Die Steckerfrage ist bei Single Pair Ethernet noch nicht entschieden

Markanter Vorteil von Single Pair Ethernet ist die durchgängige IP-basierte Kommunikation mit einem einheitlichen Protokoll-Standard, bei dem keine Gateways für die Umsetzung auf andere Protokolle benötigt werden. Der Anwender spart Kosten und Zeit bei der Implementierung seiner Sensoren bis in die obersten Leitebenen.

Ohne die richtige Anschlusstechnik lässt sich die Sensorik allerdings nicht in das entsprechende Netzwerk einbinden. Weidmüller hat für SPE ein Steckgesicht sowohl für IP20- als auch für IP67/M8- Anwendungen entwickelt. Zuvor wurden die wesentlichen Eigenschaften eines SPE-Steckverbinders im maschinennahen Einsatz ausgearbeitet. Die Zielsetzung war: Industriellen Anwendungen in jeglicher Form gerecht zu werden.

Weidmüller setzt bei SPE auf die beiden Varianten IEC 63171-2 (IP20) sowie IEC 63171-5 für IP67-Umgebungen. Der Grund: Aus Sicht der Weidmüller-Entwickler lehnt sich die IEC-Variante 63171-6 zu sehr an den Anforderungen der generischen Verkabelung an.

Mit Fokus auf Querschnitte im Bereich AWG 26 bis AWG 22 entstanden anwenderfreundliche Steckverbinder, die sowohl als Patchkabel aber auch als frei konfektionierbare Varianten realisiert werden.

Miniaturisierung: Zwei SPE-Stecker für einen RJ 45

Der kompakte Steckverbinder ist mit einem Pitch von 7,62 mm nur halb so groß wie ein RJ45-Verbinder. Somit passen auf die Baugröße eines Standard RJ45-Leiterplattenverbinders zwei SPE-Ports, was die Packungsdichte eines Switch in der Praxis verdoppelt, beziehungsweise bei einem Endgerät den benötigten Anschlussraum halbiert.

Auch im Vergleich zu anderen Steckverbindern der IEC 63171-Normenreihe, hat der von Weidmüller favorisierte Stecker das bisher kompakteste Steckgesicht.

Die Ausführung des Steckgesichts nach IEC 63171-2 ermöglicht es zudem, das SPE-Steckgesicht in M8-Gehäuse umzusetzen: Standard M8 mit Schraubgewinde ist im Sensorik-Bereich die Referenz und kann aufgrund der kompakten Ausführung der IEC 63171-5 SPE-Schnittstelle ganz einfach in bestehende M8-Geräteschnittstellen und Steckverbinder integriert werden. Der Vorteil für Geräteanbieter: Vorhandene Gehäusedesigns mit M8-Verschraubungen sind weiterhin nutzbar. Dies erhöht die Akzeptanz und verringert die Implementierungskosten.

Handhabung im Feld nicht vernachlässigen

Auch im Vergleich zu anderen Steckverbindern bietet der SPE-Stecker nach IEC 63171-2 das bisher kompakteste Steckgesicht der IEC 63171 Normenreihe: Ein Switch mit bisher fünf RJ 45-Ports hat damit Platz für zehn SPE-Buchsen. Weidmüller

Das SPE-Steckgesicht kann bei Standard M8-Steckverbindern sowohl in Male als auch in Female ausgeführt werden, jeweils mit Innengewinde als auch mit Außen­gewinde. Somit braucht es keine Verlängerungskabel, die an beiden Enden nur Stecker oder nur Buchsen aufweisen. Durch den Einsatz des gleichen Steck­gesichts lassen sich Stecker und Buchse frei kombinieren und so einfach freie Steckverbinderkupplungen realisiert. Dies unterstützt ebenso PoDL (Power over Data Line) und Daisy-Chaining, analog zu Geräten mit M12/M8-Steckverbindern. Darüber hinaus ist das Steckgesicht so flexibel, dass eine Invertierung möglich ist was einer Kodierung gleichkommt. Diese Eigenschaft hilft beispielsweise bei der Unterscheidung von SPE-Installationen mit oder ohne PoDL-Versorgung der Teilnehmer.

Nicht nur das Steckgesicht muss feldtauglich sein, die Anschlusstechnik ebenso. Deshalb kommt beim SPE-Stecker eine konfektionierbare IDC-Version als Aderanschluss zum Einsatz.

Eine einfache Konfektionierung der Steckverbinder vor Ort per IDC und einfacher Schirmung, spart Zeit und sorgt für zuverlässige Kommunikationsverbindungen. Weidmüller

Für die Industrietauglichkeit sorgt weiterhin ein robuster metallischer Verriegelungsmechanismus; die Ausziehkraft beträgt mindestens 50 N. Als typische technische Eckdaten wurde ein Leitungs-Querschnittsbereich von AWG 26 bis 22, Spannungsfestigkeit von 2,25 kV DC sowie ein zulässiger Verschmutzungsgrad zwei auf der Leiterplatte definiert. Die elektrische und mechanische Verbindung muss auch unter extremen, maschinennahen Anwendungen gegeben sein. Als Nachweis bietet sich ein so genannter ‚Flexion Test‘ nach IEC 60998 -2 -X an. Bei dieser Prüfung wird das Kabel nicht nur auf axialen Zug hin, sondern auch vertikal belastet. Dies simuliert die Belastungen, denen das Kabel zum Beispiel an einem Roboterarm ausgesetzt ist.

Besonderen Wert legt Weidmüller auf die Leistungsfähigkeit und Zukunfts­fähigkeit seiner Steckverbinder. Beide Punkte gehören zusammen, da sie sowohl alle Freiheiten bei der Weiterentwicklung in Richtung höhere Übertragungsraten sicherstellen als auch die Erweiterung einer bestehenden Installation ermöglichen. Dies zeigt auch die deutlich höhere HF-Performance, die, im Vergleich mit anderen Steckverbindern, eine applikationsunabhängige Nutzung vom industriellen Feldgeräten über die Industrieverkabelung und das Rechenzentrum bis zur Cloud ermöglicht. Bezüglich der normativen Anforderungen der IEC CDV 63171 hat Weidmüller mit der Kategorie C eine Systemreserve für aktuelle Applikationen bis 600 MHz. Wegen der hohen HF-Performance wird die Verkabelung auch zukünftige, höhere Ansprüche erfüllen. Erreicht wird dies unter anderem durch eine hohe Rückflussdämpfung und einen hohen TCL (Transverse Conversion Loss /transversale Umwandlungsdämpfung). Die Rückflussdämpfung beschreibt das Impedanzverhalten zwischen Steckverbinder und Buchse. Eine hohe Rückflussdämpfung sorgt für eine zuverlässige Datenübertragung der Schnittstelle. Der TCL beschreibt die Symmetrie des Steckverbinders und damit die Robustheit gegenüber äußeren Störeinflüssen. Der Weidmüller Steckverbinder ermöglicht somit Übertragungsraten von 10 Mbit bis 1 GB.

SPE – die Normenlage

Struktur der Normenreihe IEC 63171. Die generellen elektrischen Anforderungen an die SPE-Steckverbinder sind Bestandteil der Grundnorm IEC 63171. Weidmüller

Der erste SPE-Standard wurde bereits 2016 in der IEEE 802.3 Group veröffentlicht mit einem klaren Fokus auf Automobilnetzwerke. Für das Projekt IEEE 802.3cg (SPE 10 Mbit/s) wurden zum ersten Mal in der IEEE-Umgebung Steckverbinder mit deren elektrischen Eigenschaften beschrieben. Sie werden unter dem Punkt MDI (Medium Dependent Interface) erläutert. Der MDI ist die Schnittstelle an der Aktivkomponente. Die passive Verkabelungsstruktur wird nicht beschrieben. Die generellen elektrischen Anforderungen an die SPE-Steckverbinder beschreibt die Grundnorm IEC 63171. Wie bei Rundsteckverbindern gibt es verschiedene sich in der Standardisierung befindliche SPE-Steckgesichter. Die IEC 63171 als Ganzes ist noch nicht erhältlich, da sie sich aktuell noch im Arbeitsstatus befindet. Die Normung gemäß IEC 63171-2 und IEC 63171-5 beschreibt einen Steckertypus für den industriellen Einsatz in Maschinen und Anlagen.

Es gibt kaum eine Anwendung, für die Single Pair Ethernet keine neuen Impulse bringt: Ob in der IT, der Produktion oder unter extremen Bedingungen. Die Infrastruktur lässt sich dank des miniaturisierten Steckers und der einpaarigen Leitungen problemlos installieren. Zum Port­folio an SPE-Steckern gehört auch ein gewinkelter IP20-Leiterplattensteckverbinder, eine durchgängige IP67-Verkabelung auf Basis von Standard M8-Steckverbindern mit Schraubgewinde sowie Steckverbinder für PoDL (Power over Data Line) zur Energieversorgung der angeschlossenen Peripherie.

(sk)