Elektrische Anforderungen durch PoE+

Seit über 40 Jahren ist der RJ45 im Einsatz. Ursprünglich als einfacher Stecker für Telefondienste gedacht, hat er sich im Laufe der Zeit zu dem IT-Steckverbinder schlechthin entwickelt. Mit der Einführung von Power over Ethernet zu Beginn des einundzwanzigsten Jahrhunderts überträgt der RJ45 nicht nur Daten, sondern auch Strom zur Versorgung der Endgeräte. Bei den hohen Stromstärken, die beim aktuellen Power over Ethernet Plus (PoE+) auftreten, können die Kontakte der RJ45-Buchse schnell beschädigt werden. Für einen zuverlässigen und sicheren Betrieb müssen die RJ45-Buchsen konstruktiv für PoE+ ausgelegt sein, sonst können Störungen und im schlimmsten Fall komplette Linkausfälle auftreten.

Seit Fast Ethernet mit 100 Mbit/s wurde immer wieder behauptet, der RJ45-Stecker hätte seine Grenzen erreicht. Doch immer wieder hat er es geschafft – bei Gigabit Ethernet wie bei 10 Gigabit Ethernet. Auch 40 Gigabit Ethernet (40GBASE-T) verwendet den RJ45, und die Verkabelungsnormen schreiben beim Steckverbinder der Kategorie 8.1 das RJ45-Steckgesicht vor. Damit sind Geräte und Installationen rückwärtskompatibel zu den Milliarden vorhandener RJ45-Anschlüsse.

Remote Powering für Endgeräte

Schon zu Zeiten der klassischen, analogen Festnetztelefonie wurden Endgeräte über dieselbe Leitung mit Strom versorgt, über die sie auch die Sprachsignale empfingen. Ähnliches geschieht bei Power over Ethernet (PoE) und der neueren Variante Power over Ethernet Plus (PoE+): Das Endgerät wird über die Datenleitung mit Spannung versorgt, was zahlreiche Vorteile bietet:

  • Es wird keine separate Elektroleitung benötigt
  • Es wird keine 230 V-Steckdose für das Endgerät benötigt
  • Durch die geringe Gleichspannung von weniger als 60 V DC wird kein Elektriker für die Verkabelungs- und Anschlussarbeiten benötigt
  • Werden die einspeisenden Geräte an eine USV-Anlage angeschlossen, bleiben alle von ihnen versorgten Endgeräte auch bei Stromausfall in Betrieb.

Mit PoE+ können Endgeräte gemäß Norm IEEE 802.3at mit bis zu 25,5 W versorgt werden. Damit kann man zwar (noch) keine Laptops oder Drucker betreiben, sehr wohl aber WLAN Access Points, IP-Kameras, Lesegeräte der Zugangskontrolle und der Zeiterfassung oder LCD-Displays der Gebäudeautomation. Sogar LED-Beleuchtungssysteme, die in Büros immer beliebter werden, lassen sich mit PoE+ betreiben. Power over Ethernet mit höheren Leistungen, etwa 60 W oder 100 W, werden zurzeit diskutiert.

PoE

Norm: IEEE 802.3af

Erscheinungsjahr: 2003

Leistung am Endgerät: 13 W

Strom pro Adernpaar: 350 mA

PoE+

Norm: IEEE 802.3at

Erscheinungsjahr: 2009

Leistung am Endgerät: 25,5 W

Strom pro Adernpaar: 600 mA

4PPoE

Norm: IEEE 802.3bt

Erscheinungsjahr: 2019

Leistung am Endgerät: 51 W (Typ 3) / 71,3 W (Typ 4)

Strom pro Adernpaar: 600 mA (Typ3) / 960 mA (Typ 4)

Abreißfunken beschädigen die Kontakte

Bereits bei PoE+ fließen Ströme von bis zu 600 mA pro Adernpaar, und bei künftigen Varianten werden bis zu 1.000 mA ernsthaft diskutiert. Sollte im laufenden Betrieb der Stecker abgezogen werden, bevor das Endgerät vollständig ausgeschaltet wurde, entstehen so genannte Abreißfunken. Bei PoE+ sind sie für den Anwender unschädlich, doch die feinen Kontakte einer RJ45-Buchse werden dabei unweigerlich schwer beschädigt. Der Aufwand, eine Buchse in einem Patchfeld oder einer Anschlussdose zu tauschen, ist meist zeitaufwendig, teuer und führt zu unangenehmen Betriebsunterbrechungen. Die einschlägigen Normen schreiben daher vor, Geräte immer erst auszuschalten, bevor sie ausgesteckt werden. In einer Welt, in der Endgeräte fast immer von Nicht-IT-Fachleuten benutzt werden, ist dies so nicht einzuhalten.

Eine praxistaugliche Steckverbindertechnik muss daher so konzipiert sein, dass die RJ45-Buchsen auch dann noch zuverlässig funktionieren, wenn Geräte versehentlich unter Last ausgesteckt wurden. Bei solchen Buchsen treten die unvermeidbaren Beschädigungen der Kontakte an einer Stelle auf, die für die Datenübertragung nicht verwendet wird.

Werden Geräte ausgesteckt, während sie noch über PoE+ mit Strom versorgt werden, entstehen unweigerlich Abreißfunken, welche die feinen Kontakte der RJ45-Buchse beschädigen.

Volle Netzwerkperformance mit Telegärtner

Wird ein Stecker im laufenden PoE+-Betrieb abgezogen, entstehen Abreißfunken. Bei den praxisgerecht konstruierten RJ45-Buchsen von Telegärtner treten die Funken in einem Bereich der Kontakte (rot) auf, der weit von dem entfernt ist, der für die Datenübertragung genutzt wird (grün).

Selbst nach mehrmaligem Ausstecken unter Last bietet die Telegärtner-Buchse die volle Netzwerkperformance.

Sicherheit durch konstruktiv optimierte Buchsenkontakte

Bei konstruktiv optimierten Buchsenkontakten wird der obere, weiter innen liegende Kontaktbereich für die Datenübertragung verwendet. Gleitet der Stecker aus der Buchse, wandert die Stelle, an der sich Stecker- und Buchsenkontakt berühren, nach unten in Richtung Buchsenöffnung. Bei optimierten Kontakten entstehen die Abreißfunken im unteren, äußeren Bereich der Buchsenkontakte. Dadurch sind die durch Funken beschädigten Stellen so weit von dem für die Datenübertragung genutzten Kontaktbereich entfernt, dass sie diesen nicht beeinträchtigen. Selbst wenn der Stecker wiederholt unter Last abgezogen wird, bietet die Buchse die volle Datenrate von 10 Gbit/s bei Kategorie 6A.

Mechanische Anforderungen

Neben den erhöhten elektrischen Anforderungen durch die relativ hohen Stromstärken bei Power over Ethernet Plus (PoE+) werden auch die mechanischen Anforderungen, die an eine praxistaugliche RJ45-Steckverbindung gestellt werden, immer höher.

Immer mehr mobile Mess-, Präsentations- und Diagnosegeräte werden in der Medizintechnik, der Industrie, in Werkstätten und in Tagungsräumen eingesetzt. In den seltensten Fällen können sie sinnvoll mit einem WLAN-Anschluss ausgestattet werden. Bei den mobilen Anwendungen sind die RJ45-Buchsen neben den bereits beschriebenen Abreißfunken noch erhöhten mechanischen Belastungen ausgesetzt. Werden die Geräte nur ein wenig zu weit bewegt, was in der Praxis schnell passieren kann, wird die Anschlussleitung aus der Buchse gerissen. Allzu oft wird dabei der Geräteanschluss beschädigt, was fast immer hohe Reparaturkosten und lange Ausfallzeiten bedeutet. Schlimmstenfalls werden dabei noch Menschen verletzt, beispielsweise, wenn jemand über die gestraffte Anschlussleitung stolpert.

RJ45-Buchsen mit einer definierten Auslösekraft schaffen hier wirkungsvoll Abhilfe. Bei einem so genannten Defined Disconnect CP-Link (kurz: DDCP-Link) ist eine solche Buchse an einem Ende eines kurzen Kabelstücks angebracht, das zwischen Patchkabel und Anschlussdose oder zwischen Patchkabel und Endgerät gesteckt wird. Wird die Auslösekraft der Buchse überschritten, löst sich die Steckverbindung wie bei einer Sicherheits-Skibindung, bevor ein Schaden entsteht. Durch das flexible Kabelstück funktioniert die Lösung auch bei Scher- und Querkräften zuverlässig, beispielsweise, wenn das Endgeräte längs der Wand verschoben wird.

Schutz durch DDCP-Link

Werden mobile Endgeräte zu weit bewegt, wird die Anschlussleitung aus der Buchse gerissen, was fast immer zu Beschädigungen führt. Ein DDCP-Link bietet hier wirksamen Schutz. Wird eine definierte Zugkraft überschritten, gleitet der RJ45-Stecker der Anschlussleitung aus der Buchse, bevor Schäden entstehen.

Ohne Zugbelastung

Mit Zugbelastung

Lösen der Verbindung

Werden mobile Endgeräte zu weit bewegt, wird die Anschlussleitung aus der Buchse gerissen, was fast immer zu Beschädigungen führt. Ein DDCP-Link bietet hier wirksamen Schutz. Wird eine definierte Zugkraft überschritten, gleitet der RJ45-Stecker der Anschlussleitung aus der Buchse, bevor Schäden entstehen.

Integrierter Kontaktüberbiegeschutz

Konstruktiv optimierte Buchsen bieten noch weitere Vorteile. So sind beispielsweise RJ11- oder RJ12-Stecker von Telefon- oder Faxgerät von Nicht-Fachleuten nur schwer auf den ersten Blick von RJ45-Steckern zu unterscheiden. Sie sind jedoch schmaler, und da die Gehäusekanten etwas höher liegen als die Kontaktzungen, können sie die äußeren beiden Kontakte der RJ45-Buchse überbiegen. Buchsen von Telegärtner sind davor wirkungsvoll geschützt, denn sie besitzen einen patentierten, integrierten Kontaktüberbiegeschutz. Auch wenn wiederholt ein RJ11- oder RJ12-Stecker eingesteckt wird, bringen die Buchsen die volle Übertragungsleistung und bieten dem Anwender damit die Sicherheit einer fehlertoleranten Steckverbindung.

Fazit

In den heutigen Datennetzen sind RJ45-Buchsen größeren und vielfältigeren Belastungen ausgesetzt als je zuvor. Schäden durch herausgerissene Anschlussleitungen bei mobilen Endgeräten, überbogene Kontakte durch RJ11- und RJ12-Stecker und ganz besonders Abreißfunken beim Ausstecken unter Last beim Remote Powering erfordern eine optimierte Konstruktion der Buchse und ihrer Kontakte. Nur so ist sichergestellt, dass die Verkabelung fehlertolerant funktioniert und höchste Datenraten auch lange Zeit sicher und zuverlässig übertragen kann.