt erstmal auf dem Prüfstand und werde wieder jeden Tag auf 100°C heizen. 

 

PS.: Die MX-5 war im vergleich zu der besseren TG etwas härter von der Konsistenz. Würde mich mal interessieren, ob ihr das aus Erfahrung bestätigen könnt oder ob ich eine schlechte Charge erwischt habe. 

[Sk0b0ld]

vor 5 Stunden schrieb MrUniverse:

PS.: Die MX-5 war im vergleich zu der besseren TG etwas härter von der Konsistenz. Würde mich mal interessieren, ob ihr das aus Erfahrung bestätigen könnt oder ob ich eine schlechte Charge erwischt habe.

Höchstwahrscheinlich eine schlechte Charge. Hatte mittlerweile drei 8g Tuben hier. Zwei waren in Ordnung, die dritte war eher ein Reinfall. Arctic hatte später dann selbst einen Rückruf von der MX-5 veranlasst, weil es Probleme mit einigen Chargen gab.

 

https://www.hardwareluxx.de/index.php/news/hardware/kuehlung/57946-arctic-ruft-einige-chargen-von-mx-5-waermeleitpaste-zurueck.html

 

Mein letzter Kenntnisstand ist, dass Arctic die MX-5 nicht mehr ins Programm aufnimmt (EOL) und erstmal bei der bewährten MX-4 verbleibt. Mal gucken, vielleicht kommen sie mit einer verbesserten Version wieder. In den Systemen, wo die MX-5 drin ist, arbeitet die Paste nach wie vor ganz gut.

[MrUniverse]

vor 13 Stunden schrieb Sk0b0ld:

Höchstwahrscheinlich eine schlechte Charge. Hatte mittlerweile drei 8g Tuben hier. Zwei waren in Ordnung, die dritte war eher ein Reinfall.

Hattest du die dann auch verwendet oder garnicht erst benutzt? Falls ja, war die Performance merklich schlechter?

Denn trotz der eher festen Konsistenz der MX-5 war sie in der Performance wie erwartet nur leicht unter der TG Paste. 

[Sk0b0ld]

vor 9 Stunden schrieb MrUniverse:

Hattest du die dann auch verwendet oder garnicht erst benutzt? Falls ja, war die Performance merklich schlechter?

Ich habe es verwendet, zumal es für ein System war, wo jetzt nicht jedes Grad zählt. Die Paste war in dem Fall recht zäh und es kam zwischendurch einfach eine Art Flüssigkeit raus. Als ob die Bestandteile nicht richtig miteinander vermengt waren (schwer zu beschreiben). Hab das ganze auf dem IHS einfach wieder zusammengerührt und den Kühler draufgepackt. Konnte jetzt nichts negatives in der Kühlperformance feststellen.

[MrUniverse]

Ja genau so war es bei mir auch. Hab das jetzt genau so gemacht. Schreibe die Tage nochmal was in den Eigenbau Thread.