Datenübertragung mit klassischer Leiterplattenanschlusstechnik: Grundlagen und Anwendertipps
Andy Schäfer | Produktmanager und Fachspezialist für COMBICON data | PHOENIX CONTACT GmbH & Co. KG
Paul-Martin Kamprath | Leitung Marketing | pk components GmbH
In der industriellen Kommunikation gewinnt die zuverlässige und performante Datenübertragung zunehmend an Bedeutung. Während genormte Steckverbinder wie RJ45 oder M12 fest etablierte Standards darstellen, zeigt sich im Feld oft ein anderes Bild: Begrenzter Bauraum, hohe mechanische Anforderungen oder bestehende Installationen verlangen nach alternativen Lösungen. Klassische Leiterplattenanschlusstechnik, etwa in Form von Leiterplattenklemmen, bietet hier ein überraschendes Potenzial – sowohl technisch als auch wirtschaftlich.
Doch wie steht es um die Signalintegrität, Übertragungsgeschwindigkeit und elektromagnetische Verträglichkeit solcher Lösungen? Der folgende Artikel führt durch die Grundlagen, Einflussfaktoren und bewährten Praxistipps zur Datenübertragung mit klassischen Leiterplattenklemmen – praxisnah und mit einem Blick auf die technischen Herausforderungen, die diese scheinbar „untypische“ Anschlussform in der modernen Netzwerktechnik meistern muss.
Hintergrund: Die Entwicklung der Datenübertragung
Von Feldbus zu Industrial Ethernet – Ein Paradigmenwechsel
Die industrielle Kommunikation steht seit einigen Jahren vor einem grundlegenden Wandel. Während Feldbussysteme über Jahrzehnte das Rückgrat der Automatisierungslandschaft bildeten, setzt sich heute zunehmend Industrial Ethernet als Standard durch – mit gravierenden Konsequenzen für Systemarchitektur, Geräteintegration und Verbindungstechnik.
Feldbusprotokolle wie Profibus, CANopen, Modbus oder DeviceNet arbeiten als sogenannte Insellösungen: Sie besitzen jeweils eigene elektrische Schnittstellen, spezialisierte Protokolle und proprietäre Topologien. Die Folge: Geräte unterschiedlicher Feldbussysteme sind nicht interoperabel. Jedes System spricht quasi eine eigene Sprache – ein Umstand, der die Anlagenplanung komplex und fehleranfällig macht.
Mit dem Aufkommen von Industrial Ethernet ändert sich dieses Bild grundlegend. Technologien wie PROFINET, EtherCAT oder Ethernet/IP basieren alle auf der bekannten Ethernet-Infrastruktur – vergleichbar mit einer Weltsprache wie Englisch. Zwar existieren noch immer Unterschiede auf Applikationsebene („Dialekte“), doch die physikalische Übertragung und das Basisprotokoll bleiben gleich. Dadurch entsteht ein hohes Maß an Durchgängigkeit, Modularität und Flexibilität – entscheidende Faktoren für moderne Industrie-4.0-Anwendungen.
Ein Blick auf aktuelle Marktanalysen bestätigt diesen Trend eindrucksvoll. Laut HMS Networks lag der Anteil von Industrial Ethernet an industriellen Netzwerken im Jahr 2016 bei lediglich 38 %. Nur acht Jahre später – 2024 – beträgt dieser Anteil über 70 %, während klassische Feldbusse auf 22 % zurückfallen. Parallel dazu gewinnen drahtlose Lösungen leicht an Bedeutung, sind jedoch aufgrund ihrer eingeschränkten Echtzeitfähigkeit aktuell noch auf Nischenanwendungen beschränkt.
Entwicklung der Datenübertragung Ethernet zu Feldbusprotokolle
Treiber dieser Entwicklung: Digitalisierung und industrielle Vernetzung
Die Gründe für den Wandel sind vielfältig – und eng mit der Digitalisierung industrieller Prozesse verknüpft. Intelligente Maschinen, vernetzte Sensorik und die Integration von IT und OT (Operational Technology) führen zu einem exponentiellen Anstieg an Datenmengen – insbesondere auf der Feldebene. Sensoren sollen nicht mehr nur messen, sondern kommunizieren, überwachen, warnen und eigenständig Entscheidungen anstoßen. Stichwort: Predictive Maintenance.
Ein praxisnahes Beispiel: Moderne Fertigungsanlagen verfügen über Vibrationssensoren, Temperatursensoren oder Lasermesssysteme, die in Echtzeit Feedback geben – etwa um Unwuchten frühzeitig zu erkennen, Verschleiß zu überwachen oder Maschinenverhalten automatisch anzupassen. Diese Sensoren benötigen robuste, schnelle und zuverlässige Datenleitungen – auch unter rauen Bedingungen wie Hitze, Staub, Feuchtigkeit oder Vibration.
Und hier kommt ein oft unterschätzter Aspekt ins Spiel: Der klassische, genormte RJ45-Steckverbinder mag in Büros oder Schaltschränken funktionieren, stößt jedoch im Feld an seine mechanischen und thermischen Grenzen. Aus diesem Grund stellt sich die Frage, ob nicht bestehende Verbindungstechniken – insbesondere klassische Leiterplattenklemmen – auch für moderne Datenübertragung geeignet sind.
Die Herausforderung: Datenübertragung mit Leiterplattenanschlusstechnik
Leiterplattenklemmen – seit Jahren bewährt für Strom- und Signalleitungen – punkten mit robuster Mechanik, einfacher Handhabung und hoher Zuverlässigkeit. Sie sind vibrationsfest, temperaturbeständig und platzsparend. Warum also nicht auch für Industrial Ethernet verwenden?
Die Antwort liegt im Detail: Ethernet-Verbindungen erfordern eine präzise Impedanzanpassung über die gesamte Strecke. Schon kleinste Abweichungen führen zu Signalreflexionen, Dämpfungen und Störungen. Parameter wie Return Loss, Insertion Loss, NEXT (Near-End Crosstalk) und Alien Crosstalk spielen plötzlich eine entscheidende Rolle – und die Leiterplattenklemme wird zur bedeutenden Komponente im Übertragungspfad. Genau an dieser Stelle setzt der vorliegende Beitrag an. Er beleuchtet die technischen Grundlagen, diskutiert die physikalischen Einflussfaktoren und zeigt anhand praxisnaher Simulationen und Messungen, wie klassische Leiterplattenanschlusstechnik für moderne Datenübertragung ertüchtigt werden kann – sicher, zuverlässig und normgerecht.
