Bei der Digitalisierung industrieller Prozesse treffen wachsende Anforderungen an Energieeffizienz, Cybersicherheit und Steuerbarkeit auf etablierte Technologien wie serielle Schnittstellen, proprietäre Bussysteme oder schwer skalierbare Installationen. Mit Single Pair Ethernet (SPE) etabliert sich eine neue Technologie, die diese Herausforderungen angeht. Doch was genau ist SPE? Welche konkreten Vorteile bietet es Herstellern, Maschinenbauern und Betreibern? Und wie kann der Übergang zu dieser zukunftsorientierten Technologie gelingen?
Single Pair Ethernet (SPE) ist ein neuer, weltweit anerkannter physikalischer Ethernet-Standard, der sowohl die Datenübertragung als auch die Stromversorgung über ein einziges verdrilltes Kupferadernpaar ermöglicht. Im Gegensatz zu herkömmlichem Ethernet, das vier Adernpaare verwendet, ermöglicht SPE eine kompaktere und ressourceneffizientere Infrastruktur. Die sogenannte „Power over Data Line“-Technologie (PoDL) erlaubt es außerdem, angeschlossene Geräte mit bis zu 50 Watt elektrischer Leistung zu versorgen.
Mit einer Reichweite von bis zu 1.000 Metern bei 10 Mbit/s (gemäß IEEE 802.3cg) eignet sich SPE besonders gut für die Gebäude- und Prozessautomatisierung. Über kürzere Entfernungen sind sogar höhere Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 1 Gbit/s möglich. Die entsprechenden Steckverbinder sind in IEC 63171 definiert und speziell für kompakte und robuste industrielle Anwendungen ausgelegt.
Warum SPE gerade jetzt besonders relevant ist
Mit der zunehmenden Vernetzung intelligenter Komponenten und dem wachsenden Wunsch nach einer nahtlosen IP-basierten Kommunikation stoßen herkömmliche Feldbussysteme an ihre Grenzen. Zwischen der IT-Welt und der Feldebene bleibt häufig eine Lücke, die derzeit mithilfe von Remote-I/O, Medienkonvertern, Repeatern, Gateways und parallelen Kabelwegen überbrückt werden muss. Genau hier setzt SPE an: Die Technologie beseitigt diese technische Fragmentierung und bringt die Ethernet-Kommunikation bei minimalem Verkabelungsaufwand direkt zum Sensor oder Aktor. Damit wird es erstmals möglich, standardisierte IP-Strukturen von der Cloud bis in das Innere des Geräts umzusetzen.
In einigen Industriebereichen ist SPE bereits unverzichtbar. Im Automobilsektor beispielsweise ist das Kommunikationsprotokoll Bestandteil moderner Bordnetzarchitekturen, reduziert Gewicht, Platzbedarf und Komplexität und macht autonomes Fahren überhaupt erst möglich.
In der Robotik ermöglicht Single Pair Ethernet größere Bewegungsfreiheit und effizientere Datenflüsse. Kleine Biegeradien und die Möglichkeit, Strom über dasselbe Kabel zu übertragen, sind klare Vorteile für kollaborative Roboter (Cobots). Auch intelligente Gebäudelösungen profitieren von dieser Technologie: SPE ermöglicht eine einfachere Vernetzung von Beleuchtungssteuerungen, Luftqualitätssensoren und Zutrittssystemen.
Selbst in explosionsgefährdeten Bereichen der Prozessindustrie kommt SPE bereits zum Einsatz. In solchen Fällen ermöglicht die Variante Ethernet-APL (Advanced Physical Layer) einen sicheren Betrieb unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen. Diese Praxisbeispiele verdeutlichen das Potenzial der Technologie und zeigen auf, welche Chancen sie auch für die Kälte-, Klima- und Wärmepumpenbranche eröffnen könnte.
Dr. Christian Ellwein, Leiter der Arbeitsgruppe Elektronik bei ASERCOM, dem Verband europäischer Hersteller von Komponenten für die Kältetechnik, betont die strategische Bedeutung von SPE: „Die Technologie stammt ursprünglich aus dem Automobilsektor und ist dort bereits weit verbreitet. Die Chance besteht nun darin, ihr Potenzial für die Gebäudeautomation und darüber hinaus für die Kälte- und Klimatechnik zu erschließen.“
ASERCOM und SPESA: Zusammenarbeit für einen gemeinsamen Standard
ASERCOM und die Single Pair Ethernet System Alliance (SPESA), ein globales Netzwerk aus 90 führenden Technologieunternehmen, haben erkannt, dass die Einführung von SPE in die Kälte- und Klimatechnik nicht allein auf technischer Ebene erreicht werden kann. Daher haben sie sich in einer Arbeitsgruppe zusammengeschlossen, um gemeinsam Standards, Anforderungen und Handlungsempfehlungen zu entwickeln. Ziel ist es, die notwendigen Voraussetzungen für eine interoperable, herstellerübergreifende Umsetzung zu schaffen.
Ellwein ergänzt: „Es ist wichtig, die richtige Technologie auszuwählen, um zukunftssicher zu sein und Doppelarbeit bei mehreren Systemen zu vermeiden. Deshalb ist es für ASERCOM entscheidend, sich frühzeitig einzubringen. Dadurch lässt sich viel Entwicklungsarbeit einsparen.“
Dabei geht es nicht nur um technische Spezifikationen. Die laufende Zusammenarbeit befasst sich auch mit Kommunikationsanforderungen, Datenstrukturen, Aktualisierungszyklen und dem Bedarf an Stromversorgung. Ein zentraler Punkt ist die Bewertung der vorhandenen Infrastruktur: Welche Verkabelung kann weiterhin genutzt werden? Welche Schnittstellen werden künftig relevant sein? Und wie lassen sich Pilotprojekte sinnvoll und praxisgerecht umsetzen? Erste Ergebnisse werden auf dem SPE Forum im Herbst 2025 vorgestellt.
Technologische Vorteile in vernetzten Systemen
Ein wesentlicher Vorteil von SPE ist die Vereinheitlichung der Kommunikationsinfrastruktur. Anstelle einer Vielzahl proprietärer Feldbusse ermöglicht die Technologie den Aufbau eines durchgängigen IP-Netzwerks bis hinunter auf die unterste Ebene. Dies vereinfacht nicht nur die Planung, sondern reduziert auch potenzielle Fehlerquellen.
Darüber hinaus lassen sich viele Sicherheits- und Kommunikationsstandards aus dem IT-Bereich direkt anwenden. Zertifikatsbasierte Verschlüsselung, rollenbasierte Zugriffsmodelle und Aktualisierungsmöglichkeiten über das Netzwerk sind heute bereits fest etabliert und können mit SPE nun auch auf Geräteebene umgesetzt werden. Gleichzeitig ermöglichen kleinere Steckverbinder und eine geringere Anzahl an Adern kompaktere Geräte und vereinfachte Installationen.
Simon Seereiner, Business Development Manager bei Weidmüller und Sprecher der SPE System Alliance, fasst es so zusammen: „SPE ist nicht einfach nur eine weitere Technologie. Es ist der Schlüssel zur industriellen Kommunikationsarchitektur des kommenden Jahrzehnts. SPE vereinfacht Netzwerke grundlegend und hebt gleichzeitig die Sicherheitsstandards auf ein neues Niveau.“
Die Stromversorgung über PoDL vervollständigt das System: Viele Sensoren und Steuergeräte können ohne zusätzliche Stromkabel betrieben werden. Dies verkürzt die Installationszeit, senkt die Kosten und reduziert die Brandlast in kritischen Umgebungen.
Standardisierung und Verfügbarkeit
Die internationale Standardisierung von SPE sorgt für Planungssicherheit: IEEE 802.3 legt die Standards für die Datenübertragung fest, IEC 63171 definiert geeignete Steckgesichter für Industrie, Gebäude und raue Umgebungsbedingungen. Auch die Kabel für die verschiedenen Anwendungen sind in IEC 61156-11 bis -14 standardisiert. Produkte mit verschiedenen IEC-Schnittstellen sind bereits heute auf dem Markt verfügbar. SPE wird außerdem von der SPE System Alliance unterstützt. Die gemeinsamen Aktivitäten innerhalb der Allianz stellen sicher, dass Geräte, Infrastrukturkomponenten und Softwareplattformen miteinander kompatibel und aufeinander abgestimmt sind.
Seereiner sieht außerdem das Potenzial für völlig neue Funktionalitäten, die durch SPE ermöglicht werden: „Wenn Strom und Daten über dasselbe Adernpaar übertragen werden, eröffnen sich neue Möglichkeiten, etwa intelligente Sensoren mit zusätzlichen Analysefunktionen oder Aktoren, die direkt vernetzt und konfigurierbar sind.“
Er ergänzt: „Sobald Strom und Daten durch dasselbe schlanke Kabel fließen, ist dies nicht nur kostengünstiger und flexibler, sondern auch intelligenter: Geräte erkennen einander, aktualisieren sich selbst und lassen sich in Echtzeit steuern. So wird aus einem einfachen Draht ein intelligenter Datenpfad.“
Die Vorteile von SPE sind nicht nur technischer, sondern auch wirtschaftlicher und ökologischer Art. Der geringere Einsatz von Kupfer und Kunststoff führt zu niedrigeren Materialkosten und einer deutlich verbesserten Umweltbilanz. Nach Angaben der SPE System Alliance lässt sich das Kabelgewicht bei typischen Maschinenverkabelungen um bis zu 60 Prozent reduzieren. Gleichzeitig macht PoDL in vielen Fällen separate Stromversorgungen überflüssig, wodurch Platz, Energie und Wartungsaufwand eingespart werden.
Darüber hinaus verringert die Standardisierung die Komponentenvielfalt: Weniger Varianten führen zu einem geringeren Lagerbedarf und einfacheren Schulungen. Damit profitieren nicht nur Hersteller, sondern auch Integratoren und Betreiber von einer effizienteren und nachhaltigeren Systemarchitektur.
Fazit: Die Infrastruktur der Zukunft ist auch für Betreiber relevant
Single Pair Ethernet ist mehr als nur eine neue Verkabelungstechnologie. Es ist ein strategischer Hebel für Digitalisierung, Effizienz und Nachhaltigkeit. Für Hersteller in der Kälte- und Klimabranche eröffnet die Technologie neue Möglichkeiten bei Konstruktion, Integration und Vernetzung. Doch auch Betreiber profitieren: Systeme werden transparenter, leichter steuerbar und wartungsfreundlicher.
Für den Lebensmitteleinzelhandel, die Logistikbranche oder Betreiber von Gebäudekomplexen bedeutet dies beispielsweise bessere Daten zur Steuerung von Kälte- und Klimaanlagen, eine einfachere Integration in bestehende Netzwerke und einen geringeren Wartungsaufwand.
Die laufende Zusammenarbeit zwischen ASERCOM und
SPESA zeigt, dass ein strukturiertes Vorgehen möglich ist. Wer heute beginnt,
vorausschauend zu denken, wird morgen effizienter handeln können. Schließlich
ist die für die Kommunikation genutzte Infrastruktur das stille Rückgrat jeder
erfolgreichen Digitalisierung.
