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Die Erfindung betrifft ein System zur automatischen Herstellung eines Nahrungsmittels.
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Lebensmitteldrucker basieren heute meist auf der sogenannten Fused-Deposition-Modelling-Technik, bei dem Extrusion genutzt wird, um ein Lebensmittel anzurichten. Bei dieser Technik ist es erforderlich, dass die zu druckenden Lebensmittel extrudierbar sind und eine geeignete Textur aufweisen, um dreidimensionale Objekte erstellen zu können. Nur eine geringe Anzahl von Lebensmitteln (wie z.B. Schokolade) verfügt natürlicherweise über derartige Eigenschaften. Eine Möglichkeit Lebensmittel druckbar zu machen ist es, komplexe Mischungen herzustellen (z.B. Obst- oder Gemüsepürees oder Getreidebasierte Mischungen), so dass die Mischungen durch geschicktes Mischen über eine geeignete Textur verfügen. Eine andere Möglichkeit ist es, die Textur und Viskosität von flüssigen oder pastösen Lebensmitteln mit Hilfe von Zusatzstoffen zu verändern. Problematisch dabei ist, dass die Herstellung solcher Mischungen arbeits- und zeitaufwändig ist. Eine manuell erstellte Mischung kann in Kartuschen abgefüllt und anschließend gedruckt werden. Einmal abgefüllt kann der Inhalt der Kartuschen kaum noch verändert werden (z.B. durch Beimischen neuer Zutaten).
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Insgesamt ist es somit für einen Nutzer aufwändig und komplex, Mischungen herzustellen, die über eine geeignete Viskosität verfügen und die für den Lebensmitteldruck geeignet sind. Desweiteren ist eine Anpassung von Mischungen an persönliche Anforderungen schwierig. Die Herstellung von unterschiedlichen Lebensmitteln bzw. Nahrungsmitteln mit einem Nahrungsmitteldrucker ist daher heute sehr aufwändig.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein Verfahren und ein entsprechendes System bereitzustellen, die es einem Nutzer ermöglichen, mit geringem Aufwand eine Vielzahl von unterschiedlichen Nahrungsmitteln zuzubereiten. Dabei soll eine einfache Anpassung der erstellten Lebensmittel an persönliche Präferenzen bzw. Bedürfnisse (z.B. an persönliche Ernährungsanforderungen) ermöglicht werden.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind u.a. in den abhängigen Patentansprüchen oder nachfolgender Beschreibung beschrieben oder in den Figuren der beigefügten Zeichnung dargestellt.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren in einem System zur Herstellung eines Nahrungsmittels beschrieben. Insbesondere kann das Verfahren durch das in diesem Dokument beschriebene System bzw. durch einen Nahrungsmitteldrucker ausgeführt werden. Das Verfahren umfasst das Ermitteln eines Rezeptes für die Herstellung eines ersten Nahrungsmittels. Das Rezept kann z.B. aus einer Rezept-Datenbank ausgewählt werden. Zu diesem Zweck kann einem Nutzer des Systems eine Auswahl von Rezepten angezeigt werden (z.B. auf einem Bildschirm des Systems), und der Nutzer kann aus der Liste von angezeigten Rezepten ein Rezept auswählen. Das Rezept kann insbesondere einen ersten Kapsel-Typ aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Kapsel-Typen für die Herstellung des ersten Nahrungsmittels anzeigen. Mit anderen Worten kann das Rezept anzeigen, welcher Kapsel-Typ für die Herstellung des ersten Nahrungsmittels erforderlich ist. Es können dabei unterschiedliche Kapsel-Typen mit unterschiedlichen Mischungen von Zusatzstoffen bereitgestellt werden, um unterschiedliche Nahrungsmittel herzustellen. Dabei kann eine Kapsel eine Menge an Zusatzstoffen umfassen, um genau eine Portion eines Nahrungsmittels herzustellen.
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Das Verfahren umfasst weiter das Überführen einer bestimmten Menge einer Hauptkomponente für das erste Nahrungsmittel aus einem Hauptkomponentenmodul des Systems in ein Mischmodul des Systems. Insbesondere kann genau die Menge für eine Portion des ersten Nahrungsmittels in das Mischmodul überführt werden. Zur Dosierung der Hauptkomponente kann das Hauptkomponentenmodul einen Schneckenvortrieb und/oder ein Ventil umfassen.
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Außerdem umfasst das Verfahren das Überprüfen, dass ein Kapselmodul des Systems eine Kapsel vom ersten Kapsel-Typ enthält. Dabei enthält die Kapsel vom ersten Kapsel-Typ Zusatzstoffe für das erste Nahrungsmittel. Wenn die Kapsel vom ersten Kapsel-Typ im Kapselmodul angeordnet ist, können die Zusatzstoffe aus der Kapsel in das Mischmo dul überführt werden. Zu diesem Zweck kann das Kapselmodul die Kapsel öffnen, und die Zusatzstoffe können durch Einwirken einer Kraft (z.B. durch Einwirken der Schwerkraft und/oder durch Einwirken eines Spülmediums, wie etwa Wasser oder Druckluft) in das Mischmodul befördert werden.
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Das Verfahren umfasst weiter, das Herstellen einer Druckmasse für den Druck des ersten Nahrungsmittels in dem Mischmodul. Zu diesem Zweck können die Zusatzstoffe aus der Kapsel und die Hauptkomponente in dem Mischmodul vermischt werden, um eine homogene Druckmasse herzustellen, die eine homogene Mischung aus Hauptkomponente und Zusatzstoffen umfassen. Die Druckmasse weist dabei typischerweise eine verformbare und/oder zähe Konsistenz auf, die es ermöglicht, aus der Druckmasse das erste Nahrungsmittel zu drucken.
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Das Verfahren nutzt somit eine Hauptkomponente und Zusatzstoffe aus abgefüllten Kapseln, um eine Portion eines Nahrungsmittels herzustellen. Durch die Verwendung von unterschiedlichen Kapseln mit unterschiedlichen Mischungen von Zusatzstoffen können so auf Basis von nur einer Hauptkomponente eine Vielzahl von unterschiedlichen Nahrungsmitteln hergestellt werden. Somit ermöglicht das beschriebene Verfahren eine einfache und komfortable Herstellung von einer Vielzahl von unterschiedlichen personalisierten Nahrungsmitteln.
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Die Druckmasse kann zu mehr als 50%, insbesondere zu mehr als 80%, aus der Hauptkomponente und zu weniger als 50%, insbesondere zu weniger als 20%, aus Zusatzstoffen bestehen. Insbesondere können mehr als 50% (bzw. 80%) der Nährstoffe der Druckmasse aus der Hauptkomponente stammen. So wird die Verwendung von relativ kleinen Kapseln ermöglicht, da die Druckmasse für ein Nahrungsmittel mengenmäßig primär aus der Hauptkomponente besteht.
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Die Druckmasse kann insbesondere nur aus der Hauptkomponente, aus den Zusatzstoffen von ein oder mehreren Kapseln und optional aus Trinkwasser bestehen. Mit anderen Worten können die Hauptkomponente und die Mischungen von Zusatzstoffen der Kapseln derart ausgelegt sein, dass durch das Mischen nur dieser beiden Komponenten (und ggf. Wasser) Druckmasse für den Druck eines Nahrungsmittels hergestellt werden kann. Es wird somit eine einfache Herstellung von Nahrungsmitteln ermöglicht. Durch die Bereitstellung von unterschiedlichen Kapsel-Typen mit unterschiedlichen Mischungen von Zusatzstoffen können wiederum viele unterschiedliche Nahrungsmittel in einfacher Weise hergestellt werden.
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Geschmacksstoffe der Druckmasse können zu mehr als 50% aus den Zusatzstoffen und zu weniger als 50% aus der Hauptkomponente stammen. Insbesondere kann die Hauptkomponente geschmacklich relativ neutral sein (im Vergleich zu der Mischung von Zusatzstoffen einer Kapsel). Der Geschmack eines Nahrungsmittels kann dann hauptsächlich durch die Zusatzstoffe von ein oder mehreren Kapseln bestimmt werden. Durch die Bereitstellung einer geschmacklich relativ neutralen Hauptkomponente und durch die Bereitstellung einer Vielzahl von Kapsel-Typen mit geschmacksrelevanten Zusatzstoffen können somit in einfacher Weise Nahrungsmittel mit unterschiedlichen Geschmacksrichtungen hergestellt werden.
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Die Hauptkomponente kann Kohlenhydrate und Proteine umfassen. Insbesondere kann ein Großteil der Kohlenhydrate und Proteine der Druckmasse von der Hauptkomponente bereitgestellt werden. Besonders vorteilhafte Pflanzen für die Herstellung der Hauptkomponente sind Wolffia arrhiza bzw. Khai-nam bzw. Wurzellose Zwergwasserlinse und/oder Zuckerrüben. Insbesondere kann die Hauptkomponente ein Nährstoffgemisch umfassen, das Ernährungsanforderungen eines durchschnittlichen Menschen erfüllt. Mit der Hauptkomponente kann somit bewirkt werden, dass das gedruckte Nahrungsmittel einem Nutzer substantiell alle erforderlichen Nährstoffe bereitstellt (zumindest im Durchschnitt). Die Hauptkomponente kann somit für sich allein bereits eine Mahlzeit darstellen.
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Andererseits kann über die Zusatzstoffe einer Kapsel eine Individualisierung des hergestellten Nahrungsmittels erfolgen. Insbesondere können die Zusatzstoffe zu diesem Zweck Farbstoffe, Gewürze und/oder Süßstoffe umfassen. Durch derartige Zusatzstoffe kann eine Anpassung an persönliche Geschmacksvorstellungen eines Nutzers bewirkt werden. Desweiteren können die Zusatzstoffe Vitamine und/oder Mineralstoffe bzw. Fette und/oder Öle umfassen. Durch derartige Zusatzstoffe kann eine Anpassung an persönliche Ernährungsanforderungen eines Nutzers bewirkt werden.
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Die Hauptkomponente kann eine verformbare und/oder zähe Konsistenz aufweisen, die den Druck der daraus hergestellten Druckmasse ermöglicht. Mit anderen Worten kann bereits die Hauptkomponente Eigenschaften aufweisen, die einen Druck der (durch Zugabe von Zusatzstoffen aus ein oder mehreren Kapseln) hergestellten Druckmasse ermöglichen. So kann in zuverlässiger Weise gewährleistet werden, dass durch das beschriebene System „druckbare“ Druckmasse hergestellt wird.
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Wie bereits oben dargelegt, können Kapseln von unterschiedlichen Kapsel-Typen unterschiedliche Mischungen von Zusatzstoffen umfassen. So können durch unterschiedliche Kapsel-Typen in komfortabler Weise unterschiedliche Nahrungsmittel hergestellt werden.
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Die Hauptkomponente kann ein Pulver umfassen. Desweiteren kann das Verfahren das Zuführen von einer bestimmten Menge an Wasser aus einem Wasser-Versorgungsmodul (z.B. aus einem Wasserbehälter und/oder aus einem Wasseranschluss) des Systems in das Mischmodul umfassen. Durch die Verwendung einer pulverförmigen Hauptkomponente kann der Platzbedarf für die Lagerung der Hauptkomponente reduziert werden. Dies ermöglicht die Bereitstellung von kompakten Drucksystemen. Aus einer definierten Menge an Wasser und einer definierten Menge an Hauptkomponente (und ggf. aus den Zusatzstoffen von ein oder mehreren Kapseln) kann dann in dem Mischmodul eine für den Druck geeignete Druckmasse hergestellt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein System zur Herstellung eines Nahrungsmittels beschrieben. Das System kann ausgebildet sein, um auf einer Arbeitsplatte einer Küche abgestellt zu werden. Das System umfasst ein Hauptkomponentenmodul zur Aufnahme und Bereitstellung einer Hauptkomponente für ein herzustellendes Nahrungsmittel. Desweiteren umfasst das System ein Kapselmodul zur Aufnahme einer Kapsel mit Zusatzstoffen für ein herzustellendes Nahrungsmittel. Dabei ist das Kapselmodul insbesondere eingerichtet, eine Kapsel zu öffnen und die Zusatzstoffe aus der Kapsel (substantiell vollständig) bereitzustellen. Außerdem umfasst das System ein Mischmodul, das eingerichtet ist, aus der Hauptkomponente und aus den Zusatzstoffen zumindest einer Kapsel eine essbare Druckmasse zu erzeugen, die zum Druck eines Nahrungsmittels geeignet ist.
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Das System umfasst weiter eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, ein Rezept für die Herstellung eines ersten Nahrungsmittels zu ermitteln, wobei das Rezept einen ersten Kapsel-Typ aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Kapsel-Typen für die Herstellung des ersten Nahrungsmittels anzeigt. Außerdem ist die Steuereinheit eingerichtet, zu überprüfen bzw. zu gewährleisten, dass das Kapselmodul eine Kapsel vom ersten Kapsel-Typ enthält. Die Steuereinheit ist weiter eingerichtet, das Kapselmodul zu veranlassen, die Zusatzstoffe aus der Kapsel in das Mischmodul zu überführen, sowie das Hauptkomponentenmodul zu veranlassen, eine bestimmte Menge der Hauptkomponente in das Mischmodul zu überführen. Außerdem kann die Steuereinheit die Mischeinheit zu veranlassen, eine Druckmasse für den Druck des ersten Nahrungsmittels herzustellen.
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Das beschriebene System ist somit eingerichtet, eine Hauptkomponente mit Zusatzstoffen aus ein oder mehreren Kapseln zu mischen, um die Druckmasse für ein zu druckendes Nahrungsmittel herzustellen. Dabei können unterschiedliche Kapsel-Typen mit unterschiedlichen Mischungen von Zusatzstoffen verarbeitet werden, um basierend auf einer einzigen Hauptkomponente unterschiedliche Druckmassen und damit auch unterschiedliche Nahrungsmittel herzustellen. Somit ermöglicht das beschriebene System eine einfache und komfortable Herstellung von unterschiedlichen, über unterschiedliche Kapsel-Typen personalisierbare, Nahrungsmittel.
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Eine Kapsel kann einen Identifikator umfassen, der den Kapsel-Typ der Kapsel anzeigt. Dabei kann der Identifikator z.B. einen QR-Code, einen Barcode, eine Farbe der Kapsel, eine Form der Kapsel und/oder einen Schriftzug umfassen. Das Kapselmodul kann einen Sensor umfassen, der eingerichtet ist, den Identifikator einer Kapsel zu erfassen. So kann in zuverlässiger Weise die Verwendung einer korrekten Kapsel für die Herstellung eines Nahrungsmittels überprüft werden.
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Das ermittelte Rezept kann eine dreidimensionale Struktur für das erste Nahrungsmittel anzeigen. Das System kann ein Druckmodul umfassen, das eingerichtet ist, die Druckmasse an unterschiedlichen Positionen auszutreiben, um eine (dreidimensionale) räumliche Anordnung von Druckmasse zu erzeugen. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, das Druckmodul zu veranlassen, eine räumliche Anordnung von Druckmasse gemäß der dreidimensionalen Struktur für das erste Nahrungsmittel zu erzeugen. Zu diesem Zweck kann das Druckmodul einen beweglichen Druckkopf umfassen, der bewegt werden kann, um Druckmasse an unterschiedlichen Positionen auszutreiben. Alternativ oder ergänzend kann das Druckmodul einen beweglichen Träger für die räumliche Anordnung von Druckmasse umfassen, der relativ zu dem Druckkopf des Druckmoduls bewegt werden kann. Durch die Verwendung eines derartigen Druckmoduls können Nahrungsmittel in einer Vielzahl von unterschiedlichen individualisierbaren Formen hergestellt werden.
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Das Hauptkomponentenmodul kann einen (ggf. entnehmbaren) Behälter zur Aufnahme der Hauptkomponente umfassen. Desweiteren kann das Hauptkomponentenmodul Mittel zur Dosierung der Hauptkomponente umfassen (z.B. ein Ventil und/oder eine Förderschnecke). So können in effizienter Weise unterschiedliche Hauptkomponenten für unterschiedliche Nahrungsmittel verwendet werden. Desweiteren kann so eine präzise Portionierung der Hauptkomponente für eine Portion eines Nahrungsmittels erfolgen.
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Das System kann eine Reinigungseinheit umfassen, die eingerichtet ist, das System zumindest teilweise mit einem flüssigen und/oder gasförmigen Reinigungsmedium zu reinigen. Insbesondere kann durch die Reinigungseinheit Wasser und/oder Wasserdampf durch einzelne Module des Systems gepumpt werden, um die jeweiligen Module zu reinigen. So wird eine komfortable Nutzung des Systems ermöglicht.
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Das System kann einen entnehmbaren Zwischenbehälter umfassen und die Steuereinheit kann eingerichtet sein, das Mischmodul zu veranlassen, die Druckmasse in den Zwischenbehälter zu überführen. So wird eine komfortable Zwischenlagerung der fertigen Druckmasse ermöglicht. Desweiteren ermöglicht die Bereitstellung eines Zwischenbehälters das Drucken eines Nahrungsmittels auf einem separaten Nahrungsmittel-Drucker. Zu diesem Zweck kann der Zwischenbehälter einer Kartusche für einen separaten Nahrungsmittel-Drucker entsprechen, so dass ein komfortabler Transfer auf den Nahrungsmittel-Drucker ermöglicht wird.
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Das System kann ein Zubereitungsmodul umfassen, das eingerichtet ist, Druckmasse zu erwärmen und/oder zu kühlen. Insbesondere kann eine räumliche Anordnung von Druckmasse durch das Zubereitungsmodul gegart werden, um ein fertiges Nahrungsmittel bereitzustellen. Durch die Bereitstellung eines integrierten Zubereitungsmoduls kann der Komfort für die Herstellung eines Nahrungsmittels weiter erhöht werden.
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Das System kann einen Kapselbehälter zur Lagerung einer Vielzahl von Kapseln umfassen. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zu veranlassen, dass eine Kapsel von dem Kapselbehälter zu dem Kapselmodul überführt wird. Insbesondere kann dabei veranlasst werden, dass eine Kapsel vom richtigen Kapsel-Typ in das Kapselmodul befördert wird. So kann der Komfort für die Herstellung von Nahrungsmitteln weiter erhöht werden.
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Es ist zu beachten, dass jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Systeme und Verfahren in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden können. Insbesondere können die Merkmale der Patentansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
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1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Systems zur Herstellung eines Nahrungsmittels; und
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2a und 2b ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines Nahrungsmittels.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der automatischen Herstellung von Nahrungsmitteln. Dabei sollen die Nahrungsmittel insbesondere individuell angepasst für eine Einzelperson oder für eine kleine Gruppe von Personen hergestellt werden.
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1 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Systems 100 zur Herstellung eines Nahrungsmittels 117 (z.B. zur Herstellung eines kompletten gegarten Gerichts). Das System 100 umfasst einen Behälter 102 zur Aufnahme einer Hauptkomponente 112 für das zu erstellende Nahrungsmittel 117. Die Hauptkomponente 112 kann geschmacklich neutral sein. Desweiteren kann die Hauptkomponente 112 Eigenschaften (insbesondere eine geeignete Viskosität) aufweisen, die es ermöglichen, mit der Hauptkomponente 112 ein Nahrungsmittel 117 zu drucken. Die Hauptkomponente 112 kann über eine Schnittstelle 152 (mit Mitteln zur Dosierung) in eine Mischeinheit 104 des System 100 überführt werden. Der Behälter 102 und die Schnittstelle 152 sind Teil eines sogenannten Hauptkomponentenmoduls 102, 152 des Systems 100.
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Das System 100 umfasst weiter eine Kapsel-Aufnahme 131 (z.B. einen Einschub) zur Aufnahme einer Kapsel 101, wobei die Kapsel 101 Zusatzstoffe 111 umfasst, durch die in Kombination mit der Hauptkomponente 112 ein Nahrungsmittel 117 mit einem bestimmten Geschmack, mit einer bestimmten äußeren Erscheinungsform (z.B. einer bestimmten Farbe) und mit bestimmten Nährstoffen erstellt werden kann. Die Kapsel 101 kann somit die Zusatzstoffe 111 umfassen, die es ermöglichen, aus einer bestimmten Menge der (neutralen) Hauptkomponente 112 eine Portion eines bestimmten Nahrungsmittels 117 herzustellen. Durch die Bereitstellung von unterschiedlichen Kapseln 101 mit unterschiedlichen Zusammensetzungen von Zusatzstoffen 111 können so in einfacher Weise unterschiedliche Nahrungsmittel 117 hergestellt werden. Das System umfasst weiter eine Schnittstelle 151, über die die Zusatzstoffe 111 einer Kapsel 101 in die Mischeinheit 104 befördert werden können. Die Kapsel-Aufnahme 131 und die Schnittstelle 151 sind Teil eines Kapselmoduls 131, 151 des Systems 100.
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Das Hauptkomponentenmodul 102, 152 für die Hauptkomponente 112 und das Kapselmodul 131, 151 für eine Kapsel 101 mit Zusatzstoffen 111 können über Leitungen 103 mit der Mischeinheit 104 (bzw. mit einem Mischmodul) verbunden sein. In der Mischeinheit 104 können eine bestimmte Menge der Hauptkomponente 112 mit den Zusatzstoffen 111 gemischt werden, um eine Druckmasse 114 für die Herstellung des Nahrungsmittels 117 zu erzeugen. Die Druckmasse 114 kann über eine Leitung 105 zu einer Düse 106 befördert werden, wobei die Düse 106 eingerichtet ist, die Druckmasse 114 an bestimmten Positionen auszustoßen, um eine räumliche Anordnung von Druckmasse 114 zu erstellen. Beispielsweise kann schichtweise Druckmasse 114 ausgestoßen werden, um schichtweise eine räumliche Anordnung aus der Druckmasse 114 zu erstellen. Die Düse 106 kann an einer Schiene 108 beweglich angeordnet sein, so dass die Düse 106 an unterschiedliche Positionen bewegt werden kann, und an unterschiedlichen Positionen Druckmasse 114 ausstoßen kann.
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Die anhand der Druckmasse 114 hergestellte räumliche Anordnung kann durch eine Gareinheit 107 (in diesem Dokument auch als Zubereitungsmodul bezeichnet) gegart werden, um ein fertig gegartes (z.B. ein gekochtes, gebackenes oder gebratenes) Nahrungsmittel 117 zu erstellen. Die Gareinheit 107 kann einen thermischen Ofen, einen Mikrowellenofen, eine Dünsteinheit, einen Grill, eine Pfanne und/oder einen Kochtopf umfassen. In dem in 1 dargestellten Beispiel wird die räumliche Anordnung von Druckmasse 114 direkt durch die Düse 106 innerhalb der Gareinheit 107 „gedruckt“. Dies ist vorteilhaft, da so der Aufwand für den Transport der räumlichen Anordnung zu der Gareinheit 107 reduziert werden kann.
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Das fertig gegarte Nahrungsmittel 117 kann über eine Ausgabe 109 des Systems 100 an einen Nutzer ausgegeben werden. In dem dargestellten Beispiel umfasst die Gareinheit 107 eine Klappe 109, durch die ein Nutzer das Nahrungsmittel 117 aus der Gareinheit 107 entnehmen kann.
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Das System 100 umfasst eine Steuereinheit 120, die eingerichtet ist, ein Rezept für ein zu erstellenden Nahrungsmittel 117 zu ermitteln. Beispielsweise kann die Steuereinheit 120 dazu auf eine Rezept-Datenbank auf einer Speichereinheit 123 des Systems 100 zugreifen. Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit 120 über eine Kommunikationseinheit 121 auf eine externe Rezept-Datenbank zugreifen, die auf einem externen Server gespeichert ist. Die Kommunikationseinheit 121 kann eingerichtet sein, über ein drahtloses und/oder drahtgebundenes Netzwerk mit dem externen Server zu kommunizieren. Alternativ oder ergänzend kann das Rezept über eine Benutzerschnittstelle 122 (z.B. über einen berührungsempfindlichen Bildschirm) des Systems 100) der Steuereinheit 120 bereitgestellt bzw. ausgewählt werden.
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Die Steuereinheit 120 ist weiter eingerichtet, in Abhängigkeit von dem Rezept eine bestimmte Menge der Hauptkomponente 112 aus dem Behälter 102 in die Mischeinheit 104 zu befördern. Desweiteren kann überprüft werden, ob die für das Rezept erforderliche Kapsel 101 in die Kapsel-Aufnahme 131 eingeführt wurde. Außerdem kann durch das Rezept eine Form für das zu erstellende Nahrungsmittel 117 definiert sein. Die Steuereinheit 120 kann eingerichtet sein, die Düse 106 (bzw. einen Druckkopf) in Abhängigkeit von dem Rezept zu steuern. Desweiteren kann die Steuereinheit 120 eingerichtet sein, die Gareinheit 107 des Systems 100 in Abhängigkeit von dem Rezept anzusteuern, um die räumliche Anordnung von Druckmasse 114 zumindest teilweise zu garen.
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Das System 100 kann weiter einen Behälter 132 zur Aufnahme einer flüssigen Komponente 142 (z.B. Wasser) umfassen. Ggf. kann das System 100 einen Wasseranschluss zur Bereitstellung der flüssigen Komponente 142 umfassen (nicht dargestellt). Die flüssige Komponente 142 kann mit einer pulverförmigen Hauptkomponente 112 in der Mischeinheit 104 gemischt werden, um eine Hauptkomponente 112 bereitzustellen, die die erforderlichen Eigenschaften für den Druck eines Nahrungsmittels 117 aufweist. Durch die Bereitstellung einer separaten flüssigen Komponente 142 (z.B. Wasser) kann das Volumen des Behälters 102 für die Hauptkomponente 112 reduziert werden. Desweiteren kann so ggf. die Haltbarkeit der Hauptkomponente 112 erhöht werden (insbesondere bei Verwendung eines Pulvers).
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Das System 100 kann einen Ausgabebehälter 130 (auch als Zusatzbehälter bezeichnet) umfassen, in dem die Druckmasse 114 bereitgestellt werden kann. So kann eine Entkopplung von der Erstellung von Druckmasse 114 und dem Nahrungsmitteldruck durch die Düse 106 erfolgen. Insbesondere kann die Druckmasse 114 ggf. mittels eines separaten Nahrungsmitteldruckers gedruckt werden.
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Das System 100 kann eine Reinigungseinheit 125 umfassen, um die Leitungen 103, 105, die Düse 106, die Mischeinheit 104 und/oder den Behälter 102 zu reinigen. Zu diesem Zweck kann z.B. Wasser aus dem Flüssigkeitsbehälter 132 genutzt werden, um die Leitungen 103, 105, den Hauptkomponenten-Behälter 102, die Mischeinheit 104 und/oder die Düse 106 zu spülen. Die Reinigungseinheit 125 kann durch die Steuereinheit 120 angesteuert werden.
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1 zeigt somit einen Lebensmitteldrucker 100 der Gerichte 117 aus zwei Komponentengruppen mischt. Der Drucker 100 kann durch die Wahl von Kapseln 101 mit spezifischen Mischungen von Zusatzstoffen 111 für eine personalisierte Ernährung genutzt werden. Die Druckmasse 114 für ein zu druckendes Lebensmittel 117 kann kurz vor dem Druck in der Mischeinheit 104 hergestellt werden. Die zu mischenden Lebensmittelbestandteile werden dabei aus zwei Komponentengruppen zusammengemischt, aus einer Gruppe von möglichen Hauptkomponenten 112 (bzw. aus Lebensmittel-Grundsubstanzen) und aus einer Gruppe von Zusatzstoffen 111 (bzw. aus wertgebenden Inhaltsstoffen).
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Die Zusatzstoffe 111 werden über ein Kapselsystem zugeführt und mit mindestens einer Hauptkomponente 112 vermischt. Dabei kann ggf. der Inhalt von mehreren Kapseln 101 (mit Zusatzstoffen 111) mit einer Portion einer Hauptkomponente 112 gemischt werden, um die Druckmasse 114 herzustellen. Durch die Verwendung von Kapseln 101 mit Zusatzstoffen 111 lassen sich auf Basis von wenigen Hauptkomponenten 112 (ggf. auf Basis von nur einer Hauptkomponente 112) viele verschiedenartige Lebensmittelmischungen 114 erstellen.
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Bei der Herstellung eines Gerichtes 117 mit dem Drucker 100 besteht typischerweise ein Hauptanteil der druckbaren Zubereitung 114 aus der Hauptkomponente 112. Dabei ist eine Hauptkomponente 112 bevorzugt auch ohne Zusatz der Zusatzstoffe 111 einer Kapsel 101 bzw. ohne Mischen mit einer anderen Hauptkomponente 112 druckbar. Die Hauptkomponenten 112 können z.B. einen Anteil von 50–100% des resultierenden Gerichtes 117 ausmachen. Die Zusatzstoffe 111 können z.B. einen Anteil von 0–50% ausmachen.
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Zur Zubereitung eines Gerichtes 117 wird eine Portion einer Hauptkomponente 112 mit dem Inhalt 111 einer beliebigen Anzahl (z.B. 0–2) an Kapseln 101 vermischt. Die entstehende Druckmasse 114 kann in eine Kartusche oder in einen Zwischenbehälter 130 gefüllt werden (für einen separaten Druck) oder die Druckmasse 114 kann direkt dem Druckmodul 106, 108 zugeführt und gedruckt werden. Ggf. können mehrere Mischungen von Druckmasse 114 gleichzeitig oder nacheinander hergestellt und gleichzeitig oder nacheinander gedruckt werden.
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So kann mittels des beschriebenen Systems 100 in einfacher Weise eine personalisierte Ernährung ermöglicht werden. Die Vielfalt von zu druckenden Gerichten 117 wird dabei über unterschiedliche Kapseln 101 mit unterschiedlichen Zusatzstoffen 111 ermöglicht. Andererseits kann eine Hauptkomponente 112 Eigenschaften aufweisen, die einen optimalen Druck eines Nahrungsmittels 117 ermöglichen. Dabei sind die Zusatzstoffe 111 bevorzugt derart, dass durch das Mischen mit einer Hauptkomponente 112 das Druckverhalten der Hauptkomponente 112 nicht verschlechtert oder ggf. noch verbessert wird. Es ist alternativ denkbar, dass ein Nutzer des Systems 100 eine Hauptkomponente 112 (z.B. aus frischen Lebensmitteln) herstellt und die Hauptkomponente 112 durch die Kombination mit dem Inhalt 111 einer Kapsel 101 für den Druck geeignet wird. In jedem Fall können über die Verwendung unterschiedlicher Kapseln 101 der Nährstoffgehalt, die Textur und/oder der Geschmack eines Nahrungsmittels 117 an persönliche Präferenzen angepasst werden.
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1 zeigt einen beispielhaften Aufbau eines Lebensmitteldruckers 100. Dabei muss der Drucker 100 nicht notwendigerweise alle in 1 dargestellten Komponenten aufweisen. Der Drucker 100 umfasst ein Lagermodul bzw. Behälter 102 für ein oder mehrere Hauptkomponenten 112, eine Schnittstelle 152 für die ein oder mehreren Hauptkomponenten 112 zu der Mischeinheit 104, eine Kapsel-Aufnahme 131 für eine Kapsel 101, ein Kapsel-Dosiermodul 151, ein Mischmodul bzw. eine Mischeinheit 104, einen oder mehrere Zwischenbehälter 130 für resultierende Mischungen 114, ein Druckmodul 106, 108, ein Zubereitungsmodul bzw. eine Gareinheit 107, eine Reinigungseinheit 125 und eine Steuereinheit 120.
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Wie oben dargelegt, kann der Mischprozess vom Druckprozess getrennt werden. Insbesondere können ggf. der Mischvorgang mit der Hauptkomponente 112 in einem ersten Gerät und der Druckvorgang in einem zweiten, separaten, Gerät durchgeführt werden. Alternativ kann anstelle des Druckvorganges eine andere Art an Lebensmittelverarbeitung und Zubereitung vorgesehen werden.
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Die ein oder mehreren Lagerbehälter 102 für Hauptkomponenten dienen als Aufbewahrungsort der Lebensmittelhauptkomponenten 112. Dabei sollen nur wenige Hauptkomponenten 112 verwendet und gelagert werden (mindestens eine Hauptkomponente 112). Diese Lebensmittelhauptkomponenten 112 können in Gefäßen oder Behältnissen aufbewahrt werden, die für die Lagerung der Lebensmittelhauptkomponenten 112 optimiert sind. Dabei können die Behältnisse 102 leicht zu befüllen sein und ggf. über ein Ventil / eine Öffnung eine kontrollierte Dosierung ermöglichen. Die Behälter 102 sind bevorzugt mindestens so groß, dass mit dem Inhalt eines Behälters 102 mindestens eine Portion eines fertigen Gerichtes 117 erzeugt werden kann. Die Behälter 102 können aber auch größer sein, um mehrere Gerichte 117 ohne Nachfüllen einer Hauptkomponente 112 drucken zu können. Ggf. kann ein Wassertank 132 für Trinkwasser 142 als zusätzlicher Lagerbehälter verwendet werden.
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An die Schnittstelle 152 können ein oder mehrere Lagerbehälter 102 für Hauptkomponenten 112 angeschlossen werden. Dabei umfasst die Schnittstelle 152 ein Portionier- oder Dosiersystem, um definierte Mengen der Hauptkomponenten 112 in das Mischmodul 104 zu transportieren. Zu diesem Zweck kann die Schnittstelle 152 unter anderem eine Pumpe für flüssige Medien oder einen Schneckenförderer für feste/pulverförmige Stoffe verwenden. Ggf. können die Hauptkomponenten 112 durch ihre eigene Schwerkraft in das Mischmodul 104 transportiert werden, wenn die Behälter 102 entsprechend selbstentleerend gestaltet sind. Die Schnittstelle 152 kann zumindest ein Ventil oder eine Absperrvorrichtung umfassen, um den Materialfluss zu steuern.
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Die Lagerbehälter 102 der Hauptkomponenten 112 können getrennt von der Schnittstelle 152 aufgebaut sein. Alternativ können die Behälter 102 fest mit der Schnittstelle 152 verbunden sein. Insbesondere können die Lagerbehälter 102 und die Schnittstelle 152 konstruktiv als eine Einheit ausgestaltet sein. Desweiteren kann eine Temperatursteuerung der Behälter 102 vorgesehen sein, um z.B. die Viskosität von hochviskosen bzw. flüssigen Lebensmittelhauptkomponenten 112 beeinflussen zu können und/oder um den Dosiervorgang einfacher gestalten zu können.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist die Schnittstelle 152 so gestaltet, dass ein Wassertank 132, ein Lagertank 102 für eine pulverförmige Hauptkomponente 112 und ein Lagertank 102 für eine flüssige/pastöse/gelartige Hauptkomponente 112 fest in die Schnittstelle 152 eingespannt werden können. Die Tanks 102, 132 können dabei bevorzugt zum Befüllen und Reinigen entnommen werden. Jeder Tank 102, 132 ist über die Schnittstelle 152 der Hauptkomponenten 112 mit dem Mischmodul 104 verbunden. Die Behälter 102, 132 und/oder die Schnittstelle 152 umfassen desweiteren Mittel, um den Inhalt aus den Behältern 102, 132 zu dem Mischmodul 104 zu befördern. Eine andere bevorzugte Ausführung des Systems 100 umfasst einen einzigen Lagerbehälter 102 für eine (pulverförmige) Hauptkomponente 112 und einem Wassertank 132. Bevorzugt sind Ausführungen des Systems 100 mit wenigen Anschlüssen für Hauptkomponenten 112, um ein Kosten-effizientes System 100 bereitzustellen. Die Schnittstelle 152 kann einen Anschluss für (genau) eine Hauptkomponente 112 und für (genau) einen Wassertank 132 umfassen. Der Anschluss für die Hauptkomponente 112 kann dabei so gestaltet sein, dass der Lagerbehälter 102 für die Hauptkomponente 112 gewechselt werden kann und so verschiedene Hauptkomponenten 112 über denselben Anschluss dem Mischmodul 104 zugeführt werden können.
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Das System 100 kann einen Aufbewahrungsbehälter oder ein Gestell zur Lagerung von Zusatzstoffkapseln 101 umfassen. Der Behälter kann derart gestaltet sein, dass eine Kapsel 101 automatisch in das Dosiermodul 151 rutscht oder an das Dosiermodul 151 weitergeleitet wird. Es kann ein Mechanismus bereitgestellt werden, bei dem eine Kapsel 101 je nach Kennzeichnung oder Position im Aufbewahrungsbehälter und je nach Rezept ausgewählt werden und mechanisch gesteuert in das Kapseldosiermodul 151 überführt werden kann. Die Kennzeichnung einer Kapsel 101 kann einen Aufdruck, einen QR Code, einen Barcode oder ähnliches umfassen.
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Das Kapseldosiermodul 151 kann eingerichtet sein, eine Kapsel 101 zu öffnen, und den gesamten Inhalt 111 zu dem Mischmodul 104 zu befördern. Die Kapseln 101 können dabei z.B. aufgestochen, aufgeschnitten, ausgepresst oder durch einen geeigneten Öffnungsmechanismus der Kapsel 101 selbst geöffnet werden. Ein besonders vorteilhaftes Ausleeren des Inhaltes 111 kann durch Anstechen der Kapsel 101 und Ausspülen mit Wasser 142 erfolgen, wobei das Wasser und der Kapselinhalt direkt in das Mischmodul 104 geleitet werden. Der Mechanismus des Öffnens und Entleerens kann durch Betätigen eines Hebels oder voll automatisch erfolgen.
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Das Kapselmodul 131, 151 kann einen Auffangbehälter für leere Kapseln aufweisen und die leeren Kapseln können automatisch in diesen Auffangbehälter überführt werden. Ggf. müssen die Kapseln 101 einzeln von Hand in das Kapselmodul 131, 151 eingelegt werden, oder die Kapseln 101 können vollautomatisch aus dem Lagerbehälter eingespeist werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführung verfügt das Kapselmodul 131, 151 über einen Sensor, der die Art bzw. den Typ der Kapsel 101 z.B. anhand des Aufdruckes, eines QR-Codes oder einer anderen optischen Kennzeichnung erkennt und so den Inhalt 111 der Kapsel 101 identifiziert. Dadurch können z.B. für den Misch- und Druckvorgang relevante Parameter geladen werden und es kann der weitere Zubereitungsprozess eines Nahrungsmittels 117 an die Kapselinhaltsstoffe 111 angepasst werden. Desweiteren kann bei einer durch ein Rezept vorbestimmten Kapsel 101 überprüft werden, ob die korrekte Kapsel 101 in das Kapselmodul 131, 151 eingelegt wurde. Das Kapselmodul 131, 151 kann einen Auswurfmechanismus aufweisen, wobei eine fälschlich eingelegte Kapsel 101 ausgeworfen werden kann.
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Das Mischmodul 104 ist eine mechanische Komponente, in der das Vermischen der Lebensmittelhauptkomponente 112 mit den Kapselinhalten 111 erfolgt. Das Mischen kann z.B. durch einen statischen Mischer oder durch einen dynamischen Rührer erfolgen. Falls eine Wasserzugabe erforderlich ist (um z.B. pulverförmige Hauptkomponenten 112 in den druckbaren Zustand zu versetzen), so kann auch dieser Mischvorgang im Mischmodul 104 erfolgen. Das Mischmodul 104 kann eine homogene Mischung aus den Zusatzstoffen 111 einer Kapsel 101 und aus zumindest einer Hauptkomponente 112 bereitstellen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist das Mischmodul 104 eingerichtet, die Temperatur im Mischbehälter zu regulieren und den Rührvorgang zu steuern. Dadurch kann die Viskosität der Mischung 114 für den Druck optimiert werden. Wie lange und mit welchen Parametern der Mischvorgang erfolgen soll, kann durch die Steuereinheit 120 reguliert werden, z.B. in Abhängigkeit von dem gewählten Rezept und/oder von der gewählte Hauptkomponente 112 und/oder Kapsel 101.
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Ist der Mischvorgang abgeschlossen, so kann die druckfertige Lebensmittelmischung 114 in einen Zwischenbehälter 130 gefüllt werden oder direkt ins Druckmodul 106, 108 geleitet werden.
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Ggf. kann das Mischmodul 104 eine Einfüllöffnung aufweisen, über die der Nutzer direkt eine Hauptkomponente 112 manuell einfüllen kann. So kann ein Lagerbehälter 102 für die Hauptkomponenten 112 eingespart werden und die Hauptkomponentenschnittstelle 152 vereinfacht werden.
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Der Zwischenbehälter 130 für Mischungen 114 kann dazu verwendet werden, fertige Mischungen 114 vor dem Druck zu lagern. Dieser Behälter 130 kann fest mit dem System 100 verbunden sein oder als Kartusche ausgestaltet sein, die für die Verwendung in einem Druckmodul 106, 108 optimiert ist. Beispielsweise kann der Zwischenbehälter 130 manuell auf eine Düse 106 aufgesetzt werden, um die Druckmasse 114 zu drucken. In einer möglichen Ausführung kann eine gefüllte Kartusche 130 aus dem System 100 entnommen und gelagert werden, um den Druckprozess zu einem späteren Zeitpunkt ausführen. Bei Bedarf kann dann die Kartusche 130 in das Druckmodul 106, 108 eingesetzt werden. Die gefüllten Kartuschen 130 können dann von Hand oder vollautomatisch in das Druckmodul 106, 108 eingesetzt werden. Diese Kartuschen 130 können eine Größe aufweisen, um (genau) eine Portion des druckbaren Lebensmittelgemisches 114 aufzunehmen. Ein Vorteil eines solchen Zwischenspeichers 130 ist es, während des Druckvorgangs eines ersten Gemisches 114 simultan bereits den nächsten Mischvorgang für ein zweites Gemisch 114 durchführen zu können. Ein Zwischenbehälter 130 ist optional.
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In einer vorteilhaften Ausführung kann das Mischmodul 104 direkt (z.B. über eine Leitung 105) mit dem Druckmodul 106, 108 verbunden sein. Dabei kann das Mischmodul 104 als temporärer Speicher genutzt werden. Dies hat den Vorteil den apparativen Aufwand im System 100 gering zu halten, da kein weiterer Zwischenspeicher 130 erforderlich ist.
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Aufgabe des Druckmoduls 106, 108 ist das Extrudieren der Lebensmittelmischung 114 und das Erstellen von dreidimensionalen Strukturen z.B. im sog. Fused Deposition Modelling-Verfahren bzw. Extrusionsdruckverfahren und/oder mittels einer Düse 106 und/oder eines anderen Portioniervorganges. Das Druckmodul 106, 108 umfasst mindestens einen Druckkopf mit einer Düse 106 oder ähnlichem, wodurch die Lebensmittelmischung 114 dosiert werden kann. Falls mehrere Mischungen 114 zwischengespeichert werden (z.B. in ein oder mehreren Zwischenbehältern 130), können die Mischungen 114 ggf. gleichzeitig gedruckt werden (z.B. durch die Verwendung von mehreren Düsen 106). Die Vorschubgeschwindigkeit des Lebensmittels (ausgebrachter Volumenstrom pro Zeiteinheit durch die Düse 106) kann im Druckmodul 106, 108 veränderbar (insbesondere regelbar) sein. Desweiteren kann eine Temperatursteuerung (z.B. durch eine Heiz- oder Kühleinheit) der Lebensmittelmischung 114 im Druckmodul 106, 108 erfolgen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist das Druckmodul 106, 108 mit dem Mischmodul 104 verbunden und bildet mit diesem eine Einheit. So kann der Konstruktionsaufwand des Systems 100 verringert werden, da weniger Komponenten erforderlich sind. Das Druckmodul 106, 108 ist durch Bewegung in der Lage, dreidimensionale Strukturen von Druckmasse 114 zu erstellen. Zu diesem Zweck kann das Druckmodul 106, 108 (insbesondere die Düse 106) in alle drei Raumrichtungen bewegbar sein. Alternativ oder ergänzend kann eine Auflage (z.B. ein Teller oder eine Platte oder ein Tisch) des Nahrungsmittels 117 beweglich angeordnet sein. Der Druckkopf kann dann ggf. unbeweglich sein.
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Die Pläne für das Drucken von dreidimensionalen Strukturen können von der Steuereinheit 120 an das Druckmodul 106, 108 gesendet werden. Insbesondere kann die Steuereinheit 120 den Druckprozess (und insbesondere die Bewegung des Druckmoduls 106, 108 bzw. der Auflage des Nahrungsmittels 117) in Abhängigkeit von einem Plan der zu druckenden Struktur steuern. Gedruckte Formen können dabei auf einer Vielzahl von unterschiedlichen Rezepten basieren, die ein Nutzer z.B. zu Beginn des Druckprozesses aus einer Datenbank oder Cloud auswählen kann. Welche geometrischen Gebilde dabei gedruckt werden können, hängt typischerweise von der gewählten Hauptkomponente 112 und den verwendeten ein oder mehreren Kapseln 111 ab.
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Das System 100 kann optional ein Zubereitungsmodul 107 (bzw. eine Gareinheit) umfassen, das die fertig gedruckten dreidimensionalen Lebensmittelstrukturen weiter behandelt. Beispielsweise umfasst das Zubereitungsmodul 107 eine Heizeinheit, mit deren Hilfe die fertigen dreidimensionalen Strukturen z.B. gebacken oder erwärmt werden können. Mit Hilfe einer Kühleinheit können die Viskosität der gedruckten Lebensmittel erhöht und somit stabilere Strukturen erstellt werden. Dabei kann die Zubereitungseinheit 107 ggf. schon während des Druckvorgangs die Temperatur regulieren, wodurch z.B. Schicht für Schicht Druckmasse 114 gekühlt oder gebacken werden kann.
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Die Steuereinheit 120 steuert/regelt das System 100 und kann eine Schnittstelle 122 zu einem Nutzer bereitstellen. Die Nutzeranbindung kann z.B. über eine visuelle Benutzerschnittstelle mit Bedienelementen oder über eine Anbindung / eine Applikation auf einem Smartphone erfolgen (z.B. via Bluetooth oder WLAN).
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In einer bevorzugten Ausführung umfasst das System 100 einen WLAN Anschluss 121 und kann somit z.B. auf eine Cloud zugreifen. Alternativ können auch Rezepte auf einem lokalen Speicher 123 hinterlegt sein, der optional durch Anbindung z.B. an ein Smartphone oder an einen Laptop um neue Rezepte erweitert werden kann.
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Die Steuereinheit 120 kommuniziert mit allen relevanten Modulen des Systems 100 und steuert so den gesamten Zubereitungsprozess. Der Zubereitungsprozess kann dabei durch ein Rezept vorgegeben sein. Der Nutzer kann ein Rezept auswählen und die Steuereinheit 120 übernimmt soweit wie möglich die vollautomatische Ausführung des Zubereitungsprozesses und/oder leitet den Nutzer durch mögliche manuelle Aktionen. Ggf. kann eine Fernsteuerung (z.B. über ein Smartphone) des Systems 100 bereitgestellt werden. Somit kann ein Nutzer auch aus der Ferne Gerichte drucken lassen, die dann zu einem beliebigen Zeitpunkt fertig gestellt werden können.
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Das System 100 kann eine Reinigungseinheit 125 aufweisen, mit der in regelmäßigen Abständen, z.B. nach jeder Rezeptzubereitung oder auch schon während eines Zubereitungsprozesses, Reinigungsvorgänge durchgeführt werden können. Die einzelnen Module des Systems 100 können so konzipiert sein, dass eine manuelle Reinigung möglich ist. In einer geeigneten Ausführung können die Module durch einen Nutzer ausgebaut werden und z.B. in der Spülmaschine oder von Hand gereinigt werden. Die Steuereinheit 120 kann bei Bedarf den Nutzer auffordern, eine Reinigung durchzuführen.
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Eine weitere Möglichkeit ist die Integration einer Reinigungseinheit 125, die ein vollständiges oder teilweises Reinigen der Module innerhalb des Systems 100 ermöglicht. Diese Reinigungseinheit 125 kann dann die Reinigung automatisch durchführen. Die Reinigungseinheit 125 kann einen Wassertank und einen Speicher für Reinigungslösungen (z.B. Tenside-haltige Lösungen), einen Tank zum Auffangen des Abwassers und/oder ein Dampferzeugungsmodul umfassen. Die Reinigungseinheit 125 kann ggf. eine Verbindung zu dem Wassertank 132 des Systems 100 aufweisen. Zu Reinigungszwecken kann dann die Reinigungseinheit 125 abwechselnd Wasser, Dampf und/oder Tenside-haltige Lösungen durch zumindest einige der Module des Systems 100 leiten. Der Reinigungsprozess kann von der Steuereinheit 120 geleitet werden und kann Aktionen in den einzelnen Modulen umfassen (z.B. Rühren und Erhitzen von Reinigungslösung im Mischmodul 104, um das Mischmodul 104 zu reinigen). Es ist auch möglich, dass ein Teil des Systems 100 von der Reinigungseinheit 125 gesäubert wird und ein anderer Teil des Systems 100 vom Nutzer gereinigt werden muss.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführung bezieht die Reinigungseinheit 125 das zur Reinigung benötigte Wasser aus dem Trinkwassertank 132, der an die Schnittstelle 152 für Hauptkomponenten 112 angeschlossen sein kann. Die Reinigungseinheit 125 mischt das Wasser ggf. mit aktiven Reinigungssubstanzen und pumpt abwechselnd Wasser, Tenside-Lösung und/oder Wasserdampf durch das Mischmodul 104, durch etwaige Zwischenbehälter 130 und/oder durch das Druckmodul 106, 108. Auch ein Pumpen in einem Kreislauf durch diese o.g. Module des Systems 100 ist denkbar, um den Reinigungserfolg zu optimieren. Verbrauchte Reinigungslösung kann in einem gesonderten Behälter nach dem Druckmodul 106, 108 (z.B. in einer Schüssel oder in einem Glas, das vom Nutzer untergestellt wird) aufgefangen werden. Alle Module, die durch diesen Prozess nicht gereinigt werden, können so konzipiert sein, dass eine Reinigung nur selten erforderlich ist und/oder manuell vom Nutzer durchgeführt werden kann.
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Je nach Nutzungsverhalten des Systems 100 und/oder je nach genutzten Rezepten können unterschiedliche Reinigungsprozesse definiert werden, die von der Steuereinheit 120 gesteuert und von der Reinigungseinheit 125 und/oder vom Nutzer zu bestimmten Zeitpunkten durchgeführt werden können.
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Rezepte für das System 100 umfassen typscherweise dreidimensionale Strukturpläne (z.B. in einem CAD Format) inklusive der zeitlichen Steuerungsabfolge, um die entsprechenden Strukturen zu generieren. Desweiteren kann ein Rezept alle Prozessparameter und Einstellungen für die (ggf. für alle) Module des Systems 100, inklusive der zeitlichen Abfolge, umfassen, um ein fertiges, gedrucktes und verzehrfertiges Lebensmittel 117 herzustellen. Insbesondere kann ein Rezept die Wahl der ein oder mehreren Hauptkomponenten 112 und der erforderlichen ein oder mehreren Kapseln 101 bzw. Kapsel-Typen spezifizieren.
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In einer bevorzugten Ausführung kann ein Nutzer dem System 100 mitteilen, welche Hauptkomponente 112 und welche Kapseln 101 (bzw. welche Kapsel-Typen) zur Verfügung stehen oder verwendet werden sollen. Das System 100 kann daraufhin eine Auswahl an Rezepten vorschlagen. Insbesondere kann eine bestimmte Kombination aus Hauptkomponente 112 und Kapsel 101 (bzw. Kapsel-Typ) vorgeschlagen werden.
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Dem Nutzer kann Zugang zu einer Website oder App ermöglicht werden, um eigene Rezepte zu erstellen und/oder um diese z.B. über eine Community anderen Nutzern zugänglich zu machen. So kann im Laufe der Zeit eine große Vielzahl an Gerichten bereitgestellt werden. Insbesondere können die dreidimensionalen Strukturen der Gerichte 117 von Nutzer selbst erstellt werden.
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Ein Rezept ist nicht unbedingt auf eine Portion Hauptkomponente 112 beschränkt (mit oder ohne Kapselzusatz). Bevorzugt entspricht eine Portion einer Hauptkomponente 112 einer Mahlzeit. Das System 100 kann aber eingerichtet sein, in einem Zug mehrere Portionen eines Nahrungsmittels 117 (z.B. in Reaktion auf eine Eingabe des Nutzers) herzustellen. So können z.B. größere und/oder abwechslungsreichere Mahlzeiten geschaffen werden (z.B. 2 verschiedene Farben, verschieden Texturen, usw.). Dies kann jedoch erfordern, dass mindestens zwei Portionen Hauptkomponente 112 jeweils mit dem Inhalt 111 von verschiedenen Kapseln 101 vermischt und anschließend gedruckt werden. Ggf. können die Portionsgrößen der Hauptkomponente 112 derart klein gewählt werden, dass für eine Mahlzeit mehrere Mischungen 114 (Hauptkomponente 112 + optional Inhaltsstoffen 111 von Kapseln 101) erzeugt werden müssen.
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Für jeden Hauptkomponenten-Typ 112, für jeden Kapsel-Typ 101 und/oder für jede Kombination können in einer Datenbank optimierte Steuerparameter für den gesamten Herstellungsprozess hinterlegt sein, so dass der Herstellungsprozess je nach Rezept oder Auswahl der Kombination optimal angepasst werden kann.
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Durch das beschriebene System 100 wird eine personalisierte Ernährung ermöglicht, d.h. mit dem System 100 kann die Ernährung aufgrund persönlicher Bedürfnisse eines Nutzers anpasst werden. Persönliche Bedürfnisse umfassen zum Beispiel besondere Nährstoffbedürfnisse oder spezielle Ernährungsformen, die durch den Lebensstil (z.B. durch ausgeprägte sportliche Aktivität) eines Nutzers, durch Erkrankungen, oder durch die Lebenssituation (z.B. Geschlecht, Alter oder Schwangerschaft, etc.) bedingt sind. Dabei kann die personalisierte Ernährung eine Leistungsoptimierung durch angepasste Ernährung umfassen.
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Personalisierte Ernährung umfasst weiter die Möglichkeit die eigene Ernährung als Ausdruck eines Lebensstils oder als Statussymbol zu nutzen. Darunter können z.B. vegetarische, vegane, biologische oder ressourcenschonende Ernährungsformen fallen. Personalisierte Ernährung kann auch den Ausdruck der Individualität und Kreativität eines Nutzers umfassen, indem die erstellten Gerichte 117 vom Nutzer in Geschmack, Textur und/oder Form selbst bestimmt werden können.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführung des Systems 100 ist es möglich, dem System 100 persönliche Daten (z.B. die Zugehörigkeit zu einer der oben genannten Gruppen) mitzuteilen. So kann das System 100 die Bedürfnisse des Nutzers ermitteln und darauf basierend Rezepte vorschlagen. Zusätzlich kann das System 100 mit anderen Geräten vernetzt sein (z.B. mit Geräten, die die sportliche Aktivität überwachen und aufzeichnen) und mit diesen Geräten Daten austauschen. Außerdem kann die gesamte Nahrungsaufnahme eines Nutzers aufgezeichnet werden, um mögliche Defizite zu erkennen. Das System 100 kann basierend auf dieser Information Rezepte mit geeigneten Kapseln 101 vorschlagen, um etwaige Defizite auszugleichen. Das System 100 kann eingerichtet sein, eine Gewichtsreduktion zu unterstützen, indem das System 100 in automatischer Weise kalorienarme Hauptbestandteile 112 mit Kapseln 101 kombiniert, die essentielle Nährstoffe für eine Diät enthalten. Über ein persönliches Profil kann ein Nutzer befähigt werden, bevorzugte Rezepte in einer Favoritenauswahl zu hinterlegen, um diese schnell auswählen zu können.
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Die Kapseln 101 mit Lebensmittelzusatzstoffen 111 bieten ein substantielles Potential für die Personalisierung von Nahrungsmitteln. Dabei kann eine Vielzahl von Kapsel-Typen mit unterschiedlichen Kombinationen von Zusatzstoffen 111 (z.B. kommerziell) bereitgestellt werden. Beispielsweise können die Kapselinhalte 111 auf verschiedene Konsumentengruppen abgestimmt sein (z.B. Kapsel-Typen für eine sportlich aktive Gruppe, für Schwangere, usw.). Es kann vorteilhaft sein, die Kapseln 101 je nach Inhalt in Gruppen zu unterteilen, die bei der Rezeptgestaltung (ggf. nur) mit der jeweiligen Klasse bzw. mit dem jeweiligen Typ hinterlegt sind. Eine beispielhafte Einteilung ist eine Einteilung in die Gruppen: „Kapsel-Typen, die Geschmack und Farbe beeinflussen", „Kapsel-Typen, die die Textur beeinflussen" und „Kapsel-Typen, die den Nährstoffgehalt beeinflussen". Insbesondere die zuletzt genannte Gruppe kann für verschiedene Nutzergruppen mit unterschiedlichen Zusatzstoffen 111 bereitgestellt werden. Die Zugehörigkeit einer Kapsel 101 zu einer bestimmten Gruppe und/oder die Eignung für eine bestimmte Personengruppe kann z.B. über die farbliche Gestaltung der Kapseln 101 ersichtlich sein.
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Beispiele für den Inhalt einer Kapsel 101 sind:
- • eine Mischung aus Farbstoffen, Gewürzen und/oder Süßstoffen;
- • auf persönliche Bedürfnisse abgestimmte Vitamin- und Mineralstoffmischungen;
- • Mischungen, die ernährungsphysiologisch wertvolle Stoffe enthalten (z.B. sekundäre Pflanzenstoffe oder Verbindungen, die den Stoffwechsel beeinflussen, z.B. Phytosterolester zur Senkung des Cholesterinspiegels);
- • eine Mischung aus Proteinen und Aminosäuren in Kombination mit besonders vorteilhaften Vitaminen und Mineralstoffen (insbesondere für sportlich aktive Gruppen);
- • eine Mischung aus Texturierungsmitteln, Verdickungsmitteln, Emulgatoren und/oder sonstigen Zusatzstoffen, die einen substantiellen Einfluss auf die Konsistenz und Textur der resultierenden Lebensmittelmischungen 114 haben;
- • Fette oder Öle, die z.B. über einen hohen Anteil an essentiellen Fettsäuren verfügen; und/oder
- • beliebige Kombinationen der oben genannten Inhaltsstoffe.
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Die Zusatzstoffe 111 (Kapselinhalte) können dabei z.B. in pulverförmiger, flüssiger oder gelartiger Form vorliegen. Es ist auch denkbar, dass sich Nutzer bei bestimmten Anbietern (z.B. spezialisierten Lebensmittelherstellern) eigene Kapseln 101 (z.B. mit einem besonderen Geschmack) anfordern können.
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Die ein oder mehreren Hauptkomponenten 111 machen mengenmäßig den Großteil des gedruckten Lebensmittels 117 aus. Daher wird der Hauptanteil des Nährwertes des Lebensmittels 117 durch die ein oder mehreren Hauptkomponenten 112 gedeckt. Es ist prinzipiell denkbar, für eine Portion des Lebensmittels 117 mehrere Hauptkomponenten 112 zu mischen. In einer bevorzugten Ausführung des Systems 100 wird für eine Portion nur eine Hauptkomponente 112 verwendet, so dass das Nahrungsmittel 117 mit geringem Aufwand hergestellt werden kann.
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Beispielhafte Hauptkomponenten 112 sind Lebensmittelmischungen, die auf den Druck im System 100 hin optimiert sind und insbesondere über eine geeignete (evtl. temperaturabhängige) Viskosität verfügen. Dies umfasst auch pulverförmige Substanzen, die erst nach Mischen mit Wasser über optimale Druckeigenschaften verfügen. Derartige Hauptkomponenten 112 können z.B. kommerziell bereitgestellt werden.
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Desweiteren kann eine Hauptkomponente 112 durch einen Nutzer selbst hergestellt werden (auf Basis von speziellen Rezepten). Diese Hauptkomponenten 112 verfügen typischerweise erst nach Vermischen mit den Inhaltsstoffen 111 einer im Rezept spezifizierten Kapsel 101 über die geeigneten Druckeigenschaften. Die Rezepte zum Herstellen der Hauptkomponenten 112 können über eine Anbindung des Systems 100 an ein Smartphone, an eine Homepage oder über ein graphisches Nutzerinterface bereitgestellt werden.
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Beispiele für Hauptkomponenten 112 sind:
- • Ein wasserbasiertes Gel (bzw. ein Pulver, das mit Wasser zu einem Gel verarbeitet werden kann), das unter anderem Kohlenhydrate und Proteine enthält und zur Zubereitung kalorienreduzierter Gerichte geeignet ist.
- • Ein komplexes Gemisch, das in seiner Zusammensetzung alle (oder einen Großteil) für den menschlichen Organismus lebensnotwendigen Nährstoffe enthält und das geeignet ist, um auch über einen längeren Zeitraum hinweg eine ausgewogene, ausschließliche Ernährung zu bilden. Ein solches Gemisch ist z.B. unter dem Namen Soylent erhältlich. Als Hauptkomponente 112 kann ein ähnliches Gemisch verwendet werden, das darüber hinaus geeignete Eigenschaften für den Nahrungsmitteldruck aufweist. Mit einem derartigen Gemisch kann ggf. die gesamte Ernährung eines Nutzers auf Nahrungsmittel 117 aus dem Drucker 100 umgestellt werden. Durch die Verwendung der unterschiedlichen Kapseln 101 können dabei dennoch abwechslungsreiche und ansprechende Gerichte 117 geschaffen werden. Ein Vorteil für einen Nutzer ist dabei die Zeitersparnis, da konventionelles Kochen nicht mehr erforderlich ist.
- • Komplexe Gemische, die für bestimmte Ernährungsformen geeignet sind, z.B. rein vegane Mischungen.
- • Ein komplexes Gemisch, das für eine Ressourcen-schonende Ernährung geeignet ist und z.B. als Hauptbestandteile Algen, Insekten oder andere alternative Lebensmittel enthält.
- • Pürees/Shakes/Smoothies aus Gemüse und/oder Früchten. Derartige Gemische können z.B. von einem Nutzer selbst hergestellt werden, insbesondere von einem Nutzer, der großen Wert auf gesunde Ernährung und die Verwendung frischer Zutaten legt. Mit Hilfe des Systems 100 und durch den Inhalt von geeigneten Kapseln 101 können die frischen Zutaten druckbar gemacht werden und ggf. weiter durch den Inhalt von weiteren Kapseln 101 personalisiert werden.
- • Beispielhafte Inhaltsstoffe für eine Hauptkomponente 112 sind Zuckerrüben (ggf. als Pulver) und/oder eine Wasserpflanze, die unter dem Namen Wolffia arrhiza bzw. Khai-nam bzw. Wurzellose Zwergwasserlinse bekannt ist.
- • Kombinationen der genannten Beispiele.
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Die 2a und 2b zeigen an Ablaufdiagramm eines beispielhaften Druckvorganges 200. Dabei kann ggf. nur ein Teil der dargestellten Schritte ausgeführt werden. Desweiteren kann die Reihenfolge der dargestellten Schritte verändert werden.
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Zunächst kann ein Rezept auswählt 201 werden. Dabei kann das System 100 dem Nutzer ein Rezept vorschlagen, das z.B. auf den Ernährungsempfehlungen und/oder Geschmackspräferenzen des Nutzers beruht. Das System 100 kann Information darüber aufweisen, welche ein oder mehreren Hauptkomponenten 112 und Kapseln 101 bzw. Kapsel-Typen zur Verfügung stehen. Diese Information kann bei dem Vorschlag für ein Rezept berücksichtigt werden. Die Zubereitung eigener Hauptkomponenten erfolgt typischerweise nur auf direkten Wunsch des Nutzers. Der Nutzer kann eine bestimmte Hauptkomponente 112 auswählen. Desweiteren kann ein System-seitiger Vorschlag von ein oder mehreren Kapseln 101 (bzw. Kapsel-Typen) angenommen werden, oder es kann die Wahl von ein oder mehreren alternativen Kapseln 101 (bzw. Kapsel-Typen) eingegeben werden. Desweiteren kann der Nutzer eine bestimmte dreidimensionale Form des zu erstellenden Gerichtes 117 auswählen.
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Der Nutzer kann von dem System 100 gefragt werden, ob mehrere Portionen hergestellt werden sollen. Falls dies der Fall ist, können die Hauptkomponenten 112 und Kapseln 101 für die weiteren Portionen festgelegt werden. Danach kann der Nutzer auswählen, ob beide Portionen zusammen oder getrennt hergestellt werden sollen (z.B. auf einem oder auf zwei separaten Tellern). Für Portionskombinationen können gesonderte dreidimensionale Anordnungen angeboten werden, die die größeren Mengen an Druckmasse 114 mit einbeziehen.
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In einem weiteren Schritt 202 werden Zubereitungsschritte geladen. Insbesondere kann das Steuermodul 120 die erforderlichen Daten für die Zubereitung des Nahrungsmittels 117 über einen Zugang zu einer Cloud oder aus dem internen Speicher 123 des Systems 100 beziehen. Alle Module des Systems 100 werden angesteuert und ggf. auf die erforderlichen Einstellungen eingestellt (z.B. durch ein Vorheizen von Modulen). Die Zubereitungsschritte werden typischerweise durch das Rezept vorgegeben und beinhalten entsprechende, durch die Kapsel/Hauptkomponente bedingte, Variationen der Prozessparameter (z.B. Temperatureinstellungen, Rührzeiten, Druckparameter).
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In einem weiteren Schritt 203 kann geprüft werden, ob die erforderliche Hauptkomponente 112 in ausreichender Menge verfügbar ist. Dies kann z.B. durch einen optischen Füllstandsensor am Behälter 102 ermittelt werden. Ist der Behälter 102 leer oder nicht eingesetzt, so wird der Nutzer aufgefordert, den Behälter 102 wieder zu füllen oder einzusetzen (Schritt 204).
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In einem nachfolgenden Schritt 205 wird eine erforderliche Menge der Hauptkomponente 112 in das Mischmodul 104 überführt. Desweiteren wird in Schritt 206 eine erforderliche Kapsel 201 in das Dosiermodul 151 überführt. Insbesondere kann eine Kapsel 101 von dem im Rezept definierten Kapsel-Typ automatisch aus dem Lagerbehälter ausgewählt und in das Dosiermodul 151 transportiert werden. Es kann dann überprüft werden (Schritt 207), ob die eingeführte Kapsel 101 korrekt ist (d.h. den korrekten Kapsel-Typ aufweist). Dazu kann ein Sensor testen bzw. scannen, ob die Kapsel 101 den geforderten Anforderungen entspricht. Falls dies nicht der Fall ist, kann die Kapsel 101 ungeöffnet wieder ausgeworfen werden. Es kann dann wieder eine Kapsel 101 geladen und getestet werden (Schritte 206, 207).
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Nach Einführen einer korrekten Kapsel 101 wird der Kapselinhalt 111 in das Mischmodul 104 überführt und die leere Kapsel kann verworfen werden (Schritt 209). Es kann dann geprüft werden, ob weitere Kapseln 101 erforderlich sind (Schritt 210). Insbesondere können die Schritte 206–209 wiederholt werden, wenn das Rezept weitere Kapseln 101 vorsieht. Nach Überführen der Zusatzstoffe 111 aus den ein oder mehreren Kapseln 101 in das Mischmodul 104 kann überprüft werden, ob ein Wasserzusatz erforderlich ist (Schritt 211). Falls das Rezept die Zugabe von Wasser 142 vorschreibt, wird die vom Rezept definierte Menge an Wasser 142 in das Mischmodul 104 geleitet (Schritt 212). Die Menge an Wasser, die zur Entleerung der Kapselinhalte in das Mischmodul 104 transportiert wurde, kann dabei mit berücksichtigt werden.
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Anschließend kann im Mischmodul 104 ein Mischvorgang entsprechend Rezept durchgeführt werden (Schritt 213). So kann die Hauptkomponente 112 mit den Kapselinhalten 111 gemäß den Rezeptvorgaben (z.B. Temperatur, Mischzeit, Rührintensität usw.) vermischt werden. Die dabei erstellte Druckmasse 114 kann dann zu Druckmodul 106, 108 transportiert und entsprechend Rezept gedruckt werden (Schritt 214). Dabei wird eine stabile, dreidimensionale Struktur erstellt. Die zeitliche Abfolge der Positionierung mit entsprechender Vorschubgeschwindigkeit (Volumenstrom) der Mischung 114 und eventuelle Prozessparameter während des Drucks (z.B. Temperatur) werden vom Rezept vorgegeben. Wenn das Mischmodul 104 und das Druckmodul 106, 108 eine Einheit bilden, kann die Mischung 114 direkt aus dem kombinierten Modul gedruckt werden.
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Im Anschluss an den Druck kann die Lebensmittel-Zubereitung gemäß Rezept erfolgen (Schritt 216). Die geruckte Mischung 114 wird dabei weiter verarbeitet, z.B. je nach Rezept erhitzt oder gekühlt. Diese Verarbeitung kann ggf. auch schon während des Druckvorgangs erfolgen.
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Falls zu Beginn mehrere Portionen vom Nutzer gewählt wurden, so beginnt der Prozess bei „Zubereitungsschritte laden" (d.h. bei Schritt 202) erneut (Schritt 218). Im Anschluss an den Druckprozess kann geprüft werden, ob eine Reinigung erforderlich ist (Schritt 219). Dabei kann es möglich sein, mehrere Portionen ohne Reinigung herzustellen (wie in den 2a und 2b dargestellt). Andererseits kann auch zwischen den Portionen eine Reinigung erforderlich sein, um das Vermischen von Resten im System 100 mit einer neuen Hauptkomponente 112 und mit neuen Kapselinhalten 111 zu vermeiden. Eine Reinigung wird idealerweise nach jedem Gebrauch des Systems 100 durchgeführt. In diesem Schritt 219 kann durch Rückfrage an den Nutzer geklärt werden, ob es beabsichtigt ist, im Anschluss ein weiteres Rezept zu drucken. Ist dies der Fall, dann kann ggf. der Reinigungsvorgang aufgeschoben werden, bis das System 100 nicht mehr benötigt wird. Es kann dann abschließend ein Reinigungsvorgang durchgeführt werden.
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Vor Durchführung des Reinigungsprozesses kann eine Aufforderung durch das System 100 an den Nutzer erfolgen, das gedruckte Lebensmittel 117 zu entnehmen. Dadurch wird sichergestellt, dass gedruckte Lebensmittel 117 nicht durch den Reinigungsprozess kontaminiert oder zerstört werden. Anschließend kann durch die Steuereinheit 120 ein Reinigungsportokoll geladen und durch die Reinigungseinheit 125 und/oder durch den Nutzer durchgeführt werden (Schritt 215).
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Das in diesem Dokument beschriebene System 100 ermöglicht die einfache Herstellung von individuellen Mahlzeiten ohne jeglichen Kochaufwand.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Systeme und Verfahren veranschaulichen sollen.
