Projekt GPU-Kühler im Eigenbau: Lüfterloser SFF-PC

Hallo zusammen!

Ich bin langjähriger Leser von CB und habe mich hier angemeldet, um ein Moddingprojekt vorzustellen: Ein passiv gekühlter PC mit selbst entwickelter Kühllösung für die Grafikkarte. Geplant ist das Projekt schon seit mehreren Jahren, nach Rückschlägen bei der Umsetzung steht es jetzt aber endlich kurz vor der Fertigstellung. Die Bauteile für den GPU-Kühler sind bei einem Auftragsfertiger geordert und nach deren Eintreffen wird der PC zusammengeschraubt.

Montage und Tests möchte ich in diesem Thread präsentieren. Neben der Dokumentation der Fortschritte in neuen Posts, soll in diesem Startbeitrag eine Gesamtübersicht entstehen. Ich hoffe, dass sich in diesem Forum voller Hardware-Enthusiasten ein paar interessierte Leser finden. Viel Spaß!

Inhalt​

1. Auswahl der Hardware
2. Kurzer Projektrückblick (geplant)
3. Netzteilhalterung und SSD-Käfig (geplant)
4. GPU-Kühler (geplant)
5. CPU-Kühler (geplant)

1. Auswahl der Hardware​

Ausgangspunkt für das Projekt ist das SFF-Gehäuse FC9α von Streacom, das über zwei integrierte Radiatoren ein passives Kühlen der Hardware im Inneren ermöglicht. Herstellerseitig vorgesehen ist dabei die Kühlung der CPU und eines Netzteils. Für die GPU musste ich jedoch eine individuelle Lösung entwickeln, die zudem weitere Anpassungen am Gehäuse erforderte. Aufgrund der der passiven Kühlung ist die Auswahl der Hardware eingeschränkt, allzu viel thermische Leistung kann nicht abgeführt werden.

CPU​

Beim Prozessor sind deswegen Modelle oberhalb der Klasse von 65 W TDP ausgeschlossen. Verbauen möchte ich einen AMD Ryzen 9 7900, fürchte allerdings, dass dessen Leistungsaufnahme von maximal 88 W etwas überambitioniert ist und bei Dauerlast eine Begrenzung erfordert. Ideal wäre eine CPU aus der Business-Sparte, wie der Ryzen 7 Pro 8700GE, der sehr effizient bei einer TDP von 35 W arbeitet. Allerdings ist das Modell für Endkunden kaum verfügbar und hat ein ziemlich ungünstiges Preis-Leistungs-Verhältnis.

GPU​

Die Grafikkarte muss selbstverständlich ebenfalls stromsparend sein und sollte sich mit den 75 W begnügen, die der PCIe-Slot maximal zur Verfügung stellt. Zudem wird die Auswahl hier noch weiter limitiert, da nur Low-Profile-Karten ins FC9α passen. Im Consumer-Markt werden hier schon seit längerem fast keine interessanten Modelle mehr angeboten, aktuell kämen zumindest einige Low-Profile-Versionen der GeForce RTX 3050 in Frage. Noch mehr als beim Prozessor finden sich die wirklich attraktiven Modelle im professionellen Segment, wie die kürzlich von NVIDIA vorgestellte RTX PRO 4000 Blackwell SFF. Allerdings sind die aufgerufenen Preise extrem. Entschieden habe ich mich letztlich für eine PNY RTX A2000 6GB, die ich einigermaßen günstig als Gebrauchtkarte aus dem Mining erwerben konnte. Je nachdem wie gut der selbst konstruierte Kühler funktioniert, gibt’s vielleicht irgendwann ein Upgrade.

Stromversorgung​

Eine weitere Herausforderung bei der Zusammenstellung ist die Stromversorgung. Das Streacom FC9α bietet keine Aufnahme für standardisierte Netzteile irgendeines Formfaktors. Stattdessen kann ein proprietäres Modell von Streacom selbst verbaut werden, das aber mit genau dem Radiator verschraubt wird, über den die Grafikkarte gekühlt werden soll. Als Alternative werde ich ein HDPLEX 300W HiFi DC-ATX verwenden, das mit hohen Umgebungstemperaturen bis 80 °C problemlos zurechtkommt. Da es sich dabei allerdings um einen reinen DC-Wandler handelt, ist zusätzlich dessen Versorgung über externes Notebooknetzteil erforderlich.

Übersicht der gesamten Hardware​

Die Hardware für den PC ist bereits gekauft, getestet und wird teilweise schon verwendet. Die vollständige Liste aller Komponenten, die in den neuen PC wandern sollen:

Gehäuse: Streacom FC9α
Stromversorgung: HDPLEX 300W HiFi DC-ATX mit 250 W Notebooknetzteil von Dell
Mainboard: ASRock B650E PG-ITX WiFi
Prozessor: AMD Ryzen 9 7900
Arbeitsspeicher: Kingston KF560C30BBEK2-64
Massenspeicher: Samsung 990 Pro 4 TB
Grafikkarte: PNY RTX A2000 6GB

2. Kurzer Projektrückblick​

(wird ergänzt)

3. Netzteilhalterung und SSD-Käfig​

(wird ergänzt)

4. GPU-Kühler​

(wird ergänzt)

5. CPU-Kühler​

(wird ergänzt)

 

[Axxid]

Passend gewählter Nutzername. Bin mal auf das Endergebnis gespannt.

 

[SpiII]

Sehr interessant. Habe selbst nichts mit Modding oder Eigendesigns zutun, aber bin sehr gespannt.

P.S.: Bilder kannst du gerne als Miniatur-/Vorschaubild einfügen.

 

[Akito2x]

Guten Tag
Kann man die Heat Pipes anderst herum drehen, damit sie nicht mit etweiligen Pci Karten kollidiren?
In Fall dieses Gehäuses sogar mit dem Neztteil kollidieren.
Nach oben, in richtung Seitenwand (Deckel) ginge auch, ist ein mal weniger biegen.

Viel Erfolg

 

[Kernschmelze]

Da bin ich auch sehr gespannt! Mal sehen, ob und wie das funktioniert...
Leider ist noch ein bisschen Geduld gefragt, die Teile für den Kühler werden vermutlich erst in 3 bis 4 Wochen eintreffen.

P.S.: Bilder kannst du gerne als Miniatur-/Vorschaubild einfügen.

Danke für den Tipp! Als Titelbild/Gesamtübersicht gefällt mir die erste Grafik in groß ganz gut, bei weiteren Bildern werde ich das aber machen.

Kann man die Heat Pipes anderst herum drehen, damit sie nicht mit etweiligen Pci Karten kollidiren?

Guter Punkt! Ja, das geht und wäre prinzipiell auch die bessere Orientierung. Im Weg ist mir dabei aber ein Käfig für 2.5"-SSDs, den ich ins Gehäuse gebaut habe. Dazu liefere ich demnächst noch Bilder.

Das Gehäuse habe ich schon seit einer Weile, damals waren M.2-SSDs gerade erst im Kommen und noch vergleichsweise teuer, weshalb es mir sinnvoll erschien, Platz für ein paar 2.5"-SSDs zu haben. Heute würde ich das nicht mehr so machen, aber aktuell möchte die SSDs noch weiternutzen. Außerdem werde ich ein ITX-Mainboard einbauen, weitere PCIe-Slots stehen mir darauf ohnehin nicht zur Verfügung. Kann aber sein, dass der SSD-Käfig irgendwann rauskommt, dann würden die Heatpipes bei einer möglichen weiteren Iteration andersherum eingebaut.

Die Idee, die Heatpipes an den Deckel zu legen ist auch interessant. Ich vermute allerdings, dass die Konvektion an der horizontalen Fläche des Deckels nicht ausreichen wird, um die Grafikkarte zu kühlen. Für Bauteile mit weniger Verlustleistung wäre es aber eine Option. Ich spiele auch mit dem Gedanken, die Samsung 990 Pro auf der Rückseite des Mainboards zu verbauen, um sie über den Gehäuseboden zu kühlen. Zumindest wenn sie im Steckplatz auf der Oberseite von der Abwärme der anderen Komponenten zu sehr gekocht wird.

 

[Kernschmelze]

Bevor die gefrästen Kühlerteile ankommen, gibt’s hier schon mal einen Blick auf den Stand bei den Heatpipes. Die müssen umgeformt werden, womit ich schon vor ein paar Wochen begonnen habe. Tatsächlich war das auch der Startschuss, um den Rest des Kühlers fertigen zu lassen. Denn bevor ich mir nicht sicher war, dass ich die Heatpipes vernünftig biegen kann, wollte ich für die restlichen Komponenten kein Geld ausgeben.

Zum Formen der Heatpipes habe ich zwei maßgeschneiderte Werkzeuge entworfen: Eine Biegezange, die an ein Modell auf Thingiverse angelehnt ist. Und eine Spannvorrichtung, in der die Heatpipes bei der Umformung präzise ausgerichtet werden können.

Biegezange​

Auf dem FDM-Drucker eines Freundes sind die Hauptkomponenten der Biegezange entstanden. Sie werden mithilfe einer Schraube verbunden, die zugleich als Gelenkachse dient. Zwei Rundstangen lassen sich als Griffe in die gedruckten Teile einsetzen. Mit der Zange können die Heatpipes prinzipiell stufenlos um einen Radius von 27 mm gebogen werden. Über einen einsetzbaren Zylinderstift und Anschläge an der Zange lassen sich aber auch zwei exakt definierte Winkel einstellen, die für den Grafikartenkühler benötigt werden.

Spannvorrichtung​

Die Spannvorrichtung wurde von einem Auftragsfertiger im MJF-Verfahren gedruckt, welches eine hohe Oberflächengüte und Maßgenauigkeit garantiert, die bei diesem Teil wichtig waren. Per Lötkolben habe ich Messinggewinde in die Spannvorrichtung eingeschmolzen, an denen eine Aluplatte festgeschraubt werden kann. Damit werden die Enden der Heatpipes in eine flache Form gepresst und zugleich für die weitere Bearbeitung fixiert. Die Biegezange lässt sich über eine Rundstange direkt mit der Spannvorrichtung verbinden.

Umformen der Heatpipes​

Die Form der Heatpipes wurde zunächst als CAD-Modell entwickelt, woraus dann die Bearbeitungsstrategie abgeleitet wurde. Die Umformung erfolgt in vier Schritten:

1. Die Heatpipe wird in die Biegezange geschoben und um 85° gebogen
2. Die vorgebogene Heatpipe wird in die Spannvorrichtung eingesetzt und durch Aufschrauben einer Aluplatte abgeflacht und fixiert
3. Die Biegezange wird auf die Spannvorrichtung gesetzt, um die darin fixierte Heatpipe in der korrekten Ausrichtung um 90° zu biegen
4. Das zweite Ende der Heatpipe wird abgeflacht

Alle vier Heatpipes haben die ersten beiden Schritte bereits durchlaufen. Bevor ich die zweite Biegung angehe, muss noch schauen, inwieweit die realen Heatpipes von meinem CAD-Modell abweichen. Darin werden die Biegungen als ideale Kreisbögen angenommen, was in der Realität jedoch nicht ganz erreicht wird. Zum Ausgleich muss daher der Abstand zwischen den zwei Biegungen voraussichtlich noch minimal angepasst werden. Das kann ich aber erst beurteilen, sobald ich die Grafikarte inklusive der gefrästen Kühlerteile im Gehäuse montiert habe.

Als Probe habe ich bis jetzt nur eine Heatpipe fertig gebogen. Daran konnte ich testen, ob die Wärmeleitung weiterhin funktioniert, die durch die Biegungen und Abflachungen durchaus beeinträchtigt werden kann. Hält man ein Ende der vollständig geformten Heatpipe in heißes Wasser, ist die Wärme am anderen Ende unmittelbar zu spüren, weshalb ich zuversichtlich bin, dass der Energieübertrag zum Radiator des Gehäuses ebenfalls funktionieren wird.