Weg mit der heißen Luft – Mit den richtigen PC-Lüftern halten Sie Ihren Rechner kühl

In Zeiten immer leistungsfähigerer und stromhungrigerer Hardware ist eine performante Kühlung besonders wichtig, um die volle Leistungsfähigkeit der Komponenten auch über einen längeren Zeitraum zu gewährleisten. Ist die installierte Kühllösung nicht ausreichend dimensioniert, so gehen die teuren Hardwarekomponenten wie CPU und Grafikkarte zwar nicht sofort kaputt, jedoch verringern sie zum Selbstschutz die Leistungsaufnahme und damit auch die Rechenleistung. Daher sind schon seit vielen Jahren PC-Lüfter die erste Wahl, um einerseits kühle Frischluft ins Computergehäuse zu leiten und andererseits die erwärmte Luft wieder aus dem Gehäuse zu befördern. Allerdings gibt es eine große Vielfalt an verschiedenen Lüftern für unterschiedliche Einsatzzwecke, daher erläutern wir Ihnen in diesem Blogbeitrag gerne, was es bei der Lüfterwahl zu beachten gilt.

Auf die Größe kommt es manchmal eben doch an

Die augenscheinlich größten Unterschiede verschiedener PC-Lüfter liegen in der Größe des Lüftermodells, vor allem im Durchmesser. Im Bereich der Desktop-PCs haben sich Lüfter mit einer Rahmenbreite von 92 bis 140 Millimetern etabliert. In besonders kompakten Systemen werden jedoch auch manchmal Lüfter mit 80 Millimeter Durchmesser eingesetzt, während in sehr großvolumigen Gehäusen auch Lüfter mit bis zu 200 Millimetern Rahmenbreite Platz finden können. Für Servergehäuse gibt es besonders kleine Lüfter, sodass sie auch in sehr flachen 1HE-Gehäusen (maximal 40 Millimeter Rahmenbreite) eingesetzt werden können.

Betrachtet man die zwei am häufigsten verwendeten Größen 120 und 140 Millimeter, so scheinen die 20 Millimeter Differenz auf den ersten Blick keinen allzu großen Unterschied zu machen. „Was können denn gerade einmal zwei Zentimeter bewirken?“, wird sich so mancher PC-Nutzer denken. Da die von den Lüfterblättern abgedeckte Fläche jedoch eine Kreisform beschreibt, unterscheidet sich die für den Luftdurchsatz relevante geometrische Fläche deutlich! Diese wird mit der mathematischen Formel „Radius x Radius x Pi“ bzw. „πr2“ berechnet:

• 120 Millimeter Durchmesser: (60 Millimeter)2 x π = 11.304 Quadratmillimeter
• 140 Millimeter Durchmesser: (70 Millimeter)2 x π = 15.386 Quadratmillimeter

Somit erhöht ein 20 Millimeter größerer Durchmesser (was einem Plus von ca. 16,7 % entspricht) die abgedeckte Fläche und damit auch (vereinfacht gesprochen) den Luftdurchsatz um über 36 %. Dies hat zur Folge, dass ein größerer Lüfter bei gleicher Drehzahl deutlich mehr Luft transportieren oder für einen gleichen Luftdurchsatz mit geringerer Drehzahl betrieben werden kann, was zu einer geringeren Geräuschentwicklung führen würde.

Neben der Rahmenbreite ist auch die Dicke des Lüfters zu beachten. Als Standardmaß haben sich im Desktop-PC-Bereich Lüfter mit einer Dicke von 25 Millimetern durchgesetzt, es gibt jedoch auch einige dünnere Exemplare mit lediglich 15 Millimetern. Gerade in sehr kleinen Gehäusen mit beengten Platzverhältnissen können sich etwas dünnere Lüfter als notwendig erweisen.

3-Pin-, 4-Pin-PWM- oder 4-Pin-Molex-Anschluss?

Damit ein Lüfter auch tatsächlich Luft befördern kann, muss er mit elektrischer Energie versorgt werden. Früher wurden die Lüfter meistens direkt am Netzteil angeschlossen und mit einer konstanten Spannung und somit auch einer konstanten Drehzahl betrieben. Verbunden wurden diese Lüfter meist über einen „AMP Mate-n-Lok 1-480424-0“-Anschluss, der im Computer-Fachjargon heute einfach nur noch als „4-Pin-Molex“ bezeichnet wird. Dieser Anschluss bot neben zwei Masseleitungen je eine Leitung für 5 Volt und 12 Volt, sodass der Lüfter entweder mit 12 Volt (was der Maximalspannung und der Maximaldrehzahl der meisten Lüfter entspricht) oder über einen Adapterstecker mit 5 Volt (und somit reduzierter Drehzahl) betrieben werden konnte. Ein Steuern oder gar Regeln dieser Lüfter war allerdings ohne weitere Hilfsmittel wie einem Potentiometer nicht möglich.

Aus diesem Grund werden die meisten Lüfter heutzutage mit einem 3-Pin- oder 4-Pin-PWM-Anschluss ausgestattet, sodass man komfortabel Einfluss auf die Lüfterdrehzahl nehmen kann.

Ein 3-Pin-Anschluss besteht aus einem Masse-Pin, einem Pin für die Versorgungsspannung (VCC) und einem Pin für das Tachosignal. Über VCC wird dem Lüfter eine Spannung im Bereich von üblicherweise 0 bis 12 Volt zur Verfügung gestellt, die Drehzahl verhält sich dabei proportional zur Spannung. Allerdings können die benötigte Anlaufspannung und die Mindestspannung im laufenden Betrieb unter verschiedenen Lüftermodellen variieren, sodass nicht alle Lüfter im vollen Spannungsbereich von 0 bis 12 Volt einwandfrei funktionieren. Das Tachosignal dient als Feedbackpfad, um die aktuelle Drehzahl an das Mainboard oder eine dedizierte Lüftersteuerung zurückzuliefern und somit die Lüfterdrehzahl über die Spannung regeln zu können.

Ein 4-Pin-PWM-Anschluss verfügt neben jeweils einen Pin für Masse, Versorgungsspannung und Tachosignal noch über einen weiteren vierten Pin für die PWM-Funktionalität (Pulsweitenmodulation). Im Gegensatz zu 3-Pin-Lüftern wird die Lüfterdrehzahl nicht über eine variable Spannung zwischen 0 und 12 Volt bestimmt, sondern über eine gepulste 12 Volt-Spannung. Über die vierte Ader können dem im Lüfter integrierten Drehzahlregler indirekt die Temperaturen der verschiedenen Hardwarekomponenten übermittelt werden, sodass der Regler abhängig von der Temperatur und der hinterlegten Lüfterkurve die Drehzahl regeln kann.

Die meisten modernen Mainboards sind heute mit 4-Pin-PWM-Anschlüssen ausgestattet. An diesen können allerdings auch problemlos 3-Pin-Lüfter angeschlossen und geregelt werden, ggf. muss hierzu im BIOS von PWM- auf DC-Betrieb umgestellt werden, sodass die Versorgungsspannung VCC nicht bei konstant 12 Volt liegt, sondern sich im Bereich von 0 bis 12 Volt bewegt. Ebenso kann man Lüfter mit 4-Pin-PWM-Anschluss auch an 3-Pin-Anschlüssen betrieben, allerdings sind diese dann nicht regelbar, sondern laufen mit voller Drehzahl.

Unterschiedliche Lüfter für Gehäusebelüftung und Radiatorbestückung

Zwar haben alle PC-Lüfter die Aufgabe, Luft und damit Wärme zu transportieren, allerdings haben nicht alle Lüfter die gleichen Charakteristika. An dieser Stelle sollte man die Begriffe „Luftdurchsatz“ und „statischer Druck“ und ihre Bedeutung für die Leistungsfähigkeit der Lüfter etwas genauer beschreiben.

Der Luftdurchsatz bzw. das Luftfördervolumen gibt an, wie viel Luft in einer gewissen Zeit durch den Lüfter transportiert werden können. Diese Maßzahl wird meist in Kubikmeter pro Stunde (m3/h) oder (vor allem im englischsprachigen Raum) in Cubic foot per minute (CFM) angegeben, wobei 1 CFM ungefähr 1,7 m3/h entspricht. Der Luftdurchsatz ist vor allem relevant, wenn die Lüfter zur Gehäusebelüftung verwendet werden und damit entweder kühle Luft in das Computergehäuse einsaugen („intake“) oder durch Grafikkarten- und CPU-Kühler sowie RAM, SSDs und Chipsatz aufgeheizte Luft aus dem Inneren des Gehäuses hinausbefördern („exhaust“).

Der statische Druck gibt dagegen an, wie viel Druck der Lüfter auf ein im Luftstrom befindliches Hindernis ausüben kann. Er wird üblicherweise in der Einheit mmH2O angegeben, die den Druck einer Wassersäule in der jeweiligen Wassertiefe angibt. Während der statische Druck bei der Gehäusebelüftung eher vernachlässigbar ist, sollte er bei der Bestückung der Radiatoren einer Wasserkühlung dringend berücksichtigt werden. Radiatoren bestehen aus einer großen Anzahl enger Kühlfinnen, um eine möglichst große Oberfläche zur effektiven Wärmeabfuhr zu bieten. Diese stellen allerdings ein signifikantes Hindernis im Luftstrom des Lüfters dar, sodass der Lüfter einen deutlich höheren Druck aufbauen muss, um die Luft durch die Finnen „durchzudrücken“, als dies bei einem Gehäuselüfter der Fall ist.

Um die unterschiedlichen Ausprägungen der beiden Eigenschaften zu verdeutlichen, ziehen wir an dieser Stelle zwei Lüftermodelle des Klassenprimus Noctua heran. Auf den ersten Blick erscheinen die Daten des Noctua NF-S12A PWM und des Noctua NF-P12 PWM sehr ähnlich, denn bei beiden Lüftern handelt es sich um ein Modell mit 120 Millimetern Rahmenbreite und 25 Millimetern Dicke, 4-Pin-PWM-Anschluss, einem Spannungsbereich von 12 Volt und einem Drehzahlregelbereich von 300 bis 1.200 Umdrehungen pro Minute.

Bei Luftdurchsatz und statischem Druck gibt es jedoch deutliche Unterschiede. Während der NF-S12A ein Luftfördervolumen von maximal 107,5 m3/h erreicht, kommt der NF-P12 nur auf 92,3 m3/h. Somit liegt der Luftdurchsatz des NF-S12A etwa 16,5 Prozent über dem des NF-P12. Beim statischen Druck zeigt sich dagegen ein umgekehrtes Bild, denn mit 1,68 mmH2O liegt der statische Druck des NF-P12 über 40 Prozent höher als der des NF-S12A mit lediglich 1,19 mmH2O.

Zusätzlich ist jedoch auch noch festzuhalten, dass ein auf ein hohes Luftfördervolumen optimierter Lüfter ist in der Regel bei gleicher Drehzahl etwas leiser als ein auf statischen Druck optimierter Lüfter. Außerdem sollte man beachten, dass bei einem 15 Millimeter dicken Modell sowohl Luftfördervolumen als auch der statische Druck etwas geringer ausfallen als bei einem 25-Millimeter-Modell der gleichen Spezifikation.

Natürlich darf auch bei Lüftern Beleuchtung nicht fehlen

Was früher auf die Casemodding-Szene beschränkt war, hat heute Einzug in den Mainstream-PC-Markt genommen: Beleuchtung der Komponenten. Normale PC-Lüfter ohne Beleuchtung wirken sehr unscheinbar, weil sie sich beispielsweise hinter der Gehäusefront verbergen oder durch ihre meist schwarze Farbe im Inneren des Gehäuses trotz seitlichem Sichtfenster „untergehen“. Durch eine entsprechende Beleuchtung der Lüfter kann man diese jedoch stimmig in die Gesamtoptik des Rechners integrieren und das Erscheinungsbild prägen.

Die Anordnung der LEDs ist hierbei entscheidend für den entstehenden Leuchteffekt. Bei einigen Lüftern sind die LEDs kreisförmig um die Lüfterblätter herum angeordnet. Sind sie dabei entgegen der Luftstromrichtung (nach „vorne“) ausgerichtet, entsteht bei aktiver Beleuchtung ein kreisrunder Lichtring. Strahlen die LEDs dagegen nach innen Richtung Lüfternabe, so werden die Lüfterblätter beleuchtet, sodass der Effekt einer leuchtenden Fläche entsteht. In diesem Fall sind die Lüfterblätter meist weiß oder transparent, um den Effekt zu verstärken. Es gibt auch Lüftermodelle, bei denen die LEDs im Bereich der Nabe angebracht sind und nach außen in Richtung der Lüfterblätter strahlen, wodurch sich ebenfalls ein leuchtender Flächeneffekt ergibt.

Einfarbig beleuchtete Lüfter setzen optische Akzente zum kleinen Preis

Die einfachste Form ist eine einfarbige und statische Beleuchtung. Diese ist in den meisten Fällen nicht steuerbar und wird automatisch mit dem Einschalten der Stromversorgung aktiviert. Solche Modelle kommen meist in günstigeren PC-Gehäusen mit vormontierten Lüftern zum Einsatz, die trotzdem mit einer stimmigen PC-Beleuchtung überzeugen wollen. Typische Farben bei solch einfachen Beleuchtungskonzepten sind Weiß, Blau, Rot und Grün, vereinzelt sind auch Modelle mit gelber, violetter oder oranger Farbe zu finden. Der Vorteil einfarbig beleuchteter Lüfter ist die einfache Verkabelung, denn neben dem normalen Lüfteranschluss benötigen Sie keinerlei weitere Kabel.

Volle Farbenpracht mit RGB- und ARGB-Beleuchtung

Dies sieht bei Lüftern mit RGB-Beleuchtung meist etwas anders aus, denn neben einem 3-Pin- oder 4-Pin-PWM-Anschluss zur Steuerung der Lüfterdrehzahl ist bei den meisten RGB-Lüftern noch ein weiterer Anschluss zur Steuerung der Beleuchtung notwendig. RGB-Beleuchtung zeichnet sich dadurch aus, dass die LEDs nicht nur eine Farbe darstellen können, sondern im Optimalfall das komplette RGB-Farbspektrum (ca. 16,8 Mio. Farbnuancen) abdecken. Hierbei ist es jedoch wichtig, zwischen RGB und ARGB zu unterscheiden.

„Normales“ RGB wird über einen 4-Pin-Anschluss mit einer Betriebsspannung von bis zu 12 Volt realisiert, wobei ein Pin Masse abbildet und je ein Pin für die Farben Rot, Grün und Blau verwendet wird. Eine RGB-Beleuchtung mit 4-Pin-Anschluss arbeitet analog, die Farbe wird durch die an den drei Farb-Pins anliegende Spannung bestimmt. Durch die recht simple Technik sind RGB-Lüfter etwas günstiger als ARGB-Lüfter, können allerdings immer nur eine Farbe gleichzeitig darstellen.

ARGB („Addressable RGB“) setzt dagegen auf einen 3-Pin-Anschluss nach dem WS2812B-Standard. Die drei Pins sind mit Masse, der Betriebsspannung VCC (5 Volt) und DATA belegt. Auf der DATA-Leitung wird das durch einen ARGB-Controller in HIGHs und LOWs kodierte Farbsignal übertragen, das durch einen im Lüfter integrierten Chip wieder dekodiert wird. Durch diese digitale Übertragung der anzuzeigenden Farbe ist es möglich, einzelne LEDs gezielt und unabhängig voneinander anzusteuern. Dadurch können deutlich mehr Leuchteffekte dargestellt werden als bei RGB-Lüftern, durch den integrierten Chip sind ARGB-Lüfter jedoch meist etwas teurer.

Aber Achtung: Im Gegensatz zu den 3-Pin- und 4-Pin-PWM-Anschlüssen zur Steuerung der Lüfterdrehzahl dürfen 3-Pin-RGB-Anschlüsse nicht auf 4-Pin-ARGB-Headern angeschlossen werden und umgekehrt, da die unterschiedlichen Spannungen zu Defekten führen können!

Neben den genannten standardisierten 3-Pin-RGB- und 4-Pin-ARGB-Anschlüssen sind einige Lüfter auch mit proprietären Anschlüssen ausgestattet, die beispielsweise die Steuerung von Drehzahl und Beleuchtung in einem einzigen Anschluss vereinen. Dies funktioniert allerdings in den meisten Fällen nur mit dedizierten Lüftersteuerungen, die diese proprietären Anschlüsse unterstützen. Die auf dem Mainboard integrierten Lüfter- und Beleuchtungssteuerungen unterstützen solche Anschlüsse in der Regel nicht.

Bei Ecom Trading finden Sie garantiert den richtigen Lüfter

Auch wenn Lüfter eigentlich nur Luft bewegen, ist die Auswahl des richtigen Modells doch etwas komplizierter als gedacht. Größe, Luftdurchsatz, statischer Druck und Beleuchtung sind Eigenschaften, die bei der Wahl auf jeden Fall berücksichtigt werden sollten. In Ecom Trading finden Sie einen kompetenten Partner, der im Hardware Onlineshop ein großes Sortiment an verschiedenen PC-Lüftern etablierter Marken wie be quiet!, Corsair, Enermax, MSI, Thermaltake und Xilence bietet und dessen engagierte Mitarbeiter Sie gerne bei Ihrer Lüfterwahl unterstützen.