Wattwaage: Das Kilogramm neu definiert

Der Urmeter – also das Mass für das heutige Kilogramm – hat langsam ausgedient. Und deshalb soll das Kilogramm auf Basis einer Naturkonstante neu definiert werden. Mittels elektrischer Einheiten und mit Hilfe einer Wattwaage wird das Projekt am Schweizer Institut für Metrologie (METAS) realisiert.

METAS bestimmt nicht etwa das Wetter von morgen, sondern realisiert Masseinheiten wie den Meter oder das Kilogramm. Und um das Kilogramm dreht es sich bei dem Projekt, genauer gesagt soll das Kilogramm neu definiert werden. Denn dieses ist heute das letzte Mass, das noch auf einem materiellen Artefakt aus dem Jahre 1889 und nicht auf einer Naturkonstanten basiert. Das sogenannte Urkilogramm, welches in Paris lagert, besteht aus einem 39 mm x 39 mm grossen Zylinder aus einer Platin-Iridium-Legierung. Als materielles Objekt verändert sich dieses Artefakt über die Jahre hinweg, zum Beispiel durch Ablagerungen von Schmutz oder Abnutzung. 40 Kilogrammprototypen wurden damals in der ganzen Welt verteilt – auch bei der METAS steht eins im Tresor. Bei einem Vergleich der Prototypen untereinander wurden über die Jahre hinweg Differenzen im Mikrogrammbereich festgestellt.

Diese Unsicherheit über die Masseinheit Kilogramm hat dazu geführt, dass auch das Kilogramm durch eine Naturkonstante bestimmt werden soll. Unter der Verwendung von elektrischen Einheiten soll dieses Vorhaben realisiert werden und das unter anderem mit Hilfe einer Wattwaage. Die Watt-Waage ist ein hoch kompliziertes Messinstrument, die 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.

Experiment unter Hochvakuum
Eine wichtige Funktion in der Wattwaage übernehmen Motoren von maxon motor. Die Experimente für die Neudefinition des Kilogramms finden unter Hochvakuumbedingungen statt, sodass an die Antriebe hohe Anforderungen gestellt sind. Für diese Anwendung kommen deshalb vakuumtaugliche maxon EC22-HD-Motoren (100 Watt) mit MR-Encoder und die maxon Positioniersteuerung EPOS2 24/5 zum Einsatz.
Um die Entstehung von Partikeln zu verhindern, werden ausschliesslich bürstenlose maxon Motoren verwendet. Das verwendete System ist ein 3-Achsen-Roboter (Massewechsler), der verschiedene Bewegungen ausführt, um eine exakte Messung während des Experiments durchzuführen. Die maxon Antriebe sind unter anderem verantwortlich für die präzise Bewegung eines Drehtellers und für die horizontalen und vertikalen Bewegungen unterschiedlicher Bauteile des Massewechslers.
 

 © maxon motor ag

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