Scraper für den Erd-, Trassen- und Straßenbau

Wirtschaftliche Vorteile oft verkannt

Während Scraper, auch Schürfzüge genannt, in den fünfziger bis in die siebziger Jahre auf deutschen Baustellen große Verbreitung erlangten, sind die zahlreichen Vorteile dieser Maschinen inzwischen etwas in Vergessenheit geraten. Gegenüber Baggern und Lkw oder Muldenkippern werden Scraper bei der Planung der meisten Bauprojekte oft nicht in Erwägung gezogen, obwohl sie unter bestimmten Voraussetzungen zu den wirtschaftlichsten Baumaschinen zählen.

Besonders bei flächigen und/oder langgestreckten Erdbauarbeiten wie beim Industrie-, Hafen-, Trassen- und Straßenbau erweisen sich die Förderleistungen von Scrapern häufig als unübertrefflich. Ein Scraper schürft, ob angehängt oder selbstfahrend, mit einem absenkbaren, über die gesamte Maschinenbreite reichenden Kübel Boden auf. Im sodann vorne geschlossenen Kübel wird das Material zum Einbauort gebracht und dort während der Fahrt durch eine Ausschub- oder Auskippvorrichtung gleichmäßig entleert. Bei sämtlichen Arbeitstakten befindet sich der Scraper in Fahrbewegung, weshalb es weder zu produktionshemmenden Stopps noch zu Stillstand- und Wartezeiten kommt. Im Vergleich zum Betrieb mit Baggern und Radladern bietet der Scraper den Vorteil, als eine einzelne Maschine das Material zu lösen, zu laden, zu transportieren und in ebenen Schichten wieder einzubauen und dabei zu verdichten. Dies alles erfolgt mit nur einem Fahrer und einer Maschine, weshalb pro Kubikmeter ein nur geringer Lohnaufwand zu veranschlagen ist. Sonst sind drei oder mehr Fahrer mit entsprechenden Lohnkosten erforderlich: Dumper- oder Lkw-Fahrer, Bagger- oder Radladerfahrer, Planierraupen- oder Raddozerfahrer.

Über Förderdistanzen von 300 bis etwa 1500 m bleiben Scraper unter den meisten Einsatzbedingungen unübertroffen und stellen die effektivste Art der Erdbewegung dar. Beim leichten Abwärtsschürfen mit Kettendozer-Schubhilfe nimmt ein Scraper in nur 10 bis 20 s durchaus 20 bis 25 m³ Erde, Sand oder sogar Lehmboden auf. In derartig kurzer Zeit belädt kein Bagger oder Radlader einen Lkw oder Muldenkipper mit vergleichbarer Nutzlast.

Scraper sind weitaus besser als Bagger dazu geeignet, Bodenschichten selektiv, sauber, schnell und ein Planum hinterlassend abzutragen, wobei auf der Kippe das Material während der Fahrt in gleichmäßigen, dünnen Lagen eingebaut wird - ein Planiergerät erübrigt sich dort. Häufig erweist sich sogar die Verdichtungswirkung der überfahrenden Scraperreifen als ausreichend. Hinsichtlich der Förderleistungen besitzen selbstfahrende Scraper zwar ein höheres Eigengewicht im Verhältnis zur Nutzlast als Lkw oder Muldenkipper, jedoch auch einen entscheidenden Vorteil: Sie kennen keine unproduktiven Stillstandzeiten am Ladegerät und beim Kippen, sondern sind ständig in Bewegung, auch beim Laden und Entladen. Das Rangieren am Ladegerät entfällt ebenso wie das zeitraubende Rückwärtsfahren und Anhalten zum Abkippen der Mulde.

Bemerkenswerte Vorteile erzielen Scraper außerdem bei der Durchmischung und Homogenisierung. Dafür sorgt der Scraperkübel nicht nur durch den flachen Abtrag über längere Strecken, sondern auch durch die Roll- und Überschlagbewegungen des Materials im Kübel, die eine gründliche Durchmischung bewirken. Beim Entleeren des Kübels während der Fahrt erfolgt eine weitere Durchmischung.

Diese Effekte werden auch für die Bodenstabilisierung genutzt, sei es zur Mischung unterschiedlicher Böden zwecks Erhöhung der Tragkraft oder zur Einmischung hydraulischer Bindemittel, die vor dem Schürfen auf die Abtragsflächen der Scraper aufgebracht werden. Bei manchen Projekten erübrigt sich daher sogar ein Bodenstabilisierer.

Große wirtschaftliche Vorteile

Scraper gehören zu den ältesten Erdbauwerkzeugen der Welt und gelten zudem als klassische Erdbaumaschinen. Deshalb eignen sie sich bestens für Erd- und Tiefbauarbeiten aller Art, sei es bei Einschnitten für Straßen-, Autobahn- oder Eisenbahntrassen, beim Kanalbau oder beim Anlegen von Schüttdämmen. Beim selektiven Abtrag dünner Schichten bewähren sich Scraper, sofern Humus- und andere Schichten abgenommen werden müssen. Richtig organisiert, befinden sich auf einer Scraperbaustelle stets alle Maschinen „im Fluss“, be- und entladen sich in weniger als einer halben Minute, fahren mit 30 bis 50 km/h schnell wie Lkw oder Muldenkipper zwischen Schürfstelle und Kippe oder Einbauort hin und her, und hinterlassen hier wie dort ein vergleichsweise ebenes Planum. Nur die eigentliche Transportlinie ist beim Scraperbetrieb konstant, denn der Anfang und das Ende des Einsatzfeldes  stellen „verwaschene Punkte“ dar. Die Schürfbahn des Scrapers ist etwa 10 bis 30 m lang und 2,5 bis 3,5 m breit. Ähnlich sieht es auf der Kippe und beim Einbau aus: Der Scraper schüttet den Boden in dünnen, rund 20 bis 60 cm hohen Auftragsstrecken aus und legt dabei „Teppiche“ von etwa 2,5 bis 3,5 m Breite und 15 bis 30 m Länge.

Vergleichsuntersuchungen verschiedener Erdbaumethoden haben gezeigt, dass die stündlichen Transportleistungen von Scrapern bei einfachen Distanzen zwischen 300 und 3200 m denen von Muldenkippern deutlich überlegen sind. Besonders bei Distanzen von 300 bis 1200 m erbringen Scraper gegenüber Muldenkippern die zwei- bis dreifache Transportleistung. Stehr Baumaschinen aus Schwalmtal nennt interessante Vergleiche gegenüber dem konventionellen Erd- und Tiefbau: So braucht ein 23-t-Raupenbagger zum Beladen eines 3-Achs-Lkw mit 8 m³ Ladekapazität knapp 3 min. Mit einem Traktor ab 190 kW (260 PS) Leistung ist der Kübel des Stehr-Anhängescrapers mit fast 9 m³ Inhalt hingegen in nur etwa 20 s gefüllt. Der Transport zum Abladeplatz erfolgt nun mit bis zu 50 km/h Geschwindigkeit. Der sofort erfolgende Ablade- und Einbauvorgang dauert nur etwa 10 s. Bei den herkömmlichen Methoden entstehen Lohn- und Maschinenkosten von stündlich insgesamt 300 € (Bagger, zwei Lkw und Planierraupe). An Energie werden ungefähr 600 kW benötigt, was einem stündlichen Dieselverbrauch von etwa 120 l entspricht. Für den Einsatz eines Anhängescrapers mit Traktor, der die gleiche Arbeit doppelt so schnell ausführt, fallen nur Gesamtkosten von 80 €/Std. an. Für Energie werden nur 120 kW benötigt (Verbrauch nur ca. 25 l). Was die modernen, von Traktoren gezogenen Scraperzüge leisten, veranschaulicht ein Beispiel von DBH Baumaschinen aus Leipzig. Die Firma ist seit mehr als einem Jahrzehnt auf dem deutschen Markt maßgeblicher Pionier der neuen Scrapertechnik mit Anhängegeräten. An ein sächsisches Baunternehmen lieferte DBH drei Reynolds-Anhängescraper 7.7 E 3M, die von einem 22 t schweren Raupentraktor AGCO Challenger MT 865B mit 392 kW (525 PS) Leistung gezogen werden. Der Scraperzug transportiert mit hoher Geschwindigkeit von bis zu 40 km/h pro Umlauf 25 m³ gelösten Boden, auch schwere und steinreiche Bodenarten. Wichtig ist die Gesamtbreite aller Maschinen von nur 3 m, damit der Transport zum Umsetzen ohne Sondergenehmigung erfolgen kann, also für möglichst schnelle Einsatzwechsel. Mit den Scrapern werden auch schmale Dämme im Straßen- und Eisenbahnbau hergestellt. „Die Baufirma hat mit unserem Scraperzug eine hohe Flexibilität erreicht“, erläutert DBH-Geschätsführer Detlef Häßler. „Selbst kleine Projekte sind sehr wirtschaftlich zu bearbeiten, nicht zuletzt wegen der guten Transportierbarkeit“.

Verschiedene Bauarten bei Motorscrapern

Scraper werden in zahlreichen, sich teilweise beträchtlich unterscheidenden Bauarten angeboten. Bei den selbstfahrenden Maschinen gibt es Einmotorenscraper (nur mit angetriebener Vorderachse) und Doppelmotorenscraper (mit zusätzlich angetriebener Hinterachse). Ohne Selbstladevorrichtung benötigen diese Scraper während des Schürfvorganges Schubunterstützung, da der Kraftschluss der Scraperreifen für die beim Schürfen benötigten hohen Vortriebskräfte nicht ausreicht. Heute dient als Schubhilfe zumeist eine Planierraupe, früher wurden oft auch ein oder zwei mobilere Raddozer verwendet. Beim sogenannten Push-Pull-Verfahren wird auf Schubhilfe durch Fremdgeräte verzichtet. Stattdessen erfolgt das Schürfen nun durch gegenseitige Schub(Push)- und Zug(Pull)-Hilfe von zwei Scrapern, die stets im Team arbeiten. Dazu werden die Scraper mit einer speziellen Vorrichtung versehen, bestehend aus einem heckmontierten Haken und einem frontmontierten, gefederten Pushblock sowie absenkbarem Zugbügel. Dank Zugbügel und Haken können sich die beiden Scraper zum Schürfen jederzeit aneinanderkoppeln und wieder trennen. Für dieses Verfahren eignen sich aufgrund der hohen erforderlichen Vortriebskräfte nur Doppelmotorenscraper. Da ohne Schubraupe gearbeitet wird, sind auch nur zwei Scraper voll einsatzfähig. Demgegenüber kann ein sich selbst beladender Elevatorscraper mit einem am Kübeleingang angeordneten, hydraulisch betriebenen Stegförderer als Einzelgerät eingesetzt werden. Elevatorscraper bieten mehrere wählbare Ladebereiche für schnelle oder schwere Schürfbedingungen. Abgefederte Ladebänder und auf den Ketten befindliche Schaufelleisten gestatten das Aufnehmen von Lehmbrocken oder Steinen mit bis zu 200 mm Kantenlänge.

1982 wurde von der Western Oil Tool Co. eine Förderschnecken-Vorrichtung für einige Caterpillar-Scraper entwickelt, die die Selbstbeladung ohne Schubhilfe in weniger als einer Minute erlaubt. Diese „Augerscraper“ werden nun von Caterpillar gefertigt und verfügen über eine hydraulisch angetriebene, mit 35 bis 40 U/min rotierende Förderschnecke, die vertikal am Kübeleingang angeordnet ist. Die Förderschnecken fördern das über die Schneide in den Kübel einfließende Erdreich schneller als die früher verbreiteten Elevatorketten. Auf dem europäischen Markt werden Motorscraper derzeit nur von Caterpillar und Terex angeboten. Das mit Abstand breiteste Programm stammt von Caterpillar und enthält Einmotoren-, Doppelmotoren-, Push-Pull- sowie selbstladende Augerscraper. Die Kübelinhalte der Modelle 621G bis 657G reichen von 17 bis 34 m³ (gehäuft), die Motorleistungen von 246 kW (330 PS) bis 727 kW (974 PS).

Schürfraupen im Shuttlebetrieb

Obwohl sie eigentlich nicht als Scraper bezeichnet werden, gehören Schürfraupen zur Gattung der selbstfahrenden Scraper. Die erste Schürfkübelraupe, bei der „Raupenschlepper und Schürfkübelwagen in einem Gerät vereint sind“, befand sich schon 1939 in der Erprobung, veranlasst durch den Generalinspektor für das deutsche Straßenwesen, den damaligen Reichsminister Fritz Todt.

Produziert wurden Schürfkübelraupen ausschließlich vom Hamburger Hersteller Menck & Hambrock, der die Vorteile dieser Maschinen schon 1953 so beschrieb: „Schürfen, Transportieren, Entladen, Verteilen, Verdichten – in einem Arbeitsgang“. Seit den sechziger Jahre wurden Schürfraupen in Lizenz von der japanischen Firma Nissha gefertigt und von der Firma Frutiger aus Winterthur in der Schweiz auf dem europäischen Markt vertrieben. Als die Produktion in Japan eingestellt wurde, scheute man bei Frutiger nicht den Aufwand für eine vollständige Neukonstruktion und die Aufnahme der Eigenproduktion. Daher baut Frutiger heute als einziger westlicher Hersteller derartige Maschinen. Schürfraupen können dank der großen Vortriebskraft der Raupenketten ihren Kübel ohne Fremdhilfe füllen. Sie bieten nicht nur sämtliche Vorteile von Scrapern, sondern einige weitere: Schürfraupen müssen nicht wenden, sondern fahren im Shuttlebetrieb, was Zeit spart und die Raupen schont. Die Raupenketten ersparen jegliche Schubhilfe und gestatten das Befahren von steilen Rampen ohne Umwege sowie das steile Aufhalden. Außerdem können sie den Boden mittels Aufreißer lockern, vor Kopf Material aufschütten und steil aufhalden. Schürfraupen sind bei jedem Wetter auf fast allen Böden einzusetzen, ebenso an Steigungen von 100 Prozent leer und 74 Prozent beladen. Zur bauma 2004 präsentiere Frutiger die Schürfraupe Tiger SR 3000 mit 15 bis 18 m³ Kübelinhalt. Die Maschine schürft bis 487 mm tief und füllt den Kübel auf 10 bis 25 m Strecke in nur 20 bis 30 s.  Beim Entleeren kann entweder während der Fahrt flach geschüttet und gleichzeitig bei Rückwärtsfahrt mit dem Schild geebnet oder aber vor Kopf fast 2 m hoch geschüttet werden.

Zur diesjährigen bauma wurde die Weiterentwicklung der SR 3000 vorgestellt, die 38 t schwere SR T-18 für 18 m³ Kübelvolumen. Die imposante Maschine ist 7,2 m lang, 3,5 m breit und 4 m hoch. Für den Antrieb sorgt ein Mercedes-Motor mit 350 kW (480 PS) Leistung. Mit hohem Tempo von vorwärts fast 16 km/h und rückwärts 20,5 km/h wird schneller gefahren als mit früheren Schürfraupen. Mit dem hydraulischen Lenksystem, einer Eigenentwicklung von Frutiger, kann die Geschwindigkeit jeder Laufwerkseite durch ein hydraulisches Lenkdifferenzial stufenlos geregelt werden. Deshalb durchfährt die Schürfraupe alle Kurvenradien mit zwei kraftschlüssigen Ketten.

„Als einziger Hersteller von Schürfraupen möchte Frutiger die Erdbewegung mit diesen Maschinen erneut international durchsetzen“, teilt das Unternehmen mit. „Denn nicht nur wir, sondern auch viele zufriedene Kunden sind der Überzeugung, dass Schürfraupen auf Transportdistanzen zwischen 50 und 500  m die wirtschaftlichste Erdbewegungsmethode bieten.“

Renaissance der Anhängescraper

In den vierziger und fünfziger Jahren entstanden Motorscraper aus Anhängescrapern, die mit einem Schwanenhals auf Zugtraktoren aufgesattelt wurden. Von den Traktoren wurde die nicht mehr benötigte Vorderachse entfernt, da der Triebkopf am Schwanenhals zum Lenken um 90° zu jeder Seite geschwenkt werden konnte. Aufgrund dieser Entwicklung wurden Anhängescraper gegenüber den stärkeren, schnelleren und mehr fördernden Motorscrapern weitgehend verdrängt. In den achtziger und neunziger Jahren kamen jedoch weitaus stärkere Traktoren auf den Markt als früher, auch mit Allradantrieb oder Gummikettenlaufwerken. Dank der hohen Motorleistungen und Vortriebskräfte eigneten sich diese starken Traktoren vorzüglich zum Ziehen schwerer und großer Ausrüstungen. Dies wiederum führte, ausgehend von den Vereinigten Staaten, zu einer Renaissance der Anhängescraper, die nun von den Leistungen der stärksten Traktoren profitieren konnten.

Anhängescraper sind hinter beliebig tauschbaren Traktoren einsetzbar und können, sofern sie nicht benötigt werden, jederzeit abgekuppelt werden. Die Investitionen halten sich in Grenzen, denn Anhängescraper kommen ohne Antrieb, Motor, Lenkung, Kabine und andere kostenintensive Komponenten aus. Insofern können sie auch über längerer Zeiträume unproduktiv sein. Der (teure) Traktor kann derweil mit anderen Ausrüstungen wie Muldenhänger, Bodenfräse, Rüttelplatten und Vibrationswalze oder auch in der Landwirtschaft eingesetzt werden.

Ein weiterer großer Vorteil im Vergleich zu herkömmlichen Scrapern ist die freie Kombination der Anhängescraper. Je nach Umfang des Einsatzes, Bodenart und Wetterbedingungen zieht der Traktor ein, zwei oder gar drei Schürfkübel, beispielsweise mit 9, 18 oder sogar 27 m³ Kübelinhalt. Weil aber während des Ladevorganges immer nur ein Anhängescraper zur Zeit schürft, genügt als Zugmaschine ein Traktor mit 130 bis 170 kW (180 bis 230 PS) Leistung. Ein oftmals unterschätzter „Trick“ sind zwei oder drei Scraperkübel hintereinander. Beim Schürfen wirken Motorleistung und Vortriebskraft statt auf nur eine breite Schneide erst auf nur eine schmale Schneide, dann auf die zweite und anschließend auf die dritte. Deshalb genügt eine geringere Motorisierung als bei nur einem großen Scraperkübel. Trotzdem füllen sich die drei Kübel hintereinander häufig schneller als ein einzelner Großkübel.

Einige Unternehmen bevorzugen jedoch stärkere Traktoren mit bis zu 400 kW (550 PS) Leistung. So können die Scraperzüge auch unter erschwerten Bodenbedingungen stets mit drei Anhängescrapern fahren und trotz der hohen Nutzlasten dennoch schnell beschleunigen und steile Rampen erklimmen. Die Bauweise der Anhängescraper sorgt zudem für Vorteile beim Eigengewicht: Verglichen mit anderen Förder- und Transportmaschinen bewegen Anhängescraper mitsamt Traktor im Verhältnis zum Eigengewicht mehr Nutzlast, besonders bei Zwei- oder Dreifachzügen. Desweiteren gestaltet sich der Transport von Anhängescrapern über öffentliche Straßen einfacher als bei großen Scrapern und der der Traktoren sowieso.

Einer der bekanntesten Hersteller von Anhängescrapern ist Reynolds, vertreten durch DBH Baumaschinen in Leipzig. Reynolds führt zahlreiche verschiedene Anhängescraper und Spezialgeräte im Programm. Von DBH sind Anhängescraper mit 3,8 bis 13,7 m³ Inhalt und mit Schnittbreiten von 2,13 und 4,26 m erhältlich. Die Leergewichte liegen bei nur 1,3 bis 7,7 t. Hervorzuheben sind die zahlreichen Reifenkombinationen der DBH-Anhängescraper: Zweifachbereifung mit breiten LGP-Niederdruckreifen ist für Einsätze auf Sand und schlecht tragfähigen Böden vorgesehen. Dazu können die Scraper (wie die Zugmaschinen) sogar mit Gummiketten ausgestattet werden, die den Bodendruck weiter reduzieren. Vierfachbereifung in Paaranordnung eignet sich vornehmlich für trockene Bodenarten bei vergleichsweise geringen Nutzlasten. Für Standardeinsätze mit hohen Laufleistungen im Erd- und Bergbau, also auch für die Abraum-, Sand- und Kiesförderung, bevorzugt DBH Vierfachbereifung in Einzelanordnung. Bei sehr großen Scraper-Nutzlasten auf weniger tragfähigen Böden wird Sechsfachbereifung in Einzelanordnung gewählt. Achtfachbereifung in Zwillingsanordnung ist sehr breiten, oft lasergeführten Planierscrapern zum Anlegen eines präzisen Planums vorbehalten. Die ersten Anhängescraper aus deutscher Produktion stammen von Stehr Baumaschinen aus Schwalmtal. Mit einem vorgespannten Traktor ab 190 kW (260 PS) Leistung wird der Kübel mit fast 9 m³ Inhalt in rund 20 s gefüllt. Der Transport erfolgt je nach Traktor mit bis zu 50 km/h Geschwindigkeit. Mit einer hydraulischen Ausschubvorrichtung wird das Material entladen und sofort eingebaut. Der Ablade- und Einbauvorgang dauer nur etwa 10 s. Die Verwendung als normaler, zulassungsfreier, geländegängiger Transportanhänger zum Beladen mit Bagger oder Radlader ist ebenfalls möglich.

Caterpillar ergänzte sein Programm im vergangenen Jahr ebenfalls um Anhängescraper. Angeboten werden die neuen Modelle TS180 und TS220 mit zwei Hinterrädern sowie TS185 und TS225 mit vier Hinterrädern. Bei 3,2 m Schnittbreite bietet der kleinste Scraper, der TS180, bis zu 14,3 m³ Kübelinhalt (gehäuft) und 20,8 t Nutzlast. Das größte Modell fasst 18 m³ (gehäuft), was 25,6 t Nutzlast entspricht.

AP Machinebouw aus dem niederländischen Emmeloord, in Deutschland vertreten durch Wansor aus Gevelsberg, stellte anlässlich der bauma den neuen Anhängescraper APS 15 für 15 m³ Inhalt (gehäuft) und 27 t Nutzlast vor. Bei 3 m Schnittbreite ist der Scraper 3,5 m breit und 7,65 m lang und wiegt unbeladen 12,5 t. Das zulässige Gesamtgewicht beträgt 39,5 t, weshalb der Zugtraktor mindestens 200 kW (280 PS) Leistung aufweisen sollte. Um zwei Scraper hintereinander betreiben zu können, sind entsprechende Hydraulikanschlüsse serienmäßig vorhanden. Zum Austattung gehört zudem ein sicherer Treppenaufstieg zu einer Plattform, die dem Aufbau von GPS- oder Laser-Masten dient. Miskin zählt in den Vereinigten Staaten seit vielen Jahrzehnten zu den führenden Herstellern von Anhängescrapern. Für europäische Verhältnisse sind die 3 bis 20 m³ fassenden Scraper jedoch zu breit, weil für Straßentransporte Sondergenehmigungen benötigt werden. Weil nun aber Anhängescraper auch in Europa immer beliebter werden, entwickelte Miskin den neuen SP C-9 mit weniger als 3 m Breite eigens für den europäischen Markt. Der Kübel bietet 6,9 m³ Inhalt (gehäuft) und rollt auf sechs Reifen, damit der Bodendruck gering bleibt.

Frontscraper für Raupentraktoren

Mit einer interessanten Entwicklung kann bei den von Traktoren gezogenen Scraperzügen von DBH die Förderleistung weiter gesteigert werden. Dazu wurde eine hauseigene Sonderausrüstung zum Traktor-Anbau konstruiert, eine Art Front-Scraper. Bei dieser hydraulisch betätigten Vorrichtung handelt es sich um eine Kombination aus Scraperkübel und 4-in-1-Mehrzweckschaufel. Der sogenannte Boxscraper sorgt durch die zusätzlichen 2 bis 3 m³ Kübelinhalt für merkliche Produktivitätsvorteile bei jedem Umlauf. Wie bei herkömmlichen Scrapern gibt der Boxscraper seine Ladung auch während der Fahrt in einstellbarer Dosierung bzw. Schütthöhe ab. Der Boxscraper kann als Zusatzausrüstung jederzeit an- und abgebaut werden.

Rund um Scraper und Zugtraktoren bietet DBH weiteres Zubehör an. Dazu gehört ein anbaubares Frontplanierschild für 4 m Arbeitsbreite. Dadurch können die meisten anfallenden Nebenarbeiten mit dem Traktor erledigt und weitere Maschinen wie Planierraupen weitgehend erübrigt werden. Durch klappbare Schildecken kann der Planierschild auf 3 m Transportbreite reduziert werden. Auf diese Weise ist der Traktor auch bei angebautem Planierschild voll straßentauglich gemäß StVZO. n

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