Der Prototyp der neuen Planck-Waage für das neue Kilogramm.
Blick in den Prototyp der neuen Planck-Waage für das neue Kilogramm an der TU Ilmenau. Bildrechte: TU Ilmenau

Die Waage für das neue Kilogramm Ilmenau ist das Maß der Dinge

Woher weiß die Waage, wie viel ein Kilogramm ist? Zurück geht das auf das Ur-Kilogramm, einen vier Zentimeter kleinen Zylinder aus Platin und Iridium, der schon seit 1889 unter drei Glasglocken in einem Tresor bei Paris steht. Leider reichen diese Schutzmaßnahmen aber nicht aus – aus unerfindlichen Gründen wird das Ur-Kilogramm nämlich immer leichter. Deshalb muss nun ein neues her – eines, das sich nicht verändert. Und die neue Waage entwickeln auch Forscher der TU Ilmenau.

von Katja Schmidt

Der Prototyp der neuen Planck-Waage für das neue Kilogramm.
Blick in den Prototyp der neuen Planck-Waage für das neue Kilogramm an der TU Ilmenau. Bildrechte: TU Ilmenau

50 Millionstel Gramm hat das Ur-Kilogramm schon abgenommen. Zugegeben, das klingt verschwindend gering, aber gerade beim Dosieren von Medikamenten oder bei forensischen Untersuchungen der Polizei spielt ein hochpräzises Gewicht eine wichtige Rolle. Deshalb soll im nächsten Jahr das Kilogramm neu definiert werden und zwar so, dass es sich niemals verändert und auch nicht beschädigt werden kann. Wie genau das funktioniert, erklärt Prof. Thomas Fröhlich von der TU Ilmenau.

Prof. Thomas Fröhlich,  Leiter des Instituts für Prozessmess- und Sensortechnik der TU Ilmenau
Bildrechte: TU Ilmenau

Man sucht einen Weg das mit den elektrischen Einheiten Volt und Ampere viel genauer und viel besser zu definieren. Das Problem ist eigentlich, dass man eine Spannung viel genauer messen könnte, als man das für das Kilogramm kann und jetzt versucht man die elektrischen Einheiten und die mechanischen Einheiten zu vergleichen.

Prof. Thomas Fröhlich, Leiter des Instituts für Prozessmess- und Sensortechnik der TU Ilmenau

Und das geht nur mit Hilfe der sogenannten Planck-Konstante. Denn die, so Fröhlich, “ist quasi die kleinste Energiemenge, die man sich vorstellen kann. Und mit dieser Planck-Konstante kann man Volt und Ampere umrechnen in Kilogramm.“

Er ist in Deutschland das >Maß aller Massen<: der nationale Kilogramm-Prototyp (Nr. 52) in der PTB, eine der Kopien des >Urkilogrammes<.
Das deutsche Maß der Masse: Der nationale Kilogramm-Prototyp (Nr. 52) in der PTB, eine der Kopien des "Ur-Kilogrammes" Bildrechte: PTB

Um das neue Kilogramm dann aber messbar zu machen, braucht es erst einmal die passende Waage. Thomas Fröhlich entwickelt mit seinen Kollegen der TU Ilmenau und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) Braunschweig die so genannte Planck-Waage. Sie arbeitet nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation: Eine Gewichtskraft auf der einen Seite der Waage wird durch eine elektromagnetische Kraft auf der anderen Seite ausgeglichen. Vereinfacht gesagt, läuft dabei Strom durch eine Spule und es wird eine Kraft erzeugt, die das Gewicht des zu wiegenden Stücks ausgleicht.

Eine solche Waage hat den großen Vorteil, dass sie sich selbst kalibriert und stufenlos von einem Milligramm bis zu einem Kilo wiegen kann. Bis Ende des Jahres soll der erste Prototyp der Waage einsetzbar sein.

Wir wollen ein anwendbares Gerät machen, was man wirklich dann im Pharmalabor verwenden kann oder im Eichamt oder auch bei der Polizei bei forensischen Untersuchungen, das man das eben praktisch anwenden kann und kein großes Fundamentalexperiment einsetzen muss.

Prof. Thomas Fröhlich, TU Ilmenau
Blick in eine Prototyp-Waage der PTB, mit der 1-kg-Massenormale an die nationalen Kilogramm-Protoypen angeschlossen werden können. Es ist ein 1-kg-Vakuum-Massekomparator, aufgestellt in einer vakuumfesten Kammer.
So sieht der Prototyp der Planck-Waage aus, die an der PTB in Braunschwieg steht. Bildrechte: PTB

Für Otto Normalverbraucher ändert sich allerdings so schnell nichts. Das Kilogramm Bananen wird im Supermarkt im nächsten Jahr noch genauso gewogen wie jetzt und ist dementsprechend auch genauso schwer. Und auch wer gehofft hat, dass seine Waage demnächst weniger Kilos anzeigt, den muss Thomas Fröhlich enttäuschen

Nee, die Hoffnung hatte ich auch, aber das wird sich leider nicht erfüllen. Wir reden hier über ganz ganz kleine Änderungen. Sie wiegen dann vielleicht ein Mikrogramm weniger, aber viel ist das nicht.

Prof. Thomas Fröhlich, TU Ilmenau

Über dieses Thema berichtet MDR AKTUELL im Radio | 15.06.2017 | 06:21 Uhr

Zuletzt aktualisiert: 15. Juni 2017, 05:00 Uhr