(Bild: METAS)
Das Urmeter – also das Maß für das heutige Kilogramm – hat langsam ausgedient. Es handelt sich um das letzte Maß, das nicht auf einer Naturkonstante basiert sondern auf einem materiellen Artefakt aus dem Jahr 1889. Das sogenannte Urkilogramm lagert in Paris und besteht aus einem 39 mm × 39 mm großen Zylinder aus einer Platin-Iridium-Legierung. Als materielles Objekt verändert sich dieses Artefakt über die Jahre hinweg beispielsweise durch Ablagerungen von Schmutz oder Abnutzung. 40 Kilogrammprototypen verteilte man damals in der ganzen Welt. Auch bei der METAS steht eines im Tresor. Ein Vergleich der Prototypen untereinander ergab über die Jahre hinweg Differenzen im Mikrogramm-Bereich.
Eckdaten
Gemeinsam mit Maxon Motor entwickelte das Schweizer Institut für Metrologie (METAS) eine Wattwaage, um das Kilogramm neu zu definieren. Bei dem Experiment werden mechanische und elektrische Leistung unter Hochvakuumbedingungen präzise miteinander verglichen, wodurch die Anforderungen an die Antriebe sehr hoch sind.
Diese Unsicherheit über die Maßeinheit Kilogramm führte zur Entscheidung das Kilogramm ebenfalls über eine Naturkonstante zu bestimmen. Zur Umsetzung dieses Vorhabens verwenden die Forscher des Projekts elektrische Einheiten, unter anderem auch eine Wattwaage. Die Wattwaage ist ein hochkompliziertes Messinstrument, das mehrere Größen gleichzeitig mit äußerster Genauigkeit messen muss. In Kooperation mit Maxon Motor entwickelt das METAS aktuell eine solche Waage. Bei dem komplexen Experiment werden mechanische und elektrische Leistung präzise miteinander verglichen.
Die Experimente für die Neudefinition des Kilogramms finden unter Hochvakuumbedingungen statt, was an die Antriebe sehr hohe Anforderungen stellt. Deshalb kommen für diese Anwendung vakuumtaugliche Maxon EC22-HD-Motoren (100 W) mit MR-Encoder und die Positioniersteuerung EPOS2 24/5 zum Einsatz.
Damit keine Partikel entstehen, werden ausschließlich bürstenlose Motoren verwendet. Ein 3-Achsenroboter (Massewechsler) führt verschiedene Bewegungen aus, um eine exakte Messung während des Experiments durchzuführen. Verantwortlich sind die Antriebe unter anderem für die präzise Bewegung eines Drehtellers und für die horizontalen und vertikalen Bewegungen unterschiedlicher Bauteile des Massewechslers.
ah
Anja Schütz
(ah)
