SPE-Steckverbinder basieren auf internationalen Standards (IEC 63171), welche die Kompatibilität fördern und eine zuverlässige Nutzung in verschiedenen Einsatzbereichen gewährleisten. (Quelle: Rosenberger)
In den letzten Jahren hat sich Single Pair Ethernet (SPE) bereits in der Automobilindustrie durchgesetzt. Die zunehmende Vernetzung im „Software-defined Vehicle“ erfordert eine siche re, kompakte Verkabelung auf engem Raum im Fahrzeug, die Sensoren und Steuerungen für autonomes Fahren, Batteriemanagement- und Fahrerassistenzsysteme verbindet. Als Partner der OEM begleitet Rosenberger seit 2012 den Paradigmenwechsel in der automobilen Datenübertragung. Diese Erfahrung in der Protokoll- und Schnittstellenentwicklung floss direkt in die Gestaltung eigener Steckverbinderlösungen ein und unterstützt den aktuellen Standardisierungsprozess. Dies zeigt sich im neuen Hybrid-Steckverbinder-Standard IEC 63171-7 (ED2), der bald die Grundlage für eine umfassende Interoperabilität bildet.
SPE birgt Potenzial für unterschiedliche Bereiche
Eine Übertragungstechnologie mit großer Reichweite, die Power-Versorgung und Datenübertragung in einem Kabel kombiniert, gewinnt auch in der industriellen Vernetzung zunehmend an Bedeutung. Die Entwicklung rund um Industrie 4.0, Digitalisierung und Vernetzung wird immer relevanter. Die Basis dafür sind Daten. Zwar wird in der industriellen Vernetzung bereits mit bestehenden Protokollen gearbeitet, doch in der Praxis bleibt es ein Problem, kostengünstig, nachhaltig und effizient an die Daten zu kommen. Indem Sensorik und Aktorik in IoT-Anwendungen
die notwendigen Informationen liefern, die von KI-Systemen beispielsweise für vorausschauende Wartung oder Simulationen analysiert werden, steigt der Bedarf an bezahlbarer, intelligenter Vernetzung weiter. SPE stellt hier eine sinnvolle Alternative dar, die zudem Securitystrategien, wie Time Sensitive Networking (TSN) für Sicherheits- und Safety-kritische Echtzeitanwendungen ermöglicht.
Zahlreiche Anwendungsszenarien in unterschiedlichen Branchen können von SPE profitieren: Besonders relevant ist die Technologie in der Automatisierung und der Robotik, wo die wesentlich schmaleren und biegbareren SPE-Kabel zu mehr Bewegungsfreiheit beitragen. Ein weiteres Beispiel sind Fahrzeuge in der Agrarwirtschaft, die zunehmend Daten zu Bodenbeschaffenheit und Wetter einbeziehen. Aber auch in der Elektromobilität entstehen Anwendungsfälle, etwa durch Sensorik in Ladesäulen oder in der Weiterverwendung von Fahrzeugbatterien in großen Energiespeichern, die eine aufwendige Verkabelung erfordern. SPE kann zudem die Vernetzung von Zugabteilen vereinfachen und gehört mittlerweile auch in der Gebäudeautomatisierung zu den Trendthemen.
Die Protokollvielfalt in der Industrie verteuert die Entwicklung
Überall dort, wo eine leistungsfähige Vernetzung wichtig ist, kann SPE mit Eigenschaften, wie Miniaturisierung, Energieversorgung über das Datenkabel (Power over DataLine, PoDL) und Materialeinsparungen punkten. Mittels Multidrop-Topologie können zudem mehrere Sensoren und Aktoren gleichzeitig über ein Kabel angesteuert werden. Speziell im IoT-Umfeld müssen viele kleine Devices auch gleich mit Strom versorgt werden – Wireless-Ansätze reichen daher in der Regel nicht aus. Sie spielen in der Fabrikautomation weiter eine untergeordnete Rolle: Die Marktanalyse von HMS Networks für das Jahr 2024 stellt fest, dass nur 7 % aller neu installierten Netzwerkknoten auf drahtloser Kommunikation basieren.
In der industriellen Vernetzung gibt es aktuell über 80 verschiedene Protokolle, über die einzelne Komponenten kommunizieren können. Um diese Protokolle zu übersetzen, sind Gateways notwendig. Vor allem gestaltet sich jedoch die Implementierung kostenintensiv, denn sie erfordert eine hohe Expertise für diese Protokolle – ein Bereich, in dem die Fachkräfte rar sind. Damit steigen etwa im Maschinen- und Anlagendesign die Entwicklungskosten an. Je mehr Sensorik-, Aktorik- und Connector- Hersteller also auf SPE setzen, desto schneller könnte perspektivisch eine komplette Anlage – ohne Gateways – ausschließlich über Ethernet-Protokoll kommunizieren. In einem Forschungsprojekt mit der TU München für eine CNC-Anlage konnten so bis zu 25 % Entwicklungskosten eingespart werden. Mit zunehmender Verbreitung von Single Pair Ethernet fallen zudem die Kosten für diese Kommunikationstechnologie. Bisher kommt SPE vor allem ergänzend zu bestehenden Ethernet-Verkabelungen für neue digitale, IoT-basierte Szenarien zum Einsatz. In neuen Produkten und Produktionsstandorten könnte SPE künftig auch zur Grundlage werden.