Raspberry Pi: Kühlung und Kühlkörper

Raspberry Pi mit Kühlkörpern

Kühlkörper für den Raspberry Pi sind ein beliebtes Zubehör und werden oft empfohlen. In der Regel drei Stück. Einen für den System-on-Chip (SoC), einen für den Schnittstellen-Baustein und einen für den Spannungswandler. Schließlich weisen äquivalente Bausteine in einem ausgewachsenen Computer ebenfalls Kühlkörper auf.
Nun ist es so, dass es keinen Grund gibt, dem Raspberry Pi Kühlkörper zu verpassen. Zum einen ist er im Grundzustand gar nicht so leistungsfähig, dass die Chips so heiß werden können, dass sie Schaden nehmen. Die Chips sind so ausgelegt, dass im engsten Gehäuse unter Volllast keine Probleme auftreten.
Nur dann, wenn man den Raspberry Pi übertaktet und dauerhaft am Rand seiner Leistungsfähigkeit betreibt, könnte man mit Kühlkörpern seine Lebensdauer etwas verlängern. Aber wer einen Raspberry Pi in so einem Szenario betreibt, der hat noch ganz andere Probleme und sollte sich eher über eine leistungsfähigere Hardware Gedanken machen.

Braucht der Raspberry Pi Kühlkörper?

Der System-on-Chip auf der Raspberry-Pi-Platine wurde für Smartphones und Embedded Devices entwickelt, die in kleinen Gehäusen untergebracht sind. Der Raspberry Pi ist darauf ausgelegt, dass es unter Volllast keine Hitze-Probleme gibt.
Sollte die Temperatur doch mal 85°C erreichen, dann taktet der System-on-Chip in der Standard-Einstellung automatisch heruntertaktet. Im normalen Betrieb und bei normaler Nutzung ist es allerdings unwahrscheinlich, dass der Raspberry Pi wegen zu großer Hitze heruntertakten muss.

Je nach Modell muss man trotzdem etwas unterscheiden. So braucht ein Raspberry Pi Zero sicherlich in keinem Fall eine Kühlung. Je nach Ausnutzung der Rechenleistung eines Raspberry Pi 4B muss man zumindest ab und zu prüfen, ob er sich bei zu hoher Hitzeentwicklung stark runtertaktet. Dann kann eine Kühlung eine sinnvoll Maßnahme sein.
Trotzdem gibt es nur wenige Anwendungen, bei denen ein Raspberry Pi einen Kühlkörper bzw. Lüfter braucht. Und wenn, dann muss nicht nur der Raspberry Pi gekühlt, sondern das ganze Gehäuse einem Luftaustausch unterzogen werden.

Informationen zur Kühlung, Kühler und Kühlkörper

Es gibt zwei Arten von Kühlung: aktiv und passiv. Passiv bedeutet, das zu kühlende Halbleiterbauelement wird mit einem Kühlkörper ausgestattet, der die entstehende Hitze von der Hitzequelle ableitet. Typischerweise bestehen Kühlkörper aus Metall, weil das Wärme mit am besten leitet. Aus diesem Grund fühlen sich metallische Körper immer kalt an. Einfach deshalb, weil sie anderen Körpern Wärme entziehen.

In einem geschlossenen Gehäuse sind Kühlkörper zum Kühlen eigentlich zu wenig. Die Hitze staut sich im Gehäuse und Kühlkörper machen es dann nicht besser. Wenn man sich um die Temperatur sorgen macht, dann sollte man einen Luftzug mit einem Lüfter im Gehäuse erzeugen. Das ist sinnvoller als der dickste Kühlkörper.

Wenn nun ein Halbleiter dauerhaft Hitze produziert, dann geht die auf den Kühlkörper über und erwärmt oder erhitzt ihn. Doch wenn der Kühlkörper warm bzw. auch heiß wird, dann ist die Kühlung durch den Kühlkörper begrenzt. Vor allem dann, wenn die ganz Konstruktion sich in einem geschlossenen Gehäuse befindet. Die abgestrahlte Hitze staut sich dann in dem Gehäuse und der Kühleffekt durch den Kühlkörper wird irgendwann nur noch einen minimalen Effekt erzielen.

Abhilfe schafft man in der Regel dadurch, dass man die Hitze aus dem Gehäuse bringt. Manchmal reicht es aus, wenn das Gehäuse nicht komplett verschlossen, sondern über Löcher verfügt, über die die warme Luft austreten kann. Unterstützen kann man das mit einem Lüfter, eventuell mit einer Regelungsschaltung, der für einen Luftaustausch sorgt. Das wäre dann eine aktive Kühlung.

Warum werden immer wieder Kühlkörper empfohlen?

Es gibt zwei Personenkreise, die dafür plädieren. Die einen kommen aus der Overclocking-Ecke. Der zweite Personenkreis sind Verkäufer von Raspberry-Pi-Zubehör. Beide argumentieren fast gleich. Ein normaler Computer wird auch gekühlt. Also muss das beim Raspberry Pi auch so sein. Klingt logisch, oder?

In echten Computern, die übertaktet werden sind zwingend Kühlmaßnehmen, insbesondere beim Übertakten, notwendig. Daraus wird dann die selbe Notwendigkeit auf den Raspberry Pi übertragen. Und deshalb wird gelegentlich empfohlen den Raspberry Pi beim Übertakten mit Kühlkörpern zu versehen.
Bei Verkäufern finden sich die gleichen Argumente. Und wenn jemand schon den Geldbeutel für Raspberry-Pi-Zubehör aufmacht, dann kann man ihm auch gleich noch die Notwendigkeit von Kühlmaßnahmen mit Kühlkörpern schmackhaft machen. Ein paar Euro mehr macht so manches Zubehör-Paket rentabler.

Argument: Es schadet nicht

Das Argument, dass es ja nicht schadet, ist falsch. So ein Kühlkörper macht vor allem eines. Er nimmt den Chips die Luft zum Atmen. Besonders in einem kleinen Gehäuse.
Wer einen Raspberry Pi mit Kühlkörpern, aber ohne Lüfter, in einem Gehäuse verbaut, der verschwendet vor Metall und Geld. Ein Raspberry Pi ist mitnichten mit einem PC und der dortigen Kühlung vergleichbar. Er braucht keine.

Argument: Mehr Leistung herausholen

Die Kühlung von Halbleiterbauelementen hat auch nichts mit mehr Leistung "herausholen" zu tun. Nur weil man einen Halbleiter kühlt, wird er nicht schneller. Auch ein Raspberry Pi nicht.

Fazit

Kühlkörper für den Raspberry Pi und oft auch bei allen anderen Einplatinencomputern sind völliger Quatsch, sofern diese nicht schon ab Werk vormontiert sind. Ausnahmen gelten dann, wenn man diese Computer weit über ihren bestimmungsgemäßen Gebrauch strapaziert.

Kaufempfehlung

Beim Kauf von Kühlkörpern und Kühlern (Kühlkörper mit Lüfter) sind ein paar Dinge zu beachten. So werden billige Kühlkörper oft mit einem Doppelklebeband verkauft. Das heißt, der Kühlkörper wird mit diesem Klebeband auf den System-on-Chip geklebt. Das Problem dabei ist, dass ein einfaches Klebeband die Hitze nicht leitet und somit diese Art der Kühlung wirkungslos bzw. sogar schädlich ist. Kühlkörper müssen auf Chips immer mit Wärmeleitpaste oder einem Wärmeleitpad aufgebracht werden. Die Paste oder das Pad sorgen dafür, dass die minimalen und unsichtbaren Unebenheiten auf den metallischen Flächen ausgeglichen werden.