Modulares Smartphone

Ein modulares Smartphone bezeichnet ein Smartphone, dessen Aufbau aus einzelnen, voneinander unabhängigen Hardware-Komponenten (Modulen) besteht, die vom Benutzer oder Service-Techniker ausgetauscht und potenziell auch verbessert werden können. Das primäre Ziel dieses Konzepts ist die Erhöhung der Reparaturfähigkeit und damit die Reduzierung von Elektronikschrott, da nicht das gesamte Gerät bei einem Defekt oder für ein Upgrade ersetzt werden muss. Zudem bietet der modulare Aufbau dem Verbraucher die Möglichkeit, die Hardware-Ausstattung des Geräts besser an individuelle Bedürfnisse anzupassen oder einzelne Komponenten über die Zeit zu aktualisieren.

Frühe Konzepte für modulare Smartphones waren Projekte wie Phonebloks und Project Ara; beide Initiativen wurden jedoch eingestellt und führten nicht zur Massenproduktion. Das erste kommerziell auf dem Markt erhältliche modulare Smartphone war das Fairphone 2, eingeführt im Jahr 2015.

Produzierte Geräte

Fairphone

→ Hauptartikel: Fairphone

Fairphone 2 mit transparenter Rückseite, die den modularen Aufbau erkennen lässt

Das niederländische Unternehmen Fairphone setzt seit der Einführung seines zweiten Smartphone-Modells, dem Fairphone 2, konsequent auf einen modularen Aufbau. Dieser Designansatz verfolgt das Ziel, Benutzern die eigenständige und einfache Reparatur ihrer Geräte zu ermöglichen und dadurch maßgeblich zur Reduzierung von Elektronikschrott beizutragen. Ein weiterer Vorteil der Modularität liegt in der Möglichkeit, die technische Lebensdauer des Smartphones zu verlängern, indem einzelne Komponenten wie die Kamera oder der Prozessor durch verbesserte Module ersetzt werden können. Ein frühes Beispiel hierfür war die Verfügbarkeit eines Upgrade-Kameramoduls für das Fairphone 2, mit dem ältere Geräte auf den neuesten Stand gebracht werden konnten, während neu produzierte Fairphone 2 Modelle dieses Modul bereits ab Werk enthielten. Mit jeder nachfolgenden Fairphone-Generation, einschließlich des Fairphone 3, Fairphone 4 und Fairphone 5, hat das Unternehmen die Modularität weiter ausgebaut. Dies geschah unter anderem durch die Erhöhung der Anzahl der austauschbaren Module oder durch die Aufteilung ehemals integrierter Komponenten in separate, einzeln ersetzbare Einheiten.

Überblick über austauschbare Module nach Fairphone-Modell

Bauteil	Fairphone 2	Fairphone 3	Fairphone 4	Fairphone 5
Gehäuse/Rückabdeckung	austauschbar	austauschbar	austauschbar	austauschbar
Akku	austauschbar	austauschbar	austauschbar	austauschbar
Bildschirm	austauschbar	austauschbar	austauschbar	austauschbar
Sekundärer Lautsprecher (Ohrhörer)	austauschbar (als Top-Modul)	austauschbar (als Top-Modul)	austauschbar	austauschbar
Kopfhöreranschluss			nicht vorhanden	nicht vorhanden	nicht vorhanden
Frontkamera			austauschbar	austauschbar	austauschbar	austauschbar
Antennen			austauschbar	in Top-Modul und Lautsprecher	austauschbar	austauschbar
Rückkamera	austauschbar	austauschbar		austauschbar	austauschbar
Rückkamera-Blitz				austauschbar (als Top-Modul)
SD- und SIM-Karten-Steckplätze	nur durch den Reparatur-Service austauschbar	nur durch den Reparatur-Service austauschbar	nur durch den Reparatur-Service austauschbar		nur durch den Reparatur-Service austauschbar
Mainboard				nur durch den Reparatur-Service austauschbar
Hauptlautsprecher	austauschbar (als Bottom-Modul)	austauschbar	austauschbar	austauschbar
Vibrationsmotor		austauschbar (als Bottom-Modul)
Hauptmikrofon			nicht austauschbar	nicht austauschbar	nicht austauschbar
USB-Anschluss			austauschbar	austauschbar	austauschbar
Ultraweit-Rückkamera	nicht vorhanden	nicht vorhanden	nicht vorhanden	austauschbar
Gesamt-Anzahl Module	6	7	8	10

Fairphone 2

Das Fairphone 2 wurde in 7 Hauptmodule unterteilt, die sich mit relativ geringem Aufwand vom Benutzer selbst auswechseln lassen. Der Bildschirm konnte beispielsweise ohne zusätzliches Werkzeug getauscht werden, während für den Austausch der anderen Module lediglich ein handelsüblicher Schraubendreher benötigt wurde. Das Gerät wurde ab Ende 2015 ausgeliefert und gilt als das erste auf dem Markt verfügbare modulare Smartphone.

Die einzelnen Module, wie ursprünglich konzipiert, waren:

• ein externes Gehäuse bzw. eine Rückabdeckung
• ein Akku
• eine Kerneinheit (enthält Chipsatz, Speicher, Modem, Antennen, SIM- & MicroSD-Kartenschlitz und Sensoren)
• ein Bildschirm-Modul
• ein Empfangsmodul (mit Ohrhörer-Lautsprecher, Frontkamera und Kopfhöreranschluss)
• ein Kameramodul (mit Rückkamera und Blitz). Dieses konnte später durch ein verbessertes Modul mit höherer Auflösung ausgetauscht werden.
• ein Lautsprechermodul (enthält den Hauptlautsprecher, Vibrationsmotor, das Hauptmikrofon und den USB-Anschluss)

Fairphone 3

Das Fairphone 3 verfügt über sieben Module, deren Austausch mit einem gewöhnlichen Kreuzschlitzschraubendreher (im Lieferumfang enthalten) durchgeführt werden kann. Die Ersatzmodule sind über den Online-Shop des Herstellers erhältlich und kosten je nach Komponente zwischen 20 und 90 Euro.

Die Module des Fairphone 3 sind:

• die Rückabdeckung (kein Werkzeug zum Abnehmen nötig)
• der Akku (kein Werkzeug zum Entnehmen nötig)
• das Untermodul mit USB-C-Buchse, Vibrationsmotor und Primärmikrofon
• das Lautsprechermodul
• das Topmodul (enthält Selfiekamera, Sekundärmikrofon, Sensoren sowie den Kopfhöreranschluss)
• das Haupt-Kameramodul
• das Displaymodul

Bei der Entwicklung des Fairphone 3 wurde auf eine erhöhte mechanische Stabilität des Geräts geachtet, basierend auf Erfahrungen mit dem Vorgängermodell. Während der Mechanismus zum werkzeuglosen Displaytausch beim Fairphone 2 für seltene Anwendungsfälle (Displaybruch) konzipiert war, wurde er von einigen Nutzern zur Demonstration der Modularität häufig betätigt. Dieses wiederholte Öffnen und Schließen führte in einzelnen Fällen zu Wackelkontakten. Aus dieser Erfahrung zogen die Entwickler Konsequenzen: Beim Fairphone 3 kommen mehr Schrauben zur Fixierung der Module zum Einsatz als im Fairphone 2. Auch das Display ist nun mit Schrauben anstatt mit Klammern befestigt. Aus demselben Grund wurden die anfälligeren Federkontakte des Vorgängermodells durch robustere Druckkontakte ersetzt.

Fairphone 4

Das Fairphone 4 ist in Deutschland seit Oktober 2021 kommerziell erhältlich.

Shift

→ Hauptartikel: Shiftphone

Shift verfolgt mit seinen Smartphones einen konsequent modularen Ansatz, um Reparaturen durch die Nutzer oder Fachpersonal zu erleichtern, die Kosten für Instandhaltung zu senken und die Lebensdauer der Geräte signifikant zu verlängern, was zur Reduzierung von Elektroschrott beiträgt. Die Verbindung der Module erfolgt über standardisierte Steck- und Schraubverbindungen. Um die Handhabung zu vereinfachen und Fehlmontagen zu vermeiden, wird bei den Schrauben auf eine einheitliche Art (Torx T3) und Länge gesetzt; der passende Schraubendreher ist im Lieferumfang enthalten. Shift führte als erster und bislang einziger Hersteller ein Gerätepfand ein, das Anreize zur Rückgabe alter Geräte schafft. Zudem ermöglicht Shift umfassende Geräte-Upgrades, unabhängig vom Alter oder Zustand des vorhandenen Geräts. Ein zentraler Aspekt des Shift-Konzepts ist die Offenheit: Die Garantie des Shiftphones erlischt nicht beim Öffnen des Geräts. Benutzer werden explizit dabei unterstützt, alternative Betriebssysteme wie verschiedene Varianten von Android (mit und ohne Google-Dienste) oder in der Vergangenheit auch Sailfish OS aufzuspielen. Über die technische Modularität hinaus legt Shift Wert auf nachhaltige und faire Produktionsbedingungen. Das Unternehmen bemüht sich um den Einsatz möglichst konfliktfreier Rohstoffe und betreibt eine eigene Fertigungsstätte unter fairen Arbeitsrichtlinien. Nach dem Fairphone etablierte sich Shift als zweiter Anbieter modularer, in wesentlichen Aspekten fair produzierter Smartphones auf dem Markt. Das frühere Modell SHIFT6m galt zur Zeit seiner Einführung als eines der modularsten Geräte, insbesondere im Vergleich zu anderen Smartphones im (damaligen) High-End-Segment.

SHIFT6m & SHIFT5me

Modularer Aufbau des Shift6m

Die Modelle SHIFT6m und das kleinere SHIFT5me repräsentieren eine frühere Generation modularer Shiftphones. Das SHIFT6m verfügt über mehr als 13 Module, die für den Benutzer zugänglich und austauschbar gestaltet sind. Das SHIFT5me ist das kleinere, preisgünstigere Modell dieser Baureihe. Beide Modelle sind mittlerweile nicht mehr im Neuzustand im offiziellen Shop erhältlich, erhalten aber weiterhin Software-Updates (primär Sicherheits-Patches) und Hardwaresupport durch die Bereitstellung von Ersatzteilen. Da der ursprünglich für das SHIFT6m produzierte Akku nicht mehr verfügbar ist, wird für dieses Modell mittlerweile ein universeller Akku zusammen mit einem passenden Adapter als Ersatzteil angeboten. Technisch basieren SHIFT6m und SHIFT5me auf MediaTek-Prozessoren, deren spezifische Architektur die Entwicklung umfassender, aktueller Android-Versionen erschwert. Daher erhalten diese Geräte derzeit primär Backports von Sicherheitsupdates, während die Android-Version auf Android Oreo (8.x) verbleibt. Ein geplantes Upgrade auf Android 13 wird derzeit nur für die quelloffene SHIFTOS-l Variante in Betracht gezogen. Neben den offiziellen SHIFTOS-Varianten (SHIFTOS-G mit Google-Diensten und SHIFTOS-l ohne Google-Dienste) wurden auch alternative Betriebssysteme wie LineageOS für diese Geräte portiert. Die Unterstützung für Ubuntu Touch wurde hingegen eingestellt. Die Hauptmodule des SHIFT6m umfassen strukturelle Einheiten wie den A-Frame mit der Bildschirm-Einheit und den B-Frame, der eine Vielzahl einzeln austauschbarer Technologie-Komponenten aufnimmt. Zu diesen Komponenten gehören unter anderem der Akku, die Front- und Rückkameras (einzeln tauschbar), die Kerneinheit mit Chipsatz, Speicher, Modem und Sensoren, der Fingerabdrucksensor, der SIM- und MicroSD-Karten-Slot, die Antennen-Einheit, die Schalter-Einheit, die Sub-PCB mit GSM-Antenne und Hauptmikrofon, die Lautsprechereinheit für den Kopfhörerbereich sowie die Lautsprechereinheit für Freisprechen und Medienwiedergabe. Das Back-Cover dient dem sicheren Verschluss des modularen Aufbaus.

Shift 6mq & Shiftphone 8

Mit den neueren Modellen SHIFT6mq und dem kürzlich erschienenen Shiftphone 8 wechselte Shift von MediaTek zu Qualcomm-Prozessoren. Dieser strategische Schritt vereinfacht die Entwicklung und Pflege aktueller Android-Versionen, wie Android 13 und Android 14, erheblich. Ein weiteres wesentliches Merkmal dieser neuen Generation ist die Einführung eines standardisierten Akkus. Derselbe Akku-Typ wird sowohl im SHIFT6mq und dem Shiftphone 8 als auch in der modularen Bluetooth-Tastatur „ShiftKeys“ verwendet, was die Kompatibilität, den Austausch und die Wiederverwertung über mehrere Geräteklassen hinweg fördert. Beide Smartphone-Modelle, SHIFT6mq und Shiftphone 8, positioniert Shift im Bereich der Mittelklasse. Für das SHIFT6mq existiert eine breite Unterstützung durch alternative Betriebssysteme. Kompatible Custom ROMs umfassen die offiziellen SHIFTOS-Varianten (SHIFTOS-G und SHIFTOS-l), LineageOS, /e/OS, CalyxOS, iodéOS, postmarketOS sowie inoffizielle Portierungen wie crDroid. Die Unterstützung für Ubuntu Touch wurde für dieses Modell eingestellt. Das SHIFT6mq, das derzeit auf Android 13 basiert, wird im Neuzustand nicht mehr direkt von Shift verkauft. Stattdessen bietet das Unternehmen von Shift professionell wiederaufgearbeitete Gebrauchtgeräte als „Second Life“-Modelle an. Das Shiftphone 8 wurde im September 2024 ausgeliefert und kommt standardmäßig mit ShiftOS-G auf Basis von Android 14. Die quelloffene ShiftOS-l Variante ist für das Shiftphone 8 noch nicht offiziell veröffentlicht worden. Die Entwicklung von Custom ROMs für das Shiftphone 8 ist bereits angelaufen; es wird aktiv an ersten Builds für LineageOS und postmarketOS gearbeitet. Weitere Custom-ROM-Communities wie /e/OS, iodéOS und CalyxOS haben ebenfalls angekündigt, Portierungen für das Shiftphone 8 zu entwickeln. Darüber hinaus besteht in der Community der Wunsch nach Releases von crDroid und einer Portierung von Ubuntu Touch.

LG G5

Auf dem GSMA Mobile World Congress 2016 in Barcelona präsentierte LG das LG G5, ein Smartphone mit einem spezifischen modularen Erweiterungsmechanismus an der Unterseite. Über eine entriegelbare Klappe konnte ein Teil des Gehäuses abgenommen und durch sogenannte „Friends“-Module ersetzt werden. Der Austausch der Module wurde durch einen kleinen seitlichen Taster erleichtert, der den Schiebemechanismus zur Entnahme des unteren Geräteteils samt Akku aktivierte. Das LG G5 zeichnete sich zudem durch ein Dual-Kamerasystem auf der Rückseite aus, bei dem eine Kamera für Standardaufnahmen und die andere für Weitwinkelaufnahmen konzipiert war. Zum Zeitpunkt der Vorstellung des G5 wurden zwei „Friends“-Module präsentiert: ein Audio-Modul (B&O Hi-Fi Plus) und ein Kamera-Modul (Cam Plus). Dieser Ansatz zur Modularität wurde von LG jedoch bei nachfolgenden Smartphone-Modellen nicht fortgeführt.

Konzepte und Unterstützungsprojekte

Phonebloks

Explosionsansicht des Phonebloks Konzepts

Das Konzept Phonebloks wurde im September 2013 durch die Veröffentlichung eines YouTube-Videos des niederländischen Designers Dave Hakkens weitreichend bekannt. Das Video, das innerhalb der ersten 24 Stunden über eine Million Mal angesehen wurde, stellte die Idee eines Smartphones vor, das aus einer Basisplatine (genannt Base) und darauf steckbaren, austauschbaren Komponenten (genannt Bloks) besteht – ähnlich dem Baukastenprinzip von Legosteinen. Phonebloks war primär als Open-Source-Konzept und Katalysator gedacht, um auf das Problem des Elektroschrottes aufmerksam zu machen und die Smartphone-Industrie zu modulareren Designs zu motivieren. Zwar gab es keine konkreten Pläne, das Konzept selbst als fertiges Produkt zu realisieren, doch es entstand eine große Gemeinschaft von Unterstützern. Entgegen der häufigen Annahme war Phonebloks kein eigenständiges Hardware-Entwicklungsprojekt, sondern verstand sich als Bewegung, die Initiativen wie Project Ara unterstützte, anstatt direkt zu diesem zu gehören.

Project Ara

Konzeptbild von einem Project Ara Smartphone. Die einzelnen Module sind nicht mehr erkennbar.

Parallel zu Phonebloks und später in Kooperation mit dessen Community wurde Project Ara zunächst von Motorola und nach dessen Übernahme durch Google weiterentwickelt. Dieses Projekt verfolgte das Ziel, ein tatsächlich produzierbares modulares Smartphone-System zu schaffen, dessen Markteinführung ursprünglich für das Jahr 2015 geplant war. Das Herzstück des Ara-Smartphones bildete ein Endoskelett (ein stabiler Innenrahmen, genannt Endo), das in verschiedenen Größen verfügbar sein sollte. In dieses Endo konnten die unterschiedlichen Funktionsmodule von der Seite eingeschoben und befestigt werden. Nach mehreren Entwicklungsphasen und Verzögerungen wurde im Jahr 2016 auf der Google I/O eine signifikante Neuausrichtung des Projekts angekündigt, bei der die ursprüngliche Vision stark reduziert und die Modularisierbarkeit eingeschränkt wurde (z. B. durch Integration der Basisfunktionalität ins Endo). Trotz dieser Anpassungen wurde Project Ara nur wenige Monate später, ebenfalls im Jahr 2016, endgültig eingestellt.

PuzzlePhone

Ein weiteres Konzept für ein modulares Smartphone, das ebenfalls als offener Standard begann, war das PuzzlePhone. Es wurde initiiert durch ein YouTube-Video von Alejandro Santacreu Alfonso. Das Projekt sollte von dem finnischen Unternehmen Circular Devices Oy realisiert werden. Das PuzzlePhone-Konzept sah einen Aufbau aus lediglich drei Hauptmodulen vor, die der Benutzer relativ einfach austauschen können sollte:

• das „Spine“ (Rückgrat), das das Display, das Gehäuse sowie grundlegende Elemente wie Tasten und Lautsprecher integriert,
• das „Heart“ (Herz), das die Hauptkomponenten wie den Prozessor und die übrige zentrale Elektronik enthält,
• und das „Brain“ (Gehirn), das den Akku und eventuell zusätzliche Funktionalität beinhaltet.

Wie Project Ara erreichte auch das PuzzlePhone-Konzept keine Marktreife im Sinne einer breiten Verfügbarkeit eines Endprodukts.

Nachhaltigkeit

Die potenziellen Auswirkungen modularer Smartphones auf die Nachhaltigkeit und die Reduzierung von Elektroschrott sind Gegenstand wissenschaftlicher Betrachtung. Eine Analyse, die unter anderem die Erfahrungen aus der gescheiterten Kooperation zwischen Phonebloks und Project Ara heranzieht, relativiert die erwarteten Abfall-Einsparpotenziale solcher Geräte. Die Studie argumentiert, dass die tatsächliche Reduzierung von Elektroschrott maßgeblich davon abhängt, inwieweit zukünftige modulare Konzepte über die reine Hardware-Modularität hinaus auch komplexere soziotechnische Faktoren wie Benutzerverhalten, Verfügbarkeit von Ersatzteilen über lange Zeiträume, Reparaturinfrastruktur und wirtschaftliche Anreize berücksichtigen. Zudem wird auf mögliche Verzerrungen in der öffentlichen Wahrnehmung der globalen Problematik der Elektronik-Abfallproduktion hingewiesen.

Weblinks

Commons: Modulares Smartphone – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Website von Fairphone
• Website von Shiftphones
• Website von Phonebloks
• Website von Project Ara
• Website von Puzzle Phone