Herkömmliche Hydraulikleitungen verwenden ein einzelnes Bördelende und werden üblicherweise nach SAE-J525 oder ASTM-A513-T5 gefertigt – Materialien, die im Inland schwer zu beschaffen sind. OEMs, die nach inländischen Lieferanten suchen, können stattdessen Schläuche nach SAE-J356A-Spezifikation mit O-Ring-Flachdichtungen verwenden (siehe Abbildung). Hergestellt von Tru-Line.
Anmerkung der Redaktion: Dieser Artikel ist der erste Teil einer zweiteiligen Serie über den Markt und die Produktion von Fluidtransferleitungen für Hochdruckanwendungen. Der erste Teil behandelt die Situation der in- und ausländischen Anbieter konventioneller Produkte. Der zweite Teil geht detailliert auf weniger konventionelle Produkte ein, die auf diesen Markt abzielen.
Die COVID-19-Pandemie hat in vielen Branchen, darunter auch in der Stahlrohr-Lieferkette und im Rohrherstellungsprozess, unerwartete Veränderungen ausgelöst. Seit Ende 2019 hat der Rohrmarkt tiefgreifende Umbrüche in der Produktion und Logistik erlebt. Ein lange schwelendes Problem ist dadurch in den Fokus gerückt.
Die Arbeitskräfte sind heute wichtiger denn je. Die Pandemie ist eine humanitäre Krise, und die Bedeutung der Gesundheit hat die Work-Life-Balance für die meisten, wenn nicht sogar alle, verändert. Die Zahl der Fachkräfte ist aufgrund von Pensionierungen, der Unfähigkeit mancher Arbeitnehmer, an ihre alten Arbeitsplätze zurückzukehren oder neue Stellen in derselben Branche zu finden, und vieler anderer Faktoren gesunken. Zu Beginn der Epidemie konzentrierte sich der Arbeitskräftemangel hauptsächlich auf Branchen mit direktem Kundenkontakt, wie das Gesundheitswesen und den Einzelhandel, während Beschäftigte im produzierenden Gewerbe beurlaubt waren oder ihre Arbeitszeit deutlich reduziert hatten. Hersteller haben nun Schwierigkeiten, Personal zu rekrutieren und zu halten, darunter auch erfahrene Rohrwerksbediener. Die Rohrherstellung ist größtenteils eine körperliche Arbeit, die in einer nicht klimatisierten Umgebung viel Mühe erfordert. Tragen Sie zusätzliche persönliche Schutzausrüstung (z. B. Masken), um Infektionen zu vermeiden, und befolgen Sie zusätzliche Regeln, wie z. B. einen Mindestabstand von 1,8 Metern. Der Abstand zu anderen kann den Stress in einem Beruf, der ohnehin schon viele stressmindernde Faktoren aufweist, zusätzlich erhöhen.
Auch die Stahlversorgung und die Rohstahlkosten haben sich während der Pandemie verändert. Bei den meisten Rohren ist Stahl der größte Kostenfaktor. Als Faustregel gilt: Stahl macht 50 % der Kosten pro Meter Rohr aus. Bis zum vierten Quartal 2020 lagen die durchschnittlichen US-Inlandspreise für kaltgewalzten Stahl über drei Jahre bei rund 800 US-Dollar pro Tonne. Bis Ende 2021 fielen die Preise auf 2.200 US-Dollar pro Tonne.
Wie reagieren die Unternehmen im Rohrmarkt angesichts der Veränderungen dieser beiden Faktoren während der Pandemie? Welche Auswirkungen haben diese Veränderungen auf die Lieferkette für Rohre, und welche hilfreichen Leitlinien gibt es für die Branche, um gestärkt aus dieser Krise hervorzugehen?
Vor vielen Jahren fasste ein leitender Angestellter einer Rohrfabrik die Rolle seines Unternehmens in der Branche so zusammen: „Wir machen hier nur zwei Dinge – wir stellen Rohre her und wir verkaufen sie.“ Zu viele Ablenkungen, zu viele Faktoren, die die Kernwerte des Unternehmens schwächen, oder die aktuelle Krise (oder all diese Faktoren, was oft der Fall ist) sind für überforderte Führungskräfte von Wert.
Es ist wichtig, die Kontrolle zu erlangen und zu behalten, indem man sich auf das Wesentliche konzentriert: die Faktoren, die die Herstellung und den Vertrieb von Qualitätsrohren beeinflussen. Wenn die Bemühungen eines Unternehmens nicht auf diese beiden Aktivitäten ausgerichtet sind, ist es an der Zeit, zu den Grundlagen zurückzukehren.
Mit der Ausbreitung der Pandemie ist die Nachfrage nach Rohren in einigen Branchen nahezu auf null gesunken. Automobilwerke und Unternehmen anderer, als unbedeutend geltender Branchen stehen still. Es gab eine Zeit, da stellten viele Betriebe der Branche weder Rohre her noch verkauften sie diese. Der Rohrmarkt existiert heute nur noch für wenige systemrelevante Unternehmen.
Zum Glück reagieren die Menschen. Manche kaufen zusätzliche Gefrierschränke, um Lebensmittel zu lagern. Der Immobilienmarkt zieht später an, und Käufer kaufen beim Hauskauf oft auch neue Haushaltsgeräte. Beide Trends stützen die Nachfrage nach Rohren mit kleinerem Durchmesser. Die Landwirtschaftsbranche erholt sich langsam, und immer mehr Besitzer wünschen sich kleinere Traktoren oder Nullwendekreismäher. Auch der Automobilmarkt kam wieder in Schwung, wenn auch aufgrund von Faktoren wie Chip-Engpässen langsamer.
Abbildung 1. SAE-J525 und ASTM-A519 haben sich als allgemeine Ersatznormen für SAE-J524 und ASTM-A513T5 etabliert. Der Hauptunterschied besteht darin, dass SAE-J525 und ASTM-A513T5 geschweißt und nicht nahtlos sind. Beschaffungsschwierigkeiten, wie beispielsweise Lieferzeiten von sechs Monaten, haben die Entwicklung zweier weiterer Rohrprodukte ermöglicht: SAE-J356 (als gerades Rohr geliefert) und SAE-J356A (als Rolle geliefert), die viele der gleichen Anforderungen erfüllen.
Der Markt hat sich verändert, aber die Richtlinien bleiben dieselben. Nichts ist wichtiger, als sich darauf zu konzentrieren, Rohre gemäß den Marktanforderungen herzustellen und zu verkaufen.
Die Frage „Eigenfertigung oder Fremdbezug“ stellt sich, wenn Produktionsbetriebe mit höheren Lohnkosten und fixen oder sinkenden internen Ressourcen konfrontiert sind.
Die Herstellung von nachgeschweißten Rohrprodukten erfordert erhebliche Ressourcen. Je nach Produktionsmenge und -volumen des Werks kann es wirtschaftlich vorteilhaft sein, breite Streifen im eigenen Haus zuzuschneiden. Allerdings kann das interne Zuschneiden aufgrund des Arbeitsaufwands, der Werkzeugkosten und der hohen Lagerkosten eine Belastung darstellen.
Einerseits führt das Schneiden von 2.000 Tonnen Stahl pro Monat zu einem Lagerbestand von 5.000 Tonnen Stahl, was erhebliche Liquidität bindet. Andererseits ist für den sofortigen Kauf von breitgeschnittenem Stahl nur sehr wenig Kapital erforderlich. Da der Rohrhersteller mit dem Zuschnittunternehmen Zahlungsbedingungen aushandeln kann, lässt sich die Auszahlung sogar hinauszögern. Jedes Rohrwerk ist in dieser Hinsicht einzigartig, aber es lässt sich mit Sicherheit sagen, dass nahezu jeder Rohrhersteller hinsichtlich der Verfügbarkeit von Fachkräften, der Stahlkosten und des Cashflows von der COVID-19-Pandemie betroffen war.
Gleiches gilt je nach Situation auch für die Rohrproduktion selbst. Unternehmen mit umfangreichen Wertschöpfungsketten können sich aus dem Rohrherstellungsgeschäft zurückziehen. Anstatt Rohre herzustellen und diese dann zu biegen, zu beschichten und Baugruppen und Endprodukte zu fertigen, kaufen sie die Rohre zu und konzentrieren sich auf andere Aktivitäten.
Viele Unternehmen, die Hydraulikkomponenten oder Rohrleitungen für die Automobilindustrie herstellen, betreiben eigene Rohrwerke. Einige dieser Werke stellen mittlerweile eher eine Belastung als ein Vermögenswert dar. Verbraucher fahren in der Pandemiezeit tendenziell weniger Auto, und die Absatzprognosen für Automobile liegen weit unter dem Niveau vor der Pandemie. Der Automobilmarkt ist mit negativen Begriffen wie Betriebsschließungen, starken Rückgängen und Engpässen verbunden. Nichts deutet darauf hin, dass sich die Liefersituation der Automobilhersteller und ihrer Zulieferer in naher Zukunft wesentlich verbessern wird. Auffällig ist, dass immer mehr Elektrofahrzeuge in diesem Marktsegment weniger Antriebskomponenten aus Stahlrohren aufweisen.
Eigene Rohrwalzwerke werden üblicherweise nach kundenspezifischen Vorgaben gefertigt. Dies ist zwar vorteilhaft für den vorgesehenen Einsatz – die Herstellung von Rohren für eine spezifische Anwendung –, jedoch nachteilig hinsichtlich der Skaleneffekte. Nehmen wir beispielsweise ein Rohrwalzwerk, das für die Produktion von Rohren mit 10 mm Außendurchmesser für ein bekanntes Automobilprojekt ausgelegt ist. Das Programm garantiert mengenbasierte Einstellungen. Später wurde ein deutlich kleineres Verfahren für ein weiteres Rohr mit demselben Außendurchmesser hinzugefügt. Mit der Zeit lief der ursprüngliche Plan aus, und das Unternehmen hatte nicht genügend Volumen, um den zweiten Plan zu rechtfertigen. Die Rüst- und sonstigen Kosten sind zu hoch. In diesem Fall sollte das Unternehmen, sofern es einen geeigneten Zulieferer findet, versuchen, das Projekt auszulagern.
Natürlich ist mit dem Zuschnitt noch nicht Schluss. Weiterverarbeitungsschritte wie Beschichten, Ablängen und Verpacken verursachen erhebliche Kosten. Wie man so schön sagt: Die größten versteckten Kosten der Rohrherstellung sind die Transportkosten. Das Rohr wird vom Werk ins Lager transportiert, dort entladen und auf einer Werkbank für den endgültigen Zuschnitt platziert. Anschließend werden die Rohre gestapelt, um sicherzustellen, dass sie einzeln in die Schneidemaschine gelangen – all diese Schritte erfordern Arbeitskraft. Diese Arbeitskosten werden vom Buchhalter oft übersehen, entstehen aber beispielsweise durch einen zusätzlichen Gabelstaplerfahrer oder eine zusätzliche Person in der Transportabteilung.
Abbildung 2. Die chemischen Zusammensetzungen von SAE-J525 und SAE-J356A sind nahezu identisch, was dazu beiträgt, dass letztere die erstere ersetzen kann.
Hydraulikleitungen gibt es schon seit Jahrtausenden. Die Ägypter hämmerten vor mehr als 4000 Jahren Kupferdraht. Bambusfäden wurden in China während der Xia-Dynastie um 2000 v. Chr. verwendet, und später wurden römische Wasserleitungen mit Bleirohren gebaut, einem Nebenprodukt der Silberverhüttung.
Nahtlos. Moderne nahtlose Stahlrohre wurden 1890 in Nordamerika eingeführt. Von 1890 bis heute diente ein massiver Rundblock als Rohmaterial für dieses Verfahren. Innovationen im Stranggießverfahren in den 1950er-Jahren führten dazu, dass nahtlose Rohre nicht mehr aus Blöcken, sondern aus dem damals kostengünstigen Stahlrohstoff Knüppel hergestellt wurden. Hydraulikrohre werden nach wie vor durch Kaltziehen der so gewonnenen nahtlosen Hohlkörper gefertigt. Auf dem nordamerikanischen Markt ist dieses Verfahren gemäß SAE-J524 der Society of Automotive Engineers und gemäß ASTM-A519 der American Society for Testing and Materials klassifiziert.
Die Herstellung nahtloser Hydraulikrohre ist in der Regel ein arbeitsintensiver Prozess, insbesondere bei kleinen Durchmessern. Sie erfordert viel Energie und viel Platz.
Schweißen. In den 1970er Jahren veränderte sich der Markt. Nach fast 100 Jahren Dominanz im Stahlrohrmarkt wurde das nahtlose Rohr vom geschweißten Rohr verdrängt, das sich für viele mechanische Anwendungen im Bauwesen und in der Automobilindustrie als geeignet erwies. Es eroberte sogar Gebiete in seinem einstigen Kerngebiet – dem Öl- und Gaspipelinesektor.
Zwei Innovationen trugen zu diesem Marktwandel bei. Zum einen das Stranggießen von Brammen, das es Stahlwerken ermöglicht, hochwertiges Flachband effizient in Serie herzustellen. Zum anderen das Hochfrequenz-Widerstandsschweißen, das sich für die Rohrindustrie als praktikabel erwiesen hat. Das Ergebnis ist ein neues Produkt: Es bietet die gleiche Leistung wie nahtlose Stahlrohre, jedoch zu geringeren Kosten. Dieses Rohr wird auch heute noch hergestellt und ist auf dem nordamerikanischen Markt nach SAE-J525 oder ASTM-A513-T5 klassifiziert. Da das Rohr gezogen und geglüht wird, ist es ein ressourcenintensives Produkt. Diese Verfahren sind zwar nicht so arbeits- und kapitalintensiv wie nahtlose Verfahren, die damit verbundenen Kosten sind aber dennoch hoch.
Seit den 1990er Jahren werden die meisten im Inland verbrauchten Hydraulikleitungen, ob nahtlos gezogen (SAE-J524) oder geschweißt gezogen (SAE-J525), importiert. Dies dürfte auf die erheblichen Unterschiede bei den Lohn- und Rohmaterialkosten für Stahl zwischen den USA und den Exportländern zurückzuführen sein. Zwar sind diese Produkte seit 30 bis 40 Jahren auch von inländischen Herstellern erhältlich, diese konnten sich jedoch nie als Marktführer etablieren. Die günstigen Kosten importierter Produkte stellen dabei ein erhebliches Hindernis dar.
Der Verbrauch von nahtlos gezogenem und geglühtem Produkt J524 ist im Laufe der Jahre rückläufig. Es ist weiterhin erhältlich und hat seinen Platz im Markt für Hydraulikleitungen, aber OEMs wählen in der Regel J525, sofern das geschweißte, gezogene und geglühte Produkt J525 problemlos verfügbar ist.
Die Pandemie trifft den Markt und verändert ihn erneut. Das weltweite Angebot an Arbeitskräften, Stahl und Logistik sinkt etwa im gleichen Maße wie die bereits erwähnte Nachfrage nach Automobilen. Dasselbe gilt für das Angebot an importierten J525-Hydraulikrohren. Angesichts dieser Entwicklungen scheint der Inlandsmarkt für eine weitere Marktveränderung bereit zu sein. Wäre es möglich, ein anderes Produkt herzustellen, das weniger arbeitsintensiv ist als das Schweißen, Ziehen und Glühen von Rohren? Ein solches Produkt existiert bereits, wird aber nicht häufig verwendet: SAE-J356A. Es erfüllt die Anforderungen vieler Hydraulikanwendungen (siehe Abbildung 1).
Die von der SAE veröffentlichten Spezifikationen sind in der Regel kurz und einfach, da jede Spezifikation nur ein Herstellungsverfahren für Rohre definiert. Der Nachteil besteht darin, dass sich die Normen J525 und J356A hinsichtlich Abmessungen, mechanischen Eigenschaften usw. erheblich überschneiden, was leicht zu Verwirrung führen kann. Darüber hinaus handelt es sich bei J356A um ein gewickeltes Produkt für Hydraulikleitungen mit kleinem Durchmesser und um eine Variante von J356, einem geraden Rohrprodukt, das hauptsächlich zur Herstellung von Hydraulikleitungen mit großem Durchmesser verwendet wird.
Abbildung 3. Obwohl geschweißte und kaltgezogene Rohre von vielen als überlegen gegenüber geschweißten und kaltverformten Rohren angesehen werden, sind die mechanischen Eigenschaften beider Rohrarten vergleichbar. Hinweis: Der Wert in PSI ist eine einfache Umrechnung der Spezifikation; es handelt sich um einen metrischen Wert in MPa.
Einige Ingenieure sind der Ansicht, dass J525 sich besonders für Hochdruck-Hydraulikanwendungen eignet, wie sie beispielsweise in Baumaschinen eingesetzt werden. J356A ist weniger bekannt, aber ebenfalls eine Spezifikation für Hochdruckflüssigkeiten. Die Anforderungen an die Endformung können unterschiedlich sein: J525 hat keine Innennaht, während J356A gratkontrolliert ist und eine kleinere Innennaht aufweist.
Die Rohstoffe weisen ähnliche Eigenschaften auf (siehe Abbildung 2). Geringfügige Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung stehen in Zusammenhang mit den gewünschten mechanischen Eigenschaften. Um bestimmte mechanische Eigenschaften, wie z. B. Zugfestigkeit oder Zugfestigkeit, zu erreichen, werden die chemische Zusammensetzung oder die Wärmebehandlung des Stahls gezielt angepasst.
Die verschiedenen Rohrtypen weisen ähnliche mechanische Leistungsparameter auf und sind daher in vielen Anwendungen austauschbar (siehe Abbildung 3). Anders ausgedrückt: Ist ein Rohrtyp nicht verfügbar, erfüllt ein anderer wahrscheinlich die Anforderungen. Das Rad muss nicht neu erfunden werden; die Industrie verfügt bereits über bewährte und zuverlässige Rohre.
Das Tube & Pipe Journal war 1990 die erste Zeitschrift, die sich ausschließlich der Metallrohrindustrie widmete. Auch heute noch ist sie die einzige Publikation in Nordamerika, die sich dieser Branche widmet, und hat sich zur vertrauenswürdigsten Informationsquelle für Fachleute im Rohrleitungsbereich entwickelt.
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