Peltierinfos:

Als die Geheimwaffe der Overclocker gilt der TEC ( [T]hermo[e]lectric [C]ooler ), oder auch Peltier-Element genannt. Ein französischer Uhrmacher namens Peltier entdeckte den nach ihm benannten Effekt bereits im Jahre 1834. Zwei Metallplatten unterschiedlichen Widerstandes werden hierbei über unzählige Kupferlötstellen verbunden.

Hier ein paar Pics in Sachen Peltieraufbau und Aussehen:

Was genau tut nun so ein Peltier-Element?

Pelts werden des öfteren auch als "Wärmepumpen" bezeichnet, was deren Funktionsweise recht gut beschreibt. Grundsätzlich handelt es sich um zwei Halbleiterplatten, die über kaskadierte Kupferlötstellen verbunden sind. Mein 49.5x49.5x3.9mm Element z.B.: verfügt über 126 Kupferlötstellen. Beim Anlegen von Gleichstrom an eine der beiden Platten entsteht der Peltier-Effekt, eine Seite des Kühlers wird extrem kalt, eine extrem heiß. Beachten sollte man allerdings, daß die heiße Seite nahezu das doppelte an Hitze abgibt wie die kalte Seite aufnimmt. Kommen tut es zu diesem Phänomen durch ohmschen Widerstand.

Technisch gesehen handelt es sich um einen zu den Solarzellen verwandten Effekt. Bei Stromdurchgang ändern die Elektronen im dotierten Halbleiter ihr Energieniveau indem sie von einer Pit zu einer anderen springen. Die Elektronen der Cold Plate nehmen dabei Energie auf, die der Hotplate geben Energie ab - in Form von Wärme! Durch die Elektronenwanderung entsteht die zusätzliche Hitze.

Was ist zu beachten?

1.) Gute Kühlung der Hot Plate ist erforderlich

Wenn die Hot Plate nicht ausreichend gekühlt wird fließt die Hitze zurück in die Cold Plate von wo sie unter Hitzeaddition wieder in die Hot Plate zurückgepumpt wird und so weiter und so fort...  Dadurch kann sich das Peltier-Element selbst bis zum Exzeß aufheizen, die Temperatur schaukelt sich sozusagen hoch. Exzellent geeignet sind hier Wasserkühler, die Hitze in großer Menge vom Peltier-Element ableiten können (sofern es sich um einen guten Wasserkühler handelt). Auch konventionelle Kühler wie z.B.: Modelle von Alpha und/oder GlobalWin können eine geeignete Plattform für Peltier-Elemente darstellen, hier sollte man aber nicht mit dauerhaften Temperaturen von <0°C rechnen.

2.) Gefährliche Wasserkondensation ist zu vermeiden

Peltierelemente, speziell in Verbindung mit Wasserkühlern können an den Cold Plates sehr tiefe Temperaturen entwickeln. Wenn die Cold Plate zu kalt wird kann aufgrund des großen Temperaturunterschiedes an diesen kalten Stellen Wasser kondensieren und sogar frieren. Nun sollte man in diesen Fällen für Isolation sorgen. Silikonersatzstoffe sind hierzu gut geeignet. Man isoliert die gefährdete Elektronik und die kalten Stellen bis zum völligen Luftabschluß, dann ist dieses Problem gebannt. Man sollte darauf achten nicht an Isoliermaterial zu sparen, trägt man das Material zu dünn auf könnte sich außen auf dem Isoliermaterial immer noch Kondenswasser ausbilden. Bildung von Kondenswasser läßt sich auch durch eine Kupferplatte bannen, die zweierlei Zwecke erfüllt, aber dazu in Kürze.

3.) Geringe Auflageflächen müssen kompensiert werden

Im optimalen Fall sollte die Auflagefläche eines Peltiers immer dem zu kühlenden Objekt entsprechen, nur leider ist das bei gängigen CPUs nicht möglich, es existiert allerdings ein Ausweg. Man bringt eine Kupferplatte zwischen den CPU-Kern und den Peltier, diese Platte sollte dieselben Abmessungen aufweisen wie der Peltier und etwa 0.5 - 2mm hoch sein. In einem Peltierelement kann aufgrund der Keramikbeschichtung Wärme so gut wie gar nicht horizontal geleitet werden, daher würde der "überstehende" Teil des Peltierelementes lediglich der Luft Wärme entziehen, aber nicht der CPU. Die Kupferplatte verteilt durch enorme Wärmeleitfähigkeit die CPU-Abwärme gleichmäßig auf der Cold Plate des Peltierelementes, und vermindert noch dazu Wasserkondensation, da keine supergekühlten Stellen mehr entstehen können. Supergekühlte Stellen entstehen sehr leicht dort wo das Element nur Luft an der Cold Plate hat, an diesen Stellen kondensiert auch das meiste Wasser.

4.) Stromversorgung und Spannung müssen gewährleistet sein

Vor allem Hochleistungspeltierelemente die spezielle Halbleiter in Verwendung haben benötigen oft große Mengen an Strom und Stromleistung sowie spezielle Spannungswerte. Das 50x50x3.9mm Element von [Conrad] zum Beispiel benötigt 14A, 123.5W und 15.4V. Das Modul zu unterspannen stell kein Problem dar, aber Watt und Ampere können sehr wohl zum Problem werden. Netzteile mit nur 8A auf der +12V Leitung werden sehr heiß wenn ihnen mehr Strom entnommen wird, darauf sollte man acht geben! Generell sollte man für Peltierelemente separate Netzteile verwenden, das schützt auch die restlichen PC-Komponenten vor Unterversorgung und erhält die Wärmepumpleistung des TEC's aufrecht.

Wie wird ein Peltier-Element installiert?

1.) Entfernen des bestehenden Kühlers sofern vorhanden.

Zuerst muß der Kühlkörper abgenommen werden. Dies geschieht meist durch Schrauben oder Backplates, Halteklammern an der Rückseite der CPU. Ist der Prozessor von Intel und mit dem Standardkühler ausgestattet kann das Abnehmen kompliziert werden... Bei P-III's muß man in die kleinen Löcher an der Rückseite der CPU mit einem dünnen Akkubohrer einbohren bis der Kühler sich löst. Ich habe dieses Problem mit einem Spitzmeißel und einem Hammer gelöst, davon ist allerdings abzuraten...

2.) Wärmetransfer sicherstellen

Die Kupferplatte (siehe "Was ist zu beachten", Punkt 3) auf einer Seite dünn mit Wärmeleitpaste beschmieren, und diese mit einer Rasierklinge abtragen, sodaß die Schichte schön dünn wird! Die Kupferplatte mit dieser Seite auf die kalte Seite des Peltier-Elementes pressen! Danach den CPU-Kern mit Wärmeleitpaste beschmieren, ebenso wie die heiße Seite des Peltierelementes, und wieder mit einer Rasierklinge abziehen. Dann das nun mit der Kupferplatte ausgestattete Peltier-Element mit der Kupferseite plan auf den CPU-Kern legen, darauf den konventionellen Kühler oder den Wasserkühler der für die Wärmeabfuhr von der heißen Seite verantwortlich ist, immer darauf achten daß alles plan aufliegt, dann ist der Wärmetransfer gesichert.

3.) Isolation sichern

Immer dafür sorgen, daß alles gut isoliert ist, am besten alle verbleibenden Zwischenräume zwischen CPU und konventionellem Kühler mit Silikonersatzstoff ausfüllen und durchtrocknen lassen, sodaß kein Kondenswasser entstehen kann!

3.) Inbetriebnahme

Immer die Temperatur überwachen. Wie kalt ist die CPU? Überhitzt das Peltier-Element? Ist vielleicht eine separate Stromversorgung für das Peltierelement nötig? Wenn alles stimmt kann der Peltier bis zu 25 Jahre unter Dauerlast laufen (!!!!)

[Links zu Herstellern / Vertreibern von Peltierelementen]

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