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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tritt gemäß Anspruch 1.
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Schächte, also senkrechte Hohlräume werden unter Anderem benötigt, um horizontale unterirdische Kanäle leicht erreichbar zu machen. So sind beispielsweise Abwasserkanäle, die meist unterirdisch verlaufen durch Schächte zu erreichen. Hierzu muss man allerdings den Schacht hinabsteigen können. Der Abstieg wird über Tritte wie z.B. Steigeisen, Steigbügel, Steigkästen und Leitern bewerkstelligt. Diese werden entweder in die Schachtbauteile eingerüttelt, eingeschlagen, daran montiert oder mobil eingesetzt. Steighilfen unterliegen besonderen Vorschriften.
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Hier sind, nicht einschränkend zu verstehen, die nachfolgenden Normen genannt:
- Steigleitern unterliegen den Vorschriften der DIN EN 14396 und DIN 18799-1. Steigeisen unterliegen den Vorschriften der EN13101 und DIN1212. Steigbügel (Steigeisen für einläufige Steigeisengänge) unterliegen den Vorschriften der EN13101 und DIN19555.
- Steigbügel stellen eine Form der Steigtechnik dar, die höherwertiger als Steigeisen und preislich attraktiver als ortsfeste oder mobile Leitern sind. Neben konkreten Materialeigenschaften müssen diese Produkte insbesondere sicherheitstechnische Aspekte erfüllen. Hierbei sind die Materialien sorgfältig auszuwählen. Heutzutage gibt es ständig neue Ergebnisse, die die Materialforschung liefert und welche überraschender Weise die Anwendbarkeit bestimmter Komponenten in einer neuen Funktion zulässt. So sind glasfaserverstärkte Kunststoffe ein kostengünstiger und sehr hochwertiger Faser-Verbund-Kunststoff. Diese glasfaserverstärkten Kunststoffe ersetzen immer mehr metallhaltige und metallische Bauelemente, welche eine lange Lebensdauer und somit eine geringe Abnutzung aufweisen sollen. Es ist lediglich sicherzustellen, dass die Anforderungen an Stabilität und Lebensdauer auch unter ungünstigen Bedingungen eingehalten werden können. So werden in der EP 0 431 954 B1 aus dem Jahr 1990 mit dem Titel „Polyarylensulfidsulfon-Harzzusammensetzung und Verfahren zu ihrer Herstellung‟ Polyarylensulfidzusammensetzungen gelehrt, welche Polyarylensulfid, Polyamid in verschiedenen Zuammensetzungen enthalten. RÖMPP - Glasfasern - Georg Thieme Verlag KG, letzte Aktualisierung: August 2010. URL: https://roempp.thieme.de/roempp4.0/do/data/RD-07-01181 offenbart den bis 2010 aktuellen Stand der Glasfasertechnik, insbesondere in seiner technischen Anwendung.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Tritt, insbesondere einen. Steigbügel bereitzustellen, welche einen sicheren Auf- und/oder Abstieg gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine neue Stoffmischung, einem glasfaserverstärkten Verbundkunststoff umfassend 40% - 60% Polyphenylensulfid (Poly(thio-p-phenylen)PPS), 20% - 40% PA66 und 10% -30% Glasfaser, bevorzugt 45% - 55% Polyphenylensulfid, 25% - 35% PA66 und 15% - 25% Glasfaser, besonders bevorzugt 48% - 52% Polyphenylensulfid, 28% - 32% PA66 und 18% - 22 % Glasfaser, gelöst.
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Polyphenylensulfid oder auch Poly(thio-p-phenylen) genannt, besitzt die Summenformel (C
6H
4S)
n und wird PPS abgekürzt.
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Es ist ein hochtemperaturbeständiger thermoplastischer Kunststoff. Thermoplastische Kunststoffe sind Kunststoffe, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich verformen lassen. Als teilkristaliner Hochleistungskunstsloff ist er besonders widerstandfähig gegenüber Temperatur und Belastung, des weiteren weist er eine hohe Beständigkeit gegenüber nahezu allen Lösungsmitteln auf. PPS ist ein Isolator und ist aufgrund seines guten Fließvermögens auch für lange und schmale Formteile geeignet. Es stellt den größten Anteil der Mischung dar.
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Polyamide sind lineare Polymere mit sich regelmäßig wiederholenden Amidbindungen entlang der Hauptkette. Sie weisen eine hohe Festigkeit und Zähigkeit auf und werden deswegen als Konstruktionswerkstoffe verwendet. Sie gehören ebenfalls der Gruppe der thermoplastischen Kunststoffe an. Das hier verwendete PA 66 ist ein Copolymer und besteht aus Hexamethylendiamin und Adipinsäure. Summenformel [-NH(CH2)6-NHCO(CH2)4CO]n Mischungen aus Polyamiden und Polyphenylensulfid verändern und/oder verstärken die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Polymere nochmals, so dass wiederum der Anwendungsbereich der Polymere erweitert wurde. Polymermischungen können heute schon metallische Materialien ersetzen, die verwendet wurden, um Reibung und Abnutzung entgegen zu wirken. Dies belegen zahlreiche tribologische Materialstudien. Weitere Modifikationen erreicht man durch den Zusatz von Schmierstoffen und Gleitmitteln, anorganischen Pulvern und verstärkenden Fasern.
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Bei den letztgenannten Modifikationen, also der Zugabe von Fasern zu dem Polymergemisch ist es die Hauptaufgabe der Fasern die Kunststoffmatrix, bestehend aus dem Polymergemisch, zu verstärken. Die Matrix fixiert die geometrische Struktur des jeweiligen Bauteils, sie sorgt für die Kraftübertragung von außen und natürlich, auch zwischen den Fasern. Ausserdem schützt sie durch ihre Ummantelung die Fasern. Die Verstärkung selbst hängt von der Faserart, der Matrix, der Haftung zwischen Matrix und Faser, dem Fasergehalt und natürlich dem Herstellungsverfahren ab.
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Eine der meist verwendeten Fasern zur Verstärkung der Kunststoffpolymere ist die Glasfaser. Eine Glasfaser ist eine aus Glas bestehende lange dünne Faser. Die Faser wird bei der Glasherstellung aus der Glasschmelze gezogen und dann meist weiterverarbeitet. In der Verwendung als glasfaserverstärkter Kunststoff ist hier nur der Faser-Kunststoff-Verbund mit den oben genannten thermoplastischen Kunststoffen PPS und Pa. 66 interessant. Die glasfaserverstärkten Kunststoffe stellen einen kostengünstigen und hochwertigen Faser-Kunststoff-Verbund dar. Er hat auch in aggressiver Umgebung ein ausgezeichnetes Korrosionsverhalten. Es wurde herausgefunden, das Mischungen aus PPS und PA 66 einen niedrigeren Reibungskoeffizienten und eine höhere Versclei-ßdauei aufweisen, als die reinen Stoffe. Diese Werte genügen aber den Anforderungen, welche für die Bauelemente Steigeisen und Tritt gefordert werden nicht. Erst das Hinzufügen von Glasfasern erzeugte eine Mischung, welche geeignet ist. Der glasfaserverstärkte Verbundkunststoff umfassend 40% - 60 % PPS, 20 - 40% PA66 und 10% -30% Glasfaser, bevorzugt 45% - 55 % PPS, 25% - 35% PA66 und 15% - 25 % Glasfaser, besonders bevorzugt 48% - 52% PPS, 28% - 32% PA66 und 18% - 22 % Glasfaser, ist eine solche Mischung. Das oben schon beschriebene PA 66 kann als Pellet mit einer Dichte von 1.14 (g/cm3) und einem Schmelzpunkt von 262 (°C) verwendet werden. Dieser Stoff ist im Handel erhältlich. Das PPS kann als Pulver erstanden werden. Seine Dichte liegt bei 1.35 (g/cm3) und weist einen Schmelzpunkt von 285 (°C) auf. Die Glasfaser kann eine Dichte von 2.50 (g/cm3) und einen Schmelzpunkt von > 1.000 (°C) haben. Aus diesen Komponenten kann der erfindungsgemäße Tritt und Steigeisen oder auch der Steigbügel erzeugt werden. Ein solcher hergestellter Tritt oder Steigbügel hält in einem vertikalen Belastungstest eine Last von 4,0 KN bei einer permanenten Krümmung von 40,2 mm aus. Dies sind vollkommen ausreichende Werte um die Sicherheit des Benutzers eines solchen Trittes, Steigbügels oder Steigeisen zu gewährleisten.
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Zusätzlich wird die Glasfaser mit Zusatzstoffen belegt. Der erfindungsgemäße glasfaserverstärkte Tritt bestehend aus 40% - 60 % PPS, 20 - 40% PA66 und 10% -30% Glasfaser, bevorzugt 45% - 55 % PPS, 25% - 35% PA66 und 15% - 25 % Glasfaser, besonders bevorzugt 48% - 52% PPS, 28% - 32% PA66 und 18% - 22 % Glasfaser, weist eine Glasfasermischung aus einem Stoffgemisch auf umfassend 55% - 57 % SiO2, 10% -17 % Al2O3, 12% - 25% CaO, 0 - 8% MgO, 6% - 8,5% B2O3 und 0 - 0,5% Na2O. Die Zuschlagstoffe zu Glasfaser erhöhen die Mischfähigkeit, die Stabilität, die Reißfestigkeit und die Elastizität sowie weitere andere physikalische Eigenschaften der Glasfaserkomponente.
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Ein Tritt oder Steigbügel kann grundsätzlich wie folgt aufgebaut sein: er weist eine beinah oder vollkommen rechteckige - oder U-förmige Gestalt auf, welche zur Wandseite offen ist. Die Enden des U's werden mit Hilfe von Befestigungsmitteln mit der jeweiligen Wand verbunden. Die beiden Seiten des U's sollten. 150 mm von der Wand abstehen, damit genügend Platz zum Abstellen des Fusses vorhanden ist und die Fußsohle nicht nur an ihrer Spitze Halt findet. Die Breite des U-Bodens, also der Strebe, die der Wand gegenüberliegt ist so bemessen, dass der Schuh bequem genügend Raum zum Aufsetzen findet. Meist ist die Oberfläche der Strebe aufgetaut oder mit einem Profil versehen, welches die Trittsicherheit und den Halt der Sohle erhöht. Hier hat sich eine Breite von 330 mm als ausreichend erwiesen. Eine seitliche Aufkantung kann zusätzlichen Halt gewährleisten. In der vorliegenden Erfindung ist der erfindungsgemäße Tritt (Steigeisen) oder Steigleiter, dadurch gekennzeichnet, dass er innen nicht vollkommen mit Material ausgefüllt ist und eine innere im Hohlraum verlaufende Verstrebung zu Aufrechterhaltung seiner Stabilität aufweist. Es hat sich herausgestellt, dass ein solcher Tritt sogar noch stabiler gegenüber Bruch ist. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Rohr oder die rohrähnliche Ausgestaltung des Steigbügels nicht vollkommen geschlossen. Es weist eine in Längsrichtung des Rohres innere kreuzförmige Verstrebung auf. (Man schaut also durch das Rohr wie durch ein Fernglas). In der Aufsicht, also von oben gesehen, treffen weitere Verstrebungen auf die Längsverstrebung. Die Verstrebungen bilden eine X-förmiges Muster mit der durchgehenden Längsverstrebung, welches sich mehrmals wiederholt. Ein so aufgebauter und ausgestalteter Tritt benötigt bei gleicher bzw. sogar noch größerer Stabilität und mehr Elastizität weniger Material. Die größere Elastizität sorgt für eine längere Haltbarkeit der Steigeisen, Steigbügel und Tritte. Er ist somit leichter in seinem Gewicht und erfordert bei seiner Montage weniger Anstrengung. Es ist zudem kostengünstiger herzustellen. Das X-förmige Muster mit der durchgehenden Längsverstrebung kann in der Mitte, wo sich Verstrebungen treffen, verdickt sein. Des Weitern können die Verstrebungen jeweils einzeln oder in ihrer Gesamtheit verstärkt werden.
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Weitere voreilhafte Verstrebung sind solche, welche in der Aufsicht ein quadratisches, rechteckiges oder parallelogrammartiges Muster bilden. Die Verstrebung in der Längsrichtung sollte mindestens die vier oben genannten kreuzförmigen Verstrebungen aufweisen, welche aber durch weitere Verstrebungen ergänzt werden können. Grundsätzlich sollen die Verstrebungen die strukturelle Integrität des Trittes, Steigbügel, Steigeisens verstärken und/oder Material einsparen.
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Das Verfahren zur Herstellung eines glasfaserverstärkter Verbundkunststoffes umfassend 40% - 60 % PPS, 20 - 40% PA66 und 10% -30% Glasfaser, bevorzugt 45% - 55 % PPS, 25% - 35% PA66 und 15% - 25 % Glasfaser, besonders bevorzugt 48% - 52% PPS, 28% - 32% PA66 und 18% - 22 % Glasfaser, sieht folgende Schritte vor:
- das PPS-Pulver und die Glasfaser werden in Wasser aufgelöst und in dem Wasser fein, verteilt. Das so erzeugte wässrige Gemisch wird energisch gerührt. So wird das Gemisch homogenisiert. Anschließend wird das Gemisch gefiltert, und bei reduziertem Druck bei einer Temperatur von 100 °C 24 h lang getrocknet. So wird das restliche Wasser entfernt. Die so erhaltene Mischung aus PPS und Glasfaser in den genannten Teilen wird nun weiter gemischt und extrudiert. Hierzu kann der Rheomix Haake PTW 16/25D twin-screw Extruder verwendet werden. Bei dem Extruder handelt es sich um einen Zweischneckenextruder der gleichsinnig drehend betrieben wurde. Die Drehzahl wurde, entsprechend der Viskosität, des zu compoundierenden Gemisches angepasst. Die Durchschnittskorngröße kann dann um die 3 mm betragen. Die mittlere Strangeintritts- bzw. Strangaustrittstemperatur beträgt auf seinem Weg 265°C, 275°C, 285°C, 295°C und dann wieder 285 °C. Die Drehgeschwindigkeit der Schrauben beträgt 70 Umdrehungen pro Minute. Das PPS/GF Gemisch wird nun in extrudierte Pellets gepresst und bei 100 °C im Vakuum 24 h lang getrocknet und danach mit den PA66-Pellets vermischt und ebenfalls wie oben extrudiert.
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Das Verfahren zur Herstung eines glasfaserverstärkten Verbundkunststoffs umfassend 40% - 60 % PPS, 20 - 40% PA66 und 10% -30% Glasfaser, bevorzugt 45% - 55 % PPS, 25% - 35% PA66 und 15% - 25 % Glasfaser, besonders bevorzugt 48% - 52% PPS, 28% - 32% PA66 und 18% - 22 % Glasfaser, wobei die Glasfaser aus einem Stoffgemisch besteht umfassend 55% - 57 % SiO2, 10% -17 % Al2O3 12% - 25% CaO, 0 - 8% MgO, 6% - 8,5% B2O3 und 0 - 0,5% Na2O läuft analog ab nur dass hier die Zuschlagstoffe, welche die Eigenschaften der Glasfaserkomponente unterstützen, verstärken oder gar modifizieren vorher zum Glasfaserrohstoff hinzugegeben werden.
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Die Übergabe der Pellets oder des Rohstoffes zur Erstellung des Tritts, Steigbügels oder Steigeisen kann in zwei Schritten oder aber in einem angeschlossenen Verfahrensschritt ablaufen. Hierbei ist zu beachten, dass das Material besonders gut zu den gewünschten Produkten verarbeiten werden kann, wenn die Maße der PPS-Pellets eine Länge von 3,0 - 3,5 mm und einen Durchmesser von 2,3 - 2,6 mm, die PA-Pellets eine Länge von 4,0 - 4,1 mm und einen Durchmesser von 3,0 - 3,25 mm aufweisen. Weiterhin sollte die Injektionstemperatur vorteilhafterweise 300 - 310 °C aufweisen und/oder die Injektionszeit 120 s betragen.
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Die erfindungsgemäßen Steigbügel, insbesondere die Steigbügel mit den Verstrebungen im Rohr müssen mit einer extra hierfür gefertigten Form hergestellt werden. Nach der Einspritzphase, also nachdem die Schmelze unter Druck durch eine geöffnete Düse in das Angusssystem des Spritzwerkzeuges in den formgebenden Hohlraum gedrückt wird, wird bei Abkühlvorgang das Werkstück gebildet. Der Einspritzvorgang muss ein laminares Fließverhalten erzeugen. Damit die Schmelze nicht direkt an der kühlen Wand der Form abkühlt wird und dort klebt, wird die Form aus bestimmtem Material gefertigt und auf einer bestimmten Temperatur gehalten. Die Temperatur beträgt 110- 120 °C. Die Kühlung wird mit Öl vorgenommen. Die Einspritzdauer beträgt 120 s, hierdurch wird die durch die Abkühlung hervorgerufene Schwindung des Volumens ausgeglichen.
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Im Folgenden werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen besprochen. In dieser zeigen:
- 1 schematisch eine Darstellung eines Tritts, Steibügels von allen Seiten, mit seitlicher Aufkantung
- 2 schematisch eine Darstellung eines Tritts, Steibügels von allen Seiten, mit rohrgeführter seitlicher Aufkanrung
- 3 schematisch eine Darstellung eines Tritts, Steibügels von allen Seiten, mit seitlicher Aufkantung und Verstrebungen im Rohr
- 4 schematisch eine Darstellung eines Tritts, Steibügels von allen Seiten, mit rohrgeführter seitlicher Aufkantung und Verstrebungen im Rohr
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steigeisen,Tritt
- 2
- Endstücken der offenen Enden 2a, 2b
- 3
- Auftrittsbreite des Steges
- 4
- Aufkantung, und deren Ausmaße
- 5
- kreuzförmige Verstrebung
- 6
- Verstrebungen X-förmiges Muster
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1 zeigt schematisch eine Darstellung eines Tritts, Steibügels von allen Seiten, mit seitlicher Aufkantung
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Die erfindungsgemäßen Steigeisen, hergestellt aus dem oben beschriebenen glasfaserverstärkten Verbundkunststoff können zur Erstellung eines einläufigen Steigeisengangs verwendet werden, um einen sicheren Ein- bzw Ausstieg in oder aus Schächten und Schachtbauwerken zu ermöglichen. Dies gilt auch für die weiteren vorgestellten Steigeisentypen dieser Anmeldung. Die Die 1 zeigt oben links eine Aufsicht auf den Steigbügel 1. Die rechteckige - oder U-förmige Gestalt, welche zur Wandseite offen ist, ist deutlich zu erkennen. Der Steigbügel kann mit den Endstücken der offenen Enden 2a, 2b, beispielsweise 60 mm tief in vorgebohrte Löcher eingeschlagen, direkt eingerüttelt oder mit Zement- oder Kunstharzmörtel eingesetzt werden. Hierzu ist das Endstück der offenen Enden 2a, 2b, so eingerichtet, dass es in dem Wandmaterial sicher hält. Die beiden Seiten des U's sollten 150 mm von der Wand abstehen, damit genügend Platz zum Abstellen des Fusses vorhanden ist und die Fußsohle nicht nur an ihrer Spitze Halt findet.
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Die Breite des U-Bodens, also der Strebe (Steg) 3, die der Wand gegenüberliegt, ist so bemessen, dass der Schuh bequem genügend Raum zum Aufsetzen findet. Meist ist die Oberfläche der Strebe (des Steges) 3 aufgeraut oder mit einem Profil versehen, welches die Trittsicherheit und den Halt der Sohle erhöht. Die Mindestbreite des Steges 2 soll 20 mm betragen. Einläufige Steigeisen 1 besitzen eine Auftrittsbreite des Steges 3 von mindestens 250 mm zur Sicherung des Tritts. In dieser Figur sind es sogar 263 mm. Eine seitliche Aufkantung kann zusätzlichen Halt gewährleisten. Die Aufkantung 4 bei den Steigeisen 1 für einläufige Steigeisen 1 sollte innerhalb eines Abstands von 70 mm von der Vorderkante mindestens 20 mm hoch sein und die Aufkantung 4 muss in einer Länge von 25 mm bis 100 mm an jedem Trittende ausgeführt werden, um als Stiefelanschlag wirksam zu werden. Die Materialdicke beträgt 2,5mm.
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Die Seitenansicht, bestehend aus 2 Figuren rechts oben auf der 1, zeigt deutlich die Aufkantung 4 und jeweils ein Endstück der offenen Enden. 2a, 2b. Unten links ist der Steigbügel in Rückansicht zu sehen. Unten rechts wird ein schönes Gesamtbild des Steigeisens in einer Ansicht von schräg oben gezeigt. Die in der Figur gezeigten Zahlen mit den dazugehörigen Pfeilen geben Abstände und Winkelmaße an.
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2 schematisch eine Darstellung eines Tritts, Steibügels von allen Seiten, mit rohrgeführter seitlicher Aufkantung. Die Maße sind mit denen aus der 1 gleich es ist hier der rohrgeführte Aufkantung 5 zu sehen. Diese ist mit 33 mm deutlich höher die seitliche Aufkantung in Firgur 2.
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3 schematisch eine Darstellung eines Tritts, Steibügels von allen Seiten, mit seitlicher Aufkantung und Verstrebungen im Rohr.
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In dieser Figur, welche oben links den Steigbügel in der Aufsicht oben rechts den Steigbügel von unten, mitte links den Steigbügel von hinten, unten links in Aufsicht von unten und unten rechts den Steigbügel in einer Darstellung von oben schräg zeigt, sieht man in den Abbildungen Oben rechts, Mitte und Unten links die Verstrebungen, welche den Steigbügel als Ganzes noch stabiler machen. Man kann deutlich, in der Ansicht „Steigbügel von hinten“ die innere kreuzförmige Verstrebung 5 sehen. In der Aufsicht, also von in diesem Fall unten gesehen, treffen weitere Verstrebungen auf die Längsverstrebung. Die Verstrebungen bilden eine X-förmiges Muster 6 mit der durchgehenden Längsverstrebung, welches sich mehrmals wiederholt. Ein so aufgebauter und ausgestalteter Tritt benötigt bei gleicher bzw. sogar noch größerer Stabilität und mehr Elastizität weniger Material. Die größere Elastizität sorgt für eine längere Haltbarkeit der Steigeisen, Steigbügel und Tritte. Er ist somit leichter in seinem Gewicht und erfordert bei seiner Montage weniger Anstrengung. Es ist zudem kostengünstiger herzustellen. Das X-förmige Muster mit der durchgehenden Längsverstrebung kann in der Mitte, wo sich Verstrebungen treffen, verdickt sein. Des Weitern können die Verstrebungen jeweils einzeln oder in ihrer Gesamtheit verstärkt werden. Zu beachten ist die Änderung der Verstrebungs-Geometrie an den Kanten und Rundungen.