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Masse auf Abwegen: Warum nur bestimmte Pins der Stromversorgungsstecker schmelzen und wir PCs neu überdenken sollten | Teil 1 von 2

Manche Dinge sind Zufallsfunde und eigentlich so trivial, dass sich keiner die Mühe macht, das mit den Stromflüssen im PC überhaupt einmal zu hinterfragen und vor allem auch nachzumessen. Wir messen ja immer nur die 12-Volt-Schienen und sind glücklich. Doch fließt bei Steckverbindern wie dem 12VHPWR bzw. 12V2x6 oder 6+2 Pin, dem 8-Pin-EPS sowie dem 24-Pin Mainboardanschluss im Rückfluss nach Masse genau der gleiche Strom, wie er reinfließt? Mitnichten und genau das hat mich enorm getriggert!

Eigentlich war ich ja auf der Suche nach der Ursache, warum bei den 12VHPWR-Verbindern immer nur die 12V-Pins verschmoren und im Gegenzug, vor allem beim Einsatz potenter (und extrem hungriger) Grafikkarten, die Masse-Pins eines 8-Pin-EPS zumindest extrem heiß werden. Außerdem hatte ich parallel noch einen komplett anders gelagerten Artikel in Arbeit, der hörbare Masseschleifen im PC-Audio und deren Beseitigung behandelt und war einigermaßen erstaunt, dass sich hier die ganzen Ursachen auf einen gemeinsamen, gleichen Nenner bringen lassen!

Ein völlig verschmorter 12V2x6 Stecker und die gut erhaltenen Masse-Pins

Wichtige Vorbemerkung

„Masseschleifen“ sind nichts Neues, denn der Strom ist wie Wasser und sucht sich auch beim Rückfluss immer den leichtesten und auch kürzesten Weg. Man vermutet sie am Ende auch nie dort, wo sie dann eigentlich auftreten. Da auch PC-Gehäuse, die Art der Abstandshalter zum Mainboard, die Verkabelung und die Netzteilmontage bzw. das Netzteil selbst eine sehr große Rolle spielen und es somit unzählige Faktoren und Variationen gibt, habe ich das heutige Experiment sehr bewusst und mit Absicht auf einem elektrisch isolierenden Benchtable montiert. Alle Zu- und Ableitungen sind somit sehr gut vergleich- und einzeln messbar, da keine zusätzlichen Einflüsse durch weitere Masseverbindungen im Gehäuse entstehen.

Allerdings kann man es durchaus auch im Gehäuse gegentesten und merken, dass die Schwerpunkte meiner heutigen Erkenntnisse und deren Folgen trotzdem sehr ähnlich sind. Nur ist es schwieriger reproduzier- und verallgemeinerbar. Des Weiteren gibt es natürlich auch unterschiedliche Mainboards mit sehr unterschiedlicher Verschaltung, Track-Qualität und mehr oder weniger Layern. Das und deutlich schwankende Temperaturen beim Aufwärmen der Boards und Grafikkarten können natürlich die Absolutwerte deutlich verändern, aber auch hier gilt, dass es im Prinzip mit dem Rein- und Raus gleichermaßen unangenehm bleibt. Um das mit dem Strom jetzt zu verstehen, will ich eine kleine Anekdote voranstellen, die das Kirchhoffsche Gesetz erklärt.

Was Herr Kirchhoff damit zu tun hat

An einem herrlich sonnigen Nachmittag entschied sich ein gewisser Herr Kirchhoff, der für seine ernsthafte Miene und seinen noch viel ernsteren Schnurrbart bekannt war, für einen ungewöhnlich spontanen Spaziergang entlang des naheliegenden Flusses. Und während er so am Ufer entlangschlenderte, mit der Sonne im Rücken und dem leisen Plätschern des Wassers als seine einzige Begleitung, begann er, über die Ströme nachzudenken. Nicht über elektrische Ströme, oh nein, sondern über das Wasser, das so fröhlich an ihm vorbeifloss. In einem Moment der Heiterkeit (oder war es die Hitze, die ihm zu Kopf stieg?), begann er, das Wasser und die vorbeischwimmenden Blätter als elektrische Ladungen zu betrachten, die durch einen elektrischen Schaltkreis fließen.

„Interessant,“ murmelte er vor sich hin, während er ein besonders flinkes Blatt beobachtete, das sich um einen Stein wirbelte, bevor es seinen Weg fortsetzte. „Wenn ich das richtig sehe, dann verhält sich der Fluss ganz ähnlich wie ein elektrischer Stromkreis. Die Gesamtmenge des Wassers, egal ob nun vor oder nach der Wassermühle oder dem parallel liegenden Wehr, die hier eintritt, muss genau der Menge entsprechen, die dort viel weiter hinten wieder herauskommt. Ein ewiges Gleichgewicht! Ich glaube, ich habe soeben ein grundlegendes Prinzip der Elektrizität entdeckt – am Ufer eines Flusses, wohlgemerkt!“ Ein Gesetz, das fortan nicht nur die Welt der Elektrizität, sondern auch die Herzen von Physikstudierenden weltweit in Angst und Schrecken versetzen würde. Und wenn man genau hinhört, kann man bis heute das leise Kichern der Enten hören, die als Erste Zeuge wurden, wie ein fließender Strom die Inspiration für eines der fundamentalen Gesetze der Elektrophysik lieferte.

Diese Kirchhoffschen Gesetze, auch bekannt als Kirchhoffsche Regeln, beziehen sich auf zwei grundlegende Regeln in der Elektrotechnik, die für die Analyse von Strömen und Spannungen in elektrischen Netzwerken verwendet werden. Diese Gesetze sind entscheidend für das Verständnis und die Analyse elektrischer Schaltkreise. Es gibt zwei Hauptgesetze, von denen uns heute das erste am meisten interessiert.

  1. Kirchhoffscher Stromsatz (Knotenpunktsatz oder erste Kirchhoffsche Regel)
    Dieses Gesetz besagt, dass in jedem Knotenpunkt eines elektrischen Netzwerks (ein Punkt, an dem Leiter zusammenkommen) die Summe aller hineinfließenden Ströme gleich der Summe aller herausfließenden Ströme ist.  Dieses Gesetz basiert auf dem Prinzip der Ladungserhaltung, wonach elektrische Ladung weder erzeugt noch vernichtet werden kann. Strom kann man also nicht verbrauchen.

  2. Kirchhoffscher Spannungssatz (Maschensatz oder zweite Kirchhoffsche Regel)
    Dieses Gesetz besagt, dass in jeder geschlossenen Schleife eines Netzwerks die Summe aller Spannungsabfälle (die durch Bauelemente wie Widerstände verursacht werden) und der Spannungen, die durch Quellen erzeugt werden, null sein muss. Das heißt, die algebraische Summe der Produkte aus Strom und Widerstand plus die Summe der elektromotorischen Kräfte (EMK) in der Schleife ist gleich null  Dieses Gesetz folgt aus dem Prinzip der Energieerhaltung in einem geschlossenen Kreislauf.

Diese beiden Gesetze sind fundamental für die Schaltungsanalyse, da sie es ermöglichen, unbekannte Ströme und Spannungen in komplexen Netzwerken zu berechnen, indem sie ein System linearer Gleichungen aufstellen, das mit Methoden der linearen Algebra gelöst werden kann. Doch ganz so kompliziert müssen wir das heute gar nicht machen, wobei natürlich wie immer gilt: Was man an Strom reinsteckt, das muss auch wieder rauskommen. Und so erwartet man ja, dass alles, was auf der 12-Volt-Schiene an den PC geliefert wird, auf Masse auch wieder zurückkommt. Das tut es auch, nur dass man besser nachmessen sollte, wo und wie das alles zurückgeliefert wird.

 

184 Antworten

Kommentar

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J
Jan_03

Neuling

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Muss man sich demnächst sorgen um den PCI Sockel machen? Der kann ja nur 75W, wird aber ja deutlich mit 120W belastet.

Ist ja nur auf der Masse Leitung, nicht auf der + Leitung, funktioniert das dann nur deswegen mit der Erwärmung? Oder kann der Slot doch mehr?

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Sci-Man

Veteran

142 Kommentare 92 Likes

War gerade bei gleicher Überlegung.
Meine laienhafte Überlegung dahingend ist, dass es nur wegen der einseitigen Belastung nicht zum überhitzen kommt, also dadurch dass "nur" die Masseseite so stark belastet ist, sich die entstehende Hitze verteilen kann.

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RX480

Urgestein

1,702 Kommentare 770 Likes

Wo gehen die Strömlinge dann mit ner 7900er Graka eigentlich hin?
Ist da auch soviel Masse auf dem PCiE-Slot?

.... wenn man mal bedenkt wieviel W da manche Luxxer beim X-OCen drauf hauen

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Igor Wallossek

1

9,955 Kommentare 18,240 Likes

Erstens:
Das ist bei AMD-Grafikkarten nicht anders. Bei manchen sogar noch ausgeprägter.

Zweitens:
Am PCIe Slot gibt es nur 3 offizielle 12V-Pins (mit Reserve-Pin sind es 4), aber deutlich mehr Masse-Pins. So gesehen passt das schon noch. Ich hatte mit einer MSI RTX4090 SUPRIM X und 516 Watt Leistungsaufnahme knapp 13 Ampere am Slot, bei 600 Watt BIOSen sind es sicher 14 bis 15 Ampere. Das ist zwar schon arg sportlich, aber für satte 34 Gnd-Pins noch locker machbar. Ich mache mir da eher Sorgen ums Mutterbrett und die Interferenzen

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e
eastcoast_pete

Urgestein

1,338 Kommentare 710 Likes

Interessant! Erdungsanschlüsse (Schraube am Metall Gehäuse zum Anschließen eines Erdung/Ground Kabels) gibt's ja aus guten Gründen in Netzwerk Switches und Routers, zT sogar schon in billigen Geräten (so ab €100, einfach danach suchen). Warum es dann sowas nicht auch für die PCs selbst gibt, weiß ich nicht.

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Igor Wallossek

1

9,955 Kommentare 18,240 Likes

Frrag die Industrie. Das gabs früher sogar an Netzteilen (zum Gehäuse).

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holansensei

Mitglied

61 Kommentare 16 Likes

Guten Morgen,

dies ist mal wieder ein Beweis, wieso ich hier so gerne lese. Ein Artikel über ein Thema, welches kein anderer auf dem Schirm hat und dann noch für mich verständlich präsentiert.

Genug geschleime, sonst bricht sich noch jmd was.

Ich nehme für mich also mit, dass wenn ich die Möglichkeit für 2x4Pin CPU Stecker habe (je nach Konfiguration des MB) auch diese dran stecke?

Nicht wegen Zulauf, sondern Rücklauf?

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Roland83

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655 Kommentare 497 Likes

Heute ist ja bald alles pulverbeschichtet, sogar die Schrauben, also da noch eine zuverlässige Masse abseits der Kabel hinzubekommen grenzt eh schon an Kunst. Die Kunststoff Abstandshalter sind dann die Krönung 🙈

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Rizoma

Veteran

122 Kommentare 114 Likes

Sind die Netzteile nicht über die Gehäuseverbindungsschrauben geerdet ?

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Roland83

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655 Kommentare 497 Likes

Jo mit den pulverbeschichteten Gehäusen (sowohl nt als auch pc ) samt Schrauben . Natürlich wirst du da mit etwas Glück beim eindrehen den ein oder anderen Kontakt finden aber optimal ist anders 😅

Masseverbindungen, Erde, Potential etc.. sollten ja idealwerweise so dimensioniert sein das sie die Gesamtheit des Rückflusses aufnehmen bzw ableiten können ( warum sieht man ja schön an Igors Schema). Drei "angeritzte" Gewindegänge entsprechen dieser Situation vielleicht nicht so ganz.

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echolot

Urgestein

829 Kommentare 633 Likes

Elektrizität zu Ende gedacht! Thema Potentialausgleich. Das Erdungskabel kam mir sofort in den Sinn. Hatte selber auch mal mit einer Soundblaster zu kämpfen. Gibt es von Dir eine DIY Lösung dazu?

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Igor Wallossek

1

9,955 Kommentare 18,240 Likes

Drucke Dir einfach eine Bracket oder nimm Tesa-Film zum Isolieren. Dazu kommt morgen ja das Follow-Up. Auch mit Soundkarte :D

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Roland83

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655 Kommentare 497 Likes

Soundkarten, Erdungsklemmen... wer gestern nach 20 Minuten Ram Training noch dachte AM4 war solide wird morgen den 486er wieder auspacken :LOL:

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echolot

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829 Kommentare 633 Likes

Für den Fall der Fälle einfach mal abwarten was da morgen noch kommt. Ansonsten sehe ich bei meinem Setup momentan keine Probleme.

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p
pintie

Veteran

162 Kommentare 124 Likes

An den ganzen Glasscheiben ist nichts mehr frei... da sind schon die ganzen RGB Kontroller geerdet.

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Roland83

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655 Kommentare 497 Likes

Einfach den freien Raum mit 10-20 Liter Gartenerde auffüllen, da reicht auch die günstige aus dem Baumarkt. Es muss nicht die Corsairde Republic of Gardening um 80 Euro das Kilo sein, auch wenn führende Youtuber da die meisten Regenwürmer drinnen gefunden haben wollen ...
Wir verlassen uns da lieber ganz auf Igors künftige Materialanalysen ;)

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DrWandel

Mitglied

78 Kommentare 61 Likes

Ja, mit den Kirchhoffschen Gesetzen habe ich mich sehr intensiv während meines Studiums der Elektrotechnik befasst, vor sehr langer Zeit. Danke für das passende Bild und die Erläuterungen!

Zum Thema passt perfekt die Benamung des ersten Kapitels: "Unerklärlliche Dinge..." (sic) ;-)

Ich spekuliere mal, dass dieses Thema (Powerstecker für Grafikarten) auch in ein oder zwei Jahren noch aktuell sein wird...

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arcDaniel

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1,494 Kommentare 758 Likes

Sehr interessanter Artikel, allerings die Geschichte mit dem Wasser... Ja man glaubte lang dass der Strom Vom Plus nach Minus fliesst und auch alle Schaltungen sind so gezeichnet, aucht wird sich dies nicht mehr ändern.
Allerdings fliessen die Elektronen in Wirklichkeit vom Minus auf den Plus.

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RedF

Urgestein

4,541 Kommentare 2,478 Likes

Also was konnte ich machen um den PEG Slot zu entlasten?
Dickes Kabel direkt zum Netzteil, aber wo an der Graka verbinden.

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Danke für die Spende



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About the author

Igor Wallossek

Chefredakteur und Namensgeber von igor'sLAB als inhaltlichem Nachfolger von Tom's Hardware Deutschland, deren Lizenz im Juni 2019 zurückgegeben wurde, um den qualitativen Ansprüchen der Webinhalte und Herausforderungen der neuen Medien wie z.B. YouTube mit einem eigenen Kanal besser gerecht werden zu können.

Computer-Nerd seit 1983, Audio-Freak seit 1979 und seit über 50 Jahren so ziemlich offen für alles, was einen Stecker oder einen Akku hat.

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