EHD-Kühlung: Ventiva zeigt lautlose Solid-State-Kühlung mit Ionenwind

Ventiva ist ein Start-up, das die elektrohydrodynamische Kühlung (EHD-Kühlung) mittels Teilchenbeschleunigung und Ionenwind zur Serienreife entwickeln will. Der Vorteil: Anders als bei Lüftern gibt es keine beweglichen mechanischen Teile mehr. Zur Computex 2026 in Taiwan geht Ventiva eine strategische Partnerschaft mit Asus ein.

Solid State Cooling ohne bewegliche mechanische Teile

Die EHD-Kühlung fällt in den Bereich der sogenannten „Solid State Cooling“ und wird deshalb auch gerne mit den Lösungen von Frore verwechselt. Beide Hersteller entwickeln Kühllösungen, die ohne bewegliche mechanische Teile auskommen, weshalb sie einen lautlosen Betrieb und eine kompakte Bauweise ohne verschleißende Komponenten und deshalb mit potenziell höherer Zuverlässigkeit ermöglichen.

Ventiva und Frore mit unterschiedlichen Ansätzen

Die Lösungen von Ventiva und Frore könnten unterschiedlicher aber nicht sein. AirJet von Frore ist ein mikromechanisches Pumpsystem mit piezoelektrischen Membranen. Diese schwingen mit Ultraschallfrequenz und saugen Luft durch Öffnungen an. Anschließend wird die Luft unter hohem Druck durch sehr schmale Kanäle ausgestoßen. Dadurch entsteht bei dem Frore AirJet ein kontinuierlicher Luftstrom zur Kühlung.

So funktioniert die EHD-Kühlung

Das EHD-Produkt von Ventiva basiert hingegen auf Elektrophysik und Ionenbewegung. Elektrohydrodynamische Kühlung nutzt elektrische Felder statt mechanischer Lüfter, um Luft (oder eine Flüssigkeit) zu bewegen. Zwei Elektroden stehen dabei unter Hochspannung. An einer Elektrode werden Luftmoleküle ionisiert, also elektrisch geladen. Das starke elektrische Feld beschleunigt diese geladenen Teilchen in Richtung der anderen Elektrode. Auf ihrem Weg stoßen sie mit neutralen Luftmolekülen zusammen und „schieben“ diese mit. Dadurch entsteht ein Luftstrom – ganz ohne rotierende Lüfterblätter. Dieser Effekt wird oft als Ionenwind bezeichnet.

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Dieser Ionenwind wird bei Ventiva in einem flachen Bauteil, das die erwähnten Elektroden aufnimmt, erzeugt, das vom Unternehmen in sechs unterschiedlichen Breiten angeboten, um den variierenden Baugrößen von Notebooks und Mini-PCs gerecht zu werden. Im Detail befinden sich in diesem Bauteil: ein Emitter, der als sehr dünner Draht auf den Fotos zu erkennen ist, sowie ein Collector, das Gegenstück am Ausgang des Moduls.

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Zwischen diesen beiden Komponenten liegt eine hohe Spannung an. Bei der EHD-Kühlung wird eine Hochspannung von mehreren Kilovolt genutzt, im Falle von Ventiva sind es 3 bis 5 kV (jedoch bei niedriger Stromstärke). Weil der Draht extrem dünn ist, konzentriert sich das elektrische Feld an seiner Oberfläche besonders stark. Dort wird die Luft ionisiert: Elektronen werden von Luftmolekülen getrennt, und es entstehen geladene Teilchen (Ionen). Diese Ionen werden dann vom elektrischen Feld in Richtung der Gegenelektrode (Collector) beschleunigt. Auf ihrem Weg stoßen sie mit normalen Luftmolekülen zusammen und reißen diese mit. So entsteht der sogenannte Ionenwind. Der Draht selbst bewegt sich dabei nicht, er dient lediglich dazu, ein extrem starkes elektrisches Feld zu erzeugen, das die Luft ionisiert.

Einen Kühlblock und Heatpipes braucht es weiterhin

Die EHD-Kühlung ist somit eine alternative Lösung, um die Abwärme von einem bestimmten Punkt abzuführen, jedoch nicht direkt von der Quelle. Nach wie vor setzt das Produkt einen Heatspreader, Heatpipes oder Vapor Chambers voraus, um die Wärme zunächst direkt von der Quelle abzutransportieren, bevor die EHD-Kühlung anstelle eines Lüfters für das finale Ausstoßen aus dem Notebook oder Mini-PC zuständig ist.

Mehr Design-Freiheiten für PC-Hersteller

PC-Hersteller müssen mit der EHD-Lösung nicht mehr runde, vergleichsweise große Lüfter in ihre Designs einplanen, die aufgrund ihrer Bauform häufig runde Aussparungen im PCB bedingen. Diese nachträglichen Ausschnitte sorgen dafür, dass für bereits gefertigte Mainboards ein Zuschnitt an den entsprechenden Stellen notwendig ist und Signalwege zu den seitlichen Ports am Notebook unter Umständen länger ausfallen, Repeater benötigen oder potenziell anfälliger sind. Ventiva hingegen schreibt sich auf die Fahnen, den PC-Herstellern mehr Freiheiten beim Board-Design zu geben, da die Module insgesamt kleiner und vor allem rechteckig ausfallen. Im Gegensatz zu klassischen Blowern mit einem „Top-in, Side-out“-Verfahren für die Erzeugung des Luftstroms spricht Ventiva von „Side-in, Side-out“, was flachere Bauweisen ermögliche.

Bei EHD-Systemen entsteht Ozon

Das Produkt von Ventiva kommt aber nicht nur mit Vorteilen, sondern auch mit Herausforderungen. Zu erwähnen sind in erster Linie die Entstehung von Ozon und die benötigte Hochspannungselektronik. Ozon entsteht bei EHD-Systemen durch die Koronaentladung am Emitter. Die energiereichen Elektronen spalten dabei Sauerstoffmoleküle (O₂) auf. Einzelne Sauerstoffatome verbinden sich anschließend mit anderen O₂-Molekülen zu Ozon (O₃). Dieses Ozon kann allerdings mittels eines Katalysators auch wieder eingesammelt werden, bevor es austritt, vergleichbar mit dem Automobilsektor.

Die Integration eines Katalysators kommt jedoch wieder mit eigenen Herausforderungen. Denn: Ein Notebook-Kühler soll ja besonders dünn ausfallen, wenig Strom verbrauchen und möglichst viel Luft befördern. Ein Filter oder Katalysator erzeugt hingegen zusätzlichen Strömungswiderstand. Dadurch muss das EHD-System mehr Arbeit leisten, um die gleiche Luftmenge zu bewegen. Das kann einen Teil des Effizienzvorteils wieder zunichtemachen.

Ventiva setzt für das Einsammeln von Ozon am Ausgang auf Finnen mit einer Mangandioxid-Beschichtung (MnO₂), demnach eine dünne katalytische Struktur nach dem Collector. Das verbleibende Ozon wird damit unmittelbar vor dem Austritt abgebaut. Da bei der EHD-Kühlung aber ein schwächerer Luftdruck als mit klassischen Lüftern erzeugt wird, setzt die Lösung von Ventiva eine Struktur mit etwas größeren Abständen voraus. Denn jedes zusätzliche Hindernis im Luftstrom kostet Leistung.

Ventiva gibt an, dass aktuell bis zu 1,1 CFM (Kubikfuß pro Minute) pro „Gerät“ abgeführt werden können, weshalb bei den Prototypen gleich zwei oder drei Module zum Einsatz kommen. Zum Vergleich: Ein kleiner Notebook-Lüfter kommt oftmals schon auf 2 bis 10 CFM – aber eben mit beweglichen Bauteilen und der begleitenden Geräuschkulisse. Die EHD-Kühlung sei derzeit für Notebooks und Mini-PCs mit einer TDP von 15 Watt bis maximal 28 Watt ausgelegt, erklärte Ventiva auf Nachfrage von ComputerBase.

Hochspannungselektronik braucht Platz

So kompakt die EHD-Module auch ausfallen, es sind nicht die einzige Komponenten, die für die Umsetzung im Notebook oder Mini-PC benötigt werden – zumal oftmals ja gleich mehrere EHD-Module verbaut werden: im Notebook-Prototyp von Ventiva und AMD waren es drei, im Mini-PC des Partners Asus noch zwei. Aber es braucht auch die zuvor erwähnte Hochspannungselektronik, die ebenfalls Platz in dem Endgerät einnimmt.

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Die bis zu 5 kV werden dabei nicht direkt erzeugt, sondern in mehreren Schritten. Zunächst einmal gibt es einen Niederspannungseingang, zum Beispiel mit 12 V. Ein Schaltregler/Oszillator erzeugt darauf folgend eine hochfrequente Wechselspannung, woraufhin ein Transformator die Spannung auf einige hundert Volt bis über 1 kV erhöht. Ein Spannungsvervielfacher erhöht diese weiter auf mehrere Kilovolt. Interessant ist dabei, dass ein EHD-Kühler zwar 3 bis 5 kV (oder mehr) benötigt, aber meist nur sehr wenig Strom zieht. Ein Beispiel: Wenn der Kühler bei 5 kV nur 200 µA benötigt, dann entspricht dies lediglich etwa 1 Watt elektrischer Leistung.

Strategische Partnerschaft mit Asus

Und wie nah am Serieneinsatz ist Ventiva mit der EHD-Kühlung? Zur Computex hat das Unternehmen eine strategische Partnerschaft mit Asus angekündigt. Konkrete Produkte sind dabei aber noch kein Thema, stattdessen heißt es: „Ventiva and Asus will explore the potential role of Ventiva’s ionic cooling in future Asus AI system architectures, assessing where the technology could deliver the greatest design impact.“ Man will demnach erörtern, wo der Einsatz der Technologie sinnvoll sein könnte. Zu Demozwecken auf der Messe musste für die Kooperation ein Asus NUC 16 Pro herhalten.

Ein Notebook aus AMD-Kooperation

Aber auch AMD ist involviert – nicht finanziell und auch nicht mit einem serienreifen Produkt, aber immerhin mit einem Notebook-Prototyp der 14-Zoll-Klasse, der besonders dünn gebaut ist und den Bereich hinter dem Bildschirmscharnier für die Technik von Ventiva nutzt. Dem Unternehmen zufolge können die EHD-Module aber auch in Laptops mit regulärer Bauform ganz am Ende des Gehäuses platziert werden, wie wiederum ein gemeinsam mit Dell entwickelter Prototyp zeigte. Auch hier ist aber noch kein Produkt spezifiziert, das auf die EHD-Technik setzen wird.

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Ventiva moddet Switch 2 und Quest 3 mit EHD-Kühlung

Das Unternehmen probiert sich auch an eigenen Prototypen, ohne dass das zugrundeliegende Produkt mit offiziellem Support des Herstellers kommt. Ausgestellt waren in Taipeh auch modifizierte Gaming-Handhelds, darunter eine Nintendo Switch 2 sowie ein Lenovo Legion Go 2. Auch eine Meta Quest 3 hat Ventiva zur EHD-Kühlung umgebaut, weil die vibrationsarme Technik besonders gut für die empfindlichen Komponenten der VR-Brille geeignet sei.

2027 könnte es soweit sein

Für das laufende Jahr ist nicht mehr damit zu rechnen, dass Verbraucher finale Geräte mit EHD-Kühlung kaufen können werden, aber es könnte zu ersten konkreten Ankündigungen kommen. Die Entwickler, mit denen ComputerBase vor Ort sprechen konnte, visieren für die Markteinführung eher den Verlauf des nächsten Jahres an.