EP2644829A1 - Turbinenschaufel - Google Patents

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EP2644829A1
EP2644829A1 EP12162372.2A EP12162372A EP2644829A1 EP 2644829 A1 EP2644829 A1 EP 2644829A1 EP 12162372 A EP12162372 A EP 12162372A EP 2644829 A1 EP2644829 A1 EP 2644829A1
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EP
European Patent Office
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platform
turbine blade
blade according
elements
platform elements
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12162372.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Brandl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Technology AG filed Critical Alstom Technology AG
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Priority to EP13712793.2A priority patent/EP2831376B1/de
Priority to PCT/EP2013/056610 priority patent/WO2013144254A1/de
Priority to JP2015502343A priority patent/JP6153599B2/ja
Priority to KR20147030219A priority patent/KR20150002710A/ko
Priority to CN201380017373.3A priority patent/CN104169528B/zh
Publication of EP2644829A1 publication Critical patent/EP2644829A1/de
Priority to US14/499,386 priority patent/US9920636B2/en
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise

Definitions

  • the present invention relates to the field of turbomachines. It relates to a turbine blade according to the preamble of claim 1, as it is used as a guide or blade, especially in gas turbines.
  • the platform is composed of two platform elements.
  • Another embodiment of the invention is characterized in that the two platform elements abut in the assembled state with connecting surfaces in a parting plane which extends from the leading edge and the trailing edge of the airfoil in the axial direction to the associated edge of the platform.
  • the platform is sealed to the airfoil.
  • a circumferential sealing groove is introduced into the platform elements for sealing against the airfoil along the opening, which receives a suitable seal.
  • aligned on the two platform elements parallel to the parting plane and abutting in the parting plane flange portions are formed, through which the two platform elements are screwed or riveted together.
  • the platform is hooked to the turbine blade.
  • the platform or the platform elements are equipped with hooks, with which it is hooked into a groove in the region of the shaft of the turbine blade (are).
  • FIG. 2 is a perspective view of a turbine blade with a platform according to an embodiment of the invention reproduced.
  • the turbine blade 10 which may be, for example, a blade or vane of a gas turbine, comprises an airfoil 11 which terminates at the top in a blade tip 12 and has a leading edge 13 and a trailing edge 14.
  • the blade 11 goes down to a shaft 15, to which a blade root 16 adjoins, which is formed fir-tree-like manner in a conventional manner to be used in a corresponding receptacle on the rotor.
  • the blade 11 is enclosed at its lower end by a platform 17, according to Fig. 1 is composed of two separate platform elements 17a and 17b in a parting plane 19, wherein the two platform elements 17a, b abut one another with corresponding connection surfaces 19a and 19b ( Fig. 1 ).
  • recesses 18a and 18b are introduced into the two platform elements 17a, b which, when the platform 17 is assembled, form an opening 18 through which the airfoil 11 can extend (FIG. Fig. 2 ).
  • the dividing plane 19 extends on both sides of the airfoil 11 in the axial direction from the front edge 13 to the front edge of the platform 17 and from the trailing edge 14 to the rear edge of the platform 17th
  • Fig. 3 shows, by way of example, the fastening of the platform elements 17a, b on the blade 11 and the corresponding seal between the platform elements 17a, b and the blade 11.
  • hooks 23 are formed on the side of the platform elements 17a, b facing the blade 11, with which the platform elements 17a, b engage in a corresponding groove 22 on the shank 15 of the blade.
  • the blade root 16 remains free of any interference by the platform 17.
  • For sealing is in the platform elements 17a, b at the opening 18 edge facing a circumferential sealing groove 20 is provided which receives a matched seal 21.
  • Fig. 4 shows an example of a screw connection of the two elements.
  • a connecting element 26 in particular in the form of a bolt
  • a rivet instead of the bolt can also be used a rivet.
  • a seal between the platform elements 17a, b are provided in the parting plane 19, a seal between the platform elements 17a, b are provided.
  • a sealing groove 24 is formed in the parting plane 19, which receives a matched seal 25.
  • connection between the platform elements 17a, b but also cohesively by means of welding or soldering done.
  • FIG. 5 Another possibility of the connection between the platform elements 17a, b is in Fig. 5 shown a special type of locking, known under the keyword "bi-cast" and for example in the publication US 5,797,725 is described.
  • the two platform elements 17a, b overlap with corresponding overlapping sections 28a and 28b, wherein in the overlapping area a locking channel 29 is formed, which is poured out after joining the platform elements 17a, b with a metallic filling 30, then a relative movement between the overlapping sections 28a, b safely prevented.
  • Fig. 5 (b) makes clear, 29 laterally protruding lugs of the filling 30 can be provided in the locking channel be to prevent slippage of the filling 30 in the longitudinal direction of the connecting channel 29.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel (10), umfassend ein Schaufelblatt (11) mit einer Vorderkante (13) und einer Hinterkante (14), welches über einen Schaft (15) in einen für die Befestigung der Turbinenschaufel (10) ausgebildeten Schaufelfuss (16) übergeht, sowie eine Plattform (17), welche am unteren Ende des Schaufelblattes (11) zur Begrenzung eines Strömungskanals angeordnet ist, wobei die Plattform (17) als separates Bauelement ausgebildet und mit dem Schaufelblatt (11) formschlüssig verbindbar ist.
Eine flexible Anwendung wird dadurch erreicht, dass die Plattform (17) aus mehreren einzelnen Plattformelementen (17a,b) zusammengesetzt ist, welche im zusammengesetzten Zustand das Schaufelblatt (11) umschliessen.

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Strömungsmaschinen. Sie betrifft eine Turbinenschaufel gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie als Leit- oder Laufschaufel insbesondere in Gasturbinen eingesetzt wird.
    • STAND DER TECHNIK
  • Schaufeln für Gasturbinen, die im Kompressor- oder Turbinenteil als Leit- oder Laufschaufeln eingesetzt werden, werden üblicherweise als ein Teil durch Schmieden oder Feingiessen hergestellt. Dies gilt insbesondere auch für Schaufeln, die eine Plattform und/oder ein Deckbandsegment aufweisen.
  • Durch die immer weiter vorangetriebene Anhebung der Heissgastemperatur und die Verringerung des Kühlluftverbrauchs wird die Belastung von Leit- und Laufschaufeln in der Gasturbine erhöht. Es ist daher wünschenswert, an den Schaufeln auftretende Spannungen durch konstruktive Massnahmen zu verringern. Bei gleicher Lebensdauer können Bauteile mit reduzierter Spannung höhere Temperaturen ertragen. Auf diese Weise kann der Forderung nach höherer Heissgastemperatur und geringerem Kühlluftverbrauch Rechnung getragen werden.
  • Aus der Druckschrift EP 2 189 626 A1 ist eine Laufschaufelanordnung für eine Gasturbine bekannt, welche Laufschaufelanordnung an einem Schaufelträger befestigbar ist und jeweils ein Schaufelblattelement und ein Plattformelement umfasst, wobei die Plattformelemente einer Schaufelreihe ein durchgehendes inneres Deckband bilden. Eine reduzierte Spannung wird dort dadurch erreicht, dass Schaufelblattelement und Plattformelement als separate Elemente ausgebildet sind und jeweils für sich am Schaufelträger befestigbar sind. Nachteilig ist bei dieser Lösung, dass sie für Retrofit-Aufgaben nicht geeignet ist, weil sich durch das Plattformelement die Art der Befestigung am Rotor ändert, so dass der Rotor selbst angepasst werden muss.
  • Aus der Druckschrift US 7,762,781 B1 ist eine Anordnung aus Turbinenschaufel und Plattform bekannt, bei der die Plattform als separates Element ausgebildet ist, das durch spezielle Stifte an der Schaufel befestigt wird. Diese Lösung hat den Nachteil, dass die einzelnen Elemente in der Herstellung sehr aufwändig sind.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Turbinenschaufel anzugeben, welche die Nachteile bekannter Turbinenschaufeln vermeidet und sich dadurch auszeichnet dass eine separate Plattform eingesetzt wird, die ohne Änderung auf der Befestigungsseite am Rotor angebracht werden kann.
  • Diese und andere Aufgaben werden durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die erfindungsgemässe Turbinenschaufel umfasst ein Schaufelblatt mit einer Vorderkante und einer Hinterkante, welches über einen Schaft in einen für die Befestigung der Turbinenschaufel ausgebildeten Schaufelfuss übergeht, sowie eine Plattform, welche am unteren Ende des Schaufelblattes zur Begrenzung eines Strömungskanals angeordnet ist, wobei die Plattform als separates Bauelement ausgebildet und mit dem Schaufelblatt formschlüssig verbindbar ist. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass die Plattform aus mehreren einzelnen Plattformelementen zusammengesetzt ist, welche im zusammengesetzten Zustand das Schaufelblatt umschliessen. Durch die zusammengesetzte Ausbildung der Plattform ist es möglich, diese direkt an einer Schaufel zu befestigen, so dass Anpassungen im Bereich der Schaufelbefestigung vermieden werden können.
  • Gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Plattform aus zwei Plattformelementen zusammengesetzt.
  • Eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Plattformelemente im zusammengesetzten Zustand mit Anschlussflächen in einer Trennebene aneinander stossen, die sich von der Vorderkante bzw. der Hinterkante des Schaufelblattes in axialer Richtung zur zugehörigen Kante der Plattform erstreckt.
  • Insbesondere sind die Plattformelemente jeweils mit von der Trennebene ausgehenden Ausnehmungen versehen, die im zusammengesetzten Zustand eine an das Profil des Schaufelblattes angepasste Öffnung für das durch die Plattform hindurchgehende Schaufelblatt bilden.
  • Vorzugsweise ist die Plattform zum Schaufelblatt hin abgedichtet.
  • Insbesondere ist zur Abdichtung gegenüber dem Schaufelblatt entlang der Öffnung eine umlaufende Dichtungsnut in die Plattformelemente eingebracht, welche eine passende Dichtung aufnimmt.
  • Gemäss einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Plattformelemente in der Trennebene gegeneinander abgedichtet.
  • Insbesondere ist zur Abdichtung in der Trennebene eine Dichtungsnut vorgesehen, welche eine angepasste Dichtung aufnimmt.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Plattformelemente lösbar miteinander verbunden sind.
  • Insbesondere können die beiden Plattformelemente miteinander verschraubt oder vernietet sein.
  • Vorzugsweise sind an den beiden Plattformelementen parallel zur Trennebene ausgerichtete und in der Trennebene aneinander stossende Flanschabschnitte ausgebildet, durch welche hindurch die beiden Plattformelemente miteinander verschraubt oder vernietet sind.
  • Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Plattformelemente durch Verriegelungsmittel miteinander verriegelt.
  • Insbesondere überlappen die Plattformelemente im zusammengesetzten Zustand einander mit Überlappungsabschnitten, wobei im Überlappungsbereich zwischen den Überlappungsabschnitten ein Verriegelungskanal ausgebildet ist, und der Verriegelungskanal mit einer Füllung ausgegossen ist.
  • Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Plattform an der Turbinenschaufel befestigt.
  • Insbesondere ist die Plattform an der Turbinenschaufel eingehakt.
  • Vorzugsweise sind die Plattform bzw. die Plattformelemente mit Haken ausgestattet, mit welchen sie in eine Nut im Bereich des Schaftes der Turbinenschaufel eingehakt ist (sind).
    • KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
    • Fig. 1
    in einer perspektivischen Ansicht eine aus zwei einzelnen Elementen zusammensetzbare Plattform gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    Fig. 2
    in einer perspektivischen Ansicht eine Turbinenschaufel mit einer Plattform gemäss Fig. 1;
    Fig. 3
    in einer Schnittansicht die Abdichtung eines Plattformelementes gegen das Schaufelblatt in der Anordnung gemäss Fig. 2;
    Fig. 4
    in der Seitenansicht (a) und der Draufsicht von oben (b) ein Ausführungsbeispiel für eine verschraubte Plattform nach der Erfindung; und
    Fig. 5
    in der Seitenansicht (a) und der Draufsicht von oben (b) ein Ausführungsbeispiel für eine verriegelte Plattform nach der Erfindung.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • In Fig. 2 ist in einer perspektivischen Ansicht eine Turbinenschaufel mit einer Plattform gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben. Die Turbinenschaufel 10, die beispielsweise eine Laufschaufel oder Leitschaufel einer Gasturbine sein kann, umfasst ein Schaufelblatt 11, welches oben in einer Schaufelspitze 12 endet und eine Vorderkante 13 und eine Hinterkante 14 aufweist. Das Schaufelblatt 11 geht nach unten zu in einen Schaft 15 über, an den sich ein Schaufelfuss 16 anschliesst, der in an sich bekannter Weise tannenbaumartig ausgebildet ist, um in eine entsprechende Aufnahme am Rotor eingesetzt zu werden.
  • Das Schaufelblatt 11 wird an seinem unteren Ende von einer Plattform 17 umschlossen, die gemäss Fig. 1 aus zwei separaten Plattformelementen 17a und 17b in einer Trennebene 19 zusammengesetzt ist, wobei die beiden Plattformelemente 17a,b mit entsprechenden Anschlussflächen 19a und 19b aneinander stossen (Fig. 1). Von den Anschlussflächen 19a und 19b ausgehend sind in die beiden Plattformelementen 17a,b Ausnehmungen 18a und 18b eingebracht, die bei zusammengesetzter Plattform 17 eine Öffnung 18 bilden, durch die hindurch sich das Schaufelblatt 11 erstrecken kann (Fig. 2). Wie aus den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, erstreckt sich die Trennebene 19 auf beiden Seiten des Schaufelblattes 11 in axialer Richtung von der Vorderkante 13 bis zum vorderen Rand der Plattform 17 bzw. von der Hinterkante 14 bis zum hinteren Rand der Plattform 17.
  • Fig. 3 zeigt beispielhaft die Befestigung der Plattformelemente 17a,b am Schaufelblatt 11 sowie die entsprechende Abdichtung zwischen den Plattformelementen 17a,b und dem Schaufelblatt 11. Zur Befestigung sind an der dem Schaufelblatt 11 zugewandten Seite der Plattformelemente 17a,b Haken 23 ausgebildet, mit denen die Plattformelemente 17a,b in eine entsprechende Nut 22 am Schaft 15 der Schaufel eingreifen. Auf diese Weise bleibt der Schaufelfuss 16 frei von irgendwelchen Beeinträchtigungen durch die Plattform 17. Zur Abdichtung ist in den Plattformelementen 17a,b am der Öffnung 18 zugewandten Rand eine umlaufende Dichtungsnut 20 vorgesehen, die eine angepasste Dichtung 21 aufnimmt.
  • Die Verbindung der beiden Plattformelemente 17a und 17b kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Fig. 4 zeigt beispielhaft eine Verschraubung der beiden Elemente. Dazu sind an den beiden Plattformelementen 17a,b parallel zur Trennebene 19 ausgerichtete und in der Trennebene 19 aneinander stossende Flanschabschnitte 27a,b ausgebildet, durch welche hindurch die beiden Plattformelemente 17a,b mittels eines Verbindungselements 26, insbesondere in Form eines Schraubbolzens, miteinander verbunden sind. Anstelle des Schraubbolzens kann auch ein Niet eingesetzt werden. Wie in Fig. 4 (a) dargestellt, kann in der Trennebene 19 auch eine Abdichtung zwischen den Plattformelementen 17a,b vorgesehen werden. Hierzu ist in der Trennebene 19 eine Dichtungsnut 24 ausgebildet, die eine angepasste Dichtung 25 aufnimmt.
  • Anstelle der lösbaren Verschraubung kann die Verbindung zwischen den Plattformelementen 17a,b aber auch stoffschlüssig mittels Schweissen oder Löten erfolgen.
  • Als weitere Möglichkeit der Verbindung zwischen den Plattformelementen 17a,b ist in Fig. 5 eine spezielle Art der Verriegelung gezeigt, die unter dem Stichwort "bi-cast" bekannt und beispielsweise in der Druckschrift US 5,797,725 beschrieben ist. In diesem Fall überlappen die beiden Plattformelemente 17a,b mit entsprechenden Überlappungsabschnitten 28a und 28b, wobei im Überlappungsbereich ein Verriegelungskanal 29 ausgebildet wird, der nach dem Zusammenfügen der Plattformelemente 17a,b mit einer metallischen Füllung 30 ausgegossen wird, die dann eine Relativbewegung zwischen den Überlappungsabschnitten 28a,b sicher verhindert. Wie der in Fig. 5(a) gezeigte Schnitt entlang der Ebene A-A aus Fig. 5(b) deutlich macht, können im Verriegelungskanal 29 seitlich herausstehende Nasen der Füllung 30 vorgesehen werden, um ein Herausrutschen der Füllung 30 in Längsrichtung des Verbindungskanals 29 zu verhindern.
  • Mit der Erfindung wird eine mechanische Entkopplung zwischen Plattform und Schaufel erreicht, die unerwünschte Spannungen vermeidet und gleichzeitig flexibel in der Anwendung ist und ohne Änderung der Schaufelbefestigung auch nachgerüstet werden kann.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 10
    Turbinenschaufel
    11
    Schaufelblatt
    12
    Schaufelspitze
    13
    Vorderkante
    14
    Hinterkante
    15
    Schaft
    16
    Schaufelfuss
    17
    Plattform
    17a,b
    Plattformelement
    18
    Öffnung
    18a,b
    Ausnehmung
    19
    Trennebene
    19a,b
    Anschlussfläche
    20,24
    Dichtungsnut
    21,25
    Dichtung
    22
    Nut
    23
    Haken
    26
    Verbindungselement (z.B. Schraubbolzen, Niete)
    27a,b
    Flanschabschnitt
    28a,b
    Überlappungsabschnitt
    29
    Verriegelungskanal
    30
    Füllung

Claims (16)

  1. Turbinenschaufel (10), umfassend ein Schaufelblatt (11) mit einer Vorderkante (13) und einer Hinterkante (14), welches über einen Schaft (15) in einen für die Befestigung der Turbinenschaufel (10) ausgebildeten Schaufelfuss (16) übergeht, sowie eine Plattform (17), welche am unteren Ende des Schaufelblattes (11) zur Begrenzung eines Strömungskanals angeordnet ist, wobei die Plattform (17) als separates Bauelement ausgebildet und mit dem Schaufelblatt (11) formschlüssig verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (17) aus mehreren einzelnen Plattformelementen (17a,b) zusammengesetzt ist, welche im zusammengesetzten Zustand das Schaufelblatt (11) umschliessen.
  2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (17) aus zwei Plattformelementen (17a,b) zusammengesetzt ist.
  3. Turbinenschaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Plattformelemente (17a,b) im zusammengesetzten Zustand mit Anschlussflächen (19a,b) in einer Trennebene (19) aneinander stossen, die sich von der Vorderkante (13) bzw. der Hinterkante (14) des Schaufelblattes (11) in axialer Richtung zur zugehörigen Kante der Plattform (17) erstreckt.
  4. Turbinenschaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattformelemente (17a,b) jeweils mit von der Trennebene (19) ausgehenden Ausnehmungen (18a,b) versehen sind, die im zusammengesetzten Zustand eine an das Profil des Schaufelblattes (11) angepasste Öffnung (18) für das durch die Plattform (17) hindurchgehende Schaufelblatt (11) bilden.
  5. Turbinenschaufel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (17) zum Schaufelblatt (11) hin abgedichtet ist.
  6. Turbinenschaufel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung gegenüber dem Schaufelblatt (11) entlang der Öffnung (18) eine umlaufende Dichtungsnut (20) in die Plattformelemente (17a,b) eingebracht ist, welche eine passende Dichtung (21) aufnimmt.
  7. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Plattformelemente (17a,b) in der Trennebene (19) gegeneinander abgedichtet sind.
  8. Turbinenschaufel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung in der Trennebene (19) eine Dichtungsnut (24) vorgesehen ist, welche eine angepasste Dichtung (25) aufnimmt.
  9. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 3-8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Plattformelemente (17a,b) lösbar miteinander verbunden sind.
  10. Turbinenschaufel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Plattformelemente (17a,b) miteinander verschraubt (26) oder vernietet sind.
  11. Turbinenschaufel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Plattformelementen (17a,b) parallel zur Trennebene (19) ausgerichtete und in der Trennebene (19) aneinander stossende Flanschabschnitte (27a,b) ausgebildet sind, durch welche hindurch die beiden Plattformelemente (17a,b) miteinander verschraubt (26) oder vernietet sind.
  12. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 3-8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Plattformelemente (17a,b) durch Verriegelungsmittel (29, 30) miteinander verriegelt sind.
  13. Turbinenschaufel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattformelemente (17a,b) im zusammengesetzten Zustand einander mit Überlappungsabschnitten (28a,b) überlappen, dass im Überlappungsbereich zwischen den Überlappungsabschnitten (28a,b) ein Verriegelungskanal (29) ausgebildet ist, und dass der Verriegelungskanal (29) mit einer Füllung (30) ausgegossen ist.
  14. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (17) an der Turbinenschaufel (10) befestigt ist.
  15. Turbinenschaufel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (17) an der Turbinenschaufel (10) eingehakt ist.
  16. Turbinenschaufel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (17) bzw. die Plattformelemente (17a,b) mit Haken (23) ausgestattet ist (sind), mit welchem sie in eine Nut (22) im Bereich des Schaftes (15) der Turbinenschaufel (10) eingehakt ist (sind).
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