RJ45-Steckverbindungstechnik

Anforderungen in modernen Netzwerken

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.

 

Beleuchtungssystem mit PoEMit PoE+ lassen sich moderne LED-Beleuchtungssysteme mit Strom versorgen. (Bilder: MICROSENS GmbH & Co. KG, Hamm)

Power over Ethernet Norm Erscheinungsjahr Leistung am Endgerät Strom pro Adernpaar
PoE IEEE 802.3af 2003 12,95 W 350 mA
PoE+ IEEE 802.3at 2009 25,5 W 600 mA
4PPoE IEEE 802.3bt vsl. 2018

vsl. 49 W;
96 W in Diskussion

vsl. 600 mA;
1.000 mA in Diskussion

Power over Ethernet gemäß IEEE 802.3-Normen.

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.

Beschädigte Buchsenkontakte PoE 

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

Abreissfunken bei PoE+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.

Neben PoE+ stellen leistungsfähige, moderne Netzwerke noch weitere Anforderungen an RJ45-Steckverbindungen. Diese werden im zweiten Teil dieses Specials beleuchtet.