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CPU-Kühler plan schleifen


Einleitung

Hersteller von Prozessorkühlern sorgen mit immer ausgefeilterer Technik, großen Kühlflächen und massig Heatpipes dafür, dass ihre Produkte möglichst viel Wärme abführen können. Doch ein wichtiger Faktor bei der Kühlung spielt sich unterhalb des Kühlers ab, nämlich da, wo die erzeugte Hitze vom Prozessor den Weg zum Kühler finden muss. Um dafür zu sorgen, dass dieser Weg möglichst kurz ist, kann sich der Griff zum Schleifpapier lohnen.

Warum überhaupt planschleifen?

Ganz einfach: Das Planschleifen (im Englischen "Lapping") wird gemacht, um tiefere Prozessortemperaturen zu erreichen. Somit gehört es in den Bereich des Overclocking und kann dann nützlich sein, wenn hohe Temperaturen das weitere Anheben des Prozessortaktes riskant machen würde. Meist wird in erster Linie der Heatspreader auf dem Prozessor plangeschliffen. Da es etwas heikler ist einen hunderte Euro teuren Prozessor mit dem Schleifpapier zu bearbeiten, sehen wir uns erst einmal die Wirkung eines Schliffs am CPU-Kühler an. Das Lapping am Prozessor folgt im zweiten Teil dieses Guides.

Theoretisches

Im folgenden soll kurz und knapp die Theorie hinter dem Planschleifen erläutert werden.

Bekannterweise erhitzen sich die Prozessorkerne im Betrieb. Ohne Kühlung würden die Prozessoren immer heißer werden, bis die internen Strukturen zu schmelzen beginnen, was den Hitzetod der Hardware bedeuten würde. Die Kühlung funktioniert dadurch, dass die entstehende Hitze auf eine größere Fläche abgeführt wird, wo sie an die Luft abgegeben werden kann. Heatpipes und Materialien wie Kupfer und Aluminium sind ideal dazu geeignet Hitze abzuführen, da sie eine hohe Wärmeleitfähigkeit haben. Luft hingegen, hat eine geringere Wärmeleitfähigkeit, weswegen die Hitze über große Flächen (Kühllamellen) und meist mit Unterstützung von aktiven Lüftern an die Luft abgegeben wird.

Der Knackpunkt an der Sache ist die Kontaktstelle zwischen dem Kühlkörper und der Hitzequelle. Stellt man einfach zwei Metallflächen aufeinander, so wird es dazwischen sehr viele kleine und große Unebenheiten haben; in den entstehenden Lücken hindert ein Luftpolster die optimale Hitzeübertragung.
Auch wenn es mit dem Auge so aussieht, als ob Kühlerfläche und CPU perfekt aufeinander zu liegen kommen, ist es häufig so, dass es auf den Kontaktflächen kleine (Mikro-) Unebenheiten gibt. Effektiv Metall auf Metall besteht also nur an wenigen Stellen Kontakt.
Dafür gibt es natürlich die Wärmeleitpaste (im Bild blau). Sie ist dazu da, eben solche Unebenheiten auszugleichen, so dass statt Luft nun Wärmeleitpaste in den Zwischenräumen ist, was die Wärmeübertragung verbessert. Es kann aber vorkommen, dass die Wärmeleitpaste nicht in alle Mikrounebenheiten vordringt und an gewissen Stellen trotzdem noch Luftpolster vorhanden bleiben. Das hängt a) von der Flächenbeschaffenheit der Kühlkörper, b) von der verwendeten Wärmeleitpaste und c) vom Geschick, mit dem die Wärmeleitpaste aufgetragen wurde ab.
Neben den oben beschriebenen Mikrounebenheiten ist es auch sehr häufig der Fall, dass CPU und/oder Kühler grössere (Makro-) Unebenheiten aufweisen. So ist es bei Intel-Prozessoren häufig der Fall, dass diese konkav sind, also eine Vertiefung in der Mitte aufweisen. So kommt der Kühler an den Rändern in Kontakt mit der CPU und in der Mitte muss Wärmeleitpaste für Kontakt sorgen. Je dicker die Schicht Wärmeleitpaste zwischen den Metallteilen, desto schlechter die Wärmeübertragung.

Der Sinn hinter dem Planschleifen ist also zum einen diese Makro-Unebenheiten zu beseitigen sowie die Kontaktflächen komplett eben zu machen und zum anderen die Mikro-Unebenheiten auf ein Minimum zu reduzieren. Gelingt dies, besteht danach zwischen den Kühlkörpern grossflächig Metall-auf-Metall-Kontakt und die Hitze muss nur durch eine sehr dünne Schicht Wärmeleitpaste geleitet werden.

Ziel:

Vorbereitung

WARNUNG: bei den hier beschriebenen Arbeiten geht die Herstellergarantie verloren. Außerdem besteht die Gefahr, die Hardware permanent zu beschädigen. Es gibt keine Garantie, dass das Schleifen auch zu den erwünschten Resultaten führt. Alle Arbeiten geschehen auf eigenes Risiko!

Folgendes Material wird für das Lapping benötigt:
- Schleifpapier
Wir verwenden Schleifpapiere mit den Körnungen 400, 600, 800 und 1000. Schleifpapier mit solch feiner Körnung ist meist Nassschleifpapier, kann aber problemlos auch ohne Flüssigkeit benutzt werden.
- Eine Glasplatte
Die Glasplatte wird als Arbeitsfläche unter dem Schleifpapier verwendet. Es kann auch ein Spiegel oder eine sonstige Platte verwendet werden, vorausgesetzt sie ist absolut plan (eine Tischplatte mag plan aussehen, ist es aber ziemlich sicher nicht).
- Reinigungsmittel
Wir verwenden das ArctiClean Reinigungskit, welches speziell zum Entfernen von Wärmeleitpaste und Reinigen von Kühlerflächen konzipiert ist. Wenn ein gebrauchter Kühler verwendet wird, muss natürlich die Wärmeleitpaste entfernt werden. Auch bei neuen Kühlern muss am Schluss die geschliffene Fläche gereinigt werden, bevor der Kühler eingesetzt wird. Es eignen sich die meisten Alkohol-Reiniger wie zum Beispiel Isopropanol, welches an jeder Tankstelle und in Apotheken erhältlich ist.
- Klebeband, zum Befestigen des Schleifpapiers an der Glasplatte.
- Eine Rasierklinge, ein Haarlineal oder sonst etwas, mit dem man überprüfen kann, ob eine Fläche plan ist.
Zu guter letzt brauchen wir natürlich auch noch einen Kühler. Hier unser Opfer: ein Arctic Cooling Freezer 7 Pro.
Als erster Schritt wird das gröbste der Schleifpapiere mit Klebestreifen straff auf der Glasplatte befestigt.

Vorbereitung, 2. Teil
Der Abdruck auf der Wärmeleitpaste, der beim Entfernen des Kühlers sichtbar wird, zeigt bereits, dass die beiden Flächen nicht eben aufeinanderlagen.
Bei unserem Kühler müssen wir die Push-Pins, die zur Befestigung am Mainboard genutzt werden, entfernen bevor wir mit dem Schleifen beginnen können. Weil es zum Fotografieren einfacher ist, zeigen wir anhand eines bereits abmontierten Push-Pin, wie sich dieser auseinandernehmen lässt.
Eine kleine Plastikstrebe hält die beiden Einzelteile des Push-Pin zusammen, mit einem spitzen Instrument lässt sich dieses leicht aufhebeln.
Der obere Teil lässt sich so problemlos vom unteren abheben. Werden die beide Teile wieder zusammengeschoben, klinken sie automatisch wieder ein.
Es sind CPU-Kühler erhältlich, die bereits eine sehr ebene und auf Spiegelglanz polierte Kontaktfläche haben. Bei einer grossen Zahl Kühler sind aber noch feine Schleifspuren zu sehen und die Flächen sind nicht poliert. Beim Arctic Cooling Freezer 7 Pro ist uns aufgefallen, dass die Fläche besonders rau war. Somit mag dies ein besonders geeignetes Modell fürs Schleifen sein.

Schleifen
Es gibt zwei gängige Methoden für das Schleifen einer Kühlerfläche. Die erste besteht darin den Kühler in einer regelmäßigen Acht-Bewegung zu schleifen. Wir machen dazu eine Bewegung, die nur ein Teil des verfügbaren Platzes benötigt, damit wir noch ungebrauchten Platz zur Verfügung haben, wenn am Schleifpapier Abnutzungserscheinungen auftreten. Wichtig ist, dass man einen sanften, konstanten Druck auf den Kühler ausübt.
Die zweite Methode besteht darin immer in einer geraden Linie zu schleifen und den Kühler in regelmäßigen Abständen um 90 Grad zu drehen. Da der Kühler einen relativ hohen Schwerpunkt hat, fiel es uns leichter den Druck konstant zu halten, wenn wir in nur eine Richtung schleifen, weswegen wir uns für diese Methode entschieden.
Zu Beginn und in regelmäßigen Abständen während des Schleifens kann man mit Rasierklinge oder Haarlineal die Ebenheit der Fläche überprüfen. Dazu hält man die Klinge auf die Kühlfläche und setzt eine Lichtquelle dahinter. Wenn Licht unter der Klinge hindurchdringt, besteht dort noch eine Unebenheit. Überprüft man so beide Diagonalen und beide Geraden über die Mitte der Kühlerflächen und es dringt kein Licht unter der Klinge hindurch, so ist die Fläche plan.

Resultate
So sieht die Fläche nach längerer Bearbeitung mit dem 400er Schleifpapier aus. Wir kamen zum Schluss, dass eine gröbere Körnung für den ersten Anschliff besser gewesen wäre. Nachdem die gröbsten Unebenheiten abgeschliffen waren, wurden sehr feine aber tiefe Kerben in der Mitte der Kühlerfläche sichtbar und es brauchte einige Zeit, die restliche Kühlfläche weit genug abzuschleifen, bis diese nicht mehr sichbar waren. Leider waren die Kerben so fein, dass wir keine guten Fotos davon machen konnten. Diese Kerben waren ein Paradebeispiel für eine Mikro-Unebenheit in der Fläche, in die wahrscheinlich auch die Wärmeleitpaste nicht vordringen könnte.
So sieht die Fläche nach dem 600er-Schleifpapier aus. Der optische Unterschied zur vorherigen Körnung ist nicht sehr gross. Nach dem Grobschliff mit dem 400er-Papier benötigen alle weiteren Schliffe verhältnismäßig wenig Zeit. Hier muss nicht mehr beträchtlich Material abgetragen werden.
Hier die Fläche nach dem Durchgang mit dem 800er-Papier. Die Fläche ist nun bereits optisch deutlich glatter als im Original-Zustand. Bei den feineren Körnungen wird es sehr schnell sichtbar, wenn man ungleichmäßig Druck auf den Kühler ausübt, bis dahin hat man aber auch schon ein wenig Übung im Ausüben eines sanften aber konstanten Drucks während des Schleifens.
So sieht nun die Fläche nach dem letzten Schliff mit dem 1000er-Papier aus.
Wie man hier sehen kann, hat die Fläche nun bereits leicht spiegelnde Eigenschaften. Das ist wirklich ein riesiger Unterschied zum ursprünglichen Zustand!

Temperatur

Der Kühler wurde auf einem Intel Core 2 Quad Q6600, der leicht übertaktet auf 2,8 Gigahertz läuft, getestet. Das verwendete Mainboard ist ein Asus P5KC.
Mit Prime95 werden alle vier Kerne während längerer Zeit komplett ausgelastet und die Höchstemperatur wird vor und nach dem Schleifen gemessen.

Nach dem Schleifen war diese Temperatur um 3°C tiefer als vorher. Das ist ein ganz anständiger Unterschied, der z.B. in diesem Kühler-Roundup bei den Temperaturwerten den Unterschied zwischen dem sechsten und dem ersten Platz ausmachen würde!

Genauere Beschreibungen zu den gemessenen Temperaturen folgen in Teil 2.

Fazit

Das Planschleifen des Kühlers war eine sehr lohnenswerte Aktion. Natürlich sind 3° nur dann wirklich nützlich, wenn man so weit wie möglich übertakten möchte und trotzdem sichere Temperaturen behalten will. Unser Testsystem wird allerdings nicht weiter übertaktet, da dies die Resultate zukünftiger Test-Benchmarks verzerren würde.

In Kürze folgt der zweite Teil dieses Guides, in dem wir die CPU mit Schleifpapier konfrontieren.

Zum Schluss nochmals ein direkter Vergleich der Kontaktfläche vor und nach dem Lapping:
Hier gehts zum zweiten Teil des Guides.
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Weitere Informationen

Dieser Artikel wurde von HESmelaugh verfasst.
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