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RJ45- und M12-Steckverbinder im Industrial Ethernet

01  M12-Steckverbinder für Industrial Ethernet, D-codiert mit vier, X-codiert mit acht Stiften (Quelle: Telegärtner)

01  M12-Steckverbinder für Industrial Ethernet, D-codiert mit vier, X-codiert mit acht Stiften (Quelle: Telegärtner)

02  Der RJ45 im Schutzgehäuse in den Varianten 1, 4, 6 und 14 (Quelle: Telegärtner)

02  Der RJ45 im Schutzgehäuse in den Varianten 1, 4, 6 und 14 (Quelle: Telegärtner)

03  RJ45- und M12-Steckverbinder für verschiedene Ethernet-Arten

03 RJ45- und M12-Steckverbinder für verschiedene Ethernet-Arten

Hochvernetzte Fertigung, Smart Factory und Industrie 4.0 wären ohne Ethernet nicht denkbar. Im industriellen Umfeld herrschen jedoch andere Umgebungs­bedingungen als in Büros und so müssen viele Komponenten eines Datennetzes an die besonderen Anforderungen angepasst werden. Für den RJ45-Steckverbinder wurden gleich mehrere Schutzgehäuse entwickelt, die jedoch nicht untereinander kompatibel sind. Dazu kommt, dass vonseiten der Automatisierungstechnik ein völlig anderer Stecker bevorzugt wird: der M12 (Bild 1). Auch ihn gibt es in verschiedenen Ausführungen und so stellen sich viele Anwender zu Recht die Frage, ob man diese Vielfalt wirklich braucht.

Unbestritten ist der RJ45 der Stecker für Kupferdatenleitungen schlechthin. Nahezu alles, was mit dem Netzwerk verbunden werden soll, hat einen RJ45-Anschluss – zumindest außerhalb industriell genutzter Standorte, um den Normbegriff zu gebrauchen.
Der RJ45 kommt aus der Büroverkabelung und hat sich mit der Verbreitung von Ethernet einfach mitverbreitet. Bei IT-Fachleuten ist er gang und gäbe. Er ist klein, kompakt, einfach zu handhaben und er ist in den maßgeblichen Verkabelungsnormen enthalten, allen voran der Normfamilie DIN EN 50173, der ISO/IEC 11801 und der US-amerikanischen Ansi/TIA-568.
Geschirmte und ungeschirmte Ausführungen des RJ45-Steckverbinders sind in unterschiedlichen Leistungsklassen, den sogenannten Kategorien, in den verschiedenen Teilen der DIN EN 60603-7  spezifiziert. Den Begriff „RJ45“ sucht man in den einschlägigen Normen übrigens vergebens. Die deutschen Normen sprechen von einem 8-poligen Steckverbinder nach DIN EN 60603-7-…, international spricht man gerne von einem 8P8C-Steckverbinder, wobei P für position und C für contact steht. Die maximale Datenrate, die der RJ45 übertragen kann, liegt momentan bei 40 Gbit/s.

Schutzgehäuse für den RJ45
Da der RJ45 ursprünglich für Büroumgebungen konzipiert wurde, ist er von Hause aus nicht gegen Umwelteinflüsse geschützt. Für Anwendungen im ­rauen Industrieumfeld, wo Staub, Feuchtigkeit und erhöhte mechanische Belastungen auftreten können, benötigt er ein Schutzgehäuse. Solche Gehäuse gibt es in verschiedenen Varianten, die untereinander jedoch nicht steckkompatibel sind (Bild 2). Wichtigste Vertreter sind:
∙ Variante 1: rundes Gehäuse, Bajonett-Verriegelung; im Media Planning and Installation Manual der Open ­Devicenet Vendors Association (ODVA) und in der IEC 61918 für Industrienetze enthalten,
∙ Variante 4: eckiges Gehäuse, Push-Pull-Verriegelung; in DIN EN 50173-3:2011-09 empfohlen,
∙ Variante 6: eckiges Gehäuse mit runder Öffnung und Verriegelungsklammer; in der IEC 61918 für Indus­trie­netze enthalten und
∙ Variante 14: eckiges Gehäuse, Push-Pull-Verriegelung; entspricht den Vorgaben der Automatisierungs-Initiative Deutscher Automobilhersteller (­Aida) und ist in der Profinet Planungsrichtlinie der Profibus Nutzerorganisation (PNO) und in der IEC 61918 für Industrienetze enthalten.
Die Varianten 1, 4 und 6 sind nach Teil 106 der DIN EN 61076-3 genormt, Variante 14 nach Teil 117. Im Maschinen- und Anlagenbau sind in der Praxis hauptsächlich die in der EN 50173-3:2011 „Anwendungsneutrale Kommunikationskabelanlagen – industriell genutzte Standorte“ enthaltene Variante 4, die von der Open Devicenet Vendors Association (ODVA) empfohlenen Variante 1 und die von der Automatisierungs-Initiative Deutscher Automobilhersteller (Aida) verwendete Variante 14 anzutreffen. Alle genannten Varianten ermöglichen die Schutzart IP67 nach IEC 60529.

M12 – der Klassiker aus der Automatisierungstechnik
Seit Jahren bewährt sich der M12 als kompakter, robuster und zuverlässiger Steckverbinder im industriellen Umfeld. Der ursprünglich aus der Automatisierungstechnik stammende Stecker ist in der Bus- und Steuerungstechnik weit verbreitet. Sein Schraubanschluss sorgt für eine zuverlässige und dichte Verbindung der Schutzart IP67. Es gibt ihn in verschiedenen Ausführungen, was die Anzahl und Anordnung der Pins und die mechanische Codierung des Gehäuses betrifft. Die verschiedenen Ausführungen sind nicht steckkompatibel.
Im Industrial Ethernet sind zwei M12-Varianten anzutreffen: die D-codierte für Leitungen mit zwei Aderpaaren für Ethernet bis einschließlich 100 Mbit/s und die X-codierte für vierpaarige Leitungen für Ethernet-Arten bis einschließlich 10 Gbit/s.
Metallische Trennwände teilen den X-codierten M12-Stecker in vier Kammern – eine für jedes Adernpaar – und bescheren ihm dadurch hervorragende elektromagnetische Eigenschaften, was gerade im industriellen Umfeld, wo stellenweise hohe elektrische Feldstärken auftreten können, hilfreich ist.
Die D-codierte Version ist in Teil 1 (Allgemeine Anforderungen) und Teil 3 (industriell genutzte Standorte) der DIN EN 50173, der wichtigsten Normfamilie für die IT-Verkabelung, enthalten. Beide Teile der Norm sind bereits 2011 ­erschienen. In Neuauflagen der DIN EN 50173 und der ISO/IEC, welche die Struktur der DIN EN 50173 übernehmen wird, wird auch der X-codierte M12 enthalten sein. In der internationalen Norm IEC 61918 für industrielle Kommunikationsnetzwerke sind beide M12-Varianten bereits enthalten.
Feldmessungen zur Prüfung der installierten Verkabelung, wie sie in der Datentechnik üblich sind, sind mittlerweile auch bei Übertragungsstrecken mit M12-Steckverbindern möglich. Grundsätzlich unterscheiden sich die zu messenden Parameter nicht von Verkabelungen mit RJ45-Anschlüssen (Tabelle in Bild 3). Der Schritt der Messgerätehersteller, Messleitungen auch mit M12-Steckverbindern anzubieten, war daher so logisch wie konsequent.

RJ45 versus M12 – praktischer Einsatz
Beide Steckverbinder sind in den einschlägigen Normen und Verkabelungsrichtlinien der großen Nutzerorganisationen enthalten. Beide gibt es in feldkonfektionierbarer ­Ausführung, sodass sie vor Ort auf eine Leitung montiert werden können. Beide eignen sich für die Stromversorgung von Endgeräten über die Datenleitung mit Power over Ethernet Plus (PoE+) nach IEEE 802.3at. Und beide sind in indus­triellen Datennetzen bereits fest etabliert. Worin liegen also die Unterschiede – von der Gehäusebauform einmal abgesehen?
Mit dem RJ45 können Anwender durchgängig einen einzigen Steckertyp im gesamten Netz verwenden, vom Büroarbeitsplatz über den Serverraum bis zur Maschine in der Fertigungshalle. In Datenverteilern mit 19-Zoll-Komponenten und Rangierverteilern ist fast ausschließlich der bewährte und kostengünstige RJ45 in IP20-Ausführung anzutreffen. Auch die industrielle Netzwerkverkabelung spielt sich zu großen Teilen in geschützten Verteilern und Schaltschränken ab. Dort sind RJ45-Anschlüsse zur Verbindung von Geräten der Leit- und Prozessebene üblich. Bestimmende Kriterien sind die kompakte Bauform, die Eignung für höchste Datenraten, die einfache Montage vor Ort und die weltweite Verbreitung dieses Steckverbinders. Die Eignung für die Tragschienenmontage ist ein ebenso wichtiges Argument wie die Möglichkeit, Adern mit einem großen Spek­trum verschiedener Durchmesser anschließen zu können, von AWG22 bis AWG26 bei Massivdraht und AWG22/7 bis AWG27/7 bei Litzenleitern.
In der rauen Feldumgebung außerhalb der Verteiler trifft man in der Praxis sowohl auf den M12 als auch auf den RJ45 im Schutzgehäuse. Die Problematik, durch verschiedene Schutzgehäusevarianten für den RJ45 viele verschiedene Bauteile vorhalten zu müssen, wird mit einem modularen Ansatz entschärft: In die verschiedenen Gehäuse passt ein- und derselbe RJ45-Einsatz. Die Packungsdichte der ­Anschlüsse ist je nach RJ45-Schutzgehäuse mit der des M12 vergleichbar. Im Maschinenumfeld wird der in der Automatisierungstechnik gewohnte, robuste M12, der kein zusätzliches Schutzgehäuse benötigt, oft und gerne eingesetzt.
Sinnvollerweise wird man einen Steckverbindertyp ­zumindest abschnittsweise möglichst durchgängig einsetzen. In der Praxis geht der Trend bei Anschlüssen von Maschinen und Endgeräten dahin, den X-codierten M12 dort einzusetzen, wo hohe Anforderungen an den IP-Schutzgrad bestehen, und den RJ45 in Bereichen ohne solche Anforderungen. So sind auch oftmals M12-/RJ45-Kupplungen in Verteilerwänden anzutreffen, mit einer M12-Buchse auf der Seite des rauen Maschinenumfelds und einer Standard-RJ45-Buchse mit Schutzgrad IP20 für die Verbindungen im Verteiler.
Die Frage „RJ45 oder M12?“ lässt sich also nicht pauschal beantworten. Das wäre auch nicht sinnvoll. Beide Steckverbindertypen sind weit verbreitet, beide besitzen ihre Vorzüge und beide werden uns noch lange im industriellen Umfeld begleiten. (mh)

Marcel Leonhard ist Product Line Manager ­Data Voice Copper Solutions bei der Telegärtner Karl Gärtner GmbH in Steinenbronn. marcel.leonhard@telegaertner.com

Marcel Leonhard ist Product Line Manager ­Data Voice Copper Solutions bei der Telegärtner Karl Gärtner GmbH in Steinenbronn. marcel.leonhard@telegaertner.com

Dirk Traeger ist Technical Solutions Manager ­Data Voice bei der Telegärtner Karl Gärtner GmbH in Steinenbronn. dirk.traeger@telegaertner.com

Dirk Traeger ist Technical Solutions Manager ­Data Voice bei der Telegärtner Karl Gärtner GmbH in Steinenbronn. dirk.traeger@telegaertner.com