Halo-Technologie: Wie perfektes Schweißen F1-Fahrern das Leben rettet

(Motorsport-Total.com) - Titan-Schweißen mag nicht sofort mit der Formel 1 assoziiert werden. Doch die Perfektionierung dieses Verfahrens war ein entscheidender Faktor für den lebensrettenden Erfolg des Cockpitschutzes Halo.

Als Romain Grosjeans Haas beim Grand Prix von Bahrain 2020 in zwei Teile zerbrach und in Flammen aufging, war es der Titan-Halo, der dem Formel-1-Fahrer letztlich das Leben rettete. Doch was nur wenige wissen: Eine bahnbrechende Schweißtechnik spielte eine entscheidende Rolle dabei, den Halo so widerstandsfähig zu machen, dass er in diesem schrecklichen Moment wie vorgesehen funktionierte.

Der Halo, heute ein unverzichtbarer Bestandteil des Sicherheitskonzepts der Formel 1, stieß bei seiner Einführung 2018 auf große Ablehnung. Doch mehrere spektakuläre Unfälle haben die Kritiker über die Jahre verstummen lassen.

Dazu zählten Grosjeans Feuerunfall, Zhou Guanyus dramatischer Überschlag in Silverstone 2022 und der Zusammenstoß zwischen Verstappen und Hamilton in Monza 2021. Der Cockpitschutz hat seinen Wert immer wieder unter Beweis gestellt.

Weniger bekannt ist jedoch, dass die Herstellung des Halos, um die Sicherheitsstandards der FIA zu erfüllen, eine große technische Herausforderung darstellte, die mit herkömmlichen Produktionsmethoden nicht lösbar war.

Immerhin muss er in der Lage sein, das Gewicht eines Londoner Doppeldeckerbusses zu tragen. Es bedurfte nicht nur hochwertigen Titans, sondern auch eines fehlerfreien, innovativen Schweißverfahrens, um die Materialeigenschaften zu bewahren.

Die Herausforderung des Titan-Schweißens

Ende 2017 verfügten die Unternehmen, die sich an der FIA-Ausschreibung für die Produktion des Halos beteiligten - einschließlich des späteren Auftragnehmers - nicht über die technischen Möglichkeiten, die fünf Titan-Bauteile des Halos mit höchster Qualität zu verschweißen. Sie wandten sich an LKN WeldTitan, die auf Titan spezialisierte Abteilung der niederländischen Firma LKN WeldCompany BV.

Nach fast vier Wochen intensiver Forschung und Entwicklung gelang es dem Team, die Teile so zu verschweißen, dass die technischen Eigenschaften des Titans vollständig erhalten blieben und der Halo die strengen FIA-Standards erfüllte.

"Titan ist ein reaktives Metall, das mit den Elementen in der Luft reagiert - sogar bei Raumtemperatur, was zu Oxidation führt", erklärt Patrick Wouterse, Gründer und CEO von LKN WeldCompany, im exklusiven Gespräch mit Motorsport.com, einer Schwesterplattform von Motorsport-Total.com.

"Das macht es extrem korrosionsbeständig: Sobald eine dünne Oxidschicht entsteht, schützt sie das Metall vor weiterer Oxidation - eine Eigenschaft, die Titan ideal für die chemische Industrie macht", so der Experte weiter.

Doch für den Halo-Cockpitschutz war nicht nur die Korrosionsbeständigkeit entscheidend, sondern vor allem das Verhältnis von Festigkeit und Gewicht. "Titan, insbesondere die für den Halo verwendete Legierung der Güteklasse 5, ist viel stärker als Stahl und gleichzeitig erheblich leichter", fährt Wouterse fort.

"Für eine bestimmte Festigkeit bräuchte man 15 Millimeter Edelstahl - oder vielleicht nur 5 Millimeter Titan. Deshalb wird es in der Luftfahrt eingesetzt und war die ideale Wahl für den Halo. Man will die stabilste Struktur mit möglichst wenig Gewicht."

Allerdings ist das Schweißen von Titan eine heikle Angelegenheit, denn beim Erhitzen wird es noch reaktiver und nimmt Elemente wie Sauerstoff und Wasserstoff "wie ein Schwamm in einem Wassereimer" auf. Selbst minimale Verunreinigungen - wie winzige Schmutzpartikel oder Hautfett von einem Fingerabdruck - können die Festigkeit des Titans in der Schweißzone drastisch beeinträchtigen.

"Sobald Titan diese Elemente aufnimmt, verändert sich die Materialzusammensetzung und die Festigkeit nimmt im betroffenen Bereich um bis zu 75 Prozent ab. Um das zu verhindern, muss beim Schweißen eine Umgebung geschaffen werden, in der keine anderen Elemente mit dem Metall in Kontakt kommen."

Schweißverfahren in einer Schutzkammer

Normalerweise schützen Schweißer die Schweißzone mit einem lokalen Inertgasstrom, etwa Argon, um das geschmolzene Metall abzuschirmen. Doch bei Titan reicht das nicht.

"Die Hitze strahlt nach außen - das umliegende Material kann 1.000 Grad Celsius erreichen. Doch bereits bei 150 Grad beginnt Titan, Sauerstoff aufzunehmen", erklärt Wouterse. Man kann den Schaden sogar sehen - das Titan ändert seine Farbe."

"Silber bedeutet, dass die Eigenschaften intakt sind. Gold weist auf eine minimale, akzeptable Beeinträchtigung hin. Aber wenn es blau, violett oder grün wird, ist das Material praktisch unbrauchbar", weiß der Unternehmer.

Um dieses Problem zu lösen, perfektionierte Wouterse mit seinem Team über Jahre ein einzigartiges Schweißverfahren und entwickelte spezielle Schutzkammern, in denen das Schweißen in einer kontrollierten Inertgas-Atmosphäre erfolgen kann.

"Es klingt einfach - die Teile in eine Kammer legen und mit Argon füllen - aber es ist extrem kompliziert", betont Wouterse. Das Problem bei der Sache: In der Kammer bleibt immer ein geringer Sauerstoffanteil zurück.

"Wir füllen die Kammer hauptsächlich mit Argon, Helium und Neon. Aber Argon ist schwer, Sauerstoff ist leicht und Helium noch leichter. Schon die kleinste Turbulenz durch eine Bewegung der Hände in den Handschuhen kann die Gase vermischen und den Sauerstoffgehalt erhöhen", erklärt der Experte.

"Wir mussten Wege finden, um die Sauerstoffkonzentration auf nur wenige Teile pro Million zu senken", fährt Wouterse fort. "Alles - von der Form der Kammer bis zur Oberflächenbeschaffenheit der Wände - beeinflusst das Ergebnis. Es gibt mindestens 15 Variablen, die alle perfekt sein müssen, um die richtigen Werte zu erreichen."

Über zwei Jahrzehnte hinweg hat sich Wouterse auf dieses Verfahren spezialisiert. Mit LKN WeldCompany BV hat er sich einen hervorragenden Ruf erarbeitet, sodass seine Expertise weltweit gefragt ist - von der Luft- und Raumfahrt über die Energie-, Chemie-, Nuklear- und Pharmaindustrie bis hin zur Automobilbranche.

Nachdem der Halo-Zulieferer der FIA über eine gemeinsame Verbindung auf LKN aufmerksam wurde, entwickelte das Unternehmen eine maßgeschneiderte Schweißkammer, die groß genug war, um die gesamte Halo-Konstruktion aufzunehmen - unter Berücksichtigung der komplexen, asymmetrischen hohlen Struktur.

"Wir qualifizierten den Prozess gemäß EN-ISO-Standards, schweißten einen Prototyp und testeten ihn - er erfüllte die FIA-Anforderungen mühelos", erinnert sich Wouterse an die Entwicklungsphase. "Danach ging es direkt in die Produktion. Anfang 2018 schweißten wir die ersten hundert Halos für die Formel 1."

Ohne Halo hätte Grosjean nicht überlebt

Für Wouterse ist es ein großer Moment des Stolzes, den Halo in Aktion zu sehen - insbesondere bei Unfällen wie dem von Grosjean. "Natürlich hofft man immer, dass nichts Schlimmes passiert. Aber wenn es passiert, ist es gut zu wissen, dass ein Halo am Auto ist. Es macht einen stolz zu sagen: 'Wir haben dazu beigetragen.'"

"Vor allem am Anfang haben viele Leute den Halo gehasst. Sie fanden ihn hässlich und einige Fahrer meinten, er behindere ihre Sicht. Aber nach dem ersten großen Unfall, bei dem der Halo den Unterschied ausmachte, hörte die Kritik auf. Alle waren sich einig, dass es die richtige Entscheidung war."

Grosjeans Unfall hat bei Wouterse einen bleibenden Eindruck hinterlassen. "Die Simulationen nach dem Crash zeigen, dass der Halo die Barriere gerade so weit verformt hat, dass Grosjeans Kopf geschützt wurde. Ohne ihn hätte er nicht überlebt. Und weil der Halo hielt, konnte er aus dem brennenden Wrack klettern."

Wouterse kontaktierte Grosjean später auf LinkedIn und erklärte seine Rolle beim Halo. Die Antwort: "Dann muss ich mich wohl bei Ihnen bedanken."

Später in diesem Jahr plant Wouterse einen Besuch der Formel-1-Ausstellung in Amsterdam, um sich Grosjeans verkohltes Chassis anzusehen - eine kraftvolle Erinnerung an die lebensrettende Technologie, die er und sein Team mitentwickelt haben.