6L ITX passiv Gehäuse (80-100W) Konzept

[Michael-Menten]

Passiv gekühlte ITX-Gehäuse gibt es fertig von der Stange zukaufen. Jedoch haben alle samt mindestens ein Problem: sehr teuer und oder Kühlung reicht nicht für einen Ryzen 7 5700G im Sommer (30°C Raumtemperatur).
Das Grundkonzept und die Größe steht fest während Details noch offen sind: 190x190x162mm (inkl. Standfuß). Dies entspricht einem Volumen von 5.8L. Gesammt Gewicht beträgt voraussichtlich 4,5 kG.

Spoiler

• Front-IO fehlt
• Thinkpad power connector + PCB fehlt (inkl. Anpassung der Power LED and die Umgebung und Zeit)
• CPU-Kühler muss überarbeitet werden
• Schrauben fehlen im CAD-Modell
• Kühlkörper Bohrungen noch nicht erstellt
• keine Belüftungsschlitze und oder Dämmung (Abwärme von Spannungswandlern, etc. aus dem Gehäuse bringen).

Spoiler: weitere Bilder

Das Herz des Gehäuses ist der 160x165x94 mm Aluminium-Kühlkörper. Alle Parameter grob Abgeschätzt sollte dieser fähig sein 100W bei 30°C im Hochsommer abzuführen.
Zum Vergleich ein Streacom FC8 (6L, 240x250x109 mm) hat einen ca. 109x240x37mm Kühlkörper spezifiziert auf 65W@20°C.

Mit dem Kühlkörper und Gehäuse ausgeblendet wird die Konstruktionsweise ersichtlich:
Der Kühlkörper wird mit einem 3 mm Blech sowie dem großen Kühlkörper verschraubt. Über Abstandshalter wird das Mainboard mit dieser 3mm Platte verschraubt. Anschließend wird die Bodenplatte mit den Standfüßen montiert. Im letzten Schritt wird die IO-angeschlossen sowie das Plastik-Gehäuse aufgesetzt und verschraubt.

Eines der noch nicht finalen Bauteile ist der CPU-Kühler. Aktuell ist es ein Headspreader angedacht, der mit der Backplate verschraubt wird und den Druck auf die CPU ausübt. Vier 6x3mm Heatpipes werden auf diesen Heatspreader gedrückt.
Ein 2mm Silkonpad fungiert dabei als "Feder" um ähnlichen Anpressdruck bei minimalen Höhenunterschieden zu gewährleisten.

Interessant wäre hier ggf. eine direct touch heatpipe. Dies würde 3mm Kupfer/Aluminium zwischen Heatpipe und CPU entfernen. Nachteil ist, dass die Heatpipes geklebt und Plangefräst werden müssten.
Weitere denkbare Modifikation wäre die stock AM4 Backplate mit einer custom Backplate zuersetzten, die es erlaubt die Schrauben auf die Rückseite des Mainboard zuverlegen. Aktuell sind nur 15mm Luft zwischen CPU-"Kühler" und großem Kühlkörper. Dies bedeuted:
1. Heatpipes am großen Kühlkörper befestigen
2. auf dem Mainboard die Baseplate verschrauben.
3. Mainboard montieren
4. Aluminium-Block aufsetzten und verschrauben (Heatpipes mit Heatspreader verbinden)

Optimierungsfähig ist ebenfalls die Anzahl der Schraubentypen. Diese liegt aktuell noch bei fünf.


Kostenschätzung

Platikgehäuse (SLA)	50​
PCB + ICs	20​
frontIO	25​
Kühlkörper (gebraucht)	30​
Heatpipe	20​
Halbzeug	20​
Fräsen (Verschleiß)	10​
Summe:	175​

Komerziell erhältliche Produkte (gerundete Preise):
InterTech IP-60 & IP-3 (70W*): 100€
Streacom DB1 (45W): 110€
Streacom FC8 (65W): 150€
Akasa Euler S (35W) inkl. Netzteil: 180€
Streacom DB4 (105W): 350€

Auf den ersten Blick ist das Gehäuse im Vergleich zum InterTech IP-60/IP-3 teuer. Jedoch scheinen die 70W sehr optimistisch angesetzt zu sein. Die wirkliche Kühlleistung scheint sich bei der hälfte der angegebenen TDP zu liegen.
Somit wäre der wirkliche Vergleich wäre ein Streacom FC8. Wird die front-IO identisch zum FC8 gewählt und ein normales 12V picoPSU verwendet liegen die Kosten unterhalb eines FC8 bei vermutlich besserer Leistung (135€). In der jetztigen Konfiguration halten sich die Mehrkosten in Grenzen trotz USB-C 10gbit/s (15€), customPCB (20€+5€).
Sofern ein Drucker sowie das Halbzeug vorhanden ist und die Bauteile/PCBs mitbestellt werden können sinkt der Preis merklich.

Schlussworte
Feedback und Verbessrungsvorschläge sind willkommen. Noch ist es ein virtuelles Modell und alles bis auf den Kühlkörper kann angepasst werden.
Anghängt ist die Assambly ohne Mainboard und picoPSU (STEP-file im ZIP-Archive: aMain-clean-01.zip).

 

[GM206]

Kommt darauf an was du Beruflich machst ansonsten zahlst dafür sehr sehr viel.

175€ niemals.

Edit:
Als Gehäuse würde POM verwende wegen der Hitze und Nähe zum Kühlkörper

 

[lazsniper]

als einzelstück mach deinen preis mal 20 oder mal 30, dann kommst du grob hin

außer du bist in einer industrie tätig, in der du zugriff auf die notwendigen maschinen hast.

 

[GM206]

Nicht mal dann ich hab Zugriff darauf aber ich sage aus dem Stehgreif mal 300+

Materialkosten intern abgerechnet ohne Reststücke zu verwerten:
Kunststoff 30€
PCB 8€ (zukauf)
Heatpipe 20-25€ (zukauf)
Alublock aus Vierkannt Strang und Flachprofil 20€ + 6€
Alublech 10€
Kupferblock 40-50€ (Größe geschätzt)
Messing Stangen als Abstandshalter 4€
Schrauben 4€
Leitpads 20€

ca. 163€

 

[Michael-Menten]

@GM206 3D-Druck mit Harz/SLA bei JLC geht ab 7cent/g los. Bei 300g sind das ca. 21€ zzgl. Versand und Steuer. Auf dem heimischen FDM liegst du mit günstigen Material bei 20€/kg (Polypropylen) musst dafür aber auch schleifen. 6mm Wandstärke dürfte auch nicht notwendig sein. d.h. da kann man noch mal ordentlich sparen.
Hitze wird ein Problem. Solange das unter 60°C Umgebungstemperatur bleibt kann ich damit leben, zumal alle Mainboards heutzutage Polymer anstelle von Elkos verwenden.

Heatpipe in China sind unter 4€ das Stück.
Leitpads? 2€. Das Zeug muss kein softPGS sei. Wärmeleitung ist unwichtig.

Das Halbzeug welches ich rumliegen hab ist alles samt Reststücke oder aus Betriebsaufgaben. Zuletzt für ca. doppelten Schrottpreis gekauft.
Die Abmessungen der Teile sind nicht zufällig, sondern passen zu dem was ich hier liegen habe.

Die Messing Stangen als Abstandshalter sind 0815 Bauteile. Die langen Teile sind 11 cent das Stück bei einer Abnahme von 5 Stück. Fertig mit Gewinde. Die kurzen 3 cent/Stück.

Kühlkörper hatte ich Monate lang geschaut bis dieser hier auf getaucht ist. Dieser neu würde vermutlich die kosten verdoppeln.

außer du bist in einer industrie tätig, in der du zugriff auf die notwendigen maschinen hast.

Alu Fräsen ist jetzt nicht kompliziert. Meine CNC müsste so grob bei 500-1000€ liegen (40kG Rahmen/Mechanik Gebraucht, Rest teilweise modernisiert) mit 20x20x10cm Arbeitsgröße. Gibt auch Leute die sowas auf MPCNC Fräsen. Fräser selbst gibt es zum guten Kurs in China in brauchbarer Qualität.

 

[GM206]

Fräser selbst gibt es zum guten Kurs in China in brauchbarer Qualität.

Damit bin raus, das zeigt einfach nur das du keine Ahnung hast.
Ein HSS, HM, VHM etc. Fräser kostet hier bei uns gleich viel wie in China.

Aber ich wünsch dir schon mal viel spass mit billig Gelumpe in brauchbarer Qualität Kupfer zu fräsen,
auf einer Hobby CNC. 🤣


Die Heatpipes biegst du dann bestimmt über ein Rohr und kannst sie direkt in den Schrott werfen.

 

[Michael-Menten]

@GM206 Auch irgendwas sinnvolles anstelle von Vermutungen?

 

[andimo3]

Versuch macht klug und so… Aber wenn du schon oben paar Kühlrippen herausschauen lassen willst, konzeptioniere doch ein Gehäuse um den Noctua NH-P1 herum. Was besseres wird es für die Abmaße kaum geben.

Dein Alu-Lamellenkühler wird keine 100W abführen können wie du es dir vorstellst.
Die 100W wären möglich, wenn diese gleichmäßig auf seine gesamte Fläche verteilt werden, aber mit deiner Heatpipe Konstruktion landen die auf evtl. 1/4 seiner Fläche.
Als Vergleich: Arctics Alpine am4 passive ist für 47W spezifiziert. Ungefähr da schätze ich deinen Selbstbau auch ein, evtl weniger durch mehr Übergänge.

 

[Michael-Menten]

konzeptioniere doch ein Gehäuse um den Noctua NH-P1 herum.

Im GN test kommt der auf maximal. 68W (70°C dT).

Die 100W wären möglich, wenn diese gleichmäßig auf seine gesamte Fläche verteilt werden, aber mit deiner Heatpipe Konstruktion landen die auf evtl. 1/4 seiner Fläche.
[...] Arctics Alpine am4 passive ist für 47W spezifiziert. [...] evtl weniger durch mehr Übergänge.

Die ganzen Abschätzungen sind für eine flächige Wärmeverteilung (Rechnung liegt über deutlich 100W aber das dürfte wirklich unerreichbar sein) und ja der Kühler ist nicht perfekt für einen passiven Betrieb (Finnabstand zu klein).
Heatpipes in zwei Richtungen Biegen werde ich nicht hinbekommen bzw. das tooling wird zu kompliziert. Daher müssen die leider alle samt in der Mitte laufen.
Zum Alpine passive: Der ist ca. 1/4 der Grundfläche von dem Kühler.

Was geht:
1. Heatpipes in den Kühler einlassen (12mm Basis/"Grundplatte" ist dick genug) und mit epoxy verkleben zur besseren Wärmeverteilung gibt es komerziell und scheint gut zu funktionieren.
Jedoch habe ich keinen Zugang zu einem surface grinder. Die Oberfläche die ich an der Fräse Planfräse wird somit schlechter sein als der aktuelle Zustand des Kühlers.

d.h. die Heatpipes quer zur bessern Verteilung zu verwenden ist eine schlechte Idee.
schwarz: Kühler
rot: heatpipes von der CPU kommend
mehrfarbig: eingelassene heatpipes

Was ginge wäre parallel dazu eine Heatpipe in U-Form einlassen

oder ca. 3-4 in L-Form

evtl weniger durch mehr Übergänge.

Alternativ könnte man die Heatpipes mit einem Al-PCB verlöten (zwei 1.6mm PCBs auf aufeinander gelegt) und die Heatpipes direkt auf den AM4-Heatspreader auflegen.
Die Oberfläche wäre entweder ENIG ("weich" Gold) oder HASL. Bleihaltig fällt allein schon wegen dem 138°C Lötzinn flach. Somit bliebe ROHS HASL übrig oder blankes Kupfer auf Kupfer verlöten.
Muss man Heatpipes vor dem Löten mit Reduktionsmittel bearbeiten oder reicht das Flussmittel im Elektroniklot aus?

Das zweite PCB hätte dann die vier Mutter verlötet und ähnlich wie beim Arctic könnte dies von der Rückseite verschraubt werden. Weiter Vorteil es wären metrische Schrauben anstelle von den UNC.

Was ich mich beim Arctic Kühler Frage: Welche Funktion hat die AM4 backplate? Bisher dachte ich die wäre tragend, damit sich das PCB/Bauteile nicht verbiegen unter dem Anpressdruck. Der Arctic Kühler verschraubt jedoch den Kühler direkt ohne Backplate.

 

[andimo3]

und wer soll dir die ganzen Heatpipes biegen?
Möchtest du da in einer chinesischen Fabrik anfragen dass die die eben so mal etwas im Einstelligen Bereich bauen? Nää
Deine Finnenkühler wird null reichen. Was meinst du warum Noctua mehr Heatpipes nutzt um die Wärme zu verteilen und auf die Rippenanordnung setzt, auf die sie setzen? Für das Design haben sie Jahre für die Optimierung gebraucht.
Vor einigen Jahren habe ich bei einem Arbeitgeber für den industriellen Bereich (ein Bereich wo übl. 30 - 40° herrschten) passive Computer gebaut. 19", 4HE, ca. 50cm tief. Da hing dann auch ein Rippenkühler an der Seite. circa 175x450
Die CPU war mit dem Kühler per Heatpipes verbunden, 4 Stück, und die waren sehr gleichmäßig verteilt. Mehr als 35W (Core i T-Serie) waren einfach nicht ohne Überhitzung drin. Hatte zum Testen jedes Computers der an Kunden ging eine Wärmekammer für die Protokollierung angefertigt.

Ich mein.... Testen kannste auch... Bau einen Prototypen mit einem großen Rippenkühler von der Stange, flansch den auf deinen Ryzen und pack das bei 50° Umluft mit einem Raumthermometer in deinen Backofen.
Dann kannst du weiter überlegen, ob das was wird oder nicht

Alternative fürn Hochsommer: NH D15S mit 600 Umdrehungen... genauso unhörbar