WO2008022890A1 - Schaufelbefestigung einer turbine - Google Patents

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wedge
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traction means
blade
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Thomas Helmis
Michael Kleinhaus
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Siemens Corp
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Siemens Corp
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    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • F01D5/3015—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type with side plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/32—Locking, e.g. by final locking blades or keys
    • F01D5/326—Locking of axial insertion type blades by other means

Definitions

  • the invention relates to a turbine blade securing device for a turbomachine.
  • Blade fasteners of the above type are usually used for mounting blades on a rotor of a turbomachine, such as a steam turbine, which rotate at high speed when the rotor rotates ⁇ speed. Due to the fast rotation of the rotor, the associated blades are subjected to high centrifugal force. The blade root of the blades is therefore exposed to high forces and is strongly forced radially outward in a groove on the blade holder. In addition, the blades are exposed to strong vibration loads, so that it can come to the groove to mechanical damage, material fatigue, corrosion and a wandering movement of the blade root within the groove.
  • a turbine blade securing comprising a wedge movable in an axial direction, wherein a traction means cooperates with the wedge such that the wedge is movable in the axial direction by the traction means, wherein the wedge is formed such that the movement of the wedge in axial direction leads to a force on a turbine blade to be secured in the radial direction.
  • the invention proceeds from the idea that the secured turbine blade, which is held in a blade holder secured by a radially acting force ⁇ the must.
  • the traction device takes on the task of moving the wedge in the axial direction. By the movement of the wedge creates a radial force acting on the turbine blade in a radial direction. By a minimal movement of the turbine blade in the radial direction of the blade root is pressed into the blade holder. The turbine blade is thereby secured in such a way that a tilting movement is almost avoided.
  • the wedge is inserted ⁇ at a corresponding rotor-surface abutment surface.
  • the wedge is proposed in this advantageous ⁇ further development to apply the wedge on a corresponding oblique wedge surface in the blade holder. This has the advantage that the blade root does not have to be processed. In addition, this has a favorable effect on the power flow in the foot.
  • a milled part which has the rotor surface contact surface. This has the advantage that the blade holder only needs to be executed with a groove and that a milled ⁇ can be placed in the groove.
  • the milled part can be prefabricated in large quantities. The blade holder can thereby be easily manufactured, since only one groove is needed.
  • the traction means has a thread which engages in a complementary countercurrent ⁇ winch in the wedge.
  • the traction means is further developed by simple means such that it can be produced easily.
  • the wedge moves by turning the traction mechanism.
  • the transmittable force on the turbine blade root is under Kunststoff ⁇ Lich.
  • a securing segment is provided, which is designed such that an unintentional release of the traction means is prevented by the wedge. This makes it possible to platzie ⁇ ren, with a release by the securing segment ruled to be the wedge safely and securely.
  • the securing segment is performed as a sheet of ⁇ and carried out the fuse of the traction means by bending over or flanging of the plate on the traction means. This makes it very easy the traction means, the course one
  • Screw head or the like with the Sich ceremoniessseg ⁇ ment secure.
  • a simple bending of the sheet is sufficient to secure the traction means.
  • a securing means for exerting a spring force in the radial direction is provided. The locking device compensates for a groove widening for small speed ranges.
  • the securing means is designed as a plate ⁇ spring.
  • FIG. 1 is a perspective view of the turbine blade guard in the installed state
  • FIG. 2 shows a sectional view through the turbine blade fuse
  • Figure 3 is an enlarged view of a Sectionaus ⁇ -section of Figure 2
  • Figure 4 is a perspective view of the
  • FIG. 5 shows a perspective view of an alternative embodiment of the turbine windshield fuse without installed turbine blade
  • Figure 6 is a cross-sectional view of an alternative
  • FIG. 7 shows an enlarged view of a detail from FIG. 6,
  • FIG. 1 shows a perspective view of a turbine blade safety device 1.
  • a turbine blade 2 comprises a blade root 3.
  • the blade root 3 is designed in a known manner as a fir tree root.
  • the blade root 3 is arranged in a blade holder 4.
  • the blade holder 4 accordingly has a blade root 3 complementarily formed ⁇ fir tree shape.
  • the turbine blade 2 must be secured ⁇ well in the axial direction 5 and 6 in the radial direction.
  • the blade holder 4 may be, for example, a rotor.
  • FIG. 2 shows a turbine blade securing device 1 in a sectional view.
  • the turbine blade safety device 1 comprises a wedge 7 which can be moved in the axial direction 5, wherein a traction means 8 interacts with the wedge 7 such that the wedge 7 can be moved in the axial direction 5 by the traction means 8.
  • the wedge 7 abuts against a turbine blade root abutment surface 9.
  • the movement of the wedge 7 against the turbine blade root abutment surface 9 creates a force in the radial direction 6.
  • the traction means 8 comprises a thread 10.
  • the wedge 7 has the ⁇ accordingly a bore 11 with a corresponding counter-thread 12.
  • a turning of the traction means 8 causes a Be ⁇ movement of the wedge 7 in the axial direction 5.
  • the traction means 8 in this case has a conventional screw head 13.
  • the screw head 13 may be formed as a hexagon 14 and moved with a standard open-end wrench. It can be set here a predetermined torque.
  • the turbine blade guard 1 is formed with a securing segment 15.
  • the securing segment 15 prevents unintentional release of the pulling means 8 from the wedge 7.
  • the securing segment 15 is designed as a sheet.
  • the securing of the traction means 8 takes place by bending over or flanging the sheet around the traction means 8. Of course, be bent 13 of course, thereby avoiding rotation of the traction device 8.
  • the turbine blade safety device 1 also has a securing means 16, which is designed to exert a spring force in the radial direction 6.
  • the securing means 16 is formed as a plate spring for ⁇ and rungsnut in a Siche arranged 17th
  • the wedge 7 is elongated and arranged in a matching groove 18.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of the turbine blade safety device 1.
  • the turbine blade 2 has been omitted, so that only the blade holder 4 can be seen.
  • the blade holder 4 is in this case formed with a corresponding groove 19.
  • a milled part 20 is arranged in the groove 19.
  • the milled part 20 has a rotor surface contact surface 21.
  • the Rotoroberflä ⁇ chen-contact surface 21 is to transmit the same function as the turbine blade root abutment face 9, namely a force of the wedge 7 in the radial direction 6 substantially.
  • the securing means 16 is in this case arranged between the wedge 7 and the turbine blade 2.
  • the securing means 16 assumes the same tasks as described for FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 6 shows a sectional illustration through the turbine blade safety device 1.
  • inventive arrangement of Switzerlandmit ⁇ tel and wedge at the ends 21, 22 is arranged.
  • figure 7 is an enlarged view of the turbine blade fuse 1 of Figure 6 can be seen.
  • FIG. 8 is a perspective view of the blade holder 4 can be seen, wherein the traction means 8 and the
  • FIG. 8 impressively shows that the milled part 20 is easy to manufacture and can be easily mounted in the blade holder 4.
  • the milled part 20 may be circular at its ends. This has the advantage that it can be minimized notch stresses.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Connection Of Plates (AREA)
  • Installation Of Indoor Wiring (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufelsicherung (1), umfassend einem in einer axialen Richtung (5) bewegbaren Keil (7), wobei der Keil (7) durch ein Zugmittel (8) in axialer Richtung (5) bewegt werden kann, wodurch eine Kraft in axialer Richtung (5) erfolgt. Die Kraft in axialer Richtung (5) bewirkt, dass die Turbinenschaufel(2) gegen den Schaufelhalter (4) gedrückt wird. Dadurch entsteht eine wirksame Turbinenschaufelsicherung (1).

Description

Beschreibung
Schaufelbefestigung einer Turbine
Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufelsicherung für eine Strömungsmaschine.
Schaufelbefestigungen der oben genannten Art werden in der Regel zum Befestigen von Laufschaufeln an einem Rotor einer Strömungsmaschine, wie beispielsweise einer Dampfturbine, verwendet, die bei Rotation des Rotors mit hoher Geschwindig¬ keit umlaufen. Durch die schnelle Rotation des Rotors werden die zugehörigen Laufschaufeln einer hohen Fliehkraft unter- worfen. Der Schaufelfuß der Schaufeln ist daher hohen Kräften ausgesetzt und wird in einer Nut am Schaufelhalter stark radial nach außen gedrängt. Darüber hinaus sind die Schaufeln starken Schwingungsbelastungen ausgesetzt, so dass es an der Nut zu mechanischen Beschädigungen, Materialermüdungen, Kor- rosion und einer Wanderbewegung des Schaufelfußes innerhalb der Nut kommen kann.
Zum Festlegen des Schaufelfußes innerhalb der Nut sind ver¬ schiedene Lösungen, wie beispielsweise Metallkeile, Feder- ringe oder Abdichtungsstücke bekannt. Metallkeile stellen zwar sowohl axial als auch radial eine Arretierung des zuge¬ hörigen Schaufelfußes innerhalb einer Nut her, bei großen Schaufeln ist es mit solchen Metallkeilen aber schwierig, dass während der Rotation der Schaufel ausreichend Halte- kräfte in radialer Richtung erzeugt werden. Tellerfedern erzeugen lediglich radiale Haltekräfte und erfordern zusätzlichen Aufwand für eine Arretierung in Längsrichtung der zugehörigen Nut. Ferner sind für Tellerfedern während der Montage aufwendige Messungen erforderlich. Als Abdichtungsstücke müs- sen immer zwei Teile vorgesehen sein, deren Montage darüber hinaus teilweise der Bearbeitung der Teile von Hand bedarf. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Turbinenschau- felsicherung bereitzustellen, bei der über einen langen Betriebszeitraum hinweg eine präzise und schwingungsarme Halte- rung von Turbinenschaufeln in zugehörigen Schaufelhaltern sichergestellt ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Turbinenschaufelsicherung umfassend einen in einer axialen Richtung bewegbaren Keil, wobei ein Zugmittel derart mit dem Keil zusammenwirkt, dass der Keil durch das Zugmittel in axialer Richtung bewegbar ist, wobei der Keil derart ausgebildet ist, dass die Bewegung des Keils in axialer Richtung zu einer Kraft auf eine zu sichernde Turbinenschaufel in radialer Richtung führt.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass die zu sichernde Turbinenschaufel, die in einem Schaufelhalter gehalten ist, durch eine radial wirkende Kraft gesichert wer¬ den muss. Das Zugmittel übernimmt hierbei die Aufgabe, den Keil in axialer Richtung zu bewegen. Durch die Bewegung des Keils entsteht eine radiale Kraft, die wirkt auf die Turbi¬ nenschaufel in einer radialen Richtung. Durch eine minimale Bewegung der Turbinenschaufel in radialer Richtung wird der Schaufelfuß in den Schaufelhalter gedrückt. Die Turbinenschaufel wird dadurch derart gesichert, dass eine Kippbewe- gung nahezu vermieden wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen beschrieben. So ist es von Vorteil, wenn der Keil an einer entsprechenden Turbinenschaufelfußanlageflache in der zu sichernden Turbinenschaufel anliegt. Dadurch ist eine Mög¬ lichkeit angegeben, den Keil und/oder die Turbinenschaufel einfach und kostengünstig herzustellen, um eine möglichst gute Kraftübertragung zu erhalten.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird der Keil an einer entsprechenden Rotoroberflächen-Anlegefläche ange¬ legt. Dies wäre eine alternative Möglichkeit die Turbinen¬ schaufelsicherung auszubilden. Statt die schräge Keilfläche an den Turbinenschaufelfuß anzulegen, wird in dieser vorteil¬ haften Weiterbildung vorgeschlagen, den Keil an einer entsprechenden schrägen Keilfläche im Schaufelhalter anzulegen. Dies hat den Vorteil, dass der Schaufelfuß nicht bearbeitet werden muss. Außerdem wirkt sich dies günstig auf den Kraft- fluss im Fuß aus.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein Frästeil vorgesehen, dass die Rotoroberflächen-Anlagefläche aufweist. Dies hat den Vorteil, dass der Schaufelhalter lediglich mit einer Nut ausgeführt werden muss und dass Frästeil in die Nut ein¬ gesetzt werden kann. Das Frästeil kann in großen Mengen vorgefertigt werden. Der Schaufelhalter kann dadurch einfach hergestellt werden, da lediglich eine Nut benötigt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Zugmittel ein Gewinde auf, das in ein komplementäres Gegenge¬ winde im Keil eingreift. Dadurch wird mit einfachen Mitteln das Zugmittel derart weitergebildet, dass es leicht herstell- bar ist. Der Keil bewegt sich, indem das Zugmittel gedreht wird. Je nach dem welche Steigung das Gewinde hat, ist die übertragbare Kraft auf den Turbinenschaufelfuß unterschied¬ lich .
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist ein Sicherungssegment vorgesehen, dass derart ausgebildet, dass ein ungewolltes Lösen des Zugmittels von dem Keil verhindert ist. Dadurch wird es möglich, den Keil sicher und fest zu platzie¬ ren, wobei ein Lösen durch das Sicherungssegment ausgeschlos- sen werden soll.
Vorteilhafter Weise wird das Sicherungssegment als Blech aus¬ geführt und die Sicherung des Zugmittels durch Umbiegen oder Umbördeln des Blechs an dem Zugmittel erfolgen. Dadurch ist es sehr einfach das Zugmittel, das selbstverständlich einen
Schraubenkopf oder ähnliches aufweist, mit dem Sicherungsseg¬ ment zu sichern. Ein einfaches Umbiegen des Bleches genügt um das Zugmittel zu sichern. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist ein Sicherungsmittel zum Ausüben einer Federkraft in radialer Richtung vorgesehen. Das Sicherungsmittel kompensiert für kleine Dreh- zahlbereiche eine Nutaufweitung.
In vorteilhafter Weise wird das Sicherungsmittel als Teller¬ feder ausgebildet.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsge¬ mäßen Schaufelbefestigung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung der Turbinen- Schaufelsicherung im eingebauten Zustand,
Figur 2 eine Schnittansicht durch die Turbinenschaufel- sicherung,
Figur 3 eine vergrößerte Darstellung eines Teilaus¬ schnitts aus Figur 2,
Figur 4 eine perspektivische Darstellung des
Schaufelhalters ohne Turbinenschaufel,
Figur 5 eine perspektivische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Turbinenschau- felsicherung ohne eingebauter Turbinenschaufel,
Figur 6 eine Querschnittsansicht einer alternativen
Ausführungsform der Turbinenschaufelsicherung,
Figur 7 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus Figur 6,
Figur 8 eine perspektivische Darstellung der Turbinenschaufelssicherung ohne Keil und ohne Turbinenschaufel . In der Figur 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Turbinenschaufelsicherung 1 zu sehen. Eine Turbinenschaufel 2 umfasst einen Schaufelfuß 3. Der Schaufelfuß 3 ist in bekann- ter Weise als Tannenbaumfuß ausgeführt. Der Schaufelfuß 3 ist in einem Schaufelhalter 4 angeordnet. Der Schaufelhalter 4 weist entsprechend ein dem Schaufelfuß 3 komplementär ausge¬ bildete Tannenbaumform auf. Die Turbinenschaufel 2 muss so¬ wohl in axialer Richtung 5 als auch in radialer Richtung 6 gesichert werden. Der Schaufelhalter 4 kann beispielsweise ein Rotor sein.
In der Figur 2 ist eine Turbinenschaufelsicherung 1 in einer Schnittdarstellung zu sehen. Die Turbinenschaufelsicherung 1 umfasst einen in der axialen Richtung 5 bewegbaren Keil 7, wobei ein Zugmittel 8 derart mit dem Keil 7 zusammenwirkt, dass der Keil 7 durch das Zugmittel 8 in axialer Richtung 5 bewegbar ist. Der Keil 7 liegt an einer Turbinenschaufelfuß- Anlageflache 9 an. Durch die Bewegung des Keils 7 gegen die Turbinenschaufelfuß-Anlageflache 9 entsteht eine Kraft in der radialen Richtung 6.
Das Zugmittel 8 umfasst ein Gewinde 10. Der Keil 7 weist dem¬ entsprechend eine Bohrung 11 mit einem entsprechenden Gegen- gewinde 12 auf. Ein Drehen des Zugmittels 8 bewirkt eine Be¬ wegung des Keils 7 in axialer Richtung 5. Das Zugmittel 8 weist hierbei einen üblichen Schraubenkopf 13 auf. Der Schraubenkopf 13 kann als Sechskant 14 ausgebildet sein und mit einem handelsüblichen Gabelschlüssel bewegt werden. Es kann hierbei ein vorbestimmtes Drehmoment eingestellt werden.
Die Turbinenschaufelsicherung 1 ist mit einem Sicherungssegment 15 ausgebildet. Das Sicherungssegment 15 verhindert ein ungewolltes Lösen des Zugmittels 8 von dem Keil 7. Dazu wird das Sicherungssegment 15 als Blech ausgeführt. Die Sicherung des Zugmittels 8 erfolgt durch Umbiegen oder Umbördeln des Blechs um das Zugmittel 8. Das Blech kann an dem Schrauben- köpf 13 selbstverständlich umgebogen werden, um dadurch ein Drehen des Zugmittels 8 zu vermeiden.
Die Turbinenschaufelsicherung 1 weist darüber hinaus noch ein Sicherungsmittel 16 auf, das zum Ausüben einer Federkraft in der radialen Richtung 6 ausgebildet. Das Sicherungsmittel 16 ist dafür als Tellerfeder ausgebildet und in einer Siche¬ rungsnut 17 angeordnet.
In der Figur 4 ist eine perspektivische Darstellung des
Schaufelhalters zu sehen, wobei die Turbinenschaufel 2 nicht dargestellt ist. Der Keil 7 ist länglich ausgebildet und in einer passenden Nut 18 angeordnet.
In der Figur 5 ist eine alternative Ausführungsform der Turbinenschaufelsicherung 1 dargestellt. Allerdings wurde in der Figur 5 die Turbinenschaufel 2 weggelassen, so dass lediglich der Schaufelhalter 4 zu sehen ist. Der Schaufelhalter 4 ist hierbei mit einer entsprechenden Nut 19 ausgebildet. In die Nut 19 ist ein Frästeil 20 angeordnet. Das Frästeil 20 weist eine Rotoroberflächen-Anlagefläche 21 auf. Die Rotoroberflä¬ chen-Anlagefläche 21 hat im Wesentlichen dieselbe Funktion wie die Turbinenschaufelfuß-Anlageflache 9, nämlich eine Kraft des Keiles 7 in radialer Richtung 6 zu übertragen.
Das Sicherungsmittel 16 ist hierbei zwischen dem Keil 7 und der Turbinenschaufel 2 angeordnet. Das Sicherungsmittel 16 übernimmt hierbei die gleichen Aufgaben wie zur Figur 2 und 3 beschrieben .
In der Figur 5 ist der Keil 7 und das Sicherungsmittels 16 im eingebauten Zustand dargestellt.
In der Figur 6 ist eine Schnittdarstellung durch die Turbi- nenschaufelsicherung 1 zu sehen. Selbstverständlich ist es vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Anordnung aus Zugmit¬ tel und Keil an den Enden 21, 22 angeordnet wird. In der Figur 7 ist eine vergrößerte Darstellung der Turbinen- schaufelsicherung 1 aus Figur 6 zu sehen.
In der Figur 8 ist eine perspektivische Darstellung des Schaufelhalters 4 zu sehen, wobei das Zugmittel 8 und der
Keil 7 sowie das Sicherungsmittel 16 nicht dargestellt sind. Die Figur 8 zeigt eindrucksvoll, dass das Frästeil 20 einfach herzustellen ist und leicht in den Schaufelhalter 4 montiert werden kann.
Das Frästeil 20 kann an seinen Enden kreisförmig ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass dadurch Kerbspannungen minimiert werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Turbinenschaufelsicherung (1), umfassend einen in einer axialen Richtung (5) bewegbaren Keil (7), wobei ein Zugmittel (8) derart mit dem Keil (7) zusammen¬ wirkt, dass der Keil (7) durch das Zugmittel (8) in axialer Rich- tung (5) bewegbar ist, wobei der Keil (7) derart ausgebildet ist, dass die Bewegung des Keils (7) in axialer Richtung zu einer Kraft auf eine zu sichernde Turbineschaufel (2) in radialer Richtung (6) führt.
2. Turbinenschaufelsicherung (1) nach Anspruch 1, wobei der Keil (7) an einer entsprechenden Anlagefläche
(21) in der zu sichernden Turbinenschaufel (2) anliegt.
3. Turbinenschaufelsicherung (1) nach Anspruch 1, wobei der Keil (7) an einer entsprechenden Rotoroberflächen-Anlagefläche (21) anliegt.
4. Turbinenschaufelsicherung (1) nach Anspruch 3, wobei ein Frästeil (20) vorgesehen ist, das die Rotorober¬ fläche-Anlagefläche (21) aufweist.
5. Turbinenschaufelsicherung (1) nach Anspruch 4, wobei das Frästeil (20) in einer entsprechenden Nut (19) eines Schaufelhalters (4) angeordnet ist.
6. Turbinenschaufelsicherung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zugmittel (8) ein Gewinde (10) aufweist, das in ein komplementäres Gegengewinde (12) im Keil (7) eingreift
7. Turbinenschaufelsicherung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Sicherungssegment (15) vorgesehen ist, das derart ausgebildet ist, dass ein ungewolltes Lösen des Zugmittels (8) mit dem Keil (7) verhindert ist.
8. Turbinenschaufelsicherung (1) nach Anspruch 7, wobei das Sicherungssegment (15) als Blech ausgeführt ist und die Sicherung des Zugmittels (8) durch Umbiegen oder Umbördeln des Blechs an dem Zugmittel (8) erfolgt.
9. Turbinenschaufelsicherung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Sicherungsmittel (16) zum Ausüben einer Feder- kraft in radialer Richtung (6) vorgesehen ist.
10. Turbinenschaufelsicherung (1) nach Anspruch 3, wobei das Sicherungsmittel (16) als Tellerfeder ausgebildet ist .
11. Turbinenschaufelsicherung (1) nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Sicherungsmittel (16) in einer Sicherungsnut (19) angeordnet ist.
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