Single Pair Ethernet »Um Unklarheiten zu beseitigen«

Rainer Schmidt, Harting
Rainer Schmidt, Harting

Zu welchem Zweck wurde Single Pair Ethernet entwickelt und welche Rolle spielt der Steckverbinder? Rainer Schmidt, Business Development Manager von Harting, räumt mit Vorurteilen auf. Und er erklärt, warum sich die Forderung nach einem einheitlichen Steckverbinder aus seiner Sicht erübrigt.

von Rainer Schmidt, Business Development Manager, Cable Systems, Harting Electronics

Single Pair Ethernet (SPE) wurde nur aus einem einzigen Grund entwickelt. Es soll eine der letzten großen Lücken in einer TCP/IP-orientierten Netzwerkwelt schließen – die Lücke zwischen der klassischen IT und der immer wichtiger werdenden Sensorik.
Somit ist SPE keine Ablösetechnologie für bestehende kabelgebundene Ethernet-Netze, wie sie heute fast überall in der IT vorzufinden sind. Es geht nicht darum, vierpaarige Verkabelungen zu ersetzen, sondern darum, Sensor-/Aktor-Netzwerke barrierefrei an unsere IT-Netze anzudocken. Deshalb wird SPE auch als »Enabler« für IoT und IIoT bezeichnet.

Single Pair Ethernet (SPE) ist kein Zufallsprodukt, sondern die einfache Antwort auf die Frage, wie zukünftige Automatisierungslösungen aussehen müssen, damit sie erfolgreich am Markt umgesetzt werden können. Diese Frage hat drei Branchen besonders umgetrieben: die Automobilindustrie, die Industrieautomatisierung und die Gebäudeautomatisierung.

Alle drei Anwendungsfelder benötigen für den nächsten Schritt in den jeweiligen Automatisierungslösungen ungehinderten Zugang zu Sensor-/Aktor-Netzwerken.
Nur so lässt sich im Auto autonomes Fahren umsetzen, in der Industrie der durchgängige Herstellungsprozess nach Industrie 4.0 oder in der Gebäudeautomatisierung das intelligente Gebäude realisieren.

Diese Überlegungen treiben die Entwicklung von SPE voran – und nichts anderes.

Der Stecker spielt nicht die Hauptrolle

Dass Verkabelung einfacher und Steckverbinder kleiner werden, ist ein zusätzlicher positiver Effekt, aber nicht die Ursache für die Innovation SPE.

Wie aber wird die Implementierung von SPE in den drei größten Anwendungsfeldern aussehen und was bedeutet das für die Verkabelung?

  • Im Auto muss SPE einfach, schnell und trotzdem stabil, bei zum Teil extremen Betriebsbedingungen, implementiert werden. Für die Autobauer heißt das: einfache Ansteuerung aller relevanten Komponenten mittels SPE. Die Verkabelung dazu wird im Allgemeinen ungeschirmt und mit eigens entwickelter Verbindungstechnik erfolgen. Diese Verbindungstechnik ist immer geprägt von einfachem Design, welches Vorteile von Steckverbindern und Klemmentechnik vereint und sehr platzsparend in Blöcken zusammengefasst werden kann. Schon jetzt werden erste Modellreihen mit SPE ausgeliefert. In zehn Jahren wird diese Technik Standard sein und den heutigen CAN-Bus oder vergleichbare Lösungen vollständig abgelöst haben.
  • Bei der Industrieautomatisierung sieht das im Grunde ganz ähnlich aus. Auch hier spielen extreme Bedingungen wie große abzudeckende Temperaturbereiche, Schock und Vibration aber auch der IPx-Schutz vor Staub und Nässe eine wichtige Rolle beim Design der Verbindungstechnik. Allerdings werden in der Industrie zum absolut überwiegenden Teil geschirmte Verkabelungen eingesetzt, um hohe Störfestigkeit im Bereich der EMV zu garantieren. Somit orientiert sich das Design der Steckverbinder für SPE in der Industrieautomatisierung an robusten geschirmten IP20-Verbindern bis hin zu IP65/67-geschützten Varianten in den weit-verbreiteten M12- bzw. M8-Bauformen.
  • Was bewirkt SPE in der Gebäudeautomatisierung? Hier ist wohl noch die spannendste Geschichte zu erwarten. Das hat damit zu tun, dass es bei den Systemen zur Gebäudeautomatisierung Lösungen wie KNX, LON, EchoNet, TRON und weitere gibt, die sich strategisch entscheiden müssen, wie und in welchem Umfang sie zukünftig SPE nutzen wollen. Über den Innovationsdruck von SPE in der Sensor-Technik werden sie an der Technologie SPE aber nicht vorbeikommen. Ob sie diesen Technologiewechsel dann auch noch für weitreichendere Veränderungen, zum Beispiel hin zu komplett Ethernet-basierten Systemen nutzen werden, bleibt abzuwarten. Bei der Verkabelung kommen ungeschirmte und geschirmte Lösungen zum Einsatz, die im Allgemeinen im Innenbereich installiert sind und somit bei weitem nicht die Robustheit aufweisen müssen, wie z.B. in der Industrie. Der RJ45-Steckverbinder hat hier, wenn überhaupt, als Service- und Prüfinterface eine Rolle gespielt. Ansonsten kommen hier als Anschlusstechnik besonders Terminalblöcke mit Schraub- oder Klemmtechnik zum Einsatz.

SPE muss nicht RJ45-rückwärtskompatibel sein

In allen drei Bereichen – Auto, Industrie und Gebäude – spielt der RJ45 bei der Einführung von SPE überhaupt keine Rolle! In allen drei Bereichen gibt es auch keine Historie (installierte RJ45-Basis), die bei der Einführung von SPE irgendwo berücksichtigt werden müsste. Somit sind zum Beispiel Überlegungen zur Rückwärtskompatibilität von SPE-Verbindungstechnik zu RJ45-Verkabelungen natürlich zulässig, aber nicht wirklich sinnvoll. Es fehlen schlichtweg die Anwendungen.

Es wird keinen SPE-Stecker-Alleskönner geben

Die kurze Beleuchtung der SPE-Anwendungsbereiche zeigt auch: jeder hat seine eigene Historie und vor allem, jeder hat sein ganz spezielles Anforderungsprofil.

Das führt auch zu speziellen Designs in der SPE-Anschlusstechnik (in SPE-Steckgesichtern). So wird es nicht »die eine Lösung« geben, die von verschiedenen Seiten immer wieder eingefordert wird.

Oder noch einmal ganz deutlich: es wird keinen SPE-Stecker Alleskönner geben! Vielmehr kristallisiert sich heraus, dass es drei Lösungen an SPE-Steckgesichtern geben wird:

  • eine Lösung fürs Auto (oder auch mehrere, je nach Hersteller)
  • eine Lösung für die Industrie
  • und eine Lösung für die Gebäudeinstallation

Lassen wir jetzt für einen Moment das Thema Auto einmal außen vor und sehen uns Industrie und Gebäudeinstallation weiter an, um der Frage auf den Grund zu gehen, warum sich »die Steckerhersteller« nicht auf ein gemeinsames Steckgesicht »einigen« können…