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Bau einer kleinen Kreiselpumpe zur PC-Kühlung

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Vorgeschichte

Wie schon auf der Seite "Aufbau einer Flüssigkeitskühlung" beschrieben, ist es mir nicht gelungen, bei einem Rundgang durch die Stadt im Handel eine für das Projekt adäquate Flüssigkeitspumpe aufzutreiben, daher beschloss ich, mir eben selbst eine zu konstruieren. Hier das Ergebnis.

Lastenheft

Auf der Grundlage dieses Forderungskataloges wählte ich das Pumpen-Prinzip aus: Es soll eine Kreiselpumpe sein, da dieser Pumpen-Typ Laufruhe, einfachen Aufbau und lange Lebensdauer vereinigt. Eine Kreiselpumpe enthält keine Ventile, Kolben oder Membranen, ihr einziges bewegtes Element ist der Rotor: Er versetzt im Pumpen-Gehäuse der Flüssigkeit einen Drall. Dieser bewirkt über Fliehkräfte einen Druckaufbau zum Außen-Durchmesser des Gehäuses hin. Dort kann die Flüssigkeit an einem Schlauchstutzen austreten.
Der Eintritt in das Pumpen-Gehäuse erfolgt in der geometrischen Achse des Rotors, aber auf der entgegengesetzten Seite der Pumpe, auf der sich ebenfalls ein Schlauchstutzen befindet.

Verwendete Materialien

Nach einem kurzen Besuch meines Kellers stand das zu verwendende Material fest:
Man benötigt zum Aufbau ein gecrashtes Spielzeug-Auto, bei dem der Motor noch funktionsfähig ist. Ein Modell mit 6V (4 Batterien zu je 1.5V) ist von der Leistung her ausreichend. Ein alter Haartrockner mit Nieder-Volt-Gleichstrommotor tut es aber ebenso gut. Wichtig ist, dass zu der Welle des Motors, die einen Durchmesser von 2..3mm haben sollte, ein passendes Ritzel oder Lüfterrad existiert
Des weiteren benötigt man einen (oder maximal drei, sonst wird's zu knapp) liebe Mitmenschen, mit denen man die ebenfalls benötigte Flasche Sekt leert. Achtung! Unbedingt darauf achten, dass diese mit einem Kunststoff-Korken mit bunter Plastik-Abdeckung verschlossen ist, denn dieser liefert das Pumpen-Gehäuse...
Als Schlauchstutzen benötigt man noch ein Messingröhrchen mit 4mm Außen-Durchmesser, diese Größe ist geeignet für den wie das Röhrchen im Modell-Bau-Fachhandel erhältlichen Silikon-Schlauch, über den die Pumpe später mit dem restlichen Kühlsystem verbunden wird.
Ein kleines Streifchen aus hartem Kunststoff mit ca. 1...1.5mm Stärke und zwei, drei Stangen Heißkleber komplettieren die Material-Liste.

Bauanleitung "12 Schritte zur fertigen Sektkorkenpumpe"

Wenn alle oben genannten Materialien vorhanden sind, der Sekt ausgetrunken, der Lötkolben und die Heißklebepistole vorgeheizt sind, eine Bohrmaschine sowie eine kleine Bügelsäge mit Metall-Sägeblatt und idealerweise ein kleiner Schraubstock bereitstehen, dauert der Aufbau garnicht lange, wenn man über das übliche Grundwerkzeug verfügt. Optional sollte noch ein mit Wasser gefüllter Putzeimer, etwas Silikon-Schlauch und eine Fahrradpumpe zur Verfügung stehen. Dann kann es losgehen:
  1. Präparation des Sektkorkens

    In die Plastik-Kappe wird zentrisch ein Loch mit 3mm Durchmesser gebohrt, auf der entgegengesetzten Seite (dem eigentlichen Stopfen) eines mit 3.5mm Durchmesser (also etwas kleiner als das verwendete Messingröhrchen).

  2. Feststellung der Drehrichtung des zu verwendenden Motors bei korrekter Polung

    Die meisten Gleichstrom-Motoren haben eine bevorzugte Drehrichtung. Oft ist ein elektrischer Anschluss mit einer Markierung (Mulde) oder rotem Punkt gekennzeichnet. Ansonsten geht man einfach davon aus, wie der Motor in seinem bisherigen "Leben" betrieben wurde, schließt ihn an und stellt die Drehrichtung fest.
    Es geht darum, dass man die letzte Bohrung in der Krone des Korkens für den Auslass so ausrichtet, dass man den Drall der rotierenden Flüssigkeit im Korken ausnutzt, indem sie den Korken tangential verlässt.

  3. Anbringen der tangentialen Bohrung in der Krone des Korkens

    Zunächst durchbohrt man die Krone (der doppelwandige Teil des Korkens) an einer Stelle möglichst weit unten, aber ohne die untere Wandung dabei zu beschädigen, in radialer Richtung, aber nur die äußere Wandung! Der Bohrer sollte 3.5mm haben
    Jetzt verkippt man die Bohrmaschine so, dass die innere Wandung fast tangential entgegen der Drehrichtung des an das große Loch gehaltenen Motors durchbrochen wird.
    Falls danach im Korken Späne abstehen, sind diese gründlich zu entfernen.

  4. Vorbereitung der Schlauchstutzen

    Von dem Messingröhrchen werden zwei Stücke abgesägt, eines 35mm lang, das andere 30mm. Das Kürzere wird nun zunächst mit der Feile an einem Ende auf 45° abgeschrägt, alle Kanten werden an beiden Röhrchen sorgfältig entgratet und abgerundet.
    Die Hälfte der Außen-Länge wird mit der Feile gründlich aufgerauht, damit später die Klebung zuverlässig hält (Die Röhrchen sind mit einer dünnen Lackschicht versehen, die sich unter dem Einfluss des Auto-kühler-Zusatzes auflösen kann und die Klebung dadurch versagen lässt). Bei dem kürzeren Röhrchen wird auch die abgeschrägte Hälfte aufgerauht.

  5. Einkleben der Schlauchstutzen

    Das längere Röhrchen wird mit der aufgerauhten Seite in den Stopfen-Teil des Korkens geschoben, bis nur noch 15mm hervorstehen. Mit der gut vorgeheizten Klebe-Pistole wird nun der Innnenraum des Korkens vorsichtig (ohne an der Wandung großartig Fäden zu ziehen) bis fast an die Oberkante des gerade eingesteckten Röhrchens aufgefüllt. Achtung! Dabei darf natürlich kein Kleber eindringen! Man kann das Röhrchen (Vorsicht, heiß!) mit einer Zange ein wenig hin- und herdrehen, damit der Kleber besser hält und, um es genau auszurichten. Wenn man einen Putzeimer mit kaltem Wasser zur Hand hat, kann man den Korken darin untertauchen, um das Abkühlen des Heißklebers zu beschleunigen. Vor der nächsten Klebung gut abtrocknen (Küchenrolle).
    Der tangentiale Schlauchstutzen wird mit der abgeschrägten und aufgerauhten Seite voran in das dafür vorgesehene Loch in der Korken-Krone eingeschoben und auf der Innenseite möglichst bündig ausgerichtet. Hier darf nichts vorstehen, da sonst später der Rotor blockiert wird! Falls nötig, das Röhrchen mit der Feile nochmals genau anpassen.
    Wenn es gut sitzt, die Kammer in der Krone, durch die es verläuft, möglichst gut mit Heißkleber füllen, aber so, dass die Plastik-Kappe noch montierbar bleibt! Zur Sicherheit auf der Außenseite ebenfalls den Bund verkleben.

  6. Vorbereitung des Motors

    Da die Pumpe hermetisch verklebt wird, kommt man später nicht mehr an den Motor heran, deswegen sollte er noch mal eine "letzte Ölung" bekommen: Es sind die beiden Lagerstellen der Motorwelle am Gehäuse zu kontrollieren, Staub und vor allem Späne sind zu entfernen und die Sintermetallager mit einem winzigen Tropfen guten Öls (MoS2, Motor-Öl) zu versorgen. Achtung, nicht schweinzen, sonst hält der Kleber später nicht!
    Jetzt ist auch der Zeitpunkt, vernünftige Anschlussleitungen an den Motor zu löten. Der Plus-Pol ist so zu kennzeichnen, dass man ihn später auch noch erkennen kann, wenn der Motor "eingegossen" sein wird (Unterschiedliche Farben der Leitungen). Ein Entstörkondensator (Siemens Sibatit, 10nF), über die Anschlüße gelötet, kann ebenfalls nicht schaden...
    Das Motor-Ritzel ist abzuziehen, damit die Welle durch das Loch in der Kappe des Korkens gesteckt werden kann.

  7. Montage des Motors

    Nun gilt es, den Motor zentrisch und rechtwinklig auf die Plastik-Kappe zu kleben. Umgekehrt geht es meist besser, indem man den Motor vorsichtig einspannt und dann die Plastik-Kappe mit der Außenseite zum Motor daran klebt, zunächst nur mit drei kleinen Klecksen. Achtung! Dabei darf der Kleber nicht mal in die Nähe der Motorwelle gelangen! Sonst gibt es bald großen Ärger, denn der Kleber würde aufschmelzen und aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften immer mehr Kleber zur Welle ziehen...
    Sitzt der Motor korrekt, sukzessive rundherum den verbliebenen Spalt in zwei Lagen abdichten: Zuerst dünn, damit es dicht wird, und nach Abkühlung noch mal dick, damit es mechanischen Halt bekommt. Darauf achten, dass die Ausrichtung bestehen bleibt, also so langsam arbeiten, dass die vorangegangenen Klebungen nicht wieder aufschmelzen.
    Auch hier lässt sich der Korken wieder im Putzeimer kühlen, jedoch darf dabei der Motor nicht feucht werden.

  8. Prüfung des Korkens

    Lässt sich der Korken im gegenwärtigen Zustand einwandfrei zusammenstecken (ohne Spalt)? - Wenn nicht, nacharbeiten!

  9. Anfertigen des Rotors

    Wenn auf dem Motor ein Ritzel saß, so fertigt man sich nun aus dem Kunststoff-Plättchen (ich habe dafür etwas Leiterplatten-Material genommen) ein rechteckiges Teil mit ca. 13x15mm an. Auf einer Seite (an der 15mm-Kante) genau mittig bekommt es einen Schlitz mit ca. 2.5mm Breite und der Höhe des Ritzels, auf das er gesteckt werden soll. Die Ränder werden mit 45° abgeschrägt. Mit dieser Aussparung muss das Plättchen stramm auf das Ritzel zu schieben sein. Falls man einen Haartrockner-Motor erwischt hat, muss man dessen Lüfterrad so zurechtstutzen, dass es im Korken nirgends kollidiert und auch etwa Plättchen-Form hat (in einer Pumpe habe ich eines mit 4 Flügeln).
    Den Rotor montieren und die Pumpe zusammenstecken und trocken laufen lassen: Der Rotor darf nirgends schaben. Gegebenenfalls nacharbeiten und auch die Ausrichtung überprüfen. Diese lässt sich notfalls nach Erhitzen der Motor-Klebung mittels Heißluftgebläse oder gar Gas-Flamme korrigieren.
    Jedenfalls muss der Motor frei laufen können.

  10. Hermetisches Abdichten der Pumpe

    Wenn der Trocken-Test erfolgreich war und alles stimmt, die Plastik-Kappe mit dem Rest des Korkens endgültig verkleben, damit es dicht wird.
    Den gesamten Motor mit einer dünnen Schicht Heißkleber versehen. Achtung! Dabei auch das hintere Lager keinesfalls verkleben! Notfalls eine alte Ventil-Kappe darüber setzen und diese mit verkleben, wenn die Welle auf der Rückseite sichtbar ist. Falls der Motor weitere Öffnungen hat, diese vor dem Verkleben mit Isolierband abdecken. Die gesamte Pumpe muss nun hermetisch dicht sein, da der Motor-Teil gegenüber dem Pumpen-Teil ja überhaupt nicht abgedichtet ist. Die Pumpe muss immer mit dem Motor nach oben betrieben werden, um sicherzustellen, dass keine Flüssigkeit in den Motor dringen kann.

  11. Dichtigkeitstest

    Auf beide Schlauchstutzen werden Schlauch-Stücke gesteckt, ein Schlauch wird verschlossen (Mit einer Gefrierbeutelklemme), der andere in eine Fahrradpumpe gesteckt. Falls noch undichte Stellen da sein sollten, fallen diese sofort durch Bläschen auf, wenn man mit der Fahrradpumpe Druck auf die völlig im Wassereimer untergetauchte Pumpe gibt.
    Eventuell noch vorhandene undichte Stellen gründlich mit Heißkleber abdichten (gut abtrocknen, sonst schäumt es!).

  12. Stapellauf

    Nun kann die Pumpe geflutet werden (Durch Eintauchen in den Wassereimer bei abgezogenem Ansaugschlauch). Gibt man aus einer Batterie "Saft" auf den Motor, sollte aus dem Auslaßschlauch schön Wasser austreten.
    Ab jetzt sollte die Pumpe nicht mehr mit dem Motor nach unten gedreht werden, damit kein Wasser eindringen kann.
    Wenn dieser Test erfolgreich verlief, ist das ein Grund, erneut die Sektkorken knallen zu lassen, für die nächste Pumpe :-)

Es ist sicherlich sinnvoll, bei der Verwendung einer selbstgebauten Pumpe für sein Kühlsystem das Hardwaremonitoring im BIOS des Rechners mit "Shut Down Temperature" bzw. die entsprechende Funktion im Betriebssystem zu aktivieren. Sonst raucht im Falle eines Falles der teure Prozessor nach wenigen Minuten gnadenlos ab und beschädigt möglicherweise weitere Dinge.
Für Debian GNU/Linux gibt es im Paket "lm-sensors" ein Skript namens "healthd", das hierfür geeignet ist.
Behalten Sie die Temperaturen/Spannungen Ihres Systems im Auge, insbesondere, wenn Sie etwas daran verändert haben. Wie auf der Seite "Impressum/Disclaimer" ausgeführt, lehne ich jedwede Verantwortung für beschädigte Hard- oder Software ab.

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