Industrie-Steckverbinder Ethernet plus Modular Jacks

Verbindungstechnik im industriellen Anwendungen und im Endverbraucher-Bereich.
Verbindungstechniken für industrielle Anwendungen

Heutzutage findet man Modular Jacks und Ethernet-Protokolle bei den meisten Anwendungen – sowohl im industriellen als auch im Endverbraucher-Bereich. Es gibt so viele Optionen, dass es schwierig ist, sich für die richtige zu entscheiden.

Die folgenden Ausführungen liefern einen kurzen Überblick über die bei Modular Jacks verwendete Steckverbindertechnologie und das Ethernet-Protokoll [1]. Auf diese Weise lassen sich potenzielle Anwendungen besser identifizieren und Konstrukteure können den für ihre jeweilige Anwendung am besten geeigneten Steckverbinder einfacher ermitteln.

Die Geschichte des Ethernet

Ethernet ist vom englischen Wort Ether (dt. „Äther“) abgeleitet. Wissenschaftler im 18. und 19. Jahrhundert waren der Ansicht, dass der Äther ein hypothetisches Medium sei, in dem sich elektromagnetische Wellen ausbreiten.
Das Ethernet-Protokoll wurde zum ersten Mal in den frühen Siebziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts an der Universität von Hawaii verwendet, um den Datenaustausch zwischen den verschiedenen Standorten auf der Insel zu vereinfachen. Es beruhte auf dem Aloha-Funkprotokoll.

Zu jener Zeit hatten mehrere Hersteller jedoch bereits ihre eigenen Kommunikationsprotokolle entwickelt (SNA von IBM, DECnet von DEC, DSA von Bull usw.). Es wurde sehr schnell deutlich, dass sich diese Systeme nur dann gemeinsam nutzen lassen würden, wenn dafür eine internationale Norm geschaffen würde.

1977 erarbeitete die Internationale Organisation für Normung (ISO) einen kompletten Satz an Empfehlungen zu den Kompatibilitätsanforderungen. Ziel war die Verbindung offener Systeme, die ihre Daten über gemeinsame Protokolle austauschen können.
Die ersten Erfolge von Ethernet im Jahre 1980 veranlassten Xerox, Intel und Digital dazu, dieses Netzwerk gemeinsam weiterzuentwickeln und alle bisher existierenden privaten Netzwerke einzustellen. 1984 veröffentlichte die ISO eine neue Version ihrer Empfehlungen unter der Bezeichnung OSl-Schichtenmodell (Open Systems lnterconnection). Weiterführende Informationen zu diesem Modell bietet das Fachbuch „Trilogie der induktiven Bauelemente“ von Würth Elektronik [2]. Die neue Version ist heute internationaler Standard und dient als allgemeine Richtlinie für die gesamte Branche. 1985 schloss der IEEE die Entwicklung des Ethernet-Standards 802.3 ab. Das Abenteuer konnte beginnen…

MJ- und RJ-Steckverbindungen

„Modularsteckverbinder“ (Modular Jack, MJ) ist die Bezeichnung für eine Familie elektrischer Steckverbinder, die ursprünglich für die Telefon- und Ethernet-Verkabelung verwendet wurden. Aufgrund der schnellen Entwicklung dieser Steckverbinderfamilie ist ihre Verwendung heute nicht mehr auf die Telekommunikation beschränkt, sondern wurde auf viele andere Gebiete erweitert.
Historisch betrachtet wurden Modularsteckverbinder von Bell Telephone Laboratories patentiert und ersetzten Mitte der 70er Jahre die Festverkabelung.

Stecker und Buchsen

Modularsteckverbinder gibt es als Stecker und Buchsen. Der Stecker sitzt dabei normalerweise am Ende eines Kabels, während die Buchse an festinstallierten Standorten wie etwa Leiterplatten eingesetzt wird.

Arretierung

Modularsteckverbinder sind so ausgelegt, dass Stecker und Buchse mit Hilfe einer Arretierzunge zuverlässig verriegelt werden können. Beim Herstellen der Verbindung rastet diese Zunge in die Buchse ein und verhindert ein versehentliches Herausziehen des Steckers. Zum Trennen der Verbindung muss die Zunge beim Ziehen des Steckers nach unten oder oben gedrückt werden. Am häufigsten werden Buchsen mit der Zungenraste nach unten eingebaut, da dies die Bedienung erleichtert: Beim Stecken ruht der Daumen auf der Steckeroberseite und der Zeigefinger auf der Unterseite – und damit auf der Zunge. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Staub bei dieser Ausrichtung herabfällt – statt sich auf der Kontaktfläche abzulagern (wenn die Zunge nach unten weist, ist der Kontakt oben).

Kontaktanschlüsse

Wenn die Zunge nach unten weist, kann man von links nach rechts beginnend bei 1 die Kontaktanschlüsse abzählen (Bild 1). Weist die Zunge nach oben, dann erfolgt die Zählung von rechts nach links.

Maße und Kontakte

Für Stecker mit vier oder sechs Stiftkontakten wird jeweils das gleiche Gehäuse verwendet. Ein größeres Gehäuse wird für Stecker mit acht oder zehn Kontakten eingesetzt. Anzahl und auch Position der Kontakte können unterschiedlich kombiniert sein.Die Anordnung lässt sich auf zweierlei Weise beschreiben: Die erste heißt „xPxC“. Die Anzahl möglicher Positionen wird angegeben mit 4, 6, 8, 10. Hierdurch wird angegeben, wie viele Positionen für einen Kontakt möglich sind. Die mögliche Anzahl von Kontakten wird angegeben mit 2, 4, 6, 8, 10. Diese Zahlen bezeichnen die Anzahl der möglichen elektrischen Kontakte. So steht „8P8C“ beispielsweise für acht Positionen, die mit acht Kontakten befüllt sind. Es gibt also keine leeren Kontaktpositionen.

Die zweite Möglichkeit zur Beschreibung der Steckverbinder ist die Verwendung einer RJ-Nummer (Registered Jack). Hierbei handelt es sich um einen Standard zur Benennung von Verkabelungen und Anschlussbuchsen bei Netzwerkschnittstellen. Beispiele hierfür sind RJ11, RJ45, RJ21, RJ28.

Die folgenden Abschnitte beschreiben die am weitesten verbreiteten Konfigurationen.

4P4C

Der 4P4C-Steckverbinder wird normalerweise als RJ9 bezeichnet. Die Bezeichnung ist insofern unzutreffend, als dieser Steckverbinder kein RJ-Steckverbinder ist. RJ-Steckverbinder geben nur die Verbindung zwischen verschiedenen Telefonen oder einem Telefon und einem Netzwerk an, nicht aber zwischen zwei Komponenten desselben Telefons, wie es hier häufig der Fall ist. Tatsächlich heißt dieser Steckverbinder auch Hörersteckverbinder, da er meist für die Verbindung des Telefonhörers mit dem Telefonempfangsteil eingesetzt wird. Dies ist in Bild 2 dargestellt.

6PxC

6P2C (RJ11) ist der wohl bekannteste RJ-Steckverbinder, da er in den meisten Haushalten weltweit für Telefonanschlüsse mit nur einer Leitung verwendet wird. 6P4C (RJ14) ist ähnlich aufgebaut – jedoch für zwei und 6P6C für drei Leitungen vorgesehen. Die meistverwendete Buchsenkonfiguration ist 6P4C, wobei häufig nur ein 6P2C-Kabel (RJ11-Kabel) angeschlossen wird.

8P8C

8P8C-Steckverbinder werden normalerweise für Ethernet-Anwendungen eingesetzt. Zwar werden sie im Kontext von Ethernet und CAT5-Kabeln häufig als RJ45-Steckverbinder bezeichnet, doch ist eine solche Bezeichnung für 8P8C-Steckverbinder eigentlich unzutreffend. Bei Telefonsystemen weist eine RJ45S-Standardbuchse eine Führungsnase auf, die das Einsetzen eines 8P8C-Standardsteckers unmöglich macht. Allerdings ist die 8P8C-Version ohne Führungsnase dank des Computermarkts inzwischen so weit verbreitet, dass die Bezeichnung „RJ45“ häufig für 8P8C ohne Führung verwendet wird – was nicht der ursprünglichen und offiziellen Definition entspricht.

8P8C-Buchsen unterstützen physisch den Anschluss von RJ11-/RJ14- und RJ25-Steckverbindern, doch sind nur RJ11 und RJ14 vollständig kompatibel. Eine Ethernet-kompatible Beschaltung unterteilt das dritte Paar bei RJ25 in zwei separate Kabelpaare, wodurch es für ähnliche Telefone unbrauchbar wird. Dies war erforderlich, um die Signalintegrität von Ethernet aufrecht zu erhalten, weil dort mit wesentlich höheren Frequenzen als bei Telefonleitungen gearbeitet wird.

10P10C

Der 10P10C-Steckverbinder wird oft auch als RJ50-Steckverbinder bezeichnet, obwohl es sich nicht um einen RJ-Steckverbinder handelt. Er bietet zehn Kontaktpositionen mit zehn Kontakten. Dieser Steckverbinder wird vorwiegend in proprietären Datenübertragungssystemen eingesetzt, weswegen man nicht allzu häufig (außer bei Spezialanwendungen) auf ihn stößt.