WO2005001286A1

WO2005001286A1 - Pumpe mit mindestens einer pumpkammer und elektroden zum erzeugen eines elektrischen wechselfeldes

Info

Publication number: WO2005001286A1
Application number: PCT/DE2004/001380
Authority: WO
Inventors: Jan Gimsa; Moritz Holtappels
Original assignee: Universität Rostock
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2005-01-06
Also published as: ATE349615T1; DE10329979A1; EP1646789A1; EP1646789B1; DE502004002473D1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe mit mindestens einer Pumpkammer zum Pumpen einer Flüssigkeit, mit einer Elektrodenvorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Wechselfeldes und mit zumindest einem dielektrischen Element zum Beeinflussen des Feldverlaufs des elektrischen Wechselfeldes, wobei die zum Pumpen der Flüssigkeit erforderliche Pumpkraft vom elektrischen Wechselfeld erzeugt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpkammer anzugeben, die eine besonders große Pumpwirkung entfaltet. Diese Aufgabe wird bei einer Pumpe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das dielektrische Element derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass das elektrische Wechselfeld einen ortsfesten und zeitunabhängigen Feldgradienten innerhalb der Pumpkammer in Pumprichtung aufweist und in der Flüssigkeit ein ortsfester und zeitunabhängiger Polarisationsgradient in der Flüssigkeit in Pumprichtung hervorgerufen wird.

Description

PUMPE MIT MI_NDE_STE_NS EINER PUMPKAMMER UND ELEKTRODEN ZUM ERZEUGEN EINES ELEKTRISCHEN WECHSELFELDES

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer Pumpe der vorbekannten Art ist eine Pumpkammer mit zwei Elektroden vorhanden, von denen an einer Elektrode ein dielektrisches Element angeordnet ist. Das dielektrische Element weist in Längsrichtung der Pumpkammer und in Pumprichtung eine Sägezahnstruktur auf. Aufgrund der Sägezahnstruktur kommt es an der der zu pumpenden Flüssigkeit zugewandten Außenseite des dielektrischen Elements zu einer ortsabhängigen, zeitlichen Verzögerung des elektrischen Wechselfeldes, so dass sich in Kammerlängsrichtung ein elektrisches Wanderfeld ausbildet . Aufgrund des elektrischen Wanderfelds wird die zu pumpende Flüssigkeit polarisiert und wandert entlang der Wanderfeldrichtung mit, so dass in Wanderfeldrichtung eine Pumpkraft erzeugt wird. Zur Pumpkraft trägt bei der vorbekannten Pumpe im Wesentlichen ausschließlich der Flüssigkeitsanteil bei, der den „richtigen" Abstand zu der dielektrischen Sägezahnstruktur aufweist; dies ist der Bereich in der Nähe der Sägezahnstruktur. Der im sonstigen „Volumen" - also außerhalb des Randbereichs der Sägezahnstruktur - im übrigen Pumpkammerbereich befindliche Flüssigkeitsanteil unterliegt quasi keinem Pumpeffekt. Dies liegt konkret daran, dass lediglich bei einem optimalen Abstand zur dielektrischen Sägezahnstruktur das elektrische Wanderfeld elektrisch „gesehen" wird. Ist der Abstand zu der dielektrischen Sägezahnstruktur nämlich zu groß, überlagern sich die Wanderfelder der nebeneinander liegenden Sägezähne derart, dass ein Summenfeld entsteht, das keine ausreichende Wanderfeldkomponente mehr aufweist . Die Pumpkraft der vorbekannten Wanderfeldpumpe basiert also auf einem Oberflächeneffekt bzw. einem oberflächennahen Effekt im Bereich der dielektrischen Sägezahnstruktur .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpkammer anzugeben, die eine besonders große Pumpwirkung entfaltet.

Diese Aufgabe wird bei einer Pumpe der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Pumpe sind in den Unteransprüchen angegeben .

Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das dielektrische Element derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass das elektrische Wechselfeld einen ortsfesten und zeitunabhängigen Feldgradienten innerhalb der Pumpkammer in Pumprichtung aufweist.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpe besteht in ihrer besonders großen Pumpwirkung bei einem dennoch sehr einfachen und kostengünstigen Aufbau. Die große Pumpwirkung wird bei der erfindungsgemäßen Pumpe dabei dadurch bewirkt, dass in der Pumpkammer ein ortsfester und zeitunabhängiger

Feldgradient erzeugt wird. Aufgrund dessen, dass der

Feldgradient ortfest und zeitunabhängig ist, wird neben der im Randbereich des dielektrischen Elements befindlichen

Flüssigkeit auch das übrige Flüssigkeitsvolumen mitgepumpt .

Bei der erfindungsgemäßen Pumpe wird also sowohl der im

Randbereich des dielektrischen Elements befindliche

Flüssigkeitsanteil als auch der übrige Volumenanteil der

Flüssigkeit gepumpt.

Die Pumpwirkung wird bei der erfindungsgemäßen Pumpe durch den ortsfesten Feldgradienten in Pumprichtung bewirkt. Durch den Feldgradienten wird in der Flüssigkeit, und zwar sowohl im Randbereich als auch im Volumenbereich bzw. im Mittenbereich der Pumpkammer, eine ortsabhängige Polarisationsverteilung bzw. Raumladung in Pumprichtung hervorgerufen. Dies liegt konkret daran, dass ein Teil der Energie des elektrischen Wechselfeldes in der Flüssigkeit absorbiert wird, wodurch die Temperatur in der Flüssigkeit lokal in Richtung steigender Feldstärke des Wechselfeldes ansteigt. Mit steigender Temperatur steigt - physikalisch bedingt - lokal auch die elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkeit an, wobei sich auch die Dielektrizitätszahl der Flüssigkeit und somit die Polarisationsfähigkeit der Flüssigkeit lokal verändern.

Aufgrund des Feldgradienten des elektrischen Wechselfeldes in Pumprichtung kommt es also zu einer ortsabhängigen Temperaturverteilung und zu einem ortsabhängigen Polarisationsverlauf. Die Überlagerung des ortsfesten und zeitunabhängigen elektrischen Wechselfeldes mit der ortsabhängigen Polarisationsverteilung in der Flüssigkeit führt dann zu dem gewünschten Pumpeffekt in Pumprichtung.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpe besteht in der Frequenzunabhängigkeit der Pumpe. Eine gleichmäßige Pumpwirkung wird bei der erfindungsgemäßen Pumpe nämlich in einem besonders großen Frequenzbereich des elektrischen Wechselfeldes bewirkt. Quasi bis zu einer oberen, von der jeweiligen Flüssigkeit und der Geometrie der

Pumpkammer abhängigen Grenzfrequenz ist die Pumpwirkung sehr gleichmäßig; erst bei einem Erreichen und Überschreiten der oberen Grenzfrequenz kommt es zu einem Abfall der

Pumpwirkung. Damit unterscheidet sich die erfindungsgemäße

Pumpe deutlich von der vorbekannten, eingangs beschriebenen

Wanderfeld-Pumpe, bei der ein effizientes Pumpen lediglich in einem sehr schmalen „Resonanzbereich" erreicht wird, also einem nur sehr schmalen Frequenzintervall.

Ein dritter wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpe besteht darin, dass das elektrische Wechselfeld auf den zeitlich "in Phase" mit dem Wechselfeld befindlichen Anteil („In-Phase-Anteil") der polarisierten Flüssigkeit und/oder der induzierten Raumladungen wirkt. Der beispielsweise bei der eingangs beschriebenen Wanderfeld-Pumpe die Pumpwirkung hervorgerufene „Außer-Phase-Anteil" (= der zeitlich in der Phase bezüglich des Wechselfeldes verschobene Anteil der influenzierten Raumladung) spielt bei der erfindungsgemäßen Pumpe für den Pumpeffekt somit keine Rolle. Aufgrund des „In-Phase"-Pumpeffekts wird u.a. der oben erwähnte besonders große Frequenzbereich der Pumpe erzielt .

Ein vierter wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpe besteht darin, dass aufgrund des ortsfesten und zeitunabhängigen Feldgradienten auf im Bereich des Feldgradienten befindliche Objekte - wie Teilchen, Bakterien, Viren, sonstige Zellen, Gasbläschen, insbesondere Luftbläschen - Kräfte ausgeübt werden können, die der Pumprichtung entgegenwirken. Dies setzt unter Umständen die Wahl einer hierfür geeigneten Frequenz des Wechselfeldes voraus . Bei geeigneter Frequenz des Wechselfeldes wird dann die Flüssigkeit von den darin enthaltenen o.g. Objekten, vorzugsweise von Gas- oder Luftbläschen, befreit, indem diese Objekte am Durchfließen der Pumpe in Pumprichtung gehindert werden.

Eine besonders gute Pumpwirkung wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Pumpe erzielt, wenn das elektrische Element derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass die Feldstärke des elektrischen Wechselfeldes in Pumprichtung ansteigt .

Alternativ kann das dielektrische Element auch derart angeordnet und ausgestaltet sein, dass die Feldstärke des elektrischen Wechselfeldes in Pumprichtung abfällt.

Vorteilhaft weist die mindestens eine Pumpkammer zumindest eine Abfluss- und zumindest eine Zuflussöffnung auf.

Eine besonders große Pumpkraft und damit eine besonders große Pumpwirkung wird vorteilhaft dann erreicht, wenn das dielektrische Element und/oder die Elektrodenvorrichtung derart angeordnet und ausgestaltet sind, dass der Feldverlauf des elektrischen Wechselfeldes und/oder der Strömungsverlauf der Flüssigkeit im Bereich zwischen der Zuflussöffnung und der Abflussöffnung keilförmig ist.

Der keilförmige Feldverlauf und/oder der keilförmige Strömungsverlauf der Flüssigkeit kann dabei vorzugsweise geradlinig keilförmig oder gekrümmt keilförmig ausgebildet sein.

Das elektrische Wechselfeld kann beispielsweise einen sinus- oder rechteckförmigen Zeitverlauf aufweisen und/oder kontinuierlich oder gepulst generiert sein.

Für eine besonders gute Pumpwirkung wird es darüber hinaus als vorteilhaft angesehen, wenn ein wesentlicher spektraler

Energieanteil des elektrischen Wechselfeldes - vorzugsweise zumindest 50 % der Energie des Wechselfeldes - oberhalb der Dispersionsfrequenz der elektrischen DoppelSchicht -Phänomene der jeweils zu pumpenden Flüssigkeit liegt. Vorzugsweise liegt die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes oberhalb von 200 Hz.

Darüber hinaus wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die

Pumprichtung durch Wahl der Frequenz des Wechselfeldes eingestellt ist.

Wie bereits oben erläutert wurde, beruht der Pumpeffekt bei der erfindungsgemäßen Pumpe auf einem lokalen Erwärmen der Flüssigkeit aufgrund einer teilweisen Absorption des elektrischen Wechselfeldes in der Flüssigkeit. Um den Pumpeffekt zu verstärken, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zusätzlich Heizelemente, insbesondere Heizdrähte, Wärmestrahler oder elektronische Bauelemente, vorhanden sind, mit denen eine örtlich ungleichmäßige Erwärmung der zu pumpenden Flüssigkeit bewirkt bzw. noch verstärkt wird.

Um zu erreichen, dass ein besonders hoher Anteil des elektrischen Wechselfeldes von der Flüssigkeit der Pumpe absorbiert wird, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes eine elektrische Resonanzfrequenz der Pumpe ist. Die Resonanzfrequenz der Pumpe ist beispielsweise abhängig von den Eigenschaften der Elektroden, den elektrischen Zuleitungen, den dielektrischen Eigenschaften des Pumpmediums und ggf. von zusätzlichen elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen.

Das dielektrische Element der Pumpe kann vorzugsweise in Form eines oder mehrerer Stege ausgeführt sein, die jeweils mindestens einen Durchbruch aufweisen, der die Abflussöffnung der Pumpe bildet.

An die Abflussöffnung der Pumpkammer kann beispielsweise ein Abflusskanal angeschlossen sein, in dem die von der Pumpe herausgepumpte Flüssigkeit aufgenommen wird. Die Flussrichtung im Abflusskanal kann dabei im Wesentlichen senkrecht zur Pumprichtung in der Pumpkammer ausgerichtet sein, um einen besonders kompakten Aufbau der Pumpe und des daran angeschlossenen Abflusskanals zu gewährleisten.

Besonders einfach und damit vorteilhaft kann die Elektrodenvorrichtung durch zwei Elektrodenplatten gebildet sein, die einander gegenüberliegen.

Ein besonders kompakter Aufbau bei gleichzeitig hoher Pumpleistung lässt sich dabei bevorzugt dann erreichen, wenn die Elektrodenplatten gewölbt ausgeführt sind und sich mit ihren konkaven Flächen gegenüberliegen.

Die Elektrodenplatten können alternativ auch parallel angeordnet sein.

Eine besonders große Pumpwirkung wird bei der Pumpe vorteilhaft dann erreicht, wenn zumindest eine Elektrode der Elektrodenvorrichtung im Bereich der Abflussöffnung der Pumpkammer angeordnet ist.

Die im Bereich der Abflussöffnung angeordnete Elektrode kann dabei beispielsweise ringförmig ausgestaltet sein und die Abflussöffnung ringförmig umschließen.

Vorzugsweise ist eine der Elektroden der Elektrodenvorrichtung durch einen Elektrodenstab gebildet, der senkrecht zur Elektrodenfläche einer ihm zugeordneten Gegenelektrode angeordnet ist .

Zur Verstärkung der Pumpleistung der Pumpe kann diese vorteilhaft zumindest zwei Pumpkammern aufweisen, die mit ihrer Abflussöffnung jeweils mit demselben Abflusskanal in

Verbindung stehen. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Pumpe wird aufgrund einer „Parallelschaltung" von

Pumpkammern also eine besonders große Pumpleistung erreicht .

Darüber hinaus kann der Pumpdruck der Pumpe erhöht werden, indem die Pumpe mit zumindest zwei Pumpkammern ausgestattet wird, die in Pumprichtung nacheinander angeordnet sind. Aufgrund einer solchen „Reihenschaltung" von Pumpkammern lässt sich die Strömungsgeschwindigkeit der zu pumpenden Flüssigkeit unter Last vergrößern und damit der „Pumpdruck" der Pumpe erhöhen.

Wenn sowohl ein hoher Pumpdruck erreicht als auch eine große Flüssigkeitsmenge gepumpt werden soll, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Pumpe mit mehreren Pumpkammern ausgestattet ist, die matrixförmig angeordnet sind. Unter einer matrixförmigen Anordnung von Pumpkammern bzw. einer „Pumpmatrix" wird dabei verstanden, dass zumindest zwei Pumpkammern „parallel" und zumindest zwei Pumpkammern in „Reihe" angeordnet sind. Die Anordnung der Pumpkammern kann in einer oder mehreren Ebenen oder in einer Raumstruktur erfolgen.

Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Pumpen einer Flüssigkeit, bei dem ein elektrisches Wechselfeld gebildet und mit zumindest einem dielektrischen Element beeinflusst wird, wobei die zum Pumpen der Flüssigkeit erforderliche Pumpkraft mit Hilfe des elektrischen Wechselfeldes erzeugt wird.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise im Zusammenhang mit der eingangs erläuterten Wanderfeld-Pumpe vorbekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Pumpen einer Flüssigkeit anzugeben, bei dem eine besonders große Pumpleistung erreichbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mit dem dielektrischen Element das elektrische Wechselfeld derart beeinflusst wird, dass ein ortsfester und zeitunabhängiger Feldstärkegradient in der Pumpkammer entsteht .

Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Pumpe verwiesen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben. Bezüglich der Vorteile der verschiedenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Pumpe verwiesen.

Herausgestellt sei lediglich, dass das erfindungsgemäße Pumpverfahren vorteilhaft zum Befreien einer Flüssigkeit von störenden Objekten wie Teilchen, Bakterien, Viren, sonstigen Zellen, Gas- und/oder Luftbläschen eingesetzt werden kann. Hierzu wird die Frequenz des Wechselfeldes derart gewählt, dass die in der Flüssigkeit enthaltenen Objekte (bzw. Objektarten oder Objekttypen) eine der Pumpkraft entgegengesetzte Kraft („negative" dielektrophoretische kraft) erfahren. Somit werden diese Objekte nicht mit der Flüssigkeit mitgepumpt, sondern am Passieren der Pumpe gehindert

Zur Erläuterung der Erfindung zeigen:

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Pumpe, mit der sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen lässt,

Figur lb die Pumpe gemäß Figur la im Querschnitt , Fig. 2a u. 2b ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Pumpe,

Fig. 3a u. 3b ein drittes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Pumpe,

Fig. 4a u. 4b ein viertes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Pumpe,

Fig. 5a u. 5b ein fünftes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Pumpe,

Fig. 6a u. 6b ein sechstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Pumpe,

Fig. 7a u. 7b ein siebentes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Pumpe,

Fig. 8a u. 8b ein achtes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Pumpe und

Fig. 9a u. 9b ein neuntes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Pumpe,

Fig. 10a, 10b,

10c ein zehntes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Pumpe und

Figur 11 den spektralen Verlauf der Pumpgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Frequenz des elektrischen Wechselfeldes innerhalb der Pumpkammer bei der Pumpe gemäß den Figuren 10a bis 10c.

In der Figur la ist ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Pumpe 1 - beispielsweise eine Mikropumpe - mit Kammerwänden 5 gezeigt. Man erkennt eine Pumpkammer 10, in der eine elektrisch beispielsweise schwach leitende Flüssigkeit 20 mit einer Leitfähigkeit vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1 μS/m bis 10 S/m enthalten ist. Alternativ kann es sich bei der Flüssigkeit 20 auch um eine nichtleitende Flüssigkeit wie beispielsweise Alkohol handeln. Die

Pumpkammer 10 weist eine Zuflussöffnung 30 und eine

Abflussöffnung 40 auf. Durch die Zuflussöffnung 30 wird die schwach leitende Flüssigkeit 20 in die Pumpkammer 10 eingeführt; durch die Abflussöffnung 40 verlässt die Flüssigkeit 20 die Pumpkammer 10. An die Abflussöffnung 40 ist ein Abflusskanal 50 angeschlossen, durch den die aus der

Pumpkammer 10 herausgepumpte Flüssigkeit 20 zu einer weiteren Abflussöffnung 60 gelangt.

Die Pumpkammer 10 ist mit einer Elektrodenvorrichtung ausgestattet, die durch eine erste Elektrode 70 und eine zweite Elektrode 80 gebildet ist. Die beiden Elektroden 70 und 80 sind jeweils Elektrodenplatten, die parallel zueinander angeordnet sind und jeweils an den Kammerwänden 5 der Pumpkammer 10 anliegen.

In der Pumpkammer 10 ist darüber hinaus ein dielektrisches Element 90 in Form eines Steges angeordnet. Dieser Steg 90 weist einen Durchbruch bzw. eine Stegöffnung 100 auf, die einen gleichbleibenden Durchmesser hat. Der Steg 90 besteht aus einem festen Material mit dielektrischen Eigenschaften, die von den Eigenschaften der zu pumpenden Flüssigkeiten 20 abweichen. Vorzugsweise sind die Werte der Leitfähigkeit und der Permittivität des dielektrischen Steges 90 jeweils geringer als die entsprechenden Werte der schwach leitenden Flüssigkeit 20.

Die Pumpe gemäß der Figur la wird wie folgt betrieben. An die beiden Elektroden 70 und 80 wird ein elektrisches Wechselfeld mit einer vorgegebenen Frequenz angelegt. Vorzugsweise beträgt die Frequenz mindesten 200 Hz. Die obere Grenzfrequenz, die vom elektrischen Wechselfeld nicht überschritten werden sollte, ist abhängig von der elektrischen Leitfähigkeit der zu pumpenden Flüssigkeit 20.

Die obere Grenzfrequenz lässt sich beispielsweise in dem

Diagramm in der Figur 11 ablesen.

In diesem Diagramm ist die resultierende Pumpgeschwindigkeit in μm/s in Abhängigkeit von der Frequenz des elektrischen

Wechselfeldes dargestellt. Die Frequenz-Achse weist in dem

Diagramm gemäß der Figur 11 dabei eine logarithmische Einteilung auf. Aus dem Diagramm gemäß der Figur 11 lässt sich ablesen, dass die Pumpgeschwindigkeit bei niedrigen Frequenzen quasi konstant ist und erst ab Erreichen einer Grenzfrequenz deutlich abfällt. Die Grenzfrequenz ist dabei von der elektrischen Leitf higkeit der schwach leitenden Flüssigkeit 20 abhängig. Je höher die Leitfähigkeit der Flüssigkeit 20 ist, umso größere Grenzfrequenzen lassen sich erreichen.

Der Feldverlauf des an die beiden Elektroden 70 und 80 angelegten elektrischen Wechselfeldes ist durch Äquipotentiallinien 110 in der Figur la angedeutet. Die Äquipotentiallinien 110 stellen dabei den Potentialverlauf des elektrischen Wechselfeldes dar.

Man erkennt in der Figur la außerdem, dass das elektrische Wechselfeld einen ortsfesten und zeitunabhängigen Feldgradienten innerhalb der Pumpkammer 10 aufweist. Konkret steigt die Feldstärke in Richtung der Stegöffnung 100 und damit in Pumprichtung 120 stark an. Aufgrund dieses Feldgradienten bzw. aufgrund des Ansteigens der Feldstärke in Richtung der Stegöffnung 100 kommt es zu einer ortsabhängigen Verteilung der Temperatur in der Flüssigkeit 20 innerhalb der Pumpkammer 10. Dies liegt konkret daran, dass die Flüssigkeit 20 schwach leitend ist und somit dem elektrischen Wechselfeld Energie entzieht. Durch diese Energieabsorption kommt es zu einer Erwärmung der Flüssigkeit 20, wobei die Erwärmung aufgrund des Feldgradienten innerhalb der Pumpkammer 10 ortsabhängig ist.

Die Temperatur der Flüssigkeit 20 steigt dabei in

Pumprichtung 120 deutlich an.

Aufgrund der lokalen Temperaturverteilung innerhalb der Flüssigkeit 20 der Pumpkammer 10 kommt es zu einer ortsabhängigen Polarisierung der Flüssigkeit 20 und somit zu einer Ortsabhängigkeit der dielektrischen Eigenschaften der Flüssigkeit 20. Die lokale Polarisationsverteilung innerhalb der Flüssigkeit 20 wechselwirkt sich nun mit dem ortsfesten und zeitunabhängigen Feldgradienten des elektrischen Wechselfeldes, so dass die Flüssigkeit 20 in Pumprichtung 120 und damit in Richtung der Stegöffnung 100 und der Abflussöffnung 40 gepumpt wird. Die durch die Stegöffnung 100 und damit durch die Abflussöffnung 40 gepumpte Flüssigkeitsmenge gelangt in den Abflusskanal 50 und von dort zu der weiteren Abflussöffnung 60, wo sie die Pumpe 1 gemäß der Figur la verlässt .

Wie sich in der Figur la darüber hinaus erkennen lässt, ist aufgrund der Anordnung der zweiten Elektrode 20 unterhalb des Abflusskanals 50 ebenfalls ein elektrisches Wechselfeld im Abflusskanal 50 angeordnet. Der Feldverlauf dieses elektrischen Wechselfeldes weist ebenfalls einen Feldgradienten auf, der in Richtung zur Stegöffnung 100 orientiert ist. Aufgrund dieser Feldverteilung des elektrischen Wechselfeldes im Abflusskanal 50 kommt es zu einer gewissen Pumpkraft, die der Pumprichtung 120 entgegensteht; konkret wird sozusagen Flüssigkeit 20 vom Abflusskanal 50 in Richtung Steg 100 zurückgepumpt.

Da jedoch der Abstand der ersten Elektrode 70 zu dem dielektrischen Steg 90 größer ist als der Abstand zwischen der zweiten Elektrode 80 und dem dielektrischen Steg 90, ist der Feldgradient in der Pumpkammer 10 in Richtung Stegöffnung größer als der Feldgradient des elektrischen Wechselfeldes im Abflusskanal 50 in Richtung zur Stegöffnung 100, so dass die Pumpwirkung entlang der Pumprichtung 120 insgesamt überwiegt und die Flüssigkeit 20 von der

Pumpkammer 10 in Richtung zum Abflusskanal 50 gepumpt wird.

Wäre - was hier nicht der Fall ist - der Abstand zwischen der einen Elektrode 70 und dem Steg 90 genauso groß wie der

Abstand zwischen der zweiten Elektrode 80 und dem Steg 90, so würde bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur la keine resultierende Pumpwirkung entstehen, so dass die Pumpe insgesamt nicht funktionieren würde.

In der Figur lb ist ein Querschnitt der Pumpe gemäß der Figur la entlang dem Schnitt AA dargestellt. Man erkennt die beiden Elektroden 70 und 80, zwischen denen die Pumpkammer 10, der dielektrische Steg 90 und der Abflusskanal 50 angeordnet sind.

Die Pumpwirkung bei der Pumpkammer gemäß den Figuren la und lb kann darüber hinaus erhöht und/oder in der Pumprichtung verändert werden, wenn sich in der Flüssigkeit 20 zusätzliche Partikel oder Zellen (Objekte) befinden, auf die eine dielektrophoretische Kraft ausgeübt wird und die sich deshalb entlang des Feldgradienten innerhalb der Pumpkammer bewegen und zusätzlich die Flüssigkeit 20 mitreißen.

Darüber hinaus kann die Pumpwirkung innerhalb der Pumpkammer 10 erhöht werden, wenn an bzw. in der Pumpkammer Heiz- oder Kühlelemente angeordnet werden, mit denen die von dem Feldstärkegradienten hervorgerufene lokale

Temperaturverteilung innerhalb der Pumpkammer 10 noch verstärkt wird; denn die Pumpwirkung der Pumpkammer 10 gemäß den Figuren la und lb basiert - wie oben bereits ausgeführt - darauf, dass es zu einem ortsabhängigen Temperaturverlauf innerhalb der Pumpkammer kommt, der zu inhomogenen dielektrischen Eigenschaften der Flüssigkeit 20 führt und Raumladungen induziert, die in Wechselwirkung mit dem elektrischen Wechselfeld treten und eine Pumpkraft auf die Flüssigkeit 20 ausüben. In den Figuren 2a und 2b ist ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Pumpe gezeigt. Man erkennt in der Figur 2a, dass das dielektrische Element 90 eine Öffnung 100 aufweist, die keilförmig ausgebildet ist. Der keilförmige Verlauf der Öffnung 100 ist dabei geradlinig keilförmig ausgeführt.

Aufgrund des keilförmigen Feldverlaufs des dielektrischen Steges 90 kommt es zu einem ebenfalls keilförmigen Feldverlauf des elektrischen Wechselfeldes. Der Feldgradient des elektrischen Wechselfeldes ist ortsfest und zeitunabhängig und steigt in Pumprichtung 120 und damit in Richtung zur Stegöffnung 100 an.

Das in der Figur 2a untere Ende der Stegöffnung 100 bildet dabei die Abflussöffnung 40 der Pumpkammer 10. An diese Abflussöffnung 40 schließt sich der Abflusskanal 50 an, der mit der weiteren Abflussöffnung 60 der Pumpe 1 in Verbindung steht .

Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 2a kommt es in dem Abflusskanal 50 zu einem (unerwünschten) Feldgradienten in Richtung zur Stegöffnung 100 und damit zu einer Pumpwirkung, die der Pumprichtung 120 der Pumpkammer 10 entgegensteht. Aufgrund des keilförmigen Verlaufs der Stegöffnung 100 des dielektrischen Elements 90 gibt es jedoch eine Vorzugsrichtung, so dass die Flüssigkeit 20 im Ergebnis entlang der Pumprichtung 120 gepumpt wird.

In der Figur 2b erkennt man die Pumpe gemäß der Figur 2a im Querschnitt entlang dem Schnitt AA. Man erkennt in der Figur 2b die Pumpkammer 10, das dielektrische Element 90 sowie den Abflusskanal 50.

In den Figuren 3a und 3b ist ein drittes Ausführungsbeispiel für eine Pumpe gezeigt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der dielektrische Steg 90 mit einer keilförmigen Stegöffnung 100 versehen, die die Abflussöffnung 40 der

Pumpkammer 10 bildet. An die Stegöffnung 40 schließt sich wiederum ein Abflusskanal 50 an, durch den die aus der

Pumpkammer 10 durch die Stegöffnung 100 entlang der Pumprichtung 120 herausgepumpte Flüssigkeit zur weiteren

Abflussöffnung 60 gelangt.

Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 2a ist die weitere Elektrode 80 jedoch nicht durch eine Elektrodenplatte gebildet, die zu der ersten Elektrodenplatte 70 parallel liegt. Vielmehr handelt es sich bei der zweiten Elektrodenplatte 80 um eine Elektrodenstange oder eine Elektrodenplatte, die zu der ersten Elektrodenplatte 70 vorzugsweise senkrecht steht.

Aufgrund der Ausgestaltung der beiden Elektroden 70 und 80 sowie aufgrund der Ausgestaltung des dielektrischen Elements 90 kommt es zu einem ortsfesten und zeitunabhängigen Feldgradienten innerhalb der Pumpkammer 10 mit einem in Pumprichtung 120 ansteigenden Feldgradienten, wodurch sich ein in Richtung zur Stegöffnung 100 ansteigender Temperaturverlauf bildet. Aufgrund des ansteigenden Temperaturverlaufs kommt es zu einer ansteigenden Polarisation in Richtung Stegöffnung 100, die sich mit dem in Richtung Stegöffnung 100 ansteigenden elektrischen Wechselfeld überlagert und somit zur Pumpkraft führt. Durch diese Pumpkraft wird die Flüssigkeit 20 durch die Stegöffnung 100 in den Abflusskanal 50 und damit zur weiteren Abflussöffnung 60 gepumpt.

Aufgrund der Ausgestaltung der zweiten Elektrode 80 kommt es bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 3a innerhalb des Abflusskanals 50 zu keinem Feldgradienten, durch den ein der Pumprichtung 120 entgegenwirkender Pumpeffekt im Abflusskanal 50 gebildet werden könnte. Somit ist die Pumpwirkung bei der Elektrodenanordnung gemäß der Figur 3a größer als beispielsweise bei der Elektrodenanordnung gemäß der Figur 2a.

In der Figur 3b ist ein Querschnitt durch die Pumpe gemäß der Figur 3a gezeigt. Man erkennt den Abflusskanal 50 mit der zweiten Elektrode 80, die durch eine Art Wulst auf dem Kammerboden der Pumpe gebildet ist.

In den Figuren 4a und 4b ist ein viertes Ausführungsbeispiel für eine Pumpe gezeigt. Man erkennt die Kammerwände 5 der Pumpe 1, eine erste plattenfδrmige Elektrode 70 sowie eine quasi „punktfδrmige" zweite Elektrode 80, die der ersten Elektrode 70 gegenüberliegt. Die Pumpe weist eine Zuflussöffnung 30 auf, die der Abflussöffnung 40 gegenüberliegt. Ein Abflusskanal, wie er bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 bis 3 vorhanden war, fehlt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 4a und 4b.

Die Pumpe 1 weist ein dielektrisches Element 90 auf, das durch zwei in der Draufsicht gemäß der Figur 4a dreieckförmige Teile 90' und 90'' gebildet ist. Aufgrund der - in der Draufsicht - dreieckförmigen Formgestaltung der beiden Teile 90' und 90'' des dielektrischen Elements 90 weist die Pumpkammer 10 einen in der Draufsicht trichterförmigen Verlauf auf, der zur Abflussöffnung 40 hin mündet .

Aufgrund der - in der Draufsicht - dreieckförmigen Ausgestaltung der beiden Teile 90' und 90'' des dielektrischen Elements 90 kommt es außerdem zu einem Feldgradienten des elektrischen Wechselfeldes in Pumprichtung 120. Dieser Feldgradient in Pumprichtung 120 führt zur Pumpwirkung innerhalb der Pumpkammer 10 und zu einem Pumpen der Flüssigkeit 20 von der Zuflussöffnung 30 zur Abflussöffnung 40 der Pumpkammer 10. In der Figur 4b ist die Pumpkammer gemäß der Figur 4a entlang des Schnittes AA gezeigt . Man erkennt in der Figur 4a, dass die beiden Elektroden 70 und 80 durch wulstförmige Elemente gebildet sind, die an einer der Kammerwände 5 der Pumpe 1 befestigt bzw. angeordnet sind.

In den Figuren 5a und 5b ist ein fünftes Ausführungsbeispiel für eine Pumpe 1 gezeigt. Die Pumpe 1 weist zwei Pumpkammern 10' und 10'' auf, die jeweils mit einer Zuflussöff ung 30' bzw. 30'' ausgestattet sind. Die beiden Pumpkammern 10' und 10'' teilen sich eine gemeinsame Abflussδffnung 40, durch die sie die Flüssigkeit 20 jeweils aus ihrer Kammer herauspumpen.

Die zum Pumpen entlang der beiden Pumprichtungen 120' bzw. 120'' erforderliche Pumpkraft wird durch ein elektrisches Wechselfeld erzeugt, das durch eine erste Elektrode 70 und eine zweite Elektrode 80 hervorgerufen wird. Die beiden Elektroden 70 und 80 sind durch zwei gewölbte Elektrodenplatten gebildet, die sich mit ihren konkaven Flächen gegenüberliegen.

Zur Erzeugung eines ortfesten und zeitunabhängigen Feldgradienten in Pumprichtung ist die Pumpe 1 mit zwei dielektrischen Elementen 90' und 90'' ausgestattet, die in der in der Figur 5a gezeigten Draufsicht jeweils eine halbkreisförmige Form haben. Aufgrund der beiden dielektrischen Elemente 90' und 90'' kommt es in jeder der beiden Pumpkammern 10' und 10'' zu einem Feldgradienten entlang der Pumprichtung 120' bzw. 120'', durch die die Flüssigkeit 20 in Richtung der Abflussöffnung 40 aus den beiden Pumpkammern herausgepumpt wird.

In der Figur 5b ist die Pumpkammer gemäß der Figur 5a in einem Querschnitt entlang der Schnittlinie AA dargestellt.

Man erkennt die obere Zuflussöffnung 30a, die Abflussöffnung 40, das dielektrische Element 90'' sowie die beiden Pumpkammern 10' und 10' ' .

In den Figuren 6a und 6b ist ein sechstes Ausführungsbeispiel für eine Pumpe 1 dargestellt. Das sechste Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem fünften Ausführungsbeispiel in der Ausgestaltung der Elektrodenvorrichtung und der dielektrischen Elemente . So weist das sechste Ausführungsbeispiel zusätzlich zu den beiden konkav gewölbten, gegenüberliegenden Elektroden 70 und 80 eine dritte Elektrode 200 auf, die in der Mitte eines Abflusskanals 50 angeordnet ist. Beiderseits des Abflusskanals 50 sind dielektrische Elemente 90', 90 ' ' , 91' und 91' ' angeordnet, die in der Draufsicht viertelkreisförmig sind.

Durch den Abflusskanal 50 werden zwei Pumpkammern 10' und 10'' gebildet, die mit ihrer jeweiligen Abflussöffnung 40' bzw. 40' ' jeweils an den Abflusskanal 50 angeschlossen sind.

Zum Betreiben der Pumpe 1 werden die beiden Elektroden 70 und 80 parallel geschaltet und somit mit demselben Potential beaufschlagt. Die Gegenelektrode zu den beiden Elektroden 70 und 80 bildet somit die dritte Elektrode 200.

Aufgrund der Ausgestaltung der drei Elektroden 70, 80 und 200 sowie aufgrund der Ausgestaltung der vier viertelkreisförmigen dielektrischen Elemente 90', 90'', 91' und 91' ' kommt es in jeder der beiden Pumpkammern 10' und 10' ' zu einem Feldgradienten des elektrischen Wechselfeldes in Richtung zur jeweiligen Abflussöffnung 40' bzw. 40'' und somit zu einem Pumpeffekt, durch den die Flüssigkeit 20 von den beiden Zuflussöffnungen 30' und 30'' zu dem Abflusskanal 50 und damit zur Abflussöffnung 60 der Pumpe 1 gelangt.

In der Figur 6b ist die Pumpe gemäß der Figur 6a nochmals in einem Schnitt entlang der Schnittlinie AA gezeigt. Man erkennt die obere Zuflussöffnung 30', die obere Pumpkammer 10', das viertelkreisförmige dielektrische Element 90', den Abflusskanal 50 mit der dritten Elektrode 200, das viertelkreisförmige dielektrische Element 91'' sowie die untere Pumpkammer 10'' der Pumpe 1. Darüber hinaus sind die Kammerwände 5 der Pumpkammer 1 erkennbar.

In den Figuren 7a und 7b ist ein siebentes Ausführungsbeispiel für eine Pumpe gezeigt. Man erkennt eine obere Pumpkammer 10' mit dielektrischen Elementen 90' und 90'', die eine keilförmige Abflussöffnung 40' der Pumpkammer 10' bilden. Darüber hinaus erkennt man eine untere Pumpkammer 10'' mit dielektrischen Elementen 91' und 91'', die eine Abflussöffnung 40'' bilden. Die beiden Abflussöffnungen 40' und 40'' stehen mit einem Abflusskanal 50 in Verbindung, der eine weitere Abflussöffnung 60 aufweist .

Die Pumpe gemäß der Figur 7a ist mit einer planen Elektrodenplatte 70 ausgestattet, der eine zweite plane Elektrodenplatte 80 gegenüberliegt. Zwischen den beiden Elektrodenplatten 70 und 80 ist eine dritte Elektrodenplatte 200 angeordnet, die sich in der Mitte des Abflusskanals 50 befindet .

Zur Ansteuerung der Pumpe gemäß der Figur 7a werden die beiden Elektroden 70 und 80 parallel geschaltet und mit demselben Potential beaufschlagt. Die Gegenelektrode wird von der dritten Elektrode 200 gebildet, die mit einem derartigen Potential beaufschlagt wird, dass sich ein elektrisches Wechselfeld zwischen der ersten Elektrode 70 und der dritten Elektrode 200 und ein Wechselfeld zwischen der zweiten Elektrode 80 und der dritten Elektrode 200 ausbildet .

Aufgrund der Ausgestaltung der vier dielektrischen Elemente 90', 90'', 91' und 91'' kommt es zu einem Feldgradienten des elektrischen Wechselfeldes, der - bezogen auf die obere

Pumpkammer 10' - entlang der Pumprichtung 120 und - bezogen auf die untere Pumpkammer 10 ' ' - entlang der Pumprichtung

120' orientiert ist. Diese Feldgradienten rufen einen

Pumpeffekt dergestalt hervor, dass die Flüssigkeit 20 aus den beiden Pumpkammern 10' und 10'' in Richtung zu ihren beiden Abflussöffnungen 40' und 40'' gepumpt wird und somit zu dem Abflusskanal 50 und zu der weiteren Abflussöffnung 60 gelangt .

Zum Einleiten der Flüssigkeit 20 in die beiden Pumpkammern 10' und 10'' weisen die beide Pumpkammern jeweils eine Zuflussöffnung 30' und 30'' auf.

In der Figur 7b ist die Pumpkammer gemäß Figur 7a nochmals im Schnitt entlang der Linie AA gezeigt. Man erkennt in der Figur 7b die zweite Elektrode 80, die untere Pumpkammer 10'', das dielektrische Element 91', den Abflusskanal 50, die dritte Elektrode 200, das dielektrische Element 90', die obere Pumpkammer 10' sowie die erste Elektrode 70. Darüber hinaus sind in der Figur 7b die Kammerwände 5 der Pumpe 1 dargestellt .

In den Figuren 8a und 8b ist ein achtes Ausführungsbeispiel für eine Pumpe dargestellt. Man erkennt zwei Pumpkammern 10' und 10'', die „parallel" geschaltet sind. Beide Pumpkammern 10' und 10'' pumpen die an der Zuflussöffnung 30 in die beiden Pumpkammern 10' und 10'' eintretende Flüssigkeit 20 in Richtung zum ihren jeweiligen Abflussöffnungen 40' bzw. 40'' und damit in den an die beiden Abflussöffnungen 40' und 40'' angeschlossenen Abflusskanal 50. Von dem Abflusskanal 50 gelangt die Flüssigkeit 20 dann zu der weiteren Abflussöffnung 60, durch den die Flüssigkeit aus der Pumpe 1 heraustritt .

Die Pumpe 1 ist mit dielektrischen Elementen 90', 90'' und 90''' ausgestattet, die für die beiden Abflussöffnungen 40' und 40'' jeweils eine keilförmige Abflussöffnung bilden. Aufgrund der Ausgestaltung der drei dielektrischen Elemente 90', 90'' und 90''' bildet sich ein Feldverlauf des elektrischen Wechselfeldes innerhalb der beiden Pumpkammern 10' und 10'', der in Pumprichtung 120' bzw. 120'' ausgerichtet ist.

Wie sich in der Figur 8a erkennen lässt, ist ein nicht unerheblicher Teil des elektrischen Wechselfeldes im Abflusskanal 50 ausgebildet, so dass es ebenfalls zu einer „rückwärts gerichteten" Pumpkraft kommt. Aufgrund der Dimensionierung des Abflusskanals 50 ist diese entgegen der Pumprichtung 120' bzw. 120'' gerichtete Pumpkraft jedoch kleiner als die beiden Pumpkräfte der beiden Pumpkammern 10' und 10'', so dass bei der Pumpe gemäß der Figur 8a die Flüssigkeit von der Zuflussöffnung 30 in Richtung der beiden Abflussöffnungen 40' und 40'' und von dort zu der weiteren Abflussöffnung 60 gepumpt wird.

In der Figur 8b ist die Pumpe gemäß der Figur 8a im Querschnitt dargestellt. Man erkennt den Abflusskanal 50 sowie das mittlere dielektrische Element 90'', das an die beiden Pumpkammern 10' und 10'' angrenzt.

In den Figuren 9a und 9b ist ein neuntes Ausführungsbeispiel für eine Pumpe 1 dargestellt . Man erkennt eine obere Pumpkammer 10', die mit einer unteren Pumpkammer 10'' in „Reihe" geschaltet ist. Die durch die Zuflussöffnung 30 der Pumpe 1 in die obere Pumpkammer 10' gepumpte Flüssigkeit gelangt von der oberen Pumpkammer 10' durch die Abflussöffnung 40' der oberen Pumpkammer 10' zu der unteren Pumpkammer 10''; von dort wird die Flüssigkeit zur Abflussöffnung 40'' der unteren Pumpkammer 10'' gepumpt. Die Abflussöffnung 40'' bildet gleichzeitig die Abströmδffnung der Pumpkammer 1. Die Pumpkammer 10' weist zum Erzeugen des elektrischen

Wechselfeldes Elektroden 70 und 80 auf. Die Elektrode 80 gehört gleichzeitig zur zweiten Pumpkammer 10'' und arbeitet zusätzlich mit der dritten Elektrode 200 der unteren Pumpkammer 10'' zusammen.

Bezüglich der Funktionsweise der beiden Pumpkammern 10' und 10'' wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Erwähnt sei ergänzend, dass sich die Pumpkräfte der beiden Pumpkammern 10' und 10'' addieren, so dass eine große, in Pumprichtung 120' bzw. 120'' orientierte Pumpwirkung an der durch die Abflussöffnung 40'' gebildeten Abströmöffnung der Pumpe 1 erreicht wird. Die Ansteuerung der Elektroden 70, 80 und 200 erfolgt beispielsweise derart, dass die beiden Elektroden 70 und 200 auf demselben Potential - beispielsweise OV - und die Elektrode 80 auf einem davon verschiedenen Potential - z.B. +33V - liegen.

In der Figur 9b ist das neunte Ausführungsbeispiel noch einmal im Querschnitt gezeigt. Man erkennt die erste Elektrode 70, die obere Pumpkammer 10', das dielektrische Element 90' der oberen Pumpkammer 10', die Elektrode 80 sowie die untere Pumpkammer 10', vor deren Abflussöffnung 40'' die dritte Elektrode 200 angeordnet ist.

In den Figuren 10a bis 10c ist ein zehntes Ausführungsbeispiel für eine Pumpe gezeigt. Diese Pumpe weist zwei Pumpkammern 10' und 10'' auf, deren Pumprichtungen durch die Pfeile 120' und 120'' dargestellt sind.

In der Figur 10a (Draufsicht) sind die elektrischen Feldlinien des innerhalb der Pumpe herrschenden, elektrischen Wechselfeldes sowie die Äquipotentiallinien 110 dargestellt. Die Äquipotentiallinien 110 sind für U = 1 V dargestellt. Die elektrische Feldstärke ist in einer Vektordarstellung mit Vektorpfeilen E gekennzeichnet . An der in der Figur 10a oberen Elektrode 70 liegt ein Potential von 33 V an. An der unteren Elektrode 80 liegt eine Spannung von 0 V an. Der Feldverlauf wurde mit einem Simulationsprogramm simuliert.

Wie sich in der Figur 10a erkennen lässt, wird die Flüssigkeit 20 (vorliegend Wasser) im Kreis gepumpt. Konkret wird die Flüssigkeit 20 entlang der Pfeilrichtung 120' von der rechten Pumpkammer 10' nach unten gepumpt, von wo die Flüssigkeit dann zu der linken Pumpkammer 10 ' ' gelangt. Die linke 10'' pumpt die Flüssigkeit 20 wiederum nach oben entlang der Pfeilrichtung 120'' und damit zur rechten Pumpkammer 10' .

Die Figur 10b zeigt die Pumpe gemäß der Figur 10a in der Draufsicht; die Figur 10c zeigt die Pumpe in der Seitenansicht. Die Längenangaben sind jeweils in Mikrometer.

Insbesondere in der Figur 10c lassen sich zwei Füllstutzen 300 erkennen, mit denen die Flüssigkeit 20 in die beiden Pumpkammern 10' und 10'' eingefüllt werden kann. Darüber hinaus ist in der Figur 10c ein Koaxialleiter 310 gezeigt, mit dem das elektrisches Wechselfeld an die Pumpe angelegt werden kann. Zur Abdeckung der Pumpe ist in der Figur 10c ein Abdeckglas 320 erkennbar, das die Pumpe nach oben hin abschließt. Angeordnet ist die Pumpe 1 beispielsweise auf einer Glasplatte, einem Siliziumwafer oder einem Polymerwafer als Basisplatte, auf dem Glasschichten als Kammerwandmaterial und dielektrische Stegelemente aufgebracht sind.

Als Elektrodenanschlussmaterial für den Anschluss des Koaxialleiters 310 an die Pumpe 1 kann beispielsweise ein Platindraht mit einem Durchmesser von 0,2 mm eingesetzt werden. Die Pumpe 1 gemäß den Figuren 10a bis 10c bildet einen elektrischen Kondensator mit einer Kapazität von ca. 190 nF . Zum Betrieb der Pumpe sind WechselSpannungen mit einer Frequenz zwischen 1 Hz bis 52 MHz besonders geeignet .

Das Pumpverhalten der Pumpe gemäß den Figuren 10a bis 10c entspricht dem Diagramm gemäß der Figur 11, das bereits oben im Detail erläutert worden war. In dem Diagramm gemäß der Figur 11 sind die Geschwindigkeiten von Flüssigkeiten (Lösungen) mit verschiedenen Leitfähigkeiten in Abhängigkeit von der Frequenz des angelegten Wechselfeldes bei einer WechselSpannung von 33 V aufgetragen. Gemessen wurde die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit 20 dabei stets im engsten Bereich der trichterförmigen Öffnungen 40' bzw. 40' ' .

Als Kammerwandmaterial kann bei den im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 10 erläuterten Pumpen beispielsweise Glass eingesetzt werden. Glas ist kann darüber hinaus auch als Material für die dielektrischen Elemente geeignet.

Bei den Pumpen gemäß den Figuren 1 bis 10 kann die Pumprichtung u. U. "umgedreht" werden, indem die Frequenz des angelegten Wechselfelds verändert wird. Bei den im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 10 beschriebenen Pumpen kann also jeweils auch eine Pumprichtung eingestellt werden, die der bzw. den in den Figuren eingezeichneten Pumprichtungen 120, 120' bzw. 120'' entgegengesetzt ist. Die im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 10 erläuterte Pumprichtung ist daher nur beispielhaft zu verstehen. Die Pumprichtung ist abhängig von den Materialparametern der jeweiligen Flüssigkeit und von der Frequenz des angelegten Wechselfelds .

***** Bezugszeichenliste

1 Pumpe 5 Kammerwände der Pumpe

10, 10', 10'' Pumpkammer

20 Flüssigkeit

30, 30', 30'' Zuflussöffnung

40, 40', 40'' Abflussöffnung

50 Abflusskanal

60 Weitere Abflussöffnung

70 Erste Elektrode

80 Zweite Elektrode

90 Dielektrisches Element

100 Durchbruch bzw. Stegöffnung

110 Äquipotentiallinien des elektrischen Wechselfeldes

120 Pumprichtung

200 Elektrode

300 Füllstutzen

310 Koaxialleiter

320 Deckglas

Claims

Patentansprüche

1. Pumpe (1) mit mindestens einer Pumpkammer (10, 10', 10' ') zum Pumpen einer Flüssigkeit (20), mit einer Elektrodenvorrichtung (70, 80, 200) zum Erzeugen eines elektrischen Wechselfeldes (110) und mit zumindest einem dielektrischen Element (90, 90', 90 ' ' , 91 ' , 91'') zum Beeinflussen des Feldverlaufs des elektrischen Wechselfeldes, wobei die zum Pumpen der Flüssigkeit (20) erforderliche Pumpkraft vom elektrischen Wechselfeld erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Element (90, 90', 90 ' ' , 91 ' , 91") derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass - das elektrische Wechselfeld (110) einen ortsfesten und zeitunabhängigen Feldgradienten innerhalb der Pumpkammer (10, 10', 10¹') in Pumprichtung (120, 120 ' , 120 ' ' ) aufweist.

2. Pumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Element (90, 90', 90 '',91', 91 ' ' ) derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass die Feldstärke des elektrischen Wechselfelds (110) in Pumprichtung (120, 120', 120'') ansteigt.

3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Element (90, 90', 90' ',91', 91'') derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass die Feldstärke des elektrischen Wechselfelds in Pumprichtung (120, 120', 120'') abfällt.

4. Pumpe nach Anspruch 1 , 2 , 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Pumpkammer (10, 10', 10' ') zumindest eine Abfluss- (40, 40 40") und zumindest eine Zuflussöffnung (30, 30 30 ' ' ) aufweist.

Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Element und/oder die Elektrodenvorrichtung derart angeordnet und ausgestaltet sind, dass der Feldverlauf des elektrischen Wechselfeldes (110) und/oder der Strömungsverlauf der Flüssigkeit (20) im Bereich zwischen der Zuflussöffnung (30) und der Abflussöffnung (40) keilförmig ist.

6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der keilförmige Feldverlauf (110) und/oder der keilförmige Strömungsverlauf der Flüssigkeit (20) gradlinig keilförmig oder gekrümmt keilförmig ausgebildet ist.

7. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Wechselfeld (110) einen sinus- oder rechteckförmigen Zeitverlauf aufweist und/oder kontinuierlich oder gepulst generiert ist .

8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein wesentlicher spektraler Energieanteil des elektrischen Wechselfeldes - vorzugsweise zumindest 50 % der Energie des Wechselfeldes - oberhalb der Dispersionsfrequenz der elektrischen Doppelschichtphänomene der Flüssigkeit, vorzugsweise oberhalb von 200 Hz, liegt.

Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumprichtung (120, 120', 120' ') durch Wahl der Frequenz des Wechselfeldes eingestellt ist.

10. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Heizelemente, insbesondere Heizdrähte, Wärmestrahler oder elektronische Bauelemente, vorhanden sind, mit denen eine örtlich ungleichmäßige Erwärmung der zu pumpenden Flüssigkeit bewirkt wird.

11. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes eine elektrische Resonanzfrequenz der Pumpe ist.

12. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Element in Form eines oder mehrerer Stege ausgeführt ist, die jeweils mindestens einen Durchbruch aufweisen, der die Abflussöffnung bildet.

13. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Abflussöffnung der Pumpkammer ein Abflusskanal (50) angeschlossen ist.

14. Pumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussrichtung im Abflusskanal (50) im wesentlichen senkrecht zur Pumprichtung in der Pumpkammer ausgerichtet ist.

15. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenvorrichtung zwei Elektrodenplatten aufweist, die einander gegenüberliegen.

16. Pumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenplatten (70, 80) gewölbt ausgeführt sind und sich mit ihren konkaven Flächen gegenüberliegen.

17. Pumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenplatten (70, 80) im wesentlichen parallel sind.

18. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Elektrode der Elektrodenvorrichtung im Bereich der Abflussöffnung der Pumpkammer angeordnet ist.

19. Pumpe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Elektrode die Abflussδffnung ringförmig umschließt .

20. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden der Elektrodenvorrichtung durch einen Elektrodenstab gebildet ist, der senkrecht zur Elektrodenfläche einer ihm zugeordneten Gegenelektrode angeordnet ist.

21. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe zumindest zwei Pumpkammern (10', 10'') aufweist, deren Abflussöffnungen (40', 40") jeweils mit demselben Abflusskanal (50) in Verbindung stehen.

22. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe zumindest zwei Pumpkammern (10', 10") aufweist, die in Pumprichtung nacheinander angeordnet sind.

23. Pumpe nach Anspruch einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe mit mehreren Pumpkammern ausgestattet ist, die matrixförmig angeordnet sind.

24. Verfahren zum Pumpen einer Flüssigkeit, bei dem ein elektrisches Wechselfeld gebildet und mit zumindest einem dielektrischen Element beeinflusst wird, wobei die zum Pumpen der Flüssigkeit erforderliche Pumpkraft mit Hilfe des elektrischen Wechselfeldes erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem dielektrischen Element das elektrische Wechselfeld derart beeinflusst wird, dass ein ortsfester und zeitunabhängiger Feldstärkegradient in der Pumpkammer entsteht .

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Wechselfeld einen sinus- oder rechteckförmigen Zeitverlauf aufweist.

26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisches Wechselfeld kontinuierlich oder gepulst generiert wird.

27. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumprichtung in oder entgegen des Feldstärkegradienten durch Wahl der Frequenz des Wechselfeldes eingestellt wird.

28. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Wechselfeldes unter Berücksichtigung der Leitfähigkeit der zu pumpenden Flüssigkeit gewählt wird.

29. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass mit mindestens einem zusätzlichen Heizelement, insbesondere einem Heizdraht, einem Wärmestrahler oder einem elektronische Bauelement, eine örtlich ungleichmäßige Erwärmung der zu pumpenden Flüssigkeit bewirkt wird.

0. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Wechselfeldes derart gewählt wird, dass in der Flüssigkeit (20) enthaltene Objekte einer zu der auf die Flüssigkeit (20) wirkenden Pumpkraft entgegengesetzten Kraft ausgesetzt werden.