Wie wird das Smartphone gekühlt?

Das Handy auch bei Hochtouren nicht zu heiß laufen lassen

Das Problem der zu hohen Temperaturen bei Elektronikgeräten ist eine all bekannte Problematik, denn Prozessoren verbrauchen Strom und erzeugen dabei gleichzeitig leider auch Hitze. Wird die Hitze nicht abtransportiert, dann kann dies zu schwerliegenden Schäden bei der Hardware führen, schlimmstenfalls führt der Hitzestau zum Gerätetod. Bei Computern helfen uns Lüfter aus, die wir auf dem Prozessor und an den Gehäuselüfterschächten anbauen können und durch den Luftstrom wird die entstehende Hitze optimal abtransportiert und die Wärme kann sich erst gar nicht anstauen.

Wie entsteht die Wärme im Smartphone überhaupt?

Hauptursache für die Wärmebildung sind die Recheneinheiten eines Smartphone, denn diese stemmen den Größteil der Berechnungen im Smartphone. Die durchschnittliche Bildschirmdiagonale ist zudem über die Jahre kräftig gewachsen, das heißt der Grafikprozessor hat die Aufgabe Millionen von Pixels auf dem Bildschirm anzuzeigen. Hinzu kommt rechenintensives 3D-Rendering von Spielen oder HD-Filmen und das zapft enorm viel Rechenpower an. Anders als bei Desktop-PCs ist der Raum im Smartphone extrem begrenzt, umso kritischer ist also die effiziente Wärmeverteilung, sowie Energienutzung der Recheneinheiten. Gleichzeitig entlädt sich die Batterie und je mehr Energie von der Batterie angezapft wird, desto stärker die Wärmeentwicklung in der Batterie. Aufgrund der kompakten Bauweise der Smartphones und des stark begrenzten Raumes, wird die Wärmebildung sogar begünstigt und das Handy kann sich dadurch in kürzester Zeit stark erhitzen.

Wie erfolgt der Wärmetransport bei Smartphones?

Nun stellen sich viele die Frage, wie das Handy diese Problematik händelt. Äußerlich sind ja keine Lüfter zu erkennen und auch mechanisch wird das wohl kaum umsetzbar sein, denn dafür reicht der Platz im Smartphone keineswegs. Um dieses Problem zu vermeiden, verwenden die Hersteller ausgeklügelte Techniken und Technologien, um dieses Problem zu lösen.

1. Interne Kühlkörper

Heutzutage wünschen sich die Konsumenten Smartphones mit immer dünneren Displays und zugleich mit mehr Leistungsfähigkeit. Aufgrund dieser Designentscheidungen steht den Herstellern folglich immer weniger Platz im Smartphone-Gehäuse zur Verfügung, was den Einbau von Lüftern undenkbar macht. Daher schauen sich die Hersteller nach passiven Kühlsystemen um und zu eines dieser passiven Systeme gehört die Kühlung des Smartphones mit Hilfe von internen Kühlkörpern, auch Heatpipes genannt, die die Hitze von den Prozessoren weiterleitet und an die äußere Umgebung abgibt. Dadurch wird verhindert, dass der Prozessor überhitzt und dementsprechend die Taktzahlen herunterfährt. Oftmals reicht der Einsatz von solchen Kühlkörpern aus, denn die im Smartphone eingebauten Prozessoren sind besonders energieeffizient und erzeugen weniger Wärme als vergleichsweise ein Laptop. Doch die Klaft zwischen Laptop und Smartphone im Hinblick Leistung verkleinert sich zunehmend und aus diesem Grunde müssen neue Methoden zur Kühlung des Handys eingesetzt werden.

Samsung Galaxy S7 Kühlung
Kühlsystem im Samsung Galaxy S7

2. Flüssiges Kühlmittel

Der Nachteil von festen Kühlköpern liegt darin, dass diese sehr viel Platz im Smartphone einnehmen, welches bereits ohnehin Mangelware im Handy ist. Zudem bewegt sich Wärme im Metall langsamer als über ein flüssiges Transportmedium. Das heißt mit flüssigen Kühlmittel können wir die Hitze im Handy schneller abtransportieren und die Temperaturen schneller senken, was wiederrum einen Leistungseinbruch im Handy verhindern würde. Samsung hat im Galaxy S7 und im S7 Edge eine sehr interessante Technik eingebaut, die eine hybride Form zwischen flüssigen Kühlmittel und fester Kühlkörper darstellt.

Heapipe Loop entwickelt von Fujitsu
Heapipe Loop entwickelt von Fujitsu

Im internen Kühlkörper wird eine sehr geringe Menge an flüssigen Kühlmittel gehalten, welches bei Erwärmung verdunstet und die Wärme wird über Leitungen abtransportiert (Liquid Line), sobald sich die Flüssigkeit in Form von Dampf abgekühlt hat, kehrt diese in ihrem ursprünglichen Zustand zurück und der Kreislauf beginnt von vorne. Die Leitungen und Platten sind hauchdünn und bestehen aus Kupfer oder Graphit mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit. Es sei anzumerken, dass es sich bei dieser Form von Kühlung immernoch um eine passive Lösung handelt und deswegen keine externe Pumpe oder Lüfter benötigt wird, das heißt der Energieverbrauch des Smartphones wird sich daher nicht erhöhen. Laut Samsung ist die Form der Kühlung 50 mal effektiver, als die Nutzung einer herkömmlichen Kupferleitplatte. Derzeit entscheiden sich immer mehr Hersteller für die Nutzung von hybriden Lösungen, neben Samsung nutzt auch Sony und Microsoft im Modell Lumia die selbe Technologie. Mit steigener Leistung scheint die herkömmliche Kühlung mittels kleiner Kupferplatten nicht mehr auszureichen, daher ist der Umstieg auf Kupferplatten mit flüssigen Kühlmittel eine effizientere Lösung und wird sich somit wahrscheinlich auf dem Markt durchsetzen.

3. Externe Kühlung

PC Lüfter

Sobald die interne Kühlung des Smartphones nicht mehr ausreicht, kann die Nutzung eines externen Handy Kühlers Aushilfe schaffen. Die Hersteller verwenden ein passives Kühlsystem, wodurch Wärme mittels Kupferleitungen vom Prozessor und anderen Komponenten abgeleitet wird. Die Wärme bewegt sich in der Kupferleitung fort und verteilt somit die Wärme über die gesamte Kupferleitung und meistens wird die Wärme auch an das Smartphone Gehäuse weitergeleitet. Diese Art des Wärmetransportes ist physikalisch begrenzt, sodass die Wärme nur sehr langsam vom Prozessor bewegt wird. Die Nutzung eines externen Handy Kühlers bringt ein weiteres Element ins Spiel und zwar wird die Luft als Transportmedium verwendet. Die Lüfter saugen kühle Luft von außen an und bewegen die Luft zum Gehäuse und sorgen dafür, dass die erwärmte Luft um das Smartphone abtransportiert wird. Nach den selben Prinzip funktioniert auch die Kühlung bei herkömmlichen Laptops und Desktop-Computern. Die erwärmte Luft wird vom Prozessor abgesaugt und abtransportiert, damit ein Wärmestau im Gerät erst gar nicht entstehen kann. Ein guter Prozessorlüfter kombiniert mit einen effizienten Lüftungsstrom im Gehäuse ist im Stande die Prozessortemperatur zwischen 30°-50°C zu halten. Temperaturen im Bereich von 80° bis 100°C sind extrem schädlich für den Prozessor und erhitzen zudem auch die umliegenden Komponenten. Besonders im Sommer oder bei sehr warmen Umgebungstemperaturen wird das Handy sehr schnell heiß und wenn du nebenbei dann noch ein paar Spiele zockst, dann wird dir das Handy wortwörtlich vor Hitze glühen. Es empfiehlt sich infolgedessen bei sehr hohen Umgebungstemperaturen, einen Handy Kühler zu verwenden.

Ausführtlicher Testbericht zu einem Handy Kühler

Apps zur Abkühlung des Smartphones nutzen